譚 君,李世平
(西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,陜西 楊凌712100)
1997年,Costanza[1]和 Daily[2]等提出“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程中所形成的,維持人類生存的自然環(huán)境及其效用”。它是通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的功能直接或者間接得到的產(chǎn)品和服務(wù),是由自然資本的能流、物流、信息流構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和非自然資本結(jié)合在一起所產(chǎn)生的人類福利[3]。作為全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域之一[4],土地利用的變化必然引起各類生態(tài)系統(tǒng)類型、面積以及空間分布格局的變化,進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)所提供服務(wù)的種類和強(qiáng)度,引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化[5]。而且單純地以經(jīng)濟(jì)利益為目的調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)面積減少,系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)減弱,影響自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展[6-7]。因此,研究土地利用變化情況下的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化具有重要意義[8]。目前,此類研究大多集中于時(shí)間序列上土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的影響,但對(duì)土地利用變化如何影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間變化及土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值影響的定量研究較少。
銅川市位于陜西省中部,黃土高原南緣,處于關(guān)中平原向陜北黃土高原的過(guò)渡地帶,是關(guān)中經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分。介于東經(jīng)108°34′—109°29′、北緯34°50′—35°34′。交通便利,是通往人文初祖黃帝陵及革命圣地延安的必經(jīng)之地,距西安市區(qū)68km、距西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)72km,西安至黃陵高速公路穿境而過(guò),咸銅、梅七兩條支線鐵路與隴海大動(dòng)脈相連。2011年銅川市總?cè)丝跀?shù)為86萬(wàn),其中非農(nóng)業(yè)人口45萬(wàn)人,城鎮(zhèn)人口占全市總?cè)丝诘?3%,面積3 882 km2。全市下轄宜君縣、王益區(qū)、印臺(tái)區(qū)、耀州區(qū)和省級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)——銅川新區(qū)。
隨著銅川市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高,城市建設(shè)用地占用了大量的耕地,土地利用和城市景觀變化較大,引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)的壓力越來(lái)越大。
本文所采用的基本數(shù)據(jù)均來(lái)自銅川市國(guó)土資源局2006—2011年土地利用詳查及變更調(diào)查資料,其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自銅川市統(tǒng)計(jì)局歷年社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒及公開(kāi)出版物。根據(jù)研究需要以及實(shí)際情況,將銅川市的土地分為耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地(包括居民點(diǎn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地)和未利用地7種類型。
本文以銅川市及其所轄3區(qū)1縣為研究對(duì)象,利用2006—2011年土地利用詳查及變更資料,采用土地利用類型動(dòng)態(tài)度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度以及灰色關(guān)聯(lián)度指標(biāo)計(jì)算分析其土地利用的時(shí)間變化和空間差異,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)間變化和空間差異,在此基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)區(qū)域土地利用、改善和提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。
1.3.1 土地利用變化分析 土地利用變化幅度反映了不同土地利用類型在總量上的變化,可以了解土地利用變化總的態(tài)勢(shì)及土地利用結(jié)構(gòu)的變化,其表達(dá)式為:
土地利用動(dòng)態(tài)度可以定量描述區(qū)域土地利用變化的速度[9],其表達(dá)式為:
式中:Ua,Ub——研究期初和研究期末某一種土地利用類型的面積;T——研究時(shí)段長(zhǎng),當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí),K值就代表該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率。
土地利用相對(duì)變化率[10]是反映土地利用變化不同區(qū)域間差異的一種指標(biāo)。其表達(dá)式為:
式中:Ka,Kb——某區(qū)域某一特定土地類型研究期初和期末的面積;Ca,Cb——整個(gè)研究區(qū)域某一特定土地利用類型研究期初和期末的面積。如果計(jì)算得出某區(qū)域某種土地利用類型的相對(duì)變化率R>1,則說(shuō)明該區(qū)域該種土地利用類型變化較全區(qū)域大,為整個(gè)研究區(qū)土地利用變化的熱點(diǎn)地區(qū)。
土地利用程度指數(shù)是衡量土地利用深度和廣度的指標(biāo),可以定量地表達(dá)區(qū)域土地利用的綜合水平以及變化趨勢(shì)[11]。土地利用程度指數(shù)的計(jì)算公式可以表示為[12]:
式中:L——土地利用程度綜合指數(shù);Ai——第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù);Ci——第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比;n——土地利用程度分級(jí)數(shù)。按照莊大方和劉紀(jì)元[12]的分級(jí)方法,可以將銅川市的土地分級(jí)情況表示為:未利用土地為1級(jí);林地、草地和水域?yàn)?級(jí);耕地、園地為3級(jí);建設(shè)用地為4級(jí)。
1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法 2003年,謝高地等[13]根據(jù)中國(guó)實(shí)際情況,參考 Costanza等[1]的研究成果,制定了中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表,根據(jù)此表以及段瑞娟等[14]和冉圣宏等[15]的研究成果得出銅川市各土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表1)。針對(duì)銅川市的具體情況,計(jì)算其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化,估算公式為:
式中:ESV——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值;Ak——研究區(qū)中第k類土地利用類型的面積(hm2);VCk——第k類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價(jià)值系數(shù)[元/(hm2·a)];ESVf——單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變差貢獻(xiàn)率是指某一區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化總量中各種土地利用類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化所占的比例。以此可以測(cè)算出各種土地利用類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響程度。其表達(dá)式為:
式中:ESVcc——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變差貢獻(xiàn)率;ESVkb,ESVka——第k類土地利用類型在研究期初和期末的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值相對(duì)變化率[16]是反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化不同區(qū)域間差異的一種指標(biāo)。其表達(dá)式為:
式中:Kva,Kvb——某區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究期初和期末的總價(jià)值;Cva,Cvb——整個(gè)研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究期初和期末的總價(jià)值。如果某區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值相對(duì)變化率Rv>1,則表示該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化較全區(qū)域大。
表1 銅川市各土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 元/(hm2·a)
目前關(guān)于各土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間關(guān)系的研究多是定性的,而定量研究?jī)烧咧g的關(guān)系更有助于確定土地利用變化和ESV變化的關(guān)系,更準(zhǔn)確地指出土地利用類型如何影響ESV?;疑到y(tǒng)理論是鄧聚龍于20世紀(jì)80年代首創(chuàng)的一種系統(tǒng)科學(xué)理論,它彌補(bǔ)了采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法作系統(tǒng)分析時(shí)導(dǎo)致的缺憾。其計(jì)算方法和步驟如下:
首先將原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱化,將其變換為可比較的數(shù)列??捎镁底儞Q或初值化變換,本文采用均值變換。然后根據(jù)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ζ0k(t)的公式計(jì)算各因子間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。
式中:ζ0k(t)——因素Xk對(duì)X0在t時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù);其中:
ρ為介于[0,1]區(qū)間上的灰數(shù),本文取ρ=0.5。最后根據(jù)ζ可以求出各個(gè)時(shí)刻關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值即關(guān)聯(lián)度γ0k:
式中:γ0k——比較數(shù)列Xk對(duì)參考數(shù)列X0的關(guān)聯(lián)度。若Xk與X0的關(guān)聯(lián)度最大,表示Xk是對(duì)X0影響最大的因素。
2011年末銅川市土地總面積為388 481.2hm2,其中:農(nóng)用地359 333.19hm2,占土地總面積的92.49%;建設(shè)用地23 719.25hm2,占土地總面積的6.11%;未利用地5 428.76hm2,占土地總面積的1.4%。農(nóng)用地中耕地98 495.73hm2,占土地總面積的25.35%;園地20 001.4hm2,占土地總面積的5.15%;林地 202 772.46hm2,占土 地總面積 的52.19%;草地 35 280.28hm2,占土 地總面積 的9.07%;水域2 847hm2,占土地總面積的0.73%;未利用地5 428.76hm2,占土地總面積的1.40%。
研究區(qū)5a年來(lái)土地利用/覆蓋發(fā)生了較大的變化(表2)。從土地利用的變化幅度來(lái)看,園地、草地、水域和未利用地均減少,其中草地面積減少最多,為32 256.63hm2;耕地、林地以及建設(shè)用地均增加,其中林地面積增加最多,達(dá)23 349.42hm2。從土地利用動(dòng)態(tài)度來(lái)看,耕地的增加速度最快,其次是林地,再次為建設(shè)用地,動(dòng)態(tài)度分別為 3.81%,2.60%,2.13%;未利用地減少速度最快,達(dá)10.43%,然后依次為草地、園地、水域。
根據(jù)表2和公式(4),計(jì)算出研究區(qū)2006—2011年的土地利用程度情況(表3)。土地利用程度綜合指數(shù)的取值區(qū)間為100~400,如果所有土地利用類型都是未利用土地,土地利用的開(kāi)發(fā)價(jià)值是100。通過(guò)表3數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),2006—2011年各種土地利用類型的總體開(kāi)發(fā)程度在240左右,說(shuō)明研究區(qū)的土地利用程度相對(duì)較高。
表2 2006-2011年銅川市土地利用/覆蓋變化
表3 銅川市2006-2011年土地利用程度指數(shù)
銅川市各區(qū)域土地利用相對(duì)變化情況見(jiàn)表4。耕地變化的熱點(diǎn)區(qū)域集中在王益區(qū)、印臺(tái)區(qū)和宜君縣,相對(duì)來(lái)說(shuō),耀州區(qū)耕地變化幅度較全區(qū)域小,原因可能是在銅川市多個(gè)耕地保護(hù)政策性文件的實(shí)施下,比值上占有最大數(shù)量耕地的耀州區(qū)受政策的阻力影響較大,耕地轉(zhuǎn)化較慢[17]。園地變化熱點(diǎn)區(qū)域主要集中在王益區(qū)和耀州區(qū),王益區(qū)和印臺(tái)區(qū)林地的變化較大,草地變化的熱點(diǎn)區(qū)域在耀州區(qū)和宜君縣,水域的變化主要集中在王益區(qū)、耀州區(qū)和宜君縣,建設(shè)用地變化的熱點(diǎn)區(qū)域在耀州區(qū)和宜君縣,王益區(qū)和耀州區(qū)的未利用地變化較大。
2006—2011年,銅川市各區(qū)域耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、未利用地均變化較大,原因在于農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市化的發(fā)展。利用土地利用程度變化模型計(jì)算分析了銅川市3區(qū)1縣的土地利用程度情況(表5),發(fā)現(xiàn)銅川市土地利用程度存在著明顯的區(qū)域差異。2011年銅川市的土地利用程度L=241.32,其中最大的是王益區(qū)L=277.11,最小的是宜君縣L=231.14。王益區(qū)土地利用程度變化較大,大于研究區(qū)總體水平,土地利用處于較快發(fā)展期;耀州區(qū)和印臺(tái)區(qū)與研究區(qū)總體水平相當(dāng),宜君縣的土地利用程度相對(duì)較小。
表4 2006-2011年銅川市土地利用相對(duì)變化率 %
表5 2011年銅川市各區(qū)域土地利用程度指數(shù)
根據(jù)公式(5)和(6),對(duì)2006—2011年銅川市不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值總變化以及單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的變化進(jìn)行了分析,結(jié)果分別見(jiàn)表6和表7。如表6所示,2006—2011年的5a間,銅川市總體生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值增加了4.12%,其中,林地的生態(tài)服務(wù)功能的貢獻(xiàn)率最大,其生態(tài)服務(wù)價(jià)值占總價(jià)值的比例從2006年的68.78%增加到74.65%。而草地面積的急劇減少顯著降低了其生態(tài)服務(wù)功能,對(duì)總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的增加具有負(fù)貢獻(xiàn)。由此可知,區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量與當(dāng)?shù)氐耐恋乩米兓年P(guān)系極為密切,會(huì)隨著不同土地利用類型的相互轉(zhuǎn)化而發(fā)生變化。
銅川市生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值ESVf的變化(表7)表明氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)和原材料等近10種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型均有不同程度的增加,其中原材料增幅最大,變化率達(dá)9.68%,這主要是由原材料價(jià)值系數(shù)最高的林地面積增加而引起的。
表6 銅川市2006-2011年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化
表7 2006-2011年銅川市生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值變化
表8表明,銅川市各區(qū)域的ESV值均在增加,其中,印臺(tái)區(qū)增加最多,達(dá)到6.568×107元,變化率為14.68%,并且王益區(qū)和印臺(tái)區(qū)的總ESV的變化幅度大于銅川市。耀州區(qū)和宜君縣雖然為土地利用變化的熱點(diǎn)區(qū)域,但由于建設(shè)用地的價(jià)值系數(shù)為負(fù)值,而耀州區(qū)和宜君縣所占有建設(shè)用地的數(shù)量又較其他兩區(qū)大,此外,園地和耕地的價(jià)值系數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水域的生態(tài)價(jià)值系數(shù),而耀州區(qū)和宜君縣的水域變動(dòng)很小,所以,耀州區(qū)和宜君縣非ESV變化的熱點(diǎn)區(qū)域。
表8 2006-2011年銅川市各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化
結(jié)合對(duì)土地利用變化情況的分析可以發(fā)現(xiàn),由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的差異,土地利用變化對(duì)ESV的影響也存在相應(yīng)的差異。各土地利用類型的變化與其對(duì)應(yīng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化趨勢(shì)是一致的。為了明確土地利用變化與ESV變化之間的關(guān)系,本文用灰色關(guān)聯(lián)模型對(duì)各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量之間的關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算與分析。結(jié)果表明,各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的關(guān)聯(lián)度的排序?yàn)椋航ㄔO(shè)用地>林地>耕地>園地>水域>草地>未利用地。這表明建設(shè)用地和林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)銅川市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的影響最大,關(guān)聯(lián)度分別為0.941 1和0.894 5,由于這5a來(lái)銅川市的建設(shè)用地面積急劇上升,而建設(shè)用地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響是負(fù)面的,建設(shè)用地增加會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生阻礙作用[18],因此,伴隨著銅川市建設(shè)用地面積的急劇增加,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響也逐漸增加;而林地是所有土地利用類型中面積比重最大的。未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的關(guān)聯(lián)度最低,為0.447 8,主要是由于未利用地的面積和其單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)都比較小,因此,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量中所占比例較小。為了進(jìn)一步提高整個(gè)銅川市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,應(yīng)該增加林地、園地、草地、水域面積,嚴(yán)格控制建設(shè)用地面積。
從時(shí)間變化上來(lái)看,銅川市在2006—2011年的5 a間,其土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化:林地面積增加了23 349.42hm2,由于政府對(duì)“切實(shí)保護(hù)耕地、加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)”政策的實(shí)施力度增強(qiáng),耕地的面積也不斷增加;草地和未利用地面積則分別減少了32 256.63hm2和5 919.41hm2。土地利用結(jié)構(gòu)變化引起了生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從335 750萬(wàn)元增加到349 593萬(wàn)元,其中,林地的貢獻(xiàn)率最大,建設(shè)用地面積的增加以及草地面積的急劇減少都對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生了負(fù)面的影響。在對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值變化的分析中可知,銅川市近10種生態(tài)服務(wù)類型的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量均有不同程度的增加,其中,原材料服務(wù)功能的價(jià)值比例上升最多。通過(guò)計(jì)算各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的關(guān)聯(lián)度得知,建設(shè)用地和林地的影響最為顯著。為了進(jìn)一步提高銅川市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量,需要限制建設(shè)用地面積的增長(zhǎng)速度,切實(shí)保護(hù)林地、耕地、園地以及水域。
從空間差異上來(lái)看,王益區(qū)是耕地、園地、林地、水域和未利用地變化的熱點(diǎn)區(qū)域,而耀州區(qū)和宜君縣的建設(shè)用地變化較為明顯,其變化幅度均較全區(qū)域大。王益區(qū)也是研究區(qū)土地利用程度最大的地區(qū),但單位ESV卻為各區(qū)域中最低,ESV增加率居中間水平,在今后的發(fā)展中應(yīng)該嚴(yán)格控制未利用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,保持耕地面積,增加林地、草地和水域的面積。印臺(tái)區(qū)在各區(qū)域中土地變化率最低,且其ESV值相對(duì)于總ESV值變化率最高,即ESV增加率最高,說(shuō)明從生態(tài)效益的角度看,該區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)較為合理。
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是一個(gè)可以用來(lái)衡量區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合指標(biāo),其大小取決于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型和其單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù),而不同的研究區(qū)域鑒于其自身的自然條件等因素的影響,其單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)也不盡相同,本文采用的謝高地等人的研究成果,對(duì)于銅川市來(lái)講,是存在一定誤差的。此外,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究難于精確預(yù)算,若要較為準(zhǔn)確計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,還需要運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行更為深入的研究。
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