基于小流域的汾河上游生態(tài)服務(wù)價(jià)值演變

王怡帆, 師學(xué)義

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京 100083)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指由生態(tài)系統(tǒng)提供的，有助于人類(lèi)生存和生活質(zhì)量提升的各類(lèi)產(chǎn)品和服務(wù)功能的總和。在不同的研究尺度下，人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的理解不盡相同[1]，綜合而看，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型主要分為供給服務(wù)、支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)4種[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為人類(lèi)和地球上各類(lèi)生物提供穩(wěn)定和舒適的生活環(huán)境，其功能多樣，包括食物生產(chǎn)、水土保持、氣候調(diào)節(jié)、防風(fēng)固沙等。生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估是以貨幣的形式顯化自然資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從短期看，有利于幫助人們正確利用生態(tài)系統(tǒng)，從而保障自身宜居的生態(tài)環(huán)境；從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，可以作為政府決策者制定發(fā)展戰(zhàn)略和衡量發(fā)展效益的工具，有助于人類(lèi)福祉和可持續(xù)發(fā)展。

20世紀(jì)末，Costanza等[3]13位科學(xué)家將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行估算求和。2001年，為了促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(MA)對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行首次多層次綜合性評(píng)估[4]。國(guó)內(nèi)最具有影響力的是謝高地等[5-7]基于Costanza研究提出的模型，制定出我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)量因子表，并且于2008年重新修訂。2015年謝高地首次選擇除NPP外的其他生態(tài)指標(biāo)(降雨量和土壤保持量)對(duì)服務(wù)功能進(jìn)行了修正，將單位面積價(jià)值當(dāng)量因子靜態(tài)評(píng)估修訂為動(dòng)態(tài)評(píng)估，并將其運(yùn)用到時(shí)間和空間上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估。

本文的研究區(qū)域是山西省汾河上游的寧武縣和靜樂(lè)縣，區(qū)域資源豐富，但在過(guò)分追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，常常伴隨著生態(tài)環(huán)境越發(fā)脆弱的問(wèn)題，地形破碎、水土流失嚴(yán)重、自然災(zāi)害現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)峻的生態(tài)問(wèn)題不容小覷。2018年以來(lái)，山西省為貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記“一定要高度重視汾河的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，讓這條山西的母親河水量豐起來(lái)、水質(zhì)好起來(lái)、風(fēng)光美起來(lái)”的重要指示精神，著力開(kāi)始實(shí)施以汾河中上游為治理核心的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程。目前，學(xué)界對(duì)于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究，大多基于大尺度區(qū)域，如以縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)為評(píng)價(jià)單元，而本文將汾河上游地區(qū)按分水嶺和下游河道出口斷面劃分為數(shù)個(gè)小流域，以小流域?yàn)樵u(píng)價(jià)單元，開(kāi)展汾河上游地區(qū)2006年、2011年、2016年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估演變與空間動(dòng)態(tài)分析，以此建立起汾河上游重點(diǎn)保護(hù)區(qū)生態(tài)賬戶(hù)，為生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的布局提供依據(jù)，有利于最終形成“山青、水綠、林郁、田沃、和美”的生態(tài)格局。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于山西省忻州市中部，地處黃土高原東沿的汾河上游地區(qū)，東依原平市和忻府區(qū)，西隔管涔山與五寨、岢嵐縣為鄰，南與太原市婁煩縣、古交市相連，北靠神池縣、朔州市朔城區(qū)。地理坐標(biāo)介于東經(jīng)111°42′43″—112°36′55″，北緯38°7′57″—39°8′41″，兩縣境內(nèi)汾河流域總面積3 441 km2，其中寧武境內(nèi)1 395 km2，靜樂(lè)境內(nèi)2 046 km2，汾河自北向南流經(jīng)蘆芽山和云中山，縱貫寧武、靜樂(lè)兩縣。區(qū)域山峰高聳、巖石裸露、溝壑縱橫、土少石多。寧武、靜樂(lè)兩縣涉及28個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)845個(gè)行政村，區(qū)域總土地面積達(dá)3 981.29 km2，境內(nèi)總?cè)丝跒?2.29萬(wàn)人，人口密度達(dá)81.10人/km2。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文所用數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)來(lái)源。其中衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)自于“地理空間數(shù)據(jù)云”平臺(tái)，2006年、2011年所使用的遙感數(shù)據(jù)影像由Landset5衛(wèi)星拍攝，2016年所使用的遙感數(shù)據(jù)影像由Landset8所拍攝，掃描寬度與Landset5相仿。本文利用ENVI軟件對(duì)3期衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，以汾河上游1∶5萬(wàn)的地形圖為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)圖像幾何校正，之后再對(duì)其鑲嵌和裁剪。利用ArcGIS等相關(guān)軟件，通過(guò)人工目視解譯與監(jiān)督分類(lèi)相結(jié)合的方法，對(duì)研究區(qū)的遙感影像進(jìn)行信息分類(lèi)。根據(jù)國(guó)家相關(guān)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和已有的調(diào)查資料，并結(jié)合之后研究的需要，擬將汾河上游地區(qū)的土地利用類(lèi)型劃分為6大類(lèi)，分別為耕地、草地、林地、建設(shè)用地、水域和未利用地。本文將針對(duì)這6種土地類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值演變進(jìn)行深入的研究與評(píng)價(jià)。

2.2 研究方法

2.2.1 小流域的劃定 國(guó)內(nèi)外研究中基于小流域的研究較多，但普遍只是選取某一個(gè)固定小流域開(kāi)展相關(guān)研究，如鄭國(guó)權(quán)等[8]以廣東省清遠(yuǎn)市瑤安小流域?yàn)槔?，?duì)小流域綜合治理效益進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。大多沒(méi)有系統(tǒng)地將研究區(qū)域劃分成眾多小流域進(jìn)行研究。人依水而居，本次研究的評(píng)價(jià)單元之所以選取小流域，是因?yàn)樾×饔蛞呀?jīng)成為水土流失治理、生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等研究工作的重要地理單元。在定義上，小流域通常是指集水面積在小于50 km2以下的相對(duì)獨(dú)立和封閉的自然匯水區(qū)域，水利上通常指是在一個(gè)縣屬范圍內(nèi)的流域。

本次以小流域?yàn)閱卧M(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和管控，有利于因地制宜改善生態(tài)環(huán)境，保護(hù)水土資源，進(jìn)而提升人居質(zhì)量。本次小流域的劃分遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：(1) 每個(gè)小流域的面積控制在3～50 km2；(2) 小流域的邊界須經(jīng)過(guò)山頂部、鞍部，須與等高線(xiàn)處處垂直；(3) 小流域可分為完整型、坡面型和區(qū)間型3種類(lèi)型[9]。

2.2.2 系數(shù)修正與ESV評(píng)估 本文以謝高地等[7]2015年修訂的中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)地情況修正當(dāng)量表系數(shù)，其中修正指標(biāo)包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、自然資源稀缺度等，由此獲得汾河上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表(表1)。

表1 汾河上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子

經(jīng)過(guò)測(cè)算，糧食單產(chǎn)扣除成本后的價(jià)值即為農(nóng)田的自然產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在沒(méi)有人力投入的自然狀態(tài)下，農(nóng)田自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是現(xiàn)有糧食平均單價(jià)的1/7，公式如下：

En=P×Qn×1/7

(1)

式中：En為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；P為糧食作物的平均價(jià)格；Qn為所有糧食作物的平均產(chǎn)量。

生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式為

Vij=Ak×VCij

(2)

(3)

式中：Vij為研究區(qū)地類(lèi)j的第i種生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值；Ak為地類(lèi)k的面積；VCij為校正后地類(lèi)j的第i種生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)；ESV為總生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

2.2.3 敏感性指數(shù) 為了衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)隨時(shí)間變化對(duì)于生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)(VC)的依賴(lài)程度，本文特引入敏感性指數(shù)(CS)來(lái)驗(yàn)證評(píng)估結(jié)果的可信程度[10]。如果CS>1，說(shuō)明價(jià)值系數(shù)每增加或減少1，生態(tài)服務(wù)價(jià)值將對(duì)應(yīng)變化的幅度大于1，表明ESV具有彈性，評(píng)估結(jié)果不具有可信度；如果CS<1，說(shuō)明價(jià)值系數(shù)的變化不會(huì)很大程度地影響生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化，ESV缺乏彈性，評(píng)價(jià)結(jié)果具有可信度。敏感性指數(shù)越大，說(shuō)明其價(jià)值系數(shù)越準(zhǔn)確[11]。本研究通過(guò)各地類(lèi)的價(jià)值系數(shù)分別增加或減少50%來(lái)計(jì)算敏感性指數(shù)，以此來(lái)判斷ESV的可信度。敏感性指數(shù)(CS)計(jì)算公式如下:

(4)

式中：CS為生態(tài)敏感性指數(shù)；ESVj，ESVi分別為變化后和變化前的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量；VCjk，VCik分別為變化后和變化前的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；k為各個(gè)土地利用類(lèi)型。

2.2.4 空間自相關(guān)與冷熱點(diǎn)演化

(1) Global-Moran′sI分析。Moran′sI用于確定某個(gè)范圍內(nèi)的空間對(duì)象之間是否存在相關(guān)性，其數(shù)值分布在[-1，1]。若Moran′sI>0表示空間正相關(guān)性，其值表明空間正相關(guān)性的明顯程度，若Moran′sI<0表示空間負(fù)相關(guān)性，其值越小，則空間差異越大，若Moran′sI=0，則表明空間呈隨機(jī)性，不具有相關(guān)性[12]?？臻g自相關(guān)的Moran′sI統(tǒng)計(jì)用如下公式計(jì)算：

(5)

(6)

(7)

統(tǒng)計(jì)的zi計(jì)算公式如下：

(8)

E[I]=-1/(n-1)

(9)

V[I]=E[I2]-E[I]2

(10)

(2) Getis-Ord GeneralG分析。高/低聚類(lèi)工具與Global-Moran′sI不同，是對(duì)于給定的研究區(qū)域，可以測(cè)量其聚集密度，進(jìn)而得出高/低聚類(lèi)空間分布模式[13]，這一工具是一種推論統(tǒng)計(jì)。計(jì)算公式如下：

(11)

式中：xi，xj為要素i和j的屬性值；?j≠i代表要素i和j不是相同值。

統(tǒng)計(jì)的ZG計(jì)算公式如下:

(12)

(13)

V[G]=E[G2]-E[G]2

(14)

如果Z得分為正，觀察GeneralG指數(shù)大于期望GeneralG指數(shù)，則表示數(shù)據(jù)在高值區(qū)域聚類(lèi)；如果Z得分為負(fù)，期望GeneralG指數(shù)大于觀察GeneralG指數(shù)則表示數(shù)據(jù)在低值區(qū)域聚類(lèi)。

(3) 冷熱點(diǎn)Getis-Ord Gi*統(tǒng)計(jì)。這一工具能夠?qū)c(diǎn)或面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取出具有一定統(tǒng)計(jì)顯著性的高值(熱點(diǎn))和低值(冷點(diǎn))在空間上的聚類(lèi)，從而對(duì)相鄰區(qū)域間的要素或?qū)傩缘目臻g關(guān)聯(lián)模式進(jìn)行測(cè)度，在時(shí)間變化的冷熱程度上反映區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化特征[11]。其中z得分越大，表明熱點(diǎn)的聚類(lèi)程度越大，即越緊密。對(duì)于統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性負(fù)z得分，z得分越小，則表明冷點(diǎn)的聚類(lèi)程度越大。其計(jì)算公式如下：

(15)

(16)

(17)

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果

3.1.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù) 通過(guò)計(jì)算汾河上游2006—2016年糧食作物種植面積與總產(chǎn)量，得出研究區(qū)在這一區(qū)間內(nèi)糧食平均單產(chǎn)量為3 150.24 kg/hm2，同時(shí)，為消除不同年份價(jià)格變化差異，以山西省2016年糧食作物平均價(jià)格1.93元/kg為標(biāo)準(zhǔn)，最終求得汾河上游單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為868.56元/hm2。由此得到的汾河上游生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 2006-2016年汾河上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù) 元/hm2

3.1.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變 (1) 總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式和2006—2016年3個(gè)時(shí)相各土地利用類(lèi)型面積，結(jié)合對(duì)應(yīng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，對(duì)汾河上游3期不同土地利用類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別進(jìn)行計(jì)算。由計(jì)算可得，2006年、2011年、2016年的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量分別為45.99億元、40.72億元、39.67億元，呈現(xiàn)出持續(xù)減少的變化特點(diǎn)。以5年時(shí)間尺度為跨度，減少量分別為5.27億元，1.04億元，由表3可知，減少率分別為11.47%，2.6%，其中2006—2011年生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少程度相當(dāng)劇烈。2011—2016年減少程度相對(duì)緩和(表3)。

表3 2006-2016年汾河上游地區(qū)各地類(lèi)ESV變化

從研究時(shí)段不同土地利用類(lèi)型生態(tài)服務(wù)價(jià)值來(lái)看，雖然各地類(lèi)的價(jià)值占比在數(shù)值上發(fā)生了變化，但整體結(jié)構(gòu)上保持穩(wěn)定，不同地類(lèi)生態(tài)價(jià)值的大小關(guān)系保持不變：草地>林地>水域>耕地>未利用地>建設(shè)用地。其中，草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值連續(xù)多年保持第一。在3個(gè)時(shí)期所占比例分別為37.83%，39.59%，38.1%，而建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值最少。草地作為汾河上游的優(yōu)勢(shì)景觀，貢獻(xiàn)了大量的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，其次是林地。雖然耕地面積也很大，但因其生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)較低，綜合而言對(duì)汾河上游生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)不是很大。

從不同階段生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化來(lái)看，2006—2011年生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量減少程度高達(dá)11.47%。從各地類(lèi)角度分別觀察，耕地、林地、建設(shè)用地、未利用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值均有不同程度的增加,而水域和草地的服務(wù)價(jià)值均略有減少。所以這一階段生態(tài)服務(wù)價(jià)值的減少主要是受到水域面積縮減的影響。2011—2016年生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量變化幅度較小，共減少了2.75%。其中耕地、林地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值增大，其余地類(lèi)的價(jià)值量減小。林地價(jià)值的增量最大，為4 951.09萬(wàn)元，草地價(jià)值的減量最大，高達(dá)10 378.47萬(wàn)元，減少速率最大的是未利用地，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值累計(jì)減少了66.2%。這一階段服務(wù)價(jià)值的增量主要來(lái)源于林地，得益于研究區(qū)內(nèi)國(guó)家天然林保護(hù)、三北防護(hù)林、京津冀風(fēng)沙源綜合治理等工程的扎實(shí)推進(jìn)，以及地區(qū)的“兩山”造林、“兩網(wǎng)”綠化、“兩區(qū)”增綠、“兩林”富民、“雙百”精品、“雙保”管護(hù)等省級(jí)林業(yè)6大工程的有效順利實(shí)施。

從總體空間格局來(lái)看(圖1)，研究區(qū)內(nèi)各地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的分布和變化呈現(xiàn)出較為顯著的空間差異現(xiàn)象，研究區(qū)以汾河、東碾河、鳴河為主的8大河流網(wǎng)狀分布，東部為管涔山，西部為蘆芽山，中部為汾河川，山川地區(qū)生態(tài)環(huán)境好，總體生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高，而各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心周邊區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值較低，與農(nóng)田和建設(shè)用地占比較大有密切關(guān)系。從時(shí)間尺度來(lái)看ESV分布，研究區(qū)西南部生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少程度極為顯著，主要原因是隨著開(kāi)發(fā)建設(shè)力度的加大，導(dǎo)致原來(lái)ESV高和較高地區(qū)的水域面積減少，具有生態(tài)服務(wù)價(jià)值負(fù)效應(yīng)的建設(shè)用地面積加大。應(yīng)加大保護(hù)力度，采取生態(tài)修復(fù)工程來(lái)不斷提高其生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

圖1 2006-2016年汾河上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值等級(jí)空間分布

(2) 單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化。由不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值變化來(lái)看(表4)，2006年、2011年、2016年各單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率整體結(jié)構(gòu)分布相對(duì)比較穩(wěn)定。2006年等級(jí)次序?yàn)椋核恼{(diào)節(jié)>氣候調(diào)節(jié)>土壤保持>生物多樣性>氣體調(diào)節(jié)>凈化環(huán)境>美學(xué)景觀>原料生產(chǎn)>食物生產(chǎn)>水資源供給>維持養(yǎng)分循環(huán)，2011年與2016年等級(jí)次序相同，相比2006年只是后幾項(xiàng)功能順序發(fā)生些許變化。10年來(lái)水文調(diào)節(jié)功能一直是汾河上游的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，價(jià)值量均大于90 000萬(wàn)元，而氣候調(diào)節(jié)和土壤保持的貢獻(xiàn)率分別位于第二位和第三位，研究時(shí)段上述3種服務(wù)功能的綜合貢獻(xiàn)率加和已超過(guò)總體服務(wù)價(jià)值的一半。原因是草地和林地作為汾河上游的優(yōu)勢(shì)景觀，具有較高的水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和土壤保持的功能。水資源供給和維持養(yǎng)分循環(huán)的貢獻(xiàn)率始終處于最后兩位，合計(jì)貢獻(xiàn)率不超過(guò)3%，這說(shuō)明汾河上游調(diào)節(jié)服務(wù)功能遠(yuǎn)大于其他服務(wù)功能。持續(xù)增加的功能有食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)和維持養(yǎng)分循環(huán)。其中食物生產(chǎn)價(jià)值量在單項(xiàng)功能中增加最多，凈增607.88萬(wàn)元，研究后期(2011—2016年)增速明顯加快，主要因?yàn)榫哂休^高食物生產(chǎn)功能的耕地快速增加所致。單項(xiàng)功能水文調(diào)節(jié)價(jià)值量減少最多，研究期內(nèi)共減少了44 969萬(wàn)元，減少幅度最大的是水資源供給功能，主要原因是具有較高水文調(diào)節(jié)功能的水域面積的減少以及有水源負(fù)效應(yīng)的建設(shè)用地增加。

表4 汾河上游2006-2016年不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值變化

將各項(xiàng)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能聚類(lèi)成為4大服務(wù)，分別是供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)[14]，得到生態(tài)服務(wù)類(lèi)型空間分布圖(圖2)，由圖可得汾河上游水體分布較為廣泛，對(duì)于內(nèi)部的小氣候改善及生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)具有重要影響。供給服務(wù)整體價(jià)值量增加最多，研究后期(2011—2016年)增速明顯加快，主要因?yàn)橹胁康貐^(qū)具有較高食物生產(chǎn)功能的耕地快速增加所致。研究區(qū)西南地區(qū)文化服務(wù)和支持服務(wù)等級(jí)分布明顯降低，在一定程度上反映出人類(lèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)極大程度地負(fù)向影響著汾河上游生態(tài)服務(wù)價(jià)值。但是由于土地利用方式和面積的分布，單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值結(jié)構(gòu)分布沒(méi)有較大變化，保持相對(duì)穩(wěn)定。

3.2 生態(tài)敏感性分析

通過(guò)公式計(jì)算得出各地類(lèi)的敏感性指數(shù)如圖3所示，2006—2016年汾河上游敏感性指數(shù)變化較小，其中草地的敏感性指數(shù)最高，為0.483～0.633，未利用的敏感型指數(shù)最低，為0.001。所有地類(lèi)ESV的敏感性指數(shù)在研究時(shí)段內(nèi)都小于1,表明ESV缺乏彈性,研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相對(duì)于價(jià)值系數(shù)變化缺乏彈性,本文采用的價(jià)值系數(shù)符合汾河上游實(shí)際情況，計(jì)算結(jié)果可信度高。

3.3 空間自相關(guān)與冷熱點(diǎn)演化

3.3.1 空間自相關(guān)分析 研究區(qū)域2006年、2011年、2016年ESV的Moran′sI值都大于0(Z>0)，表明該區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的空間分布存在一定程度的空間自相關(guān)性，但值并不大，表明整體空間自相關(guān)性程度不是很顯著。隨著年份的增長(zhǎng)，Moran′sI值先減小后增大，且2016年Moran′sI值達(dá)到最大，表明在研究時(shí)段中，該區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的空間集聚程度先減小后增大，空間自相關(guān)性也存在先減小后增大的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3.2 空間分布模式 分析汾河上游生態(tài)服務(wù)價(jià)值的高/低聚類(lèi)指數(shù)可得(表5)，G值與E(G)值均較小且相當(dāng)接近，且研究時(shí)段中，Z得分均為負(fù)，E(G)值大于G值，表示數(shù)據(jù)在低值區(qū)域聚類(lèi)。隨著年份的增長(zhǎng)，Z(G)值呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明ESV空間分布及其動(dòng)態(tài)變化的低值聚集程度有所減弱，表明隨著時(shí)間的變化，ESV整體空間分布形態(tài)也發(fā)生了一定程度上的變化。

2006—2011年，研究區(qū)ESV增值熱點(diǎn)區(qū)和損失冷熱點(diǎn)區(qū)域變化顯著，整體分布有集中范圍擴(kuò)大的趨勢(shì)，表明此階段ESV發(fā)生了劇烈的變化，其中位于研究區(qū)中南部的石家莊鎮(zhèn)、娘子神鄉(xiāng)、豐潤(rùn)鎮(zhèn)等地由熱點(diǎn)區(qū)轉(zhuǎn)化為冷點(diǎn)區(qū)，說(shuō)明此區(qū)域ESV急劇下降，主要原因是城市擴(kuò)張、城鎮(zhèn)化的推進(jìn)占用了大量農(nóng)用地。而ESV熱點(diǎn)區(qū)集中分布于研究區(qū)西北部和東南部地區(qū)，主要原因是區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好，分布有蘆芽山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、冰洞國(guó)家地質(zhì)公園、天池等，該區(qū)域群山蒼茫，植被茂盛，人煙稀少，人為活動(dòng)對(duì)該區(qū)域干擾較小，土地較少被開(kāi)發(fā)破壞。

圖2 汾河上游2006-2016年單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)變化

表5 汾河上游空間自相關(guān)與高/低聚類(lèi)指數(shù)

2011—2016年，ESV增值熱點(diǎn)區(qū)和損失冷熱點(diǎn)區(qū)的分布在這一研究區(qū)間變化不大。ESV熱點(diǎn)區(qū)主要管涔山地區(qū)以及萬(wàn)輝溝，這與小流域尺度的ESV分布趨勢(shì)保持一致，研究區(qū)西南部地區(qū)ESV冷點(diǎn)區(qū)面積有擴(kuò)大趨勢(shì)，大多位于豐潤(rùn)鎮(zhèn)、神峪溝鄉(xiāng)區(qū)域內(nèi)，這與當(dāng)?shù)毓I(yè)化、城鎮(zhèn)化的推進(jìn)密不可分，因此需要重視對(duì)冷點(diǎn)區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作，采取一系列保護(hù)措施，最大程度上控制冷點(diǎn)區(qū)范圍，遏制其范圍擴(kuò)散。在冷點(diǎn)區(qū)內(nèi)，通過(guò)改變地類(lèi)的方式不斷促進(jìn)生態(tài)價(jià)值的提高，進(jìn)而促進(jìn)汾河上游地區(qū)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一發(fā)展。

4 結(jié) 論

(1) 汾河上游地區(qū)2006年、2011年、2016年的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量分別為45.99億元、40.72億元、39.67億元，呈現(xiàn)逐年遞減的變化特點(diǎn)，2006—2016年共減少了6.31億元，減少了13.74%，ESV減少的主要原因是水域和草地面積的減小，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)一定程度上對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生了負(fù)向影響。研究時(shí)間區(qū)域各地類(lèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值之間的關(guān)系保持穩(wěn)定，為草地>林地>水域>耕地>未利用地>建設(shè)用地。各地類(lèi)生態(tài)敏感性指數(shù)變化較小，且在研究時(shí)段內(nèi)都小于1，說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)價(jià)值系數(shù)變化缺乏彈性，研究結(jié)果具有強(qiáng)可信度。

圖4 汾河上游ESV冷熱點(diǎn)分布格局

(2) 研究區(qū)內(nèi)各地區(qū)ESV空間格局存在較為明顯的差異現(xiàn)象，研究區(qū)以汾河、東碾河、鳴河為主的8大河流網(wǎng)狀分布，東部為管涔山，西部為蘆芽山，中部為汾河川，山川總體生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高，而各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心及周邊區(qū)域因農(nóng)地和建設(shè)用地所占比例較大形成較大范圍范圍的ESV低值區(qū)。因此，為了提高汾河上游整體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，應(yīng)該以小流域?yàn)榛A(chǔ)，針對(duì)各地生境現(xiàn)狀，實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程來(lái)改善生態(tài)環(huán)境條件。

(3) 單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，水文調(diào)節(jié)功能的貢獻(xiàn)率一直居于首位，價(jià)值量均大于9億元，氣候調(diào)節(jié)和土壤保持的貢獻(xiàn)率分別位于第二位和第三位。2006—2016年上述3種服務(wù)功能的綜合貢獻(xiàn)率分別為62.64%，60.81%，60.53%，超過(guò)總體服務(wù)價(jià)值的一半。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低的水資源供給和維持養(yǎng)分循環(huán)功能，合計(jì)貢獻(xiàn)率不超過(guò)3%。

(4) 研究時(shí)段中區(qū)域的ESV存在一定程度的空間自相關(guān)性，但相關(guān)性程度不是很顯著，整體數(shù)據(jù)在低值區(qū)域聚類(lèi)，隨著年份的增長(zhǎng)，ESV空間分布及其動(dòng)態(tài)變化的低值聚集程度有所減弱，空間分布在一定程度上發(fā)生顯著變化。國(guó)家天然林保護(hù)等工程和“兩山”造林、“兩網(wǎng)”綠化等省級(jí)林業(yè)工程的實(shí)施，在汾河上游ESV增值熱點(diǎn)區(qū)中發(fā)揮了重要作用，但是研究時(shí)段后期ESV損失冷點(diǎn)區(qū)面積有擴(kuò)大趨勢(shì)，這與當(dāng)?shù)毓I(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展密切有關(guān)，這些區(qū)域往往是城鄉(xiāng)建設(shè)土地開(kāi)發(fā)的重要區(qū)域，在促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重生態(tài)服務(wù)價(jià)值的損失，嚴(yán)格控制冷點(diǎn)區(qū)范圍。

(5) 本文基于遙感影像解譯，囿于數(shù)據(jù)的獲取，僅考慮了兩個(gè)時(shí)間區(qū)段內(nèi)3個(gè)特定年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化，對(duì)于詳細(xì)的每年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況考慮欠缺，無(wú)法準(zhǔn)確體現(xiàn)漸變型區(qū)間段變化情況，這在一定程度上會(huì)影響測(cè)算結(jié)果的精確性。且在對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行修正的過(guò)程中，結(jié)合實(shí)地選取的修正指標(biāo)所需數(shù)據(jù)不盡充分，在后期研究工作中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行更多的實(shí)地調(diào)研，收集更加完善的數(shù)據(jù)。深入分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的年際變化特征，結(jié)合專(zhuān)家問(wèn)卷法等獲取更加準(zhǔn)確的當(dāng)量因子，并將次研究與生態(tài)補(bǔ)償研究緊密結(jié)合起來(lái)，健全生態(tài)保護(hù)的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)現(xiàn)汾河上游生態(tài)效益價(jià)值、社會(huì)效益價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值的有效統(tǒng)一。