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。
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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。