渭河關(guān)中段土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

成波 李懷恩 丁勁等

摘要[目的]評估渭河關(guān)中段土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化，為渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的決策提供依據(jù)與手段。[方法]根據(jù)渭河關(guān)中段的土地利用變化數(shù)據(jù)，采用中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值測算方法，對渭河關(guān)中段的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評價，并分析了面積變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響。[結(jié)果]1980～2007年渭河關(guān)中段水域面積呈減小趨勢，林地面積及建設(shè)用地面積均在增加，而未利用地面積在減少，耕地面積變化不大；1980～2007年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少了8.37億元，主要是由于水域面積減少和城市建設(shè)用地面積增加引起；林地和草地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)最大，單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值水域最大。[結(jié)論]在渭河關(guān)中段建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，應(yīng)加強(qiáng)對林地和水域的保護(hù)。

關(guān)鍵詞生態(tài)系統(tǒng)；服務(wù)價值；土地利用；渭河關(guān)中段

中圖分類號S181文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2016）04-087-04

Effects of Land Use Change on Ecosystem Service Value in Guanzhong Section of Weihe River

CHENG Bo， LI Huaien， DING Jin et al（State Key Laboratory Base of EcoHydraulic Engineering in Arid Area of Northwest China， Xi'an University of Technology， Xian， Shaanxi 710078）

Abstract[Objective] The aim was to evaluate ecosystem service value change caused by land use change and provide reference for policymaking of sustainable development of ecosystem in Guanzhong section of Weihe River. [Method] According to land use change data in Guanzhong section of Weihe River， using service value calculation method of terrestrial ecosystem in China， ecosystem service value in Guanzhong section of Weihe River was evaluated， effects of area change on ecosystem service value were analyzed. [Result] During 1980-2007 the water area in Guanzhong section of Weihe River showed a decreasing trend， while the area of forest land and construction land were increasing， the unused land area was decreasing， and the cultivated land area changed little. Due to decreasing of water area and increasing of construction land area， ecosystem service value during 1980-2007 reduced 0. 837 billion； the contribution of forest land and grassland to ecosystem service value was the biggest； water area had the maximum unit ecosystem service value. [Conclusion] In construction and industrial development process of Guanzhong section in Weihe River， protection of forest land and water area should be strengthened.

Key wordsEcosystem； Service values； Land use； Guanzhong section of Weihe River

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（Ecosystem Services）是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用，它不僅給人類提供生存必需的食物、醫(yī)藥及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原料，還維持了人類賴以生存和發(fā)展的生命支持系統(tǒng)[1]。土地利用是人與自然交叉最為密切的環(huán)節(jié)，土地利用以及由此導(dǎo)致的土地覆蓋的變化必然影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，對區(qū)域氣候、水文生物地球化學(xué)循環(huán)及生物多樣性等產(chǎn)生重大影響[2]。因此，土地利用覆蓋變化過程對維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能起著決定性的作用，土地利用覆蓋變化將是影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要因素。 1997年Costanza等[1]在Nature發(fā)表的《全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和自然資本》一文，使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估的原理與方法從科學(xué)意義上得以明確。我國學(xué)者應(yīng)用Costanza的估算方法，對全國、海河上游地區(qū)及黑河流域生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值進(jìn)行了評估[3-5]。目前，渭河關(guān)中段生態(tài)問題與土地利用覆蓋及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化有關(guān)。因此，筆者以渭河關(guān)中段作為研究區(qū)，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值作為評價其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的量化指標(biāo)，采用中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的測算方法，評估土地利用變化引起的研究區(qū)域生態(tài)價值的變化，旨在為渭河關(guān)中段主體功能區(qū)的合理規(guī)劃和生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況 渭河發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠山，流經(jīng)隴、寧、陜?nèi)。▍^(qū)），于陜西潼關(guān)注入黃河，是黃河最大的一級支流。渭河流域位于國家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略布局“關(guān)中-天水”經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心地帶，在西部大開發(fā)戰(zhàn)略中具有重要地位。渭河關(guān)中段地處渭河中下游，以渭河平原（又稱關(guān)中平原）為主體，大致以秦嶺主脊和山南地區(qū)為界，與子午嶺、黃龍山和陜北地區(qū)相鄰（圖1）。行政上包括西安、銅川、渭南、咸陽和寶雞市及楊凌區(qū)，面積約為5.5萬 km2。該地區(qū)的水資源缺乏，年際變化大，年內(nèi)分配不均，且渭河的水資源泥沙多，難以利用，水資源分布與經(jīng)濟(jì)社會需求不協(xié)調(diào)，開發(fā)成本高。氣候?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候，降水集中在6～9 月，冬季降水較少[6]，且呈暖干化發(fā)展[7]，汛期徑流量約占全年徑流量的60%左右，多年平均徑流量為100.34×108 m3。

1.2研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)來源。 土地利用數(shù)據(jù)來源于《國家重大專項“渭河水污染防治專項技術(shù)研究與示范”》：渭河關(guān)中段河道生態(tài)基礎(chǔ)流量研究報告。參照國家通用的土地分類系統(tǒng)及實際情況，將渭河關(guān)中段的土地分為耕地、林地、草地、園地、建設(shè)用地、交通用地、水域、未利用地8種類型。

1.2.2土地利用變化動態(tài)指標(biāo)。單一土地利用動態(tài)度（K）是指一定時間范圍內(nèi)某研究區(qū)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況。

K=（Ub-Ua）/Ua×1/T×100%（1）

式中，Ub、Ua分別為研究初期及末期某一種土地類型的數(shù)量；T為研究時段長，當(dāng)T的時段設(shè)定為年時，K值就是該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。

2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

1.2.3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的確定。Costanza等[1]將全球生態(tài)系統(tǒng)劃分為16大類 26小類，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為17種功能，并以此為基礎(chǔ)對全球生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值進(jìn)行估算。由于缺乏對沙漠、凍原、冰雪、巖石等生態(tài)系統(tǒng)的價值以及城市生態(tài)系統(tǒng)的休閑和文化價值的研究信息，Costanza 方法未對這幾類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值進(jìn)行估價。另外，在Costanza等[1]的研究中對耕地的估計過低，對濕地的估算偏高。由于以上原因，謝高地等[8] 根據(jù)實際情況，參考Costanza等[1]的研究成果，制訂了我國生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表[8]。

單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價值計算公式見下：

Ccrop=1/7Ta·Tb（2）

式中，Ccrop為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價值，元/hm2；Ta為渭河關(guān)中段平均糧食單產(chǎn)，kg/hm2；Tb為渭河關(guān)中段平均糧食單價，元/kg。根據(jù)陜西省統(tǒng)計年鑒，陜西省平均糧食單產(chǎn)為4 182.14 kg/hm2（將5個時間段的平均糧食單產(chǎn)取平均值），糧食平均價格為1.74元/kg，采用式（2）可得到計算結(jié)果為1 038.32元/（hm2·a）?？紤]到渭河關(guān)中段的實情，筆者采用修正后的生態(tài)服務(wù)價值（建設(shè)用地的取值為0）（表1）。

1.2.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式見下：

ESV=（Ak×VCk）（3）

式中，ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，元；VCk為單位面積土地利用類型k的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，元/hm2；Ak為研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型k的分布面積，hm2。

1.2.4敏感性分析。生態(tài)系統(tǒng)價值敏感性指數(shù)（Coefficient of Sensitivity，CS）是為了驗證生態(tài)系統(tǒng)類型對于土地利用類型的代表性以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的準(zhǔn)確性而引入的[9]。該指數(shù)是指VCk變動1%引起ESV的變化情況，如果CS>1.0，說明ESV相對于VCk富有彈性；如果CS<1.0，則說明ESV缺乏彈性，比值越大，表明VCk的準(zhǔn)確性越關(guān)鍵。筆者通過將各種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)分別上下調(diào)整50%計算CS，來說明ESV對VCk的敏感程度[10-11]。敏感性指數(shù)計算公式見下：

CS=（ESVj-ESVi）/ESVi（VCkj-VCki）/VCki（4）

式中，ESVi和ESVj分別代表調(diào)整前后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，VCki和VCkj為研究區(qū)第k種土地利用類型調(diào)整前后的價值系數(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1土地利用變化由《國家?？萍贾卮髮ｍ棥拔己铀廴痉乐箤ｍ椉夹g(shù)研究和示范”》得到的渭河關(guān)中段土地利用類型面積，根據(jù)公式（1），可以得到土地利用動態(tài)度（表2）。

2.2單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化運用中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位生態(tài)服務(wù)價值表[8]和渭河關(guān)中段的土地詳細(xì)資料數(shù)據(jù)，計算了渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化情況。在估算過程中，考慮到不同區(qū)域的林地質(zhì)量存在差異，故林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值取森林的1/2；未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值按荒漠的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算[12]；由于建設(shè)用地的復(fù)雜性及數(shù)據(jù)難以獲得，因此該研究不予以計算；水域單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值取水體和濕地單位生態(tài)價值的平均值[13]。由此，采用單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式（3），可以得到各種土地類型的生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值以及各個時期的總價值（表4、5）。表41980～2007年渭河關(guān)中段不同陸地單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由表4可知，1980～2007年研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)各單項服務(wù)價值的結(jié)構(gòu)順序未發(fā)生變化，按貢獻(xiàn)順序排序為土壤形成和營養(yǎng)循環(huán)>廢物處理>水源涵養(yǎng)>氣候調(diào)節(jié)>生物多樣性保護(hù)>氣候調(diào)節(jié)>食物生產(chǎn)>原材料>娛樂文化。原材料和食物生產(chǎn)貢獻(xiàn)率均較小，分別不大于5.00%和7.00%，說明渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)性功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)性功能，且生產(chǎn)性功能有弱化的趨勢。

將各種土地利用類型的單項加起來，得到各個時期各種類型土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量（表5）。由表5可知，林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值持續(xù)增長，增長幅度大，從86.570億元/a增加到91.410億元/a，增加了4.840億元/a；草地總體有所增加，在27年內(nèi)增加了0.250億元/a；水域呈減小趨勢，單位生態(tài)服務(wù)價值最高，但由于面積的持續(xù)減少，導(dǎo)致其生態(tài)價值在不斷縮水，27年內(nèi)減少了9.740億元/a；耕地也呈下降趨勢，27年內(nèi)減少了3.730億元；未利用地也不斷減少，貢獻(xiàn)量不大，27年內(nèi)減少了0.007億元/a；各類型生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值為耕地>林地>草地>水域>未利用地。

2.3各類型用地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)貢獻(xiàn)價值將各土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算出來，用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值除以其面積，可得到其單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值單位貢獻(xiàn)價值表現(xiàn)為水域[56 422.31元/（hm2·a）]>林地[11 343.64元/（hm2·a）]>草地[7 517.44元/（hm2·a）]>耕地[7 174.79元/（hm2·a）]>未利用地[436.09元/（hm2·a）]。

2.4各時期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值從圖2可以看出，生態(tài)系統(tǒng)總價值量呈減少趨勢，特別在1990～2000年減少幅度較大。

圖21980～2007年渭河關(guān)中段各類型土地總價值量的變化情況

Fig.2The change of total value of each type land in Guanzhong section of Weihe River during 1980-2007原因分析：在該時期內(nèi)水域面積保持不變，未利用地和耕地面積呈減少趨勢，而其他類型土地利用方式面積均在增加，由于耕地面積以及未利用地面積減少，尤其是耕地面積，從而使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值呈現(xiàn)減少趨勢。在1990～2000年總的生態(tài)價值量下降最快，林地、草地及水域均在減少，尤其是水域面積銳減，而城市建設(shè)用地、未利用地以及耕地面積卻在增加，說明前三者的貢獻(xiàn)度很大，尤其是水域；2000～2005年總價值量有所增加，除了耕地面積有所減少外，其他用地類型均呈增加趨勢，但增幅不大，可見耕地對渭河關(guān)中段的貢獻(xiàn)量很大；2005～2007年總價值量下降，水域、未利用地和耕地面積減少，而草地及林地面積呈增加趨勢。

2.5總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量與土地面積變化之間的關(guān)系27年間渭河關(guān)中段耕地、林地和草地面積之和占土地總面積近94.00%，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻(xiàn)率也近90.00%。其中，耕地45.76%～47.52%的面積提供著39.64%～39.50%的生態(tài)服務(wù)價值；占總面積22.74%～24.42%的草地貢獻(xiàn)了20.02%～20.72%的生態(tài)服務(wù)價值；林地貢獻(xiàn)率較大，以22.97%～24.15%的面積提供著30.30%～32.96%的生態(tài)服務(wù)價值；水域的面積雖然僅占1.00 %～1.53%，但生態(tài)價值貢獻(xiàn)率卻在10.00%；未利用地所占面積為0.20%～0.26%，價值貢獻(xiàn)率為0.01%左右?？梢姡诟鞣N生態(tài)系統(tǒng)類型中，林地和水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的提高具有顯著的貢獻(xiàn)。由此可見，土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的原因，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化又可反過來影響地理環(huán)境，進(jìn)而影響土地利用，造成土地利用新結(jié)構(gòu)的形成。水域的面積變化最大，其他土地類型的面積變化較緩，從1990年開始水域面積不斷減少，生態(tài)系統(tǒng)總價值量劇減，這說明水域的減少是渭河流域關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量不斷減少的主要原因。

2.6敏感性分析利用式（4），將林地、草地、耕地、水域和未利用地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)分別上下調(diào)整50%[14]，應(yīng)用調(diào)整后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)對研究區(qū)1980、1990、2000、2005和2007年的總服務(wù)價值進(jìn)行估算，最終得到研究區(qū)域不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)（表6）。由表6可知，未利用地的生態(tài)服務(wù)價值敏感指數(shù)最小，為0，而耕地最大，為0.38～0.41。可見，流域內(nèi)各土地類型的生態(tài)服務(wù)價值敏感度遠(yuǎn)小于1.00，且年代際間變化較小，即相對穩(wěn)定且不具有彈性，研究結(jié)果可信[14]。

3結(jié)論與討論

（1）研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)各單項服務(wù)價值按貢獻(xiàn)表現(xiàn)為土壤形成和營養(yǎng)循環(huán)>廢物處理>水源涵養(yǎng)>生物多樣性保護(hù)>氣候調(diào)節(jié)>氣體調(diào)節(jié)>食物生產(chǎn)>原材料>娛樂文化。原材料和食物生產(chǎn)貢獻(xiàn)率均較小，分別不大于5.00%和7.00%，說明渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)性功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)性功能，且生產(chǎn)性功能有弱化的趨勢。

（2）渭河關(guān)中段單位面積生態(tài)服務(wù)貢獻(xiàn)價值表現(xiàn)為水域>林地>草地>耕地>未利用地，可以看出水域的貢獻(xiàn)價值最高，而水域的面積在這27年內(nèi)減少速度最快，即使林地有所增加，渭河關(guān)中段土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈減少趨勢，足以證明水域的重要性。

（3）土地利用結(jié)構(gòu)變化過程中，渭河關(guān)中段總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少了8.4億元。各類型土地利用類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)量表現(xiàn)為耕地>林地>草地>水域>未利用地。

（4）該研究對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了敏感性估計，敏感性指數(shù)均小于1.00，這說明筆者選取的價值系數(shù)比較合理，與王飛[15]得出的結(jié)論基本一致。

（5）該研究選取了渭河關(guān)中段不同類型用地的面積，采用當(dāng)量因子法，對渭河關(guān)中段的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值做出評價，并分析了面積變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，但是對建設(shè)用地的研究比較簡單，有待于今后進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] COSTANZA R，DARGE R，DE GROOT R，et al.The value of the world's ecosystem services and natural capital[J].Nature，1997，387：253.

[2] TURNER B L II，SKOLE D，F(xiàn)ISCHERETAL G.Landuse and landcover change：science/research plan[R].Stockholm and Geneva：IG BP Report No.35 and HDO Report No.7，1995.

[3] CHEN Z，ZHANG X.Value of ecosystem services in China [J].Chinese science bulletin，2000，45（10）：870-876.

[4] 高清竹，何立環(huán)，黃曉霞，等.海河上游農(nóng)牧交錯地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化[J].自然資源學(xué)報，2002，17（6）：706-711.

[5] 王新華，張志強(qiáng).黑河流域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[J].生態(tài)環(huán)境，2004，13（4）：608-611.

[6] 劉燕，李小龍，胡安焱.河川徑流對降水變化的響應(yīng)研究：以渭河為例[J].干旱區(qū)地理，2007，30（1）：49-52.

[7] 趙紅巖，王有恒，王興，等.1961-2008年中國西北東部旱澇異常分布及干旱變化特征[J].干旱區(qū)地理，2012，35（4）：552-557.

[8] 謝高地，魯春霞，冷允法，等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估[J].自然資源學(xué)報，2003，18（2）：189-195.

[9] KREUTER U P，HARRIS H G，MATLOCK M D，et al.Change in ecosystem service values in the San Antonio area，Texas [J].Ecological economics，2001，39：333-346.

[10] 王宗明，張樹清，張柏.土地利用變化對三江平原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[J].中國環(huán)境科學(xué)，2004，24（1）：125-128.

[11] 周德成，羅格平，許文強(qiáng)，等.1960-2008 年阿克蘇河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21（2）：399-408.

[12] 楊鑫榮，伍格致，關(guān)欣，等.以林地為主的土地利用類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響研究：以長沙市岳麓區(qū)蓮花鎮(zhèn)為例[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2015，35（3）：107-111.

[13] 蘇海霞，馬禮，郭萬翠.壩上沽源縣土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26（4）：196-200.

[14] 楊鑫榮，伍格致，關(guān)欣，等.以林地為主的土地利用類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響研究：以長沙市岳麓區(qū)蓮花鎮(zhèn)為例[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2015（3）：107-111.

[15] 王飛.基于土地利用變化的渭河流域產(chǎn)流及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2013.