基于土地利用的石羊河流域生态服务价值

生态服务是指人类直接或间接从生态系统功能中得到利益。生态服务功能可以理解为生态系统与生态过程所形成及维持人类赖以生存的自然环境条件与效用，生态服务功能在土地利用中表现为土地利用类型，人们通过利用土地，改变土地利用方式，满足自己的生产生活需要，形成了对土地利用的干扰，影响了土地系统中生态服务价值。近十年来，国内外对土地系统中生态服务价值的估算开展了大量的研究，并取得了令人瞩目的成果，如Costanza等人对全球生态系统服务价值进行分类与评估，提出了全球各种土地利用类型生态服务价值的计算法；欧阳志云对生态系统服务进行论述，评估了中国陆地生态系统的6种服务功能；针对我国具体国情，谢高地等建立了中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值，同时计算出各土地利用类型单位面积上不同功能的生态系统服务价值的总和。近年来，随着全球气候变暖、生物多样性锐减和土地荒漠化等全球性生态环境问题的加剧，生态系统的服务功能研究越来越受到关注。其他国内学者从生态系统过程、服务功能的维持及提高生态系统价值等多方面对不同的地区开展了多方面的研究，如对海河上游、和田河流域、洞庭湖地区以及东北样带和青藏高原等多个地区进行了生态服务价值的定量评估。

土地利用是人与自然交叉最为密切的环节，区域土地利用变化的研究已成为“国际地圈生物圈计划(IGBP)”的重要组成部分。土地利用/覆被变化必然影响生态系统的结构和功能，其变化过程对维持生态系统服务功能起着决定性的作用。因此，研究土地利用变化情况下的生态系统服务价值的变化具有重要意义。本文在研究石羊河流域7个市县土地利用变化的基础上，通过评价土地利用变化引起的生态系统服务价值以及各种土地类型的生态系统服务价值的时空变化来反映其环境效应，为区内土地资源可持续利用和生态环境保护提供决策支持。

1　研究区概况

研究区位于河西走廊东部，祁连山北麓，东以乌鞘岭与黄河流域为界，西以大黄山与黑河流域为界，流域面积40579.02 km2，介于东经101°40'-104d°20'、北纬37°7'-39°29'之间。行政上包括武威市的凉州区、民勤县、古浪县，金昌市的金川区和永昌县和天祝藏族自治县部分乡镇，以及张掖地区肃南裕固族自治县东部飞地，共2区5县，总人口约240万人。整个流域地势南高北低，自西南向东北倾斜。整个流域由南向北总体上可分为三个地貌单元：祁连山区、中部平原区和北部荒漠区。属大陆性温带干旱气候，太阳辐射强，日照充足，降水少，蒸发强烈，空气干燥。流域水系发源于祁连山，全长约300km，自东向西由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河等8条河流组成，河流补给来源为山区大气降水和高山冰雪融水，产流面积1.1×104 km2，多年平均径流量15.6亿m3。整个水系呈扫帚状，具有典型的内陆河系特征。自20世纪80年代以来，流域内农业人口迅速增加，对耕地的需求也随之急剧扩大，地下水资源的过量开采、林木资源的超量采伐和对土地资源的过度开发，致使流域内生态环境日趋恶化。目前在中国内陆河流域中石羊河流域是甘肃省河西内陆河流域中人口最密集、水资源开发强度最大、生态环境问题最严重、水资源对社会经济发展制约性最强的地区。

2　数据来源与研究方法

2.1　数据来源

本文以研究区两期(2000年和2008年)的同一时相Landsat TM遥感影像作为基础数据，结合该区1：25万地形图、土地利用现状图及其他辅助图件，并参考研究区域的气候、土壤、植被等自然地理资料，在地理信息系统软件的支持下，对2000年影像进行人机交互目视解译，获得2000年矢量格式的全区土地利用/覆盖现状数据。在此基准上将2008年影像与2000年的矢量数据套合，提取2000～2008年土地利用动态数据，最后运用GIS空间分析方法，得到2008年的状态数据。

在信息提取的过程中，参照全国土地利用分类方法，将全区景观按生态系统类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地等6个一级类型，在一级土地利用类型的基础上又分为25个子类(见表1)，主要对二级类型进行结果统计分析。其它自然和社会经济数据主要来自研究区的统计年鉴。

2.2　生态系统服务价值评价方法

谢高地等人参考Costanza等的研究成果，结合中国的实际情况就森林、草地、农田、湿地、水体和荒漠6类生态系统的9类生态系统服务价值相对于农田食物生产价值的相对重要性(当量因子)，对国内200多位生态学者进行问卷调查，得出中国生态系统单位面积生态服务价值表(见表2)。同时考虑到研究区实情，本文基于Costanza的生态系统服务价值理论，结合谢高地等对我国平均状态的生态系统服务价值表，研究石羊河流域生态系统服务价值的变化，公式为：

ESV：∑VCi×Ai

i=1

其中，ESV为研究区生态系统服务总价值(元)；VC；为第i类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数(元/hm2)；A；为研究区内第i类土地利用类型的面积(hm2)，n为土地利用类型数目。

3　结果与分析

3.1　土地利用变化分析

通过对流域2000和2008年两期土地利用现状的统计分析，得到近10年来石羊河流域土地利用类型的面积变化表(见表3)。从表3中可以看出，近10年来全区土地利用类型出现了明显的变化，主要体现在流域中下游地区，以耕地、未利用地和草地为主。这说明耕地、草地和未利用地是研究区土地利用变化的重点，它们的变化主导着流域的土地利用格局变化，对本区域的生态环境变化起关键作用。

土地利用类型变化最为明显的是流域最下游以农业经济为主的民勤县，自2000年来，民勤县境内内耕地面积急剧增加，增加面积为96.85 km2，变化率高达6.4％，主要由未利用地和草地转入，这主要由农作物的市场价格大幅上涨刺激农民大量开垦荒地所造成。另外区内人口增长也是一个重要的因素。凉州区位于流域中部平原地区，人口众多，城乡建设用地增加明显，林地面积也有较大的增加，但耕地变化很小，这主要由于退耕还林政策和三北防护林工程的实施。金昌市、永昌县和古浪县地处流域中游，土地利用类型变化基本一致，都主要体现在耕地、草地和未利用地之间的转化上。大体上为耕地增加，未利用地减少。区内人口增加和市场因素是造成这一变化的两大因素。流域上游天祝藏族自治县和肃南裕固族自治县同属祁连山区，人口稀少，近10年来土地利用变化较小，主要体现为林地减少，耕地和草地少量增加。近10年来各市县的城乡建设用地面积都呈缓慢平稳的增长趋势，其中凉州区、金昌市和天祝藏族自治县变化率最大，城市化进程相对较快。流域内各市县水域面积相对较小，但近10年来其微小的变化造成土地利用变化率得到放大，因此变

化率最大的土地类型都出现在水域上，其中民勤县水域变化率最大，高达64.43％。这主要与境内红崖山水库蓄水量的多少存在直接关系。

3.2　土地利用变化对生态系统服务价值的影响

3.2.1　生态系统服务价值的空间梯度分异

运用Costanza等人计算生态系统服务价值的方法，对石羊河流域各市县的生态服务价值进行了计算，结果见表4(建设用地未列入计算)。从表中可以看出，就单位面积的生态服务价值而言，各市县差异非常明显，天祝县>肃南县>古浪县>凉州区>永昌县>金昌市>民勤县，这与各市县在流域内从上游到下游的空间分布基本吻合。整个流域的生态服务价值变化存在明显的空间梯度差异。天祝县和肃南县属于上游祁连山区，整个流域的自然林地主要分布在其中，未利用地类型中只有少量的裸岩分布，单位面积的生态服务价值自然较高，高达50～70万元/km2・a-1；中部平原区古浪县、凉州区和永昌县从东往西依次分布，区内开始出现一定数量的沙地、盐碱地和裸土地等未利用地分布，林地相对上游地区有了很大减少，代之为大面积生态服务价值系数较小的耕地，导致单位面积价值降至25～35万元/km2・a-1；流域最下游北部荒漠区的金昌市和民勤县，区内主要土地类型以未利用地为主导，林地零散分布，且多为灌丛植株。另外耕地在区内总土地面积中所占比例较高，其中金昌市2008年高达25.97％，这些因素导致两市县的单位面积价值最低，仅为10～20万元/kin2・a-1。

3.2.2　生态服务价值的动态演变

从时间变化来看，近10年来石羊河流域中下游地区如古浪县、凉州区、永昌县、金昌市和民勤县的生态服务总价值均呈现增长趋势，这主要来自耕地面积急剧增加和未利用地面积大幅减少的贡献。其中民勤县价值增幅最为突出，总价值增长了2386.77万元。上游山区天祝县和肃南县生态服务总价值呈降低趋势，但降幅很小，其中肃南县仅仅减少了276.44万元。这主要是与上游山区人类对林区的樵采活动和保护不足有关。

近10年来流域内7个市县的耕地面积均出现不同程度的增加，其生态价值也呈增加趋势，尤其是中下游地区永昌县、古浪县和民勤县，都是以发展农业为主，农业人口增长迅速，致使大量林地、草地和未利用地被开垦成农田。林地价值只有在凉州区和金昌市两个地级市出现了增长，其余地区均为减少。整个流域内草地的生态服务价值也主要表现为不同程度的损失，只有古浪县和上游山区两个县出现了小幅增长，这表示区内的退耕还林还草政策并未在土地利用上得到充分的印证。就水域生态服务价值的变化而言，各地区间均呈现较大的变动，尤其是在流域内人为活动较为密集的中下游地区，民勤县增加了63.43％，而金昌市减少了34.92％。各地区的未利用地生态服务价值无一例外的呈现减少趋势，这与当地的生态环境治理政策存在很大的关系。

从各地区生态服务价值的空间分异和时间变化上来看，生态环境相对较差的中下游地区呈增加趋势，而生态环境较好的上游地区呈减少趋势，且中下游地区变化明显要大于上游山区，这表明中下游地区受到强烈的外界干预，朝着有利于生态环境恢复的方向转变，而上游山区生态环境呈现有所恶化的趋势。

4　结论

(1)通过对流域2000和2008年两期土地利用数据分析，近10年来石羊河流域土地利用类型出现了明显的变化，以耕地、未利用地和草地为主，主要体现在流域中下游地区。大体上表现为耕地的增加以及未利用地和草地的减少，其中民勤最为突出，这三种土地类型的变化面积分别为96.85km2，62.65 km2和34.51 km2。上游山区土地利用变化相对较小，主要表现为耕地和草地的少量增加以及林地的减少。

(2)对生态系统服务价值的研究表明，单位面积的生态服务价值变化在整个流域空间上存在明显的自上而下的梯度差异。天祝县>肃南县>古浪县>凉州区>永昌县>金昌市>民勤县，上游山区约为中游地区的两倍，高达50万～70万元/km2・a-1，下游最低，仅为10万～20万元/km2・a-1。从时间变化来看，流域中下游地区如古浪县、凉州区、永昌县、金昌市和民勤县的生态服务总价值均呈现增长趋势，这主要是来自于耕地面积急剧增加和未利用地面积大幅减少的贡献。上游山区天祝县和肃南县呈减少趋势，主要表现在林地的减少。各地区间的水域生态服务价值的变化均呈现较大的变动，尤其是在流域内人为活动较为密集的中下游地区。

(3)从各地区生态服务价值的时空变化来看，生态环境相对较差的中下游地区呈增加趋势，而生态环境较好的上游地区反而呈减少趋势，且中下游地区变化明显要大于上游山区，这表明中下游地区受到强烈的外界干预，近年来政府实施的试图减缓和抑制环境继续恶化的生态环境保护治理政策有所见效，区内环境正朝着有利于生态环境恢复的方向转变，而上游山区生态环境则呈现有所恶化的趋势，这也提示上游山区的生态环境保护和治理也是今后石羊河流域综合治理的重点之一。