基于土地利用變化的寧德市生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究

陳 騰

(福建省地質調查研究院，福州，350013)

生態(tài)系統(tǒng)服務是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結構、過程和功能直接或間接得到的生態(tài)支持產品和服務[1]。20世紀中后期，由于人們缺乏對生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其重要性的深入了解，導致了生態(tài)環(huán)境的破壞，從而損害了生態(tài)系統(tǒng)服務功能[2]。隨著保護生態(tài)系統(tǒng)服務功能的重要性不斷被人們認知，生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究已成為當前科學研究的重要課題。生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估是生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)功能區(qū)劃、環(huán)境經濟核算，以及生態(tài)補償決策的重要依據和基礎。

雖然早在20世紀60、70年代科學家們就提出了生態(tài)系統(tǒng)服務概念[3-4]，但長期以來對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的認知并不充分。隨著氣候變暖、土地退化、生物多樣性下降等全球生態(tài)環(huán)境問題不斷加劇，生態(tài)系統(tǒng)服務價值的相關研究越來越受重視[5]。1997年，Daily[6]及Constanza[7]等開展了對全球生物圈生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究，Constanza構建了生態(tài)服務價值當量表，創(chuàng)建了生態(tài)服務功能價值模型。歐陽志云等估算水生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務價值[8]，對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的研究趨勢以及價值評估方法等方面進行了系統(tǒng)地分析梳理[9]。謝高地等[10-12]借鑒前人的研究成果，構建了符合中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務價值當量表，對草地生態(tài)系統(tǒng)和農田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務價值做了重點研究，并將綜合研究成果實踐于青藏高原生態(tài)資產價值評估。但是國內生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究主要集中于草地、森林、農田等特殊生態(tài)系統(tǒng)，而對于以山地為主的濱海城市研究較少，對生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)變化研究略顯不足，且動態(tài)變化研究的數(shù)據多以精度較低的遙感數(shù)據為基礎。

寧德市作為典型山地濱海城市，森林覆蓋率高，耕地資源缺乏，是閩東沿岸重要生態(tài)屏障。近年來，隨著寧德工業(yè)化和城市化的快速推進，城市發(fā)展與用地資源緊張的矛盾日益突出，生態(tài)環(huán)境面臨巨大挑戰(zhàn)?；趯幍率?010～2018年土地利用變化情況，筆者研究寧德市生態(tài)系統(tǒng)服務價值及變化趨勢，為寧德市生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)功能區(qū)劃以及經濟社會可持續(xù)發(fā)展提供重要科學依據，同時也為同類城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估提供借鑒。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據準備

1.1 研究區(qū)概況

寧德生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，有“九山半水半分田”之說。地貌基本輪廓形成于燕山運動末期，在福建省地貌區(qū)劃中屬閩中火山巖系中山地貌區(qū)和東部沿?；◢弾r丘陵與平原地貌區(qū)。山脈斜穿(洞宮、鷲峰山脈)，溪流交錯(交溪、霍童溪等多條溪流錯落分布)，海岸線曲折漫長(港灣眾多，漁業(yè)資源豐富)，具有獨特的“山河海灣島”自然生態(tài)格局，生態(tài)空間占比大。野生動植物種類繁多，森林植被類型多樣。

1.2 數(shù)據來源與處理

采用寧德市2010年、2014年和2018年土地利用變更調查數(shù)據，包括土地利用現(xiàn)狀數(shù)據庫(圖形及屬性庫等)。運用ArcGIS 10.6軟件分析3期土地利用現(xiàn)狀圖及其相應的屬性。在現(xiàn)有數(shù)據土地利用二級分類的基礎上將研究區(qū)土地利用類型歸整為8大類，包括了耕地(水田、水澆地、旱地)、園地(果園、茶園、其他園地)、林地(有林地、灌木林地、其他林地)、草地(天然牧草地、人工牧草地、其他草地)、建設用地(城市、建制鎮(zhèn)、村莊等)、水域(河流、水庫、坑塘等)、濕地和裸地(沙地、裸地、鹽堿地等)。運用ArcGIS 10.6軟件屬性表的空間計算功能，統(tǒng)計寧德市2010年、2014年和2018年3個年度8大類土地利用類型的面積，目的用于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

目前國內外基本采用3種方法計算生態(tài)系統(tǒng)服務價值，分別是價值量評價法、物質量評價法和能值分析法[13]。本研究采用價值量評價法，參照Costanza等[7]和謝高地等[12]的研究成果，估算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值。包括食物生產、原材料生產、氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、水文調節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性、提供美學景觀等9項生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值?？紤]到地域和時間上的差異，根據研究區(qū)實際情況對謝高地等[12]的“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表(2007)”進行以下修正。

(1)為了表達更準確，將其中農田、森林、河流/湖泊和荒漠依次對應為耕地、林地、水域和裸地，草地和濕地不變，建設用地當量因子參照冉圣宏等[13]研究成果，園地的當量因子主要參照李恒哲等[14]研究成果。

(2)參照謝高地等[11]研究成果中福建省的修正系數(shù)(1.56)，對上述當量因子進行第一次修正。

(3)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值定義為：1 hm2平均產量的農田每年自然糧食產量的經濟價值。經過綜合比較分析，確定1個生態(tài)服務價值當量因子的經濟價值等于當年單位面積糧食單產市場價值的1/7[15,16]。這里以2018年為基準估算，依據寧德市統(tǒng)計年鑒數(shù)據，對上述當量因子進行再次修正，得到符合寧德市的生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值表(表1)。依據Costanza等[7]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務價值(ESV)的計算公式，進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算，計算公式如下：

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量；Si為寧德市第i類土地利用類型面積(hm2)；Vi為第i類土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值(元/hm2·a)；i為土地利用類型。

表1 寧德市生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值(元/hm2·a)

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)度分析

為了研究生態(tài)系統(tǒng)服務價值(ESV)隨著時間的變化特征，借鑒土地利用變化動態(tài)度的指標[17]，引入生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)度(KESV)概念來分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化差異和趨勢，其計算公式如下[18]：

式中：ESVa，ESVb分別為研究初期和末期某區(qū)域或地類的生態(tài)系統(tǒng)服務價值量(ESV)；T為研究時間間隔，當T為年時，KESV為某區(qū)域或地類的生態(tài)系統(tǒng)服務價值年變化率。若KESV=0，為生態(tài)系統(tǒng)服務價值不變；KESV>0,為生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加；KESV<0,為生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈較少趨勢。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務價值敏感性分析

為檢驗生態(tài)系統(tǒng)的類型對于各土地利用類型的代表性以及選用生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)的準確性。這里應用經濟學的彈性系數(shù)概念，引入生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)(VC)的敏感性指數(shù)(CS)來分析生態(tài)系統(tǒng)服務價值(ESV)隨時間的變異對生態(tài)服務價值系數(shù)(VC)的依賴程度[19,20]。CS的含義是指VC變動1%引起ESV的變化情況，當CS>1時，表明ESV對VC的彈性較強；當CS<1時，表明ESV對VC的彈性較弱。比值越大，表明生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)的準確性越關鍵。價值系數(shù)敏感性指數(shù)的計算公式如下：

式中：CS為敏感性指數(shù)，ESV為土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量；VC為生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)，i，j為最初的和調整后的價值，k為土地利用類型。

3 結果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值及其變化

依據研究區(qū)3個時期的土地利用數(shù)據與研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)，計算求得研究區(qū)各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值(表2)。分析表明：研究區(qū)2010年、2014年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值分別為937.25億元、939.77億元和935.07億元，在8年間，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值總體呈先增加后減少的趨勢，研究時段內減少2.18億元。其中林地的生態(tài)系統(tǒng)價值始終最高，占比為75.84%～76.12%；耕地類型提供的生態(tài)系統(tǒng)價值逐步增加，得益于研究時段內耕地面積均有不同程度增加；園地面積占比和生態(tài)系統(tǒng)服務價值均為減少趨勢；雖然濕地面積占比僅為2.95%～3.03%，但生態(tài)系統(tǒng)服務價值占比達到6.83%～7.01%，是因為濕地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值較大；同樣，水域的面積占比也較小，但生態(tài)系統(tǒng)服務價值占比為4.73%～5.53%；草地、裸地、建設用地無論是土地利用面積占比還是生態(tài)系統(tǒng)價值占比都較低。

表2 寧德市2010～2018年各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值及變化

3.2 單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值及其變化

研究區(qū)2010年、2014年和2018年3期單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值及變化情況(表3)。從3期各項服務功能構成比例來看，9項服務功能間差異較大。其中水文調節(jié)、維持生物多樣性、氣候調節(jié)、氣體調節(jié)和保持土壤這五項對總生態(tài)系統(tǒng)服務價值的貢獻較大，合計貢獻率達72.22%～72.29%；廢物處理占比9.57%～9.72%，原材料生產占比8.90%～8.95%，食物生產占比最小，僅為1.78%～1.90%。從各年度之間的變化趨勢來看，總體變化較小，其中水文調節(jié)、廢物處理和提供美學景觀這3項服務功能逐年遞減，與園地、濕地和水域占地面積逐漸減少；其他6項服務功能呈現(xiàn)2010～2014年間先略有增加，2014～2018年再減少的變化趨勢；食物生產功能2010～2018年變化最大，動態(tài)度為6.47%，主要原因是對該價值貢獻最大的耕地面積的增加。

表3 寧德市2010～2018年各單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值及變化

3.3 各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析

為了更好地了解研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間差異，這里采用地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值來表征區(qū)域間的價值差異。分析可知：蕉城區(qū)、霞浦縣、周寧縣及古田縣的地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值相對較高。蕉城區(qū)、霞浦縣價值較高主要得益于兩縣市在林地面積比例較大的基礎上，最大的濕地面積和較大的水域占比，提升了價值均值，如若扣除濕地影響，則霞浦縣與蕉城區(qū)地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值較低；周寧縣地均價值較高主要是由于林地占比近75%，遠高于全市平均值(約64%)；古田縣擁有較大面積的林地和園地占比及最大的水域面積，提高了整體均值。福鼎市和福安市地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值最低，主要由于它們林地占比遠低于全市平均標準，僅為55%～56%。從各時段變化趨勢來看，蕉城區(qū)和福安市地均生態(tài)服務價值逐步下降，其主要原因是這兩縣市建設用地擴張較快，占用其他類型土地，導致生態(tài)系統(tǒng)服務價值流失；而其他縣市地均生態(tài)服務價值整體均為先增后減的趨勢。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務價值敏感性分析

通過將各土地利用類型的價值系數(shù)(VC)分別上調、下調50%，并計算研究區(qū)2010年、2014年和2018年各土地利用類型的敏感性指數(shù)(表4)。分析結果表明：各年度各地類價值系數(shù)的敏感性指數(shù)都小于1，且各年度間敏感性指數(shù)變化較小。敏感性指數(shù)大小與各地類所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值正相關。其中林地的敏感性指數(shù)最高，為0.611～0.614，說明林地生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)每增加1%，生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量增加0.611～0.614；裸地和建設用地敏感性指數(shù)最小，幾乎為0，對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的貢獻較小。敏感性指數(shù)計算結果表明研究區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務價值是缺乏彈性的，并且相對于價值系數(shù)來說是較為穩(wěn)定的。因此，筆者選用的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)適用于研究區(qū)。

表4 寧德市生態(tài)系統(tǒng)服務價值對其價值系數(shù)的敏感程度

4 討論與結論

4.1 討論

(1)價值評估方法方面。應用修正后的寧德市的生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值表，進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估。該方法具有可操作性和直觀性強，同時能夠反應研究區(qū)特點而被廣泛接受和認可，一般地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估均適用。但由于生態(tài)系統(tǒng)本身的復雜性，僅僅從自然生態(tài)系統(tǒng)本身來評估整個生態(tài)系統(tǒng)服務價值是不全面的，生態(tài)系統(tǒng)服務應將人類活動的影響和空間的位置考慮進去，同時對于建設用地生態(tài)價值系數(shù)，國內外學者分歧較大，上述原因導致該研究方法的估算結果仍較為粗糙。如何更好地完善生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估方法和技術，是后期研究需要迫切解決的問題。該文基本反映出研究區(qū)8年來生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化趨勢，在一定程度上對研究區(qū)土地資源管理、生態(tài)環(huán)境建設和社會經濟發(fā)展提供決策依據，也為后續(xù)相關研究提供一點借鑒。

(2)驅動力因素方面。土地利用類型的變化主要受自然和人文因素的共同影響，進而引起生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。說明生態(tài)系統(tǒng)服務價值不僅受到氣候、地形、環(huán)境等自然因素的制約，同時人口、經濟、政策等人類活動也會引起生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。該文側重于生態(tài)系統(tǒng)價值評估及變化研究，對驅動力因素分析不足。后期研究中應更多考慮整合諸多因素，綜合運用數(shù)理統(tǒng)計方法，更深入的分析生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化驅動力。

4.2 結論

(1)參照Costanza等和謝高地等的研究成果，結合研究區(qū)實際情況，修正了生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，建立寧德市生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值表。運用經濟學中彈性系數(shù)的概念，計算分析生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)的敏感性指數(shù)，結果表明：研究區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務價值是缺乏彈性的，并且相對于價值系數(shù)來說是較為穩(wěn)定的，選用的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)適用于研究區(qū)。

(2)根據寧德市2010年、2014年和2018年3期土地利用數(shù)據，估算分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值及其變化。結果表明：2010～2018年間耕地和建設用地整體呈現(xiàn)增長趨勢；3個時期生態(tài)系統(tǒng)服務價值分別為937.25億元、939.77億元和935.07億元，研究期間內生態(tài)系統(tǒng)服務價值因土地利用類型變化而總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢；研究區(qū)林地面積和生態(tài)系統(tǒng)服務價值占比均最大。

(3)從3期各單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能分析結果可知，各服務功能構成比例差異較大。按服務類型的二級分類比較，由大到小依次為：水文調節(jié)>維持生物多樣性>氣候調節(jié)>氣體調節(jié)>保持土壤>廢物處理>原材料生產>提供美學景觀>食物生產。2010～2018年間水文調節(jié)、廢物處理和提供美學景觀這3項服務價值逐步遞減，其他單項服務價值先增后減。

(4)采用地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值來分析各縣市間的差異。結果表明：蕉城區(qū)、霞浦縣、周寧縣及古田縣的地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值相對較高；福鼎市和福安市地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值較低?？鄢睾竦靥厥獾仡惖挠绊懞螅軐幙h和古田縣地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值相對較高，而霞浦縣和福鼎市最低。