Geographical Science Research
Vol.04 No.04(2015), Article ID:16363,12 pages
10.12677/GSER.2015.44020

Responses of Ecosystem Service to Land Use Change in the Qinghai Lake Region from 1998 to 2008

Ze Han1, Wei Song2*, Fengyun Mu1

1College of Architecture and Urban Planning, Chongqing Jiaotong University, Chongqing

2Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing

Received: Oct. 25th, 2015; accepted: Nov. 16th, 2015; published: Nov. 19th, 2015

Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

ABSTRACT

As one of significant ecological barriers in the northeastern Qinghai-Tibet Plateau, Qinghai Lake Region is an ecologically fragile area which is sensitive to global climate change and human activities. Assessing the effect of land use change on ecosystem service is of great importance for understanding the disturbance of human activities on local ecosystems. Based on land use data in 1988, 2000 and 2008, the table of equivalent value per unit area of ecosystem services in China, and the economic value of food production per hectare in study areas, the ecosystem services value (ESV) in the Qinghai Lake Region was estimated. It was found that: 1) the area of forestland and grassland continuously decreased while the area of construction land and cultivated land continuously increased. The area of unused land was almost unchanged. From 1988 to 2000, economy development and agriculture reclamation were the two main factors driving land use changes. The dynamic indexes of construction land and cultivated land were 0.55% and 0.46%, with an increase in areas of 522.67 hm2 and 7936.65 hm2, respectively. However, the area of forestland and grassland decreased 11,702.74 hm2 and 1203.77 hm2 respectively with the same dynamic index of −0.02%. Since 2000, a series of environmental restoration projects were launched to improve ecosystem and environment. Due to these projects, the increase in area of construction land and cultivated land slowed down, with dynamic index dropping by 0.44 and 0.17 percentage points, respectively. The degradation speed of forestland and grassland was also slower than before, with dynamic index both increased by 0.01 percentage points. 2) The total ESV exhibited an increasing trend in the Qinghai Lake Region, with an increase of 84.13 × 104 CNY and 128.44 × 104 CNY, respectively, compared with that in 1988. Grassland and water areas accounted for over 81% of total ESV in the Qinghai Lake Region. The ESV of construction land, cultivated land and unused land increased by 2341.38 × 104 CNY, 1469.3 × 104 CNY and 34.81 × 104 CNY respectively, while that of forestland and grassland decreased by 2855.65 × 104 CNY and 777.27 × 104 CNY, respectively.

Keywords:Ecosystem Service Function, Land Use Change, Qinghai Lake Region, Economic Value

1988~2008年青海湖生态服务功能对于土地利用变化的响应

韩赜1,宋 伟2*,牟凤云1

1重庆交通大学建筑与城市规划学院,重庆

2中国科学院地理科学与资源研究所,陆地表层格局与模拟院重点实验室,北京

收稿日期:2015年10月25日;录用日期:2015年11月16日;发布日期:2015年11月19日

摘 要

作为青藏高原东北部的重要生态屏障,青海湖地区是一个生态环境极为脆弱的区域,也是全球气候变化与人类活动的敏感区域。评估青海湖地区土地利用变化对于生态服务功能的影响,对于了解人类活动对于当地生态系统的扰动有重要意义。本文以青海湖环湖区为研究区,利用该区1988年、2000年和2008年土地利用数据,运用中国生态系统服务价值当量因子表和该区单位面积农田生态系统在1988年、2000年和2008年3期提供的食物生产服务的平均经济价值,对该区生态系统服务价值进行了评价。结果表明:1) 1988~2008年间,青海湖环湖区用地结构的变化为:林地和草地面积不断下降,建设用地和耕地逐渐增加,未利用土地基本保持不变;1988~2000年间,经济发展和农业开垦是该区用地结构变化的主要驱动因素,建设用地和耕地的动态度分别达0.55%和0.46%,面积较1988年增加了522.67 hm2和7936.65 hm2;同期草地和林地面积分别减少了11,702.74 hm2和1203.77 hm2,动态度均为−0.02%;自2000年以来,该区在一系列生态治理工程的作用下,建设用地和耕地的扩张减缓,动态度较前期分别下降了0.44和0.17个百分点,林地和草地的减少速度下降,动态度较前期均提高了0.01个百分点,面积分别减少了3380.54 hm2和500.04 hm2。2) 青海湖环湖区生态服务价值总体呈上升趋势,与1988年相比,2000年和2008年分别增加了84.13万元和128.44万元,其中草地和水域在生态系统服务总价值的比例最大,累计约占81%以上;不同的用地类型中,草地和林地的服务价值分别下降了2855.65万元和777.27万元,耕地、建设用地和未利用土地的服务价值分别提高了2341.38万元、1469.30万元和34.81万元。

关键词 :生态服务功能,土地利用变化,青海湖环湖区,经济价值

1. 引言

自然生态系统作为人类社会赖以生存和发展的动态综合体,为人类源源不断的提供着许多必不可少的产品和服务。土地作为自然生态系统的重要载体 [1] ,近二十年来,随着人口的急剧增加、社会经济的快速发展,其利用方式和程度也正发生着巨大的变化,影响着自然生态系统服务的结构和功能,进而又反馈于人类的生活和社会经济的发展 [2] 。利用土地利用变化数据来评估生态系统服务的经济价值,对衡量土地资源利用、评估生态环境现状和区域可持续发展具有重要意义 [3] [4] 。

生态系统服务(Ecosystem Services)的概念最初是在Ehrlich等人提出的“全球生态系统公共服务功能”的基础上逐渐演化而来 [5] 。Daily等人 [6] 认为生态系统服务是生态系统及其物种所提供的满足人类生活的条件和过程,Costanza [7] 将其定义为对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品和服务。可以看出,生态系统服务是更强调生态系统的社会属性以及人类从中获取的收益。目前国内外关于生态系统服务的研究主要集中于生态系统服务分类 [8] 、形成及其变化机制 [9] 、价值化及评价 [7] [10] - [15] 等方面。在生态系统服务的分类上,较有影响的是由MEA (千年生态系统评估,Millennium Ecosystem Assessment)提出,将其分为供给服务、调节服务、文化服务和支持服务。在生态系统服务价值量化的方法上,有市场价值法 [16] 、替代法 [17] [18] 和支付意愿调查评价法 [19] - [23] 和能值法 [2] [4] [24] - [27] 等。

青藏高原作为世界上最大的“水塔”,对邻近地区的水源供给和气候调节起到了重要作用。但其自身各生态系统的结构并不均衡,其中草地生态系统的面积最大,占总面积的50.9%,约是农田、森林和湿地生态系统总和的4.5倍,其余均为冰川、戈壁和荒漠等生态系统 [11] 。近年来,学者们针对青藏高原不同的区域尺度 [12] [28] [29] 、不同生态系统 [11] [13] [17] [30] 及服务功能 [31] 进行了经济评估,为人们认识青藏高原的生态服务功能、维护青藏高原生态平衡提供参考。

青海湖环湖区是青藏高原东北部重要的生态屏障 [32] ,也是全球气候变化的敏感区域和生态环境的脆弱区域。近年来,随着人口增长和农业经济的快速发展,人类对青海湖环湖区的扰动不断增加,加之气候变化对农牧业生产、水资源、林地等影响,直接驱动着该区域土地利用方式和程度的改变,生态环境和生态服务功能随之发生变化。目前,关于青海湖环湖区生态环境的研究多偏向于草地资源、水资源利用、土地沙化等方面,而对生态服务价值对土地利用变化响应的研究仍较少,开展该项工作对掌握青海湖环湖区域土地利用特征及生态系统状况十分必要。因此,本文以青海湖环湖区土地利用变化数据为基础,评估区域生态服务功能对于土地利用变化的响应,旨在为青海湖环湖区域的生态保护和可持续发展提供支撑。

2. 研究区概况

青海湖是我国面积最大的内陆微咸水湖,位于青海省东北部。《青海省土地利用总体规划(2006~2020年)》中划分了东部土地利用区、青海湖环湖土地利用区、柴达木土地利用区和青南土地利用区四大区域,青海湖环湖土地利用区(东经97˚10'~101˚33',北纬35˚19'~39˚11',简称青海湖环湖区)位于青海湖周围,包括刚察县、海晏县、共和县、贵南县、天峻县和祁连县(图1)。青海湖环湖区土地总面积755.9 × 104 hm2,位于青藏高原的东北边缘,地处西北干旱区、青藏高寒区和黄土高原的交汇地带,地形以盆地、山地为主,盆地分布于青海湖周围,四周为高山,海拔差异明显,在1650到5660 m之间。该区属典型的高原大陆气候,寒冷期长,干旱少雨,日照充足,太阳辐射大,四季分明,年平均气温−2℃~6℃,年平均降水量250~430 mm,年平均蒸发量1300~1700 mm。青海湖环湖区的土壤类型呈现明显的垂直分异性,随海拔升高依次为栗钙土、黑钙土、山地草甸土、高山草甸土 [33] ,植被以草地为主。流经该区的大小河流共50多条,河流主要依靠降水和冰雪融化补给,来水集中于5~9月。

青海湖环湖区是青海省人口较为密集,农牧业较发达的地区。2008年底,该区总人口34.9万人,其中乡村人口为24.2万人,人口密度达4.61人∙hm−2。地区生产总值为68.51亿元,第一产业增加值达13.86万元。该区以畜牧业生产为主,兼有少量的种植业区域,农、林、牧、渔业间生产总值的比例分别约为16:1:82:1。

Figure 1. The location of the Qinghai Lake Region

图1. 青海省环湖区地理位置

3. 数据来源及研究方法

3.1. 数据来源

本文所使用的土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)提供的全国陆地区域的多时相1:10万比例尺土地利用现状数据库,该数据库以各期Landsat TM/ETM遥感影像为主要数据源,通过人工目视解译生成。土地利用类型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6个一级类型。社会经济数据来源于《青海统计年鉴》 (1989、2001、2009) [34] 和《中国农村统计年鉴》(1989、2001、2009) [35] 。

3.2. 土地利用变化分析

土地利用动态度是用于反映一定时间内研究区某种土地利用类型数量变化的情况的指标 [36] ,计算公式如下:

(1)

式中,Ua和Ub分别为研究期初和期末的某种土地利用的面积(hm2);T为研究时段长(年);K为单一土地利用类型动态度。

3.3. 生态服务价值评价

1) 生态系统服务单价,本文参考谢高地等人建立的生态系统服务评估单价体系 [15] ,其中包括了6类生态系统的9类生态服务价值的当量(表1)。表中“1”表示1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值,其他当量因子则是相对于农田食物生产服务的贡献大小。

Table 1. Equivalent value per unit area of land ecosystem services in China

表1. 中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量因子

数据来源:谢高地等 [15] 。

根据谢高地等人的研究,1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7 [13] 。因此农田食物生产服务单价的获取则是利用研究区粮食作物的播种面积、产量以及全国平均价格数据计算得到。其他生态系统服务的单价以食物生产的生态服务单价与当量表(表1)相乘得到,计算公式如下:

(2)

式中,i为生态服务的类型;j为土地利用类型;Eij为第j种土地利用类型的第i种生态服务的单价(元∙hm−2∙年−1);eij为第j种土地利用类型的第i项服务单价的当量因子。

利用青海湖环湖区各县的粮食播种面积、粮食产量、全国农产品价格等统计数据,汇总得到青海湖环湖区农田食物生产服务价格的单价为162.23元∙hm−2 (表2)。

2) 区域生态服务价值。以各生态服务单价和各土地利用类型面积的乘积作为不同生态系统服务的总价值。计算公式如下:

(3)

(4)

(5)

式中,Ai为第j种土地利用类型的面积;ESVi为第i种生态服务的经济价值;ESVj为第j种土地利用的生态服务价值;ESV为区域生态服务总价值。

4. 结果

4.1. 1988~2008年土地利用结构变化

1988~2000年间,青海湖环湖区耕地的面积迅速增加,共转入9260.25 hm2 (表3图2),主要来源于草地和未利用土地,二者分别占转入面积的93.55%和5.63%,除去耕地向水域、未利用土地和建设用地的转出面积,耕地净增加了7936.65 hm2,动态度为0.46%,变化较剧烈;林地主要转为草地和水域,面

Table 2. Economic value of food production services per unit area in the Qinghai Lake Region in 1988, 2000 and 2008

表2. 1988年、2000年和2008年青海湖环湖区单位面积食物生产的经济价值

Table 3. Transition probability of land use types around the Qinghai Lake during 1988-2000 (unit: hm2)

表3. 1988~2000年青海湖环湖区土地利用转移矩阵(单位:hm2)

Figure 2. Land use dynamic index of different land use in Qinghai Lake Region during 1988-2008

图2. 1988~2008年青海湖环湖区土地利用动态度

积净减少了−1203.77 hm2,动态度为−0.02%;区内草地在耕地开垦、建设用地占用、草地退化等影响下,面积净减少量达11,702.74 hm2,但由于草地总量巨大,动态度仅为−0.02%;水域总面积略有增加,主要来源于草地的转移,水域面积的转出主要为未利用土地,净增加面积756.64 hm2,动态度为0.03%;建设用地扩张明显,增加面积522.67 hm2,主要来源于耕地和草地的占用,分别占建设用地转入面积的53.08%和45.40%,建设用地未转出至其他地类。

2000年以后,随着退耕还林(草)、退牧还草、“三北”防护林、自然保护区等一系列生态建设工程的实施,各项用地动态度也较2000年以前有所下降(表4图2)。2000~2008年间耕地的动态度为0.29%,较前期下降了0.17个百分点,主要转出至草地和水域;林地的动态度为−0.02%,较前期下降了0.01个百分点,主要转出至草地;草地动态度为−0.01%,较前期下降了0.01个百分点,草地退化为未利用土地的

Table 4. Conversion probability of land use types in the Qinghai Lake Region during 2000-2008 (unit: hm2)

表4. 2000~2008年青海湖环湖区土地利用转移矩阵(单位:hm2)

面积约为1988~2000年间草地总面积的1/4。水域的动态度为0.02%,较前期下降了0.01百分点,水域面积的增加主要来源于耕地和草地;建设用地的动态度为0.11%,较前期下降了0.44个百分点,建设用地的扩张仍以耕地和草地的占用为主;未利用土地的总量变化较小,基本保持不变。

4.2. 1988~2008年土地利用格局变化

青海湖环湖区中草地是分布最广、面积最多的地类,约占总面积的54.2% (图3),且整体处于缓慢递减的趋势;其次是未利用土地,所占面积比例为29.65%左右,主要分布在北部的天峻和祁连县、南部的共和县等高海拔地区,其面积呈现增加的趋势,新增未利用土地主要出现在青海湖湖滨及龙羊峡水库周边;区域内水域面积比例约为8.10%,主要包括青海湖、哈拉湖、尕海湖、洱海等湖泊,龙羊峡水库,以及布哈河、沙柳河、浚河和吉儿门河等诸多入湖河流,受到气候干暖化及人类经济活动的影响,青海湖湖面面积略有减少,沿湖地区草地和未利用土地在增加,但区内水域总面积呈现增加的趋势,新增水域主要在日哈河、龙羊峡水库等地区;林地面积占总面积的比例约为5.88%,集中分布于日月山、青海南山、牛心山等山地阴坡及沟谷地带,总面积处于不断下降状态;环湖区内耕地面积较少,约占总面积的2%,且多分布于海拔较低、地势平坦的平原地带,如青海湖湖滨、贵南县西部等,随着人口和经济的快速增长,耕地面积不断增加,特别是1988~2000年间,青海湖北部耕地面积迅速增加,2000年以后,增速放缓;建设用地分布集中于海拔较低、地势平坦的平原和河谷地带,整体分布与耕地相似。

4.3. 1988~2008年生态服务价值变化

利用式(3)计算得到青海湖环湖区各生态系统单位面积生态服务的经济价值(表5)。林地、草地、耕地、水域和未利用土地分别对应于森林、草地、农田、河流/湖泊和荒漠生态系统。利用其面积与生态服务单价计算得到1988年、2000年和2008年不同地类生态服务价值总量(表6)。

1988~2008年间青海湖环湖区不同地类之间生态服务价值基本保持不变。耕地、水域、未利用土地的生态服务价值表现为逐渐增加的趋势,分别增长了1469.30万元、2341.38万元和34.81万元,草地和林地的生态服务价值呈现下降的趋势,分别减少了777.27万元和2855.65万元。草地和水域对生态服务总价值的贡献率最大,累计达到81%以上,其次是林地,贡献率在13.5%左右,未利用土地和耕地服务价值相对较小,分别约占总价值的3.37%和1.3%。

1988年、2000年和2008年青海湖环湖区生态服务价值分别为149.94亿元、149.95亿元和149.96亿元,呈逐年递增的趋势,且各单项生态服务价值间的比例基本保持不变(表7)。在一级服务类型中,调节服务的生态服务价值所占比例最大,在58.84%以上,且呈现逐渐增加的趋势,其二级服务中水文调节的

Figure 3. Land use in the Qinghai Lake Region in 1988, 2000 and 2008

图3. 1988年,2000年和2008年青海湖环湖区土地利用

Table 5. Economic value of ecosystem services per hectare in the Qinghai Lake Region (unit: CNY∙hm−2∙a−1)

表5. 青海湖环湖区单位面积生态服务价值(单位:元∙hm−2∙a−1)

Table 6. Economic value and percentage of ecosystem in the Qinghai Lake Region in 1990, 2000 and 2008 (unit: 104 CNY, %)

表6. 1988年、2000年和2008年环湖区生态系统服务价值及比例(单位:万元,%)

Table 7. Economic values of each ecosystem service in the Qinghai Lake Region in 1990, 2000 and 2008 (unit: 104 CNY)

表7. 1988年、2000年和2008年青海湖环湖区各单项生态服务价值及比例(单位:万元)

最大,废物调节和气候调节次之,气体调节的价值最小,相互之间的比例约为8:9:18:15;其次是支持服务,约占总价值的26.70%,呈现不断减少的趋势,其中保持土壤和维持生物多样性之间的比例约为47:52;再之是文化服务,经济价值基本保持不变,占总价值的比例为8.41%;供给服务的价值最小,对总价值的贡献率维持在6.05%左右,其中食物生产的价值略小于原材料生产,二者比例约为43:57。

4.4. 1988~2008年生态服务价值的空间变化

1988年青海湖环湖区地均生态服务价值在5926.85~23,086.80元∙hm−2之间(图4),空间上具有一定的差异性,其中贵南县和海晏县的地均生态服务价值远高于其他县,天峻县和共和县最低。1988~2000年,虽然该区生态服务总价值在提高,但除海晏县和天峻县外,贵南、祁连、刚察和共和4个县均有不同程度的下降,其中贵南县下降幅度最大,达−7423.63元∙hm−2,祁连县次之,下降了1913.22元∙hm−2。2000年以后,各县的地均生态服务价值均得到了一定的改善,其中贵南县提高幅度最大,达1068.03元∙hm−2,海晏县次之,为280.75元∙hm−2,其余4个县的地均生态服务价值提高幅度在0~250元∙hm−2之间。

5. 结论

青海湖环湖区作为青海省东北部重要的生态屏障,近年来随着人口、经济的不断增长,其土地利用结构和格局都在不断变化,相应生态服务价值也随之改变,通过本研究发现:

1) 1988~2008年间,青海湖环湖区内建设用地和耕地的面积在不断增加,林地和草地的面积不断减少,未利用土地基本保持不变。1988~2000年间,建设用地扩张、耕地开垦、草地退化等现象显著,未利用地不断增加。2000年以来,随着一系列生态工程的实施,生态建设的成果显著,各项用地的变化表现为:建设用地和耕地的扩张减缓,林地和草地的退化速度下降,水域面积持续增加,未利用土地的面积基本保持不变。

Figure 4. Ecosystem service values per area in the Qinghai Lake Region during 1988-2008 (unit: CNY∙hm−2)

图4. 1988~2008年青海湖环湖区地均生态服务价值变化(单位:元∙hm−2)

2) 1988年、2000年和2008年青海湖环湖区生态服务价值分别为149.94亿元、149.95亿元和149.96亿元,呈逐渐递增的趋势。不同地类中生态服务价值的大小依次为:草地 > 水域 > 林地 > 未利用土地 > 耕地,其中耕地、水域、未利用土地的生态服务价值在逐渐增加,草地和林地的生态服务价值呈现下降的趋势。

3) 各单项生态服务价值的大小依次为:调节服务 > 支持服务 > 文化服务 > 供给服务。二级类型服务项的生态服务价值占总价值的比例依次为:水文调节 > 废物调节 > 维持生物多样性 > 保持土壤 > 气候调节 > 气体调节 > 提供美学景观 > 原材料生产 > 食物生产。其中除食物生产、水文调节、废物调节等所占比例逐渐递增,其他6个二级类型的生态服务价值逐期递减。

4) 1988~2008年间青海湖环湖区各县地均生态服务价值的变化具有空间差异性,其中海晏县和天峻县的生态服务价值在不断提高,祁连县、刚察县、共和县和贵南县的变化呈现先下降后上升的趋势,其中贵南县和祁连县的波动最大。

致谢

国家自然科学基金重大研究计划(项目编号:91325302)与国家自然科学基金青年基金(项目编号:41501192)联合资助。

文章引用

韩 赜,宋 伟,牟凤云. 1988~2008年青海湖生态服务功能对于土地利用变化的响应
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*通讯作者。

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