Ecosystem service value change analysis of Chishui River Basin based on land use change
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摘要:
以赤水河流域1990年、1999年、2010年和2018年的遥感解译土地利用数据为依据，采用经本地化校正的当量因子法和GIS空间分析技术，分析赤水河流域28年间的土地利用变化特征、生态系统服务价值（ESV）变化特征以及土地利用变化对ESV变化的影响。结果表明：1990—2018年，赤水河流域耕地、草地和未利用地面积减少，建设用地、林地和水域面积增加；土地转换以耕地—林地—草地之间的相互流转和建设用地对耕地与草地的侵占为主。1990—2018年，赤水河流域ESV从411.90亿元增至413.54亿元，林地是ESV的主要贡献部分，水域面积增加是ESV增加的主要影响因素，ESV空间分布呈现出中游高、上下游低的特征，高值区域与林地分布高度重叠。城市建设用地连续扩张引起ESV降低，林地和水域、耕地和草地因面积变化分别对ESV贡献呈正、负效应，农村与城镇人口结构变化、退耕还林和流域生态治理等政策的实施则促进了ESV增加。
Abstract:Based on the remote sensing interpreted land use data of Chishui River basin in 1990, 1999, 2010 and 2018, the localization-corrected equivalent factor method and GIS spatial analysis techniques were used to analyze the land use change characteristics, the ecosystem services value (ESV) change characteristics and the effects of land use change on the change of ESV. The results showed that the area of cultivated land, grassland and unused land decreased, and the area of construction land, forest land and water increased from 1990 to 2018. The land use transfer was mainly reflected in the mutual flow between cultivated land-forest-grassland and the encroachment of construction land on cultivated land and grassland. From 1990 to 2018, ESV increased from 41.190 billion yuan to 41.354 billion yuan in Chishui River basin, forest land was the main contributing part of ESV, and the increase of water area was the main influencing factor of the increase of ESV. The spatial distribution of ESV showed the characteristics of "high in the middle reaches, low in the upper and lower reaches", and the distribution of high value areas overlapped highly with that of forest land. The continuous expansion of urban construction land caused a decrease in ESV, and forest land and watershed, and cropland and grassland contributed positively and negatively to ESV due to area changes, respectively. The implementation of policies such as the change of population structure between rural and urban areas, the return of farmland to forest and watershed ecological management had promoted an increase to ESV.
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图 1 1990—2018年赤水河流域土地利用类型
Figure 1. Spatial distribution of land use types in Chishui River Basin from 1990 to 2018
图 2 赤水河流域ESV密度空间分布
注：ESV密度为每个网格单元（3 km×3 km）的ESV。
Figure 2. Spatial distribution pattern of ESV density of Chishui River Basin
表 1 赤水河流域各土地利用类型单位面积生态价值当量
Table 1. Ecosystem service equivalent value in per unit area of different land use types in Chishui River Basin
生态服务功能 草地 耕地 林地 水域 未利用地 供给服务 食物生产 0.331 0.850 0.270 0.696 0.000 原料生产 0.487 0.281 0.618 0.200 0.000 水资源供给 0.270 −0.559 0.322 7.212 0.000 调节服务 气体调节 1.714 0.679 2.045 0.670 0.017 气候调节 4.533 0.359 6.116 1.992 0.000 净化环境 1.496 0.102 1.731 4.829 0.087 水文调节 3.323 0.768 3.054 88.949 0.026 支持服务 土壤保持 2.088 0.674 2.488 0.809 0.017 维持养分循环 0.157 0.120 0.191 0.061 0.000 生物多样性 1.897 0.131 2.262 2.219 0.017 文化服务 美学景观 0.835 0.059 0.992 1.644 0.009 
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表 2 赤水河流域不同土地利用类型ESV系数
Table 2. Value coefficients of different ecosystem services in Chishui River Basin
元/hm2 生态服务功能 草地 耕地 林地 水域 未利用地 供给服务 食物生产 493.35 1 269.08 402.47 1 038.63 0.00 原料生产 727.04 418.70 921.79 298.61 0.00 水资源供给 402.47 −834.15 480.37 10 762.84 0.00 调节服务 气体调节 2 557.64 1 012.67 3 050.99 999.69 25.97 气候调节 6 764.10 535.55 9 126.99 2 973.09 0.00 净化环境 2 233.06 152.55 2 583.60 7 205.52 129.83 水文调节 4 959.48 1 145.74 4 557.01 132 737.40 38.95 支持服务 土壤保持 3 115.90 1 006.18 3713.12 1 207.41 25.97 维持养分循环 233.69 178.52 285.62 90.88 0.00 生物多样性 2 830.28 194.74 3 375.56 3 310.65 25.97 文化服务 美学景观 1 246.36 87.63 1 480.05 2 453.77 12.98 总计 25 563.37 5 167.21 29 977.57 163 078.49 259.67
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表 3 赤水河流域 1990—1999年土地利用类型转移矩阵
Table 3. Transition matrix of the land use types in Chishui River Basin from 1990 to 1999
项目 1999年/km² K1990—1999/% 草地 耕地 建设用地 林地 水域 未利用地 总计 1990年 草地 1 431.81 0.98 0.00 9.20 0.30 0.00 1 442.29 0.60 耕地 0.25 6 954.37 2.02 1.74 0.02 0.00 6 958.40 0.03 建设用地 0.00 0.02 25.32 0.00 0.00 0.00 25.34 0.92 林地 88.34 18.90 0.03 10 972.03 0.22 0.00 11 079.52 −0.10 水域 0.00 0.02 0.01 0.01 42.49 0.00 42.53 0.13 未利用地 0.01 0.02 0.06 0.00 0.01 6.93 7.03 −0.16 总计 1 520.41 6 974.31 27.44 10 982.98 43.04 6.93 19 555.11
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表 4 赤水河流域1999—2010年土地利用类型转移矩阵
Table 4. Transition matrix of the land use types in Chishui River basin from 1999 to 2010
项目 2010年/km² K1999—2010/% 草地 耕地 建设用地 林地 水域 未利用地 总计 1999年 草地 1 375.04 31.78 5.47 107.56 0.52 0.04 1 520.41 −0.48 耕地 41.88 6 733.30 40.18 158.08 0.79 0.08 6 974.31 −0.16 建设用地 0.02 0.77 26.24 0.36 0.05 0.00 27.44 17.19 林地 23.82 83.85 7.40 10 866.84 1.05 0.02 10 982.98 0.12 水域 0.07 0.83 0.04 0.43 41.57 0.10 43.04 0.20 未利用地 0.05 0.29 0.00 0.02 0.00 6.57 6.93 −0.16 总计 1 440.88 6 850.82 79.33 11 133.29 43.98 6.81 19 555.11
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表 5 赤水河流域2010—2018年土地利用类型转移矩阵
Table 5. Transition matrix of the land use types in Chishui River Basin from 2010 to 2018
项目 2018年/km² K2010—2018/% 草地 耕地 建设用地 林地 水域 未利用地 总计 2010年 草地 1249.08 102.20 7.34 81.00 1.13 0.13 1 440.88 −0.03 耕地 101.23 6156.72 49.95 532.93 9.66 0.33 6 850.82 −0.08 建设用地 2.15 8.53 65.37 2.75 0.53 0.00 79.33 10.51 林地 84.73 532.18 23.09 10 485.65 7.33 0.31 11 133.29 −0.03 水域 0.36 6.30 0.31 2.14 34.81 0.06 43.98 2.71 未利用地 0.13 0.33 0.00 0.16 0.04 6.15 6.81 0.31 总计 1 437.68 6 806.26 146.06 11 104.63 53.50 6.98 19 555.11
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表 6 1990—2018 年赤水河流域各土地利用类型的ESV
Table 6. ESV of various land use types in Chishui River Basin from 1990 to 2018
土地利
用类型1990年 1999年 2010年 2018年 ESV/
亿元占比/
%ESV/
亿元占比/
%ESV/
亿元占比/
%ESV/
亿元占比/
%草地 36.87 8.95 38.87 9.45 36.83 8.91 36.75 8.89 耕地 35.95 8.73 36.04 8.76 35.41 8.57 35.17 8.50 林地 332.14 80.64 329.24 80.08 333.75 80.78 332.89 80.50 水域 6.94 1.68 7.02 1.71 7.17 1.74 8.73 2.11 未利
用地0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 总计 411.90 100.00 411.17 100.00 413.16 100.00 413.54 100.00
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表 7 1990—2018 年赤水河流域单项ESV
Table 7. Value of individual ESV in Chishui River Basin from 1990 to 2018
一级类型 二级类型 ESV/亿元 1990—2018年 1990年 1999年 2010年 2018年 ESV变化量/亿元 ESV变化率/% 供给服务 食物生产 14.05 14.07 13.93 13.87 −0.17 −0.62 原料生产 14.19 14.16 14.19 14.15 −0.04 −0.15 水资源供给 0.56 0.53 0.69 0.82 0.26 0.91 小计 28.80 28.76 28.81 28.83 0.05 0.14 调节服务 气体调节 44.58 44.50 44.63 44.50 −0.08 −0.28 气候调节 114.73 114.39 115.16 114.88 0.15 0.53 净化环境 33.21 33.15 33.34 33.33 0.11 0.39 水文调节 71.26 71.29 71.57 72.63 1.37 4.90 小计 263.78 263.33 264.70 265.34 1.55 5.54 支持服务 土壤保持 52.69 52.59 52.78 52.63 −0.06 −0.22 维持养分循环 4.75 4.74 4.74 4.73 −0.02 −0.07 生物多样性 42.98 42.88 43.14 43.06 0.08 0.28 小计 100.42 100.21 100.66 100.42 0.00 −0.01 文化服务 美学景观 18.91 18.87 18.98 18.96 0.05 0.16 总计 411.90 411.17 413.16 413.54 1.64 5.85
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表 8 1990—2018 年赤水河流域县域ESV
Table 8. Spatial distribution of ESV of Chishui River Basin from 1990 to 2018
县（市） ESV/亿元 ESV年变化率/% 1990年 1999年 2010年 2018年 1990—1999年 1999—2010年 2010—2018年 1990—2018年 镇雄县 28.08 28.10 27.92 27.89 0.20 −1.80 −0.38 −0.68 威信县 15.36 15.39 15.29 15.27 0.30 −1.00 −0.25 −0.32 毕节市 26.96 26.96 26.84 26.82 0.00 −1.20 −0.25 −0.50 大方县 15.37 15.36 15.45 15.46 −0.10 0.90 0.13 0.32 金沙县 12.25 12.24 12.28 12.28 −0.10 0.40 0.00 0.11 仁怀市 34.78 34.76 35.00 35.25 −0.20 2.40 3.13 1.68 遵义市 20.60 20.60 20.71 20.70 0.00 1.10 −0.13 0.36 桐梓县 29.02 28.88 28.95 29.69 −1.40 0.70 9.25 2.39 习水县 67.38 67.34 68.04 67.86 −0.40 7.00 −2.25 1.71 赤水县 49.84 49.31 49.73 49.55 −5.30 4.20 −2.25 −1.04 古蔺县 73.56 73.54 74.17 74.08 −0.20 6.30 −1.13 1.86 叙永县 21.60 21.58 21.62 21.61 −0.20 0.40 −0.13 0.04 合江县 17.12 17.10 17.15 17.10 −0.20 0.50 −0.62 −0.07
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表 9 1990—2018年赤水河流域各地类生态贡献率
Table 9. Ecological contribution rate of different land uses in Chishui River Basin from 1990 to 2018
% 年份区间 草地 耕地 林地 水域 未利用地 1990—1999 39.49 1.63 57.24 1.64 <0.01 1999—2010 27.74 8.70 61.47 2.09 <0.01 2010—2018 3.00 8.46 31.54 57.00 <0.01 1990—2018 3.42 22.82 21.84 51.92 <0.01
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