基于遥感的抚州市土地利用变化及生态系统服务功能价值变化研究.doc

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免费文档下载/本文档下载自文档下载网，内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：/doc/80c90cba11bbe788ed6342c4基于遥感的抚州市土地利用变化及生态系统服务功能价值变化研究基于遥感手段对抚州市土地利用状况进行了分析与调查西北农业学报2010,19(5):2022206基于遥感的抚州市土地利用变化及生态系统服务功能价值变化研究于智强1,臧德彦13,陈龙乾2,谢淑容1(1.东华理工大学地球科学与测绘工程学院,江西抚州344000;2.中国矿业大学国土资源研究所,221008)摘要:基于1999年和2005年两期TM遥感数据,利用5,将抚州市土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、,。然后,。,抚州市的土地利用变化明显,生态建设的力度还不够。,根据经济发展的实际,应合理调配用地结构,加大生,经济效益和生态效益的同步提高。关键词:;生态服务功能价值;抚州市中图分类号:S127文献标识码:A文章编号:100421389(2010)0520202205ChangesofLandUseandEcosystemServicesValueBasedonRemoteSensingYUZhiqiang1,ZANGDeyan13,CHENLongqian2andXIEShurong1(1.CollegeofGeosciencesandGeodeticEngineering,EastChinaInstituteofTechnology,FuzhouJiangxi344000,China;2.InstituteofTerritoryResources,UniversityofMiningandTechnology,XuzhouJiangsu221008,China)Abstract:BasedontheTMdataofFuzhoucityin1999and2005,andanalysisonthedataprocessingplatformsofERDAS8.5andArcgis,theclassifiedlandusetypewasdividedinto6kinds,i.e.culti2vatedlands,forestland,grassland,bodyofwater,constructionareaand/doc/80c90cba11bbe788ed6342c4unusedland,andlandareawasobtainedaroundtheclasses.Then,thevalueofecosystemserviceswascalculatedandthechan2geswereanalyzed.Theresultsindicatedthatland2usechangedsignificantlyinFuzhou,butvalueofe2cosystemserviceswaslowerincreasedandtheincreaseamountwastoosmall.Somestructureprob2lemsofland2useexistedinFuzhou,andtheintensityofecologicalconstructionwasnotenough.Inthecomprehensiveviewofpolicy,technique,fundandmanagement,itisnecessarytoadopttheactualstepstoregulatethelandusestructure,toenhancetheintensityofecologicalconstructionandtoa2chieveharmoniousdevelopmentofsocial,economicandecologicaleffects.Keywords:Remotesensing;Landuse;Ecosystemservicesvalue;Fuzhoucity生态系统服务(Ecosystemservices)是指自然生态系统及其物种所提供能够满足和维持人类生存需要的条件和过程。它是人类重要生产生活3收稿日期:2009212231修回日期:2010201207资料的物质来源,更是人类得以维持生存的生命支持系统122。1997年Costanza等人对生态服务功能进行了划分,并提出一套价值估算的方法3。基金项目:国家自然科学基金(40874010);江西省教育厅科技项目,赣教技字2006/doc/80c90cba11bbe788ed6342c4215;东华理工大学研究生创新专项资金资助项目(DYCA09007)。作者简介:于智强,男,研究方向为土地信息学与土地信息系统。E2mail:3通讯作者:臧德彦,男,教授,主要从事数据综合理论与方法及土地信息学研究。5期于智强等:基于遥感的抚州市土地利用变化及生态系统服务功能价值变化研究?203?受其影响,国内众多学者基于各自的研究方法,对一些典型研究区域进行了生态服务功能价值的估算研究。随着遥感技术的广泛应用,基于遥感方式的区域生态系统服务功能价值估算研究业已成为土地管理学和生态学领域的热点。利用遥感技术可以很好地反映生态系统服务功能价值的类型、质量状况空间、时间上的异质性,反映生态资产在空间上真实的分布状况。本文基于遥感技术,参考已有的研究成果4210,借助ERDAS8.5和Arcgis等平台对抚州市1999-2005年的土地利用变化和生态系统服务功能价值变化进行了研究。总量可以表示为:V=Vcc=1n式中c=1,2,n,表示生态系统类型;Vc表示第c类生态系统生态资产价值量。Vc=RijVciSiji=1j=1nm式中i=1,2,n表示第c类生态系统的第i种生态服务功能;Vci表示第类生态系统的第i;j=1,2,;Si;Rij,它是由生态系统11.13。Rij=F(A1,A2,An)式中A1、A2,An表征生态系统质量状况的生态参数,不同质量状况同一生态系统类型的Vci是不同的,其差别由Rij来调整。参考潘耀1999年和2005年抚州市两时相TM数据,数据来源于美国马里兰大学遥感数据下载网站(/in2dex./doc/80c90cba11bbe788ed6342c4shtml)。通过ERDAS8.5Haze处理后,进行薄云噪音处理,采用二次多项式变换成像,利用最邻近法对影像重采样后进行几何校正。投影坐标系采用高斯克吕格投影和北京坐标系。利用ERMpper6.1软件Mosaic功能将各时相的两景影像进行镶嵌。将抚州市土地利用现状图行政边界矢量化后导入ERMpper中,将边界图层存为Re2gion,并分别存到2个镶嵌好的影像中,继而实施掩膜算法截取研究区域。最后进行图像增强等相关处理,为数据提取做准备。1.2气象数据和地理底图数据本研究利用的气象数据主要来源于中国气象局网站。数据的主要内容是研究期间内的降水量、气温、风速、日照、经纬度及海拔高度等。对获得的数据进行精度检验,除去变化差异大的干扰数据。地理底图数据主要是中国植被类型图、抚州市土地利用现状图抚州市地形图,以及研究期间内抚州市的土地利用现状数据等。忠等3提出的方法,本文选取植被覆盖度(fi)和植被净第一性生产力(NPP)作为表征当年生态系统质量状况的生态参数,对于任一像元,调整系数可表示为:Rij= /2NPPmeanfmean式中NPPmean和fmean为研究区内第c类生态系统植被净第一生产力的均值和植被覆盖度的均值;NPPj和fj为j像元的第一性生产力和植被覆盖度。2.2植被覆盖度fi的计算植被覆盖度fi被定义为植被投影面积在单位面积上所占比例,它和叶面积指数可以作为衡量地表植被数量的指标。可利用NDVI计算植被覆盖度,公式如下:fi=(NAVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)式中NDVIsoil为裸土或无植被覆盖区域的NDVI值,即无植被像元值;而NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值,即纯植被像元的NDVI值。利用ERDASIMAGE软件在ModelMaker窗口中利用输入上述公式,确定输2主要试验方法2.1生态系统服务价值计算方法://doc/80c90cba11bbe788ed6342c4par一定区域内生态资产的总量是一个随时间动态变化的量值,它是区域内所有生态系统类型提供的所有服务功能及其自然资源价值的总和,并随着区域内所含有的生态系统的类型、面积、质量的变化而变化324。一定区域内的生态资产价值出图像后,执行Process|Run命令,便可得到植被覆盖度的数据。2.3植被净第一性生产NPP的计算计算NPP时采用改进的光能利用率模型10,形式如下:?204?西北农业学报19卷)PARFPAR-RNPP=f1(T)f2(式中R表示呼吸消耗碳元素量;表示最大)分别表示温度和土光能利用率;f1(T)和f2(壤水分的影响;PAR表示到达地表的光合有效辐射,FPA表示植被所吸收的光合有效辐射比例,由植被指数确定11。2.4LUCC数据的获取以1999年和2005年两时相经预处理过的遥感数据为基础,利用ERDAS8.5和Arcgis软件并结合外业调查等有关基础数据进行分类处理。首先,通过软件进行自动非监督分类。然后,建立解译标志进行监督分类。在ERDASGE菜单中选择Classifier,tureEditor,择、。最后,在SignatureEditor,获取土地被覆信息。年)和67.36%(2005年),合计达到87.19%。而未利用土地约为106615.07hm2,仅占总面积的5.37%。在1999-2005年间,抚州市各土地利用类型都有一定程度的变化。变化幅度顺序依次为建设用地未利用土地耕地林地草地水域。呈减少趋势的是耕地、草地、水域和未利用土地,分别减少13214.57、4.10、67和5592.64hm2,达5.25%;耕2),主要是由,大量的土。这一现象与当地;林地面积有较大的增加,达15250.79hm2,这说明抚州市植树造林生态建设工程成果显著;未利用土地的大面积减少(5592.64hm2),一方面是源于植树造林用地,另/doc/80c90cba11bbe788ed6342c4一方面是耕地开发的补偿性开垦;草地和水域的变化较小,基本维持稳定。从以上分析可以看出,抚州市作为经济快速发展的新兴城市,土地开发的热情高涨,土地利用变化主要是与当地经济的快速发展、人口增加以及城市化进程加快等因素有着密切的联系。hm2199920053结果与分析3.1土地利用变化分析由表1可以看出,抚州市主要土地利用类型为耕地和林地,分别占到总面积的19.83%(2005表11999-2005年抚州市土地利用变化Table1ChangesoflanduseinFuzhouCityduring1999-2005类型Type199920022005面积Area386194.471251803.73630.4071162.7664705.89比例Proportion20.5366.550.033.783.445.67面积Area382016.701255845.41626.4570839.0967164.92104619.75比例Proportion20.3166.760.033.773.575.56面积Area372979.901267054.52626.3071079.0968349.99101022.43比例Proportion19.8367.360.033.783.635.37变化Changes-13214.5715250.79-4.10-83.673644.10-5592.64变化率Changing-3.421.22-0.65-0.125.63-5.25排序://doc/80c90cba11bbe788ed6342c4parRanking345612耕地Farmland林地Forestland草地Grassland水域Waters建设用地Buildingland未利用土地Unusedland106615.07注:2002年数据来源于土地利用修编;考虑到遥感解译的精度,1999年和2005年数据按2002年做归一化处理。Note:Thedatasin2002wasfromRevisionofLandUse;Consideringtheaccuracyofremotesensinginterpretation,thedatain1999and2005wasnormalizedaccordingwith2002.3.2土地利用类型生态服务功能价值(ESV)变元,而同期GDP增加了128.22亿元,ESV增幅远远落后于GDP的增幅。2002-2005年间的增加量大于1999-2002年间的增加量,增幅有扩大的趋势。从表2可以看出林地的ESV最高且占的比例最大,2005年达到81.09%,2005比1999年增加2.95亿元,增量也是最大的,这与当地较高的森林覆盖率和森林面积的大量增加有关。水域的化分析表2给出了抚州市各土地利用类型的ESV。1999年、2002年和2005年的ESV分别为300.29、300.66和302.38亿元。同期的ESV与GDP之比为分别2.24、1.81和1.15,呈减小趋势。抚州市在1999-2005年间ESV总量从300.29亿元增加到302.38亿元,仅增加2.09亿5期于智强等:基于遥感的抚州市土地利用变化及生态系统服务功能价值变化研究?205?ESV总量排名第二,2005年为34.18亿元,比1999年减少0.04亿元。虽然水域的总面积不1999年减少0.8亿元,减幅达33.88%,这主要源大,但由于水域用地有着较大的单位价值量,所以其价值量较大。水域生态系统在生/doc/80c90cba11bbe788ed6342c4态服务方面发挥着重要的作用,在生态建设中占有重要的地位,应特别重视水域用地的保护和建设。耕地2005年的ESV为22.81亿元,总量排名第三位,比于耕地面积的大量减少。由于耕地生态价值量有较大的减幅,这提醒当地政府应进一步加大对耕地的保护力度,保证土地资源的集约利用。由于草地面积总量基本维持不变,故其ESV基本保持稳定。未利用土地虽然也有一定的变化,但是其占的比例较小,对总体ESV的影响较弱。表21999年-2005年抚州市各土地利用类型生态服务功能价值Table2Ecosystemservicesvalue(ESV)fordifferentlandusetypesinFuzhou-2005耕地Farmland1999年ESV/亿元23.617.7722.817.550.733.39林地Forestland80.608180.76244.9781.09-2.95-1.22草地0.040.010.040.010.000.0011.4034.0611.3334.1811.30-0.04-0.120.400.130.390.130.380.13-0.02-5.00合计Total300.29100.00300.66100.00302.38100.00-比例Proportion2002年ESV/亿元比例2005年ESV/亿元比例Proportion1999-2005年ESV变化ChangsofESVduring1999-20051999-2005年ESV变化率ChangingrateofESVduring1999-20053.3各生态服务功能价值分析表3给出了抚州市各项服务功能ESV的基本情况/doc/80c90cba11bbe788ed6342c4。气体调节、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、生物多样性保护、原材料生产和休闲娱乐呈增长趋势,但增量不大,其中原材料生产增量最大,其次是气体调节。这主要得益于森林面积的大量增加,因为森林对气体调节、气候调节、水源涵养以及原材料生产等方面的影响较大,且森林在气体调节服务项中的单位价值量最高。ESV减少的是废物处理和食物生产。食物生产的减少量最大,主要由于耕地的大量减少。水域的单位价值在废物处理项中是最高的,无疑水域面积的减少使得废物处理的ESV有所减少。表31999-2005年抚州市不同生态服务功能的价值量Table3Ecosystemservicesvalue(ESV)fordifferentecosystemtypesinFuzhouduring1999-2005类别CategoryESV41.5934.3651.3849.2731.5840.464.5630.1516.94300.291998年2005年1998-2005年比例Proportion13.8511.4417.1116.4110.5213.471.5210.045.64100.00排序Ranking351264978-ESV41.9434.5751.7549.5931.5640.784.5130.5417.14302.38比例Proportion13.8711.4317.1116.4010.4413.491.4910.105.67100.00排序Ranking351264978-ESV0.840.610.726.34-0.060.79-1.101.291.18-气体调节Gasregulation气候调节Climateregulation水源涵养Waterstorage://doc/80c90cba11bbe788ed6342c4par土壤形成与保护Soilformationandpro2tection废物处理WasteTreatment生物多样性保护Maintainingbiodiversity食物生产Foodproduction原材料生产Rawmaterialproduction休闲娱乐Recreationalentertainment合计Total从ESV的构成结构来看,以2005年为例前6种非实物型生态服务功能所占的比例达到?206?西北农业学报19卷82.74%,这一比例1999年为82.79%。以上现效益和生态效益的同步提高。参考文献:1DailyGC.NaturesServices:SocietalDependenceonNatu2ralEcosystemsM.WashingtonDC:IslandPress,1997.2欧阳志云,王如松.生态系统服务功能与可持续发展M/象说明该市以非实物型ESV为主,实物型ESV所占比重有所增加,但是增幅较小。这要求我们在注重增加生态价值总量的同时,还要注重生态效益结构的变化,实现生态效益和经济效益的同步增加。社会2经济2自然复合生态系统可持续发展研究,北京:中国环境科学出版社,1999.3CostanzaR,DArgeR,GrootR,etal.ThevalueoftheworldsecosystemservicescapitalJ.Nature,(5)4,4小结4.11999-2005年期间抚州市耕地、草地、水域和未利用土地逐年减少,其中耕地和未利用土地减幅较大。林地和建设用地逐年增加,且增幅都比较大。说明该市在这6市化建设不断加快4.2抚州市,而且增长的幅度://doc/80c90cba11bbe788ed6342c4par:D辑,2004,34(4):3752384.5,胡召玲,等.徐州矿区土地利用变化遥感监测及塌陷地复垦利用研究J.地理科学进展,2004,23(2):10215.6李京,陈云浩,潘耀忠,等.生态资产定量遥感测量技术体也不大,GDP的迅速增长极不相称,需采取积极措施,加强生态功能建设。4.3林地、水域和耕地在各用地类型中的ESV较大,对总体生态