基于CLUE-S模型的廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究

趙國(guó)梁, 胡業(yè)翠,2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京100083; 2.國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100035)

基于CLUE-S模型的廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究

趙國(guó)梁1, 胡業(yè)翠1,2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京100083; 2.國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100035)

以廣西2000年、2005年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于GIS平臺(tái)，綜合利用ArcGIS 10.1，CLUE-S模型以及SPSS 19.0等軟件，結(jié)合謝高地等對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表，修正計(jì)算得到了2015年廣西壯族自治區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布圖與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表，并同1995年、2000年和2005年數(shù)值對(duì)比揭示了廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值主要土地類型是耕地、林地、草地；如果保持2001—2005年的人類影響不變，2015年廣西喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值將基本平穩(wěn)，達(dá)到664.39億元；生態(tài)服務(wù)價(jià)值高值區(qū)有擴(kuò)大趨勢(shì)，同時(shí)低值區(qū)也仍然在擴(kuò)大，中值區(qū)有所縮小，特別西南地區(qū)、東北地區(qū)低值區(qū)有所擴(kuò)大，要警惕建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與輻射作用，由此可見(jiàn)喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)形勢(shì)依舊十分嚴(yán)峻。

CLUE-S模型; 生態(tài)服務(wù)價(jià)值; 廣西喀斯特; 馬爾科夫模型

進(jìn)入21世紀(jì)第二個(gè)十年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的大力實(shí)施，由于人們更多考慮土地可以實(shí)現(xiàn)直觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而較少重視潛在的社會(huì)與環(huán)境價(jià)值，人地矛盾持續(xù)尖銳，生態(tài)環(huán)境遭到進(jìn)一步破壞。定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值已成為國(guó)際可持續(xù)發(fā)展科學(xué)研究的熱點(diǎn)，是當(dāng)前生態(tài)學(xué)、資源經(jīng)濟(jì)學(xué)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的前沿交叉領(lǐng)域。

土地位于五大圈層(生物圈與巖石圈、土壤圈、大氣圈、水圈)的交匯空間，直接決定著生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的狀態(tài)。土地利用/覆被變化(LUCC)作為全球變化的極其重要的組成部分和主要原因之一，使其成為土地科學(xué)領(lǐng)域、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科的研究對(duì)象。特別是，“國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃”(IGBP)和“全球環(huán)境變化的人文領(lǐng)域計(jì)劃”(HDP)于1995年聯(lián)合提出“土地利用/覆被變化”研究計(jì)劃，使得土地利用變化研究成為全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)課題。全球各國(guó)研究組織和人員結(jié)合土地利用/覆被變化(LUCC)的國(guó)際研究動(dòng)向，進(jìn)行了大量的研究探索。同時(shí)我國(guó)作為土地利用大國(guó)，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，土地類型多樣，在土地利用/覆被變化研究上，開(kāi)展了眾多工作，取得了豐碩的成果。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是指通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能直接或間接提供的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)，包括人類生活所必需的生態(tài)產(chǎn)品和保證人類生活質(zhì)量的生態(tài)功能兩部分[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，是研究土地利用/覆被變化的有力指標(biāo)，人類生存與發(fā)展所需要的資源歸根結(jié)底都來(lái)源于生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的量化與貨幣化，一方面可以提高生態(tài)保護(hù)意識(shí)；更重要的一方面，有利于直觀研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變化，為合理制定土地利用戰(zhàn)略提供技術(shù)支撐，促進(jìn)科學(xué)發(fā)展。同時(shí)，廣西是世界喀斯特地貌發(fā)育的典型地區(qū)，全區(qū)喀斯特石山面積9.77萬(wàn)km2，占全面積的41%[2]，其石漠化的形成機(jī)理研究取得一定成績(jī)，但是對(duì)喀斯特山區(qū)土地生態(tài)價(jià)值研究還很少提及[3]，特殊的地理位置與脆弱的生態(tài)環(huán)境，使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究具有重大意義。

1 研究區(qū)概況

廣西壯族自治區(qū)地處祖國(guó)南疆，位于東經(jīng)104°28′—112°04′,北緯20°54′—26°24′，北回歸線橫貫全區(qū)中部，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水豐沛，干濕分明，大部分地區(qū)年降水量為1 500～2 000 mm。廣西喀斯特山區(qū)集中分布在桂中的紅水河流域、柳江流域，桂西的左、右江流域，桂東北的漓江流域中下游兩岸。同時(shí)廣西喀斯特山區(qū)作為世界巖溶主要分布區(qū)域之一，其發(fā)育類型之多為世界少見(jiàn)，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，近年來(lái)土地退化、林草逆向演替、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境破壞、生物多樣性受到威脅、自然災(zāi)害頻繁等問(wèn)題頻發(fā)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究所選用的數(shù)據(jù)包括遙感數(shù)據(jù)和非遙感數(shù)據(jù)，遙感數(shù)據(jù)主要選取了TM遙感影像。TM數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)(http:∥datamirror.csdb.cn)網(wǎng)站。非遙感數(shù)據(jù)主要包括中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所提供的廣西壯族自治區(qū)1995年、2000年與2005年三期土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)、廣西喀斯特地區(qū)矢量邊界、DEM數(shù)據(jù)、交通圖、廣西年鑒(2012年)等。圖件數(shù)據(jù)空間參考統(tǒng)一采用Krasovky_1940_Albers，大地水準(zhǔn)面為D_Krasovsky_1940，柵格數(shù)據(jù)均為380 m×380 m分辨率。

根據(jù)土地利用地域單元的功能或用途，將二級(jí)土地利用類型進(jìn)行合并，分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地6個(gè)大類。以2000年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)作為基期，轉(zhuǎn)化輸出為380 m×380 m柵格數(shù)據(jù)。在基期土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)中，提取居民點(diǎn)，工礦用地、水域等等，作近鄰分析(Near)，輸出為380 m×380 m柵格數(shù)據(jù)。將廣西DEM通過(guò)投影變換，統(tǒng)一柵格大小后，進(jìn)行坡度、坡向、起伏度分析，并輸出柵格圖作為驅(qū)動(dòng)力因素。查閱廣西年鑒資料，結(jié)合廣西矢量數(shù)據(jù)制作人口密度圖等人文經(jīng)濟(jì)圖件?；A(chǔ)圖件準(zhǔn)備完成后,統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為ASCⅡ格式，為CLUE-S模型軟件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 CLUE-S模型 CLUE-S(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent)模型是荷蘭瓦赫寧根大學(xué)“土地利用變化和影響”研究小組在CLUE模型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。該模型解決了CLUE模型無(wú)法精確模擬小尺度區(qū)域問(wèn)題，是一種基于高分辨率(一般大于1 km×1 km)柵格影像的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型[4]。CLUE-S模型的假設(shè)條件是，一個(gè)地區(qū)的土地利用變化受到該地區(qū)的土地利用需求驅(qū)動(dòng)的，并且該地區(qū)的土地利用分布格局總是和土地需求以及該地區(qū)的自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況處于動(dòng)態(tài)的平衡之中。

CLUE-S模型運(yùn)行的核心是空間分配模塊?？臻g分配是基于對(duì)土地利用轉(zhuǎn)化規(guī)則、土地利用限制區(qū)域、土地利用空間分布概率和基期年土地利用現(xiàn)狀圖分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)總概率的大小對(duì)土地利用需求進(jìn)行空間分配的過(guò)程?？偢怕释ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)多次迭代得到結(jié)果。

TPROPi,u=Pi,u+ITERu

(1)

式中：TPROPi,u——柵格單元i出現(xiàn)土地利用類型u的總概率；Pi,u——通過(guò)Logistic回歸方程求得的空間分布概率；ELASu——各土地利用類型的轉(zhuǎn)換彈性，取值為0～1之間，值越大，土地利用類型的穩(wěn)定性越高；ITERu——土地利用類型u的迭代變量。

2.2.2 Logistic回歸模型 Logistic回歸分析作為土地利用變化研究中一種常用的建模方法，對(duì)二分類因變量進(jìn)行回歸分析時(shí)采用的非線性分類統(tǒng)計(jì)方法[5]。這種方法一般是將研究區(qū)細(xì)分為柵格單元，將每類土地利用的空間分布與驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)系利用Logistic逐步回歸，求出每個(gè)柵格可能出現(xiàn)某種土地利用類型的概率。在CLUE-S模型中也用來(lái)計(jì)算某一種土地利用類型出現(xiàn)的概率，公式如下:

(2)

式中：Pi——每個(gè)柵格可能出現(xiàn)某一土地利用類型i的概率；Xn,i——i柵格處第n個(gè)驅(qū)動(dòng)因素；βn——第n個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的回歸系數(shù)。通過(guò)Logistic逐步回歸分析可以篩選出對(duì)土地利用格局影響較為顯著的因素，同時(shí)剔除不顯著的因素。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算方法 中國(guó)學(xué)者謝高地、甄霖、魯春霞等在個(gè)人偏好與支付意愿和生態(tài)服務(wù)價(jià)值是一個(gè)效用價(jià)值的理論基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)700位具有生態(tài)學(xué)背景的專業(yè)人員進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，得出了2007年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估單價(jià)體系[6]。該基于專家知識(shí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估體系可用于評(píng)估已知土地利用面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,其估算公式為：

(3)

式中：ESV——研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值(元)；Vk——第i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)；Ak——研究區(qū)內(nèi)第i類土地利用類型的面積(hm2)；n——土地利用類型數(shù)目。Vk采用謝高地等2007年制定的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值。

根據(jù)謝高地等人修訂的我國(guó)不同省份農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子表，以全國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物量因子為1，廣西均值為0.98[7]，由此制定廣西土地利用生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表(表1)。

表1 廣西生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 元/(hm2·a)

2.2.4 生態(tài)價(jià)值敏感性指數(shù)計(jì)算方法 為了驗(yàn)證生態(tài)價(jià)值系數(shù)的準(zhǔn)確性，引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)(the coefficient of sensitivity，CS)，以反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)生態(tài)價(jià)值系數(shù)的依賴程度[8]。CS<1，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值缺乏彈性；CS>1，表明生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值是有彈性的。CS越大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)于價(jià)值系數(shù)越有彈性。敏感性指數(shù)CS的計(jì)算公式如下：

(4)

式中：i，j——初始狀態(tài)和調(diào)整以后的狀態(tài)；ESV——生態(tài)服務(wù)價(jià)值；V——價(jià)值系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

生態(tài)系統(tǒng)類型在土地利用中表現(xiàn)為土地利用類型，土地利用類型、面積和空間位置的變化，即導(dǎo)致了各類生態(tài)系統(tǒng)類型、面積以及空間分布局的變化。二者實(shí)質(zhì)上是互相影響又互相制約的一對(duì)矛盾統(tǒng)一體[1]。CLUE-S模型是在模擬土地利用變化方面已經(jīng)得到大量成熟應(yīng)用，因而亦可以用來(lái)研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況。

考慮到區(qū)域尺度要求與CLUE-S模型設(shè)置閾值，經(jīng)過(guò)反復(fù)裁剪試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用380 m×380 m分辨率，根據(jù)矢量文件坐標(biāo)系統(tǒng)將研究區(qū)均勻分為A11，A12，A21，A22四個(gè)子區(qū)，分別進(jìn)行模擬，結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。

3.1 Binary Logistic空間統(tǒng)計(jì)回歸結(jié)果

土地利用驅(qū)動(dòng)因子，對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)果十分重要。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合獲取資料與廣西特殊區(qū)域情況，根據(jù)數(shù)據(jù)的獲取性、穩(wěn)定性、相關(guān)性和適用性，本文共選取了12類驅(qū)動(dòng)因子，包括：距居民點(diǎn)距離(Sc1 gr0.fil)、距工礦距離(Sc1 gr1.fil)、距道路距離(Sc1 gr2.fil)，距鐵路距離(Sc1 gr3.fil)，距水系距離(Sc1 gr4.fil)，距海洋距離(Sc1 gr5.fil)、坡度(Sc1 gr6.fil)、坡向(Sc1 gr7.fil)、起伏度(Sc1 gr8.fil)、人口密度(Sc1 gr9.fil)、人均GDP(Sc1 gr10.fil)、農(nóng)村居民人均收入(Sc1 gr11.fil)等。

將預(yù)處理的驅(qū)動(dòng)力二進(jìn)制文件，通過(guò)CLUE-S的File Convert模塊轉(zhuǎn)換成單列文本文件，導(dǎo)入到SPSS19.0中，利用二元Logistic回歸模塊，對(duì)每一種土地利用類型和各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行回歸分析，并將回歸結(jié)果進(jìn)行ROC檢驗(yàn)。各地類ROC值均大于0.7，可以認(rèn)為所選取的驅(qū)動(dòng)因子具有良好的解釋能力。

3.2 Markov模型非空間模擬

Markov模型是基于Markov鏈，根據(jù)事件目前狀況預(yù)測(cè)其在將來(lái)各個(gè)時(shí)刻(或時(shí)期)變動(dòng)狀況的一種預(yù)測(cè)方法[10]。在預(yù)測(cè)土地結(jié)構(gòu)變化方面，已經(jīng)得到較多應(yīng)用。由于CLUE-S模型缺少非空間預(yù)測(cè)模塊，因而將兩者結(jié)合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)模型應(yīng)用的方法互補(bǔ)，進(jìn)而綜合協(xié)調(diào)不同地類間的競(jìng)爭(zhēng)和轉(zhuǎn)化關(guān)系，既提高了各地類轉(zhuǎn)化的數(shù)量精度，又可以有效地模擬土地利用的空間變化，實(shí)現(xiàn)土地利用變化的空間模擬，因此具有重要的科學(xué)意義和實(shí)踐意義[9-10]。

首先，確定概率轉(zhuǎn)移矩陣。在ArcGIS 10.1中，將2000年和2005年兩期圖像進(jìn)行空間疊加，利用面積制表(Tabulate Area)空間分析，得到2000年土地利用覆蓋類型i轉(zhuǎn)變?yōu)?005年土地利用覆蓋類型j的轉(zhuǎn)移概率矩陣(表2)。

其次，CLUE-S與Markov復(fù)合模型預(yù)測(cè)模擬土地利用變化，不同情景設(shè)定得出不同結(jié)果，一般就現(xiàn)有國(guó)內(nèi)相關(guān)應(yīng)用，情景設(shè)定分為自然發(fā)展、耕地保護(hù)、生態(tài)保護(hù)與綜合發(fā)展情景四種[11-13]。本文基于綜合發(fā)展情景，結(jié)合《生態(tài)廣西建設(shè)規(guī)劃綱要》[14],切實(shí)考慮到廣西經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)、可持續(xù)性、土地利用總體規(guī)劃等多種土地發(fā)展需求，科學(xué)修正轉(zhuǎn)移概率矩陣。特別是《廣西壯族自治區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》中明確指出，自上輪規(guī)劃批轉(zhuǎn)實(shí)施來(lái)，堅(jiān)持從長(zhǎng)遠(yuǎn)和全局出發(fā)，加強(qiáng)了土地用途管制，嚴(yán)格保護(hù)了耕地，強(qiáng)化了規(guī)劃的控制和引導(dǎo)作用，統(tǒng)籌安排了各類各業(yè)各區(qū)域用地，較好地滿足了經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的土地需求。

表2 2000-2005年土地利用/覆蓋類型轉(zhuǎn)移概率矩陣 %

*下劃線部分表示k時(shí)期到k+1時(shí)期土地利用類型沒(méi)有變化部分的概率。

最后，利用經(jīng)過(guò)修正后的2000—2005年土地利用類型的轉(zhuǎn)移概率矩陣，以2005年為基期，各種土地利用類型面積所占的比例為初始狀態(tài)，模擬步長(zhǎng)為5 a，應(yīng)用Markov模型對(duì)廣西2015年土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行情景預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果用于CLUE-S中土地需求模塊。

3.3 CLUE-S空間變化模擬

通過(guò)邏輯回歸分析，得到各驅(qū)動(dòng)力對(duì)不同地類影響的β值與土地利用需求數(shù)據(jù)后，在CLUE-S模型中，結(jié)合預(yù)處理數(shù)據(jù)，設(shè)定2000年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)(cov_all.0)為基期，設(shè)定主要參數(shù)(main1)，回歸方程(alloc1.reg)、土地利用轉(zhuǎn)換矩陣(allow.txt)、土地轉(zhuǎn)移彈性、區(qū)域約束性文件(region_nopark.fil)、土地需求文件(demand.in1)、驅(qū)動(dòng)力文件(sclgr*.fil)等模型系統(tǒng)文件。軟件所需參數(shù)文件設(shè)定完成之后預(yù)測(cè)2005年廣西土地利用現(xiàn)狀，模擬結(jié)果如附圖11所示。與2005年土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行kappa系數(shù)檢驗(yàn)為0.81(>0.75)，具有高度一致性，證明參數(shù)設(shè)置合理，可以進(jìn)行土地利用預(yù)測(cè)模擬。進(jìn)而以2005年為基期，模擬預(yù)測(cè)2015年廣西喀斯特山區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖。

3.4 ESV模擬對(duì)比

3.4.1 ESV計(jì)算 根據(jù)三期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，通過(guò)馬爾科夫過(guò)程可以推算2015年廣西喀斯特山區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)，并計(jì)算研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，利用上述“廣西生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表”計(jì)算1995年、2000年、2005年和2015年廣西各類土地利用類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值，本文依據(jù)土地的具體利用類型選擇與其最相近的生態(tài)系統(tǒng)[15]：其中耕地與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)相近；林地與森林生態(tài)系統(tǒng)相近；未利用地與荒漠生態(tài)系統(tǒng)相近；城鄉(xiāng)、工礦、居民用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值取0。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

結(jié)合廣西生態(tài)服務(wù)價(jià)值表，利用ArgMap空間分析，輸出柵格圖，得到1995年、2000年、2005年以及2015年廣西生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布圖(附圖12—13)。

表3 廣西1995-2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 萬(wàn)元

3.4.2 ESV變化分析 從1995—2015年廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分布(附圖12—13)上來(lái)看，總體上平穩(wěn)，局部呈現(xiàn)了先減后增的趨勢(shì)。廣西西北地區(qū)與東北地區(qū)喀斯特山區(qū)面積比例最大，1995—2000年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化較大，高值區(qū)(>6 000元/hm2)縮減，中值區(qū)(2 000～4 000元/hm2，4 000～6 000元/hm2)、低值區(qū)(<2 000元/hm2)面積擴(kuò)大。2000年以來(lái)，由于退耕還林、封山育林等政策推行，高值區(qū)域分布有所擴(kuò)大，主要是林地面積增加，但是低值區(qū)域略有擴(kuò)大，由于建設(shè)用地面積有所擴(kuò)大。而其他地區(qū)，喀斯特山區(qū)分布零散，生態(tài)景觀保持較好，開(kāi)發(fā)力度小，受到人為干擾較少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高值區(qū)穩(wěn)中有升，但是低值區(qū)仍然有擴(kuò)大的趨勢(shì)。依照近年土地利用變化趨勢(shì)與規(guī)律，預(yù)測(cè)2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體穩(wěn)中有升，高值區(qū)有擴(kuò)大趨勢(shì)，同時(shí)低值區(qū)也仍然在擴(kuò)大，中值區(qū)有所縮小，特別西南地區(qū)、東北地區(qū)低值區(qū)有所擴(kuò)大，要注意建設(shè)用地?cái)U(kuò)張。從各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值地區(qū)變化來(lái)看，2000年以來(lái)喀斯特山區(qū)西北、東北地區(qū)草地、耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值大量減少，同時(shí)林地、水域生態(tài)服務(wù)價(jià)值會(huì)有增加，東北地區(qū)草地銳減問(wèn)題更加突出；西南地區(qū)耕地、未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少在全區(qū)比較明顯，東南地區(qū)相對(duì)比較穩(wěn)定，但是該兩區(qū)建設(shè)用地增加引發(fā)低值區(qū)面積擴(kuò)大現(xiàn)象值得注意，未來(lái)極有可能保持這種態(tài)勢(shì)。

由表3，表4可知，廣西在1995—2000年，生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量減少了約1.18億元，減幅為0.18%，年均遞減率為0.04%。在此期間，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值組成地類中，增加地類為耕地、林地，耕地增加較多，年增長(zhǎng)率為3.56%；減少地類為草地、水域、未利用地，遞減率最高的是草地，為5.75%，同時(shí)面積比例較大，占總價(jià)變化的絕對(duì)值比率最高，達(dá)到56.59%。在2000—2005年，廣西生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量增加了0.76億元，增幅為0.11%，年均遞增率為0.02%。其中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值組成地類中，增加地類為林地、水域，林地面積增加較多，占總價(jià)值變化絕對(duì)值為65.24%；減少地類為耕地、草地、未利用地，遞減率最高的是草地，達(dá)到0.14%。綜合表3，表4得知，構(gòu)成廣西生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主要土地利用類型是林地、耕地、草地，這三類之和在1995—2005年均占到總量的99%以上。通過(guò)馬爾科夫預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，2015年區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值稍有增加，增加到664.4億元。未來(lái)林地、草地仍然是貢獻(xiàn)最大的土地利用類型。需要指出的是，預(yù)測(cè)所得到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值可能偏高。因?yàn)榭λ固貐^(qū)域環(huán)境脆弱多變，加之人為破壞因素難以估計(jì)，不易被模型考慮量化。

表4 廣西1995-2005年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化 %

公式(4) 給出了生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感度計(jì)算方法，為了計(jì)算方便,本文將耕地、林地、草地、水域、未利用地的生態(tài)價(jià)值系數(shù)分別上下調(diào)整50%[16-18]，應(yīng)用調(diào)整以后的生態(tài)價(jià)值系數(shù)對(duì)廣西1990年、2000年、2005年以及2010年、2015年的總服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算，最終得到廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值在不同年份之間的變化情況和敏感性指數(shù)，具體結(jié)果見(jiàn)表5。

計(jì)算結(jié)果表明，廣西喀斯特山區(qū)所有土地利用類型的ESV對(duì)VC的敏感性指數(shù)均小于1，其中，林地敏感指數(shù)最大，其次為草地、耕地、水域、未利用地。這表明研究區(qū)內(nèi)ESV對(duì)VC是缺乏彈性的，即各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的變化對(duì)廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量變化影響不大，區(qū)域研究結(jié)果是可信的。林地的敏感性指數(shù)大于其他土地利用類型，說(shuō)明林地的VC變化會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值作用相對(duì)較大。而其他土地類型VC的變化，對(duì)廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)服務(wù)總價(jià)值影響不大。

表5 廣西生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感度

4 結(jié)論與討論

本文基于土地利用/覆被變化，借助GIS平臺(tái)并結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算方法，通過(guò)空間分析得出1995—2005年廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)價(jià)值分布格局，并運(yùn)用CLUE-S與Markov復(fù)合模型模擬，設(shè)定綜合發(fā)展情景模擬了2015年廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布情況。結(jié)果表明：

(1) 1995—2005年，從基本用地特征來(lái)看，耕地、林地、草地在廣西喀斯特山區(qū)占很大比重，故構(gòu)成該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值主要土地類型是耕地、林地、草地。前五年土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，耕地大量被開(kāi)墾，草地、未利用地、水域面積銳減，只有林地面積總量較為穩(wěn)定。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值在這一階段下降了0.18%，各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值除耕地、林地外，均有下降。后五年該區(qū)耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值平穩(wěn)下降，林地、水域生態(tài)服務(wù)價(jià)值有所增加，草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值繼續(xù)下降，未利用地保持穩(wěn)定。由于林地生態(tài)服務(wù)價(jià)值對(duì)總價(jià)值貢獻(xiàn)比重較大，此階段廣西喀斯特山區(qū)生態(tài)服務(wù)總值有所增加，增幅達(dá)到0.11%。

(2) 如果保持2001—2005年的人類影響不變，2015年廣西喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值將穩(wěn)中有小幅度增加，達(dá)到664.39億元。但值得注意的是，這一價(jià)值可能稍有偏高，因?yàn)橥烁€林、退耕還草等增加生態(tài)用地等政策，在后期由于獲取資金、技術(shù)難度等增加而實(shí)施難度與效果有所增加。生態(tài)服務(wù)價(jià)值高值區(qū)有擴(kuò)大趨勢(shì)，同時(shí)低值區(qū)也仍然在擴(kuò)大，中值區(qū)有所縮小，特別西南地區(qū)、東北地區(qū)低值區(qū)有所擴(kuò)大，要警惕建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與輻射作用。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。由此可見(jiàn)，喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)形勢(shì)依舊十分嚴(yán)峻。

(3) 生態(tài)服務(wù)總值增加并不代表生態(tài)平衡發(fā)展，要特別注意廣西喀斯特地區(qū)草地退化、森林破壞等生態(tài)問(wèn)題。同時(shí)，繼續(xù)推進(jìn)退耕還林(草)工程，封山育林，嚴(yán)格限制建設(shè)用地與監(jiān)控開(kāi)墾荒地，以防造成因土地不合理利用而引起破壞生態(tài)平衡的行為發(fā)生。CLUE-S與Markov復(fù)合模型可以有效地預(yù)測(cè)當(dāng)前土地利用變化趨勢(shì)下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布情況，是一種非常實(shí)用研究工具。本研究沒(méi)有考慮生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估中的質(zhì)量因素，即區(qū)域內(nèi)不同質(zhì)量的統(tǒng)一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值差異，需要在下一步的工作中予以完善。

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StudyonEcosystemServiceValueChangesBasedonCLUE-SModelsinGuangxiKarstMountainousArea

ZHAO Guo-liang1, HU Ye-cui1,2

(1.DepartmentofLandScienceandTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 2.KeyLaboratoryofLandConsolidation,MinistryofLandandResources,Beijing100035,China)

Based on the status of Guangxi land use data in 2000, 2005 and GIS platforms, comprehensively utilizing ArcGIS 10.1, CLUE-S model and SPSS 19.0 software et al, and combining with equivalent value per unit area of ecosystem services in China by Xie Gaodi et al, this paper calculated and amended the values of ecosystem services and the spatial distribution of ecosystem service value table in Guangxi, and revealed Guangxi karst mountainous area’s ecosystem service value temporal variation by comparing with those situations in 1995, 2000 and 2005. Finally, it was found that the main types constituting of land area the value of ecosystem services were farmland, forest land, grassland; if the human impact of change between 2001 and 2005 was been kept, the value of ecosystem services in Guangxi Karst Mountainous Area will be basically stable in 2015, will reach to 66.439 billion (RMB); from the perspective of space，the high value areas for values of ecosystem services have a tendency to expand, low value areas are still expanding, and the middle value areas will narrow, particularly in the southwest, northeast should be alerted because of the construction land expansion and radiation effect, thus the eco-environmental situation is still very grim.

CLUE-S model; value of ecosystem services; karst area in Guangxi; Markov model

2014-02-15

：2014-03-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“西南喀斯特生態(tài)移民區(qū)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)互動(dòng)效應(yīng)及調(diào)控機(jī)制研究”(41171440)

趙國(guó)梁(1990—),男,河北邢臺(tái)人,碩士研究生,主要從事土地資源管理等方面相關(guān)研究。E-mail:zhaogl1990@163.com

胡業(yè)翠(1978—),女,山東淄博人,副教授,博士,主要從事土地利用與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展相關(guān)研究。E-mail:huyc@163.com

F301.24

：A

：1005-3409(2014)06-0198-06