土地利用变化对生态系统服务价值的影响研究毕业论文

1、土地利用变化对生态系统服务价值的影响研究以阳高县为例 摘要 经济的发展推动了人类和社会的进步，人类在享受自己创造的物质和精神财富的同时，不可避免地给地球带来各种各样的环境问题和生态危机。环境在支撑着整个地球生命系统的同时，也越来越多地承受着人类产生和排放出的废物，形成了全球性的生态破坏与环境污染问题。阳高县是我国北方生态脆弱带的重要组成部分，近几十年来，随着人类活动对生态环境的干扰强度日益增大，土地盐碱化、草地退化、沙漠化、湿地退化等生态环境问题日趋严重，影响对自然资源的永续利用和区域可持续发展。本文以数据定量分析为基础，对阳高县地区开展区域尺度土地利用/覆盖变化及其生态系统服务价值的研究。应

2、用多种定量分析方法进行土地利用/覆被变化的研究，揭示了近十年来土地利用变化时空分布；应用生态系统服务价值评估方法，对区域生态系统服务价值进行计算，评估了土地利用/覆盖变化对区域经济发展的影响。对该县的生态环境保护与重建、区域可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。关键词 土地利用变化，生态系统服务价值，阳高县1引言 生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成的、维持人类生存的自然环境条件及其效用，分析与评价生态系统服务功能价值已成为当前生态学与生态经济学研究的热点。根据生态服务功能和利用状况，将生态系统服务功能价值分为4类，即直接利用价值、间接利用价值、选择价值和存在价值。土地是各种陆地生态

3、系统的载体，土地利用是人类生存与发展不可缺少的活动，土地利用变化以及由此导致的土地覆盖格局的改变，既改变了生态系统的结构，使生物多样性损失、生态系统生产力下降，又导致生态系统功能的改变，对维持生态系统服务功能起着决定性作用。根据土地利用变化评价区域生态系统服务价值变化的研究在近年也得到广泛开展。阳高县位于山西省东北部，是我国北方生态脆弱带的重要组成部分，近几十年来，随着人类活动对生态环境的干扰强度日益增大，城镇化水平不断提高，由此导致大量耕地被建设用地所占用，城镇土地利用/覆盖及其景观格局变化较大，城镇生态环境也发生了巨大变化。本文根据土地利用情况，分析了处于快速发展时期的阳高县的生态系统服务

4、价值变化情况，旨在为合理利用县城土地资源，保护县城生态环境提供决策支持。1.1研究背景和意义随着生产力的发展，人们改造和利用自然环境的能力大为增强，从而大大改变了人类赖以生存的环境，其带来的负面生态环境效应和社会经济影响已经严重威胁人类社会的可持续发展。阳高县位于山西省北部，是我国北方生态脆弱带的重要组成部分。近几十年来，该县人口快速增长，人类活动对生态环境的干扰强度日益增大，土地利用发生了剧烈的变化，出现一些局部生态环境恶化问题。因此，当务之急是加强阳高县的生态环境建设。对土地利用/土地覆被的改变是人类维持自身发展的必然结果，这种改变导致区域的景观格局不断的改变，从而导致各类生态系统结构发生

5、变化，强烈影响生态系统提供的服务和各种功能。通过对阳高县土地利用变化及其生态效应进行研究，可以科学地把握该区域土地利用变化和生态系统服务价值变化的过程和规律，进而可为生态环境恢复与重建、土地可持续利用等提供科学依据，促进生态环境、社会经济的可持续发展。因此，本文将从土地利用/覆被变化分析入手，对生态系统服务价值进行评价，定量分析生态系统服务价值的损益。1.2国内外研究进展1.2.1土地利用/覆被变化研究进展目前国际lucc研究主要集中在四个关键性领域:土地利用变化的动力机制、土地覆盖的时空变化、lucc的区域与全球模型以及gisrs技术在lucc研究中的应用等。我国的土地利用研究主要集中在大尺

6、度区域土地、 “经济热点地区”以及生态脆弱区。20世纪90年代起，我国将统计资料、遥感数据、模型等手段结合，对土地利用展开了全面的分析研究。1.2.2生态系统服务价值研究进展生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件和效用，包括对人类生存及生活质量有贡献的生态系统产品和生态系统功能。20世纪90年代，daily编著了生态系统服务功能一书，不仅系统地阐述了生态系统服务功能的内容与评价方法，还分析了不同地区森林、湿地、海岸等生态系统服务功能价值评价的实例，具有较高的学术价值。costanza等人发表了有关全球生态系统服务功能价值估计的文章，指出生态系统的公益价值和产

7、生这种价值的自然资本积累对地球生命支持系统的功能至关紧要。他们直接或间接地为人类提供福利，因此是全球经济总价值的一部分，这一研究的发表揭开了生态系统服务功能价值研究的序幕。目前生态系统服务价值的定量评估，已成为当前生态学与资源经济学的交叉前沿领域。国内研究起步相对较晚。20世纪90年代以后，国内传入了有关生态系统服务的概念及其理论、评估方法等，使国内有关生态系统服务的研究有了较大发展。19901995年，侯元兆的中国森林资源核算、李金昌的资源核算论，使生态系统服务功能在研究上取得突破。1999年以来，李双成等人对生态系统服务价值估算的相关问题进行了探讨，表达生态系统中的个体功能价值之和小于生态

8、系统的功能和价值。1.3研究内容运用数据统计方法从数量、速度、结构三方面对阳高县1997一2009年间的土地利用变化进行定量分析;参考costanza的生态系统服务价值理论，结合谢高地等制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表，计算阳高县1997一2009年间不同时段生态服务价值，并分析其时空变化，最后提出优化阳高县土地利用结构的策略和建议。1.4技术路线收集数据资料 分析研究内容 整理数据 阳高县土地利用变化分析(数量、速度、变化结构) 阳高县生态服务价值的计算（时间变化分析）提出优化阳高县土地利用的策略与建议2研究区域概况2.1自然条件2.1.1地理位置阳高县位于山西省东北部，晋冀蒙三

9、省(区)交界处，是煤都大同的近郊区。全县国土面积1668平方公里，耕地面积92万亩，辖7镇6乡，256个行政村，总人口288万人，其中农业人口12246万人。阳高县地理位置图：阳高县2.1.2地形地貌山西省大同市阳高县境三面环山，北为云门山，西为采凉山，南为六棱山，中部形成南北两个盆地。最高的六棱山，海拔2420米。山区占全县总面积的31.7%，川区占36.5%，丘陵区占31.8%，近于三分天下。2.1.3.自然气候与水文阳高县气候属中温带半干旱性气候，冷热季明显、日夜温差明显、区域差异明显是三大显著气候特征，最高海拔24205米，最低海拔980米，年平均气温7.1，年平均降水量400毫米左右

10、，多集中于七、八、九月份，雨热同季。境内有桑干河、吾其河、白登河、黄水河、黑水河五条河流。2.1.4.土壤和植被植被包括低山地森林、灌丛草原以及西北部的丘陵草原类型。土壤类型有灰褐土、栗褐土、风沙土、盐碱土等，其中栗褐土为本县主要土壤类型，决定了本县以旱作农业为主。2.1.5矿产资源境内主要有石灰石、石英石、金、铁、煤、镁等十四种矿产资源。煤炭现探明井田面积13.5平方公里。铁矿石现探明储量300万吨，从地质构造、赋矿地层来看，估算储量近2000万吨。花岗岩储量585万立方米，石灰岩储量270亿吨，石英石400万吨，白云岩5000万吨，磷矿1775万吨。2.2社会经济情况2.2.1经济发展阳高

11、县农业生产总值稳定增长，农业生产条件进一步改善，农村经济稳步发展，农业总产值由1997年的15200万元增加到2009年的108269万元;工业发展迅速，产业结构继续改善，工业经济效益明显提高，工业总产值由1997年的97500万元增加到2009年的1233700万元。基础设施建设不断加强，农民人均纯收入由1997年的2260元增加到2009年的6710元。2.2.2交通运输阳高县区域位置优越，交通方便快捷。东距首都北京320公里，西距煤都大同52公里，南下省会太原350公里，北距内蒙古自治区呼和浩特市230公里。境内有两条铁路（京包、大奏)、一条高速公路(京大)、两条国道(大塘、大张)及一条

12、省道(神丰公路)，全县基本形成了以县城为中心，以国省道为骨架，以县乡公路为依托的公路交通网络。3 阳高县经济发展过程中土地利用变化3.1土地利用数量的变化分析从整个研究期来看(表3.1)，阳高县耕地、园地、草地和未利用土地有不同程度的减少，而林地、建设用地、交通用地、水利用地则相应增加。其中，其他用地减少面积最大，达6555.24hm2，其次为耕地，减少了6038.16hm2;而面积增加的地类中，林地面积增加6955.56hm2，建设用地增加了3669.60hm2,交通用地增加了3152.52，水利用地增加了366.96，明显看出林地的增加面积最大。表3-1 19972009年阳高县土地利用变

13、化统计（hm2）tab.3-1 land use change in the yang gao xian during 19892009地类名称 1997 2009 变化量 年变化率（%）耕地 78612.84 72574.68 -6038.16 -0.64园地 700.56 517.08 -183.48 -2.18林地 28873.08 35828.64 6955.56 2.0草地 24186 22818.24 -1367.76 -0.47建筑用地 11742.72 15412.32 3669.60 2.6交通用地 3119.16 6271.68 3152.52 8.42水利用地 6838.

14、8 7205.76 366.96 0.45其他用地 12726.84 6171.6 -6555.24 -4.29社会经济发展是土地利用变化的主要驱动因素。我县积极响应国家的号召，开展“退耕还林”工程，使得林地面积大有增加。建设用地的增加，主要是近年来阳高县经济建设的加快和城镇化水平的提高，城镇扩展的结果。九十年代以来，阳高县大力推进城镇化进程，发展二、三产业，形成了以橡胶、建材、化工、耐火燃料等行业为主的支柱产业，对建设用地的需求大幅度增加，城镇化水平逐渐提高。3.2.土地利用速度的变化分析土地利用变化速度用单一土地利用动态度来表示。单一土地利用类型动态度表达的是某研究区一定时间范围内某种土地

15、利用类型的数量变化情况，其表达式为: (1)式中k为研究时段内某一土地利用类型动态度;ua、ub分别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量;t为研究时段长，当t的时段设定为年时，k的值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。 纵观19972009年数据变化，计算结果表明，该区土地利用变化速度最快的是交通用地，年变化率为8.42%，说明随着社会经济的发展，各地物流、信息流沟通加快，基础设施投入加大，招商引资步伐加快，工矿企业增多，同时人口增加也会带来交通建设用地增多。另外，林地变化速度也较快，年变化率为2%说明在阳高县人民种植防护林，已初见成效。3.3土地利用结构的变化分析土地利用结构的变化

16、是自然和人为因素综合作用的结果，是人地系统耦合作用的产物。阳高县不同时期土地利用结构功能很大程度上反映了该区不同时期的自然资源条件及社会经济结构，因此研究该区不同时期的土地利用结构分异及其动态变化是研究整个阳高县自然资源和社会经济结构的重要途径。土地利用结构的变化可以反映出土地使用方向的变化趋势，到2009年阳高县地区耕地、园地、林地、草地、建筑用地、交通用地、水域用地及其他用地的结构比例为43.51；0.31；21.48；13.68；9.24；3.76；4.32；3.70（见表3-2）。表3-2 19972009年阳高县土地利用结构tab.3-1 land use type in yang

17、gao xian during 19972009土地利用结构 1997年（%） 2009年（%）耕地 47.13 43.51园地 0.42 0.31林地 17.31 21.48草地 14.50 13.68建筑用地 7.04 9.24交通用地 1.87 3.76水利用地 4.10 4.32其他用地 7.63 3.70土地利用结构变动速度指标可以考察某个时期内土地利用类型变动的速度。其计算公式为： (2)其中，k表示土地利用结构变动速度；qit和qio表示末期和基期的i类土地在土地利用中的比重；t为测评期时间间隔年份。用表（表3-2）中列出的土地利用结构数据，按照公式(2)，可以对阳高县地区的土地

18、利用结构变动速度进行量化分析，计算结果表明该区域土地利用结构变动速度是1.413，土地利用变化比较剧烈。4 阳高县生态系统服务价值研究4.1.生态系统服务的概念及其内涵界定4.1.1生态系统服务的概念及其内涵界定daily(1997)等人将生态系统服务功能定义为:生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成的、维持人类生存的自然环境条件及其效用。它是通过生态系统的功能直接或间接得到的产品和服务，这种由自然资本的能流，物流，信息流构成的生态系统服务和非自然资本结合在一起所产生的人类福利。生态系统服务是可以描述、测度和估价的，也可以有不同的分类，如可再生的生态系统服务和不可再生的生态系统服务。一般

19、来讲，生态系统服务与生态系统功能有对应的关系。研究人员从总体上将生态系统服务功能分为三大类，即生活与生产物质的提供、生命支持系统的维持以及精神生活的享受。第一类是生态系统通过第一性生产与第二性生产为人类提供的直接商品或是将来有可能形成商品的部分，如食物、工业原料、木材、燃料、药品等人类所必需产品;第二类是支撑与维持人类生存环境和生命支持系统的功能，如气候调节、生物多样性、传粉与种子扩散等;第三类是生态系统为人类提供娱乐消闲与美学享受，如野游、登山、渔猎、划船、漂流、滑雪等等。costanza等人(1997)则作了更为详细的划分，他们将生态系统的服务功能分为如土壤形成、干扰调节、营养循环、废物处

20、理、授粉、栖息地、生物控制、基因资源、娱乐、文化等17种类型。值得注意的是，生态服务是由生态系统功能产生的，但是并不能一定与生态系统功能一一对应，有些情况下一种生态系统服务是由两种或两种以上功能共同产生的，而在另一些情况下，一种生态功能可以产生两种或两种以上的生态服务。4.1.2生态系统服务功能生态系统服务功能分为两类：直接的生态系统产品，如食物、药品、工业原材料和间接的生态系统服务功能。其中，间接的生态系统服务功能主要体现在以下几个方面：(1)太阳能的固定。太阳能通过植物光合作用被固定，通过绿色植物进入食物链，为全部物种包括人类提供生命维持物质。(2)涵养水源。植物根系深入土壤，使土壤对雨水

21、具有强渗透性。集水区内发育良好的植被具有调节径流的作用，表现为有植被的地段比无植被的裸地径流缓慢和均匀。(3)调节气候。生态系统对大气以及局部气候均有调节作用，表现为对温度、气流和降水的影响。可以缓解极端恶劣气候对人类的影响。(4)保护土壤。发育较好的植被地段，由于植被和落叶枯枝层的覆盖，减缓了雨水对土壤的直接冲击，可以保护土壤减少侵蚀，保持土地可持续生产力，并能保护海岸、河岸，防止河流、湖泊和水库的淤积。(5)对污染物质的吸收与分解及指示作用。一些生物能吸收和分解污染物，另一些生物对空气和水的污染以及有机废物农药有降解作用，还有些生物对污染物敏感，因而可以对环境污染有指示作用。(6)贮存必须

22、的营养元素。生物从大气、土壤、降水中获得必须的营养元素构成生物体，促进营养元素的循环。生态系统中，所有生物体内都贮存着各种营养元素，通过元素循环，促使生物和非生物环境之间交换元素，维持生态过程。(7)维持进化过程。生态系统的功能包括基因流、传粉、异花受精等繁殖功能及生物之间、生物和环境之间的相互作用，对环境效益和维持进化过程有着重要意义。(8)维护地球生命系统的平衡与稳定。从全球生态系统来看，人类生存的适宜环境在地球早期并不存在，只有在古生代及其以后地球出现大量生物后，生物和大气地理环境的相互作用过程中逐渐形成发展起来的。(9)提供自然环境的娱乐、社会文化科学、美学、精神、教育和文化的价值。4

23、.2生态系统服务价值的评价模式在国际、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。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。由于costanza等人的生态系统价值评价模式不适合直接参与到各国关于本区的生态系统价值分析评价的研究中。谢高地等人在结合对我国专业人士进行的生态问卷调查结果，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，文中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(表10)。costanza等的研究

24、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。表10中国不同陆地生态系统单位面积生态系统服务价值表(元/hm2a)类型农田森林草地水体湿地荒漠气体调节442.43097707.90.01592.70.0气候调节787.52389.1796.4407.015130.9待添加的隐藏文字内容30.0水源涵养530.92831.5707.918033.213715.226.5土壤形成与保护1291.93450.91725.58.81513.117.

25、7废物处理1451.21159.21159.216086.616086.68.8生物多样性保护628.22884.6964.52203.32212.2300.8食物生产884.988.5265.588.5265.58.8原材料88.52300.644.28.861.90.0娱乐文化8.81132.635.43840.24910.98.8总计6114.3193346406.540676.455489371.44.3生态系统服务价值评估流程相应区域内的生态系统的总量是一个随时间变化的量值，它是本区域内所有生态系统类型提供的生态系统服务功能及其生态资源价值的总和，并随着区域内所含有的生态系统类型、面

26、积、质量的变化而变化。因此，对区域的生态系统服务进行评估，首先确定生态系统类型，不同的生态系统有其相应的生态系统服务价值，服务功能价值的大小与其生态系统的类型密切相关， 最后，应用costanza等提出的估算方法来评估研究区的生态系统服务价值。4.3.1生态系统类型的确定借鉴谢高地等划分的生态资产类型，确定了本研究区与土地利用类型相对应的生态系统类型(表11)。表11与土地利用对应的阳高县生态系统类型项目水田林地草地水域旱地生态资产类型农田森林草地水面生态系统类型耕地林地草地水域4.3.2生态系统服务价值变化分析研究采用costanza的生态系统服务价值的估算公式和谢高地等制定的中国陆地生态系

27、统单位面积生态系统服务价值表，根据阳高县土地详查数据，对阳高县1997一2009年间的土地利用、覆盖类型的生态系统服务价值进行估算(见图17，表12)。应用costanza等人的估算方法，分析研究区的生态系统服务价值变化。计算公式为: (3)式中: esv指生态系统服务价值(元); ak指研究区域k种土地利用类型的面积(hm2); vck指生态价值系数，即单位面积生态系统服务价值（元/hm2a）。表4-1 阳高县生态系统服务总价值及价值变化(亿元)年份生态系统服务价值及变化耕地林地草地水域总计1997生态系统服务价值4.815.581.552.7814.722009生态系统服务价值4.446.

28、931.462.9315.7619972009价值变化变化率（%）-0.642.02-0.480.450.59由上表格数据得出，1997一2009年阳高县生态系统服务功能年度经济价值从1997年14.72亿元增加到2009年的15.76亿元，增加了1.04亿元，年变化率为0.59%。耕地、草地的生态服务价值量均在减少，是因为耕地、草地向林地、建设用地转化造成的，建设用地单位面积生态系统服务价值为零，是导致阳高县生态系统服务总价值增长缓慢的重要原因，另外，耕地减少林地增多是近些年来阳高县大力实施退耕还林政策的必然结果，城市经济快速发展对土地的需求使得未利用土地减少。5结论与建议（1）阳高县 19

29、97一2009年间土地类型总量发生了较大的变化:从土地利用类型数量变化来看，耕地总量减少了6038.16hm，林地面积增加了6955.56hm,建设用地增加了3669.6hm，水域增加了366.96hm；土地利用动态度变化较快，交通建设用地总体变化速度比较快。全县交通、建设用地、林地动态度分别达到8.42、2.6、2.0，耕地、园地、草地、未利用地动态度分别为一0.64、一2.18、一0.47、一4.29。随着经济发展、城镇化、政策变化等原因，阳高县建设用地的需求进一步增大，同时也导致了其他利用类型土地面积的减少。（2）生态系统服务功能量化研究表明，阳高县生态系统服务总价值呈上升趋势，即由19

30、97年的14.72亿元升至2009年的15.76亿元。土地利用结构变化导致生态系统服务功能的升高，使服务价值增加了0.59%,总体变化不大。(3)基于以上研究，提出阳高县生态系统可持续发展对策，应切实保护耕地，大力挖掘潜宜农土地，增加林地和水域的面积，严格控制建设用地，促使生态系统的良性循环、可持续发展。(4)研究区自然、人文等因素导致了土地利用变化，因此影响到生态系统服务功能，进而使生态系统服务价值发生改变。要实现阳高县经济、社会和环境可持续发展的目标，就必须维持生态系统服务功能的完整性，把保持水土流失、保护耕地、防止水污染等作为首要任务。主要参考文献1李秀彬.全球变化研究的核心领域土地利用

31、/土地覆盖变化的国际动向j.地理学报，19962冉圣宏等基于生态服务价值的全国土地利用变化环境影响评价j.环境科学，2006 3柳碧晗，郭继勋.吉林省西部草地生态系统服务价值评估.中国草地.2005.4蔡邦成，陆根法，宋莉娟等土地利用变化对昆山生态系统服务价值的影响j生态学报，20065caimsjprotecting the delivery of ecosystem serviceecosystemjhealth，1997.6欧阳志云，王如松，赵景柱生态系统服务功能及其生态经济价值评价j应用生态学报，19997史培军、陈晋等.深圳市土地利用变化机制分析，地理学报，20008武立磊.生态系统

32、服务功能经济价值研究综述.林业经济,2007 9赵军，杨凯.生态系统服务价值评估研究进展.生态学报，2007.10傅伯杰、陈利顶.景观多样性的类型及其生态意义，地理学报，200111陈百明.试论中国土地利用和土地覆被变化及其人类驱动力研究.自然资源1997121傅伯杰，陈利顶，马克明.黄土丘陵区小流域土地利用变化对生态环境的影响,以延安市羊圈沟流域为例j.地理学报，1999.13 谢高地，鲁春霞，冷允法，等.2003.青藏高原生态资产的价值评估j.自然资源学报.后记时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始选题到论文的

33、顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 首先诚挚的感谢我的论文指导老师翟大彤老师，他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血，在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！还有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风是我今后工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢三年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了三年的学习生活。impact of land-use changes on th

34、e ecosystem service value in yang abstract the development of economy accelerates human and societys progress. when enjoying the material and spiritual wealth, human being bring various environment pollution and ecological crisis to the earth inevitably .the environment not only is supporting entire terrestrial system, but also is withstanding the waste