長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演變特征研究

付寶寶，武國勝

（福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演變特征研究

付寶寶，武國勝

（福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

以南方典型紅壤水土流失區(qū)長汀縣為例，依據(jù)2000，2005，2010和2014年4期遙感影像數(shù)據(jù)，利用RS和GIS手段分析長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化.結(jié)果表明，2000—2014年長汀縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值減少了2.13億元，與2000年相比減少了1.70％，總體呈負增長的趨勢；2000—2014年長汀縣各土地利用類型提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高的是森林生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型中價值最高的是土壤形成與保護；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高區(qū)域主要分布在縣域東部和西南部，較低區(qū)域主要分布在區(qū)域中部河谷盆地地區(qū)；各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)均小于1，說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對服務(wù)價值系數(shù)缺乏彈性.

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；時空變化；長汀縣

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)過程所形成的以及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件和效用[1]，是通過生態(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（如食物、原材料）和服務(wù)（如廢棄物同化），是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和基本條件[2].然而伴隨著人口快速增加，城市化迅速發(fā)展以及各種不合理的土地利用，產(chǎn)生了各種生態(tài)環(huán)境問題，造成了自然生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能迅速衰退，給人類社會的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的威脅[3].定量描述生態(tài)服務(wù)價值時空變化特征及內(nèi)在機理，為調(diào)控區(qū)域生態(tài)安全，促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展建設(shè)提供依據(jù)[4].

長汀縣是我國南方典型的丘陵紅壤侵蝕區(qū)，其水土流失歷史長，面積大，程度重.自20世紀40年代就開展了水土流失治理工作，但治理效果卻時有反復(fù)[5].從2000年開始，福建省政府將長汀縣水土流失綜合治理列為福建省為民辦實事項目之一，每年撥巨額資金對該地區(qū)水土流失進行持續(xù)攻堅治理.經(jīng)過多年努力，近年來該地區(qū)水土流失得到了根本性的治理，生態(tài)環(huán)境得到了極大改善[6].與此同時，這10多年也是長汀經(jīng)濟快速增長的時期，土地利用變化多樣，城鎮(zhèn)化進程迅猛發(fā)展，對環(huán)境的脅迫不斷增強，水土流失治理效果也出現(xiàn)反復(fù)的情況.在此背景下深入研究土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化規(guī)律，對促使區(qū)域社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境之間關(guān)系的良好發(fā)展具深遠的現(xiàn)實意義[7].

1 研究區(qū)概況

長汀縣地處福建省西部，武夷山南麓，為福建省第5大縣，地理位置為116°00′45″～116°39′20″E，25°18′40″～26°02′05″N，土地面積3 099 km2，2010年常住人口39.34萬人[8].研究區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫18.3 ℃，降雨量1 730.4 mm[9].土壤類型以紅壤土和沙壤土為主，肥力低，干旱，抗蝕力差，加之地表植被的人為破壞，使長汀縣成為中國南方典型的丘陵紅壤侵蝕區(qū)，歷史上其水土流失歷時之長，面積之廣，危害之大，是福建省之最.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究以2000，2005，2010和2014年4期LandsatTM/ETM/OLI遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，利用ENVI軟件對影像進行統(tǒng)一投影、幾何校正、輻射校正及圖像增強等預(yù)處理.采用人機交互式解譯，通過最大似然法監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合，獲得研究區(qū)4期土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況將土地利用/土地覆蓋類型劃分為森林、灌叢、草地、農(nóng)田、濕地、城鎮(zhèn)和裸地等7類（見表1），并利用ArcGis10.2軟件對土地利用數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析.

表1 長汀縣2000—2014年各年份土地利用類型面積 hm2

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算方法

Constanza[10]等對全球尺度的生態(tài)服務(wù)價值進行了估算，為了減少其應(yīng)用于中國陸地生態(tài)系統(tǒng)所造成的誤差，謝高地[11]等人在其基礎(chǔ)上，結(jié)合對我國200多位生態(tài)學(xué)者進行的問卷調(diào)查訪談結(jié)果建立了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值表，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子是生態(tài)系統(tǒng)潛在服務(wù)價值的相對貢獻率，該因子等于每年每公頃糧食價值的1/7.參考福建省2000—2014年統(tǒng)計年鑒[12]，長汀縣的平均糧食產(chǎn)量為5 164 kg/hm2，2014年的平均糧食價格為2.84 元/kg，確定長汀縣的一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子為2 095.11元/hm2，并獲得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表（見表2）.根據(jù)Constanza提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算模型計算分析長汀縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，其公式為[13]

其中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Ak為第k類土地利用類型面積；VCk為第k類土地利用類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；ESVf為生態(tài)系統(tǒng)第f項服務(wù)功能價值；VCfk是土地利用類型k的第f項服務(wù)功能價值系數(shù)；k為區(qū)域土地利用類型.

表2 長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù) 元/hm2

2.3 生態(tài)系統(tǒng)敏感型指數(shù)計算

本文利用經(jīng)濟學(xué)中常用的敏感性概念來計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)敏感性指數(shù)，以確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨時間變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的依賴程度[14].敏感性指數(shù)（CS）是指生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)（VC）變動1％引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV）的變化情況，如果CS＞1，表明ESV相對于VC是富有彈性的，不敏感的；如果CS＜1，表明ESV相對于VC是缺乏彈性的，敏感的.比值越大，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算越關(guān)鍵，本文將各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)分別上下調(diào)整50％，敏感性指數(shù)的計算公式為[15]

其中，CS為敏感性指數(shù)；ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量；VC為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)；m和n分別為最初和調(diào)整后的量.

3 結(jié)果與分析

3.1 長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時間變化分析

長汀縣2000—2014年各類用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其變化見表3.由表3可見，長汀縣2000，2005，2010和2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值分別為12 506.86×106，12 292.93×106，12 352.72×106，12 294.21 ×106元，2000—2005年減少了213.93×106元，減幅達1.71％；2005—2010年增加59.79×106元，增幅達0.49％；2010—2014年減少了58.51×106元，減幅達0.47％；2000—2014年間共減少了212.65×106元，減幅達1.70％.總體來說，研究期間長汀縣的生態(tài)服務(wù)總價值總體穩(wěn)定，稍有下降.

表3 長汀縣2000—2014年各類用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其變化 106元

其中，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高所占比例達到84.71％～86.35％，其次為灌叢，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值所占比例為7.62％～8.71％，農(nóng)田、濕地和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值所占比例依次減少.森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高，主要是由于長汀縣林地面積占研究區(qū)面積比例最大，森林覆蓋率高且提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)較高.從各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體變化情況看，除森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加外，灌叢、草地、濕地和農(nóng)田生態(tài)服務(wù)價值均有所減少，減少幅度由高到低依次為草地、灌叢、濕地和農(nóng)田.裸地的生態(tài)服務(wù)價值基本沒有變化.森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加主要是由于近年來長汀縣持續(xù)不斷的水土流失治理工作和封山育林、植樹造林等措施，提高了林地面積和森林樹種質(zhì)量，使得森林生態(tài)服務(wù)價值增加.耕地、草地和灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少主要是由于長汀縣快速城鎮(zhèn)化的過程中，建設(shè)用地面積不斷擴張，造成耕地等其它生態(tài)用地大幅減少.

從長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)（見表4）看，土壤形成與保護始終處于最高，其次為氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)、原材料、廢物處理、娛樂文化以及食物生產(chǎn).這與研究區(qū)內(nèi)擁有各種生態(tài)保護區(qū)且以水土流失治理為主要的發(fā)展目標和定位密切相關(guān)，由于長汀縣是南方紅壤水土流失最為典型的區(qū)域，曾經(jīng)福建省水土流失最為嚴重的地區(qū)，首要任務(wù)是做好水土流失治理工作，保護水土資源，減少土壤侵蝕.因此，土壤形成與保護的服務(wù)價值最高.從各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型的變化看，2000—2014年，研究區(qū)各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均存在不同程度的減少，減少幅度最高的是食物生產(chǎn)，減幅達3.97％，其余依次為廢物處理、氣候調(diào)節(jié)，減幅分別達到了3.49％和3.45％.但從3個研究時段來看，各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少的幅度都在逐漸減小，如土壤形成與保護的減幅從第1階段的1.55％降低到第3階段的0.34％；水源涵養(yǎng)的降幅從第1階段的1.78降低到第3階段的0.44％.這說明在政府和當?shù)剞r(nóng)民的近十幾年水土流失治理工作取得了顯著的成效，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的減少速度有了明顯的降低.

表4 長汀縣2000—2014年長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化 106元

3.2 長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布分析

為了便于長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化對比，分別計算長汀縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2000，2005，2010和2014年4個時間段的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（見表5），并采用ArcGIS的自然間斷點分級法將長汀縣2000—2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分為5個等級（見圖1），使各級內(nèi)部方差之和最小，從中可以看出，長汀縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布存在較明顯的空間分異特征.

表5 長汀縣2000—2014年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值 106元

圖1 長汀縣2000—2014年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布

研究期內(nèi)，汀州鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值始終處在最低值范圍，縣域北部的庵杰鄉(xiāng)、鐵長鄉(xiāng)及縣域南部的宣成鄉(xiāng)和羊牯鄉(xiāng)處于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的較低范圍；館前鎮(zhèn)、新橋鎮(zhèn)、策武鄉(xiāng)以及大同鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處于一般范圍；童坊鎮(zhèn)、河田鎮(zhèn)、南山鎮(zhèn)和紅山鄉(xiāng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處在較高范圍；四都鎮(zhèn)和濯田鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處在最高范圍.從空間分布來看，長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體呈西南、東部高，中部低的格局.在長汀縣西北部的濯田鎮(zhèn)和四都鎮(zhèn)形成2個明顯的高值區(qū)域，主要是由于這2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積最大，并且森林覆蓋率較高，位于長汀縣圭龍山自然保護區(qū)內(nèi)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高.中部沿河谷流域形成低值帶，主要是由于農(nóng)田和城鎮(zhèn)基本沿河谷分布，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動以及城鎮(zhèn)人類生產(chǎn)生活頻繁，對生態(tài)系統(tǒng)的影響最為強烈，造成水土流失、環(huán)境污染等問題.因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低，如汀州鎮(zhèn)是縣城所在地，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在研究期間始終處于最低位置.

3.3 長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性分析

根據(jù)公式（3），將長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)調(diào)整50％，從而分析長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨時間變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)的依賴情況（見表6）.由表6可見，長汀縣所有土地利用類型的ESV對VC的依賴程度均小于1，表明研究區(qū)的ESV對VC是缺乏彈性的，研究結(jié)果是可信的.敏感性指數(shù)由大到小依次為：森林＞灌叢＞農(nóng)田＞濕地＞草地＞裸地，裸地和草地的敏感性指數(shù)都很小，為1.30142E-05～0.005，表明裸地和草地的VC變化對長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值影響不大，主要因為裸地和草地面積占研究區(qū)總面積比例最?。簧值拿舾行灾笖?shù)最高且在研究期間呈增長趨勢，說明森林的VC變化對長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值產(chǎn)生放大作用.

表6 長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性

4 結(jié)論與討論

（1）本文利用遙感影像解譯獲得土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合Constanza的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算方法，計算長汀縣2000—2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，并分析其時空動態(tài)變化，計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感指數(shù)小于1，說明該方法結(jié)果可靠，可行性強.

（2）2014年長汀縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為122.94億元，比2000年減少了2.13億元，減幅約1.70％，研究期間長汀縣的生態(tài)服務(wù)總價值總體比較穩(wěn)定，稍有下降；從長汀縣土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值看，森林是長汀縣主要的生態(tài)服務(wù)供給覆蓋類型，提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高，其次為灌叢、農(nóng)田、濕地和草地；從長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)來看，土壤形成與保護始終處于最高，其次為氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)、原材料、廢物處理、娛樂文化和食物生產(chǎn).

（3）長汀縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體上呈現(xiàn)東部和西南部山區(qū)高，中部較低的空間分布格局.主要是由于東部和西南部多劃歸生態(tài)保護區(qū)，森林植被覆蓋較好，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低區(qū)域位于長汀縣的中間河谷地帶，且主要分布在汀州鎮(zhèn)和三洲鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這一地帶是城鎮(zhèn)用地以及耕地的主要分布區(qū)域，人類活動最為頻繁和強烈，對生態(tài)環(huán)境的影響最為明顯，易造成諸如水土流失和環(huán)境污染破壞等問題.因此，應(yīng)優(yōu)化本地區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)，加強水土保持工作，以增加長汀縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.

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Spatiotemporal dynamics of ecosystem service value in Changting County

FU Bao-bao，WU Guo-sheng

（School of Geographical Sciences，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou 350007，China）

Choose Changting County as an example，where is the key management areas of red soil erosion in southern China.According to the four remote sensing images in 2000，2005，2010 and 2014，then by means of the RS and GIS to analyze the changes of ecosystem service value.The results show that the total value of ecosystem services in Changting reduced 2.13 billion yuan from 2000 to 2014，which has decreased by 1.7％ compared with 2000，the overall growth tendency is negative.From 2000 to 2014，the forest ecosystem provided the largest ecosystem services value among all land use types in Changting，from the perspective of the different types of ecosystem services，soil formation and protection value accounted for the highest proportion.The area with higher ecosystem service value are mainly distributed in the eastern and northwestern of Changting County，and the area with lower one are mainly distributed in the valley basin of the central area in Changting County.The ecosystem service value sensitivity index of each land use type is less than 1，indicates that the ecosystem service value of the Changting.

ecosystem services value；spatiotemporal dynamics；Changting County

X171.1

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.12.012

2016-10-19

付寶寶（1990-），男，山西臨汾人，在讀碩士研究生，主要從事土地資源管理方面的研究.E-mail：1577953021@qq.com

武國勝 （1969-），男，湖北武漢人，副教授，博士，主要從事資源環(huán)境與空間數(shù)據(jù)挖掘方面的研究.E-mail：wguosheng@163.com

1007-9831（2016）12-0045-06