倉(cāng)山區(qū)土地利用變化對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響

楊赟+劉慧靈+林蕙靈+伍世代

摘要：采用福州市倉(cāng)山區(qū)2000年、2010年土地利用數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS方法提取了10年間的倉(cāng)山區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)。采用中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值測(cè)算方法對(duì)倉(cāng)山區(qū)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理，測(cè)算了倉(cāng)山區(qū)土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化。結(jié)果表明：2000～2010年，倉(cāng)山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈明顯的下降趨勢(shì)，這與土地利用變化密切相關(guān)。提出了控制建設(shè)用地的擴(kuò)張，保護(hù)水域、林地、耕地和園地等生態(tài)價(jià)值系數(shù)高的土地利用類(lèi)型的建議，以提升倉(cāng)山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

關(guān)鍵詞：地理學(xué)；生態(tài)服務(wù)價(jià)值；土地利用變化；敏感性分析；倉(cāng)山區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：K903

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）14-0220-04

1 引言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指生態(tài)系統(tǒng)形成和所維持的人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用[1]，對(duì)人類(lèi)健康與生存以及區(qū)域和全球生態(tài)安全至關(guān)重要。土地利用變化是影響全球生態(tài)系統(tǒng)的決定性因素之一[2]，利用土地利用變化情況下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ecosystem service values，ESV）評(píng)估結(jié)果，合理制訂生態(tài)補(bǔ)償方案[3，4]以及環(huán)境保護(hù)政策[5，6]，可為區(qū)域生態(tài)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)[7，8]。 Costanza等[9]最先對(duì)全球ESV進(jìn)行了估算，其方法己成為后來(lái)ESV研究的基礎(chǔ)。歐陽(yáng)志云等[10，11]、傅伯杰等[12]對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的概念進(jìn)行了較詳細(xì)的論述，謝高地等[13，14]多次對(duì)Costanza等的研究方法進(jìn)行改進(jìn)，得出了適合我國(guó)國(guó)情的ESV當(dāng)量系數(shù)。其他學(xué)者對(duì)不同時(shí)間、空間尺度上的土地利用轉(zhuǎn)變引起的ESV變化進(jìn)行了探討[15，16]，結(jié)果表明，以土地利用變化為測(cè)度指標(biāo)來(lái)評(píng)估ESV是可行和可靠的。

本研究以倉(cāng)山區(qū)為例，基于倉(cāng)山區(qū)多年土地利用數(shù)據(jù)，在RS和GIS技術(shù)支持下，采用中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值測(cè)算方法對(duì)倉(cāng)山區(qū)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，測(cè)算了倉(cāng)山區(qū)土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化，研究結(jié)果對(duì)倉(cāng)山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)的政策制定、協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系具有重要意義。

2 研究區(qū)概況

倉(cāng)山區(qū)位于福建省會(huì)福州市城區(qū)南部，閩江下游南岸，東經(jīng)119°32′，北緯26°05′。轄閩江入?？谔幷麄€(gè)南臺(tái)島，分別與鼓樓、臺(tái)江、晉安、馬尾和閩侯、長(zhǎng)樂(lè)隔江相望。面積142 km²，下轄5鎮(zhèn)8街、64個(gè)社區(qū)和102個(gè)行政村，2015年戶(hù)籍人口520214人。倉(cāng)山區(qū)是歷史悠久的文教區(qū)，區(qū)內(nèi)名勝古跡眾多，旅游資源豐富，閩江、烏龍江四周環(huán)繞，水路運(yùn)輸十分便利。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所采用的倉(cāng)山區(qū)土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是以2000年和2010年倉(cāng)山區(qū)Landsat TM遙感影像為基礎(chǔ)，提取了兩個(gè)時(shí)期的土地利用覆被信息，并結(jié)合2009年國(guó)土資源部提出的土地利用分類(lèi)體系及遙感影像特點(diǎn)，將土地利用類(lèi)型分為耕地、林地、園地、水域、建設(shè)用地、未利用地等6種類(lèi)型。

3.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

根據(jù)倉(cāng)山區(qū)實(shí)際情況，引用胡喜生等[17]人計(jì)算出的福州市生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值（表1）[6]，運(yùn)用Costanza[7]等的計(jì)算公式計(jì)算倉(cāng)山區(qū)各土地利用類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，其公式為：

式中：ESV 為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（元）；Ak為土地利用類(lèi)型k的面積（hm²）；VCk為土地利用類(lèi)型k的生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值系數(shù)[元/（hm²·年）]；ESVf為生態(tài)系統(tǒng)第f項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值，VCfk為土地利用類(lèi)型 k 的第 f 項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)[元/（hm²·年）][8，9]。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)敏感度分析

為驗(yàn)證研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型對(duì)土地利用變化的代表性及生態(tài)價(jià)值系數(shù)的準(zhǔn)確性，利用敏感性指數(shù)（CS）來(lái)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(lài)程度[10，11]，其計(jì)算公式：

式中，ESV，VC分別為生態(tài)服務(wù)價(jià)值和價(jià)值系數(shù)；i和j 分別代表最初的和調(diào)整后的價(jià)值；k 為某種土地利用類(lèi)型。CS的含義是指VC變動(dòng)1%引起ESV的變化情況，如果CS >1，說(shuō)明ESV對(duì)VC是富有彈性的，其結(jié)果準(zhǔn)確度差，可信度低；如果CS<1，則說(shuō)明ESV對(duì)VC是缺乏彈性的，結(jié)果可信。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用變化分析

基于2000年和2010年倉(cāng)山區(qū)Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)，在RS和GIS技術(shù)支持下，提取了兩個(gè)時(shí)期的土地利用覆被信息，運(yùn)用轉(zhuǎn)移矩陣法計(jì)算2000～2010年倉(cāng)山區(qū)土地利用變化情況，結(jié)果如表2所示。由表2可知，倉(cāng)山區(qū)各類(lèi)農(nóng)用地、其他用地10年內(nèi)呈減少趨勢(shì)，其中以水田、園地、未利用地10年內(nèi)減少趨勢(shì)最為明顯，園地減少幅度最大，比重高達(dá)78.33%；只有建設(shè)用地面積呈增加的趨勢(shì)，其中以城鄉(xiāng)建設(shè)用地幅度最大比重高達(dá)140.58%，其次是交通水利用地，交通用地增加了261.96 hm²，變化幅度為58.82%，其中占用最多的土地類(lèi)型是耕地和園地。

4.2 土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

4.2.1 對(duì)單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值影響

由公式（2）可計(jì)算出2000年和2010年生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值。由表3可知，2000～2010年間，倉(cāng)山區(qū)土地利用變化對(duì)各生態(tài)服務(wù)功能的影響程度各不相同。倉(cāng)山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的主要服務(wù)功能是水源涵養(yǎng)和廢物處理，兩者價(jià)值之和超過(guò)全區(qū)總價(jià)值的一半；對(duì)二者價(jià)值貢獻(xiàn)最大的土地利用類(lèi)型均是水域。食物生產(chǎn)功能價(jià)值最低，只在1%左右。

綜合來(lái)看從2000～2010年，九項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值都有所下降，除了廢物處理、生物多樣性保護(hù)和娛樂(lè)文化功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值占全區(qū)總生態(tài)服務(wù)價(jià)值中的比重有所上升，其余功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值占比都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中，廢物處理對(duì)倉(cāng)山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率最大，2000年達(dá)29.70%，2010年升至38.95%，這是因?yàn)樵诟魃鷳B(tài)系統(tǒng)中，水域的廢物處理功能有非常高的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，水源涵養(yǎng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值也很高，且對(duì)區(qū)域總生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率變化不大，2000年為 28.23%，2010年為23.47%，可能的原因是水源涵養(yǎng)和廢物處理生態(tài)功能系數(shù)較大的水域面積減少不多。而土壤形成與保護(hù)、生物多樣性保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等服務(wù)價(jià)值變化幅度不大。

4.2.2 對(duì)生態(tài)服務(wù)總價(jià)值影響

結(jié)合福州市土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值（表1）與2000年和2010年的倉(cāng)山區(qū)土地利用變化數(shù)據(jù)，通過(guò)式（1）計(jì)算得到福州市2000～2010年的土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。從總體上看，2000年到2010年，倉(cāng)山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，從36157.70萬(wàn)元下降到22342.18萬(wàn)元，降幅達(dá)38.21%；從各類(lèi)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值來(lái)看，相較于2000年，2010年各類(lèi)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值都呈現(xiàn)不同程度的下降，其中未利用地、園地、耕地、林地、水域分別較2000年降低了66.44%、78.38%、39.92%、19.41%和13.58%。而建設(shè)用地的生態(tài)價(jià)值始終是負(fù)值，其絕對(duì)值顯著增加，造成這種現(xiàn)象的原因是十年來(lái)倉(cāng)山區(qū)城市化進(jìn)程加快而造成的建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，耕地、園地、林地等農(nóng)用地被占用，未利用地也被開(kāi)發(fā)成建設(shè)用地。

從各土地利用類(lèi)型貢獻(xiàn)率來(lái)看，2000～2010年間，園地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率出現(xiàn)了明顯下降，由19.04%降至6.73 %。水域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值有所減少，但是占全區(qū)總生態(tài)服務(wù)價(jià)值的比重增大，故其對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率始終最大，約占總價(jià)值的60%～90%，對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率由65.53%增至91.56%，比例呈明顯增加的趨勢(shì)。林地的貢獻(xiàn)率有所上升， 2000年為13.97%，而2010年升至18.42%，而耕地和未利用地的服務(wù)價(jià)值的比例變化幅度不大，其中未利用地的貢獻(xiàn)最小，僅占總價(jià)值的0.4%左右。建設(shè)用地的貢獻(xiàn)率是負(fù)的，其面積的大幅增加對(duì)倉(cāng)山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值下降的貢獻(xiàn)率越來(lái)越高，從2000年的6.81%升至2010年的24.4%，建設(shè)用地的擴(kuò)張是導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低的直接原因（表4）。

4.2.3 生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感度分析

根據(jù)敏感度（CS）的計(jì)算公式（3），將倉(cāng)山區(qū)的6種土地利用類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)分別調(diào)整50%[18]，得到表5。由表5可知，敏感性指數(shù)CS都小于1，其中耕地的指數(shù)值最低（不包括建設(shè)用地），且10年指數(shù)沒(méi)有變化，說(shuō)明耕地的VC增加時(shí)，ESV不變，結(jié)果表明ESV對(duì)VC是缺乏彈性的，研究結(jié)果是可信的。同種土地利用類(lèi)型不同年份之間敏感性差異很小，指數(shù)值最高且變化幅度最大的土地利用類(lèi)型為水域，其敏感性指數(shù)2000年到2010年間由0.66變化到0.92，即當(dāng)水域的生態(tài)價(jià)值系數(shù)增加1%時(shí)，總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加0.66%～0.92%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他生態(tài)系統(tǒng)的敏感度值，這與水域的占地面積大、單位面積服務(wù)價(jià)值系數(shù)高有關(guān)。敏感度分析也從另一個(gè)角度反映了各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)服務(wù)總價(jià)值的影響程度。

5 結(jié)論與討論

5.1 福州市土地利用發(fā)生較大變化

分析了福州市倉(cāng)山區(qū)土地利用變化特征，研究結(jié)果表明，在2000～2010年的10年期間，福州市土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化：各類(lèi)農(nóng)用地、其他用地10年內(nèi)呈減少趨勢(shì)，其中園地減少幅度最大；建設(shè)用地面積呈增加的趨勢(shì)，其中以城鄉(xiāng)建設(shè)用地幅度最大，其次是交通水利用地，其中占用最多的地類(lèi)是耕地和園地。

5.2 福州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不斷減小

倉(cāng)山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)9類(lèi)單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，除了廢物處理、生物多樣性和娛樂(lè)文化功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值占全區(qū)總生態(tài)服務(wù)價(jià)值中的比重有所上升，其余功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值占比都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從生態(tài)服務(wù)總價(jià)值來(lái)看，2000～2010年，倉(cāng)山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，從36157.70萬(wàn)元下降到22342.18萬(wàn)元，降幅達(dá)38.21%；從各類(lèi)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值來(lái)看，相較于2000年，2010年各類(lèi)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值都呈現(xiàn)不同程度的下降，水域的面積有所減少，但因占全區(qū)總面積的比重增高，故其對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率始終最大，未利用地的貢獻(xiàn)最小。建設(shè)用地的貢獻(xiàn)率為負(fù)，其面積的大幅增加對(duì)倉(cāng)山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值下降的貢獻(xiàn)率越來(lái)越高，從2000年的6.81%升至2010年的24.4%，是導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低的直接原因。

通過(guò)對(duì)倉(cāng)山區(qū)各土地利用類(lèi)型生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感度計(jì)算可知，ESV對(duì)VC是缺乏彈性的，研究結(jié)果是可信的。其中水域的敏感度系數(shù)最大，2000～2010年敏感度值介于0.66～0.92之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他生態(tài)系統(tǒng)的敏感度值。

5.3 對(duì)策建議

2000～2010年倉(cāng)山區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，這主要?dú)w因于建設(shè)用地的擴(kuò)張，建設(shè)用地對(duì)區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)是負(fù)向的，將生態(tài)價(jià)值系數(shù)高的耕地、林地、水域及園地占用轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，無(wú)疑是加快了區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的下降，這無(wú)異于涸澤而漁。

因此需合理地實(shí)施退耕，有效控制城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴(kuò)展，多保護(hù)水域、耕地、林地等生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)高的土地利用類(lèi)型。另外，加強(qiáng)濕地保護(hù)也是保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)和提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的有效途徑，也是該區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要任務(wù)。

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[18]李 濤， 甘德欣， 楊知建，等. 土地利用變化影響下洞庭湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空演變[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2016， 27（12）：3787～3796.