烏蒙山區(qū)土地利用變化及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

唐孝甲，唐學(xué)君,2*，張偉東

(1.國家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，浙江 杭州 310019；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所/國家林業(yè)和草原局林木培育重點實驗室，北京100091)

土地是人類社會建設(shè)發(fā)展、物資提供的基礎(chǔ)，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要載體[1]。根據(jù)人類活動需求，土地利用功能和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，進(jìn)而在不同程度上改變了原有土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，最終導(dǎo)致土地資源承載能力和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值包括直接提供的物質(zhì)產(chǎn)品，如糧食、木材等原材料，還涵蓋了不同土地利用類型提供的氣體、氣候調(diào)節(jié)，水源涵養(yǎng)和廢物處理等間接服務(wù)[2-3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值涉及生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)等多門學(xué)科，其科學(xué)、客觀估算是全球研究的熱點。1997年，Costanza等[4]提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算原理和方法；謝高地等[5]結(jié)合實際情況針對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)提出單位面積不同土地利用類型的服務(wù)價值。在上述研究基礎(chǔ)上，我國眾多學(xué)者基于不同區(qū)域類型和不同土地空間尺度進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究，研究范圍包含全球、省域、市域、縣域等；研究對象包含流域、森林、濕地、河谷等不同生態(tài)系統(tǒng)[6-10]。本研究以樂山市為研究區(qū)，以2010～2016年間土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)具體情況，對其生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量進(jìn)行修正，估算其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，分析土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要影響。

1 研究區(qū)概況

樂山市地處四川省中南部、四川盆地西南部、成都平原至川西南山地的過渡帶，屬于烏蒙山片區(qū)，是國家新一輪扶貧攻堅戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場之一，國務(wù)院批準(zhǔn)實施的《烏蒙山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅規(guī)劃(2011～2020年)》明確了烏蒙山片區(qū)的戰(zhàn)略定位是“扶貧、生態(tài)與人口統(tǒng)籌發(fā)展創(chuàng)新區(qū)”和“長江上游重要生態(tài)安全屏障”。研究區(qū)地理坐標(biāo)為102°55′～104°07′ E、28°25′～29°55′ N，南北長165 km，東西寬90～120 km，幅員面積12827 km2，占全省幅員面積的2.64%，在全省21個地市州中列第10位。市境地勢呈傾斜狀，西南高、東北低，地貌以山地為主，丘陵次之，平原較少；海拔高程320～4288 m。復(fù)雜多樣的地理環(huán)境和氣候條件，形成了豐富的土地利用類型。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于樂山市國土資源局歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)、第二次土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫，2011～2017年《樂山市統(tǒng)計年鑒》，2011～2017年《樂山市各區(qū)縣土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)集》，國家統(tǒng)計局以及中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/first.asp)。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化分析 土地利用動態(tài)度是指在一定時間段內(nèi)，某個區(qū)域的土地資源數(shù)量、種類及質(zhì)量的變化情況，計算公式如下:

(1)

2.2.2 生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)確定及修正

2.2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)確定 本研究將結(jié)合研究區(qū)的實際情況，對單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表進(jìn)行地理類型修正和經(jīng)濟(jì)修正，得出生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值當(dāng)量表和服務(wù)價值系數(shù)表。

2.2.2.2 地理類型分區(qū)修正 地理類型分區(qū)主要是采用積溫和干濕度2項指標(biāo)進(jìn)行分區(qū)的，地理類型分區(qū)價值修正主要采用積溫、干濕度2個關(guān)鍵因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行校正。

(1)積溫修正

積溫越大，則生態(tài)服務(wù)功能所具有的價值越大。生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)度與積溫量呈線性關(guān)系，用積溫進(jìn)行單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的校正，公式為：

(2)

(2)干濕度修正

干濕度越大，生態(tài)服務(wù)功能所具有的價值越低。生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)度與干濕度量呈線性關(guān)系，用干濕度進(jìn)行單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的校正，公式為：

(3)

2.2.2.3 經(jīng)濟(jì)發(fā)展度修正 考慮我國社會經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力發(fā)展水平具有國內(nèi)區(qū)域差異和城鄉(xiāng)差異[10]，依據(jù)聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)濟(jì)分區(qū)參數(shù)——恩格爾系統(tǒng)進(jìn)行修正，合理估算社會發(fā)展不同區(qū)域的生態(tài)服務(wù)功能價值。

2.2.2.4 恩格爾系數(shù)修正 恩格爾系數(shù)越大，生態(tài)服務(wù)功能價值越低。生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)度與恩格爾系數(shù)呈線性關(guān)系，用恩格爾系數(shù)進(jìn)行單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的校正，公式為：

(4)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表定義1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值為1[11-12]，其他生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子是指生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生該生態(tài)服務(wù)相對于農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)貢獻(xiàn)的大小，經(jīng)過相關(guān)修正，得到單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表(表1)。

2.2.2.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)計算 確定1個生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值量等于全國平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7，以此可將當(dāng)量因子表轉(zhuǎn)換成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表，公式為：

(5)

式中，VC為單位農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價值(元/hm2)；i為作物種類，p為i種糧食作物全國平均價(元/kg)；qi為i種糧食作物單產(chǎn)(kg/hm2)；mi為i種糧食作物面積(hm2)；M為糧食作物總面積(hm2)。

表1 修正后生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表

以樂山市2010～2016年主要糧食種類的平均產(chǎn)量為該區(qū)基準(zhǔn)單產(chǎn)，糧食單價按每年糧食的平均市場價格為基準(zhǔn)，并考慮沒有人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值的1/7，根據(jù)公式(5)得出農(nóng)田自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值約為1968.96元/hm2，即為本研究所采用的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值基準(zhǔn)單價，再將基準(zhǔn)單價與價值當(dāng)量表相乘得到表2。

表2 各土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值系數(shù) 元/(hm2·年)

2.2.3 生態(tài)服務(wù)價值計算 根據(jù)修正后的各土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)，采用Costanza等[4]提出的方法確定樂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值：

(6)

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量(元)；Ai為第i種土地利用類型的面積(hm2)；VCij為修正后第i種土地利用類型的第j種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對應(yīng)的價值系數(shù)[元/(hm2·年)]；i為土地利用類型，j為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的類型。

2.2.4 生態(tài)服務(wù)價值敏感性指數(shù) 采用敏感性指數(shù)CS來驗證樂山市土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)的準(zhǔn)確性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量對生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)的依賴程度。若CS>1，ESV對CS敏感而富有彈性；若CS<1，ESV對CS不敏感且缺乏彈性。CS越小則取值越接近研究區(qū)的實際情況，計算公式為[13]：

(7)

式中，ESVj、ESVi分別為調(diào)整后和調(diào)整前的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；VCj、VCi分別為調(diào)整后和調(diào)整前的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)；k為土地利用類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化特征分析

樂山市2010～2016年土地利用結(jié)構(gòu)以耕地和林地為主，分別達(dá)到19%和56%。2010～2016年之間土地利用數(shù)量變化如表3所示，將研究期分為2010～2012年、2012～2014年、2014～2016年3個時間段，各時段土地利用類型面積均發(fā)生了變化，其中土地利用面積變化率最大的是園地，其用地面積總增加量為6394 hm2，動態(tài)度為13.08%，2012～2014年，其動態(tài)度變化較大；其次是其他農(nóng)用地面積，總減少量4908 hm2，動態(tài)度為-0.44%；耕地、牧草地以及濕地以均衡且平穩(wěn)的速度減少，動態(tài)度低，基本保持穩(wěn)定；而林地增長面積最大，為9528 hm2，但由于林地基量大，因而其動態(tài)度并不明顯。園地、林地面積持續(xù)增加，變化率小幅度的先增后減；耕地、牧草地、其他農(nóng)用地以及濕地面積持續(xù)下降，其中牧草地的變化率先增后減。

表3 2010-2016年土地利用類型面積及變化

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估結(jié)果

2010～2016年間各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值(ESV)核算結(jié)果及變化情況如表4所示。樂山市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量平穩(wěn)增加，由2010年的377.88億元增加到2016年的383.35億元，增長幅度較小，變化率為1.45%。由變化率可知，樂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值逐年增長幅度平穩(wěn)。2010～2013年逐年增長率呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢，但2013～2016年的增長率下降了0.06%。林地、濕地和耕地是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要貢獻(xiàn)者，三者貢獻(xiàn)量超過90%。林地面積基數(shù)大，ESV的增加量也較大，為4.1億元，變化率為1.44%，與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量變化率持平；濕地面積占地面積比例最小，但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻(xiàn)率較高，接近10%，由于氣候變化的原因?qū)е聺竦孛娣e不斷減少，但變化率較低，因而ESV下降幅度小，變化率為-0.73%；耕地ESV隨面積的減少而下降了0.09億元，變化率為0.29%，達(dá)到最低；園地貢獻(xiàn)量較小，但隨著園地的開發(fā)和擴(kuò)展，ESV增長量僅次于林地，為1.83億元，但變化率為各土地利用類型之最，為12.42%；牧草地和其他農(nóng)用地ESV持續(xù)減少，變化率分別為0.50%和4.47%。耕地、林地、牧草地、濕地逐年變化率趨于穩(wěn)定，變化率幅度均不超過0.1%；園地逐年變化率較高，最高達(dá)到3.64%，且變化率幅度較高；其中牧草地2012～2013年ESV無變化，其他農(nóng)用地2010～2011、2014～2015年間ESV也無變化。

表4 2010～2016年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估

3.3 生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能分析

2010～2016年生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能價值的貢獻(xiàn)率排序為：水源涵養(yǎng)>土壤形成與保護(hù)>生物多樣性>氣體調(diào)節(jié)>氣候調(diào)節(jié)>廢物處理>原材料>娛樂文化>食物生產(chǎn)。由于單位面積內(nèi)，林地與園地的土壤形成與保護(hù)、生物多樣性以及水源涵養(yǎng)的價值系數(shù)較高，林地面積占比較大，因而水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)及生物多樣性生態(tài)服務(wù)功能占比較高，超過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的40%；氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)價值系數(shù)次于生物多樣性，且其他農(nóng)業(yè)用地的氣體、氣候調(diào)節(jié)生態(tài)服務(wù)功能為零，因而兩者生態(tài)服務(wù)功能占比適中，接近25%；耕地面積較少，因而食物生產(chǎn)生態(tài)服務(wù)功能較低，僅為1.7%。另外，生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)較高的林地、園地增長面積遠(yuǎn)大于耕地、牧草地、其他農(nóng)用地及濕地減少面積，因而各單項生態(tài)服務(wù)價值仍保持增長態(tài)勢，其中，食物生產(chǎn)、廢物處理生態(tài)服務(wù)功能增長率較低，其他生態(tài)服務(wù)功能增長率較均衡。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感度評價

敏感性指數(shù)是通過調(diào)整生態(tài)價值系數(shù)來顯示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的變化程度，進(jìn)而分析各土地利用類型變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響的重要程度。分別將樂山市各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)(VC)上下調(diào)整50%，根據(jù)公式(7)計算得到敏感性指數(shù)(CS)。2010～2016年，樂山市各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值敏感度均小于1，敏感度最高的為林地，達(dá)到0.75，因而林地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值具有較高的敏感性,應(yīng)切實加強(qiáng)林地資源保護(hù)和管理；敏感度最低的為其他農(nóng)用地，為0.002；總之，不同年份各土地利用類型ESV對VC缺乏彈性，因此VC取值及修正是科學(xué)合理的。

4 討論與結(jié)論

(1)從整體來看，樂山市土地利用的特點為林地比重大，反映了該區(qū)典型的山區(qū)土地利用類型。2010～2016年土地利用變化特點集中表現(xiàn)為林地、園地面積增加，耕地、牧草地、其他農(nóng)用地及濕地面積減少。該地區(qū)土地利用面積的變化主要來源于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速推進(jìn)、建設(shè)旅游生態(tài)文化城市的戰(zhàn)略定位、災(zāi)后恢復(fù)重建用地需求等，其土地需求量主要指向其他農(nóng)用地。牧草地和濕地的減少是由于氣候變化和牧草地退化導(dǎo)致的。

(2)2010～2016年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值總量整體呈增長趨勢，由2010年的377.88億元增加到2016年的383.35億元。樂山市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要是由林地、濕地和耕地支撐，平均每年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值超過總價值的90%，其中林地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)最大。生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)較高的林地、園地的增長面積遠(yuǎn)大于其他土地利用類型的減少面積，因而各單項生態(tài)服務(wù)價值仍保持增長態(tài)勢；各年份不同土地利用類型的生態(tài)敏感性系數(shù)均小于1，說明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)取值及修正符合實際情況。

(3)研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在2010～2016年處于持續(xù)增長狀態(tài)，土地利用變化生態(tài)效益明顯，形成了與土地利用結(jié)構(gòu)變化相對應(yīng)的格局，體現(xiàn)了土地利用變化在生態(tài)環(huán)境方面的響應(yīng)，符合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)發(fā)展和脫貧攻堅戰(zhàn)略目標(biāo)。今后，在繼續(xù)加強(qiáng)林地資源保護(hù)的同時，也要注重濕地資源的保護(hù)；加強(qiáng)集中成塊耕地的保護(hù)，盡可能開發(fā)零散耕地，提高耕地利用率；優(yōu)化園地、牧草地等土地利用類型，使各種土地利用更趨于多樣化。

(4)本研究采用的生態(tài)服務(wù)價值核算方法具有普適性，但在生態(tài)服務(wù)價值修正方法方面仍需不斷改進(jìn)。由于研究數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因而各土地利用類型面積的變化欠缺直觀性，在今后研究中應(yīng)借鑒類似研究引入遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提升可視化分析，同時盡可能增加研究時間的跨度，提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損益變化的科學(xué)性，以此來體現(xiàn)人類活動對區(qū)域土地利用類型變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響。