土地利用变化对生态系统服务功能的影响研究——以锦州市为例

杜荣海

(凌海市水利勘测设计处，辽宁 凌海 121200)



土地利用变化对生态系统服务功能的影响研究
——以锦州市为例

杜荣海

(凌海市水利勘测设计处，辽宁 凌海 121200)

城市是以人为中心、以自然生态系统为基础的复合体系。人类生活节奏不断变快，城市化水平显著提高，这在一定程度上改变了人类赖以生存和发展的自然生态结构。由此，文章采用自然环境生态系统分析评估中常用的GIS技术以及遥感技术，对辽宁锦州市1990年、2006年以及2014年3个不同时段的土地利用结构，以及对该地区生态系统服务价值演变的过程进行定量以及定性分析、评价。

锦州市；土地利用变化；生态系统；服务功能；影响

生态系统服务功能主要是为人类生产以及消费等社会实践活动和维持自然生态系统平衡提供物质基础的一种效能。其中，与自然生态系统关系最为密切的人类活动就是土地利用。土地空间结构变化，在一定程度上会对自然生态系统总体服务功能造成很大影响。尤其是近年来，随着城市化的快速发展，人类粗放式的生产方式以及实践方式，导致资源严重浪费，显著改变了生态系统的结构。比如，矿区采矿导致土地大面积塌陷，废气的物质，导致河流和植被受到严重污染。由此，使生态系统水质净化以及水源涵养的服务功能大大降低。可见，就土地利用变化对生态系统服务功能造成的相关影响进行研究，不仅是锦州市生态环境保护的本质要求，更是辽宁省“十三五”时期，由粗放式经济发展模式向节约型和环保型发展模式转型的必然需求。

1 研究背景

锦州市位于辽宁省西南地区，总占地面积约10301km2，人口总量为300多万。地理坐标为E120°43′-122°36′、N40°48′-42°08′。该地区地势特征为东南低、西北高，地貌类型分为平原以及山区和丘陵三种。在温带半湿润气候的影响下，锦州市四季分明，降雨较多[1]。但降水四季分布不均，其中，60%-70%的降水大多集中于夏季。锦州市作为连接东北以及华北两大地区的重要交通枢纽地带，它是目前我国东北地区唯一一个同时具有公路以及铁路和空港及海港、管道运输的城市。另外，锦州市作为辽宁省重要的文化以及教育和科技、医疗、物流中心，它也是环渤海经济区的重要沿海开放城市。目前，其已被辽宁省纳入沿海经济带范围内。因此，重要的交通枢纽工程，为当地经济发展以及我国GDP经济增长做出了重大的贡献。但是，随着城市化进程迅速推进，锦州市近年来环境污染问题越来越严重，同时土地利用空间变化，导致锦州市生态系统服务功能受到很大影响。因此，文章将在此背景下，以锦州市为研究对象，对1990—2014年当地土地利用及生态系统服务功能价值的时空演变进行定量分析、评估，以期为资源型城市的土地合理调控和管理提供一定的参考和借鉴[1]。

2 研究方法

随着环境问题越来越突出，无论是国内还是国际，相关部门以及学者都对城市土地利用变化和区域生态系统服务功能之间的关系展开研究[2]。目前，常见的几种研究方法主要分为典型相关分析法以及生态系统综合评估法和多元线性回归分析法，而生态系统服务功能价值评估法，由于能够对不同时期、不同区域土地利用变化情况及生态系统综合服务功能变化差异进行分析。因此，文章将重点采用此种研究方法，对锦州市历史数据资料进行分析评估，以期对当地土地管理以及规划决策者提供更为直观的参考[3]。

3 指标选取

在研究过程中，文章选取的主要数据资料为锦州市1990年、2006年以及2014年3个不同时间段的数据。为了更加直观地对不同指标的影响权重进行分析，文章参考中国土地利用分类标准[4]，将锦州市不同时期的土地利用类型，划分为耕地以及林地、水体和城镇用地几种类型，具体一级以及二级指标包括的详细因子的表分类结果见表1：

表1 锦州市不同时期土地利用类型等级划分

4 模型构建

结合上述3级指标，分别采用土地利用转化动态分析模型，对锦州市土地利用时空变化情况进行分析[5]。同时，采用生态系统服务功能价值计算评估模型，对锦州市1990年、2006年以及2014年3个不同时段的土地利用结构和生态系统服务价值演变的过程进行定量以及定性分析、评价。

4.1 锦州市土地利用转化动态分析模型

土地利用转化动态分析，包括综合土地利用动态分析以及单一土地利用分析两种情况。如下模型一表示锦州市单一土地利用动态度计算模型，其表示在不同时间段内，锦州市某种类型的土地实际覆盖程度变化情况：

(1)

在上述计算模型中，T为文章研究的具体时段，而Ua表示研究初始阶段，某一种土地利用类型的实际数量；而Ub表示本文在研究末期阶段，某一种土地利用类型的实际数量；

另外，文章在对锦州市不同时段土地总体利用程度变化情况进行分析时，主要采用以下计算模型进行分析：

(2)

式中：在上述计算模型中，研究监测初始阶段，锦州市第i类土地的实际利用面积通过LUi表示；数据监测时间间隔采用T表示；另外，监测时段内锦州市第i类土地利用类型转化为非i类土地利用类型面积的绝对值，通过△LUi-j表示。

4.2 锦州市生态系统服务功能价值计算评估模型

锦州市生态系统服务功能价值计算评估，采用以下模型进行计算分析：

V=∑Ai×Rv，i

(3)

该计算模型中，锦州市生态系统服务功能总价值采用V表示，万元；锦州市第i种土地利用类型的实际面积，hm2，采用Ai表示；锦州市第i种土地利用类型的生态系统服务功能价值系数采用Rv，i表示；结合以上计算模型，经过计算分析得到如下表1和表2、表3所示的锦州市土地利用转化率和生态系统服务价值系数以及生态系统服务功能总体价值参数：

表2 锦州市土地利用转化率

表3 锦州市生态系统服务价值系数

表4 锦州市生态系统服务功能总体价值参数

从上述3个数据表对比分析结果可知，在表1锦州市土地利用转化率参数中，工业建筑用地面积显著增加，占锦州市土地总面积的比率为26.73%。因此，土地利用转化率较低，而水体和农田用地面积都有所减少，占锦州市土地总面积的比率分别为35.67%和2.46%。在此过程中，生态用地的转化率最高；而在表2锦州市生态系统服务价值系数对比中可以看出，工业建筑用地的实际生态功能价值为0，生活用地以及生态用地和其他用地生态服务价值系数分别为6304元/hm2·a、19852元/hm2·a、45219元/hm2·a，其中水体以及生态用地的生态系统服务价值较高；在表3锦州市生态系统服务功能总体价值参数对比结果中可以发现，锦州市工业建筑用地以及生活用地和生态用地以及其他类型的用地实际生态系统服务功能总体价值系数分别为0、4.59、24.81以及1.94。因此，生态用地在锦州市所有用地类型中，生态系统服务功能总体价值最高。

从上述指标综合对比结果不难发现，在对锦州市1990年、2006年以及2014年3个不同时段的土地利用结构和生态系统服务价值演变的过程进行定量以及定性分析评价中，土地利用覆被变化将导致陆地生态系统结构以及空间格局发生较大变化，从而会对锦州市水循环系统以及生物地球化学循环和土壤植被综合覆盖率等相关参数造成不良影响[6]。尤其是土壤重金属污染不断加重以及土地植被覆盖率不断降低，会导致锦州市生态系统原有的气候、气体调节功能、水源涵养功能以及土壤形成与保护功能、废物处理功能、生物多样性保护功能等综合性服务功能不断降低直至减退，由此引起锦州市生态系统严重失衡以及人居环境总体质量下降[7]。因此，综上分析可以看出，类似锦州市这一类资源型城市，在城市化过程中，更应该注重生态植被修复以及生态系统建设，通过综合开发利用当地的土地资源，合理调节和管控资源，优化土地资源的空间布局，可以进一步促进锦州市经济社会健康、持续、快速发展[8]。

5 结 语

综上所述，土地利用格局和时空转化效率，会对锦州市土地生态系统综合服务功能充分发挥造成很大影响。除了上述研究结果之外，文章通过对该研究区土地利用变化幅度进行分析，研究结果表明，1990年以前锦州市生态用地空间面积及结构发生剧烈变化，变化幅度为-26.4%；而在1990—2006年这段时期内，锦州市农田占地面积大幅增加，增幅为67.3%；而到了2014年以后，锦州市生态林业面积以及生活用地面积一增一减，变化幅度分别为23.67%和12.79%。从中可以发现，在整个研究时期内，锦州市土地利用面积和结构均发生了较大变化，其中，该地区生态系统水源涵养功能显著降低。由此证明，锦州市土地利用变化会对当地生态系统服务功能的充分发挥带来显著影响，从而为锦州市生态景观格局优化及土地利用合理调控提供了科学的依据。但是，由于不同区域生态系统具有多样性与复杂性，而文章只是针对锦州市几种主要的土体利用类型进行指标选取，同时该评价方法研究视角可能深度和广度不足，本文只是立足于该研究区时间与空间两个维度进行评估，着重对土地利用变化对当地生态系统服务功能造成的影响进行了研究。因此，这为今后采用更先进的技术模型及精确性分析奠定了重要基础，也为进一步深化研究创造了良好的条件。

[1]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术，2015(03)：36-37.

[2]高素丽.辽阳市水资源开发利用和管理保护对策[J].水土保持应用技术，2011(04)：45-47.

[3]刘新成,卢永金,崔冬.长江口南汇东滩水土资源开发布局研究及河势影响预测[J].水利规划与设计,2011(06):9-12，65.

[4]汪洪泽,董增川,赵焱.基于协同进化遗传算法的滨湖河网地区水资源优化配置[J].南水北调与水利科技,2014(02):15-19.

[5]董凤新.开发建设项目主体工程水土保持分析与评价[J].水利技术监督,2015(05):41-43.

[6]王宏伟,张鑫,邱俊楠,等.基于多目标遗传算法的西宁市水资源优化配置研究[J].水土保持通报,2012(02):150-153.

[7]柴雅丽，霍延召.朝阳市水资源供需矛盾分析及解决途径[J].水土保持应用技术，2015(03)：44-45.

[8]苏明珍,董增川,张媛慧,等.大系统优化技术与改进遗传算法在水资源优化配置中的应用研究[J].中国农村水利水电,2013(11):52-56.

Study on Influence of Land Use Change on Ecosystem Services in Jinzhou City

DU Rong-hai

(Linghai Urban Water Conservancy Survey & Design Department，Linghai 121200,China)

The city is a complex system based on human and natural ecological system.The rhythm of human life has quickened constantly，the level of urbanization has improved significantly，which changed the natural ecological structure of human survival and development to a certain extent.GIS technology and remote sensing technology used commonly in the natural environment ecosystem analysis were analyzed in this paper to analyze and evaluate quantitatively and qualitatively the land use structure of Jinzhou City in three different periods of 1990，2006 and 2014，and the value evolution of the ecosystem services in the area.

Jinzhou city; land use change; ecosystem; service function; influence

1007-7596(2017)02-0021-04

2017-01-12

杜荣海(1971-)，男，辽宁锦州人，工程师，从事水利工程勘察、设计等。

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