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自然资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (3): 219-228    DOI: 10.6046/zrzyyg.2020305
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生态服务价值对土地利用变化的时空响应研究——以徐州市为例
汪清川(), 奚砚涛(), 刘欣然, 周文, 徐欣冉
中国矿业大学资源与地球科学学院,徐州 221000
Spatial-temporal response of ecological service value to land use change: A case study of Xuzhou City
WANG Qingchuan(), XI Yantao(), LIU Xinran, ZHOU Wen, XU Xinran
School of Resources and Geosciences, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221000,China
全文: PDF(4034 KB)   HTML  
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摘要 

徐州市是淮海经济区的中心城市, 生态环境保护工作任重而道远。通过2005—2015年间徐州市的遥感影像数据制作徐州市土地利用变化图,再结合相关统计年鉴数据,利用GIS空间统计的方法, 计算出研究期间徐州市的土地利用动态度和土地利用转移矩阵。在此基础上以当量因子法的研究为基础,以研究区域的具体情况确定相关修正系数,定量研究了徐州市的生态系统服务价值在时间及空间上的变化。从土地利用变化和生态系统服务价值变化之间,研究其变化关系。研究结果表明: ①徐州市主要用地类型以耕地为主, 2005—2015年间, 耕地、林地、水域和草地面积减少, 未利用地小幅度增加,建设用地增加面积较大,同时不同土地利用类型之间转化剧烈,耕地大面积向林地、草地和建设用地转出,增加的建设用地面积主要是由耕地转化而来; ②在二级生态系统服务类型中,水文调节和废物处理服务价值最高,原料生产服务价值较低,研究期各单项生态系统服务价值均呈现出不断下降的趋势,进而导致徐州市总生态系统服务价值不断减少,10 a间共减少了2.9×109元,在一级生态系统服务类型中,耕地生态系统服务价值减少了1×109元,林地生态系统服务价值减少了1.43×109元,二者生态服务价值减少量占总生态服务价值减少量的80%以上; ③不同时期各地类的生态系统敏感性指数均小于1,说明研究期间徐州市各地类生态价值系数和生态系统服务价值是一种缺乏弹性的关系,因此采用生态价值系数的计算方法是合理可靠的,计算结果具有可信度。

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汪清川
奚砚涛
刘欣然
周文
徐欣冉
关键词 土地利用变化生态系统服务价值土地利用转移矩阵徐州市    
Abstract

As a central city in the Huaihai Economic Zone, Xuzhou has a long way to go in terms of environmental protection. A map of land use change during 2005—2015 in Xuzhou was prepared according to the remote sensing images of this period. Based on this as well as relevant statistic yearbooks, the land use dynamic degree and land use transfer matrix of Xuzhou during 2005—2015 were calculated using the method of GIS spatial statistics. Then relevant correction coefficients were determined according to the specific conditions of the study area using the equivalent factor method, and the spatial-temporal changes in the ecosystem service values in Xuzhou were quantitatively analyzed. Meanwhile, the relationship between the land use change and ecosystem service value change was investigated. The results are as follows. ① The land use types in Xuzhou are dominated by cultivated land. During 2005—2015, the area of the cultivated land, forest land, water areas, and grassland decreased, the unused land slightly increased, and the construction land considerably increased. Meanwhile, different land use types were drastically converted. In detail, a large area of cultivated land was converted into forest land, grassland, and construction land, and the increased area of the construction land was mainly converted from the cultivated land. ② Among the second-order ecosystem services, the hydrological regulation and waste treatment services possessed the highest values, while the raw material production service showed a low value. During the study period, the value of each individual ecosystem service showed a downward trend, which led to a continuous decrease in the overall ecosystem service value of Xuzhou City. Specifically, the values of the second-order ecosystem services decreased by 2.9×109 yuan in total in the ten years. For the first-order ecosystem service types, the values of cultivated land and forest land ecosystem services decreased by 1×109 yuan and 1.43×109 yuan, respectively, the sum of which accounted for more than 80% of the total reduced value of first-order ecosystem services. ③ The sensitivity index values of the ecosystem services to various land use types were all less than 1 in different stages, indicating an inelastic relationship between the ecosystem value coefficients and the ecosystem service values of various land use types during the study period. Therefore, the ecological value coefficients and calculation method used in this paper are reasonable and reliable, and thus the calculation results are credible.

Key wordsland use change    ecosystem service value    land use transfer matrix    Xuzhou City
收稿日期: 2020-09-23      出版日期: 2021-09-24
ZTFLH:  P237  
基金资助:高分辨率对地观测系统重大专项项目(GFZX0404130302)
通讯作者: 奚砚涛
作者简介: 汪清川(1994-),男,硕士研究生,主要从事遥感与GIS应用研究。Email: 1551994459@qq.com
引用本文:   
汪清川, 奚砚涛, 刘欣然, 周文, 徐欣冉. 生态服务价值对土地利用变化的时空响应研究——以徐州市为例[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 219-228.
WANG Qingchuan, XI Yantao, LIU Xinran, ZHOU Wen, XU Xinran. Spatial-temporal response of ecological service value to land use change: A case study of Xuzhou City. Remote Sensing for Natural Resources, 2021, 33(3): 219-228.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2020305      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I3/219
Fig.1  研究区域
数据名称 获取时间 获取来源 分辨
率/m
数据
格式
Landsat5 TM影像 2005年和2010年 地理空间数据云 30 栅格
Landsat8 OLI/TIRS影像 2015年 地理空间数据云 30 栅格
统计年鉴 2005—2015年 徐州市统计局 表格
行政边界 2015年 中科院资源科学数据中心 矢量
Tab.1  基本数据信息汇总
一级类型 二级类型 森林 草地 农田 湿地 河流/湖泊 荒漠
供给服务 食物生产 0.33 0.43 1 0.36 0.53 0.02
原材料生产 2.98 0.36 0.39 0.24 0.35 0.04
调节服务 气体调节 4.32 1.50 0.72 2.41 0.51 0.06
气候调节 4.07 1.56 0.97 13.55 2.06 0.13
水文调节 4.09 1.52 0.77 13.44 18.77 0.07
支持服务 废物处理 1.72 1.32 1.39 14.40 14.85 0.26
保持土壤 4.02 2.24 1.47 1.99 0.41 0.17
维持生物多样性 4.51 1.87 1.02 3.69 3.43 0.40
文化服务 娱乐文化 2.08 0.87 0.17 4.69 4.44 0.24
合计 28.12 11.67 7.9 54.77 45.35 1.39
Tab.2  中国生态系统单位面积生态服务价值当量表(2007年)
一级类型 二级类型 林地 草地 耕地 水域 未利用地
供给服务 食物生产 1 348.90 1 757.66 4 087.58 2 166.41 81.75
原材料生产 12 180.97 1 471.53 1 594.15 1 430.65 163.5
调节服务 气体调节 17 658.32 6 131.36 2 943.05 2 084.66 245.25
气候调节 16 636.42 6 376.61 3 964.95 8 420.40 531.38
水文调节 16 718.17 6 213.11 3 147.43 76 723.75 286.13
支持服务 废物处理 7 030.63 5 395.60 5 681.73 60 700.46 1 062.77
保持土壤 16 432.04 9 156.16 6 008.73 1 675.91 694.89
维持生物多样性 18 434.96 7 643.73 4 169.32 14 020.38 1 635.03
文化服务 娱乐文化 8 502.15 3 556.19 694.89 18 148.38 981.02
合计 114 942.56 47 701.98 32 291.83 185 371.44 5 681.73
Tab.3  徐州市生态系统单位面积生态服务价值系数表
Fig.2  徐州市土地利用变化
土地利用类型 2005年 2010年 2015年 动态度/%
面积/hm2 比例/% 面积/hm2 比例/% 面积/hm2 比例/% 2005—2010年 2010—2015年
耕地 783 793.35 70.66 761 754.33 68.68 752 671.62 67.85 -0.56 -0.24
林地 55 430.73 5.00 43 227.27 3.9 42 974.73 3.87 -4.40 -0.12
草地 8 300.97 0.75 2 797.92 0.25 3 114.36 0.28 -13.26 2.26
建设用地 210 492.00 18.98 251 549.19 22.68 260 455.05 23.48 3.90 0.71
水域 50 829.03 4.58 49 404.42 4.45 49 488.21 4.46 -0.56 0.03
未利用地 342.18 0.03 469.44 0.04 600.3 0.05 7.44 5.58
Tab.4  2005—2015年徐州市土地利用变化
土地利用
类型
2005年
草地 耕地 建设用地 林地 水域 未利用地 总计
草地 2 688 293 65 34 33 3 3 115
耕地 4 977 727 369 8 123 10 855 1 350 1 752 676
建设用地 568 54 276 200 790 2 669 2 122 33 260 458
2015年 林地 34 875 222 41 813 28 8 42 980
水域 12 1 757 529 36 47 165 0 49 498
未利用地 20 109 38 9 129 295 600
总计 8 299 784 679 209 766 55 416 50 828 340 1 109 327
Tab.5  徐州市2005—2015年土地利用转移矩阵
土地利
用类型
ESV及其比例 ESV变化量/(106元)
2005年 2010年 2015年
ESV/
(106元)
比例/% ESV/
(106元)
比例/% ESV/
(106元)
比例/% 2005—2010年 2010—2015年 2005—2015年
耕地 25 300 60.99 24 600 63.30 24 300 63.01 -700 -300 -1 000
林地 6 370 15.35 4 970 12.79 4 940 12.81 -1 400 -30 -1 430
草地 396 0.95 133 0.34 149 0.39 -263 16 -247
水域 9 420 22.70 9 160 23.57 9 170 23.78 -260 10 -250
未利用地 19.4 0.01 26.7 0.01 34.1 0.01 7.3 7.4 14.7
合计 41 500 100 38 900 100 38 600 100 -2 600 -300 -2 900
Tab.6  徐州市各用地类型ESV变化
生态系统服务类型 ESV ESV变化量
2005年 2010年 2015年 2005—2010年 2010—2015年 2005—2015年
食物生产 3 400 3 280 3 250 -120 -30 -150
原材料生产 2 010 1 820 1 800 -190 -20 -210
气体调节 3 440 3 130 3 100 -310 -30 -340
气候调节 4 510 4 170 4 140 -340 -30 -340
水文调节 7 350 6 930 6 900 -420 -30 -450
废物处理 7 970 7 650 7 600 -320 -50 -370
保持土壤 5 780 5 400 5 340 -380 -60 -440
维持生物多样性 5 070 4 690 4 650 -380 -40 -420
娱乐文化 1 970 1 800 1 800 -170 0 -170
Tab.7  徐州市单项ESV及其变化
行政区域 ESV(108元) ESV变化量(108元) 单位面积ESV(104元/hm2)
2005年 2010年 2015年 2005—2010年 2010—2015年 2005—2015年 2005年 2010年 2015年
贾汪区 27.5 26.6 26.8 -0.9 0.2 -0.7 4.45 4.31 4.35
泉山区 2.9 0.48 0.47 -2.42 -0.01 -2.43 5.04 0.83 0.81
铜山区 77.3 75.0 74.6 -2.3 -0.4 -2.7 4.02 3.90 3.88
新沂市 69.2 67.1 66.3 -2.1 -0.8 -2.9 4.35 4.22 4.17
云龙区 3.87 2.55 2.36 -1.32 -0.19 -1.41 3.41 2.25 2.08
邳州市 83.5 80.2 80.1 -3.3 -0.1 -3.4 4.02 3.87 3.86
睢宁县 49.5 47.7 47.4 -2.2 -0.3 -2.5 2.80 2.70 2.69
鼓楼区 10.4 8.23 7.75 -2.17 -0.48 -2.65 3.71 2.94 2.77
丰县 52.6 45.7 45.0 -6.9 -0.7 -7.6 3.66 3.18 3.13
沛县 38.4 35.1 34.9 -3.3 -0.2 -3.5 3.10 2.84 2.82
Tab.8  徐州市ESV空间变化
Fig.3  徐州市ESV变化量空间分布
Fig.4  徐州市ESV时空变换
年份 耕地 林地 草地 水域 未利用地
2005年 0.609 9 0.153 5 0.009 5 0.113 5 0.000 47
2010年 0.633 0 0.127 9 0.003 4 0.117 8 0.000 69
2015年 0.632 9 0.127 1 0.003 8 0.118 0 0.000 88
Tab.9  敏感性指数变化
Fig.5  耕地、林地、草地、水域和未利用地面积与ESV变化趋势
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