基于土地利用变化的沂河流域生态服务价值研究

苏宁，范贵娟

（1.山东师范大学地理与环境学院，山东济南250358；2.安徽农业大学，安徽合肥230036）

基于土地利用变化的沂河流域生态服务价值研究

苏宁1，范贵娟2

（1.山东师范大学地理与环境学院，山东济南250358；2.安徽农业大学，安徽合肥230036）

以沂河流域为例，在ARCGIS10.2中解译沂河流域2005年和2015年遥感影像，得到两期土地利用数据。并分析了2005—2015年沂河流域土地利用及其变化情况，以Costanza生态服务价值计算方法为参考，分析了沂河流域生态服务价值变化情况。结果表明：研究区耕地面积显著减少，但生态服务总价值却从2005年的2 338 964万元上升到2015年的2 427 039万元，上升了约3.77%，这主要是由于林地面积的增加带来的较高的生态服务价值。

沂河流域；土地利用变化；生态系统服务价值

目前，对于生态服务价值的研究已成为评估可持续发展的关键环节[1]。生态服务这一概念指的是人类从生态系统中直接或间接得到的利益[2]。关于生态系统的服务价值研究，有众多学者对不同尺度上的生态系统服务价值定量评估并取得大量研究成果。Costanza等将全球各类型土地利用基于对生态系统服务价值进行分类及评估的基础上进行了生态服务价值计算[2]。欧阳志云在论述生态系统服务的基础上，结合我国实际，评估了中国陆地生态系统六种生态服务功能[3]。土地利用中生态服务功能表现为不同土地利用类型的生态价值，具体来说是人类为满足自身的生活及生产的需要而对土地利用的方式进行改变，这种改变会影响到土地的生态服务价值[3-4]。谢高地等学者建立起中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值的计算方式，并计算出了我国单位面积土地上不同类型土地的生态服务价值总和[5]。

作为自然界中受人类干扰最大的部分，土地的利用及覆被的变化很大，进而影响了生态系统的结构与功能，具体而言表现为对区域水文、气候、生物多样性及生物地球化学循环等产生重大影响[6-9]。土地利用及覆被变化过程在维持生态系统服务功能上起是决定性的作用，因为其对区域生态系统功能以及生态环境质量影响深刻[10]。目前，巩灿娟[11]研究了沂河流域中上游地区土地利用/覆被变化水文效应的分析与模拟；陆建宇[12]等研究了沂河流域天然径流变化规律；宋晓猛[13]等研究了沂河流域径流演变特征及动因分析；徐智廷[14]等研究了沂河流域地理特征及人文特点。

本研究通过沂河流域2005和2015年两期遥感影像解译出沂河流域2005—2015年的土地利用变化，通过研究方法计算出沂河流域研究期内的生态服务价值变化，进而分析出该流域土地利用中存在的问题，并针对问题提出沂河流域可持续发展的建议。

1 研究区概况

沂河流域为沂河流域临沂站以上河道流域，大致位于117°25′E～119°49′E，33°30′N～36°20′N之间，流域面积10 025 km2，流域涵盖沂源县大部分、沂水县面积的60%、沂南县大部分、蒙阴县全部、平邑县大部分、费县大部分及临沂市面积的30%。在这一流域中，河道长约223 km，集水面积达到10 315 km2，大约占沂河流域总面积的87.3%。就地形分布而言，沂河流域中山丘区面积约为70%，平原区面积约占30%。山丘区主要分布在流域上游，土质较为疏松，风化层浅而薄，植被状况相对较差，不利于涵养水分，平原区主要分布在流域中下游，土质多为壤土，植被状况较好。由于流域峰时漫溢、枯时断流的特性，沂河流域成为旱涝灾害多发区。目前，沂河流域经济水平相对落后，在东部沿海地带属于经济低谷区[15]。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

以研究区2005年和2015年LandsatTM遥感影像为基础数据，以沂河流域地形图、土地利用现状图及其他辅助图件为参考，结合流域气候、土壤、植被等自然地理资料，将遥感影像进行人机交互目视解译，在遥感影像解译过程中，对于判读不准的图斑进行野外实地考察。最后得到沂河流域2005年和2015年矢量格式的全区土地利用数据。

参照全国土地利用分类方法，将研究区土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地六大类。从研究区的统计年鉴中获得其他所需要的自然和社会经济数据。

图1 沂河流域地理位置

2.2 生态系统服务价值评价方法

1997年，Costanza等最先提出了生态服务价值评估的方法和原理，但其研究高估了湿地生态价值而低估了耕地价值，引起国内外学者广泛争议[2]。2003年，谢高地等参考Costanza的部分研究成果，结合中国实际，对我国200多位专业学者进行了问卷调查，制定出中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表[5]。2007年，谢高地等在有关问卷调查基础上，又建立了新的生态系统服务功能评估体系，并且这次调查结果更符合我国生态环境的实际。谢高地2007年生态系统单位面积价值当量表只适合大尺度区域的研究，但此研究的沂河流域只是个中小尺度流域[16]。因此本研究根据谢高地等提出的生态系统服务价值的区域修正系数表，获得山东省农田生态系统的生物量因子为1.38，对谢高地等在2007年制定的生态服务价值表进行修正，最终制定了适合沂河流域的生态系统单位面积生态服务价值当量如表1所示[17]。

表1 沂河流域生态系统单位面积生态服务价值当量

生态系统服务价值的计算方法[17]：

式中：Vij——第i种生态系统的第j种生态服务功能的经济价值；Si——流域第i种生态系统土地利用类型的面积；Eij——第i种生态系统的第j种生态服务功能单位面积的经济价值；ESV——流域生态系统服务总价值。

3 结果分析

3.1 土地利用变化分析

通过两期遥感影像解译结果，统计出2005—2015年沂河流域土地利用现状，见表2。从表2可以看出，耕地占据流域面积比例最大，占到60%以上，其次是林地，约占12%以上。草地、水域和建设用地所占比例较少。从2005—2015年，沂河流域耕地减少56 161.93 hm2，草地减少3 255.47 hm2，林地增加17 924.47 hm2，建设用地面积增加了38 086.62 hm2，表明流域内主要为耕地、林地和建设用地之间的相互转化。在ARCGIS10.2中将两期遥感影像叠合得到土地利用转移矩阵，根据土地利用转移矩阵可以看出耕地主要向建设用地和林地转化，草地主要转化为林地。

为了更全面地分析沂河流域的土地利用状况，本研究对土地利用程度进一步加以分析。土地利用程度不仅体现土地本身的自然属性，同时也反映土地利用过程中人为因素与自然环境因素的综合效应[18]。根据刘纪远等[19]提出的数量化综合分析方法，将沂河流域土地利用程度分为四个等级，如表3[20]。

表22005 年与2015沂河流域土地利用状况比较

表3 沂河流域土地利用程度分级指数

根据土地利用程度综合指数模型和土地利用程度变化模型，得到沂河流域2005—2015年的土地利用程度综合指数及土地利用程度变化量，见表4。从表4可以看出，2005—2015年，沂河流域土地利用综合指数总体呈现增加趋势，从283.41上升到285.37，△L的变化量为1.96，表明该流域土地利用程度不断加强，土地利用正处于开发时期。主要原因可能是区域城市化水平不断提高，人民生活水平的提高和收入的增多改变了人们的消费结构和消费观念，间接推动了土地利用结构的改变。

表4 沂河流域各时期土地利用程度综合指数

3.2 生态服务价值变化分析

文献资料和调查结果显示，沂河流域主要的粮食作物包括小麦、谷子、玉米、高粱、大豆、绿豆、稻谷和薯类。根据2005—2015年沂河流域主要粮食作物的平均播种面积、面积比重、平均单产量以及单价（其中各粮食作物的单价参考2010年临沂市粮食价格），利用单位面积耕地食物生产服务价值计算公式计算出沂河流域单位面积耕地的自然粮食产量的经济价值为1 876.84元/（hm2·a)。结合其它生态系统服务功能单位面积价值计算公式，最终可获得沂河流域生态系统单位面积生态服务价值系数表，进而得到2005年和2015年沂河流域生态服务价值表。

从表6和表7可以看出2005—2015年间，沂河流域生态服务总价值显著上升，从2 338 964万元上升到2 427 039万元，增加了88 075万元，这期间，草地生态服务价值基本不变，耕地生态服务价值显著下降，但林地、水域和建设用地生态服务价值显著增加，增加的生态服务价值要远远多于减少的，所以整体是增加的。耕地、林地的面积变化在沂河流域生态服务价值的研究中起到了决定性的作用。

表5 沂河流域生态系统单位面积生态服务价值系数元/（hm2·a）

表62005 年沂河流域生态系统服务价值万元

表72015 年沂河流域生态系统服务价值万元

4 结论与讨论

4.1 结论

4.1.1 土地利用变化特征

耕地在该流域所占面积比例最大，在整个研究时期都占据了流域面积的60%以上，其次是林地，约占总比例的12%，然后是草地，占总比例的10%，水域和未利用地所占面积比例较少，水域约占3.5%，未利用地占0.13%。近10年来沂河流域耕地显著减少；建设用地在整个研究时期面积不断增加，随着城市化水平的提高，建设用地急剧扩张；林地面积也不断增加，这主要是国家退耕还林政策的实施和流域果园林的增多造成的。在研究期间，草地、水域和未利用地变化不大。从土地利用动态度和土地利用程度可以看出，该流域土地利用变化属于缓慢变化型，正处于蓬勃发展阶段。

4.1.2 流域生态服务价值变化特征

2005—2015年，流域生态服务价值显著升高，从2 338 964万元上升到2 427 039万元，升高了88 075万元，在这段时期耕地的面积显著减少，林地和建设用地的面积显著增加，流域土地利用处于快速发展阶段。可能是由于城市化水平的不断提高，人民生活水平的提高和收入的增多改变了人们的消费结构和消费观念，间接推动了土地利用结构的改变。合理的规划布局和生态保护带来了生态服务价值的显著提升。

通过本研究可以看出，沂河流域的耕地面积正在加速减少，流域的土地资源不断被侵蚀，长此以往，流域的耕地资源将难以保障当地居民的需要，无法实现区域的可持续发展。所以为了区域的可持续发展，沂河流域应合理的分配各种土地资源，保护耕地、水源、林地这些生态服务价值较高的土地利用类型，发挥资源潜力。政府应制定土地保护政策，限制建设用地的过度扩张，使该区域处在一个健康的发展模式下。

4.2 讨论

本研究通过谢高地等在2007年制定的生态服务价值表对沂河流域进行研究，虽然针对山东地区进行了修正，但由于生态环境的复杂多变，区域之间气候条件各有不同，因此在运用生态服务价值当量表计算生态服务价值时会存在一定的误差。本研究数据量过大，有些数据在获取时存在困难，虽然参考了大量资料，但数据来源的精确性依然存在不足。遥感影像在解译时有时候草地、林地的界限难以明确区分，会给土地利用数据带来一定误差。

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[18]王思远，刘纪远，张增祥，等.中国土地利用时空特征分析[J].地理学报，2001，56（6）：631-639.

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（编辑：周利海）

A Study based on Ecological Service Value of Land Use Change of Yi River Basin

Su Ning1,Fan Guijuan2
（Shandong Normal University,Jinan Shandong 250358,China）

Taking Yi River Basin as an example,interpreted the 2005 and 2015 remote sensing image of Yi River Basin in ARCGIS10.2,finally got two issues of land use data.Analyzed the 2005—2015 Yi River Basin land use change,and referring to the calculation method of ecological service value of Costanza,analyzed the change of ecosystem service value of Yi River Basin 2005—2015.The results showed that the cultivated land in the study area was significantly reduced,but the total value of ecosystem services has increased from 23 389.64 million yuan in 2005 to 24 270.39 million yuan in 2015,mainly due to the ecological service value brought by the increase of ecological service forest area.

Yi River Basin,land use change,ecological service value

X196

A

1008-813X（2017）04-0032-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.04.09

2017-06-14

苏宁（1991-），男，山东济宁人，山东师范大学自然地理学专业（土地利用及覆被变化）硕士研究生在读，主要从事土地利用及覆被变化等方面的研究。