慈溪市匡堰镇生态系统服务功能价值空间分布评估

慈溪市匡堰镇生态系统服务功能价值空间分布评估
王媛;蒋文伟;陈姝
【摘要】应用遥感(RS)、地理信息技术(GIS)及地统计学方法,对慈溪市匡堰镇生态系统服务功能价值空间分布进行研究,分析各样方生态系统服务功能价值强度的空间分布规律.结合半变异函数分析,研究其服务功能价值强度空间自相关和空间插值关系,构建具有较高精度和小尺度的区域生态系统服务功能价值空间分布格网.结果表明:2009年匡堰镇生态系统服务功能价值总计209189.6万元,其空间分布强度呈明显的全局空间自相关关系,但随着空间距离增加而逐渐减弱；通过克吕格插值方法,其局部空间自相关明显地表现为2个“热核”和1个“冷极”,即以西北—东南方向为主轴的高低值核心扩散形态；对区域生态系统服务功能价值的定量化研究,可以揭示其在镇域空间尺度上的依赖性和异质性,更直观地反映城镇生态系统服务功能价值空间分布特征与规律.
【期刊名称】《西北林学院学报》
【年(卷),期】2013(028)005
【总页数】5页(P58-62)
【关键词】生态系统服务功能价值;GIS技术;空间分布评估;空间自相关;克吕格插值;半变异函数
【作者】王媛;蒋文伟;陈姝
【作者单位】浙江农林大学风景园林与建筑学院,浙江临安311300;浙江农林大学风景园林与建筑学院,浙江临安311300;浙江农林大学风景园林与建筑学院,浙江临安311300
【正文语种】中文
【中图分类】S718.59
人类不合理地开发自然资源，将会带来难以修复的生态灾害。

正确认识和有效管理生态系统服务价值，对维护区域社会、经济与环境复合生态系统将越来越重要。

社会经济快速发展，很大程度上取决于该区域生态系统所提供的服务功能价值多少，离这个限度越近，社会发展空间就越小［1］。

因此，开展区域生态系统服务功能价值评估，调和人与自然的相互关系，走区域社会经济可持续发展道路，将是目前亟待解决的难点问题。

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持人类赖以生存的自然环境条件与效用［2］，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，是实现区域可持续发展的重要基础［3－5］。

J.P.Holdren［6］等最先
提出生态系统服务功能的观念，之后成为诸多学科领域学者研究的热门课题。

国内外学者先后探寻其内涵与价值分类等理论，针对不同类型不同尺度的区域，运用不同的评估方法，定性定量地评价生态系统服务功能。

纵观我国生态系统服务研究进展，对于生态系统服务的研究基本涵盖了我国所有的省份。

其中对西部的干旱半干旱区的各种生态系统（森林、草地、荒漠）研究较多［7］，而东、中部的研究较多涉及森林生态系统，还有一些研究涉及湿地、城市等生态系统的服务价值［8］。

其研究的生态系统类型主要有：森林、湿地、草地、海洋、农田、城市、荒漠等。

近几年来，国内研究则更多集中于土地利用变化对生态系统服务价值的响应［9－11］。

目前，国内外的研究大多是在Costanza的模型基础上对生态系统服务价
值进行定量评估，尝试采用不同数学方法计算不同类别的生态系统服务功能价值，然后求该生态系统类型面积与其乘积，最后求和得区域总生态价值［6，12－13］，
仅仅是依据生态经济学理论研究，在地理空间上难以形象的反映生态系统服务功能价值的空间格局及异质性。

为此，尝试利用遥感（RS）和地理信息（GIS）技术，结合地统计学对其空间分布特征进行统计分析，定量地研究在较高精度下小区域生态系统服务功能价值评估，直观展现研究对象的空间分布特征，以剖析其在镇域空间尺度上的依赖性和异质性，进一步揭示镇域生态系统服务功能价值的空间分布规律。

1 研究区概况
匡堰镇位于慈溪市中心城区东南6.5km处，地处30°07′N、121°17′E，东临桥头镇，南与余姚丈亭镇交接。

西与横河、浒山接壤，北接逍林镇。

镇域南北距离10.8km，东西距离5.4km，总面积42km2（图1）。

城镇交通方便，329国道横穿镇域，匡堰大道（樟彭公路）纵横南北。

城镇建成区位于镇域中西部，西起环镇西路，东至环镇东路，北起329国道，南至东上河南250m，总面积3.45km2（其中水域0.45 km2），现状建设用地1.42km2，规划建设用地3.00 km2。

镇政府现驻地位于匡兴东路。

图1 研究区地理位置Fig.1 Geographic position of study area
2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源及处理
采用的数据主要由2部分组成：1）慈溪市2009年IKONOS多光谱遥感影像（1∶10 000），空间分辩率为0.8～1.6m；2）慈溪市匡堰镇土地利用现状图、城市绿地系统规划总图及相关部门现状调查资料。

图2 匡堰镇土地利用和样点选择格网图Fig.2 Land use and sampling point grid network in Kuangyan
在此基础上，导入匡堰镇行政区域的Shapefile文件进行裁剪，得到2009年慈溪市匡堰镇的遥感影像。

在前人研究的基础上，以《土地利用现状分类》（GB／
T21010－2007）的一级分类为基础，综合相关土地利用分类的文献［12－14］，结合匡堰镇实际情况，考虑遥感影像实际可解译能力、土地的用途、利用方式和覆盖特征等因素，按照区分差异性，运用非监督分类（IsoData）辅以决策树（Decision Tree）实现影像初步分类。

结合实测地物信息归纳共同性的方法进一
步修正，将镇域土地分为交通用地、城乡建设用地、水域、耕地、林地、园地、自然保留地7类。

就目前国内对土地利用与土地覆盖分类精度评价的研究表明，采
用传统的最大似然分类方法，机器解译土地覆盖的分类精度可达到75%以上［15］，而人机互译的解译精度至少可以达到85%。

通过精度检验，在ArcGIS 9.3软件中导入分类影像数据，将匡堰镇行政区域划分
为726个样方（图2），每个样方大小0.25km×0.25km（镇域周边行政边界划
定的样方面积不同），并分别计算各样方的生态系统服务功能价值（Ves）、价值强度（Vesj）及空间特征分析。

2.2 评价指标体系选取与评价方法
2.2.1 价值系数的确定应用Costanza等人的计算方法，首先计算选取单位样方一种生态系统类型的某种生态服务功能，进而估算该生态系统单位面积上所有生态功能的总服务价值，以此为单价计算某一生态系统的总生态系统服务功能价值［3－6］。

本研究以能代表全国平均状态的“中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表”（谢高地，2008）为基础［13］，结合生态价值的区域修正系数［16］（浙江省，1.76），把每种土地利用类型与最接近的生态系统类型联系起来，参考宋佳楠［17］等在基于协调系数修正的区域生态系统服务价值测算研究中协调系
数测算方法，修改部分生态系统的服务功能价值系数。

交通用地、城乡建设用地的生态价值系数为0［18－19］，园地生态价值系数为耕地和林地价值系数的1／2［20］，其中水域和自然保留地（湿地）的价值系数未进行修正［21］。

最终确
定慈溪市匡堰镇不同土地利用类型的生态服务价值系数（表1）。

最后，将各个生
态系统类型的生态价值系数应用于城镇研究区，计算2009年匡堰镇生态系统服务功能价值单位面积分布（图2）。

在此基础上分析匡堰镇生态系统服务价值的空间情况。

表1 匡堰镇各土地利用类型生态价值系数Table 1 Ecological value coefficient of different land uses in Kuanyan Township 元／（hm－2·a－1）土地利用类型耕地园地林地交通用地水域城乡建设用地自然保留地相应生态系统类型农田森林河流／湖泊城镇荒漠气体调节 778.624 24 680.51 21 894.91 0 35 310.6 0 1 082.287 4气候调节 1 386 43 932.87 38 974.32 0 62 855.1 0 1 926.54水源涵养 934.384 29 617.73 26 274.88 0 42 374.31 0 1 298.793 8土壤形成与保护 2 273.744 72 072.23 6 3937.68 0 103 114.3 0 3 160.504 2废弃物处理 2 554.112 80 959.22 71 821.63 0 115 829 0 3 550.215 7生物多样性保持 1 105.632 35 045.88 31 090.37 0 50 140.41 0 1 536.828 5食物生产 1 557.424 49 366.6 43 794.76 0 70 629.18 0 2 164.819 4原材料生产 155.76 4 937.218 4 379.971 0 7 063.716 0 216.506 4娱乐文化 15.488 490.932 4 435.522 6 0 702.380 8 0 21.528 32合计 10 761.17341 103.2 302 604 0 488 019 0 14 958.024
表2 匡堰镇不同土地类型生态系统服务功能价值Table 2 Ecosystem service function value of different land uses in Kuangyan土地利用类型面积平均价值总价值总价值／hm2 ／（万元·hm－2）／万元贡献率／%交通用地 2 893.75 0.00 12 200.00 17.15 209 189.60 100.00 0.00 0.00城乡建设用地 1 756.25 0.00 0.00 0.00水域 1 187.5 1.05 1 246.51 0.5林地 2 443.75 56.37 137 756.43 65.95园地 2 175.00 31.92 69 427.99 33.21自然保留地 875.00 0.77 671.16 0.30耕地 299.38 0.29 87.51 0.04总计
2.2.2 计算公式结合本研究思路和样方划分，对匡堰镇生态系统服务功能价值及每
个样方的价值强度进行计算。

每个样方的生态系统服务功能价值：
每个样方的生态系统服务功能价值强度：
研究区生态系统服务功能总价值：
式中，Aij：第j个样方i种土地利用类型的分布面积（hm2）；Cvi：第i种地类生态价值系数（元·hm－2·a－1）；s：每个样方的面积；n：土地利用类型；m 为样方个数［5］。

3 结果与分析
3.1 生态系统服务功能价值计算结果
将研究区不同土地类型的生态系统服务功能价值在样方内叠加运算，得到2009年匡堰镇生态系统服务功能价值分布（图3）和不同土地类型生态系统服务功能价值（表2）。

2009年匡堰镇生态系统服务功能价值总计209 189.6万元。

其中，耕地87.51万元、水域1 246.51万元、林地137 756.43万元、自然保留地671.16万元、园地69 427.99万元，分别占总价值的 0.04%、0.64%、65.85%、0.32%、33.19%。

每个样方的服务功能平均价值198.10万元，最小值为0.00万元，最高值为1 397.91万元，各样方之间差异较大。

结果表明，匡堰镇生态系统服务功能价值空间分布不均匀，空间异质性明显。

价值较高的样方主要集中连片分布于匡堰镇偏东南方向，即生态公益林集中的区域；价值较低的样方主要以片状形式分布于匡堰镇偏西部和北部，即城镇工矿用地和城镇居住用地分布密集的区域。

3.2 空间自相关分析
为了消除镇域周边行政边界划定的样方面积不等对生态系统价值分布规律造成的影响，通过对各样方Vesj的log变换，并经直方图检验符合正态分布，其值符合正
态分布，满足进行空间自相关分析的条件。

3.2.1 全局空间自相关分析运用ArcGIS 9.3中的Spatial Statistics进行全局相关
指数和局部相关指数的计算。

匡堰镇生态系统服务功能价值计算得到全局Moran＇s I指数为0.03，其中标准值Z值为9.67，表明在空间上呈现聚集分布现象。

图3 匡堰镇VES局部空间自相关图Fig.3 Local spatial autocorrelation of Vesin Kuangyan
3.2.2 局部空间自相关分析运用ArcGIS 9.3中的Spatial Statistics功能模块分析
匡堰镇生态系统服务价值，得到局部空间自相关图（图3）。

慈溪市匡堰镇的
Vesj表现出3个明显的核心区域，本研究将高集聚区称为“热核”区，将低集聚
区叫做“冷极”区。

“热核”区主要分布于慈溪市匡堰镇偏东南方向，区域内毗邻样方生态系统服务功能价值均普遍较高；2个“冷极”区分布于慈溪市匡堰镇偏西部和北部区域，分别以慈溪市匡堰镇城区为中心沿329国道向西延伸及匡堰大道
向南延伸。

该区域样方生态系统服务功能价值较低，其毗邻区域生态系统服务功能价值也较低。

在以2核1极区周围零散分布着“高－低”集聚区域和“低－高”
集聚区域。

总体来看匡堰镇样方内Vesj局部空间正相关性较强，
以双高集聚和双低集聚的形式表现镇域Vesj的集聚与相似性。

3.3 半变异函数分析
3.3.1 计算结果与模型拟合经验证结果能满足半变异函数分析的要求，应用最小二乘法对各样方Vesj的半方差进行球状模型拟合，块金方差为0.005；基台值为
0.447；半方差达到稳定的最小距离为0.68km，数据具有很强的空间自相关性；
通过ArcGIS 9.3软件检验，预测误差均值（0.015）、平均标准差（0.001 1）接
近于0；预测误差的均方根（0.026）、平均预测标准差（0.037）很小；标准平
方根预测误差（0.957 6）接近于1。

总之在允许误差范围之内，研究区采用了普通克吕格法（Ordinary Kriging）对Vesj进行插值预测和模拟，生成镇域等值区图（图4）［21］。

图4 匡堰镇克吕格差值的Ves等值区图Fig.4 Equivalent section of Vessupported by Kriging interpolation in Kuangyan
3.3.2 结果分析根据图4所示，慈溪市匡堰镇以西北—东南为主轴的生态系统服务功能价值的空间分布扩散。

以匡堰镇偏东南方向与匡堰大道相接地带为高值核心逐步向西北扩展降低，至西北部的高家村、宋家漕村、龙舌村交界区域形成低值核心区；小规模的高聚集区集中在匡堰镇中西部。

依据图4分析研究区内各行政区生态系统服务总价值空间分布，各村所占比例分布是：高家村（0.04%）、宋家漕（0.03%）、樟树村（1.20%）、王家埭村（0.40%）、龙舌村（0.21%）、石人山（1.30%）、倡隆村（3.25%）、乾炳村（2.70%）、岗墩村（0.53%）。

从平均价值来看，岗墩村的服务价值最大，为61.77万元／hm2；其次是乾炳村30.18万元／hm2；宋家漕村、高家村和龙舌村的服务价值较低，分别为0.53、0.43万元／hm2 和2.03万元／hm2。

区位因素、土地利用的空间格局和经济发达程度都影响着生态系统服务功能的空间分布［21］。

匡堰镇北是生态系统服务价值的低值核心区—作为镇政府所在地，是全镇的政治、经济中心，也是城镇生态环境压力最大的区域；该区交通发达人口集中，城镇建设用地、企业厂区密布，土地利用格局零碎、复杂。

生态系统服务功能价值的高聚集区是镇域生态公益林区，即是成片的苗木基地、国家级省级生态公益林、杨梅果园、水库及农田，具有很强的生态服务功能价值。

4 结论与讨论
通过计算慈溪市匡堰镇生态系统服务功能价值及分析其空间分布特点表明，2009年匡堰镇VES＝209 189.6万元。

其中，林地作为主体，占了总价值的65.85%；
耕地87.51万元，占总价值的0.04%；水域1 246.51万元，占总价值的0.64%；自然保留地671.16万元，占总价值的0.32%；园地69 427.99万元，占总价值的33.19%。

结果表明，匡堰镇生态系统服务功能价值大体表现为显著的正相关性，并随着空间距离的接近，功能相关性逐渐增强；匡堰镇镇域中部偏东北方向和南部明显表现为2个“热核”区及位于镇域北部的1个“冷极”区。

利用半变异函数
分析及球状模型的拟合，匡堰镇生态系统服务功能价值的时空安排主要呈现以东南－西北方向为主轴的高值－低值核心扩散形态，且Kriging插值图的等值分布趋势与局部空间自相关分布趋势基本相同。

匡堰镇在创建森林城镇过程中，应当维护生态系统类型的均衡性和多样性，以提升生态系统服务功能价值。

从《慈溪市匡堰镇城市总体规划（2002—2020）》可知，规划镇域北部为核心并向南延伸，逐渐调整南部工业、教育用地及部分村庄用地，严格控制城区南侧的村庄与工业用地，待时机成熟时并加以改造，作为农居城市化改造区块，其布局意在最大程度上避开中东部和南部生态系统服务价值的高值核心区，有利于生态建设和保护。

由于规划区块靠近沿东横河的次级高值区，因此，应该重视产业发展过程中对环境的潜在影响，以利于维护和发挥本区块的生态系统服务功能。

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