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      松嫩沙地土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

      2021-08-09 08:11:50巴之丹
      湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年6期
      關(guān)鍵詞:沙地當(dāng)量土地利用

      巴之丹

      (吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院,吉林 四平 136000)

      土地利用變化作為自然環(huán)境和人類活動共同作用下的表現(xiàn)形式[1],對維持和改善區(qū)域生態(tài)平衡,貫徹土地資源可持續(xù)開發(fā)利用具有重要意義[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項(xiàng)功能包括原料生產(chǎn)、食物生產(chǎn)、水資源供給等方面。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是自然與社會溝通的橋梁,隨著人口數(shù)量的增長,人類對自然資源的利用超過了生態(tài)系統(tǒng)本身的限度[3-4],造成很多不利影響。為進(jìn)一步促進(jìn)松嫩沙地生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)服務(wù)功能協(xié)調(diào)發(fā)展,明確各個(gè)服務(wù)功能之間的普遍聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)各服務(wù)功能效益最大化,優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理政策,保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5-6],達(dá)到地區(qū)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目的,應(yīng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行研究。

      1 材料與方法

      1.1 研究區(qū)概況

      松嫩沙地主要分布在嫩江和第二松花江下游,吉林白城地區(qū)的東部,東遼河中游以北及科爾沁沙地東南[7],大地構(gòu)造屬松遼沉降帶,沙地平面輪廓南寬北窄[8],略呈倒楔型。利用Landsat 8 OLI 影像和ASTERGDEM(V.2)數(shù)據(jù),參照松遼流域河流三級區(qū)域界限(數(shù)據(jù)來源于水利部松遼水利委員會),確定了松嫩沙地自然地理單元的范圍(119°19′33″ E ~129°12′24″ E,43°0′28″ N ~ 50°36′51″ N),其 面 積 為352 559.12 km2[9]。行政區(qū)劃上包括內(nèi)蒙古自治區(qū)的呼倫貝爾市、興安盟,黑龍江省的哈爾濱市、齊齊哈爾市、大慶市、綏化市,吉林省的長春市、吉林市、白城市、松原市等部分地區(qū)。研究區(qū)氣候?qū)侔敫珊蛋霛駶櫄夂?,年平均氣溫?.3℃,年降水量為360~480 mm,降水量年內(nèi)分配不均且變率大,年蒸發(fā)量為1 600~1 800 mm,年大風(fēng)日數(shù)為20~36 d,春季大風(fēng)日數(shù)占全年大風(fēng)日數(shù)的60%~68%。該區(qū)地帶性土壤為黑鈣土,非地帶性土壤為風(fēng)沙土、草甸土、沼澤土和鹽堿土[7]。

      1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

      土地利用數(shù)據(jù)來自于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn /data),為遙感影像解譯的松嫩沙地1990 年、2000 年、2010 年、2020 年4 a 的土地利用數(shù)據(jù),分辨率為30 m×30 m,其中包括6 個(gè)一級類和26 個(gè)二級類[10],在ArcGIS 中經(jīng)過重分類后,土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地、沙地以及其他未利用土地(表1)。經(jīng)裁剪后得到1990 年、2000 年、2010 年和2020 年4 期松嫩沙地土地利用類型數(shù)據(jù)。

      表1 中國東北沙地土地利用類型分類

      1.3 研究方法

      參考謝高地等[11]提出的“單位面積價(jià)值當(dāng)量因子法”對松嫩沙地ESV 進(jìn)行估算,基于松嫩沙地1990—2020 年相應(yīng)統(tǒng)計(jì)資料,計(jì)算不同時(shí)期“1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量(Ea)”,并對其進(jìn)行支付意愿系數(shù)修正[12],取4 期均值作為最終Ea 值,根據(jù)公式(1)(2)計(jì)算。

      式中:Eat為t 年1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量;Rt為t 年支付意愿系數(shù),計(jì)算方法參考林棟等[13]的方法;i 表示作物種類;mit為t 年某作物的種植面積(hm2);pit為t 年某作物價(jià)格(元/kg);qit為t 年某作物單產(chǎn)(kg/hm2);Mt為t 年作物總種植面積(hm2)。

      以研究區(qū)4 期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)。考慮松嫩沙地土地利用類型,結(jié)合謝高地等[11]制定的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)當(dāng)量表對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行修正,其中耕地、林地、草地、沙地、水域分別對應(yīng)二級生態(tài)系統(tǒng)分類中的旱地、闊葉林、草甸、裸地、水系,除此之外的所有土地歸為其他用地,基于此獲得研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表(表2)。根據(jù)公式(3)計(jì)算研究區(qū)ESV。

      表2 松嫩沙地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量 (元/hm2)

      式中:Aj為第j 類土地利用類型的面積(hm2),Brj為單位面積第j 類土地利用類型第r 種服務(wù)類型服務(wù)價(jià)值當(dāng)量。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 土地利用變化分析

      從圖1 和表3 可知,松嫩沙地土地利用狀況呈現(xiàn)以下特點(diǎn)。1990—2020 年間,松嫩沙地的耕地面積處于增加趨勢,增加幅度最大,共增加21 817.73 km2,其中在1990—2000 年這10 a 間增加最快,增加了13 025.97 km2;林地面積呈現(xiàn)“下降—增長—下降”的波動變化趨勢,共縮減4 323.10 km2;草地面積不斷減少,其中2000—2010 年這10 a 間縮減最多,縮減了7 993.62 km2;水域面積也在不斷縮減,共縮減4 573.55 km2;建設(shè)用地呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢,共增加2 337.43 km2;沙地面積呈現(xiàn)縮減趨勢,共縮減422.30 km2;其他未利用土地在不斷增加,共增加4 155.97 km2。

      表3 1990—2020 年4 期松嫩沙地各類型土地利用的面積及占比

      圖1 1990—2020 年4 期松嫩沙地土地利用情況

      2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

      2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化特征 由表4 可知,1990—2020 年間,松嫩沙地ESV 總體呈現(xiàn)增加趨勢,由1990 年的116 579.03 萬元增加到2020 年的117 011.92萬元,增加了432.89 萬元,增加幅度達(dá)0.37%,年均遞增率為0.01%。從1990—2020 年4期松嫩沙地不同土地利用類型的ESV 來看,耕地和其他未利用土地ESV 量呈現(xiàn)增加趨勢,分別增加了874.89 萬元和8 528.05 萬元;林地、草地、水域和沙地ESV 量呈現(xiàn)減少的趨勢,分別減少了992.15 萬元、2 228.37 萬元、5 744.84 萬元和4.69 萬元。

      表4 1990—2020 年松嫩沙地各類型土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化

      2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單項(xiàng)價(jià)值變化特征 由表5 可知,1990—2020 年間,各個(gè)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量貢獻(xiàn)最大的依次為:生物多樣性、水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié),其中生物多樣性的ESV達(dá)到了50 000 萬元以上,1990—2020 年4 期的生物多樣性ESV 分別為58 932.89 萬元、56 830.43 萬元、64 575.96 萬元和65 749.17 萬元,分別占各期ESV 總量的50.55%、50.82%、54.61%和56.19%;原料生產(chǎn)、維持養(yǎng)分循環(huán)和美學(xué)景觀的ESV 貢獻(xiàn)率較少,均不到ESV 總量的10%;食物生產(chǎn)、水資源供給、土壤保持和生物多樣性均處于增加的趨勢,生物多樣性增加的ESV 最多,為6 816.28 萬元,其次為食物生產(chǎn)和土壤保持,增加的ESV 分別為306.02 萬元和229.83萬元;而原料生產(chǎn)等其他服務(wù)項(xiàng)目均呈現(xiàn)減少趨勢,水文調(diào)節(jié)減少的ESV 最多,為5 242.73 萬元,其次為氣候調(diào)節(jié)和凈化環(huán)境,減少的ESV 分別為880.95 萬元和506.73 萬元。

      表5 1990—2020 年松嫩沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值變化 (萬元)

      2.3 敏感性分析

      相關(guān)研究借用敏感性指數(shù)(coefficient of sensitivity,CS) 確定ESV 隨時(shí)間變化對生態(tài)價(jià)值系數(shù)(VC)變化的相關(guān)程度[14]。CS 的含義是指由于VC 變動引起ESV 的變化情況,若敏感性指數(shù)大于1,說明 ESV對VC 是具有彈性的;若敏感性指數(shù)小于1,則說明ESV 對VC 是缺乏彈性的。CS 的數(shù)值越大,則說明VC 的正確性越重要[15]。

      該研究通過調(diào)整50%的VC 來計(jì)算CS,從而說明ESV 對VC 的敏感程度。敏感性指數(shù)根據(jù)公式(4)計(jì)算。

      式中:ESV 為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(元),VC 為生態(tài)價(jià)值系數(shù)[元/(hm2·a)],k 為研究區(qū)內(nèi)某土地利用類型,i 代表初始價(jià)值,j 代表生態(tài)價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的價(jià)值[16]。

      根據(jù)CS 計(jì)算公式,為分析和計(jì)算方便,將VC分別上下調(diào)整50%,計(jì)算了松嫩沙地1990 年到2020年的生態(tài)價(jià)值系數(shù)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的敏感性指數(shù)變化曲線(圖2)。結(jié)果表明,ESV 對VC 的敏感性指數(shù)均<1,4 期的最高值范圍為0.82~0.91。這表明,研究區(qū)內(nèi)ESV 對VC 是缺乏彈性的,研究結(jié)果可信度較高。

      圖2 ESV 敏感性指數(shù)變化曲線

      3 討 論

      松嫩沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在一定的空間差異性,但其ESV 整體呈現(xiàn)增加趨勢,空間上主要分布在耕地和一些未利用土地或其他建設(shè)用地附近。而負(fù)值區(qū)主要集中在濕地、草地、水域、沙地,其中濕地的萎縮、草地的破壞、水域面積的縮減是該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低的主要原因,但耕地面積的增加在一定程度上做了補(bǔ)償。這也說明人類活動是導(dǎo)致土地利用類型變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的主要因素,所以相關(guān)部門應(yīng)采取相應(yīng)措施促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

      生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系對區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)供給都有很大的支撐作用。學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)供給服務(wù)與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在權(quán)衡關(guān)系,筆者也得出了相同的結(jié)論,主要是食物及原料生產(chǎn)用地與其他用地存在一定競爭關(guān)系,導(dǎo)致了這種此消彼長的權(quán)衡關(guān)系。但在2000—2020 年中,所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間均演變?yōu)閰f(xié)同關(guān)系,這與鄭德鳳等[17]研究結(jié)果相似,同時(shí)也表明生態(tài)恢復(fù)政策起到了一定的積極作用。

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