基于土地利用变化的乡村聚落生态系统服务价值时空演变分析.pdf
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1、2023年36 卷8 期Vol.36No.8引用格式:李泽,吴博萌:基于土地利用变化的乡村聚落生态系统服务价值时空演变分析J:西南农业学报,2 0 2 3,36(8):17 37 17 47.LiZ,Wu B M.Spatial-temporal evolution of ecosystem service value in rural setlements based on land use changeJ.Southwest China Journal of Agri-cultural Sciences,2023,36(8):1737-1747.D0I:10.16213/ki.scjas.
2、2023.8.019.西南农业学报Southwest China Journal of Agricultural Sciences基于土地利用变化的乡村聚落生态系统服务价值时空演变分析1737李泽,吴博萌?(1.天津大学建筑学院/天津市城市规划学会规划实施学委会/中国城市规划学会城乡规划实施学委会,天津30 0 0 7 2;2:天津大学建筑学院,天津30 0 0 7 2)摘要:【目的】识别乡村聚落生态系统服务价值演化情况,为优化土地利用结构实现乡村可持续发展提供参考依据。【方法】以转移矩阵、动态度分析和生态系统服务价值评估为主要方法,基于土地利用数据识别土地利用演化格局和生态系统服务价值变化趋
3、势,提出国土空间规划框架下的价值提升策略。【结果】2 0 0 92 0 2 0 年,研究区土地利用结构变化显著,园地、草地和未利用地大幅缩减,建设用地急剧扩张,呈现生态环境破碎化和生态斑块离散化的特征。生态系统服务价值在空间上呈现“东南高一西北低”的分布格局。水系、滩涂和湿地构成高值区,耕地与建设用地构成服务价值洼地。研究期内生态系统服务价值下降1.11亿元;单项生态系统服务价值以调节服务价值为主,占总比重7 9%,价值减损斑块集中在研究区东南部,具有较强空间聚集性。【结论】2 0 0 92 0 2 0 年研究区生态系统服务价值总量缓慢下降,东南片区的高值区服务功能退化显著。在乡镇国土空间规划
4、中控制建设用地蔓延方向、减缓聚落扩张速度、预留生态资源功能恢复周期能有效帮助提升生态系统服务价值。关键词:生态系统服务价值;土地利用变化;乡村聚落;国土空间规划中图分类号:S181Spatial-temporal evolution of ecosystem service value inrural settlements based on land use change文献标识码:A文章编号:10 0 1-48 2 9(2 0 2 3)8-0 17 37-11LI Zel,WU Bo-meng?(1.School of Architecture,Tianjin University/Pla
5、nning and Implementation Committee of Tianjin Urban Planning Society/Academic Com-mittee of Urban and Rural Planning Implementation,China Society for Urban Planning,Tianjin 300072,China;2.School of Architecture,Tianjin University,Tianjin 300072,China)Abstract:ObjectiveThe aim of the present research
6、 is to explore the dynamics of ecosystem service value within rural settlements,fferingvaluable insights for optimizing land use structure and promoting sustainable development in rural areas.MethodIn the paper,the transfermatrix,dynamic attitude analysis and ecosystem service value assessment were
7、used as the main methods.Based on land use data,the evolu-tion pattern of land use and the change trend of ecosystem service value were identified.Finally,the value enhancement strategy under theframework of territorial spatial planning was proposed.Result(i)From 2009 to 2020,the land use structure
8、of the study area changed sig-nificantly,and the garden land,grassland and unused land were reduced significantly,while the construction land expanded rapidly,show-ing the characteristics of ecological environment fragmentation and ecological patch dispersion.(ii)The spatial distribution pattern of
9、ecosys-tem service value was“high in southeast and low in northwest.Water system,tidal flat and wetland constituted high value area,and culti-vated land and construction land constituted service value depression.(ii)The value of ecosystem services decreased by lll million yuanduring the study period
10、;The single ecosystem service value was mainly regulated service value,accounting for 79%of the total.The valuereduction patches were concentrated in the southeastern part of the study area,showing strong spatial aggregation.ConclusionFrom 2009 to2020,the total ecosystem service value of the study a
11、rea decreased slowly,and the service function of the high-value area in the southeast ar-ea deteriorated significantly.Controlling the spreading direction of construction land,slowing down the rate of settlement expansion and re-收稿日期:2 0 2 2-10-2 0基金项目:教育部哲学社会科学重大课题攻关项目(18 JZD059)第一作者:李泽(197 7-),男,博
12、士,副教授,主要从事健康城市、城市生态规划等研究。E-mail:1738serving the cycle of functional restoration of ecological resources can effectively help improve the value of ecosystem services in the planningof township territorial space.Key words:Ecosystem service value;Land use change;Rural settlement;Territory development p
13、lan【研究意义】土地利用变化通过改变生态系统的结构与功能从而对生态系统服务价值产生影响,从本质上解释了人类定居与资源分配的空间格局1-2 。过去二十年在工业化影响下3,乡村聚落中人类聚居点持续扩张4、资源开发需求上升、人口压力增长,导致其土地利用与景观格局演化频繁5,致使生态系统服务功能受损甚至丧失。鉴于此,识别乡村聚落生态系统服务价值演化情况,对土地利用结构优化、实现乡村可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】生态系统服务价值(Ecosystemservice value,ESV)是人类从生态系统中直接或间接获取的福利6 。从概念的产生7 与发展8 到量化评估体系的提出与完善6.9-10
14、1,生态系统服务始终是生态学领域的研究热点。在众多评价方法中,谢高地1I-13提出的改进版当量因子法简洁好用,在全国14、流域15-16 、城市群17 、省域【18 、城市19 等不同宏观及中观尺度下的生态系统服务价值评估研究中被广泛采纳。现有的乡村聚落土地利用变化下的生态系统服务价值评估研究成果在体量上并不丰厚,在研究对象上多集中在市域、县域和旅游区范围内的乡村地区,以及包含乡村地区的自然生态系统2 0-2 1,研究方法呈现多元化的特征。研究表明,土地利用与生态系统服务功能有密切关系4,土地利用变化通过影响植被、土壤等自然系统进一步影响生态系统供给能力与服务功能2 。【本研究切入点】乡村聚落
15、生态系统内不同类型服务功能的供需平衡存在空间差异2-2 3,这也提升了评价工作的挑战性。国土空间规划背景下,从生态空间资源配置视角探讨乡村聚落生态系统服务价值的研究较为薄T2TA2A2AnPj增加Increase注:行表示时间T,的土地类型,列表示时间T,的土地类型。Pi+表示T,时i种地类的总百分比,P+,表示T,时j种地类的总百分比。Notes:The rows represent land types at time Tr,and the columns represent land types at time T2.Pi+represents the total percentage
16、of the land usei at T,and P+,represents the total percentage of the land use j at T2.西南农业学报弱。【拟解决的关键问题】本研究以献县的乡村聚落为例,结合网格分析法、数理统计法与空间分析法等多种方法以土地利用空间分异特征识别、转移状况解析与动态演化烈度识别为基础,进一步定量刻画生态系统服务功能的数理水平、空间格局、聚类特征和演化过程,为乡镇国土空间规划下的生态资源分配与空间发展潜力研判提供决策支持。1娄数据与方法1.1楼数据来源主要研究数据包括土地利用数据与社会经济数据。其中2 0 0 92 0 2 0 年的献
17、县土地利用数据来源于献县自然资源与规划局,人口与经济等数据来源于献县统计年鉴2 0 2 0 与献县第七次人口普查公报。1.2研究方法1.2.1土地利用转化与动态度分析土地利用转移矩阵。土地利用转移矩阵可以定量表明不同地类之间的转化情况与转移速率2 4-2 5。转移矩阵如表1所示。土地利用动态度分析模型。土地利用动态度模型主要测算土地利用变化程度与速率,定量刻画其空间转换过程2 6 。刘纪远等2 7 提出单一土地利用动态度和综合土地利用动态度2 种空间模型。其中单一土地利用动态度计算公式如下:U,-U1S;=100%UXt2-t1式中,S,代表地类i的动态度。U2、U,分别为研究期末与研究期初的
18、地类面积,t2、t 分别代表研究期末与研究期初的时间。表1 土地利用转移矩阵2 5Table 1 Land use transfer matrixA1A2PllP12P21P22PalPn2P+1P+2P+1 PuP+2 P2236卷Pi+减少AnPI+P2mP2PmPP+n1P+n-PmDecreasePi+-PlP2+-P22Pn+-Pam8期名称Index斑块面积CA斑块密度PD斑块面积百分比PLAND最大斑块指数LPI景观形状指数LSI聚集度AI香农多样性SHDI注:N为景观中斑块的总数量,a为单元栅格的面积,A为景观总面积,a为第i类景观中第j个斑块的面积,gi为景观类型i中相似邻接
19、斑块数量,P,为斑块类型i占整个景观的面积比。Notes:N is the total number of patches in the landscape,a is the area of the grid,A is the total area of the landscape,ay is the area of the patchj in landscape type i,gin is the number of similar adjacent patches in landscape type i,and P,is the area ratio of patch type i to
20、the entire landscape.(元/hm)未利用地建设用地生态服务功能耕地Ecosystem serviceCrop land供给服务Supply service食物生产原料生产水资源供给调节服务Adjustment service气体调节气候调节净化环境水文调节支持服务Supportservice土壤保持维持养分循环生物多样性文化服务Cultural service景观美学综合土地利用计算公式如下:E1I(LA(i,1)-ULA,),1S=100%Z-,LA(i.1)Xt2-ti式中,LA(i)为监测期初第i种土地利用类型的面积,ULA,为监测期间第i种土地利用类型未变化部分的面
21、积。1.2.2景观格局指数分析主要分析类型水平与景观水平的景观格局指数,在类型水平上与景观水平上共选取7 种景观格局指数,其主要含义与计算公式如表2 所示。1.2.3生态系统服务价值测度李泽等:基于土地利用变化的乡村聚落生态系统服务价值时空演变分析表2 景景观格局指数2 8 Table 2Landscape pattern index计算公式Calculation formulaCA=N XaNPD=APLAND:Zi1aix100AMax(ai,an)LPI=AL.SI=0.25EVAgiAI=Maxgi100SHDI=-,P,In(P,)表3生态系统服务价值评估当量Table 3 Ecol
22、ogical service value equivalent per unit area园地草地Garden landForest land1.170.290.190.661.750.340.962.170.506.50.151.931.904.740.352.650.170.200.182.410.081.06赋值方法17 ,构建乡村聚落生态系统服务价值当量因子表如表3所示。使用网格法划分研究区,依据价值评估当量,一个网格内的生态系统服务价值计算公式如下:ESV=22P E,A.8.11式中,ESV指该地区生态系统内各个生态斑块所提供的总生态系统服务价值,P指1个标准当量因子的生态系统服务
23、价值,E是生态系统类型i所采用改进后的当提供的服务类型的价值当量,A,是生态类型i的1739描述Description某拼块类型中所有拼块的面积之和。景观中每平方千米(10 0 hm)的斑块数。某拼块类型的总面积占整个景观面积的百分比。100某类景观中最大斑块的面积除以景观总面积后百分化的结果。景观中所有斑块边界的总长度除以景观总面积的平方根,再乘以正方形校正常数E。每种景观类型的连通性,AI数值越大,景观越聚集,数值越小,景观越离散。景观异质性与各类斑块分布的均衡度。林地水域Grass landWater area0.310.220.710.330.370.182.351.147.093.0
24、21.991.003.512.212.861.390.220.112.61.271.140.56量因子评价模型,并借鉴相似研究地区的价值因子UnusedConstructionlandland0.800.010.230.018.2900.770.022.2905.550.10102.240.030.930.020.0702.550.021.890.01000000000001740面积。本研究采用谢高地等12 的研究方法,将单位面积农田生态系统粮食生产净利润作为1个标准当量因子的生态系统服务价值。农田生态系统服务价值由稻谷、小麦和玉米3种作物计算:P=S,F,+SwFw+S.F。式中,P表示1
25、个标准当量因子的生态系统服务价值量,S.、S和S。分别表示稻谷、小麦和玉米的播种面积占3种作物播种总面积的百分比,F、F和F。分别表示稻谷、小麦和玉米的单位面积平均净利润。河北省修正系数为1.0 2 13。依据献县农业部门统计年鉴,经计算得到P值为4995.6 3。西南农业学报2结果与分析2.1乡村聚落土地利用变化分析2.1.1土地利用空间特征献县属于平原地带,土壤肥沃、水资源丰富、土地易于耕种、农作物产量高,因此农业发达,乡村聚落规模较大。村落与城镇之间交通联系便捷,城乡一体化程度较高。各乡镇建设用地肌理呈现团块状,各组团之间较分散。中心城区位于乐寿镇,其北部紧靠浮沱河。从图1可以看出,献县
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