洞庭湖区土地生态功能价值变化分析

王海燕 段建南 杨威 胡文敏 刘艺

摘 要：研究土地生态功能价值变化对土地资源的可持续利用和生态环境保护具有重大意义。基于遥感和ArcGIS平台，利用洞庭湖区2001年及2011年遥感影像数据进行土地利用分类；通过对中国陆地生态系统单位面积价值的粮食产量修正，分析洞庭湖区土地生态功能价值及其变化特征。结果表明：草地、水体和未利用地面积减少，草地减少最多；建设用地、农用地和林地面积增加，建设用地增加最多。2001～2011年洞庭湖区土地生态功能价值减少了2.555亿元，变化率为-1.47%，减少的价值主要体现在废物处理、土壤形成与保护生态功能上，建设用地扩张、草地退化是导致土地功能价值降低的主要原因。

关键词：土地生态功能； 土地利用变化； 生态功能价值； 洞庭湖区

中图分类号：F301.24文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）05-0089-04

Abstract Studying on the change of land ecological function value has great significance to the sustainable use of land resources and ecological environment protection. Based on the remote sensing and ArcGIS platform， the image data in 2001 and 2011 were used to make land use classification. Through revising the value per unit area of terrestrial ecosystem in China by means of grain output method， the value of land ecological function and its change characteristics in Dongting Lake were analyzed. The results showed that the areas of grassland， water land and unused land decreased， and the grassland decreased the most； those of construction land， farmland and woodland increased， and the construction land increased the most. The land ecological function value of Dongting Lake decreased by 255.5 million yuan with the annual change rate of -1.47% from 2001 to 2011. The reduced value was mainly in waste treatment， soil formation and ecological function protection. The decrease of land ecological function value was mainly attributed to the rapid expansion of construction land and grassland degeneration.

Key words Land ecological function； Land use change； Ecological function value； Dongting Lake district

土地是人类生存和社会经济可持续发展的基本条件，是人类福祉的源泉，具有生产、生态和社会功能，在维持生命的支持系统和环境的动态平衡方面起着不可替代的重要作用[1]。近几十年来，由于自然过程和人类不合理利用等原因，气候变暖、土地荒漠化、土壤侵蚀、水污染等环境问题逐年加重，人们切实意识到土地资源所提供的涵养水源、防风固沙、保持水土等生态功能的重要性。因此，如何准确地计算土地生态功能价值，就成为当前研究的热点[2]。

洞庭湖区是湖南乃至全国的“鱼米之乡”，自然资源极为丰富，农业生产基础雄厚；而洞庭湖是我国的第二大淡水湖，是长江中游重要的调蓄滞洪区和水源地，因此，该区对保障长江流域水生态安全和国家粮食安全有重大责任[3]。但由于城市扩张、人为破坏等因素，洞庭湖区出现水域面积减少、草地退化、渔业资源减少等现象，面临着严重的生态危机。对洞庭湖区土地生态功能价值进行估算并分析其变化， 对遏制土地生态功能的继续破坏和丧失具有重要的现实意义，可进一步指导人类科学利用和管理土地资源，促进土地资源可持续利用，也有利于生态文明建设。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区概况

洞庭湖区位于湖南省北部，长江中游南岸，跨湖南、湖北两省，主要包括岳阳、益阳、常德市，地理位置在北纬28°03′～30°20′，东经110°40′～113°30′之间，总面积约21 000 km²。洞庭湖是中国第二大淡水湖，也是长江流域最大的调蓄滞洪湖泊和水源地，其北有长江，南有湘江、资水、沅水、澧水四水，具有“洪水一片，枯水一线，大水湖相，小水河相” 的景观特点。该区位于亚热带湿润气候区，气候温和，降水集中，盛产稻米和棉花，被称为“鱼米之乡”，是我国重要的商品粮食基地。洞庭湖有着丰富的植物资源和动物资源，是珍稀候鸟越冬栖息地[4～6]。

1.2 数据来源

本研究遥感数据来源于美国地质调查局USGS提供的2001、2011年的Landsat 4-5 TM和Landsat 7 ETM+卫星数字影像，所有影像经过数字质量控制，含云量低于5%，图像层次清晰，便于目视解译和信息提取。图像预处理经过了辐射校正、几何校正、去条带等。采用的非遥感信息数据主要有地理空间数据、气象数据和人口社会经济数据及相关文献。

2 洞庭湖区土地利用覆被分类

本研究采用遥感与地理信息系统一体化的信息提取方法建立土地利用分类系统，通过影像校正、遥感解译、土地利用分类等方法提取洞庭湖区的土地利用类型信息。根据《国家级土地利用与覆被分类系统》，采用分层决策树的监督分类方法对土地进行分类，先分为旱地、水田、高覆盖林地、低覆盖林地、高覆盖草地、中覆盖草地、低覆盖草地、湖泊、河流、水库、城镇用地、农村居民点用地、沙地、其他用地14个类型，然后参考2007年《土地利用现状分类标准（GB/T21010-2007）》，按照科学性、全面性、可判读性、地域差异性原则，制定洞庭湖区土地利用分类系统，合并成一级类：农用地、林地、草地、水体、其他用地、建设用地6个类型。利用ArcGIS，经过统计计算和数据处理，得到洞庭湖区2001年和2011年土地利用各类型面积（表1）及其消长变化（表2），可以反映洞庭湖区土地利用变化的程度。

由表1、表2可以看出，2001～2011年洞庭湖区各土地利用类型面积都有不同程度的变化。变化最大的是建设用地，增加了48.45%，农用地和林地分别增加了4.60%和13.60%，草地、其他用地分别减少了26.23%和11.74%，变化最小的是水体，仅减少3.57%。

3 洞庭湖区土地生态功能价值变化分析

3.1 洞庭湖区土地主要生态功能

土地的生态功能是指土地为维持生物体及人类生存所提供的自然环境条件，是生态系统服务功能的一部分。国内外许多学者对土地生态系统有着深入的研究，如：Costanza 等将生态系统的服务分为17个类型，主要包括原材料生产、气候调节、涵养水源、休闲娱乐、生物多样性、栖息地以及科研文化等[7]，2001年联合国发起千年生态系统评估（Millennium Ecosystem Assessment，简称MA），对全球的陆地、水生生态系统进行了多尺度、综合的评价；吉丽娜、毛德华、陈鹏等对不同的湿地类型提出了不同的指标体系[8～10]。结合本研究区域及研究对象的特点，将洞庭湖区土地的生态功能价值分为以下6个指标：气体调节、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性维持。

3.2 洞庭湖区土地生态功能价值估算方法

洞庭湖区土地生态功能属于间接使用价值，所以采取替代市场法来估算。结合研究区的特点和资料可获取性，对谢高地等人制定的“中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表”以粮食产量进行修正[11]，并用于对研究区土地生态功能价值量进行估算，从而既能综合分析某一土地利用类型提供的服务，又能反映其动态变化特征。

首先，以粮食产量为基准进行区域修订，假定当量表中不同土地利用类型的生态服务价值当量比例保持不变，将研究区农田自然粮食单位面积产量与全国农田自然粮食单位面积产量的比值作为地区修订系数，将土地利用类型与生态系统相对应起来，如林地—森林、草地—草地、农用地—农田、水体—水体、未利用地—荒漠，得到研究区土地单位面积生态功能价值表。修订方法如下：

其中k表示生态功能当量的区域修订系数，A、A0分别表示研究区和全国农田单位面积粮食产量，Ej为第j类土地利用类型经地区修订后的生态功能当量，E0j为第j类土地利用类型全国平均的生态功能当量。

然后，计算出各土地利用类型的生态功能价值和单项生态功能价值，计算公式如下[12]：

其中，EFV为生态功能价值（元），An为研究区第n种土地利用类型的面积（hm²），VCn为第n种土地利用类型的生态功能价值系数（元/hm²）；EFVx为土地第x项功能的服务价值（元），VCxn为第n种土地利用类型所对应第x项功能的生态功能价值系数（元/hm²）。

3.3 结果与分析

3.3.1 土地利用单位面积生态功能价值估算 为了反映土地利用对洞庭湖区土地生态功能价值的影响，本文选取近五年（2010～2014年）湖南省年均自然粮食产量与全国单位面积自然粮食产量均值作为A、A0，分别为6 006.0、5 239.9 kg/hm²，由公式（1）计算出该区域的修订系数为1.15，由公式（2）计算出洞庭湖区土地单位面积生态功能价值表（表3）。

3.3.2 土地生态功能价值估算 根据公式（3）、（4）对2001年和2011年的土地生态功能价值进行估算，结果见表4。可知，洞庭湖区土地生态功能价值总体呈下降趋势，2011年比2001年减少了2.555亿元，变化率为-1.47%。

3.3.3 各项生态功能的价值变化 由表4可知，洞庭湖区废物处理的价值最高，2001、2011年分别为43.293亿元和41.758亿元，占总价值的24.85%和24.32%，呈下降趋势。主要因为城市规模扩张、工厂“三废”排放、农药化肥使用和生活废弃物进入河流，导致水体富营养化和水污染严重，使得废物处理的功能下降。

水源涵养的价值较高， 2001、2011年分别为41.475亿元和40.909亿元，分别占总价值的23.80%和23.83%，略有上升。主要是洞庭湖区水源丰富，其西南有湘江、资江、沅江、澧水入湖，北有长江的藕池、松滋、太平入湖，且降水充沛，使得水库蓄水量增加，以及林地面积增加等因素致使水源涵养的价值越来越大。

土壤形成与保护的价值有所下降，2001年为30.713亿元，2011年为30.006亿元，分别占总价值的17.63%、17.48%。主要是因为泥沙淤积、洪水冲刷作用导致水土流失严重，使得土壤形成与保护功能减弱。

生物多样性维持功能价值低于废物处理、水源涵养和土壤形成与保护，2001年为22.967亿元，2011年为22.770亿元。洞庭湖区生物资源丰富，湖区原有水生生物270多种，其中鱼类114 种，是国内著名的淡水鱼业基地之一。

气体调节、气候调节的生态功能价值都有所增加，主要是因为林地占地面积大，且近十年面积增加，使得其固碳释氧量增加，气体、气候调节功能也越来越强。

3.3.4 各土地利用类型生态功能价值变化分析

从洞庭湖区生态功能的价值构成（表5）来看，林地和水体的生态功能价值占主要部分，超过总价值的50%，农用地、草地次之，未利用地所占价值比例最小，不足0.50%。

其中，林地对洞庭湖生态功能总价值的贡献率最高，从28.24%增加到32.56%，表明由于生态环境的恶化，政府高度重视洞庭湖区的治理和保护工作，加强造林绿化，有效遏制乱征滥占林地。

其次为水体对洞庭湖区生态功能总价值的贡献率，由28.56%下降到27.96%，呈下降趋势，主要是因为自然因素和人类不合理利用，导致泥沙淤积、洪涝灾害严重，水面生态功能下降。

草地和农用地对洞庭湖区生态功能总价值的贡献率也较大，但草地的贡献率呈下降趋势，而农用地的贡献率呈上升趋势，主要是因为农用地、建设用地面积增加，使得草地面积减少，再加上人类利用不合理，导致草场退化严重，使得草地在气体调节、水源涵养、废物处理、生物多样性维持等生态功能方面的价值逐渐减少。

4 结论与讨论

4.1 土地的生态功能不等同于生态系统服务功能，二者既相互联系又相互区别。土地生态功能是生态系统服务功能的一部分，不包括生态系统提供的产品（生产功能）和社会娱乐功能（社会功能），但是其功能的计算需要借鉴生态系统服务价值的计算方法。

4.2 2001～2011年洞庭湖区土地利用发生了较大变化，建设用地增加了48.45%，草地减少了26.23%，这影响了该区土地生态功能的发挥，导致其生态功能总价值下降了2.555亿元，变化率为-1.47%。城镇快速发展、建设用地扩张是造成这一结果的主要原因。

4.3 草地的生态功能价值减少最多，说明大量的草地向建设用地和农用地转化，而人类的不合理利用也导致草地退化严重。价值系数高的水域生态功能价值也呈下降趋势，这需要政府进一步加强在水土保持、退田还湖、平垸行洪等方面的治理。

4.4 洞庭湖区土地生态功能退化主要体现在废物处理、土壤形成与生态功能保护上，主要是由土壤侵蚀、泥沙淤积严重和快速城市化造成的。要实现区域的可持续发展，必须处理好“经济发展”与“生态保护”的关系，互利互惠，实现共赢。相关部门需加强监督和保护，建立和健全生态补偿制度，加大生态保护的宣传力度，进一步提高人们的环保意识。

参 考 文 献：

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