（自然地理学专业论文）土地利用土地覆盖变化与生态系统服务价值变化研究——以湖北省秭归县为例.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 土地资源是人类赖以生存和持续发展的物质基础，是人类从事一切社会经济活 动的基本场所。随着人口增长、粮食短缺、环境污染、生物多样性、气候变化等一 系列全球性问题的日趋激化，全球变化总量越来越被人们所关注，成为近年来国际 上最为活跃的研究领域之一。作为全球环境变化研究的核心领域之一，土地利用 土地覆盖变化( l a n du s ea n dl a n dc o v e rc h a n g e ，l u c c ) 通过改变生态系统的结 构和功能，对生态系统维持其服务功能起决定性作用。简单地说，l u c c 研究主要回 答两个问题：一是揭示土地利用覆被变化的人类驱动力和驱动力机制；二是动态 模拟和预测土地利用覆被变化。同时，l u c c 驱动下的e s v 变化，也是l u c c 环境效 应的一个重要量化指标。 本文所选研究区为秭归县，根据对该研究区的土地利用覆被变化的研究结论引 入生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ，e s v ) 的评价模式，通过经济 价值估算可以更加客观地量化区域生态系统服务价值，并以此对试验区的农、林、 牧、副、渔等生态关联度极高的产业发展提供导向作用。 本文在遥感、地理信息系统技术和相应的数学模型的支持下，针对三峡库区秭 归县1 9 9 5 、2 0 0 4 年的遥感t m 图像进行土地利用覆被类型分析，统计不同土地利用 类型的分布、面积，以及不同土地利用类型之间的相互转化，结合相关年份的社会 经济发展数据，采用土地利用类型动态度对不同时期的土地利用土地覆盖变化情 况进行计算、比较和分析；基于生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ， e s v ) 的评价模式，对不同的土地利用类型进行评价分析。 利用秭归县1 9 9 0 2 0 0 4 年的l u c c 变化数据，分析了秭归县近年来土地利用变 化，并计算由此导致的生态系统服务价值的变化。由此得出结论：耕地和未利用土 地面积减少，林地、草地、建筑用地和水域面积在增加，在整个时段中，水域面积 的增长速度最快，未利用地面积的减少速度最快；1 9 9 0 年秭归县生态系统服务价值 为2 9 0 0 1 8 x1 0 7 元，2 0 0 4 年生态系统服务价值为3 5 5 4 9 7 1 0 7 元，在1 5 年中净 增6 5 4 7 9 1 0 7 元；影响土地覆盖变化的主要是经济发展、库区移民、环境政策等 原因。 关键词：土地利用土地覆盖变化；生态系统服务价值：秭归县 a b s t r a c t l a i l dr e s o u r c e s0 nw h i c hh u m a ns u r v i v a la n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h e m a t e r i a li st h eb a s i so fh u m a ns o c i a la n de c o n o m i ca c t i v i t i e si na l lo f t h eb a s i cs p a c e w i t ht h ep o p u l a t i o ng r o w t h ，f o o ds h o r t a g e s ，e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，b i o l o g i c a ld i v e r s i t y , c l i m a t ec h a n g ea n do t h e rg l o b a li s s u e sas e r i e so fi n c r e a s i n g l yi n t e n s i f i e da n dt h et o t a l a m o u n to fg l o b a lc h a n g ei si n c r e a s i n g l yo fc o n c e r nt op e o p l e ，t ob e c o m ei n t e r n a t i o n a l1 n r e c e n ty e a r s t h em o s ta c t i v er e s e a r c ha r e a so f1 r e s e a r c ho ng l o b a le n v i r o n m e n t a l c h a n g ea so n eo ft h ec o r ea r e a s ，l a n du s e l a n dc o v e rc h a n g e ( l a n d u s ea n dl a n dc o v e r c h a n g e ，l u c c ) t h r o u g hc h a n g e si ne c o s y s t e ms t r u c t u r ea n d f u n c t i o no f t h ee c o s y s t e m t 0m a i n t a i ni t ss e r v i c ef u n c t i o n sp l a yad e c i s i v er o l e t op u ti ts i m p l y , l u c cs t u d yt w o q u e s t i o n s ：f i r s t ，t or e v e a lt h el a n du s e c o v e rc h a n g ea n dh u m a nd r i v i n gf o r c ed r i v i n g f o r c em e c h a n i s m ；s e c o n d ，d y n a m i cs i m u l a t i o na n dp r e d i c t i o no f l a n du s e c o v e rc h a n g e a tt h es a m et i m e ，l u c c d r i v e nc h a n g e si nt h ee s vl u c ci s a l s oa ni m p o r t a n t e n v i r o n m e n t a le f f e c to fq u a n t i t a t i v ei n d i c a t o r s t h i sp a p e rs t u d i e st h es t u d ya r e as e l e c t e df o r t h ec o u n t y , a c c o r d i n gt ot h es t u d y a r e a o ft h el a n d u s ec o v e rc h a n g es t u d yc o n c l u s i o n so ft h ei n t r o d u c t i o no ft h e v a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e s ( e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ，e s v ) o f t h ee v a l u a t i o nm o d e lc a l lb e a d o p t e dt oe s t i m a t et h ee c o n o m i cv a l u eo fm o r eo b j e c t i v e l yq u a n t i f i e dr e g i o nv a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e s ，a n da st h ep i l o ta r e af o rt h ea g r i c u l t u r e ，f o r e s t r y , a n i m a lh u s b a n d r y , a n df i s h e r i e se c o l o g yo ft h ee x t r e m e l yh i g hc o r r e l a t i o nt op r o v i d et h eg u i d i n gr o l eo f i n d u s t r i a ld e v e l o p m e n t i nt h i sp a p e r , r e m o t es e n s i n g ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m st e c h n o l o g ya n dt h e c o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l ，w i t ht h es u p p o r to ft h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a f o rt h ey e a r s19 9 5 ，2 0 0 4c o u n t yt mr e m o t es e n s i n gi m a g e so fl a n du s ec o v e rt y p e so f a n a l y s i s s t a t i s t i c so fd i f f e r e n tt y p e so fl a n du s ed i s t r i b u t i o n ，s i z e ，a n dd i f f e r e n tt y p e so f l a n du s eb e t w e e nt h et r a n s f o r m a t i o no ft h ey e a rc o m b i n e dw i t ht h e s o c i o e c o n o m i c d e v e l o p m e n t r e l a t e dd a t a , t h ed y n a m i cd e g r e eo f l a n d u s et y p e si nd i f f e r e n tp e r i o d so f l a n du s e l a n dc o v e rc h a n g e si nt h ec a l c u l a t i o n ，c o m p a r i s o na n da n a l y s i s ；b a s e do nt h e v a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e s ( e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ，e s v ) e v a l u a t i o nm o d e l ，t h e d i f f e r e n tt y p e so fl a n d u s ee v a l u a t i o na n da n a l y s i s b a s e do nt h ed a t ao fl a n du s ec h a n g e sf r o m19 9 0t o2 0 0 4 ，w ea n a l y z e dt h el a n du s e c h a n g ed u r i n gt h e15y e a r s a tt h es a m et i m ew ec a l c u l a t e dt h ec h a n g eo fe c o s y s t e m s e r v i c ev a l u e ( e s v )c a u s e db yt h el a n du s ec h a n g e t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r e o b t a i n e d c u l t i v a t e dl a n da n du n u s e dl a n dh a de x t r e m e l yd e c r e a s e d ，f o r e s tl a n d ， g r a s s l a n d ，w a t e ra r e aa n db u i l d i n gz o n eh a di n c r e a s e dr a p i d l y ；t h e t o t a lv a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e so ft h es t u d ya r e ai n c r e a s e df r o my 2 9 0 018 x10 7i n19 9 0t o ￥3 5 5 4 9 7 x 1 0 7i n2 0 0 4 , w i t ht h en e ti n c r e a s eo 徉6 5 4 7 9 x 1 0 7d u r i n gt h e1 5 一y e a rt i m e p e r i o d t h cc o n c l u s i o ns h o w st h a te c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，m i g r a t i o n ，a n de n v i r o n m e n t a l p o l i c yi st h ee s s e n t i a lf a c t o r k e yw o r d s ：l u c c ，e c o s y s t e ms e r v i c ev a l u e ，z i g u ic o u n t y j 羲士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：翻犯 日期：川年月h 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：童前艮 日期：2 唧年月f 日 撕签名：喷建茯导师签名：只没趴 日期z 明年占月 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程中 的规定享受相关权益。回童途塞理变后进盾；旦圭生；旦二生；旦三生蕉查! 作者签名：童静波 导师签名：嘻建武 日期：2 凹年月j 日 日期：叮年多月f 日 硕士学位论文 m a s t e r + st h e s i s 1 绪论 土地资源是人类赖以生存和持续发展的物质基础，是人类从事一切社会经济活 动的基本场所n 1 。随着人口增长、粮食短缺、环境污染、生物多样性、气候变化等 一系列全球性问题的日趋激化，全球变化总量越来越被人们所关注，成为近年来国 际上最为活跃的研究领域之一。在众多的全球变化问题中，土地利用土地覆被变化 ( l a n du s e l a n dc o v e rc h a n g e 简称l u c c ) 研究显得尤为重要，主要是因为人类为 了自身的生存和发展对土地的开发利用引起了土地覆被的巨大变化，其对环境影响 不仅仅局限于区域范围内，而且对区域水循环、环境质量、生物多样性及陆地生态 系统的生产力和适应力的影响更为深刻和持久。所以说这种变化已成为全球变化的 重要组成部分，同时也是全球气候变化的主要原因豫1 。 1 1 研究意义 简单地说，l u c c 研究主要回答两个问题：一是揭示土地利用覆被变化的人类 驱动力和驱动力机制；二是动态模拟和预测土地利用覆被变化。 三峡水利枢纽工程对三峡库区生态环境的影响一直是社会各界关注和争议的 焦点。一方面是由于三峡库首区是长江上游水土流失的强侵蚀区，生态环境非常脆 弱，1 9 8 8 年就被列入国家“长江上游水土流失重点防治工程 计划，经过十余年的 治理，三峡库区的生态环境得到了明显改观：另一方面，由于三峡库首区地面平均 坡度大于2 5 。，在移民安置、城镇迁建、工矿企业搬迁、道路改线等工程实施过程 中，不可避免地造成生态环境的破坏，土地利用土地覆被格局的变化，因此，研究 三峡地区土地利用覆被变化对整个区域范围内有重要意义，找出土地利用变化的特 点及成因，对研究区的生态环境的保护能起到一定的积极作用，并为该地区治理水 土流失、改善生态环境和制定合理的土地利用政策提供有效的决策支持口1 。 本文所选研究区为秭归县，根据对该研究区的土地利用覆被变化的研究结论引 入生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ，e s v ) 的评价模式，通过经济价值 估算可以更加客观地量化区域生态系统服务价值，并以此对试验区的农、林、牧、 副、渔等生态关联度极高的产业发展提供导向作用。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 2 土地利用土地覆被变化的研究内容 土地利用的变化机制。主要是通过区域个例的比较与研究，来分析影响土地 使用者或管理者改变土地利用和土地管理方式的自然、社会经济方面的主要驱动因 子，建立区域性的土地利用变化经验模型。 土地覆被的变化机制。通过对比历史上的土地覆被状况和现阶段的土地覆被 状况，探讨土地覆被变化最重要的影响因素及其影响机制。 1 3 土地利用土地覆被变化研究方法 土地利用变化模型的发展有三种重要的趋势钉：一是时间动态模拟与空间格局 分析和地理信息系统相结合；第二个趋势是遥感数据的广泛使用：第三是自然要素 和社会、经济和人文要素的综合。 1 4 土地生态系统价值评价 在国际、国内学术界关于生态系统服务价值定量评价的方法主要有三类：物质 量评价法、能值分析法和价值量评价法啼。其中价值量评价方法所得的结果都是货 币值，既可以进行不同生态系统与同一项生态系统服务的比较，也能将某一生态系 统的各单项服务综合起来，弥补了前两种方法的不足。因此，本文选取基于货币量 的价值量评价估算方法来分析研究区的生态系统服务价值变化情况。 1 s l u c c & e s v 问题研究内容 1 5 1 问题研究目的 三峡库首区作为生态环境脆弱区，一直是全球关注的焦点，因此，研究三峡地 区土地利用覆被变化对整个区域范围内有重要意义。本文选取三峡库区作为研究 区，以遥感和地理信息系统为主要技术手段，采用面向对象的分类方法，提取了1 9 9 5 年和2 0 0 4 年两期t m 影像的土地利用分类结果，并从土地利用土地覆被的角度出 发，阐明了十年间库区的土地利用土地覆被在数量、结构、动态度和程度以及区域 差异等方面的特点，分析了研究区的景观格局，并进一步探析导致土地利用土地覆 被变化的主次因子，找出土地利用变化的特点及成因，对三峡工程的建设，研究区 的生态环境的保护能起到一定的积极作用，以期为该地区制定可持续发展战略探索 可行性方案。 2 顾士学位论文 m a s t e r st h e s i s 本项目的研究目的在于通过国内外对l u c c 及e s v 的科研基础上，选取湖北省 宜昌市秭归县自三峡大坝工程实施以来土地利用变化以及由土地利用变化导致的 生态环境变化，由此产生对生态系统服务价值的影响。 选定研究区的具体案例后，以g i s 分析图像的为支撑，通过对相关实际数据的 分析、处理，结合领域内的科研成果对秭归县的l u c c 进行分析，从而总结出研究 区土地利用变化的驱动机制，同时对由土地利用变化引起的生态环境改变程度做出 评估，找出土地利用变化的特点及成因，并为该地区治理水土流失、改善生态环境 和制定合理的土地利用政策提供有效的决策支持。 1 5 1 1 研究区的选择 对本研究项目研究区的选择，选定位湖北省秭归县的原因主要有： ( 1 ) 湖北省秭归县位于三峡水库工程的库首区，也是三峡大坝库区上的第一 大县。主要是从库区移民和淹没面积来说的。大坝蓄水后，淹掉秭归县城以及所属 该县的十一个乡镇、1 7 0 0 0 亩耕地、2 1 0 0 0 亩柑橘园、1 9 座水电站。由此引起的土 地利用以及土地覆被变化是非常具有代表性的，同时引起生态系统变化和生态系统 服务价值的改变从科研的角度上讲是非常有意义的。 ( 2 ) 本文所选研究区为秭归县，根据对该研究区的土地利用覆被变化的研究 结论引入生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ，e s v ) 的评价模式，通过经 济价值估算可以更加客观地量化区域生态系统服务价值，提出相应的土地可持续利 用战略，并以此对试验区的农、林、牧、副、渔等生态关联度极高的产业发展提供 导向作用。 ( 3 ) 本人在华中师范大学城市与环境科学学院学习期间有幸参加了湖北省科 技攻关项目“湖北省土地利用土地覆盖变化及环境效应研究、水利厅横向课题“湖 北省水旱灾害及洪水资源化研究 及校级教学研究课题“地理专业 水文学教材 与教学改革研究的部分工作。择湖北省秭归县作为研究区，使得本篇论文的研究 方向、理论基础以及数据收集方面得到了指引与保证，有利于本人顺利完成硕士研 究生期间的科研成果。 3 废 m 饲 一i i 图1 三峡库区秭归县区位图 f j g l t h ea r e a l o c a t e dd i a g r a mo f t k e t h e e g o r g e s r e s e w o i r i n z i g u i i5 l2 主要研究内容 本研究选择三峡库区秭归县作为研究对象对其土地利用，土地覆被时空动态变 化进行分析，并对生态系统服务价值进行评价将提出研究区土地资源可持续利用 的有效对策和农业发展和产业结构调整提供决策依据。具体研究内容如下： ( 1 ) 对土地利用土地覆被的研究意义、研究内容、研究方法以及研究现状进 行总结与论述。 ( 2 ) 研究区土地利用类型的分类和数据的选取： ( 3 ) 分析研究区的土地利用覆被的时空变化特点： ( 4 ) 主要从三峡工程建设和生态环境变迁主导囚子和自然环境、人口和社会 经济次要因子两方面三峡库区土地利用变化的驱动力进行分析，并且针对库区的特 点对土地资源的可持续利用提出对策： ( 5 ) 根据对该研究区的土地利用覆被变化的研究结论引入生态系统服务价值 ( e c o s y s t e ms e r v i c e s v a l u e ，e s v ) 的评价模式，通过经济价值估算可以更加客观地 量化区域生态系统服务价值，并以此做出分析，评价不同土地利用类型的生态系统 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 服务价值，希望对研究区的农、林、牧、副、渔等生态关联度极高的产业发展和调 整提供决策。 1 5 1 3 拟解决的关键问题 ( 1 ) 研究区秭归县土地利用类型的划分； ( 2 ) 正确的反映研究土地利用变化的社会经济指标选取： ( 3 ) 研究区1 0 年间土地利用覆被变化与生态系统服务价值评价： ( 4 ) 提出秭归县农业发展与结构调整趋势。 1 5 2 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 1 5 2 1 研究方法 主要的研究方法有：文献资料、实地调查j 数据分析法、数学模型分析法等。 ( 1 ) 文献资料：收集研究区段的自然、社会、经济等方面的相关文字、图片 资料。 ( 2 ) 实地调查：考察三峡库区和研究区秭归县的土地利用状况，取得第一手 材料。 ( 3 ) 数据分析法：利用统计年鉴等资料，统计近1 0 余年来秭归县土地利 用土地覆盖变化状况，并绘制与分析图表。 ( 4 ) 数学模型分析法：采用土地利用类型动态度对不同时期的土地利用类型 数量变化情况进行计算、比较和分析；基于生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e s v a l u e ，e s v ) 的评价模式，对不同的土地利用类型进行评价分析。 1 5 2 2 技术路线 本研究技术路线如下图所示 1 5 2 3 实验方案及可行性分析 本文在遥感、地理信息系统技术和相应的数学模型的支持下，针对三峡库区秭 归县1 9 9 5 、2 0 0 4 年的遥感t m 图像进行土地利用覆被类型分析，统计不同土地利 用类型的分布、面积，以及不同土地利用类型之间的相互转化，结合相关年份的社 会经济发展数据，采用土地利用类型动态度对不同时期的土地利用土地覆盖变化情 况进行计算、比较和分析；基于生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ，e s v ) 的评价模式，对不同的土地利用类型进行评价分析。 ( 1 ) 从目前所掌握的资料来看，国内外对土地利用土地覆被变化和生态系统 服务价值评价的研究从理论到技术方法已经比较成熟，这为本课题的研究提供了有 力的支持。 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 研究背景、土地利用，覆盖变化和生土地利用类型动态度 内容与意义态系统服务价值评价和e s v 评价模式 j j 提供理论、资料与技术支持 1r 关资料数据 翳蝴愀归县为例 rf = 二总1 天l l - ， 提出土地可持 土地利用的时空演变特征 l - 续利用对策 i 土 生态系统服务价值 评价研究 ( 2 ) 本课题所用的2 0 0 4 年的遥感图像和所需软件a r c g i s 、s p s s 作者已具备， 所用的资料、书籍大都能从期刊网以及图书馆查到。 1 6 本论文的特色与创新之处 ( 1 ) 三峡库首区作为生态环境脆弱区，一直是全球关注的焦点，因此，研究 三峡地区土地利用覆被变化对整个区域范围的生态环境保护有重要意义。 ( 2 ) 对三峡库区土地利用覆盖变化( l u c c ) 的研究从生态系统服务价值评价 的角度上出发，紧贴经济效益和环境效益，增强本研究结论的实际可行性。 ( 3 ) 结合本流域相关的社会经济发展数据，分析其土地利用覆被变化的各个 驱动因子。 ( 4 ) 基于研究区土地利用覆盖变化的趋势预测和生态服务功能评价等研究， 为研究区的农业发展和结构调整提供依据。 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 国内外l u c c & e s v 研究综述 2 1 土地利用土地覆被变化的研究 2 1 1 国内外l u c c 的研究进展 随着全球变化研究的深入和发展；各国科学家越来越感到人类活动对环境变化 的影响，尤其人类的生存与发展对土地的开发利用以及引起的土地覆被变化被认为 是全球环境变化的重要组成部分盯1 。国际地圈一生物圈计划和全球环境变化中的人 文领域计划于1 9 9 5 年联合提出“土地利用和土地覆被变化 ( l u c c ) 研究计划， 使土地利用变化研究成为目前全球变化研究的前沿和热点课题；联合国环境规划署 1 9 9 4 年启动了“土地覆被评价和模拟 ( l c a m ) 项目，采用美国宇航局高分辨率 雷达影像调查东南亚地区土地覆被的现状与变化，为区域可持续发展服务疆1 。 众多的国际科文组织和国家启动了各自的土地利用变化研究项目，取得了相应 的成果，并由于研究目的、手段及区域等方面的差异，逐渐形成了不同的研究流派， 大体上可以分为北美流派、欧洲流派和日本流派三种嘲。 2 1 2 国内l u c c 研究现状 近二十年来，中国随着经济的快速发展，人们的生活水平与方式发生了极大的 变化，对水土资源需求量以及环境的压力都在增加，使得中国的土地利用与土地覆 被都发生了深刻变化，其对环境的影响也已跨出了国界，成为全球变化研究的重要 组成部分( 史培军，2 0 0 0 ) “。我国学者也开展了i u c c 的研究。主要包括：利用 遥感影像对土地利用变化的监测分析n 钉、土地利用变化研究数据库的构建、土地利 用变化驱动力研究以及建立土地利用变化的模型等方面，己经完成了多项研究任务 并取得了可观的成果，如“我国北方的土地利用与沙漠化 ( 王涛，1 9 9 3 ) 1 3 1 “近 1 5 年来长江源区土地利用变化及其生态环境效应( 潘竟虎，2 0 0 5 ) n 钔。 2 1 3 土地利用土地覆被变化研究 2 1 3 1 土地利用土地覆被变化现状及存在问题分析 土地利用土地覆被变化现状分析主要包括土地资源利用特点与土地资源特点。 分析的目的是为土地利用土地覆被变化研究提供基础资料，揭示土地利用土地覆 被变化的资源禀赋及利用动态变化的根源所在口。 土地利用土地覆被变化问题的分析意义主要包括：建设用地增加与农用地减少 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 所呈现出的矛盾、土地利用结构不合理问题、 性减少、土地利用效益低下与利用规模过小、 2 1 3 2 土地利用土地覆被变化分析 2 1 3 2 1 土地利用数量变化 土地质量变化、环境污染与生物多样 节约用地等方面存在的问题倥幻o 土地利用变化的数量是指区域内土地资源在水平面上的绝对面积，土地利用数 量的变化具体为各种土地利用类型的面积上的增减和相互转化。 区域土地利用变化幅度是指各土地利用类型的总量面积变化，通过分析土地利 用类型面积的总量变化，可反映区域土地利用结构变化信息和土地利用变化总态 势，可以通过土地利用土地覆被变化类型动态度来表示： 土地利用土地覆被变化类型动态度 土地利用土地覆被变化类型动态度( d ) 指研究区一定时间范围内某种土地利 用类型的数量变化情况。公式如下： d = ( u a - u b ) u a x1 t x1 0 0 ( 1 ) ( 1 ) 式中，t 为研究时段；u a 、u b 分别为t 时段内初期和末期某一种土地利 用土地覆被变化类型的数量；d 值是研究区某种土地利用类型年变化率。 2 1 3 2 2 土地利用土地覆被结构变化 土地利用土地覆被结构是指在固定区域内，各种土地利用类型在质和量上的对 比关系，以及它们组合而成的一定格局或图式。 土地利用土地覆被结构的演变过程处于动态变化中，其变化不仅受自然因素的 影响，也因人们科学技术水平、经济实力和自身改造自然能力所制约。 2 1 3 2 3 土地利用程度变化 土地利用土地覆被变化程度及其变化可定量的表达土地利用变化的综合水平 和变化趋势嘲。国内学者刘纪远提出的土地利用变化程度分析方法指出汹1 ，即将土 地利用土地覆被变化程度按照土地自然综合体在社会因素影响下自然平衡保持状 态分为4 级，并分级赋予指数，因此给出土地利用土地覆被变化程度的定量表达( 如 表1 ) 。 表1 土地利用土地覆被变化强度分级赋值表 类型未利用土地级林、草、水用地级农业用地级城镇聚落用地级 士地利用土地 未利用地或难以耕地、园地、人城镇居民点工矿 覆被变化类型 利用土地 林地、草地、水域 工草地用地、交通用地 分级指数123 4 8 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s l s 2 1 3 3 土地利用土地覆被变化的研究趋势 土地利用土地覆被变化研究不仅涉及自然因素，同时涉及到人文因素等多方面 的问题，因此需要进行跨领域、跨学科的综合立项研究。提供科学完善的解决模 型研究将是土地利用变化研究的发展趋势。因此，在认识和预测人类活动对整个地 球自然生态系统影响的过程中，建立科学的理论体系以及实现综合驱动模型，将是 国内外土地利用土地覆被变化研究的主要趋势。 2 2 地理信息系统和遥感技术的发展 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是在计算机软件和硬件支 持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理 数据，是一门集地理学、。信息学、计算机科学等多门科学为一体的空间信息科学。 地理信息系统萌芽于2 0 世纪6 0 年代初，1 9 6 3 年加拿大的r o g e r ft o m l i n s o n 首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个g i s ( 加拿大地理信息系 统，c g i s ) ，并用于自然资源的管理和规划啪】。 我国g i s 技术的起步相对较晚，目前g i s 己在资源开发、城市规划建设、土地 管理等方面得到了相应的实际应用，并引起了多级政府部门的高度重视。 同时，g i s 的应用与遥感技术紧密结合。遥感是从2 0 世纪6 0 年代初发展起来 的一门新兴技术；而地理信息系统作为传统学科( 如测量学、地理学、地图学等) 与现代科学技术( 计算机科学、遥感) 相结合的产物，正在逐步发展成为一门综合 处理空间数据的实际应用学科汹1 。g i s 技术的应用将遥感与g i s 技术相结合，将成 为土地利用覆被变化研究的有效手段啪卜汹3 。 2 3 生态系统服务价值研究综述 2 3 1 国内外生态系统价值研究进展 目前全球规模的土地利用土地覆被变化研究进一步推进生态系统服务价值研 究及全球和区域模型的研究。在科学界有关生态系统服务价值的研究中，广为学术 界所接受的研究成果是1 9 9 7 年c o s t a n z a 等在 n a t u r e ) ) 上发表的“全球生态系统服 务价值和自然资本”一文，他在文中提出的生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e s v a l u e ，e s v ) 的评价模式，其局限性在于e s v 估算是在全球尺度上进行的。谢高地 等人在此基础上进行研究，建立了中国陆地生态系统单位面积服务价值表，并以此 表为基础通过生物量等因子的校正对不同生态资产的服务价值进行了估算。因此， 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 考虑到研究区的实际情况和当前的研究进展，文中欲使用中国陆地生态系统服务单 位面积价值的平均值来计算研究区生态系统服务的价值。 人类的可持续发展是以生态系统为基础的，地球上的生态系统是一种复杂的生 命支持系统，保护这种生命支持系统和维持生态系统服务功能的可持续性是当前的 首要问题。生态系统服务是人类生存和发展的基本条件，是人类所拥有的关键自然 资本，而且通过经济价值估算可以更加客观地量化区域生态系统服务价值。 2 3 2 生态系统服务价值的评价模式 作为全球环境变化研究的核心领域之一，土地利用土地覆盖变化( l a n du s ea n d l a n dc o v e rc h a n g e ，l u c c ) 通过改变生态系统的结构和功能，对生态系统维持其 服务功能起决定性作用。同时，l u c c 驱动下的e s v 变化，也是l u c c 环境效应 的一个重要量化指标。因此，研究l u c c 背景下区域e s v 变化具有重要意义，国 内外许多学者分别对其进行了理论探讨和实证【l o 】。科学界自2 0 世纪7 0 年代便开始 生态系统服务价值的研究，重点在于对地球生态系统提供的服务制定相应的价值评 估理论与方法体系，以便于对生态系统服务价值进行精确计量。影响较大而为学术 界所接受的研究成果是1 9 9 7 年c o s t a n z a 等在( n a t u r e ) ) 上发表的“全球生态系统服 务价值和自然资本”一文，国内外许多学者对他在文中提出的生态系统服务价值 ( e c o s y s t e ms e r v i c e s v a l u e ，e s v ) 进行了广泛的理论探讨和案例研究。 c o s t a n z a 等的研究成果将生态系统服务价值的量化研究推向生态经济学研究的 前沿。利用经济学原理来估算生态系统服务，把生态保护与经济发展结合起来，制 定出合乎理性的开发、利用自然资源的策略，即是自然生态资源可持续发展与利用 的基本。 应用c o s t a n z a 等提出的估算方法来评估研究区的生态系统服务价值，计算公 式为： e s v = a i x v c 。( 1 ) e g v f = a k x v c f i ( 2 ) 在此公式中，e s v 是生态系统服务价值；凡是研究区k 类土地利用类型的面积； v c 。( 为生态系统服务功能的价值系数，即单位面积生态系统的服务价值( 元h m 2 - a ) ， e s v ，是生态系统单项服务功能价值( 元) ，v c 他是单项服务功能价值系数。 本文在研究秭归县区域l u c c 基础上，通过评价l u c c 引起的e s v 变化来反映其 环境效应，为秭归县土地资源可持续利用和生态环境保护提供决策支持。 1 0 3 秭归县土地利用土地覆被动态变化 3 1 研究区概况 3 1 1 秭归县自然概况 1 ( 1 ) 行政区划 秭归县位于湖北省西南部，属鄂西南山区。经纬坐标为东经1 1 0 。o7 至1 1 0 。 1 9 ，北纬3 0 。3 8 至3 1 。1 17 。全县东西长5 5 k m ，南北宽6 0 k m ，面积2 4 2 7 0 0 h m z ， 人口4 2 3 万人。其地处长江西陵峡，大巴山、巫山余脉和鄂西八面山坳在境内回 合，地形呈四面高、中间低的盆地特征，是三峡大坝所在地( 见图2 ) 。 ( 2 ) 气候环境 秭归属亚热带大陆性季风气候，热量丰富，无霜期长，雨量充沛，降雨量为 1 0 0 0 毫米左右；温暖湿润，全区主导风为南风、北风，年日照时数1 6 3 1 5 小时， 平均日照每天4 5 h 。 境内气候垂直变化明显，海拔1 5 0 0 米以上高山区基本无炎夏气候，海拔1 8 0 0 米以上地区冬季及寒冷天气长达2 2 6 天，占全年天数的6 2 。 ( 3 ) 地形地质 秭归为大巴山、巫山余脉和八面山坳合地带，位于长江流域，流域全长6 4 公 里，于茅坪河口出境，把秭归分为南北两部，构成独特的长江三峡山地地貌。境内 地形起伏，层峦叠嶂，地势为四面高，中间低，呈盆地形，长江横贯东西，有山地、 丘陵、盆地、河谷和零星坪坝，海拔从2 0 5 6 9 m 到6 5 m 不等。 ( 4 ) 土地利用类型 区内土地利用类型多样( 见图3 ) ，各类型土地的按比例大小顺序为林地6 1 1 3 ， 耕地1 2 0 9 ，未利用地1 1 2 4 ，草地6 8 2 ，水域3 9 6 ，建设用地3 9 4 。 ( 5 ) 矿产资源 秭归境内矿产资源丰富，县境内已探明的矿产资源有2 0 多种，有煤、铁、铜、 磷、硅石、重晶石等；总体特点为储量大、品位高、分布集中等特点( 见表2 ) 。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 表2 秭归县2 0 0 7 年主要矿产资源一览表 海拔 储量品位主要分布区域交通 ( 米) 9 8 5 沙镇溪2 亿吨， 硅 5 亿吨 3 0 0 6 0 0 省道 9 9 6 8 两河9 0 0 0 万吨，杨林2 亿吨 郭家坝7 亿吨，屈原、茅坪、周 钙1 0 亿吨5 2 5 5 4 0 0 7 0 0省道 坪，沙镇溪2 亿吨，两河l 亿吨 铁5 0 0 万吨 3 0 5 0 5 0 0 7 0 0 两河2 0 0 万吨，杨林3 0 0 万吨省道 杨林1 2 1 万吨，沙镇溪2 2 8 1 万 3 8 0 0 吨，屈原1 0 4 万吨，周坪l1 5 万吨， 煤3 0 0 0 万吨5 0 0 0 大5 0 0 1 0 0 0郭家坝1 3 5 8 万吨，归州2 6 8 万吨，省县道 卡梅家河、磨坪、两河各1 4 2 3 吨，泄 滩1 0 万吨 ( 6 ) 水、电、自然景观资源 秭归县水力资源丰富，水电开发潜力巨大，水能理论蕴藏量1 7 2 万千瓦( 见 表3 ) ，中小型水电站星罗棋布，秭归已成为全国农村水电初级电气化建设县：农业、 旅游业及社会各项事业的发展，为工业发展创造了原料资源和市场资源。 表3秭归县2 0 0 7 年水、电、自然景观资源一览表 产( 储) 量海拔( 米)主要分布区域交通 水能 1 7 2 万千瓦，已开 3 0 0 米 青干河、童庄河 县乡道 资源发6 9 万千瓦以下良斗河、龙马溪、茅坪河 九畹溪、泗溪 旅游5 0 0 米 乐平里、凤凰山茅坪、归州、屈原、周坪县乡道 资源以下 木鱼岛、屈原祠 水域 茅坪、郭家坝、归州 4 0 0 0 0 - 6 0 0 0 0 亩 1 3 9 1 7 5 省县道 资源 沙镇溪、泄滩、水田坝 ( 7 ) 作物资源 境内生长着中亚热带、北亚热带、南温带及中温带的6 0 0 多种植物。其中农作 物以水稻、小麦、玉米、魔芋和土豆为主：经济作物有茶叶、黄姜和脐橙等；森林 资源以马尾松，杉，柏为主( 见表4 ) 。 。 1 2 表4 秭归县2 0 0 7 年农经作物资濠一览表 产量成分拔( 米) 主要生产区域交通 沙镇溪8 4 0 亩 魔芋3 0 0 0 0 亩9 0 0 0 0 吨5 0 0 - 1 2 0 0 米 县乡道 两河3 6 0 亩，杨林2 0 0 0 0 亩 水硐坝3 2 4 8 亩，茅坪3 1 5 0 亩 屈原1 5 0 9 亩，泄滩7