名山區(qū)土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

土地是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)必不可少的組成部分，而土地利用是人類最基本的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，在各種驅(qū)動(dòng)因素的影響下土地利用類型不斷發(fā)生變化，隨著城市化進(jìn)程的加快，人們對(duì)有限土地資源的利用和開(kāi)發(fā)越來(lái)越不合理，導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，進(jìn)而改變生態(tài)系統(tǒng)原有的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值定量研究對(duì)于增強(qiáng)生態(tài)環(huán)保意識(shí)，遏制生態(tài)環(huán)境破壞，制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，開(kāi)展生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算，實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償政策等具有重要意義。1997 年Costanza等在Nature上發(fā)表的關(guān)于全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的文章，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究開(kāi)始成為生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)[6]。隨后學(xué)者們針對(duì)不同層次、不同研究區(qū)域、不同生態(tài)系統(tǒng)類型，開(kāi)展了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算方法的探索與嘗試。我國(guó)學(xué)者謝高地等在Costanza理論基礎(chǔ)上針對(duì)中國(guó)的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行系數(shù)修正，得到了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表。目前我國(guó)的相關(guān)研究多是在謝高地的理論基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行深入分析與討論。

一、研究區(qū)概況

名山區(qū)地處四川省中西部，川西平原西南邊緣，面向成都，背靠雅安，地理坐標(biāo)介于103°02′—103°23′，北緯29°58′—30°16′之間，全區(qū)面積61818.14hm2。全區(qū)地貌以丘陵和平原為主，僅在區(qū)境邊緣有低山分布。該區(qū)氣候?qū)僦芯暥葍?nèi)陸亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季溫和，年平均氣溫為15.4℃，多年平均降水量1512.7mm。區(qū)內(nèi)氣候溫和，雨量充沛，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，對(duì)茶葉的生長(zhǎng)和發(fā)展極為有利。截止2016年底，全區(qū)總?cè)丝跒?80600人，GDP總值為665236萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)8.77%，人均生產(chǎn)總值23707元。名山區(qū)下轄9個(gè)建制鎮(zhèn)，11個(gè)鄉(xiāng)，研究區(qū)包括名山區(qū)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

二、數(shù)據(jù)與方法

(一)數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究選取了1997年、2007年、2017年3期遙感數(shù)據(jù)。由于時(shí)間跨度較長(zhǎng)，所以選取landsat5衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)和landsat8衛(wèi)星OLI數(shù)據(jù)作為論文遙感數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站。遙感影像在ENVI5.1軟件的支持下進(jìn)行預(yù)處理，再根據(jù)中國(guó)土地利用分類系統(tǒng)的實(shí)際情況和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算要求，結(jié)合名山區(qū)土地利用特點(diǎn)，將研究區(qū)土地利用類型歸納分類為耕地、園地、林地、水域和建設(shè)用地5種土地利用類型，通過(guò)監(jiān)督分類解譯得到該區(qū)1997年、2007年、2017年的土地利用類型分布情況。

(二)研究方法

1.土地利用變化分析

單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度表示研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為:

式中:Lc為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度指數(shù);Ua、Ub分別為研究初期和末期某土地利用類型的數(shù)量;T為研究時(shí)段(年)。

2.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

本文根據(jù)名山區(qū)的實(shí)際情況并結(jié)合謝高地等制定的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及以往學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究對(duì)研究區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行修訂，調(diào)整如下:全國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子為1.00，本研究取四川省的生物量因子1.35研究區(qū)的生物量因子，從而對(duì)相應(yīng)土地利用類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行修正；園地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)取森林和耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)總和的一半。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的評(píng)估公式為：

式中:ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值(元);n為土地利用類型的數(shù)量;Ai為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型n的分布面積(km2);VCi為第i類土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，即單位面積上土地利用類型i的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元·hm-2·a-1)。

3.敏感性分析

本文引入敏感性指數(shù)(CS)的目的是驗(yàn)證土地利用類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的準(zhǔn)確性及確定隨著時(shí)間的推移生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的依賴程度。以此檢驗(yàn)ESV計(jì)算結(jié)果的可靠性。計(jì)算公式如下:

式中:CS為敏感度;ESV為總生態(tài)服務(wù)價(jià)值量;VC為價(jià)值系數(shù);i和j分別代表最初的價(jià)值系數(shù)和調(diào)整后的價(jià)值系數(shù);k為土地利用類型。

三、結(jié)果分析

(一)研究區(qū)土地利用變化

從表1可以看出，研究區(qū)在近20年內(nèi)土地利用類型有不同程度的變化。1997年名山區(qū)土地覆被類型以園地和耕地為主，二者占研究區(qū)總面積的70%左右，1997—2007年研究區(qū)內(nèi)各類生態(tài)用地面積發(fā)生明顯變化，耕地和園地面積減少，林地面積大量增加，增加面積達(dá)10981.51hm2，主要原因?yàn)閲?guó)家退耕還林政策的推行和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，在此期間水域和建設(shè)用地呈小幅度增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是漲幅不大。2007-2017年間園地和建設(shè)用地有明顯的增長(zhǎng)，園地由20017年的22771.17hm2增長(zhǎng)到2017年的38120.40hm2，動(dòng)態(tài)度達(dá)6.74%，建設(shè)用地由2954.00hm2增加到4489.40hm2，動(dòng)態(tài)度達(dá)5.20%，而耕地、林地和水域面積均有不同程度減少，主要原因?yàn)槊絽^(qū)大力發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)，茶園面積快速增長(zhǎng)，同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，名山區(qū)順應(yīng)城鎮(zhèn)化發(fā)展潮流，城鎮(zhèn)建設(shè)和交通用地面積顯著增加。

表1 1997—2017年名山區(qū)土地利用類型變化及動(dòng)態(tài)度

(二)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

利用ESV計(jì)算公式計(jì)算名山區(qū)各種地類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值變化。1997、2007和2017年名山區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值分別為10.118、11.788和10.383億元，呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后減少的趨勢(shì)，十年間共增長(zhǎng)0.265億元，總體相對(duì)穩(wěn)定。從不同時(shí)期的土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化來(lái)看，1997-2007年間林地面積的增加彌補(bǔ)了耕地和園地減少的生態(tài)價(jià)值量的損失，總體價(jià)值增加了1.67億元；2007-2017年間耕地和林地面積較前一個(gè)研究時(shí)段面積減少，園地面積增加帶來(lái)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值不足以抵消耕地和林地價(jià)值的減少，較之前生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少1.405億元。

表2 1997-2017年名山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及變化量

(三)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性分析

研究結(jié)果表明三個(gè)時(shí)期內(nèi)各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值對(duì)VC的敏感性均小于1。所有研究地類中最為敏感的為園地，其值范圍為0.33-0.63，說(shuō)明當(dāng)園地的VC值增加1%時(shí)，ESV的變化增加0.33-0.63。其次為林地、耕地、水域，建設(shè)用地由于生態(tài)服務(wù)價(jià)值為零，所以敏感性系數(shù)也為零。所有數(shù)據(jù)顯示，改變研究區(qū)的CS系數(shù)對(duì)ESV影響不大，ESV對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的變化是缺乏彈性的，研究結(jié)果可信。

表3 1997-2017年名山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)

四、討論

(一)1997—2007年，名山區(qū)土地利用類型發(fā)生了不同程度的變化，主要表現(xiàn)在耕地、園地的減少，林地、建設(shè)用地和水域面積的增加。主要為當(dāng)?shù)氐耐烁€林政策及土地利用類型的調(diào)整，耕地和園地大量被退還為林地；隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)用地面積開(kāi)始增長(zhǎng)，但在研究時(shí)段增長(zhǎng)幅度不大。2007—2017年，園地面積大量增加，成為名山區(qū)的土地主要利用方式，耕地和林地面積減少明顯，水域面積有所增加，建設(shè)用地面積增幅明顯。主要原因?yàn)檎岢安枞~興區(qū)”，大力提倡種植茶葉，茶園面積呈快速增加趨勢(shì)導(dǎo)致耕作面積和林地面積減少；隨著城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展，交通用地和建設(shè)用地面積不斷增加。

(二)1997—2017年，名山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值總體相對(duì)穩(wěn)定，均維持在10億元以上，大面積的耕地被用來(lái)種植茶葉沒(méi)有使得該區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低。但是值得注意的是研究區(qū)內(nèi)林地的面積總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，作為生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高的地類，林地的面積如果繼續(xù)減少必將影響該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的整體水平；同時(shí)隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，建設(shè)用地面積不斷增加，在考慮經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也應(yīng)合理對(duì)城鎮(zhèn)的發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃，避免不必要的用地浪費(fèi)現(xiàn)象。

(三)從敏感性分析來(lái)看，園地和林地的ESV雖然對(duì)生態(tài)服功能價(jià)值指數(shù)的敏感性指數(shù)變動(dòng)較大，但都小于1。表明本研究ESV對(duì)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值指數(shù)是缺乏彈性的，研究結(jié)果可信。