基于生態(tài)適宜性評價的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化研究*——以山東省章丘市為例

唐秀美，陳百明，路慶斌，張蕾娜，劉 芳，3

(1.國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101;3.中國科學(xué)院研究生院，北京 100049;4.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012;5.國土資源部土地整理中心，北京 100035)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)，自然資產(chǎn)含有多種與其生態(tài)服務(wù)功能相應(yīng)的價值［1-2］。國際和國內(nèi)基于各種時空尺度的自然資源價值評估在相關(guān)理論、方法和應(yīng)用的廣度和深度上取得了前所未有的進(jìn)展［3］。國外研究中，研究范圍較廣，具有代表性的有Costanza等［1］世界13位科學(xué)家對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的分類與全面評估等。很多學(xué)者也在流域尺度對生態(tài)服務(wù)價值［4-6］、單個生態(tài)系統(tǒng)價值［7-10］、物種和生物多樣性保護(hù)價值評估方面也多有成果［11-13］，國內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行了大量的研究［14-21］。當(dāng)前的研究多是在確定的研究區(qū)域內(nèi)，對研究區(qū)域的土地進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)分類，采用各種方法評估各種土地類型生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值，且多是以大尺度區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)為主的研究對象［3］，研究重點都在大范圍、同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的區(qū)別，而較少關(guān)注研究區(qū)域同一土地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部之間由于地貌、海拔、養(yǎng)分含量等差異所導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的差別。

耕地是土地的精華，人類在長期的利用中使耕地在自身組織功能的作用下形成一種特殊的人工生態(tài)系統(tǒng)，這一生態(tài)系統(tǒng)在供給人類穩(wěn)定的糧食和其他生物產(chǎn)品的同時，又提供了一種新的生物生存環(huán)境，為生物多樣性的存續(xù)與發(fā)展提供了條件，而且還具有改變空氣中物質(zhì)成分構(gòu)成、凈化環(huán)境中的有害物質(zhì)、涵養(yǎng)水源等功能。耕地生態(tài)適宜性是指耕地本身所提供的生態(tài)條件對某種土地利用的適宜程度，耕地生態(tài)適宜性評價是根據(jù)自然和環(huán)境要素等資料，分析一定地域生物自然系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)的支持能力［22］，耕地生態(tài)適宜性評價能夠全面反映出區(qū)域耕地生態(tài)環(huán)境的狀況。該文在對研究區(qū)域進(jìn)行耕地生態(tài)適宜性評價的基礎(chǔ)上，利用評價得到的耕地生態(tài)適宜性綜合指數(shù)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行修正，以期取得更合理可靠的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，了解區(qū)域耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分布狀況，從而對耕地進(jìn)行合理保護(hù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

章丘市位于山東省中部、濟(jì)南市區(qū)東50km處。地理位置處于北緯36°25＇～37°09＇，東經(jīng)117°10＇～117°35＇之間。章丘市地處泰沂山區(qū)北麓，與華北平原接壤。地形自東南向西北傾斜，自南向北依次為山區(qū)、丘陵、平原、洼地，分別占全市總面積的30.8%、25.9%、30.7%和12.6%。章丘境內(nèi)北部主要為平原，海拔為40～100m，山地多在南部、東南部，有大小山頭2547座，海拔高程200～800m。土地總面積18.55萬hm2，其中耕地面積7.62萬hm2，占土地總面積的41.08%。區(qū)域特點對研究耕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值變化有很好的代表性。

該研究土地利用數(shù)據(jù)來源于2008年章丘市土地利用現(xiàn)狀詳查變更數(shù)據(jù)庫及圖形庫;高程、坡度和坡向數(shù)據(jù)由1:5萬DEM生成;地形地貌數(shù)據(jù)為對章丘市地形地貌圖矢量化得到;土壤圖來自于章丘市l(wèi):5萬土壤圖和土壤志等資料得到該區(qū)域土壤質(zhì)地圖和土地層厚度圖;養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)為對章丘市土壤采樣數(shù)據(jù)在ARCGIS中插值得到。數(shù)據(jù)精度和量化方法遵循《山東省耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》。

2 區(qū)域耕地生態(tài)適宜性評價

該研究在耕地進(jìn)行生態(tài)適宜性評價的基礎(chǔ)上對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行修正。影響耕地生態(tài)適宜性的因素很多，包括地貌條件、土壤養(yǎng)分含量等。該文作者曾經(jīng)對耕地的生態(tài)適宜性進(jìn)行過研究，在此直接引用之前的研究成果［23］。研究曾選取了影響耕地生態(tài)適宜性的多項評價因素，并進(jìn)行了歸納總結(jié)，主要包括3個方面的指標(biāo)。

(1)立地條件:包括高程、坡度、坡向及地貌類型四個指標(biāo)。

(2)土壤物理性狀:包括土壤耕層質(zhì)地、有效土層厚度兩個指標(biāo)。

(3)土壤化學(xué)性狀:包括有機(jī)質(zhì)含量、有效氮、速效磷、速效鉀含量4個指標(biāo)。

研究以柵格為評價單元，采用層次分析法結(jié)合專家打分法確定各參評因素的綜合權(quán)重，以綜合指數(shù)法評價章丘市耕地的生態(tài)適宜性狀況，得到章丘市耕地生態(tài)適宜性評價結(jié)果 (圖1)。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值修正

關(guān)于土地生態(tài)功能的已有研究為本文奠定了良好的基礎(chǔ)，主要包括Costanza［1］關(guān)于森林、草地、濕地水體和農(nóng)田五類生態(tài)系統(tǒng)的研究，謝高地［20］關(guān)于生態(tài)服務(wù)價值的當(dāng)量表和單位面積生態(tài)服務(wù)價值的研究等［24］。該文在上述研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合章丘市的實際情況，確定章丘市耕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能理論的價值結(jié)果如表1所示:

表1 耕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能理論價值計算結(jié)果 (單位:元/hm2·a)

在ARCGIS中，耕地分布圖采用矢量格式，耕地生態(tài)適宜性綜合評價指數(shù)結(jié)果圖采用柵格格式，其Value值為綜合指數(shù)得分，值域為0～1。利用ARCGIS的Spatial Analyst中Zonal Statistics功能，將生態(tài)適宜性評價指數(shù)得分的平均值提取到耕地的圖斑屬性中，用其修正各耕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能理論價值。修正公式為:

耕地生態(tài)功能的實際價值=耕地生態(tài)功能的理論價值×生態(tài)適宜性綜合指數(shù)

在ARCGIS中對屬性字段進(jìn)行計算后，得到章丘市耕地生態(tài)系統(tǒng)各生態(tài)服務(wù)功能的修正結(jié)果，修正前后的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)果對比如表2。

表2 章丘市耕地生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能價值變化表 (億元)

通過表2可以看出，修正前后耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化較大。修正前，章丘市不同區(qū)域耕地的生態(tài)服務(wù)功能單價是相同的，利用生態(tài)適宜性指數(shù)進(jìn)行修正之后，耕地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值單價產(chǎn)生了較大的變化。大多數(shù)單項服務(wù)功能價值都減少了20%以上。特別是氣體調(diào)節(jié)功能，變化較大，減少了28%。經(jīng)過校正后的耕地生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值和耕地生態(tài)服務(wù)功能總價值都有一定程度上的減少，而且減少的比例相近，說明用生態(tài)適宜性價值進(jìn)行修正后，耕地生態(tài)服務(wù)功能的理論功能價值都更接近于現(xiàn)實價值。從圖2可以看出，耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值單價變化基本上呈現(xiàn)從北向南依次減少的趨勢。中北部耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在5 000元/hm2以上;在南部區(qū)域，耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值都在4 200元/hm2以下。該分布特點與章丘市地貌、海拔、坡度等生態(tài)適宜性因子分布特點一致。原因是章丘南部大多數(shù)為山地，海拔較高，地貌主要為山地，生態(tài)適宜性綜合指數(shù)較低，生態(tài)適宜性差，因此經(jīng)過生態(tài)適宜性指數(shù)修正后的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低。

圖1 章丘市耕地生態(tài)適宜性評價結(jié)果圖

圖2 耕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)修正價值變化圖

4 結(jié)語

該研究在GIS技術(shù)支持下，以山東省章丘市為例，對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值修正做了一定的探討。研究考慮了影響耕地生態(tài)適宜性的各項因子，在對區(qū)域進(jìn)行生態(tài)適宜性評價的基礎(chǔ)上，利用生態(tài)適宜性評價得到的綜合指數(shù)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行修正，得到了章丘市不同生態(tài)適宜性水平下的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位價值的變化。結(jié)果顯示，生態(tài)適宜性對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有較強(qiáng)的影響，修正前后的價值變化較大，所有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值都有不同程度的降低，得到的結(jié)果更符合區(qū)域的實際情況。研究結(jié)果對區(qū)分同區(qū)域不同地理位置的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況有較好的實用價值，可較好的了解研究區(qū)域耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況，有助于區(qū)域耕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是當(dāng)前的研究熱點，當(dāng)前普遍的研究成果是在理想狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理論價值，一般認(rèn)為同種生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值是相同的，但是這并不符合區(qū)域的實際情況。本研究對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值修正做出了一定的探索研究，為以后的研究提供了一種新的思路。影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的因子較多，如何結(jié)合其他因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行修正是今后研究的重點。

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