高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究

邵明 李雄 刘志成 张云路 成超男

邵明, 李雄, 刘志成, 张云路, 成超男. 基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
引用本文: 邵明, 李雄, 刘志成, 张云路, 成超男. 基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
Shao Ming, Li Xiong, Liu Zhicheng, Zhang Yunlu, Cheng Chaonan. Evolution analysis and optimization research of ecosystem service value in Chengde City, Hebei Province of northern China based on land use/land cover change (LUCC)[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
Citation: Shao Ming, Li Xiong, Liu Zhicheng, Zhang Yunlu, Cheng Chaonan. Evolution analysis and optimization research of ecosystem service value in Chengde City, Hebei Province of northern China based on land use/land cover change (LUCC)[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480

基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
基金项目: 国家重点研发计划项目(2019YFD1100402),国家自然科学基金项目(31670704)
详细信息
    作者简介:

    邵明,博士生。主要研究方向:风景园林规划设计与理论。Email:965934550@qq.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学园林学院

    通讯作者:

    刘志成,教授,博士生导师。主要研究方向:风景园林规划设计与理论。Email:780256337@qq.com 地址:同上

  • 中图分类号: X171.1;S718.5

Evolution analysis and optimization research of ecosystem service value in Chengde City, Hebei Province of northern China based on land use/land cover change (LUCC)

  • 摘要:   目的  城市市域范围绿色空间生态系统服务价值的量化评估是国土空间规划中重要的工作基础,在价值测度的基础上对其进行演变预测,更有助于规划者了解并衡量城市市域范围内现有生态存量与未来发展趋势和潜在问题,从而预先进行规划回应。  方法  为明确承德市域土地空间利用演变对区域生态系统服务价值的影响,结合RS与GIS技术,对承德市市域范围内土地利用/覆被变化(Land Use/Land Cover Change, LUCC)演变特征进行分析,同时利用单位面积价值当量因子法对承德市域范围生态系统服务价值进行测算,在此基础上运用CA-MARKOV模型预测2026年承德市域土地利用演变趋势和生态空间存量和生态系统服务价值变化情况。  结果  承德市域生态系统服务价值总体呈现明显下降趋势。1980—2018年间(1980、1990、2000、2010、2018年,共5期)承德市域生态系统服务价值总量分别为1 038.51亿、1 035.93亿、1 036.09亿、1 009.71亿、999.36亿元。同时,模拟结果显示,2026年承德市域预测服务价值仍将处于下降趋势,价值降幅约为9.97亿元。  结论  承德市域生态系统服务价值空间维度呈现明显斑块状分布,核心服务功能集中在西北部和南部林地区域,时间维度出现显著功能缩减,核心缩减区域集中在各市县已建成区边缘区域。本研究从空间分布、时间演变和发展预测等多方面总结了承德市域生态系统服务功能演变和空间变化规律,从而为承德市域后续国土空间发展规划和管控策略的拟定提供依据。
  • 图  1  承德市域各年份土地解译分类结果

    Figure  1.  Land interpretation classification results of Chengde City in different years

    图  2  承德市域各年份土地转移结果

    Figure  2.  Land use transfer results of Chengde City in different years

    图  3  承德市域各年份生态系统服务功能价值空间分布和价值增减空间落位图

    Figure  3.  Spatial distribution of ecosystem service function value and spatial fluctuation of Chengde City in different years

    图  4  承德市域2018年至2026年生态系统服务功能价值空间分布和价值增减空间落位图

    Figure  4.  Spatial distribution of ecosystem service function value and spatial fluctuation of Chengde City from 2018 to 2026

    表  1  承德市生态系统单位面积生态服务价值系数表          元/(hm2·a)

    Table  1.   Coefficient of ecosystem service value per unit area in Chengde City      CNY/(ha·year)

    生态系统服务
    Ecosystem service
    田地
    Farmland
    林地
    Forestland
    草地
    Grassland
    水域
    Water area
    已建成区
    Built-up area
    未利用地
    Unused area
    供给服务
    Supply service
    食物生产 Food production 1 371.43 452.57 589.72 726.86 0.00 27.43
    原材料生产 Raw material production 534.86 4 086.86 493.72 480.00 0.00 54.86
    调节服务
    Regulating service
    气体调节 Gas conditioning 987.43 5 924.58 2 057.15 699.43 0.00 82.29
    气候调节 Climate regulation 1 330.29 5 581.72 2 139.43 2 825.15 0.00 178.29
    水文调节 Hydrological adjusting 1 056.00 5 609.15 2 084.57 25 741.76 −20 393.18 96.00
    废物处理 Waste disposal 1 906.29 2 358.86 1 810.29 20 365.75 −8 941.73 356.57
    支持服务
    Support service
    保持土壤 Soil conservation 2 016.00 5 513.15 3 072.00 562.29 0.00 233.14
    维持生物多样性 Maintaining biodiversity 1 398.86 6 185.15 2 564.58 4 704.01 0.00 548.57
    文化服务
    Cultural service
    提供美学景观 Landscape aesthetics 233.14 2 852.58 1 193.14 6 089.15 0.00 329.14
    下载: 导出CSV

    表  2  承德市域各年份土地解译分类结果表

    Table  2.   Land interpretation classification results of Chengde City in different years

    年份
    Year
    项目
    Item
    田地
    Farmland
    林地
    Forestland
    草地
    Grassland
    水域
    Water area
    已建成区
    Built-up area
    未利用地
    Unused area
    1980 面积 Area/km2 8 012.85 19 673.35 10 523.76 506.48 267.08 477.60
    1990 面积 Area/km2 8 018.99 19 596.15 10 589.15 500.45 278.78 477.60
    增长 Growth/km2 6.14 −77.20 65.39 −6.02 11.70 0.00
    增幅 Growth rate/% 0.08 −0.39 0.62 −1.19 4.38 0.00
    2000 面积 Area/km2 8 025.68 19 621.92 10 558.16 497.74 286.63 470.99
    增长 Growth/km2 6.69 25.77 −30.99 −2.72 7.85 −6.61
    增幅 Growth rate/% 0.08 0.13 −0.29 −0.54 2.82 −1.38
    2010 面积 Area/km2 7 764.18 19 208.06 11 063.70 479.11 763.01 183.05
    增长 Growth/km2 −261.50 −413.86 505.54 −18.62 476.38 −287.94
    增幅 Growth rate/% −3.26 −2.11 4.79 −3.74 166.20 −61.13
    2018 面积 Area/km2 7 784.20 19 153.97 10 950.01 454.35 937.27 181.30
    增长 Growth/km2 20.02 −54.08 −113.69 −24.76 174.26 −1.75
    增幅 Growth rate/% 0.26 −0.28 −1.03 −5.17 22.84 −0.96
    1980—2018 总增长 Total growth/km2 −228.64 −519.38 426.25 −52.12 670.19 −296.30
    总增幅 Total growth rate/% −2.85 −2.64 4.05 −10.29 250.94 −62.04
    下载: 导出CSV

    表  3  承德市域各年份不同用地类型服务价值变化表

    Table  3.   Change table of ecosystem services value of different land types in varied years

    年份
    Year
    生态系统
    Ecosystem
    田地
    Farmland
    林地
    Forestland
    草地
    Grassland
    水域
    Water area
    已建成区
    Built-up area
    未利用地
    Unused area
    总计
    Total
    1980 服务价值/万元 Service value/104 CNY 868 135.99 7 586 955.87 1 684 286.03 314 999.70 −78 346.99 9 104.39 10 385 134.99
    1990 服务价值/万元 Service value/104 CNY 868 801.41 7 557 183.00 1 694 751.31 311 252.87 −81 778.44 9 104.36 10 359 314.51
    1980—1990 价值增长/万元 Value growth/104 CNY 665.42 −29 772.86 10 465.28 −3 746.84 −3 431.45 −0.03 −25 820.48
    价值增幅 Value growth rate/% 0.08 −0.39 0.62 −1.19 −4.38 0.00 −0.25
    2000 服务价值/万元 Service value/104 CNY 869 526.61 7 567 121.65 1 689 790.94 309 563.48 −84 081.82 8 978.41 10 360 899.28
    1990—2000 价值增长/万元 Value growth/104 CNY 725.20 9 938.65 −4 960.37 −1 689.39 −2 303.38 −125.95 1 584.77
    价值增幅 Value growth rate/% 0.08 0.13 −0.29 −0.54 −2.82 −1.38 0.02
    2010 服务价值/万元 Service value/104 CNY 841 194.80 7 407 516.86 1 770 700.73 297 980.09 −223 828.70 3 489.51 10 097 053.28
    2000—2010 价值增长/万元 Value growth/104 CNY −28 331.81 −159 604.79 80 909.79 −11 583.39 −139 746.88 −5 488.90 −263 845.99
    价值增幅 Value growth rate/% −3.26 −2.11 4.79 −3.74 −166.20 −61.13 −2.55
    2018 服务价值/万元 Service value/104 CNY 843 364.24 7 386 659.29 1 752 505.36 282 582.56 −274 947.41 3 456.10 9 993 620.14
    2010—2018 价值增长/万元 Value growth/104 CNY 2 169.44 −20 857.57 −18 195.37 −15 397.53 −51 118.71 −33.41 −103 433.15
    价值增幅 Value growth rate/% 0.26 −0.28 −1.03 −5.17 −22.84 −0.96 −1.02
    下载: 导出CSV

    表  4  承德市域2010—2018年土地转移概率矩阵

    Table  4.   Probability matrix of land transfer in Chengde City from 2010 to 2018

    土地利用类型 Land use type田地 Farmland林地 Forestland草地 Grassland水域 Water area已建成区 Built-up area未利用地 Unused area
    田地 Farmland 98.772 3% 0.214 1% 0.049 6% 0.035 5% 0.928 5% 0.000 0%
    林地 Forestland 0.146 4% 99.460 1% 0.153 9% 0.008 8% 0.230 8% 0.000 0%
    草地 Grassland 0.554 6% 0.270 9% 98.628 5% 0.007 8% 0.538 1% 0.000 1%
    水域 Water area 1.771 2% 0.058 0% 0.071 1% 93.677 7% 3.944 4% 0.477 7%
    已建成区 Built-up area 2.029 2% 0.360 0% 0.372 8% 0.029 2% 97.208 7% 0.000 0%
    未利用地 Unused area 1.036 6% 0.000 0% 0.794 3% 0.000 0% 0.384 0% 97.785 1%
    下载: 导出CSV
  • [1] 丁雨賝, 冯长春, 王利伟. 山地区域土地生态红线划定方法与实证研究: 以重庆市涪陵区义和镇为例[J]. 地理科学进展, 2016, 35(7):851−859. doi:  10.18306/dlkxjz.2016.07.006

    Ding Y C, Feng C C, Wang L W. Determination of ecological red line of mountainous areas: a case study of Yihe Town in Chongqing Municipaliyt[J]. Progress in Geography, 2016, 35(7): 851−859. doi:  10.18306/dlkxjz.2016.07.006
    [2] 邵明, 李方正, 李雄. 基于多源数据的成渝城市群绿色空间生态系统服务功能供需评价[J]. 风景园林, 2021, 28(1):60−66.

    Shao M, Li F Z, Li X. Evaluation of supply and demand of green space ecosystem services in Chengdu-Chongqing urban agglomeration based on multi-source data[J]. Landscape Architecture, 2021, 28(1): 60−66.
    [3] 景永才, 陈利顶, 孙然好. 基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架[J]. 生态学报, 2018, 38(12):4121−4131.

    Jing Y C, Chen L D, Sun R H. A theoretical research framework for ecological security pattern construction based on ecosystem service supply and demand[J]. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(12): 4121−4131.
    [4] 李庆旭, 张彪, 史芸婷, 等. 张承地区生态系统服务及其区域关联分析[J]. 生态与农村环境学报, 2017, 33(1):38−46. doi:  10.11934/j.issn.1673-4831.2017.01.006

    Li Q X, Zhang B, Shi Y T, et al. Key ecosystem services and their regional flow in Zhangjiakou-Chengde region[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2017, 33(1): 38−46. doi:  10.11934/j.issn.1673-4831.2017.01.006
    [5] 刘某承, 孙雪萍, 林惠凤, 等. 基于生态系统服务消费的京承生态补偿基金构建方式[J]. 资源科学, 2015, 37(8):1536−1542.

    Liu M C, Sun X P, Lin H F, et al. Establishment of eco-compensation fund based on the consumption of ecosystem services for Beijing-Chengde[J]. Resources Science, 2015, 37(8): 1536−1542.
    [6] 肖强, 肖洋, 欧阳志云, 等. 重庆市森林生态系统服务功能价值评估[J]. 生态学报, 2014, 34(1):216−223.

    Xiao Q, Xiao Y, Ouyang Z Y, et al. Value assessment of the function of the forest ecosystem services in Chongqing[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(1): 216−223.
    [7] 杨园园, 戴尔阜, 付华. 基于InVEST模型的生态系统服务功能价值评估研究框架[J]. 首都师范大学学报(自然科学版), 2012, 33(3):41−47.

    Yang Y Y, Dai R F, Fu H. The assessment framework of ecosystem service value based on InVEST model[J]. Journal of Capital Normal University(Natural Science Edition), 2012, 33(3): 41−47.
    [8] 谢高地, 甄霖, 鲁春霞, 等. 一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J]. 自然资源学报, 2008, 23(5):911−919. doi:  10.3321/j.issn:1000-3037.2008.05.019

    Xie G D, Zhen L, Lu C X, et al. Expert knowledge based valuation method of ecosystem services in China[J]. Journal of Natural Resources, 2008, 23(5): 911−919. doi:  10.3321/j.issn:1000-3037.2008.05.019
    [9] 李俊翰, 高明秀. 滨州市生态系统服务价值与生态风险时空演变及其关联性[J]. 生态学报, 2019, 39(21):7815−7828.

    Li J H, Gao M X. The temporal and spatial evolution and relevance of ecosystem service value and ecological risk in Binzhou City[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(21): 7815−7828.
    [10] 赵莉, 杨俊, 李闯, 等. 地理元胞自动机模型研究进展[J]. 地理科学, 2016, 36(8):1190−1196.

    Zhao L, Yang J, Li C, et al. Progress on geographic cellular automata model[J]. Scientia Geographica Sinica, 2016, 36(8): 1190−1196.
    [11] 张翔, 邓志民, 李丹, 等. 汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究[J]. 长江流域资源与环境, 2014, 23(10):1449−1455. doi:  10.11870/cjlyzyyhj201410016

    Zhang X, Deng Z M, Li D, et al. Simulation of hydrological response to land use/cover change in Hanjiang Basin[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2014, 23(10): 1449−1455. doi:  10.11870/cjlyzyyhj201410016
    [12] 李桢, 刘淼, 薛振山, 等. 基于CLUE-S模型的三江平原景观格局变化及模拟[J]. 应用生态学报, 2018, 29(6):1805−1812.

    Li Z, Liu M, Xue Z S, et al. Landscape pattern change and simulation in the Sanjiang Plain based on the CLUE-S model[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2018, 29(6): 1805−1812.
    [13] 周锐, 苏海龙, 王新军, 等. 基于CLUE-S模型和Markov模型的城镇土地利用变化模拟预测: 以江苏省常熟市辛庄镇为例[J]. 资源科学, 2011, 33(12):2262−2270.

    Zhou R, Su H L, Wang X J, et al. Simulation of land use change in Xinzhuang Town under different scenarios based on the CLUE-S model and Markov model[J]. Resources Science, 2011, 33(12): 2262−2270.
    [14] 何丹, 周璟, 高伟, 等. 基于CA-Markov模型的滇池流域土地利用变化动态模拟研究[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2014, 50(6):1095−1105.

    He D, Zhou J, Gao W, et al. An integrated CA-Markov model for dynamic simulation of land use change in Lake Dianchi Watershed[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2014, 50(6): 1095−1105.
    [15] 李润楠. 基于山水城市理念的承德绿地系统规划研究[D]. 保定: 河北农业大学, 2013.

    Li R N. Chengde urban green area system planning studies based on “Shanshui City” ideal[D]. Baoding: Agricultural University of Hebei, 2013.
    [16] 李晓雪. 统计数据见证: 改革开放40年承德市经济社会发展成就[J]. 统计与管理, 2018(9):122−128.

    Li X X. Statistical data witness: 40 years of reform and opening up chengde city economic and social development achievements[J]. Statistics and Management, 2018(9): 122−128.
    [17] 刘纪远, 匡文慧, 张增祥, 等. 20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局[J]. 地理学报, 2014, 69(1):3−14. doi:  10.11821/dlxb201401001

    Liu J Y, Kuang W H, Zhang Z X, et al. Spatiotemporal characteristics patterns and causes of land-use changes in China since the late 1980s[J]. Journal of Geographical Sciences, 2014, 69(1): 3−14. doi:  10.11821/dlxb201401001
    [18] 承德市统计局. 承德市2018年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL]. [2019−04−10]. http://www.chengde.gov.cn/art/2019/4/10/art_3255_225341.html.

    Chengde City Bureau of Statistics. Chengde City national economic and social development statistical bulletin in 2018 [EB/OL]. [2019−04−10]. http://www.chengde.gov.cn/art/2019/4/10/art_3255_225341.html.
    [19] 李云燕, 黄姗, 张彪, 等. 北京市生态涵养区生态服务价值评估与生态补偿机制探讨[J]. 中国环境管理, 2019, 11(5):94−99, 106.

    Li Y Y, Huang S, Zhang B, et al. Discussion on evaluation of ecological service value and ecological compensation mechanism of Beijing ecological conservation area[J]. Chinese Journal of Environmental Management, 2019, 11(5): 94−99, 106.
    [20] 谢高地, 肖玉, 甄霖, 等. 我国粮食生产的生态服务价值研究[J]. 中国生态农业学报, 2005, 13(3):10−13.

    Xie G D, Xiao Y, Zhen L, et al. Study on ecosystem services value of food production in China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2005, 13(3): 10−13.
    [21] 娄佩卿, 付波霖, 林星辰, 等. 基于GEE的1998—2018年京津冀土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J]. 环境科学, 2019, 40(12):5473−5483.

    Lou P Q, Fu B L, Lin X C, et al. Influence of land use change on ecosystem service value based on GEE in the Beijing-Tianjin-Hebei Region from 1998 to 2018[J]. Environmental Science, 2019, 40(12): 5473−5483.
    [22] 易阿岚, 孙清, 王钧. 基于SD模型的上海市湿地生态系统服务变化过程与情景研究[J]. 生态学报, 2020, 40(16):5513−5524.

    Yi A L, Sun Q, Wang J. The process of changes and scenarios of shanghai wetland ecosystem service based on SD model[J]. Acta Ecologica Sinica, 2020, 40(16): 5513−5524.
    [23] 刘崇刚, 孙伟, 曹玉红, 等. 乡村地域生态服务功能演化测度: 以南京市为例[J]. 自然资源学报, 2020, 35(5):1098−1108. doi:  10.31497/zrzyxb.20200507

    Liu C G, Sun W, Cao Y H, et al. Evolution measure of ecological service function in rural area: a case study of Nanjing City[J]. Journal of Natural Resources, 2020, 35(5): 1098−1108. doi:  10.31497/zrzyxb.20200507
    [24] 于格, 鲁春霞, 谢高地. 草地生态系统服务功能的研究进展[J]. 资源科学, 2005, 27(6):172−179. doi:  10.3321/j.issn:1007-7588.2005.06.028

    Yu G, Lu C X, Xie G D. Progress in ecosystem services of grassland[J]. Resources Science, 2005, 27(6): 172−179. doi:  10.3321/j.issn:1007-7588.2005.06.028
    [25] 承德市统计局, 国家统计局承德调查队. 承德市2018年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL]. [2019−04−10]. http://www.chengde.gov.cn/art/2019/4/10/art_3255_225341.html.

    Chengde Municipal Statistics Bureau, National Bureau of Statistics Chengde Investigation Team. Statistical bulletin on national economic and social development 2018 of Chengde[EB/OL]. [2019−04−10]. http://www.chengde.gov.cn/art/2019/4/10/art_3255_225341.html.
    [26] 国家粮食和物资储备局. 国家公布2018年稻谷最低收购价格[EB/OL]. [2018−02−09]. http://www.lswz.gov.cn/html/zcfb/2018-06/12/content_216690.shtml.

    National Food and Strategic Reserves Administration. The state announced the minimum purchase price for rice in 2018[ER/OL]. [2018−02−09]. http://www.lswz.gov.cn/html/zcfb/2018-06/12/content_216690.shtml.
    [27] 中国玉米网. 全国玉米现货均价[EB/OL]. [2018−11−12]. https://trade.yumi.com.cn/data/center/.

    China Corn Network. National corn spot average price[EB/OL]. [2018−11−12]. https://trade.yumi.com.cn/data/center/.
    [28] 董家华, 舒廷飞, 谢慧, 等. 城市建设用地生态服务功能价值计算与应用[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2007, 35(5):636−640. doi:  10.3321/j.issn:0253-374X.2007.05.013

    Dong J H, Shu T F, Xie H, et al. Calculative method for ecosystem services values of urban constructive lands and its application[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2007, 35(5): 636−640. doi:  10.3321/j.issn:0253-374X.2007.05.013
    [29] 郑江坤, 余新晓, 贾国栋, 等. 密云水库集水区基于LUCC的生态服务价值动态演变[J]. 农业工程学报, 2010, 26(9):315−320. doi:  10.3969/j.issn.1002-6819.2010.09.052

    Zheng J K, Yu X X, Jia G D, et al. Dynamic evolution of ecological service value based on LUCC in Miyun Reservoir Catchment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(9): 315−320. doi:  10.3969/j.issn.1002-6819.2010.09.052
    [30] 李屹峰, 罗跃初, 刘纲, 等. 土地利用变化对生态系统服务功能的影响: 以密云水库流域为例[J]. 生态学报, 2013, 33(3):726−736. doi:  10.5846/stxb201205280787

    Li Y F, Luo Y C, Liu G, et al. Effects of land use change on ecosystem services: a case study in Miyun Reservoir Watershed[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(3): 726−736. doi:  10.5846/stxb201205280787
    [31] 吴健生, 曹祺文, 石淑芹, 等. 基于土地利用变化的京津冀生境质量时空演变[J]. 应用生态学报, 2015, 26(11):3457−3466.

    Wu J S, Cao Q W, Shi S Q, et al. Spatio-temporal variability of habitat quality in Beijing-Tianjin-Hebei Area based on land use change[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(11): 3457−3466.
    [32] 袁先强, 卫亚星. 基于马尔科夫模型的盖州市土地利用动态变化研究[J]. 国土与自然资源研究, 2017(1):19−22. doi:  10.3969/j.issn.1003-7853.2017.01.004

    Yuan X Q, Wei Y X. Study on the dynamic change of land use in Gaizhou City based on Markov model[J]. Territory & Natural Resources Study, 2017(1): 19−22. doi:  10.3969/j.issn.1003-7853.2017.01.004
    [33] 张启恩. 调整农业布局与发展林业: 在省政协四届三次会议上的建议[J]. 河北林业科技, 1983(1):51−53.

    Zhang Q E. Adjusting agricultural distribution and developing forestry: Suggestions on the third session of the fourth session of the provincial CPPCC[J]. Journal of Hebei Forestry Science and Technology, 1983(1): 51−53.
    [34] 王泳力. 承德市科技兴林见成效[J]. 河北林业, 1995(5):15.

    Wang Y L. Chengde City science and technology to see results[J]. Hebei forestry, 1995(5): 15.
    [35] 姚盼盼, 温亚利. 河北省承德市退耕还林工程综合效益评价研究[J]. 干旱区资源与环境, 2013, 27(4):47−53.

    Yao P P, Wen Y L. Comprehensive benefits evaluation on the project of conversion of cropland to forest in Chengde, Hebei Province[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2013, 27(4): 47−53.
    [36] 李秀云, 李俊杰, 康丽滢. 京津冀协同发展背景下承德森林康养产业发展路径探析[J]. 全国流通经济, 2017(2):57−59. doi:  10.3969/j.issn.1009-5292.2017.02.033

    Li X Y, Li J J, Kang L Y. The development path of chengde forest health industry under the background of Beijing-Tianjin-Hebei coordinated development[J]. China Circulation Economy, 2017(2): 57−59. doi:  10.3969/j.issn.1009-5292.2017.02.033
    [37] 熊鹰, 张方明, 龚长安, 等. LUCC影响下湖南省生态系统服务价值时空演变[J]. 长江流域资源与环境, 2018, 27(6):1397−1408. doi:  10.11870/cjlyzyyhj201806024

    Xiong Y, Zhang F M, Gong C A, et al. Spatial-temporal evolvement of ecosystem service value in Hunan Province based on LUCC[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2018, 27(6): 1397−1408. doi:  10.11870/cjlyzyyhj201806024
  • [1] 胡盛劼, 陈泓宇, 李雄.  东京都23区综合公园周边商业设施的分布特征研究 . 北京林业大学学报, doi: 10.12171/j.1000-1522.20200043
    [2] 李膨利, MuhammadAmir Siddique, 樊柏青, 黄华国, 刘东云.  下垫面覆盖类型变化对城市热岛的影响 . 北京林业大学学报, doi: 10.12171/j.1000-1522.20190045
    [3] 徐一丁, 杨子蕾, 李运远.  北京市城市边缘区通风廊道型林地营建方法研究 . 北京林业大学学报, doi: 10.12171/j.1000-1522.20190002
    [4] 刘芳妮, 尹豪, 周旭.  居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究 . 北京林业大学学报, doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
    [5] 邵明, 董宇翔, 林辰松.  基于GWR模型的成渝城市群生态系统服务时空演变及驱动因素研究 . 北京林业大学学报, doi: 10.12171/j.1000-1522.20200217
    [6] 徐梦林, 李冠衡, 鞠鲤懋.  基于ENVI技术下的蒙山风景区景观格局动态评估与分析 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.1000-1522.20190240
    [7] 刘晓, 张学霞, 徐新良, 陈德超.  河北坝上土地利用变化对生态服务价值的影响 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.1000-1522.20180244
    [8] 李方正, 刘阳, 施瑶, 胡凯富, 郑曦.  基于生态系统服务功能模拟演算的绿色空间规划框架 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.1000-1522.20190149
    [9] 于淼, 戈晓宇.  基于SWMM模拟的首钢西十地块低影响开发系统雨洪调控效果研究 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.1000-1522.20180324
    [10] 尹豪, 马毅敏, 谢潇萌.  居住区绿地中生长残损植物研究——以北京为例 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.1000-1522.20170310
    [11] 寇馨月, 王玉杰, 张晓明, 王云琦, 赵阳, 成晨.  黄土丘陵第Ⅲ副区典型流域水沙演变过程及其驱动因素分析 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.1000-1522.20140375
    [12] 张婷, 侍昊, 徐雁南, 薛建辉, 褚军, 耿庆宏.  退耕还林对喀斯特地区土地利用景观格局影响的定量化评价 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.1000-1522.20140312
    [13] 黄继红, 路兴慧, 郭仲军, 王计平, 臧润国.  新疆布尔津县天然林生态系统服务功能评估 . 北京林业大学学报, doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.019
    [14]
    胡淑萍, 尹忠东, 李卫忠, 唐小明, 
    水土保持工程对遂宁市小流域生态服务价值的影响 . 北京林业大学学报,
    [15] 刘林馨, 刘传照, 毛子军.  丰林世界生物圈自然保护区森林生态系统服务功能价值评估 . 北京林业大学学报,
    [16] 周树林, 崔国发, 李全基, 宋连城, 孟庆丰, 唐明霞, .  自然保护区自然资本评估框架构建 . 北京林业大学学报,
    [17] 李亦秋, 冯仲科, 马俊吉, .  绵阳城市土地利用结构和形态演变及其动力机制 . 北京林业大学学报,
    [18] 王佳, 熊妮娜, 董斌, 闫秀婧, 隋宏大, 冯仲科, .  基于RS的近20年北京市土地利用景观格局变化分析 . 北京林业大学学报,
    [19] 高鹏, 王盛萍, 李绍才, 张金凤, 孙宇瑞, 蒋佳荔, 张文娟, 朱妍, 罗菊春, 何磊, 张学俭, 李永慈, 柳新伟, 贺庆棠, 冶民生, 谢响明, 侯旭, 王岩, 盖颖, 李云成, 昌明, 廖学品, 唐守正, 何静, 吕建雄, 康向阳, 陆佩玲, 崔保山, 张志强, 成仿云, 吴玉英, 申卫军, 李吉跃, 张华丽, 冯仲科, 王文棋, 孙海龙, 马道坤, 关文彬, 史剑波, 赵广杰, 李小飞, 何权, 于晓南, 路婷, 杨志荣, 关毓秀, 蒋湘宁, 王军辉, 张桂莲, 吴斌, 孙阁, 静洁, 张平冬, 石碧, 孙晓霞, 赵燕东, 王尚德, 蒲俊文, 张满良, 彭少麟, 马克明, 陈永国, 汪燕, 林威, 刘国华, 胡文忠, 余新晓, 汪西林, .  黄土高原流域土地利用变化水文动态响应——以甘肃天水吕二沟流域为例 . 北京林业大学学报,
    [20] 戴松香, 黄华国, 董运斋, 贺庆棠, 华丽, 黄荣凤, 赵晓松, 李黎, 李雪玲, 田晶会, 高岩, 马宇飞, 邵海荣, 曹世雄, 张德荣, 王小丹, 王瑞刚, 郭明辉, 闫丽, 李俊清, 于志明, 陈斌如, 张晓丽, 李文彬, 阎海平, 古川郁夫, 冷平生, 贺庆棠, 陈少良, 关德新, 陈少良, 王四清, 贺康宁, 金幼菊, 习宝田, 陈莉, 邹祥旺, 刘力源, 李海英, 王蕾, 吴家兵, 阎海平, 王百田, 杨永福, 鲍甫成, 高双林, 高攀, 任云卯, 李建章, 程根伟, 金昌杰, 赵有科, 侯智, 郝志勇, 金小娟, 王金满, 侯智, 陈源泉, 张卫强, 陈华君, 尹婧, 李涛, 韩士杰, 高旺盛, 翁海娇, 杜建军, 赵琼, 李鹤, 杨爽, 段杉.  青藏高原东缘贡嘎山地区土地利用与景观格局演变 . 北京林业大学学报,
  • 加载中
图(4) / 表 (4)
计量
  • 文章访问数:  115
  • HTML全文浏览量:  32
  • PDF下载量:  15
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-30
  • 修回日期:  2020-08-11
  • 网络出版日期:  2021-03-11

基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
    基金项目:  国家重点研发计划项目(2019YFD1100402),国家自然科学基金项目(31670704)
    作者简介:

    邵明,博士生。主要研究方向:风景园林规划设计与理论。Email:965934550@qq.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学园林学院

    通讯作者: 刘志成,教授,博士生导师。主要研究方向:风景园林规划设计与理论。Email:780256337@qq.com 地址:同上
  • 中图分类号: X171.1;S718.5

摘要:   目的  城市市域范围绿色空间生态系统服务价值的量化评估是国土空间规划中重要的工作基础,在价值测度的基础上对其进行演变预测,更有助于规划者了解并衡量城市市域范围内现有生态存量与未来发展趋势和潜在问题,从而预先进行规划回应。  方法  为明确承德市域土地空间利用演变对区域生态系统服务价值的影响,结合RS与GIS技术,对承德市市域范围内土地利用/覆被变化(Land Use/Land Cover Change, LUCC)演变特征进行分析,同时利用单位面积价值当量因子法对承德市域范围生态系统服务价值进行测算,在此基础上运用CA-MARKOV模型预测2026年承德市域土地利用演变趋势和生态空间存量和生态系统服务价值变化情况。  结果  承德市域生态系统服务价值总体呈现明显下降趋势。1980—2018年间(1980、1990、2000、2010、2018年,共5期)承德市域生态系统服务价值总量分别为1 038.51亿、1 035.93亿、1 036.09亿、1 009.71亿、999.36亿元。同时,模拟结果显示,2026年承德市域预测服务价值仍将处于下降趋势,价值降幅约为9.97亿元。  结论  承德市域生态系统服务价值空间维度呈现明显斑块状分布,核心服务功能集中在西北部和南部林地区域,时间维度出现显著功能缩减,核心缩减区域集中在各市县已建成区边缘区域。本研究从空间分布、时间演变和发展预测等多方面总结了承德市域生态系统服务功能演变和空间变化规律,从而为承德市域后续国土空间发展规划和管控策略的拟定提供依据。

English Abstract

邵明, 李雄, 刘志成, 张云路, 成超男. 基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
引用本文: 邵明, 李雄, 刘志成, 张云路, 成超男. 基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
Shao Ming, Li Xiong, Liu Zhicheng, Zhang Yunlu, Cheng Chaonan. Evolution analysis and optimization research of ecosystem service value in Chengde City, Hebei Province of northern China based on land use/land cover change (LUCC)[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
Citation: Shao Ming, Li Xiong, Liu Zhicheng, Zhang Yunlu, Cheng Chaonan. Evolution analysis and optimization research of ecosystem service value in Chengde City, Hebei Province of northern China based on land use/land cover change (LUCC)[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190480
  • 随着中国社会经济的高速化发展,城市与自然生态系统间的矛盾成为诸多城市长远期发展中所必然面对的难题之一。2005年,联合国发布千禧年生态评估系统(MA),旨在推动生态系统的保护与可持续利用。生态系统服务功能的价值评估成为研究城市生态空间发展[1]、识别城市生态功能供需空间[2]、规划城市安全格局[3]的重要参考依据之一。

    承德市作为首都北京北部重要的水源涵养区与京津冀生态屏障,其市域生态系统存量的评价测度对承德市自身城市发展规划与京津冀生态协同发展均具有促进与指导作用。目前,承德市生态存量问题的相关研究更多地从京津冀宏观尺度对其区域关联[4]、生态补偿[5]进行评价,承德市域内部生态系统服务功能价值的时空差异测度仍处于相对空白的阶段。因此,本研究尝试对承德市域生态系统服务功能价值进行定量评估与预测分析,从而为承德市域规划发展提供决策依据。

    目前生态系统服务功能的定量评估可分为3类。第1类为基于市场经济理论的价值评估[6],如影子替代工程法等,该类方法货币化的评价结果有助于对生态总量的综合认知,但受市场经济时空差异影响,评估结果波动较大;第2类为基于数字软件模型的价值评估[7],如利用INVEST、I-TREE等数字模型进行演算,其输出结果具有精准空间表征,但受到基础数据限制,输出结果多为不同的复杂计量单位,横向对比困难;第3类为基于市场经济与专家评估的综合评估法,典型代表为谢高地等基于700余位学科专家意见制定的中国陆地生态系统服务价值当量因子表法[8],其主要基于对所研究城市土地利用(LUCC)情况的调查与基础农业市场的当量测度,对基础数据要求相对较低,结果同时具有货币化价值表征与空间落位,目前在国内应用较为广泛[9]。因此,综合考虑研究目的和数据获取难度,本研究选择中国陆地生态系统服务价值当量因子表法测度承德市域生态系统服务功能。

    同时,研究在对承德市域多时期服务功能评价的基础上,希望对其未来生态功能进行预测,从而为其远期规划提供参考依据。目前基于土地利用的预测模型种类繁多,因其输入端数据需求与模拟对象不同,应用效果各有优劣:CA模型对空间元胞单元演变规则模拟精准,但宏观区域控制随机性较高[10];ANN模型在非线性尺度上结果表征良好,但运转需求数据量庞大[11];CLUE-S对社会经济效益模拟具有良好表征,但相对生态侧模拟因素考虑较少[12];MARCOV模型侧重宏观统计学意义上的预测推演,对空间单元的模拟较为困难[13]。因此,本研究综合生态系统服务功能价值评价的研究目标与基础数据的完备性,选择复合元胞自动机(CA)与马尔科夫链(MARCOV)的CA-MARCOV模型作为预测模拟模型,其利用CA模型在空间单元尺度与MARCOV模型在区域宏观尺度下的模拟优势,极大程度地降低了模拟误差,目前已有大量学者利用其进行多尺度的城市空间模拟[14]

    基于以上认识,本研究基于承德市域范围多时相土地利用解译结果,选择生态系统服务价值因子表法作为承德市域生态系统服务功能价值测度方法,选择CA-MARCOV模型作为承德市域发展趋势预测推演模型,通过对承德市域生态系统服务功能的时空演变进行深入研究,为承德市市域范围空间规划提供依据。

    • 本研究选择承德整体市域范围自然生态系统与生态系统服务功能作为研究对象。承德市总面积约为3.95万km2,林业用地面积超过2.77万km2,森林覆盖率超过50%。自然环境基础层面上,承德市地理环境独特,温带大陆性季风气候提供了丰富的降雨与气温变化,其地势西北高而东南低,既处于温带针阔混交林向暖温带落叶阔叶林过渡区域,也处于我国西部半干旱森林草原向东部湿润森林过渡区域[15]。社会功能定位层面上,承德市域坐拥四大水系,年产水量超37.6亿m3,是京津冀重要的生态水源涵养区与生态绿核之一。2018年国家林业与草原局印发《京津冀生态率先突破科技创新行动方案》,提出将生态作为京津冀协同发展的率先推手,维护建设大区域生态格局。城市产业结构层面上,承德秉持以农林牧渔等第一产业为基础,大力发展基于承德自然与人文环境的三产旅游服务业模式[16]。总体来看,承德市域生态系统服务功能结构完整,自然资源本底良好,其生态空间的保护是承德产业发展转型的重要助力,也是京津冀生态协同建设的重点之一。

    • 本研究利用承德市域1980、1990、2000、2010和2018年5期遥感解译图像(遥感数据来源为地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)和中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn[17]),参考《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017),将研究区域内土地利用类型划分为田地、林地、草地、水域、已建成区、未利用地6个类别,结合实地调查和目视随机抽样检查,利用ENVI5.3软件对解译结果的准确性进行验证,达到研究精度要求。研究中稻谷、玉米、小麦粮食产量和市场价值数据均来源于国家粮食局相关网站和承德市统计局发布的《承德市2018年国民经济和社会发展统计公报》[18]

    • 本研究利用土地利用转移矩阵表达承德市空间格局演变特征。土地利用转移矩阵被广泛应用于表述因自然或人为等复杂因素导致的土地利用或地表覆被在不同地类之间的相互转化过程和变化结果,是定量分析土地利用的转化方向和数量的主流方式[19],其公式为:

      $${S_{ij}} = \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {{S_{11}}}& \cdots &{{S_{1n}}}\\ \vdots & \; & \vdots \\ {{S_{n1}}}& \cdots &{{S_{nn}}} \end{array}} \right]$$ (1)

      式中:$ i $代表原始土地利用类型,$ j $代表调整后土地利用类型,$ {S}_{ij} $代表由$ i $类土地利用向$ j $类土地利用转移的面积数量;行代表土地利用转移方向,列代表土地利用转移来源。

    • 中国陆地生态系统服务价值当量因子法基于Costanza等所提出的全球生态系统价值量化模型中生态服务当量因子理论,其核心为生态系统服务功能的效用价值与表现偏好,农业价值仅作为方法内核算当量的货币化表征,有助于统一各子项服务功能之间的横向对比量纲单位[2]。早期模型存在对地方城市契合度较弱的表征问题,后续我国学者提出基于中国各地方省市总初级生产力(NPP)的空间差异与生物量水平的因子修正系数[20],进一步校准了区域差异化所产生的模型误差,在京津冀、上海、南京等诸多城市取得良好效果[21-23]

      根据相关研究,一个生态系统服务价值当量因子定义为全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值,或等同于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7[24],其计算公式为:

      $$ M=\left({S}_{\mathrm{d}\mathrm{g}}\times {M}_{\mathrm{d}\mathrm{g}}+{S}_{\mathrm{x}\mathrm{m}}\times {M}_{\mathrm{x}\mathrm{m}}+{S}_{\mathrm{y}\mathrm{m}}\times {M}_{\mathrm{y}\mathrm{m}}\right)/7 $$ (2)

      式中:$ M $代表一个标准单位生态系统服务当量因子,$ {S}_{\mathrm{d}\mathrm{g}} $$ {S}_{\mathrm{x}\mathrm{m}} $$ {S}_{\mathrm{y}\mathrm{m}} $分别代表稻谷、小麦和玉米的面积占比,$ {M}_{\mathrm{d}\mathrm{g}} $$ {M}_{\mathrm{x}\mathrm{m}} $$ {M}_{\mathrm{y}\mathrm{m}} $分别代表其单位面积产量的市场收购价值。

      因此,根据《承德市2018年国民经济和社会发展统计公报》统计[25],2018年承德市稻谷种植的面积约为5 266.67 hm2,总产量3.33万t,玉米种植面积约为167 133.33 hm2,总产量82.3万t,无小麦种植产量发布。参考国家粮食局发布的信息,2018年稻谷收购价格平均约为2.51元/kg[26];参考中国玉米网发布的信息,2018年玉米收购价格平均约为1.87元/kg[27]。根据式(2)计算得出承德市生态系统服务价值当量因子为1 344.54元/(hm2·a)。

      中国陆地生态系统服务当量因子法早期模型中将城市生态系统对整体环境的反馈当量定义为0,后续董家华等[28]、郑江坤等[29]、李屹峰等[30]多位国内学者相继提出城市建设用地生态系统服务功能价值的因子修订结论。本研究参考各学者对京津冀区域或邻近承德的城市城区研究成果[29-31],综合考虑承德市建设区面积较小,且依托滦河、潮河、辽河、大凌河4大水系而成的城市现状,主要考虑承德已建成区水文调节与废物处理服务在生态系统中的作用效应,同时根据区域具体情况,参照河北省生态系统生物量因子修正系数1.02[20]对部分当量因子进行修正,得到承德市不同土地利用类型生态系统服务功能价值系数(表1)。

      表 1  承德市生态系统单位面积生态服务价值系数表          元/(hm2·a)

      Table 1.  Coefficient of ecosystem service value per unit area in Chengde City      CNY/(ha·year)

      生态系统服务
      Ecosystem service
      田地
      Farmland
      林地
      Forestland
      草地
      Grassland
      水域
      Water area
      已建成区
      Built-up area
      未利用地
      Unused area
      供给服务
      Supply service
      食物生产 Food production 1 371.43 452.57 589.72 726.86 0.00 27.43
      原材料生产 Raw material production 534.86 4 086.86 493.72 480.00 0.00 54.86
      调节服务
      Regulating service
      气体调节 Gas conditioning 987.43 5 924.58 2 057.15 699.43 0.00 82.29
      气候调节 Climate regulation 1 330.29 5 581.72 2 139.43 2 825.15 0.00 178.29
      水文调节 Hydrological adjusting 1 056.00 5 609.15 2 084.57 25 741.76 −20 393.18 96.00
      废物处理 Waste disposal 1 906.29 2 358.86 1 810.29 20 365.75 −8 941.73 356.57
      支持服务
      Support service
      保持土壤 Soil conservation 2 016.00 5 513.15 3 072.00 562.29 0.00 233.14
      维持生物多样性 Maintaining biodiversity 1 398.86 6 185.15 2 564.58 4 704.01 0.00 548.57
      文化服务
      Cultural service
      提供美学景观 Landscape aesthetics 233.14 2 852.58 1 193.14 6 089.15 0.00 329.14
    • CA-MARKOV模型是统计学与动力学复合模型。其中,MARKOV模型是统计学概率模型,主要通过对复杂系统中初始状态和当前状态间转移概率之间的关系来推导系统未来若干时间内的变化趋势,土地利用转移矩阵是MARKOV模型典型的状态转移矩阵中的一种,其基本表达式[32]为:

      $$ {A}_{t+1}={V}_{ij}\times {A}_{t} $$ (3)

      式中:$ {A}_{t+1} $$ t+1 $土地利用时期的系统状态,$ {A}_{t} $$ t $土地利用时期的系统状态,$ {V}_{ij} $代表由$ i $类土地利用向$ j $类土地利用转移的转移概率($ 0\leqslant {V}_{ij}\leqslant 1 $,且$\displaystyle \sum _{1}^{n}{V}_{ij}=1\mathrm{ }, i,j=\mathrm{1,2},\cdots,n$)。

      一期矩阵形式表述为:

      $${V_{ij}} = \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {{V_{11}}}& \cdots &{{V_{1n}}}\\ \vdots & \; & \vdots \\ {{V_{n1}}}& \cdots &{{V_{nn}}} \end{array}} \right]$$ (4)

      多期转移概率公式表述为:

      $ {V}_{ij}=\displaystyle\sum _{i,j=1}^{t-1}{V}_{ij}\times {V}_{ij}^{t-1} $,即$ {A}_{\left(t\right)}={A}_{\left(t-1\right)}\times {V}^{1}={A}_{\left(0\right)}\times {V}^{t} $

      式中:$ i $$ j $分别为矩阵的行、列,$ t $为土地利用时期,即$ t $期后$ {V}_{ij} $等于第一期转移概率矩阵的$ t $次方。

      CA模型是具有时空离散性质的动力学模型,其将任一空间位置视作元胞个体,通过制定元胞转换规则模拟复杂情况下的时空演变结果。CA-MARCOV模型中将MARCOV转移概率作为CA模型的转换规则,实现空间上对土地演变的预测模拟,其公式表述为:

      $$ {P}_{t+1}=f\left({P}_{t},N\right) $$ (5)

      式中:$P$为土地利用状态,$ N $为任一空间位置的土地利用单元的邻域,$ f $为该位置依据MARCOV模型转移概率规则形成的元胞转换规则。

    • 根据卫星影像解译结果,在ArcGIS10.6软件中统计承德市各时期市域土地利用构成(图1表2)。同时,利用ENVI中Change Detection Statistics模块对卫星影像解译结果进行计算,分析研究期限内承德市土地利用转移矩阵的空间变化情况(图2)。

      图  1  承德市域各年份土地解译分类结果

      Figure 1.  Land interpretation classification results of Chengde City in different years

      表 2  承德市域各年份土地解译分类结果表

      Table 2.  Land interpretation classification results of Chengde City in different years

      年份
      Year
      项目
      Item
      田地
      Farmland
      林地
      Forestland
      草地
      Grassland
      水域
      Water area
      已建成区
      Built-up area
      未利用地
      Unused area
      1980 面积 Area/km2 8 012.85 19 673.35 10 523.76 506.48 267.08 477.60
      1990 面积 Area/km2 8 018.99 19 596.15 10 589.15 500.45 278.78 477.60
      增长 Growth/km2 6.14 −77.20 65.39 −6.02 11.70 0.00
      增幅 Growth rate/% 0.08 −0.39 0.62 −1.19 4.38 0.00
      2000 面积 Area/km2 8 025.68 19 621.92 10 558.16 497.74 286.63 470.99
      增长 Growth/km2 6.69 25.77 −30.99 −2.72 7.85 −6.61
      增幅 Growth rate/% 0.08 0.13 −0.29 −0.54 2.82 −1.38
      2010 面积 Area/km2 7 764.18 19 208.06 11 063.70 479.11 763.01 183.05
      增长 Growth/km2 −261.50 −413.86 505.54 −18.62 476.38 −287.94
      增幅 Growth rate/% −3.26 −2.11 4.79 −3.74 166.20 −61.13
      2018 面积 Area/km2 7 784.20 19 153.97 10 950.01 454.35 937.27 181.30
      增长 Growth/km2 20.02 −54.08 −113.69 −24.76 174.26 −1.75
      增幅 Growth rate/% 0.26 −0.28 −1.03 −5.17 22.84 −0.96
      1980—2018 总增长 Total growth/km2 −228.64 −519.38 426.25 −52.12 670.19 −296.30
      总增幅 Total growth rate/% −2.85 −2.64 4.05 −10.29 250.94 −62.04

      图  2  承德市域各年份土地转移结果

      Figure 2.  Land use transfer results of Chengde City in different years

      (1)承德市域各类型土地利用变化趋势明确,除草地、已建成区外,均呈现下降趋势。

      承德市域田地与林地面积变化规律相似,1980—2000年间呈现小幅上升,2000—2010年间呈现大幅度下降,整体面积分别减少228.64和519.38 km2;承德市域草地面积除1990—2000年间出现小幅下降,整体呈明显上升趋势,面积增加426.25 km2;承德市域水域与未利用地面积变化规律相似,整体呈下降趋势,面积分别减少52.12和296.30 km2;承德市域已建成区面积1980—2018年间均呈现增加趋势,增加670.19 km2,增长幅度超过250.94%。

      (2)承德市域用地转换时空分异明显,城市边缘区是用地转换的重点空间区域。

      1980—1990年间,承德市域用地转换主要由林地、草地、水域、建成区向田地转化,面积分别为6.12、4.68、5.38、4.25 km2,主要发生在市域西侧和东南侧城市、村镇的边缘区域,同时中心城区周边大面积的田地与林地被开发变为已建成区,面积分别达到了13.68和1.10 km2。该阶段主要影响因素是早期承德强调“以粮为纲”的农业开发结构所导致的大面积开垦而产生的草滩农田与山坡耕地[33]

      1990—2000年间,承德市域用地转换频率降低,变化趋势与上阶段相似,城市与村庄边缘区域的草地、水域、未利用地被开垦为田地,面积超过3.81、2.96、6.43 km2,中心城区周边6.48 km2的田地被作为城市开发建设。该阶段主要影响因素是农业仍作为当时承德的主要支柱型产业,但逐步向林业产业与旅游业发展过渡,城市发展结构处于转型早期[34]

      2000—2010年间,承德市域用地转换趋势出现调整,位于市域北部和南部的大量田地向林地、草地、已建成区转出,面积分别超过了104.77、122.29、380.35 km2,同时位于城市边缘区域的林地、草地也分别向已建成区转入67.62和98.68 km2,城市已建成区域面积增长超过166.20%。该阶段主要影响因素是1999年国家推行的退耕还林工程[35]和承德市本土实施的退耕还果的林地保护策略导致的林地面积增加,以及经济发展带来的城市水平化扩张。

      2010—2018年间,承德市域用地转换频率再次降低,少部分位于城市或村镇边缘地区的田地、林地、草地、水域分别向已建成区转入72.09、44.33、59.53、18.90 km2,已建成区面积增幅超过22.84%。该阶段主要影响因素是承德产业结构转型带来三产比重增加,城市经济仍处于高速发展阶段,但水平方向发展受地理条件环境限制,整体向垂直方向发展模式调整[36]

      基于以上数据分析可以看出,随着近年来承德城市化发展进程的加速,整体结构和空间分布上已建设区对田地、林地、草地等生态空间的压迫趋势极为明显,其空间转化发生区域多位于城市、村镇边缘地域与北部和南部山林坡地,其主导影响因素更多地受到地理环境、产业结构与政策引导的影响。

    • 基于承德市域土地利用空间格局的演变分析结果,承德市域城市与村镇边缘区域土地调整较为明显,且受到产业结构转型与城市水平化空间扩张的影响,生态绿色空间存量逐年紧缩,因此研究在此结论上进一步对承德市域生态系统服务功能价值的时空演变进行分析测度。根据承德市生态系统单位面积生态服务价值系数表(表2)计算承德市各时期各地类各生态服务价值变化情况(表3),并将各时期承德市域生态系统服务功能价值在ArcGIS平台中以100 m × 100 m渔网单元进行空间统计,得到5个时期承德市域生态系统服务价值空间分布图;利用空间差值运算得出5个时期内承德市域生态系统服务功能价值增减变化的空间落位(图3),从而精准判定承德市域生态系统服务功能演变趋势和空间特征。

      表 3  承德市域各年份不同用地类型服务价值变化表

      Table 3.  Change table of ecosystem services value of different land types in varied years

      年份
      Year
      生态系统
      Ecosystem
      田地
      Farmland
      林地
      Forestland
      草地
      Grassland
      水域
      Water area
      已建成区
      Built-up area
      未利用地
      Unused area
      总计
      Total
      1980 服务价值/万元 Service value/104 CNY 868 135.99 7 586 955.87 1 684 286.03 314 999.70 −78 346.99 9 104.39 10 385 134.99
      1990 服务价值/万元 Service value/104 CNY 868 801.41 7 557 183.00 1 694 751.31 311 252.87 −81 778.44 9 104.36 10 359 314.51
      1980—1990 价值增长/万元 Value growth/104 CNY 665.42 −29 772.86 10 465.28 −3 746.84 −3 431.45 −0.03 −25 820.48
      价值增幅 Value growth rate/% 0.08 −0.39 0.62 −1.19 −4.38 0.00 −0.25
      2000 服务价值/万元 Service value/104 CNY 869 526.61 7 567 121.65 1 689 790.94 309 563.48 −84 081.82 8 978.41 10 360 899.28
      1990—2000 价值增长/万元 Value growth/104 CNY 725.20 9 938.65 −4 960.37 −1 689.39 −2 303.38 −125.95 1 584.77
      价值增幅 Value growth rate/% 0.08 0.13 −0.29 −0.54 −2.82 −1.38 0.02
      2010 服务价值/万元 Service value/104 CNY 841 194.80 7 407 516.86 1 770 700.73 297 980.09 −223 828.70 3 489.51 10 097 053.28
      2000—2010 价值增长/万元 Value growth/104 CNY −28 331.81 −159 604.79 80 909.79 −11 583.39 −139 746.88 −5 488.90 −263 845.99
      价值增幅 Value growth rate/% −3.26 −2.11 4.79 −3.74 −166.20 −61.13 −2.55
      2018 服务价值/万元 Service value/104 CNY 843 364.24 7 386 659.29 1 752 505.36 282 582.56 −274 947.41 3 456.10 9 993 620.14
      2010—2018 价值增长/万元 Value growth/104 CNY 2 169.44 −20 857.57 −18 195.37 −15 397.53 −51 118.71 −33.41 −103 433.15
      价值增幅 Value growth rate/% 0.26 −0.28 −1.03 −5.17 −22.84 −0.96 −1.02

      图  3  承德市域各年份生态系统服务功能价值空间分布和价值增减空间落位图

      Figure 3.  Spatial distribution of ecosystem service function value and spatial fluctuation of Chengde City in different years

      (1)承德市域生态系统服务价值整体呈现大面积下降趋势,生态存量紧缩。

      1980—1990年间承德市域生态系统服务功能价值降幅为2.58亿元,服务功能下降空间面积达到1 001.09 km2,超过市域面积的2.53%,服务功能上升空间面积仅为96.17 km2,不足市域面积的0.24%。服务功能核心下降的空间是市域北侧丰宁满族自治县区域,其主要由于该县1986年正式成立后的改革开放城市建设以及对周边山林地开垦为农田导致。

      1990—2000年间承德市域生态系统服务功能价值出现0.16亿元小幅度回升,服务功能下降空间面积为212.50 km2,约占市域面积的0.54%,服务功能上升空间面积达到270.64 km2,面积达到0.69%,在双滦、双桥的城市核心区边缘与围场满族蒙古族自治县北部、丰宁满族自治县西部出现了较为集中的服务价值上升空间,其中主要由于这些区域逐步出现退田还果的产业策略,部分田地空间转换为林地导致。

      2000—2010年承德市域生态系统服务功能价值出现大面积变动,整体价值下降26.38亿元,服务功能下降空间面积超过6 593.48 km2,超过市域面积的16.69%,服务功能上升区域仅为1 903.40 km2,超过市域面积的4.82%。其中围场满族蒙古族自治县北部、双桥双滦中心城区以及南部承德县与宽城满族自治县交界处出现明显集中的功能下降,其主要因为2005年承德县成为河北省首批扩权县所带来的区域建成区大面积水平化扩张与中心城区对周边山林地的逐步侵蚀,同时北部围场满族蒙古族自治县因为大面积围场林地与产业发展,出现了上升和下降空间同时存在的现象。

      2010—2018年承德市域生态系统服务功能仍保持较大幅度的下降,整体价值下降10.34亿元,服务功能下降空间面积超过3 816.64 km2,超过市域面积的9.66%,服务功能上升空间面积超过783.70 km2,超过市域面积1.98%。其下降空间主要分布在双滦与双桥中心城区边缘与各县区城市边缘区,主要由于承德产业结构转型所带来的城市空间扩张,同时边缘区由于近年来对山地生态的逐步重视,部分田草空间恢复为林草空间,生态功能得到上升。

      整体来看,承德市域生态系统服务功能下降空间明显多于上升空间,中心城区与各市县区建设核心区与产业聚集区成为生态系统服务功能下降的重点区域。

      (2)承德市主要服务功能价值集中在林草生态系统,生态基础良好。

      由各用地类型服务价值的总量分配来看,1980—2018年近40年间承德市域生态系统服务价值主要集中在林地生态系统,基本均超过整体生态系统服务价值的72%;其次是草地生态系统,基本稳定在16.22% ~ 17.54%之间,其主要影响因素是承德市整体山林地区域较多,林草空间分布较为广阔的地理条件导致。

      承德市域田地空间服务占比整体呈现下降趋势,除2000—2010年间出现2.83亿元的价值下降,分别出现0.07亿、0.07亿、0.22亿元的服务小幅提升,其主要影响因素是虽然承德秉持基本农田空间功能不动摇的基本政策,但在1980年后将“以粮为纲”的农产模式转向林产模式,以及1999年的退耕还林工程的推行。

      承德市域林地空间服务占比整体呈现下降趋势,除1990—2000年间出现0.99亿元的提升,分别出现2.98亿、15.96亿、2.09亿元的服务下降,其主要影响因素是产业结构模式的转型,以及对山坡林地的开发利用。

      承德市域草地空间服务占比整体呈现上升趋势,其中2000—2010年间出现8.09亿元的价值提升,其主要影响因素是山坡林地开发后,生态退化为林草空间,同时部分田地受政策影响改变性质,但林地结构还未成型,以草地空间形式保留。

      承德市域水域、已建成区、未利用地服务占比整体均呈现下降趋势,整体降幅分别为3.24亿、19.66亿、0.56亿元,其主要影响因素是承德中心城区的外向扩张。

      基于以上数据分析可以看出,承德市整体生态系统服务功能基础良好,但整体价值呈下降趋势,其中产业结构调整以及城市发展所带来的田地、林地、已建成区三者之间的空间矛盾冲突是服务功能价值下降的主要原因,这也与承德市域用地转换过程基本相吻合。从用地转换的主要因素分析来看,其主要驱动力来自于地理环境、产业结构与政策引导,因此制定不同类型的生态空间管控策略,是解决承德整体生态空间问题的重要途径。

    • 在明确承德市域生态系统服务功能自1980—2018年演变趋势基础上,对市域范围2026年生态系统服务功能进行预测评估。选择CA-MARKOV模型建立预测模型,首先依据式(3)和式(4)计算承德市域2010—2018年承德市土地利用类型面积转移矩阵,构建土地利用转移概率矩阵(表4)。

      表 4  承德市域2010—2018年土地转移概率矩阵

      Table 4.  Probability matrix of land transfer in Chengde City from 2010 to 2018

      土地利用类型 Land use type田地 Farmland林地 Forestland草地 Grassland水域 Water area已建成区 Built-up area未利用地 Unused area
      田地 Farmland 98.772 3% 0.214 1% 0.049 6% 0.035 5% 0.928 5% 0.000 0%
      林地 Forestland 0.146 4% 99.460 1% 0.153 9% 0.008 8% 0.230 8% 0.000 0%
      草地 Grassland 0.554 6% 0.270 9% 98.628 5% 0.007 8% 0.538 1% 0.000 1%
      水域 Water area 1.771 2% 0.058 0% 0.071 1% 93.677 7% 3.944 4% 0.477 7%
      已建成区 Built-up area 2.029 2% 0.360 0% 0.372 8% 0.029 2% 97.208 7% 0.000 0%
      未利用地 Unused area 1.036 6% 0.000 0% 0.794 3% 0.000 0% 0.384 0% 97.785 1%

      在此基础上,利用IDRISI17.0软件对转移概率矩阵进行程序化,以2018年承德市域土地利用情况为初始状态,结合2010—2018年土地利用转移概率矩阵,建立承德市土地利用CA-MARCOV预测模型,将运算结果在ArcGIS10.6中建立100 m × 100 m栅格矩阵进行重采样,结合承德市生态系统服务价值当量因子表(表2)计算各项生态系统服务价值子类数值,得到2026年承德市土地利用及其生态系统服务价值预测情况以及相应的服务功能价值增减空间落位图(图4)。

      图  4  承德市域2018年至2026年生态系统服务功能价值空间分布和价值增减空间落位图

      Figure 4.  Spatial distribution of ecosystem service function value and spatial fluctuation of Chengde City from 2018 to 2026

      依据模拟测算结果,2026年承德市域生态系统服务功能价值仍呈现较明显下降趋势。2026年承德市域生态系统服务功能相比2018年下降约9.97亿元,市域整体除田地系统价值有0.24亿元的增长外,林地、草地、水域、已建设区分别出现2.06、1.79、1.44、4.92亿元的价值下降。其中,2018—2026年承德市域生态系统服务功能价值下降空间面积超过6 650.99 km2,超过市域总面积的16.84%,下降集中的区域仍将位于中心城双滦与双桥区中北部,其主要成因仍是城市产业结构的持续转型促使建成区的不断扩张。结合承德发布的2030年城市总体规划中提出建设北部新城的规划发展目标,其核心区生态功能保护需求极其显著,同时平泉市、丰宁满族自治县、宽城满族自治县的核心建成区位置均出现了较大面积的服务功能退化趋势,整体承德市域生态系统服务结构趋向弱化。整体来看,2018—2026年承德市域服务功能上升空间面积超过379.72 km2,仅为市域面积的0.96%,主要出现在围场满族蒙古族自治县北侧边缘区,主要延续了现阶段对其围场林草空间保护与修复政策的成效。

    • 随着生态文明建设成为我国指导城市规划发展的重要理念之一,生态系统服务功能价值成为对市域生态存量的重要评估手段。本文通过总结国内外文献研究成果,结合实践研究,在市域范围尺度对承德市1980—2018年间生态存量和服务价值演变过程进行测度与评价,并基于对承德市域2026年生态服务价值的空间预测,提出承德市域生态系统优化管控策略,其主要结论如下:

      (1)承德市域整体生态系统价值较高,现状生态基础条件良好,生态存量丰富。以2018年为例,承德市域田地、林地、草地、水域、已建成区、未利用地的生态系统服务价值分别为84.34亿、738.67亿、175.25亿、28.26亿、-27.49亿、0.35亿元,分别占比为8.44%,73.91%,17.54%,2.83%,−2.75%,0.03%,单位面积服务价值为25 325.24元/hm2,类比同类方式评估城市较高[37]

      (2)承德市域生态服务价值时空演变特征显著。承德市域呈现较明显的斑块状分布,核心服务价值集中在西北部和南部的林地区域。除1990—2000年间小幅上升,1980—2018年承德市域服务价值呈现下降趋势,整体降幅超过39.15亿元,其主要影响因素是城市产业结构发展的调整,以及已建成区水平增长对生态空间的面积压迫。

      (3)承德长远期发展中生态系统矛盾仍会集中在建设用地和生态空间的冲突,林地、草地、水域均呈现明显的退化破碎趋势,建成区带来的周边生态空间的退化将成为承德需要重点关注的核心问题。

      本研究中仍存在一定局限性。当量因子法主要基于自然系统视角,本文限于研究构架与模型局限性,主要从自然系统视角对市域生态系统服务功能进行讨论研究,对承德人文历史的服务价值未进行深入讨论。同时,本研究在进行模拟预测时未进行多情景的预设干预,后续研究可增加人为规划情景与自然演变情景的复合对比,提出更精准的优化分区落位,完善评估结果的现实意义。

      目前,随着我国国土空间规划体系的逐步完善与推进,生态系统服务功能的量化评估作为省市级国土空间生态重要性评价的重要参考指标,已经纳入自然资源部发布的国土空间“双评价”指南中,对省市级国土空间生态保护极重要区与重要区范围划定具有指导意义。本研究对承德市域范围1980—2018年间生态服务功能的评价测度以及对2026年绿色空间发展趋势与生态存量的空间分布的预测成果,均可以为承德市国土空间规划提供一定的佐证依据。但同时也应注意,国土空间规划属于“多规合一”的复杂系统规划,生态系统服务功能量化结果仅作为其中单项因子存在,实践中应综合考虑多方因素,从而拟定更合理的规划管控策略。

参考文献 (37)

目录

    /

    返回文章
    返回