天山北坡城市群土地利用及生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變

劉亞茹, 李 莉, 菊春燕

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830052)

土地利用/覆蓋變化是影響全球環(huán)境變化的重要因素之一，作為聯(lián)系樞紐連接著人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和自然物質(zhì)生態(tài)循環(huán)的過(guò)程[1-2]。土地利用變化對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響一直是生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究的方面之一[3]，因?yàn)橥恋乩玫淖兓苯佑绊懼鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而使生態(tài)服務(wù)價(jià)值發(fā)生改變[4]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是指(ecosystem services value， ESV)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)提供商品和資源環(huán)境進(jìn)行經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估的表現(xiàn)形式[5]，對(duì)于ESV的測(cè)算能夠?yàn)閰^(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、生態(tài)系統(tǒng)管理、生態(tài)規(guī)劃以及生態(tài)資產(chǎn)轉(zhuǎn)換相關(guān)政策等方面提供重要的基礎(chǔ)和依據(jù)[6]。近些年來(lái)，ESV受到國(guó)內(nèi)外眾多生態(tài)環(huán)境學(xué)者的關(guān)注，1997年Costanza等[7]基于土地利用開(kāi)展了生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的發(fā)展。我國(guó)學(xué)者謝高地等[8]結(jié)合我國(guó)的區(qū)域生態(tài)狀況，修訂和改進(jìn)了一套適用于我國(guó)的生態(tài)服務(wù)功能當(dāng)量因子測(cè)算法。根據(jù)此方法，我國(guó)先后分別從流域[9]、城市群[10]、省市[11-12]、縣域[13]等多個(gè)尺度展開(kāi)對(duì)ESV的研究。研究?jī)?nèi)容分為兩方面，一方面是對(duì)單向ESV[14]和單一生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估[15]，另一方面趨向于土地利用變化、景觀格局變化對(duì)ESV影響的研究[16]。整體上來(lái)看，靜態(tài)評(píng)估的研究成果較多，未充分綜合考慮研究區(qū)ESV在時(shí)間和空間變化的特征，導(dǎo)致難以體現(xiàn)ESV空間的差異性[17]。2017年，天山北坡城市群被正式列為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)的19個(gè)城市群之一，在穩(wěn)疆興疆，推進(jìn)兵地融合和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用[18]。近些年來(lái)，伴隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，天山北坡城市群土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的變化；人類(lèi)活動(dòng)的影響使土地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題變得岌岌可危，但是關(guān)于西北綠洲城市群土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究并不多，使得此區(qū)域在生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展方面缺乏相關(guān)的依據(jù)。鑒于此，本文采用研究區(qū)2000，2010，2018年的LUCC數(shù)據(jù)，針對(duì)天山北坡城市群土地利用和生態(tài)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化進(jìn)行了定量分析和描述；為了更直觀地體現(xiàn)出ESV在不同等級(jí)下人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)弱，利用生態(tài)景觀學(xué)知識(shí)，探索了研究區(qū)近20 a的ESV的景觀格局變化。本研究可為天山北坡城市群的生態(tài)服務(wù)功能的改善和生態(tài)景觀的建設(shè)提供相關(guān)的理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

天山北坡城市群位于東經(jīng)84°33′—90°32′，北緯42°78′—45°59′，北接古爾班通古特沙漠，南連天山山脈，資源稟賦優(yōu)越，地理?xiàng)l件良好，是“一帶一路”建設(shè)發(fā)展的重要驛站之一。年均氣溫和降水量分別約為7.5 ℃，185.34 mm，屬于山地—綠洲—荒漠地帶。高山冰雪融水為區(qū)域發(fā)展提供了水源，草地是主要的綠地覆被類(lèi)型。天山北坡城市群范圍較廣，涵蓋烏魯木齊市、昌吉州六縣一市、伊犁州奎屯市，塔城地區(qū)烏蘇市和沙灣縣以及吐魯番地區(qū)的兩縣一區(qū)[19]。2018年底，研究區(qū)的總?cè)丝谶_(dá)到591.71萬(wàn)人，占新疆的總?cè)丝诘?5.09%；國(guó)民生產(chǎn)總值達(dá)6 566.45億元，占新疆53.8%；第一、二、三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值分別為484，2 822，3 260億元；在新疆經(jīng)濟(jì)、科技、文化發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：土地利用/覆被數(shù)據(jù)、糧食產(chǎn)量和價(jià)格數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，具體時(shí)間、數(shù)據(jù)來(lái)源、用途詳見(jiàn)表1。選取2000，2010，2018年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

表1 數(shù)據(jù)類(lèi)型及來(lái)源

2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度是指土地利用變化的速率[20]。因此采用單一動(dòng)態(tài)度研究天山北坡城市群的土地利用情況。

單一動(dòng)態(tài)度計(jì)算公式為：

(1)

式中：Ka為研究區(qū)某種土地類(lèi)型開(kāi)始年份a的面積；Kb是該土地類(lèi)型終止年份b的面積；T是研究時(shí)間； 是研究T時(shí)間段內(nèi)單一土地利用動(dòng)態(tài)度。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)算

2.3.1 當(dāng)量因子生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的修正 參考謝高地等人[21]關(guān)于ESV當(dāng)量因子的研究，確定一個(gè)單位面積當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)格是全國(guó)平均糧食單產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)格的1/7。2000—2018年，天山北坡城市群的平均糧食產(chǎn)量為6 922.02 kg/hm2，同期新疆平均糧食產(chǎn)量為6 441.05 kg/hm2，參照許麗敏等人[22]的研究以二者的比值進(jìn)行修正(系數(shù)為1.07)，結(jié)合2005年謝高地等[23]制定生態(tài)系統(tǒng)生物量因子(系數(shù)為0.58)，最終確定研究區(qū)當(dāng)量因子修正系數(shù)為0.62，2018年研究區(qū)的平均糧食價(jià)格為2.12元/kg(取自2018年研究區(qū)小麥和玉米價(jià)格的均值)。最后，參考劉川等人[24]的研究考慮到居民對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的支付意愿和能力，所以引入社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系數(shù)對(duì)研究區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行修正，根據(jù)公式的計(jì)算得到天山北坡城市群修正過(guò)后一個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為1 189.09 元/(hm2·a)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系數(shù)計(jì)算公式為：

(2)

式中：B為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系數(shù)； BMx代表天山北坡城市群的恩格爾系數(shù)； BMc代表全國(guó)的恩格爾系數(shù)； gdp代表天山北坡城市群的人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值； GDP代表全國(guó)人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值。

2.3.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型的構(gòu)建 根據(jù)修正后的一個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，構(gòu)建研究區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估評(píng)估模型，計(jì)算公式為：

ESV=∑Au·VCu

(3)

ESVk=∑Au·VCuk

(4)

式中：ESV，ESVk分別代表ESV總量(元)、第k項(xiàng)ESV；Au為第指u類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積(hm2)； VCu為u類(lèi)土地類(lèi)型的面積； VCuk為第u類(lèi)土地類(lèi)型的第k項(xiàng)ESV。結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 天山北坡城市群各土地類(lèi)型單位面積ESV系數(shù)估算結(jié)果 元/hm2

2.4 敏感性分析

本研究運(yùn)用敏感性指數(shù)來(lái)揭示研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值隨時(shí)間的變化對(duì)價(jià)值系數(shù)的依賴(lài)程度，同時(shí)也為了檢測(cè)所選用和修正的價(jià)值系數(shù)是否適用于干旱區(qū)綠洲城市群的研究。若CS>1，則表明ESV對(duì)VC富有彈性，結(jié)果可信度低；若CS<1，則表明ESV對(duì)VC缺乏彈性，結(jié)果可信。計(jì)算公式為：

(5)

式中：CS為指敏感性系數(shù)； VCif，VCjf為i種土地用類(lèi)型的價(jià)值系數(shù)； ESVa，ESVb為調(diào)整前后的生態(tài)服務(wù)價(jià)值量。

2.5 景觀指數(shù)模型

景觀指數(shù)是高度濃縮景觀格局信息的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)，反映景觀結(jié)構(gòu)特征和空間格局的變化[25]。本文運(yùn)用景觀指數(shù)來(lái)定量化體現(xiàn)天山北坡城市群ESV低、中、高區(qū)的景觀格局演變特征。

參照前人研究，結(jié)合研究區(qū)域的具體特征和研究的實(shí)際需要，從斑塊類(lèi)型水平上選取6項(xiàng)指標(biāo)分別為斑塊面積(CA)，斑塊數(shù)量(NP)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、斑塊分散度(SPLIT)、集聚度(AI)。通過(guò)這6項(xiàng)指標(biāo)來(lái)探究城市群ESV的景觀格局變化。具體景觀指數(shù)的計(jì)算方法和意義詳見(jiàn)表3。

表3 景觀指數(shù)的算法與生態(tài)意義

3 結(jié)果與分析

3.1 天山北坡城市群土地利用變化分析

將研究區(qū)的25個(gè)二級(jí)地類(lèi)，運(yùn)用ArcGIS軟件重分類(lèi)為6個(gè)一級(jí)地類(lèi)，分別為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地。由表4可以看出，2000—2018年天山北坡城市群的未利用地分布最廣，占總面積的比重達(dá)到53.90%～54.60%；草地是占比為第二位的土地利用類(lèi)型，所占比例為30.47%～32.00%。耕地面積占比從2000年的10.03%上升到2018年的11.62%，建設(shè)用地、林地、水域用地的比重較小，研究期間3者面積約占研究區(qū)總面積的3.36%～4.00%。

利用公式(1)計(jì)算研究區(qū)2000—2018年的土地利用動(dòng)態(tài)度(表4)。由表4可得，從單一土地利用動(dòng)態(tài)度來(lái)看，研究期間天山北坡城市群土地利用類(lèi)型面積呈“3增3減”的狀態(tài)發(fā)展，即耕地、建設(shè)用地、水域的單一動(dòng)態(tài)度呈正向發(fā)展，而林地、草地、未利用地單一動(dòng)態(tài)度與之相反。2000—2018年耕地和建設(shè)用地動(dòng)態(tài)較為活躍，二者面積分別增加了3 084.46 km2，1 073.77 km2，這兩種土地類(lèi)型面積的增多和研究區(qū)人口的增多以及城鎮(zhèn)化的發(fā)展有密切的關(guān)系；水域面積增加89.96 km2，因?yàn)楦鱾€(gè)城市的發(fā)展建設(shè)需要修建人工湖和水庫(kù)，所以水域會(huì)出現(xiàn)一定程度的增加。研究區(qū)草地開(kāi)墾和破壞力度的加大，使其持續(xù)大量減少，近20 a來(lái)草地面積共計(jì)減少3 008.07 km2；與此同時(shí)，未利用地面積減少1 203.57 km2；林地面積呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)，因林地所占面積較少，所以變化并不明顯。

表4 天山北坡城市群土地利用變化及單一動(dòng)態(tài)度

為了更清楚地來(lái)展示天山北坡城市群的土地利用的時(shí)空轉(zhuǎn)移變化，研究利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)表示不同時(shí)期土地類(lèi)型的相互轉(zhuǎn)移變化情況(表5—6)。研究期間，草地、耕地、未利用地、建設(shè)用地這4類(lèi)用地類(lèi)型轉(zhuǎn)移變化較為顯著，林地和水域轉(zhuǎn)移變化幅度較小。2000—2010年，研究區(qū)草地和未利用地面積向耕地共轉(zhuǎn)入1992.25 km2；原因是西部大開(kāi)發(fā)政策實(shí)施以來(lái)，隨著城市群城鎮(zhèn)化速率的加快，人口的增多，對(duì)食糧的需求的越來(lái)越迫切，毀草開(kāi)田項(xiàng)目相應(yīng)增多，導(dǎo)致耕地面積擴(kuò)張；2010—2018年，耕地和未利用地共向草地共轉(zhuǎn)移630.6 km2；其中耕地向草地轉(zhuǎn)移比前10 a更為顯著，因?yàn)?010年后國(guó)家提出生態(tài)文明建設(shè)，隨著天山北坡城市群“三北防護(hù)林”工程的推進(jìn)，退耕還草還林政策的實(shí)施，使得耕地向草地轉(zhuǎn)移明顯。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)公共設(shè)施用地、工礦用地、城鄉(xiāng)居民點(diǎn)的興建，需開(kāi)發(fā)未利用地和侵占大量的耕草地來(lái)滿足建設(shè)用地的需要，因而2010—2018年未利用地、草地、耕地向建設(shè)用地共轉(zhuǎn)移988.77 km2，是前10 a轉(zhuǎn)移量的7.12倍；研究時(shí)間段內(nèi)水域和林地與其他地類(lèi)相互轉(zhuǎn)移雖不太明顯，但仍有少量的草地向水域和林地轉(zhuǎn)移。

表5 天山北坡城市群2000-2010年土地利用轉(zhuǎn)移變化矩陣 km2

表6 天山北坡城市群2010-2018年土地利用轉(zhuǎn)移變化矩陣 km2

3.2 天山北坡城市群生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化分析

3.2.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化分析 根據(jù)單位面積ESV系數(shù)表(表2)，計(jì)算得到2000，2010，2018年天山北坡城市群?jiǎn)雾?xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值(表7)。2000—2018年，天山北坡城市群的ESV的總量分別為1 410.76，1 412.03，1 400.17億元，整體減少10.59億元。近20 a來(lái)，調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)、供給服務(wù)的占比平均值由大到小分別為50.86%，33.18%，8.03%，7.92%?？傮w來(lái)看，除供給服務(wù)ESV呈上升趨勢(shì)外，其他3類(lèi)一級(jí)生態(tài)服務(wù)功能均減弱。調(diào)節(jié)服務(wù)主要由4類(lèi)二級(jí)生態(tài)服務(wù)功能類(lèi)型構(gòu)成，2000—2018年氣體、氣候、水文調(diào)節(jié)和廢物處理的平均ESV分別為150.33，182.34，184.54，198.97億元；整個(gè)研究期，氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)服務(wù)功能呈下降趨勢(shì)，二者價(jià)值共損失4.38億元，這兩種調(diào)節(jié)功能的變化和研究區(qū)的草地變化密切相關(guān)。天山北坡城市群的草地面積較大，變化也較為明顯，調(diào)節(jié)服務(wù)ESV的變化和草地變化趨勢(shì)一致；水文調(diào)節(jié)ESV呈現(xiàn)出先增加后減少又增加的發(fā)展態(tài)勢(shì)，近20 a間廢物處理ESV功能共增加1.50億元，該功能和水域面積的變化情況相似。各類(lèi)調(diào)節(jié)服務(wù)ESV由小到大排序?yàn)椋簹怏w調(diào)節(jié)<氣候調(diào)節(jié)<水文調(diào)節(jié)<廢物處理。支持服務(wù)中保持土壤和生物多樣性ESV功能持續(xù)減弱，二者近20 a ESV減少量分別為2.9，3.33億元，這2種支持服務(wù)ESV的減少與草地面積下降有關(guān)，除此之外還受到林地和裸地變化的影響。

天山北坡城市群20 a來(lái)食物生產(chǎn)功能共計(jì)增加2.14億元，食物生產(chǎn)服務(wù)功能受耕地的影響較大，研究期間耕地面積不斷地?cái)U(kuò)張，食物生產(chǎn)ESV的變化和耕地動(dòng)態(tài)變化具有一致性；原材料生態(tài)服務(wù)功能波動(dòng)較小，基本維持原狀。文化服務(wù)功能的變化受林地和草地的影響較大，研究期間娛樂(lè)文化ESV從2000年114.32億元下降到2018年的111.89億元，共計(jì)損失2.43億元；且平均ESV為113.19億元，僅占總ESV的8.03%。

表7 天山北坡城市群?jiǎn)雾?xiàng)ESV估算表 108元

3.2.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分異 為了對(duì)比天山北坡城市群ESV的空間差異性，基于ArcGIS 10.5空間分析功能構(gòu)建漁網(wǎng)圖，利用漁網(wǎng)圖和研究區(qū)的土地類(lèi)型進(jìn)行疊加運(yùn)算，計(jì)算得出每個(gè)格網(wǎng)的ESV。通過(guò)ESV的值對(duì)研究區(qū)的ESV進(jìn)行分區(qū)，制作出3期天山北坡城市群ESV空間分區(qū)分異圖。2000，2010，2018年的ESV分區(qū)均以0(元/hm2)≤ESV<6 000(元/hm2)為低ESV區(qū)、6 000(元/hm2)≤ESV<12 000(元/hm2)為中ESV區(qū)、ESV≥12 000(元/hm2)為高ESV區(qū)進(jìn)行劃分。

從ESV空間分布分析的結(jié)果可以看出(圖1)，2000，2010，2018年天山北坡城市群ESV空間分布特征相似，城市群空間分布呈現(xiàn)出西北部和中部高，北部和東南部低的空間分布特征，高ESV區(qū)主要沿瑪納斯河和烏魯木齊河流域、北疆山地(博格達(dá)山、天山)分布；中ESV區(qū)主要延綠洲城市由東向西呈條狀蔓延；而低ESV區(qū)小部分聚集在城市的建成區(qū)，大部分分布在烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)、吐魯番盆地、以及昌吉州北部地區(qū)；因該地區(qū)屬于荒漠地帶，年降水量較小，加上惡劣的自然環(huán)境導(dǎo)致ESV較低。研究區(qū)低ESV區(qū)>高ESV區(qū)>中ESV區(qū)，近20 a來(lái)(表5)，低ESV區(qū)和高ESV區(qū)平均面積分別超過(guò)1.15×107hm2，5.00×106hm2，且分布比較集中。近些年來(lái)，低ESV區(qū)和高ESV區(qū)的面積也在不斷地縮減，并開(kāi)始向中ESV區(qū)轉(zhuǎn)移，中ESV區(qū)面積上升率為11.43%，高ESV面積的下降率為4.57%。由此可以看出研究區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)展不容樂(lè)觀，需要加大生態(tài)環(huán)境的治理力度。

圖1 天山北坡城市群2000-2018年低、中、高ESV區(qū)空間分布

單純從ESV空間分布來(lái)看，并不能完全展現(xiàn)出研究區(qū)各行政區(qū)域的空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布狀況，因此計(jì)算出各行政區(qū)的不同年份的ESV總量(表8)。由結(jié)果可知，烏蘇市ESV總量最大，2000—2018年平均ESV約為164.90億元；石河子市的ESV總量最小，近20 a年平均ESV僅為3.98億元。綜合空間和時(shí)間變化對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2000—2010年、10 a間ESV總量變化波動(dòng)較小，研究區(qū)ESV總量呈現(xiàn)出小幅度上升的特點(diǎn)；其中克拉瑪依市和沙灣縣ESV總量增加最為明顯，其余縣市變化較為平穩(wěn)。2010—2018年出現(xiàn)了幅度較大、范圍較廣的生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少趨勢(shì)，主要集中在烏魯木齊市、石河子市、五家渠市、昌吉市、瑪納斯縣、奎屯市等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的縣市ESV減少最為劇烈。

總體來(lái)看2000—2018年，天山北坡城市群中有6個(gè)縣市的ESV總量上升，11個(gè)縣市ESV總量下降；ESV總量提升的縣市主要分布在天山北坡城市群的東部的木壘縣、吐魯番地區(qū)的縣市以及西北部的克拉瑪依市；其中克拉瑪依市的ESV總量增加最為明顯，ESV總量?jī)粼黾?.31億元。

表8 天山北坡城市群2000-2018年各行政縣市ESV變化

3.3 敏感性分析

利用敏感性分析公式，將各土地類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)上下調(diào)整0.5，計(jì)算出了天山北坡城市群各土地利用類(lèi)型的敏感性指數(shù)。由表9可以看出，2000—2018年的各土地利用類(lèi)型的敏感性指數(shù)均小于1，說(shuō)明天山北坡城市群的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)缺乏彈性，修正系數(shù)適合研究區(qū)，由此可以證明結(jié)果可信。2000—2018年耕地和水域的敏感性指數(shù)增大，說(shuō)明近20 a來(lái)耕地和水域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)對(duì)天山北坡城市群的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值的作用增強(qiáng)。研究期林草地和未利用地的敏感性系數(shù)不斷地下降，說(shuō)明這3種土地類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)對(duì)研究區(qū)總的生態(tài)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生了減弱的作用。草地的敏感性指數(shù)為0.581 3～0.610 9，是敏感性指數(shù)最大的土地類(lèi)型，其次是耕地和未利用地，敏感型指數(shù)分別為0.129 6～0.167 0,0.124 1～0.122 7，林地和水域的敏感型指數(shù)較小，為0.061 0～0.084 6。

表9 天山北坡城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的敏感性

3.4 生態(tài)服務(wù)價(jià)值景觀格局變化分析

基于天山北坡城市群2000，2010，2018年ESV空間分區(qū)分異圖，采用Fragstats 4.2軟件計(jì)算研究區(qū)低、中、高ESV區(qū)的景觀指數(shù)，選用斑塊類(lèi)型水平的指數(shù)(表10)，探討研究區(qū)近20 a來(lái)天山北坡城市群的ESV景觀格局變化，通過(guò)斑塊類(lèi)型水平上的景觀格局的變化來(lái)進(jìn)一步展示人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。研究期時(shí)間段內(nèi)，低ESV區(qū)的NP呈現(xiàn)出先增加后減少的變化趨勢(shì)，2000—2010年，低ESV區(qū)的NP不斷地增加，表明這段時(shí)間里景觀破碎化嚴(yán)重。與此同時(shí)，最大斑塊指數(shù)LPI呈下降趨勢(shì)，表明低ESV區(qū)的景觀優(yōu)勢(shì)度削弱，人類(lèi)活動(dòng)在低ESV區(qū)逐漸增強(qiáng)。城鎮(zhèn)化的發(fā)展影響著低ESV區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致景觀破碎化加?。煌瑫r(shí)在這段時(shí)間內(nèi)大眾的環(huán)保意識(shí)薄弱，為了快速提高GDP，工業(yè)發(fā)展迅速，導(dǎo)致三廢的排放增加，產(chǎn)生一系列空氣河流污染的嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題，造成低ESV區(qū)的景觀破碎化嚴(yán)重。2010—2018年，低ESV區(qū)的NP減少，這段時(shí)間內(nèi)，環(huán)境保護(hù)受到重視，人口資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展成為城市群關(guān)注的重點(diǎn)，低ESV區(qū)的破碎度減小。研究期間，低ESV區(qū)的AI不斷地增加，說(shuō)明隨著社會(huì)的發(fā)展，斑塊聚集度增加。中ESV區(qū)的NP最多，且整體呈下降趨勢(shì)；同時(shí)，LSI指數(shù)逐漸減小，說(shuō)明中ESV區(qū)內(nèi)部生態(tài)功能加強(qiáng)，景觀破碎度減弱，斑塊復(fù)雜度降低。中ESV區(qū)LPI和AI分別由2000年的6.73，54.75增加到2018年的8.01和59.87，因?yàn)橹蠩SV區(qū)食物生產(chǎn)ESV功能逐年增強(qiáng)，糧食作物種植的增多使得中ESV區(qū)景觀斑塊更趨向于集中連片，連片斑塊規(guī)模增加，集聚度上升明顯，景觀優(yōu)勢(shì)也在不斷地增強(qiáng)。高ESV區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)的影響，SPLIT不斷地增加，LPI不斷地下降，說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)的破壞強(qiáng)度增大，景觀優(yōu)勢(shì)度減弱，景觀分散度加大。因受氣候變化和社會(huì)畜牧業(yè)不合理因素的影響，以及人類(lèi)在高ESV區(qū)進(jìn)行開(kāi)墾和挖掘，導(dǎo)致高ESV區(qū)的植被稀疏、水土流失嚴(yán)重，高ESV區(qū)的土壤保持和生物多樣性的生態(tài)功能銳減，景觀優(yōu)勢(shì)度減小，景觀破碎化程度加深，研究前期聚集度大于后期，說(shuō)明研究后期高ESV區(qū)環(huán)境受人類(lèi)活動(dòng)更為頻繁。

表10 天山北坡城市群2000-2018年低、中、高ESV區(qū)斑塊類(lèi)型水平指數(shù)

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié) 論

(1) 天山北坡城市群未利用地、草地約占研究區(qū)總面積的85%，研究區(qū)土地利用呈現(xiàn)出耕地、建設(shè)用地、水域面積增加，草地、林地、未利用地面積減少的特點(diǎn)；2000—2018年耕地、草地、建設(shè)用地、水域的動(dòng)態(tài)變化較為明顯，動(dòng)態(tài)度分別為0.88%，-0.27%，2.77%，-0.29%；土地利用轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)出草地與未利用地—耕地、耕地與未利用地—草地、耕草地與未利用地—建設(shè)用地轉(zhuǎn)移的局勢(shì)，其他地類(lèi)轉(zhuǎn)移幅度較小。

(2) 2000—2018年天山北坡城市群生態(tài)服務(wù)價(jià)值發(fā)展趨勢(shì)先增加后減少，ESV凈減少10.59億元。從單向生態(tài)服務(wù)價(jià)值來(lái)看，表現(xiàn)為：調(diào)節(jié)服務(wù)>支持服務(wù)>供給服務(wù)>文化服務(wù)；其中支持服務(wù)ESV損失最多，草地大量減少是造成該模塊ESV減少的主要原因。從研究區(qū)各個(gè)行政區(qū)的ESV變化總量上來(lái)看，近20 a烏魯木齊市和烏蘇市的ESV總量下降較多，克拉瑪依市ESV總量增加最多；從ESV的空間格局變化上來(lái)看，研究區(qū)ESV呈現(xiàn)出西北部和中部高、北部和東南部低的空間分布特征，并且低ESV區(qū)和高ESV區(qū)的面積在不斷地縮減，并開(kāi)始向中ESV轉(zhuǎn)移。

(3) 天山北坡城城市群的ESV景觀格局的特征可以看出：低ESV區(qū)的集聚度最高是研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀，景觀破碎化嚴(yán)重；中ESV區(qū)的景觀形狀最為復(fù)雜，景觀分散度減小，景觀優(yōu)勢(shì)度增加，景觀趨于連片發(fā)展；高值區(qū)的聚集度先上升后下降，景觀優(yōu)勢(shì)度弱化。

(4) 草地對(duì)天山北坡城市群的生態(tài)服務(wù)價(jià)值維系起著主導(dǎo)性的作用，草地所分布的區(qū)域是高ESV區(qū)，由于草地面積大量流失，所以高ESV區(qū)的生態(tài)變化明顯，景觀優(yōu)勢(shì)度削弱；因此將來(lái)的生態(tài)保護(hù)需要更加側(cè)重于草地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。

4.2 討 論

城市群作為新型城鎮(zhèn)化的空間主體，城市群的發(fā)展不可避免會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大影響，這種影響對(duì)于山地—綠洲—荒漠的天山北坡城市群尤為明顯，所以對(duì)于干旱區(qū)綠洲城市群的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究非常必要。從研究結(jié)果可以看出，近20 a來(lái)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境不容樂(lè)觀，從而致使研究區(qū)的ESV總量有所減少。針對(duì)不同的ESV等級(jí)需要采取不同的措施治理城市群的生態(tài)環(huán)境，對(duì)于高ESV區(qū)(烏魯木齊市、木壘哈薩克自治縣、奇臺(tái)縣、呼圖壁縣)，減少或者禁止對(duì)林草地的破壞和開(kāi)墾，采用更多元的生態(tài)修復(fù)工程，政府強(qiáng)化落實(shí)監(jiān)管責(zé)任，加之引導(dǎo)人們樹(shù)立正確生態(tài)保護(hù)理念，減輕人為對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾程度；對(duì)于中ESV區(qū)，尤其是以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主的縣市(石河子市、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市、奎屯市)，通過(guò)改善研究區(qū)的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和技術(shù)來(lái)提高糧食的單位面積產(chǎn)量，大力推廣林果業(yè)的種植，進(jìn)而使研究區(qū)的ESV有所提高；對(duì)于低ESV區(qū)，要因地適宜合理進(jìn)行開(kāi)發(fā)未利用土地，科學(xué)合理地劃定城市群建設(shè)用地的生態(tài)紅線，增加建成區(qū)的生態(tài)用地，人工開(kāi)發(fā)小湖泊，積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，保持生態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧共生，對(duì)于未利用地根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況適當(dāng)開(kāi)發(fā)和利用，從而減輕對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力。

本研究利用空間統(tǒng)計(jì)分析等方法，揭示了研究區(qū)在土地利用變化背景下ESV時(shí)空演變規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上探究了低、中、高ESV區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)弱的影響狀況。近年來(lái)，我國(guó)關(guān)于ESV的研究涌現(xiàn)出豐碩的成果，以往的研究多是對(duì)土地利用類(lèi)型的景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，但是從景觀格局角度出發(fā)對(duì)不同等級(jí)ESV景觀變化特征進(jìn)行探索的不多，該研究在一定程度上豐富了ESV的研究?jī)?nèi)容。在單位面積ESV系數(shù)的核算方面，雖然在謝高地當(dāng)量因子法的基礎(chǔ)上對(duì)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男抻?，但是鑒于干旱區(qū)城市群生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，本文的研究考慮仍是不全面的。今后ESV研究中應(yīng)采用一套更為合理的修正方法，更能準(zhǔn)確地體現(xiàn)出干旱區(qū)城市群的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化，比如可以結(jié)合遙感影像將研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和綠值指數(shù)納入到研究中來(lái)，使研究的結(jié)果更有價(jià)值性和說(shuō)服力。