农田-湿地区域景观动态及其对生态系统服务功能的影响

农田—湿地区域景观动态及其对生态系统服务功能的影响作者：李方张柏张树清王宗明宋开山发表：《农业系统科学与综合研究》2007(1)：22-26摘要：利用覆盖穆棱—兴凯流域范围的50年代1∶10万地形图以及1980年LandsatMSS影像和2000年LandsatTM影像，分别通过数字化和人工交互遥感解译获得研究区1954年、1980年和2000年的景观格局分布图。参照国家通用的土地利用分类系统，根据研究区具体情况，将研究区域景观分为8种主要类型，分别为旱田、水田、湿地、森林、草地、水域、城乡居民地和未利用地。考虑农田—湿地区域的具体情况，利用中国陆地生态系统服务单位面积价值作为基础来计算生成生态系统服务价值表，利用Constanza的生态系统服务价值评价方法，得到不同时间点的区域生态系统服务价值及其构成。结果表明：作为三江平原的重要组成部分，穆棱—兴凯流域在过去50年亦经历了剧烈的湿地农田化过程。其中1954～1980年这一时段是区域景观格局变化最为剧烈时期。在50年间，自然景观面积迅速缩减，大面积的农田取而代之。生态系统服务总价值在近50年间减少超过25%，约254.92亿元/a。由于湿地等自然景观的大量减少，气候调节功能、水源涵养功能和废物处理功能明显下降，减少的价值量分别为75.71亿元/a、71.74亿元/a和65.44亿元/a。农田的面积持续增加加强了区域的食物生产功能，近50年增加的价值量为4.02亿元/a。关键字：农田；湿地；景观动态；生态系统服务生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，现代研究证明生态系统服务是人类生存与现代文明的基础[1-7]。近几个世纪以来，人们干预自然的能力不断增强，森林开发、湿地开发、生物资源的开发利用，以及土地利用方式的改变，自然生态系统面积减少，受人控制的生态系统面积迅速增加[2，7，9]。全球生态系统格局的这种变化大大削弱了生态系统服务功能，从而导致了全球性的生态环境危机，使人类未来的发展受到威胁[7]。因此，从这个角度理解可持续发展的核心就是要通过维持和保护生态系统保护人类的生存环境，保护地球生命支持系统，维持一个可持续的生物圈[5]，研究景观格局动态情况下的生态系统服务的变化能为可持续发展提供重要依据，具有重要意义。穆棱—兴凯流域处于中国、俄罗斯交界处，是三江平原的重要组成部分，区内湿地分布广泛，自20世纪中叶开始，沼泽湿地资源的数量和质量因农业开发而急剧下降，区域生态环境发生了巨大的变化。通过生态系统服务价值来分析区域景观格局动态引起的生态系统服务的变化，并据此提出区域可持续发展的策略。1研究区概况研究区位于东经131°12′～133°59′，北纬44°59′～46°36′之间，北倚完达山，东以乌苏里江、松阿察河，南以兴凯湖、白翎河及陆地边界与俄罗斯相邻；囊括黑龙江的虎林和密山两县，总面积约为17000km2。全区海拔在30m～823m，总的地势西北高、东南低，地势开阔平坦。区内水系发达，主要河流有乌苏里江、穆棱河、松阿察河、七虎林河、阿布沁河、挠力河和大小兴凯湖。气候属寒温带湿润大陆性季风气候：冬季漫长、夏季温热湿润、春季风大、秋季短暂；年降雨量500mm～600mm，雨量集中夏季，约占50%～60%。年平均气温2.1℃～3.5℃；全年日照2000h～2500h。土壤类型较多，其中白浆土分布最广，占总面积40%以上。复杂的地理背景使研究区拥有森林、草地、沼泽湿地等多样的自然生态系统。研究区农业发展迅速，半个多世纪农垦活动主要围绕湿地资源进行，全区的景观动态主要表现为湿地—农田的互动，在整个三江平原具有代表性。2研究方法2.1景观格局动态数据获取方法采用的基本数据是覆盖流域范围的20世纪50年代1∶10万地形图以及1980年LandsatMSS影像和2000年LandsatTM影像。将MSS和TM数据进行纠正；与1∶10万地形图进行配准，根据三江平原沼泽湿地和相关的土地覆盖类型影像特征建立解译标志，以及地形图的图例说明为依据；在Arc/ViewGIS3.2环境下，对遥感影像和地形图分别进行人机交互式判读解译和土地利用信息提取；进行外业精度调查验证；将所得数据在GIS软件Arc/Info8.1环境下进行编辑和修改，得到1954年、1980年和2000年的土地利用数据。参照国家通用的土地利用分类系统[9，10]，根据研究区具体情况，将研究区域景观分为8种主要类型，分别是湿地、旱田、水田、森林、草地、水域、城乡居民地和未利用地。其中未利用地包括裸地、盐碱地以及其他难利用的土地。2.2景观格局动态分析方法土地利用类型动态度(K)指的是某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。K=Ub–UaT(1)式中：Ua、Ub分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段，当T的时段设定为年时，K值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。景观偏离度是指人类造成的人文景观对自然景观的偏离程度。景观偏离度=(各种建设用地+人工水域+耕地+园地+人工林地+人工草地)/土地总面积。楼食漠2.3社及生态系统服务预评价方法疲人类住从敏20缸钉世疲纪朽7志0棕年代就开始了李对生态系统服逝务及其价值的妥研究，由于地架球生态系统提市供的服务绝大循部分价值难以画准确计量，以凉及缺乏相应的铸价值评估理论善与方法体系而纹进展缓慢帅。揉199肤7坑年捷Costan炊z券a盈等人将全球生沸态系统划分令为些1电6汪大晕类羡2橡6畅小类；将生态镜系统服务功能感划分宝为筒1职7饼种功能，并以床此为基础对全魂球生态系统的奇服务价值进行邪了估申算辟[1肿]馒。其研究成果膛使生态系统服误务价值评估的殖原理与方法从甘科学意义上得皆以明确。根据批中国的实际情石况，谢高地等面人参式考方Consta翠nza截层的研究成果，狠通过概括综合孟制定了中国陆积地生态系统单梅位面积生态服问务价值表，计彩算出全国不同脚陆地生态系统捎服务价值总和堤为侨56017包.同3旱亿元，并在青党藏高原生态系启统服务价值的吓估算中得到了帝应南用促[3顶]京。雪应该指出竹，目前的估价设方法受时间、凤地点、研究对拿象的尺度等众称多因素的影响反和制约，并且卧过多地依赖经趣济学理论，而峰缺乏对生态系惩统自身规律的肃分析，因此估是价方法还不完败善，估价的结销果也不够准确讲。但是将这些帜估价方法和估毯价结果应用到造实际的工作中夸也是有可能的执，而且也是有很意义农的吗[5绸始，忙6驳]幼。比如，对于胜一个地方或国女家的生态资产父进行连续估价象，尽管结果不再准确，但由于卫采用同样的方林法，不同时间予的价值变化趋哥势还是具有可追比性的，这在牺一定程度上也断能说明该地区廉生态资产的变胳化状况以及存朗在的问题，从商而为生态建设描、环境保护、软土地持续利用赞与管理等提供滋参秩考耍[5俊]背。届生态系统誓服务价值的计压算公式为：逗酿颗V=雁类Σ段ni=1嘱Pi×Ai罚(2)眉式中：恐：应V梳泄为研究区生态势系统服务总价汤值，元；块；鞭P铺i午为单位面积上踩土地利用类崇型帽i哲的生态系统服彻务总价值，董元绞/hm怕2劫；努；宽A浩i炮为研究区内土鉴地利用类块型械i露的分布面积贼，搜hm扬2是。途考虑到穆拥棱善—腐兴凯流域的具称体情况，以中垮国陆地生态系赶统服务单位面御积价值作为基有础来计算本区杜生态系统服务待价值。仔在现有的泡众多评价体系扶中，水田和旱锋地均被视为耕识地作为一类进基行价值评价。体但是，由于耕吐作方式、作物樱类型等诸多差欢异，它们实际垫的服务功能存糕在较大的差异社。因此，参照炼前人确定的耕精地绢(晕旱餐田并)永桃、草地、湿地背、森林及水体固的单位面积价威值，通过修正裂来确定水田的集单位面积生态丢系统服务价值惠。调整方案如内下：水田素贴有暖“忍人工湿伐地堤”衫之称，其水分里、土壤及局部真小气候与湿地夜相食似预[8梨]杠，因此，水田收的气体调节、锐气候调节、水母源涵养和土壤释形成与保护等绸单位价值取旱低田和湿地相应泰服务的平均值天和森林相应服蠢务中的最小值抱；水田多处于员水域旱田过度财地带，兼具农贯田、湿地及水狮体浩3紫羽种生态系统特帽点，其生物多凯样性保护功能颠优于旱田、取货旱田、湿地及吃水体生物多样勺性保护价值的统平均值为水田喉的该项服务价引值；根据研究雅区多年粮食单俭产情况，稻田袭的单位产量与鸭所有耕地单位诉产量之比约终为罗1.习5雕∶凡1岗，因此以旱田鞭食物生产价值倡的庭1.随5泽倍作为水田的恋相应价值的估辞计；水田的废督物处理、原材箱料及娱乐休闲蛮等价值与旱田进差异不甚明显淋，此处暂以旱这田的相应服务颤价值代替。据赌此可得调整的议水田单位面积卡服务价值。对吩不同农田系统争服务价值进行储客观评价，对季于准确评价区筑域生态系统服命务价值有重要辜意义，上述定拍性及定量的分经析对水田的各留种服务价值进弄行的估计均比丝较保守，还有扯待进一步研究伯和改进。该评悠价体系可体现夜农田系统中水丙田与旱地差异阵，适用于研究圆区域生态系统哄服务动态研究公。饶茧熊3乎被结果与分析涌切趟3.1礼落研究区景观格螺局动态猪研究区各具种景观类型的俭面积、变化率河及动态度匀。孤195站4别～用198凝0棋年除湿地、森甲林和水域减少暮外，其余景观寻类型面积均增观加。湿地、森务林面积减少最妙多，分别么为绿44264导9hm润2保和抗65928谎hm殖2撤，水域变化率肯很小。旱田面肃积增加最多，乔为萝335411生hm帝2盯；已水田增幅最大酸，增加率货为槽725.16吧壁%亲；城乡居民地殃面积增加率首达触259.67济恳%楚；草地面积增次加率眨为腰16.22纳%殿；其他类型的量增加面积较小活，但是增加幅香度却达啊到兼240猫%甚。烧要电198课0委～径200雀0诸年湿地和森林感继续减少，草山地面积也大幅排度减少，其余左景观面积继续康增加。草地面播积减幅最大，们面积减妖少惨135143撒hm功2喜；其次依次为碗湿地和森林，乱减少面积分别采为慈47252h箩m辜2谨和毙11554记hm断2伤。旱田增加面闪积最多，悉为旨130595魂hm撑2劈；其次为水田隐，增加面肠积愚62040变hm武2榨；城乡居民地石和水体面积亦村有所增加；其托他难利用地增点加面积虽小，朱增加率却高走达跃776.47丸吧%速。绵比忆较堤195施4漏～应198领0领年网和夜198漫0未～肾200兽0混年两个时段，圆前者是区域景衫观变化更为剧宵烈的时段，这反一时段湿地平捡均每年损失业约贡17024.买96hm拢2态，而后者平均跳每年损失父约救2362.6是hm略2虽；前者森林损携失每年桂为堪2535.6控9hm钳2蝇，后者每年损筋失体577.7泻hm美2韵，旱田和水田挣在前一时段每路年增加面积分朱别详为消12900.垮42hm群2搞和诸4171.8巾8hm幸2销，后一时段，舱旱田和水田的挪增速均下降，窄分别菌为板6529.7阵5hm勒2听和倡3102hm党2免。水域在两个仙时段的变化率贱都比较小，其丈动态基本可以决忽略。亦区域景观乘格局动态主要投是人口压力和碎国家政策驱动具的结果。讲在照195托4交～驳198同0收年这一时段，答该区域主要经率历章了偶195层8桐年予的勒1女0兼万军人转业开搜发北大荒，以脊及踩197处5爽～虑197摄8迅年的区域性排惰水治涝工程的皱实施，从而迅岩速形成牌了逆2慌0紧世幸纪匆8精0残年代初以耕地赏为主，其他土监地利用类型为眠辅的景观格局散，这一时期景姜观格局变化剧泛烈，湿地资源别迅速减少，大窜量的水田和旱脂地取而代之。医而疾2郑0拴世娇纪啦8按0焦年以后，区域农景观格局动态草主要是人口自扬然增长和经济卧发展引起的，暮旱地的动态度惹远小于前一时璃期，而水田保蜘持了与前一时盘期相近的动态市度，说明这一臂时期的农田开挽垦逐渐重视开顷垦水田。通过浑改善灌溉设施坑，有相当一部研分旱地也转化在为水田，说明捆了水田在整个虏区域农田系统扮中重要程度的胡提高。随着吸湿地资源的减既少，剩余湿地腔开垦难度增加漂，而且随着湿塔地保护意识的薄提高深，架198央0遭年以后，湿地度景观动态度远治大于前一时期撒，其缩减速度榆减缓；此时草拔地成为湿地的剂主要替代资源党，其面积购由蔬198集0克年之前的增加陷趋势转变愤为轧198葛0享年之后的减少进趋势，其年缩贪减速度是湿地踩缩减速度的将总近盼3壳蓄倍。葛仇喂3.堤2电生态系统服务盖动态意利用调整杠后的评价体系勉，对研究凡区萌3穿目个时间点的生浙态系统服务价卡值予以评价呜。福195许4航年生态系统服采务价值总计硬为从857.5蚁9济亿质元圆/铅a漫，插198凑0真年减爷至便627.0响4冤亿船元思/指a从，亲至乏200厅0条年生态系统服忘务价值总计酷为商602.6胁7狭亿事元寒/窝a规。在册近轰5严0咱年间，生态系山统服务总价值胸减少超般过米25种%翠。兵195椅4灾～铁198疗0点年生态系统服件务价值下降速房度较快，减少代量混为胞230.5船5猫亿己元逆/骨a自。工198暂0主年之后罪的不2蚀0暗年价值下降较葛慢，减少量仅欺为樱24.3羡7划亿振元守/姨a助。满对于不同奋类型的生态系晶统服务功能疲，蜘195效4灶～占200劳0蹦年间除食物生弃产功能提高外弄，其他各种功驱能均下降。价羊值减少最多的识是水源涵养功悼能，其次为气陵候调节功能和充废物处理功能量，减少的价值栋量分别票为浇75.7仁1村亿访元肤/收a殃、座71.7仅4恰亿护元盐/品a题和单65.4飞4兼亿苍元室/搬a煎。娱乐休闲功扇能、生物多样连性保护功能、芬气体调节功能铸及土壤形成与爸保护功能均下忠降。食物生产棉功能在粱近炎5古0记年增加的价值盗量貌4.0肆2梁亿筛元弟/回a衣，远小于其他轨功能的减少量醒。截对于各种腾景观类型，区索域生态系统服袖务价值下降主社要是由于湿地域面积减少造成袋的逮，流195超4槐年悼至芒200惑0案年，湿地缩减剂造成的价值损割失写为聪272.2俭4很亿垒元计/济a唉，其次是森林夸和草地，依次晚为诱14.9鞠8播亿喘元饮/亚a来和迷6.6读0跪亿痰元鼠/罪a句。旱田和水田敞面积增加所产汽生的生态系统桌服务价值分别纵为井28.4辨7哪亿纺元涛/缠a牢和吩10.4浆1检亿型元娇/厘a绑，远小于湿地闭缩减引起的价绕值损失量。水筒域面积变化不诱大，其生态系谱统服务价值在凯近危5揪0它年间增邻加赠0.0分7婆亿净元阶/有a如。自然景观减爆少引起的价值乘减少量与农田嚷增加带来的价份值增加量之比拔约彻为咏7.洒6傻∶血1挥。朴区域生态厕系统服务功能爷总体的下降是愈自然景训观秤(哀湿地、森林和惕草扛地鸦)僚花面积减少所致叹。根据统计资苹料闷，千195满4馆年区域的人口蜂密度债为蹄2镰人仓/km烤2似；区域景观偏鞋离度仅演为富12.47木%粪。随着人口增芦长和区域经济牢发展，湿地、止草地和森林相怕继被开垦为农往田，奶至剪200士0蚂年，区域景观火偏离度达辜到敲50.14监%没。湿地在生态猜系统服务动态室中起到关键作联用，与农田相衫比其具有很强谦的气候调节功葡能、废物处理堪功能和水源涵袍养功能，因此箭大面积湿地转牲化为农田使得默区域景观的这盆些功能下降迅柄速。毒相关研究棚表明，咐自春195虏5敞年至今，三江弯平原地区气候芬趋于暖粥干摸[11作]摸，年平均气温冷上升利约僵1.启2进℃伏～治2.3赖悬℃界，其中主要变冻暖中心位于湿窗地开垦区，年坡平均降水量有势减少趋势，并系且变化剧烈程唯度也有所增绸加图[8锈]招。区域气候变乏化发生的原因普，除直接影响痕气候的主要外头部因子太阳常惜数、平流层火冲山灰含量和大自气中不断增加嘱的贼CO连2叮外，更主要的佩是区域下垫面痛的变化，即大虽面积湿地的开下垦引起区域气宿候调节功能的歉变玻化剥[8查]骆。合沼泽的草舅根层和泥炭层颜大量蓄水，是稻居民、工业与旁农业可直接利障用的水资源，轻又是一个补充妻地下水的巨大足天然蓄水库。握其特有的生态萍构造不仅能够旱吸纳大量降水窑和过境水卵；聋鸭同时湿地可以朝调节径流、延商缓蒸发蒸腾俯；谨胖据考察，三江庄平原湿地饱和椅含水量高字达仁830秒%哗～触1030颠%哪迅，湿地这种蓄染水功能很好地姿保持了三江平踢原水量的平扑衡导[6既]虹。同时，也有师连续丰水期与胡连续少水期交额替出现的规律万，而湿地这种神水源涵养功能清减少了区域性济旱涝灾害发生峰的可能冬性蹈[8年]描。随着大量湿胃地景观转化为劫农田，区域水娘源涵养功能减阻小，这也是近浙年来本区域旱更涝灾害频有发叮生的重要原因弯。筛沼泽湿地亿具有良好的净煤化环境功能，块这是因为它提申供了处理污染缘的天然空间，挽还具有吸收转孟化污染物的生航态机制。铁、辰锰、铅、镉、录砷等有毒有害裙污染物进入湿应地，一部分被欢沉淀下来，一掌部分被植物吸顺收，经过化学横和生物过程转爽换而被储藏起泄来，再以产品湾的形式从湿地击系统释放出修来乖[6稻]态。随着湿地大泰量被开垦为农钳田，区域的废须物处理功能降佣低，同时大面唱积的农田亦加翻大了各种废物牙的排放量，因划此区域环境污棚染状况不容乐检观。专农业发展孔是区域经济发丑展及国家粮食境生产的需要，辆目前三江平原具农场广布，穆趟棱掏—咐兴凯流域亦不书例外。农田的扣扩张主要增强咳了区域食物生蛋产功能，创造鲜了巨大的价值愤。但同时也付史出了巨大的环敢境代价。如何牺协调区域农业词发展和自然资须源保护将是区香域可持续发展货面对的主要问周题。由于水田子在水分、土壤伶及局部小气候医方面均与湿地丙相似，其生态卷系统服务功能编要强于旱地，嗓因此，区域农筋业发展应注重顷农业结构内部绢调整，要加大团对水田发展的喜投入力度，在挂适当的区域将腿旱田转化为水厦田。这将对整野个区域环境恢咽复有一定的帮动助。咐钻段4唤户结论枪作为三江庆平原的重要组惹成部分，穆突棱铺—目兴凯流域在过撕去编5抗0孕年亦经历了剧召烈的湿地农田忍化过程宪。士195虫4步～赵198稀0月年是区域景观涌格局变化最为蝴剧烈时期。这错段时间大量湿隶地景观丧失，揭旱田和水田景剥观面积增加显惨著，基本奠定围了区域以农田饶为主，森林、暂湿地和草地为倘辅的景观格局虽。挑至依200扇0讽年，全区湿地功面积仅疲余吨15848梯3hm架2因，测占秒195喜4合年湿地总面积睬的略约临1/敲4误。扬198喘0赏年以后，森林阶和草地继续减驴少，其中草地剃成为湿地的替围代开垦对象，宝面积缩减迅速雁。自然景观不信断转化为人造席景观，造成区他域生态系统服命务总价值减小甜，与景观格局签变化的规律对冶应，生态系统刘服务价值员在削195北4厨～匪198秤0窗年下降迅速，摇其岔后泳2课0并年下降趋缓。柳近吧5锣0贼年间，生态系肌统服务总价值苹减少超凯过脚25姻%慕。其中气候调朗节功能、水源早涵养功能和废孤物处理功能由筛于湿地的大量鸡减少而明显下底降，减少的价才值量分别幅为滩75.7珍1虎亿苦元镇/到a浑、悠71.7柄4血亿疮元宿/劫a访和昏65.4窜4蚊亿锐元屯/甩a羊。这些功能的笔下降对区域环拖境造成深刻的恋影响，主要表胞现为区域性的麦年平均气温上循升；年均降水秧量减少；旱涝律灾害增多和不元容乐观的环境惹污染状况。记农业生产蝴及区域经济发也展的需要使得密农田的面积持姜续增加，其所团具有的较为单乱一的生态系统欣服务功能使得望区域的食物生愿产功能提高，捐近荣5条0铃年增加的价值提量移为汉4.0校2葡亿象元咳/精a拜。但是，农田辅面积增加所产渡生的生态系统纲服务价值增量穿远小于各种自园然景观，尤其翻是湿地缩减引芝起的价值损失撞量，两者之比似为载1谱∶废7.败6茂。由于水田具世有与湿地相类巩似的水分，土军壤及局部小气蝇候，根据生态放系统服务价值铺表，其单位面毁积的生态系统胆服务价值是旱选田的两倍，因换此区域未来的秧发展应注重农转业结构内部调育整，要加大对羽水田发展的投蝶入力度，在适块当的区域将旱衫田转化为水田蛋，将对区域生胆态系统服务功者能的维护及可斩持续发展有一禽定的积极作用烘。参考文献：惠[1]Co底stanza燥R,R笔d兔′犬Arge,逐deGro对ot,Re谁t,al1暂Thev虑alueo值fthe膛world'恰secos性ystem迅servic榜esand督natur府alcap锈ital[烫J].N返ature1节199汁7油，龙(387)勺丑：编253-26牌0.宵[2]Sw别iftM腐J,A-驳M端NIzac艘,Mva械nNoor现dwijk1员Biodiv反ersity赖ande圾2cosys逝temse骂rvices陪inag皮r