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1973—2030年普定县土地利用动态模拟及生态系统服务价值响应

李月 冯霞 吴路华

李 月,冯 霞,吴路华. 1973—2030年普定县土地利用动态模拟及生态系统服务价值响应[J]. 中国岩溶,2025,44(3):555-571 doi: 10.11932/karst2024y036
引用本文: 李 月,冯 霞,吴路华. 1973—2030年普定县土地利用动态模拟及生态系统服务价值响应[J]. 中国岩溶,2025,44(3):555-571 doi: 10.11932/karst2024y036
LI Yue, FENG Xia, WU Luhua. Dynamic simulation of land use and its response to the ecosystem service value in Puding county from 1973 to 2030[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2025, 44(3): 555-571. doi: 10.11932/karst2024y036
Citation: LI Yue, FENG Xia, WU Luhua. Dynamic simulation of land use and its response to the ecosystem service value in Puding county from 1973 to 2030[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2025, 44(3): 555-571. doi: 10.11932/karst2024y036

1973—2030年普定县土地利用动态模拟及生态系统服务价值响应

doi: 10.11932/karst2024y036
基金项目: 国家自然科学基金项目(42401358);教育部人文社科项目(24XJCZH007);贵州省科技厅基础研究计划(自然科学)面上项目(黔科合基础-zk[2025]面上223);贵州省水利科技项目(KT202438)
详细信息
    作者简介:

    李月(1991-),女,博士,副教授,主要研究方向为生态恢复与土地变化科学。E-mail:liyue@mail.gufe.edu.cn

  • 中图分类号: F301.2;X171.1

Dynamic simulation of land use and its response to the ecosystem service value in Puding county from 1973 to 2030

  • 摘要: 揭示并预测岩溶山区在不同情景下土地利用变化对生态系统服务价值(ESV)的影响,对于维护区域生态安全、提升ESV以及制定生态保护与修复政策至关重要。文章以西南典型岩溶山区——贵州省普定县为研究对象,基于1973年、1989年、2003年、2010年和2020年5期土地利用数据,采用当量因子法评估各历史时期的ESV,并运用PLUS模型模拟2030年自然演变、生态保护和经济发展3种情景下的土地利用与ESV变化情况。结果表明:(1)过去50年间,普定县耕地面积减少25.08%,林地和建设用地面积显著增加;ESV经历了“先降后升”的过程,1989年降至最低(22.38亿元);(2)2030年,3种情景下耕地、草地和未利用地面积均有所下降,建设用地面积在中部地区呈现“点—面”式扩张;(3)3种情景下的ESV总量分别高出2020年1.29亿元、2.66亿元和0.88亿元,其中生态保护情景下最高(37.75亿元),经济发展情景下最低(35.97亿元);(4)ESV在空间分布上呈现“东、西部高,中部低”的格局,且各用地类型ESV均通过敏感性检验,结果具有较高的可信度。

     

  • 图  1  研究区位置

    Figure  1.  Location of the study area

    图  2  普定县土地利用时空格局分布

    Figure  2.  Spatial and temporal pattern distribution of land use in Puding county

    图  3  普定县生态系统单一服务功能价值变化

    Figure  3.  Change of single service function value of ecosystem in Puding county

    图  4  不同情境下普定县土地利用变化模拟情况

    注:图中1、2、3、4分别代表局部区域放大效果图的序号。

    Figure  4.  Simulation of land use changes in Puding County under different scenarios

    图  5  2030年3个模拟情景下ESV相对于2020年的变化率

    a.粮食生产 b.原料生产 c.水资源供给 d.气体调节 e.气候调节 f.净化环境 g.水文调节 h.土壤保持 i.维持养分循环 j.生物多样性 k.美学景观

    Figure  5.  Rates of changes in ESV of 2030 compared with those in 2020 under three simulation scenarios

    图  6  2030年不同情境下普定县ESV空间分布

    Figure  6.  Spatial distribution of ESV in Puding County under different scenarios in 2030

    表  1  主要数据信息

    Table  1.   Main data information

    一级指标 二级指标 三级指标 数据来源
    自然环境 地形因子 高程 地理空间数据云(https://www.gscloud.cn/
    坡度
    坡向
    土壤类型 中国科学院资源环境科学与数据中心(https://www.resdc.cn/
    气候因子 年均降水量 中国气象站(https://www.cma.gov.cn/
    年均气温
    植被因子 归一化指数 地理遥感生态网(http://www.gisrs.cn/index.html
    社会经济 人口经济 人口数量 中国科学院资源环境科学与数据中心(https://www.resdc.cn/
    GDP
    夜间灯光
    到居民点距离 国家基础地理信息中心(https://www.webmap.cn/
    到政府所在地距离 OpenSteeetMap(https://www.openstreetmap.org/
    到县中心距离
    到铁路距离
    到二级道路距离
    到三级道路距离
    到四级道路距离
    土地利用 土地利用强度 马里兰大学(http://landcover.org/aboutUs/)、
    地理空间数据云(http://wwwgscloud.cn/)
    粮食数据 粮食产量、粮食价格 《安顺市统计年鉴》 (http://www.anshun.gov.cn/)、
    《全国农产品成本收益资料汇编》(https://www.yearbookchina.com/)
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    表  2  土地利用转移概率矩阵

    Table  2.   Probability matrix of land use transfer

    土地利用情景土地利用类型耕地林地草地水域建设用地未利用地
    自然演变耕地0.600.270.000.010.120.00
    林地0.120.800.040.010.030.00
    草地0.300.510.140.010.040.00
    水域0.000.000.000.970.020.00
    建设用地0.370.040.000.000.580.00
    未利用地0.100.660.000.100.030.12
    生态保护耕地0.570.340.000.000.080.00
    林地0.120.820.040.010.020.00
    草地0.260.590.120.010.020.00
    水域0.000.000.000.970.020.00
    建设用地0.370.040.000.000.580.00
    未利用地0.100.660.000.100.030.12
    经济发展耕地0.590.270.000.000.140.00
    林地0.120.800.040.010.040.00
    草地0.300.510.130.010.050.00
    水域0.000.000.000.970.020.00
    建设用地0.380.030.000.000.590.00
    未利用地0.100.650.000.100.030.12
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    表  3  3种模拟情景的领域权重

    Table  3.   Domain weights for the three simulation scenarios

    情景设置耕地林地草地水域建设用地未利用地
    自然演变0.60.40.20.20.70.1
    生态保护0.21.00.90.60.40.1
    经济发展0.70.40.30.21.00.1
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    表  4  普定县各土地利用类型单位面积生态价值当量表

    Table  4.   Ecological value equivalent per unit area of land use types in Puding county

    一级类型 二级类型 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地
    供给服务 粮食生产 0.85 0.19 0.38 0.80 0.00 0.00
    原料生产 0.40 0.43 0.56 0.23 0.00 0.00
    水资源供给 0.02 0.22 0.31 8.29 0.00 0.00
    调节服务 气体调节 0.67 1.41 1.97 0.77 0.00 0.02
    气候调节 0.36 4.23 5.21 2.29 0.00 0.00
    净化环境 0.10 1.28 1.72 5.55 0.00 0.10
    水文调节 0.27 3.35 3.82 102.24 0.00 0.03
    支持服务 土壤保持 1.03 1.72 2.40 0.93 0.00 0.02
    维持养分循环 0.12 0.13 0.18 0.07 0.00 0.00
    生物多样性 0.13 1.57 2.18 2.55 0.00 0.02
    文化服务 美学景观 0.06 0.69 0.96 1.89 0.00 0.01
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    表  5  普定县不同土地利用类型ESV系数/元·hm−2

    Table  5.   ESV coefficients for different land use types in Puding county /yuan·hm−2

    一级类型 二级类型 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地
    供给服务 粮食生产 2216.04 495.35 990.70 2085.68 0.00 0.00
    原料生产 1042.84 1121.05 1459.98 599.63 0.00 0.00
    水资源供给 52.14 573.56 808.20 21612.86 0.00 0.00
    调节服务 气体调节 1746.76 3676.01 5135.99 2007.47 0.00 52.14
    气候调节 938.56 11028.03 13582.99 5970.26 0.00 0.00
    净化环境 260.71 3337.09 4484.21 14469.41 0.00 260.71
    水文调节 703.92 8733.79 9959.12 266549.90 0.00 78.21
    支持服务 土壤保持 2685.31 4484.21 6257.04 2424.60 0.00 52.14
    维持养分循环 312.85 338.92 469.28 182.50 0.00 0.00
    生物多样性 338.92 4093.15 5683.48 6648.11 0.00 52.14
    文化服务 美学景观 156.43 1798.90 2502.82 4927.42 0.00 26.07
    总计 10454.47 39680.06 51333.80 327477.83 0.00 521.42
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    表  6  普定县各类用地面积及占比/hm2

    Table  6.   Area and proportion of various land types in Puding county/ hm2

    地类 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地
    1973年 面积/hm2 48527.36 50608.64 7255.04 645.12 140.80 903.68
    占比/% 44.90 46.82 6.71 0.60 0.13 0.84
    1989年 面积/hm2 75681.28 22105.60 6179.84 765.44 384.00 3351.04
    占比/% 69.77 20.38 5.70 0.71 0.35 3.09
    2003年 面积/hm2 58378.24 26677.76 6853.12 1758.72 2060.80 2012.16
    占比/% 59.73 27.29 7.01 1.80 2.11 2.06
    2010年 面积/hm2 42621.44 49730.56 8209.92 1328.64 4282.88 2229.76
    占比/% 39.32 45.88 7.57 1.22 3.95 2.06
    2020年 面积/hm2 36354.56 56947.20 3200.00 2152.96 9548.80 302.08
    占比/% 33.51 52.48 2.95 1.98 8.80 0.28
    1973—2020年面积变化量/hm2 12172.80 6338.56 4055.05 1507.84 9408.00 −601.60
    1973—2020年面积变化率/% −25.08 12.52 −55.89 233.73 6681.82 −66.57
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    表  7  普定县各类用地ESV量变化/亿元

    Table  7.   Changes in the ESV for various land use types in Puding county /108 yuan

    土地利用类型 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 总计
    1973年 ESV 5.07 20.08 3.72 2.11 0.00 0.0047 31.00
    比例% 16.37 64.79 12.02 6.82 0.00 0.02 100.00
    1989年 ESV 7.91 8.77 3.17 2.51 0.00 0.0175 22.38
    比例% 35.35 39.19 14.17 11.20 0.00 0.08 100.00
    2003年 ESV 6.10 10.59 3.52 5.76 0.00 0.0105 25.98
    比例% 23.49 40.75 13.54 22.17 0.00 0.04 100.00
    2010年 ESV 4.46 19.73 4.21 4.35 0.00 0.0116 32.77
    比例% 13.60 60.22 12.86 13.28 0.00 0.04 100.00
    2020年 ESV 3.80 22.60 1.64 7.05 0.00 0.0016 35.09
    比例% 10.83 64.39 4.68 20.09 0.00 0.00 100.00
    1973—2020年ESV变化量 −1.27 2.52 −2.08 4.94 0.00 0.0031 4.09
    1973—2020年ESV变化率/% −25.08 12.52 −55.89 233.73 0.00 −66.57 98.71
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    表  8  不同情境下各土地利用类型面积变化情况

    Table  8.   Changes in area of each land-use type under different scenarios

    用地类型 不同情景用地类型变化/hm2
    自然演变情景 生态保护情景 经济发展情景
    耕地 3313.98 5196.42 3899.61
    林地 1225.26 5453.55 537.66
    草地 −319.14 −414.81 −341.64
    水域 488.16 468.81 467.64
    建设用地 2153.07 −75.69 3470.58
    未利用地 −233.46 −235.44 −234.63
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    表  9  ESV及敏感性指数(经价值系数修正)

    Table  9.   ESV and sensitivity indices (corrected for value coefficients)

    土地类型 价值系数 ESV/亿元 CS
    2020年 自然演变 生态保护 经济发展 2020年 自然演变 生态保护 经济发展
    耕地 VC+50% 36.7223 38.1223 39.3924 37.6789 0.1101 0.0958 0.0871 0.0952
    VC-50% 32.8911 34.6377 36.1046 34.2554
    林地 VC+50% 45.9760 47.7924 49.9998 47.2432 0.6418 0.6274 0.6491 0.6270
    VC-50% 23.6374 24.9676 25.4972 24.6912
    草地 VC+50% 35.6199 37.1113 38.4552 36.6927 0.0467 0.0402 0.0374 0.0403
    VC-50% 33.9935 35.6487 37.0418 35.2417
    水域 VC+50% 38.3112 40.6838 42.0206 40.2374 0.2014 0.2366 0.2263 0.2374
    VC-50% 31.3022 32.0762 33.4764 31.6970
    建设用地 VC+50% 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
    VC-50% 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
    未利用地 VC+50% 34.8075 36.3802 37.7487 35.9673 4.44515E-05 9.06824E-06 8.46599E-06 9.0027E-06
    VC-50% 34.8059 36.3798 37.7483 35.9670
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-11
  • 网络出版日期:  2025-09-03
  • 刊出日期:  2025-06-25

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