區(qū)域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響研究

張永振 呂光輝

摘 要：本文利用寧遠(yuǎn)縣2000年、2005年、2010年的土地利用數(shù)據(jù)，通過測算信息熵、均衡度和優(yōu)勢度3個指標(biāo)，結(jié)合動態(tài)度模型和土地利用程度綜合指數(shù)及變化模型對寧遠(yuǎn)縣土地利用變化進(jìn)行了分析，采用生態(tài)價值服務(wù)模型，定量計算了寧遠(yuǎn)縣生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值并對生態(tài)服務(wù)價值的敏感性進(jìn)行分析，結(jié)果表明：研究期間建設(shè)用地、草地和林地面積增大，耕地、濕地和其它用地面積減小。土地利用逐步合理化，土地利用結(jié)構(gòu)越來越穩(wěn)定。生態(tài)服務(wù)總價值略有提升，由2000年的215614.45萬元變?yōu)?010年的216068.18萬元，巨大的林地面積及對其有效保護(hù)成為了主要原因。各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值的敏感性指數(shù)均小于1，由大到小的順序為：林地、濕地、耕地、草地、其它用地，生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)的變化對生態(tài)服務(wù)總價值影響不大，研究結(jié)果是可信的。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；土地結(jié)構(gòu)；生態(tài)服務(wù)價值

中圖分類號：U412.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732001

土地利用/覆被變化，是由一組相互依存、交互作用強烈的要素通過物質(zhì)和信息的傳遞、能量的交換，形成的復(fù)雜的時空系統(tǒng)，反應(yīng)了土地生態(tài)作用的結(jié)果。土地利用是人類與生態(tài)環(huán)境之間聯(lián)系的重要一環(huán)，人類往往是通過改變土地結(jié)構(gòu)，對生態(tài)系統(tǒng)的功能和布局產(chǎn)生影響[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)所形成和維持的可供人類生存和發(fā)展的收益和條件，這其中不但包括了人類所需要的生活食物和生產(chǎn)資料，同時也支撐著地球生態(tài)系統(tǒng)的正常運行，為人類的生產(chǎn)生活提供了必要的自然環(huán)境[4，13]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程的逐步加快，大量的環(huán)境問題日益顯現(xiàn)出來，國內(nèi)的學(xué)者們開始通過研究土地利用的變化，來探索生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的變化，但大多集中于對生態(tài)效益的定性評價，而對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行定量分析的卻比較少見[3，7]。

寧遠(yuǎn)縣是湖南省承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移試點縣，生態(tài)文明示范工程試點縣，它的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)都處在一個重要的轉(zhuǎn)型期，大量的問題亟待解決。本文基于寧遠(yuǎn)縣土地利用變化數(shù)據(jù)，通過計算寧遠(yuǎn)縣不同時期生態(tài)服務(wù)價值量的大小，探求該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化情況，以期能更好的為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善提供科學(xué)有效的對策和建議。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

寧遠(yuǎn)縣位于湖南省西南部，永州市南6縣的中心位置，東與新田縣、嘉禾縣、藍(lán)山縣相連，南與江華瑤族自治縣接壤，西連道縣、雙牌縣，北鄰祁陽縣。地處E11042'～11227'，N2511'～2608'之間，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，土壤以紅壤、山地黃壤為主。地貌類型復(fù)雜，區(qū)域四面環(huán)山，水系眾多?，F(xiàn)轄4個街道辦，12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，4個民族鄉(xiāng)以及4個國有林場，2010年總?cè)丝跒?3.94萬，地方生產(chǎn)總值為63.55億。

1.2 數(shù)據(jù)來源

基于數(shù)據(jù)的可獲取性和遙感數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，本文采用了寧遠(yuǎn)縣2000年、2005年、2010年的Landsat TM遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)過幾何校正，監(jiān)督分類、目視解譯等步驟，參照《生態(tài)十年環(huán)境感監(jiān)測土地覆蓋分類系統(tǒng)》（2013版），并考慮研究區(qū)土地資源實際情況，將研究區(qū)土地利用覆被分為草地、林地、耕地、濕地、其它用地（主要為裸巖和裸土）和建設(shè)用地，如圖1。采用的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于湖南省統(tǒng)計年鑒》和《寧遠(yuǎn)縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用結(jié)構(gòu)指數(shù)

選取信息熵、均衡度和優(yōu)勢度這3個指標(biāo)進(jìn)行測算[14]，分析寧遠(yuǎn)縣土地利用結(jié)構(gòu)變化。運用信息熵來測度土地結(jié)構(gòu)中的無序性以及不確定性，計算公式如下：

引入均衡度是來判別區(qū)域用地的均質(zhì)性，它是實際熵值與極大熵值之比，均衡度公式如下。

優(yōu)勢度表示研究區(qū)內(nèi)某種用地類型支配該區(qū)域用地結(jié)構(gòu)的程度，其計算公式如下。

1.3.2 土地利用動態(tài)度

運用土地利用動態(tài)度來研究寧遠(yuǎn)縣2000-2010年土地利用的動態(tài)變化情況[6，12]，其計算公式如下。

式中：D-單一土地類型利用的動態(tài)度；S1、S2-研究初期和末期土地利用類型的面積；T-時間段。

1.3.3 土地利用程度綜合指數(shù)及變化模型

土地利用程度指數(shù)[7]：

式中：Ai-分級指數(shù)；Ci-第i類土地占總土地的面積百分比；n-分級數(shù)土地利用程度變化模型[12]。

式中：△F-土地利用程度綜合指數(shù)的變化量；R-土地利用程度變化率；K1、K2-初期和末期的土地利用程度綜合指數(shù)；Ai，Ci同上。

1.3.4 生態(tài)價值服務(wù)評估

本文以謝高地等[9]的中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值表為基礎(chǔ)（表1），對研究區(qū)內(nèi)的ESV進(jìn)行計算評估[1，5，10]，公示如下。

式中：ESV-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價；Ak-研究區(qū)第k種土地利用類型的面積；VCk-第k類土地利用類型單位面積服務(wù)價值系數(shù)（元/hm2·年）。建設(shè)用地為硬化地面，生態(tài)服務(wù)價值較低甚至為負(fù)數(shù)，本研究不予以考慮。

1.3.5 敏感性分析

將單位面積的生態(tài)價值系數(shù)上下調(diào)整50%，來計算分析各土地類型的敏感性[11，8]，計算公式如下。

式中：Z-敏感指數(shù)；ESV1和ESV2-某種地類調(diào)整前后生態(tài)服務(wù)總價值；VCk1和VCk2-調(diào)整前后K種地類生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 土地利用變化分析

2.1.1 土地利用數(shù)量變化

在寧遠(yuǎn)縣的各類土地利用中，林地占比例最大，濕地最小（表2）。由表3可知，2000—2005年耕地、林地和濕地面積均有所減少，其中濕地面積減少的幅度最大，年均減少量為1.250%，這源于對土地的開發(fā)利用不斷加大，加之缺乏生態(tài)保護(hù)的理念，特別是對濕地的保護(hù)，顯得十分匱乏。而草地，建設(shè)用地和其它用地面積有所增長，其中以建設(shè)用地面積的增長尤為顯著，年均增長達(dá)到5.455%。2005—2010年，除耕地和其它用地面積減少，濕地的面積保持不變外，其余3種用地類型面積均增加了，其它用地年均減少幅度達(dá)到1.936%，建設(shè)用地的年均增長度更是達(dá)到了6.667%，林地面積也有了明顯的增長。這主要是由于城市化的加劇，城市建設(shè)的不斷擴(kuò)大，當(dāng)?shù)卣腿嗣褚查_始注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)了，他們加大了對其它用地的開發(fā)利用，濕地面積的減少也得到了逐步的遏制，并且實施了退耕還林等生態(tài)保護(hù)措施。

2.1.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化

根據(jù)信息熵、均衡度和優(yōu)勢度的公式，計算得到了寧遠(yuǎn)縣2000年、2005年和2010年土地利用結(jié)構(gòu)指數(shù)，如表4所示。寧遠(yuǎn)縣2000—2010年，信息熵、均衡度不斷增大，優(yōu)勢度不斷減小，土地利用結(jié)構(gòu)趨于多樣化使用，無序性增高，結(jié)構(gòu)也越來越穩(wěn)定。2005—2010年整體變化要小于2000—2005年，這說明土地利用偏向在逐漸減小，政府正逐步重視土地利用的均衡發(fā)展。

2.1.3 土地利用程度變化

2000—2010年，寧遠(yuǎn)縣土地利用程度整體呈增長趨勢，如表5所示，土地利用指數(shù)由239.5538上升到239.8377，土地利用程度的變化率均大于0，并且，2000—2005年的變化率為0.001016，大于2005—2010年的0.000127，這主要是因為人口和經(jīng)濟(jì)的不斷增長，政府對土地整合和利用逐步合理化，土地利用程度日益擴(kuò)大，土地利用處于繁榮時期。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)總價值變化分析

運用生態(tài)服務(wù)價值模型計算寧遠(yuǎn)縣2000年、20005年、2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的總額，計算過程中價值系數(shù)按照以下原則：林地對應(yīng)森林，濕地對應(yīng)濕地和水域的平均值，其它用地對應(yīng)荒漠，草地、耕地不變。計算結(jié)果如表6所示，總體來看，林地，耕地的生態(tài)服務(wù)功能較強，草地和濕地的次之，其它用地較弱，這與寧遠(yuǎn)縣以山地和丘陵地貌為主的特征相吻合。寧遠(yuǎn)縣2000年生態(tài)服務(wù)總價值為215614.45萬元，2005年為214825.70萬元，2010年為216068.18萬元，呈先減少后增大的趨勢，2000年至2010年總價值增加了453.72萬元。

2000—2010年草地的生態(tài)服務(wù)價值呈上升趨勢，耕地的生態(tài)服務(wù)價值始終呈下降趨勢，共減少1419.16萬元，林地的生態(tài)服務(wù)價值有先減后增的趨勢，最終增加了1894.31萬元，濕地的生態(tài)服務(wù)價值呈現(xiàn)先減少后逐漸趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，其它用地的生態(tài)服務(wù)價值有先增大后減少的趨勢?？傮w而言，寧遠(yuǎn)縣生態(tài)服務(wù)價值有上升的趨勢，其主要原因是林地和草地的生態(tài)服務(wù)價值的增大。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性分析

從整體來看，寧遠(yuǎn)縣土地類型生態(tài)服務(wù)總價值的敏感指數(shù)都小于1（表7），研究區(qū)內(nèi)的ESV對VC缺乏彈性，證明生態(tài)服務(wù)系數(shù)的變化對生態(tài)服務(wù)價值的總量影響不大，評估的結(jié)果的可信的。從敏感性指數(shù)的排序來看，由大到小，依次為：林地、濕地、耕地、草地、其它用地。林地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)度最高，這與它巨大的服務(wù)價值和面積是有關(guān)的，濕地雖然面積不大，但其服務(wù)功能的強大，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也產(chǎn)生了較高的價值，其它用地最低，它對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)度最低。

2000—2010年間，林地、草地的生態(tài)敏感性指數(shù)逐漸增大，說明林地和草地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)度是逐漸增高的；耕地的生態(tài)敏感性指數(shù)逐漸減小，說明耕地對生態(tài)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)度是逐漸降低的；濕地的生態(tài)敏感性先減小后增大，說明濕地對生態(tài)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)度先降低后增高，其它用地則與之相反。

3 結(jié)論

研究期間寧遠(yuǎn)縣建設(shè)用地、草地和林地面積總體擴(kuò)大，耕地、濕地和其它用地面積減小。土地利用結(jié)構(gòu)趨于多樣化，結(jié)構(gòu)越來越穩(wěn)定，土地利用逐步合理化，處于繁榮時期。生態(tài)保護(hù)的理念在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中已有體現(xiàn)，但還需要加強對濕地的保護(hù)及對其它用地的開發(fā)利用。

2000—2010年，寧遠(yuǎn)縣生態(tài)服務(wù)總價值呈增大的趨勢，其中，林地和草地的增長最為明顯，林地面積占總面積的55%以上，它對寧遠(yuǎn)縣的生態(tài)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)度最高，政府對林地的保護(hù)力度加大，成為生態(tài)服務(wù)總價值增大的主要原因。

各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值的敏感性指數(shù)均小于1，證明生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)缺乏彈性，評估的結(jié)果是可信的。敏感性指數(shù)由大至小的順序為：林地、濕地、耕地、草地、其它用地。雖然敏感性指數(shù)均小于1，但是生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)的賦值可能會隨著時間的變化而變化，所以在以后的研究中，還需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，修正價值系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]Costanza R， Wilson M， Troy A， et al.The Value of New Jerseys Ecosystem Services and Natural Capital[J].Nature， 2006， 387（1）：3-15.

[2]Santos J E D， Nogueira F， Pires J S R， et al.The value of the ecological station of Jatais ecosystem services and natural capital[J].Brazilian journal of biology = Revista brasleira de biologia， 2001， 61（2）：171.

[3]李毅，胡文敏，易敏，等.基于土地利用變化的湖南省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析[J].林業(yè)經(jīng)濟(jì)，2017，39（07）：91-94+102.

[4]趙小汎.土地利用生態(tài)服務(wù)價值指標(biāo)體系評估結(jié)果比較研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2016，25（01）：98-105.

[5]劉永強，廖柳文，龍花樓，等.土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值效應(yīng)分析——以湖南省為例[J].地理研究，2015，34（04）：691-700.

[6]曹銀貴，白中科，景明，等.土地利用變化對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值的影響研究[J].水土保持研究，2013，20（06）：256-261.

[7]嚴(yán)恩萍，林輝，洪奕豐，查東平.洪湖市土地利用動態(tài)及生態(tài)服務(wù)價值響應(yīng)研究[J].土壤通報，2013，44（05）：1053-1059.

[8]黃靜，崔勝輝，李方一，等.廈門市土地利用變化下的生態(tài)敏感性[J].生態(tài)學(xué)報，2011，31（24）：7441-7449.

[9]謝高地，甄霖，魯春霞，等.一個基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法[J].自然資源學(xué)報，2008（05）：911-919.

[10]寧龍梅，王學(xué)雷.基于RS和GIS的武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化研究[J].生態(tài)環(huán)境，2006（03）：637-640.

[11]吳后建，王學(xué)雷，寧龍梅，等.土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響——以武漢市為例[J].長江流域資源與環(huán)境，2006（02）：185-190.

[12]王思遠(yuǎn)，劉紀(jì)遠(yuǎn)，張增祥，等.中國土地利用時空特征分析[J].地理學(xué)報，2001（06）：631-639.

[13]李屹峰，羅躍初，劉綱，歐陽志云，鄭華.土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響——以密云水庫流域為例[J].生態(tài)學(xué)報，2013，33（03）：726-736.

[14]陳萬旭，李江風(fēng)，姜衛(wèi)，等.豫西山區(qū)土地利用變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響[J].水土保持研究，2018，25（01）：376-381.