江西省生態(tài)服務價值時空特征研究

鄭思遠　陳江?！≈旒t偉

摘要：生態(tài)服務功能價值評估可以為生態(tài)系統(tǒng)的良性開發(fā)利用，尤其是土地利用規(guī)劃、管理和決策提供科學依據(jù)?；诮魇?015～2018年土地利用數(shù)據(jù)，開展了土地利用轉型空間格局分析，采用空間修正的當量因子法估算生態(tài)服務價值，并結合空間冷熱點分析，進一步探究了江西省生態(tài)服務價值的時空變化特征。研究表明：江西省耕地、林地面積逐年有所減少，城鎮(zhèn)擴張區(qū)域主要集中在中部及北部，水域擴張區(qū)域主要分布在鄱陽湖周圍。同時，廢物處理服務價值有所上升，其余各單項生態(tài)服務價值及總生態(tài)服務價值有所下降，整體呈現(xiàn)東、西、南側高，中部、北側低的空間格局。研究還發(fā)現(xiàn)江西省生態(tài)服務價值空間冷熱點集聚性較明顯，熱點區(qū)以林地、水域為主，冷點區(qū)主要分布在耕地、建設用地。根據(jù)江西省生態(tài)經濟發(fā)展相對不協(xié)調問題的分析，分區(qū)提出協(xié)調土地保護和開發(fā)利用的建議。研究成果對于維護江西省生態(tài)環(huán)境安全，推動長江大保護以及長江經濟帶高質量發(fā)展具有重要意義。

關鍵詞：生態(tài)服務價值; 土地利用; 時空特征; 空間冷熱點分析; 江西省

中圖法分類號： F301.24;X37

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.011

0引 言

生態(tài)系統(tǒng)為人類生存提供必不可少的物質資源以及多種類型的生態(tài)系統(tǒng)服務[1]，而人類日益頻繁的開發(fā)利用活動使自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞，生態(tài)系統(tǒng)及其服務功能不斷退化。Constanza等[2]1997年首次對生態(tài)服務功能的價值量進行了評價，引發(fā)了全球生態(tài)服務價值評估研究的熱點，為生態(tài)系統(tǒng)服務的定量化分析提供了研究基礎。國內的研究也多借助于Costanza的成果，不同尺度[3-5]及不同生態(tài)系統(tǒng)[6-8]的服務功能價值量得到了廣泛的評估。

當前定量化的生態(tài)系統(tǒng)服務研究側重于生態(tài)系統(tǒng)服務時空演變規(guī)律及其同土地利用的關聯(lián)性分析[9-11]。隨著城市化進程的加快，林地、水域、草地等以自然為主導的土地利用類型逐漸被耕地、建設用地等以人類為主導的土地利用類型所取代，不同地類側重不同的生態(tài)服務功能，而具有較高生態(tài)服務價值的土地利用類型面積減少會導致生態(tài)系統(tǒng)服務價值的顯著降低[12]。魏慧等[13]研究發(fā)現(xiàn)德州市2006～2014年林地和水域面積的減少主要導致了其生態(tài)服務價值的減少。秦方[14]發(fā)現(xiàn)河南新鄭市2000～2018年生態(tài)服務價值的下降主要是由于生態(tài)空間向生活生產空間的轉變。但隨著生態(tài)環(huán)境保護工作的持續(xù)推進，研究越來越注重土地的開發(fā)利用活動與自然過程的協(xié)調統(tǒng)一，而生態(tài)服務功能價值評估可以為生態(tài)系統(tǒng)的良性開發(fā)利用，尤其是土地利用規(guī)劃、管理和決策提供科學依據(jù)。Liang等[15]針對長沙預測了基于歷史演變規(guī)律、土地規(guī)劃主導以及生態(tài)保護主導的3種土地變化情況，通過估算各種情景下的生態(tài)服務價值，為土地利用規(guī)劃的制定提供指導。

江西省位于長江經濟帶中游，具有重要的生態(tài)功能區(qū)位，隨著社會經濟的快速發(fā)展，對長江流域的生態(tài)系統(tǒng)造成一定的脅迫。自2016年，長江經濟帶發(fā)展明確了生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路。2018年，江西省九江市作為長江大保護第一批試點城市，率先開展大保護工作。針對江西省生態(tài)服務功能演變開展相關研究，對于維護長江中下游生態(tài)環(huán)境安全，推動長江經濟帶高質量發(fā)展具有重要意義。本次研究基于江西省2015～2018年土地利用分布，開展生態(tài)服務價值時空特征分析及其同土地利用的關聯(lián)性分析，為區(qū)域開發(fā)及生態(tài)保護提供決策依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

江西省位于長江中下游南岸，是長江經濟帶的重要組成部分，具有重要的生態(tài)功能區(qū)位。全省共11個地級市，陸域總面積16.69萬km2，地勢整體由南向北傾斜，地形復雜，全省東、西、南三面山地環(huán)繞，中部丘陵分布，北部以平原為主，全省地形以山地丘陵為主，山地丘陵區(qū)占全省國土面積的78%。江西屬亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫18 ℃，年均降水量1 675 mm。

1.2研究方法

1.2.1生態(tài)服務價值評估方法

（1） 生態(tài)服務價值計算方法。

江西省生態(tài)服務價值評估主要基于謝高地等制定的中國生態(tài)服務價值當量因子表[16]，1當量因子為1 hm2耕地自然糧食產量的經濟價值，等于當年江西省平均糧食單產經濟價值的1/7[17]。根據(jù)江西省2015年和2018年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，江西省糧食單產5 842.72 kg/hm2，糧食單價按國家糧食和物資儲備局公布2018年稻谷平均最低收購價2.4元/kg，得到江西省9類不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生態(tài)服務價值（見表1）。

（2） 生態(tài)服務價值空間修正。

當量因子法反映了不同土地利用類型生態(tài)服務價值的高低，但其空間異質性不強，相同土地利用在不同地理環(huán)境下的生態(tài)服務價值也存在差異[18]，因此需要對其進行空間修正。而生物量反映了生態(tài)系統(tǒng)的原料生產能力，其形成和累積過程也影響了生態(tài)系統(tǒng)其他服務功能，反映不同區(qū)域生態(tài)服務功能的差異[19]，因此本次研究采用歸一化植被指數(shù)（NDVI）對林地、耕地、草地的生態(tài)服務價值評估進行空間修正。

|CS|1則表明ESV的評估結果準確度差、可信度低[20]。|CS|越大，表明該評估系數(shù)的準確性對于ESV的評估越為重要。將各土地利用類型的評估系數(shù)上下調整50%，計算相應的敏感性指數(shù)。

1.2.3生態(tài)服務價值空間冷熱點

結合空間冷熱點分析，進一步對各類生態(tài)服務價值的空間集聚特征進行分析[21]?？臻g冷熱點分析采用ArcGIS的Hot Spot Analysis（Getis-Ord Gi*），如果GiZScore為正，表明該點周圍值相對高于均值，為熱點區(qū)，反之，如果GiZScore為負則為冷點區(qū)，分別將GiZScore=±1.65，±1.96，±2.58作為較熱（冷）點、熱（冷）點、極熱（冷）點的分界閾值[22]。

1.2.4生態(tài)經濟協(xié)調發(fā)展分析

采用生態(tài)經濟協(xié)調度（EEH），即生態(tài)服務價值變化率和GDP變化率之比[11]，開展江西省2015～2018年生態(tài)經濟協(xié)調發(fā)展分析。

式中：ESpr為生態(tài)服務價值變化率，GDPpr為GDP變化率，EEH≥1表明生態(tài)服務價值增長速度不低于經濟增長速度;0

1.3數(shù)據(jù)來源

江西省生態(tài)服務價值評估采用的數(shù)據(jù)主要包括2015，2018年江西省土地利用類型圖（1 km×1 km）和歸一化植被指數(shù)（1 km×1 km），數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http：∥www.resdc.cn）。本研究對江西省土地利用類型重新分類，分為耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地6大類。研究采用的社會經濟數(shù)據(jù)主要來源于2015，2018年江西省國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

2結果與分析

2.1敏感性分析

當各類土地利用的生態(tài)服務價值系數(shù)上下調整50%，敏感性指數(shù)絕對值均小于1（見表2），表明所得到的生態(tài)服務價值評估結果是可靠的，所采用的當量因子可用于研究區(qū)域生態(tài)服務價值的評估。表2顯示各土地利用類型的敏感性由高到低依次是林地、耕地、水域、草地、未利用地、建設用地，林地的敏感性指數(shù)明顯高于其他土地利用類型，表明林地評估因子的準確性對于生態(tài)服務價值評估結果的可靠性具有較大的影響。

2.2土地利用變化特征

2015～2018年期間，江西省土地利用總體變化特征如下：耕地、林地以及未利用地的面積減少，其中耕地和林地面積減少較多，分別為0.06萬km2和0.07萬km2，未利用地也有0.02萬km2被開發(fā);水域和建設用地的面積增加，尤其是建設用地的面積增加較為明顯，為0.13萬km2 ，面積變化率達30.95%，水域面積增長量相對較小，為0.02萬km2;草地面積較為穩(wěn)定（見表3）。

以10 km×10 km 的網(wǎng)格為基本單元對各土地利用變化類型進行統(tǒng)計，將數(shù)量最多的地類轉換類型作為該單元的主導土地利用變化類型，以此探究2015～2018年江西省土地利用的空間格局變化，主要可以分為城鎮(zhèn)擴張型、水域擴張型、耕地轉林地、林地轉耕地以及其他類型（見圖1）。城鎮(zhèn)擴張型在各地級市均有分布，主要集聚在中部及北側，以南昌市為主;水域擴張型主要分布在鄱陽湖周圍;林地和耕地之間的相互轉換在各地級市均有分布。

2.3生態(tài)服務價值特征

江西省2015～2018年ESV總體呈下降趨勢（見表4），由7 519.08億元下降到7 475.47 億元，減少了0.58%。從單項ESV來看，水文調節(jié)的價值最大，約占總ESV的16 %，食物生產的價值最低，約占總ESV的2%。2015～2018年，江西省廢物處理的價值由于水域擴張增加了0.77 億元，其余各項服務價值均下降，原材料生產、氣體調節(jié)、保持土壤的價值變化率相對較大，這與林地面積的減少具有較高的相關性，水文調節(jié)的價值變化較小，減少了0.15%。

將空間區(qū)域按總ESV分成低值區(qū)（<20 000萬元）、較低值區(qū)（20 000～30 000萬元）、中值區(qū)（30 000～40 000萬元）、較高值區(qū)（40 000～50 000萬元）、高值區(qū)（>50 000萬元）。從總ESV空間分布來看，高值區(qū)主要分布整個江西省的東、西、南側，以林地和水域為主，低值區(qū)主要分布在整個省域的中部及北側，以耕地和建設用地為主（見圖2）。

從各市地均ESV來看，南昌市、新余市的地均生態(tài)服務價值較低，贛州市的地均生態(tài)服務價值較高。江西省11市中，2018年同2015年相比較，九江、鷹潭、上饒、撫州的ESV有所上升，主要是由于水域面積的擴張，而景德鎮(zhèn)、南昌、宜春、新余、吉安、萍鄉(xiāng)、贛州的ESV下降，尤其是新余、南昌、宜春、贛州ESV下降較為明顯，主要是城鎮(zhèn)擴張引起了ESV的下降（見表5）。

2.4空間冷熱點分布格局

江西省總ESV的空間冷熱點分布格局中：熱點區(qū)主要分布在九江市南側，包括九嶺山、廬山、鄱陽湖，以林地、水域為主;吉安、贛州、撫州交界處，撫州、鷹潭、上饒連線處以及贛州南部，包括雩山、武夷山等，以林地為主。冷點區(qū)主要分布在南昌、宜春、新余連線，位于中部及北部的平原區(qū)，以耕地、建設用地為主。

調節(jié)服務和文化服務冷熱點區(qū)分布與總ESV相似，但冷熱點區(qū)面積有所差異，文化服務冷熱點區(qū)面積相對較大，調節(jié)服務冷熱點區(qū)面積相對較小。供給服務和支持服務冷熱點區(qū)分布與總ESV略有差異，差異主要在于鄱陽湖周圍也是其冷點分布所在，冷點區(qū)用地以耕地、建設用地以及水域為主，而熱點區(qū)的用地以林地為主（見圖3）。

2.5生態(tài)經濟協(xié)調發(fā)展分析

2015～2018年，江西省GDP增加了5 261億元，增長率為31.45%，生態(tài)服務價值減少了43.61 億元，下降率為0.58%，生態(tài)經濟協(xié)調發(fā)展指數(shù)為-0.02，表明經濟社會的發(fā)展對生態(tài)環(huán)境產生了負面影響。

江西省生態(tài)系統(tǒng)以林地和耕地系統(tǒng)為主，且林地的調節(jié)、支持和文化服務價值均較高，耕地具有較高的糧食供給服務價值，因此，林地和耕地系統(tǒng)對于維持江西省生態(tài)服務價值穩(wěn)定具有顯著的作用。2015～2018年，江西省社會經濟快速發(fā)展，人口增長約82萬，城鎮(zhèn)化率增長4.4%，城鎮(zhèn)化進程加快，城鎮(zhèn)建設空間的需求引起林地和耕地生態(tài)系統(tǒng)的縮減，從而導致生態(tài)服務價值的整體下降。尤其是長江中游城市群和鄱陽湖生態(tài)經濟區(qū)的建設發(fā)展，城鎮(zhèn)化的快速擴張侵占大量土地，導致江西省特別是南昌市生態(tài)服務價值顯著下降，生態(tài)服務價值的冷點區(qū)也多位于此。