湘西州地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空特征及驅(qū)動(dòng)分析

李靜芝， 王 苗， 馮文靜， 李 彬

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)建筑學(xué)院，長(zhǎng)沙 410076； 2.洞庭湖水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410114)

0 引言

人類活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)，由于不合理的土地開(kāi)發(fā)與利用，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，農(nóng)田減少危及耕地紅線、生物多樣性減少等生態(tài)問(wèn)題，自然災(zāi)害發(fā)生頻率不斷提高[1]。強(qiáng)化生態(tài)文明建設(shè)，尊重大自然基本規(guī)律是人類賴以生存的基本法則[2]。“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”是指對(duì)人類生存和生活質(zhì)量有貢獻(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)，由Holdren等[3]于1974年首次提出，引起了生態(tài)學(xué)界、經(jīng)濟(jì)界的高度重視； 1997年Costanza等[4]提出“全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表”對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行劃分和評(píng)估； 進(jìn)入21世紀(jì)后，由聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署等機(jī)構(gòu)共同發(fā)起了為期4 a的千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估工作完成[5]，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究從靜態(tài)價(jià)值評(píng)估轉(zhuǎn)向重視人類福祉的影響方向發(fā)展[6]。國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究起步較晚，歐陽(yáng)志云等[7-8]、謝高地等[9-11]、趙同謙等[12-13]開(kāi)展了深入研究。在Costanza等[4]提出的評(píng)價(jià)模型基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)內(nèi)200多位生態(tài)學(xué)者進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，提出“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”并進(jìn)行修正，對(duì)中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究產(chǎn)生廣泛影響。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是生態(tài)系統(tǒng)及其過(guò)程所形成與所維持的人類賴以生存的環(huán)境條件與效用[14]，總體上可以劃分為3類： 生活與生產(chǎn)物質(zhì)的提供、生命支持系統(tǒng)的維持、精神生活的享受[15]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是指通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能直接或者間接提供的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)[16]，其價(jià)值評(píng)估是生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)補(bǔ)償、自然資源資產(chǎn)價(jià)值核算等政策的重要依據(jù)和基礎(chǔ)[17-18]。

本文以湖南省湘西土家族苗族自治州1990—2018年7期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)當(dāng)量因子進(jìn)行時(shí)空修正并建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算模型，選取敏感性指數(shù)檢驗(yàn)其結(jié)果的準(zhǔn)確性，在地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)和Geoda095i空間分析支持下，綜合分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變特征及驅(qū)動(dòng)力，以期為湘西州土地資源的合理利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論參考，在未來(lái)，合理規(guī)劃城鄉(xiāng)用地開(kāi)發(fā)邊界、減少人類活動(dòng)造成的破壞，同時(shí)加大對(duì)林地資源的保護(hù)，提高生態(tài)效益。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)湘西州位于湖南省西北部，地理范圍在N27°44.5′～29°38′，E109°10′～110°22.5′之間(圖1)，與湖北、貴州、重慶三省(市)接壤，面積約1.547萬(wàn)km2； 全州包括吉首市、古丈縣、龍山縣、永順縣、鳳凰縣、瀘溪縣、花垣縣、保靖縣1個(gè)市7個(gè)縣，含115個(gè)街道。截至2018年底，全區(qū)總?cè)丝诩s297.24萬(wàn)人，常住人口約264.96萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為46.54%，全年生產(chǎn)總值為605.05億元。該區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，具有明顯的大陸性氣候特征，年均氣溫在15～22 ℃之間，年均降水量為1 300～1 500 mm，年平均濕度為81.2%。近幾十年研究區(qū)受人類濫砍亂伐、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張等活動(dòng)的影響，林地、草地面積銳減，植被不斷退化，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益突出。

圖1 研究區(qū)位置及范圍示意圖Fig.1 Location of the study area

1.2 數(shù)據(jù)源及其預(yù)處理

研究采用的數(shù)據(jù)包括土地覆蓋數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和氣候氣象數(shù)據(jù)3大類。通過(guò)人機(jī)交互式解譯Landsat影像得到湘西州1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2013年和2018年的土地覆蓋數(shù)據(jù)，通過(guò)辨識(shí)和分類處理，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、濕地、建設(shè)用地、未利用地7大類，土地利用一級(jí)類型的綜合評(píng)價(jià)精度達(dá)到90%以上。湘西州1990—2018年社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括糧食產(chǎn)量、播種面積、糧食價(jià)格、城鎮(zhèn)化率、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product,GDP)總量等，均來(lái)源于《湘西州統(tǒng)計(jì)年鑒》和《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》。氣溫、降水量等氣候氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于《湖南省水資源公報(bào)》。

2 研究方法

2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度是定量評(píng)價(jià)土地利用變化速度的指標(biāo)，包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度[19-20]，計(jì)算公式為：

(1)

(2)

式中：K為研究期內(nèi)某種土地利用類型的單一土地利用動(dòng)態(tài)度；Ua和Ub分別為研究期初和期末某種土地利用類型的面積，hm2；T為研究時(shí)長(zhǎng)，a；C為研究期內(nèi)研究區(qū)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度； |Uai-Ubi|為研究區(qū)內(nèi)第i類用地轉(zhuǎn)化為非i類用地類型的面積的絕對(duì)值，hm2。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)當(dāng)量表

謝高地等[21]在Costanza等[4]研究的基礎(chǔ)上，從我國(guó)實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)200多位中國(guó)生態(tài)學(xué)家的調(diào)查問(wèn)卷，制定了中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表。本文采用謝高地等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類方法，分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4大類，進(jìn)一步細(xì)分為食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性和美學(xué)景觀等11種服務(wù)功能。

由于本次研究所使用的LUCC土地利用數(shù)據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和謝高地等提出的生態(tài)系統(tǒng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，故將土地利用類型進(jìn)行重分類。一級(jí)分類中6種土地利用類型不變?cè)黾咏ㄔO(shè)用地分類。農(nóng)田、林地和草地的二級(jí)分類不變，由于沼澤地、灘地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與濕地比較一致，故將其歸為生態(tài)系統(tǒng)分類中的濕地； 河渠、水庫(kù)坑塘的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與水域比較一致，將其歸為生態(tài)系統(tǒng)分類中的水域； 建設(shè)用地分為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和其他建設(shè)用地。

2.2.2 當(dāng)量系數(shù)修正

不同地區(qū)所處的位置、生態(tài)環(huán)境以及生物多樣性等差異對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估產(chǎn)生一定的影響，為了使評(píng)估結(jié)果更準(zhǔn)確，本次研究在謝高地等提出的當(dāng)量表基礎(chǔ)上參考劉倩等[22]的研究成果，采用社會(huì)發(fā)展系數(shù)和區(qū)域差異系數(shù)進(jìn)行時(shí)空修正。

社會(huì)發(fā)展系數(shù)反映的是在不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和人民生活水平下，人們對(duì)生態(tài)價(jià)值的支付意愿的相對(duì)水平。計(jì)算公式為：

l′=l1M1+l2M2，

(3)

(4)

式中：l為與現(xiàn)實(shí)支付意愿有關(guān)的社會(huì)發(fā)展系數(shù)；l′為湘西州綜合發(fā)展系數(shù)；l1為城鎮(zhèn)社會(huì)發(fā)展系數(shù)；M1為城鎮(zhèn)人口的占比；l2為農(nóng)村社會(huì)發(fā)展系數(shù)；M2為農(nóng)村人口的占比；Dt為第t年的社會(huì)發(fā)展修正系數(shù)。

區(qū)域差異系數(shù)反映的是不同區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域要素共同作用所形成的差異。依據(jù)區(qū)域生物量的差異對(duì)不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行修正，采用凈初級(jí)生產(chǎn)潛力代替生物量。計(jì)算公式為：

NPP=3 000[1-e-0.000 969(R-20)]，

(5)

Qt=NPP/NPPmean，

(6)

式中：Qt為第t年的區(qū)域差異系數(shù)；NPP為自然植被的凈初級(jí)生產(chǎn)潛力，t/(hm2·a)；NPPmean為所有類型植被的平均凈初級(jí)生產(chǎn)力；R為研究區(qū)1 a內(nèi)實(shí)際蒸散量，mm。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子是生態(tài)系統(tǒng)潛在服務(wù)價(jià)值的相對(duì)貢獻(xiàn)率，該因子等于每年每公頃糧食價(jià)值的1/7。1990—2018年，湘西州地區(qū)平均糧食產(chǎn)量為4 225.82 kg/hm2，2018年平均糧食價(jià)格為2.25元/kg，因此湘西州地區(qū)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子為1 359.09元/hm2。湘西州地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算公式為：

ESV=∑(Ak·VCk·Dt·Qt)，

(7)

ESVf=∑(Ak·VCfk·Dt·Qt)，

(8)

VCk=∑(VCfk)，

(9)

式中：ESV為研究區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,元；Ak為土地利用類型k的面積，hm2；VCk為第k類土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，元/hm2；ESVf為生態(tài)系統(tǒng)第f項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值，元；VCfk為土地利用類型k的第f項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)(表1)，元/hm2。

表1 湘西州地區(qū)土地利用類型單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)Tab.1 Single ecosystems service value coefficients of land use categories in Xiangxi (元/hm2)

2.3 敏感性指數(shù)

利用敏感性指數(shù)(coefficient of sensitivity，CS)來(lái)定量分析ESV對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)的敏感程度[23]。如果CS>1，說(shuō)明ESV對(duì)VC是富有彈性的，說(shuō)明其準(zhǔn)確度差、可信度較低； 如果CS<1，說(shuō)明ESV對(duì)VC是缺乏彈性的，結(jié)果是可信的。計(jì)算公式為：

(10)

式中：CS為敏感性指數(shù)；ESVi和ESVj分別為初始和調(diào)整后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，元；VCik和VCjk分別為初始和調(diào)整后的第k種土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，元/hm2。

2.4 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)指在地理空間區(qū)域上的某種屬性與相鄰近的空間區(qū)域上的同一屬性之間的相關(guān)程度，即地理空間上是否存在聚集性，包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)[24-25]。利用Geoda095i模型中的單變量Moran’s I分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間特征，在Z檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上(p=0.001)，繪制LISA集聚圖。計(jì)算公式為：

I=Zi∑(WijZj)，

(11)

式中：Zi和Zj為空間單元i和j的標(biāo)準(zhǔn)化值；Wij為空間權(quán)重(當(dāng)區(qū)域i和j相鄰接，Wij為1； 否則為0)。LISA集聚圖把區(qū)域劃分為高-高、低-低、低-高和高-低4種類型。

2.5 驅(qū)動(dòng)因素分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值演變的驅(qū)動(dòng)力因素包括自然環(huán)境和人為影響2個(gè)方面。參照文獻(xiàn)[26]，并考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，本次研究以湘西州為單位收集人口指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、農(nóng)業(yè)指標(biāo)和旅游指標(biāo)4個(gè)方面的24個(gè)驅(qū)動(dòng)因子(表2)，采用SPSS軟件分別進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸方程的建立，研究驅(qū)動(dòng)因子對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值演變驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)體系Tab.2 Index system of ecosystem servicevalue change driving force

3 結(jié)果與分析

3.1 湘西州地區(qū)土地利用變化特征

1990—2018年間林地一直是湘西州地區(qū)的主要土地利用類型，約占總面積的70%； 其次為耕地，約占總面積的20%(圖2)。由土地利用動(dòng)態(tài)評(píng)估結(jié)果(表3)可知，1990—2010年C<0.1%，這一階段土地利用不活躍； 2010—2018年C>0.2%，其原因是在2010年以后林地轉(zhuǎn)草地、耕地、建設(shè)用地面積大大增多，土地利用較活躍； 但總體來(lái)說(shuō)，28 a間研究區(qū)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度變化較小，土地利用活躍程度不高。

圖2-1 1990—2018年湘西州土地利用分類

圖2-2 1990—2018年湘西州土地利用分類Fig.2-2 Land use classification in Xiangxi from 1990 to 2018表3 1990—2018年湘西州土地利用動(dòng)態(tài)度Tab.3 Dynamic degree of land use in Xiangxi from 1990 to 2018 (%)

1990—2018年建設(shè)用地、濕地、未利用地單一土地利用動(dòng)態(tài)度呈正向變化，耕地、林地、草地、水域單一土地利用動(dòng)態(tài)度呈負(fù)向變化。1990年湘西州的城鎮(zhèn)化率為10.19%，到2018年達(dá)到46.53%，用地面積的變化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程有關(guān)，由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，28 a間建設(shè)用地呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，由1990年的7.757×103hm2增加至2018年的20.775×103hm2，城鄉(xiāng)建設(shè)空間擴(kuò)大，主要分布在市區(qū)和縣城附近； 由于建設(shè)占用，耕地、林地、草地面積不斷減少； 受降水量、日照等因素影響較大，28 a間濕地面積一直呈現(xiàn)波動(dòng)態(tài)勢(shì)； 2010年以前未利用地基本無(wú)變化，而在2010—2013年未利用地單一土地利用動(dòng)態(tài)度達(dá)到最大值47.99%，其面積由52.03 hm2增加至126.95 hm2，由于林草資源不合理的開(kāi)發(fā)利用方式，導(dǎo)致49.61 hm2的林地和25.31 hm2的草地轉(zhuǎn)化為未利用地； 28 a間水域面積基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 湘西州地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)間維度差異性分析

本研究以5 a為一個(gè)時(shí)間尺度(2010—2013年為3 a)，估算1990—2018年的湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表4)，28 a間湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體呈負(fù)增長(zhǎng)，減少了142.574 5億元。從不同土地利用類型來(lái)看，耕地、林地、草地、水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不斷下降，濕地、建設(shè)用地、未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不斷增加。林地對(duì)湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率最大，占總價(jià)值的83%以上，草地、耕地次之。由于湘西州70%以上均為林地，林地面積的減少導(dǎo)致林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不斷降低，進(jìn)而造成湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的降低。濕地、建設(shè)用地、水域、未利用地面積相對(duì)較小，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也明顯小于林地、草地。總體來(lái)看，湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率依次為： 林地>草地>耕地>水域>建設(shè)用地>濕地>未利用地。

表4 1990—2018年湘西州各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化Tab.4 Changes of ecosystem service value in Xiangxi from 1990 to 2018

從各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能看(表5)，1990—2018年湘西州地區(qū)4大體系服務(wù)功能價(jià)值表現(xiàn)為調(diào)節(jié)服務(wù)>支持服務(wù)>供給服務(wù)>文化服務(wù)。調(diào)節(jié)服務(wù)中氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境和水文調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值主要受林地、草地面積變化影響，與其面積變化保持一致，呈現(xiàn)出快速增加、快速下降、快速增加再緩慢下降的趨勢(shì)； 供給服務(wù)中食物生產(chǎn)功能主要受到耕地的影響，由于耕地面積的不斷減少，造成食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值減少3.73億元； 原料生產(chǎn)受林地、草地的影響較大，1990—1995年、2000—2005年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其他年份均下降，其服務(wù)價(jià)值減少了4.29億元； 1990—2018年水資源供給服務(wù)價(jià)值基本保持不變； 支持服務(wù)中的土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性服務(wù)價(jià)值及文化服務(wù)中美學(xué)景觀服務(wù)價(jià)值總體下降，主要受林地面積變化的影響，由于林地面積比重大對(duì)其價(jià)值變化的引導(dǎo)起到了主要作用。

表5 1990—2018年湘西州各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值估算Tab.5 Ecosystem service value of each kind of the service function in Xiangxi from 1990 to 2018

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間維度差異性分析

從空間上來(lái)看，1990—2018年湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體趨勢(shì)東南部高于西北部(圖3)，原因是東南部坡度較大，林地多，植被覆蓋率較高。將湘西州1990—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從低到高劃分為5個(gè)等級(jí)，較低、低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域主要分布于市縣建成區(qū)域內(nèi)，如吉首市、龍山縣、花垣縣、保靖縣、鳳凰縣縣域中心，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨著城鎮(zhèn)化的加快呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)； 較高、高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域正在大幅度減少，特別是在湘西州南部的瀘溪縣，其逐漸被中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域所替代，28 a間林地、草地面積不斷下降，較高、高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布與林地、草地分布相一致； 由于較高、高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域不斷減少，轉(zhuǎn)化為中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域，故中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域在不斷增多。

圖3-1 1990—2018年湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布

圖3-2 1990—2018年湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布

3.3 敏感性分析

將土地利用類型的生態(tài)價(jià)值系數(shù)分別上下調(diào)動(dòng)50%來(lái)分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化對(duì)價(jià)值系數(shù)的敏感程度。調(diào)整后的價(jià)值系數(shù)的敏感性均小于1(表6)，敏感性大小依次為： 林地>草地>耕地>水域>建設(shè)用地>濕地>未利用地。敏感性分析表明，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)價(jià)值系數(shù)是缺乏彈性的，由此可證明本研究結(jié)果具有有效性和可信度。

表6 1990—2018年湘西州敏感性指數(shù)(CS)Tab.6 Sensitivity coefficient of Xiangxi from 1990 to 2018

3.4 湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間自相關(guān)分析

3.4.1 全局空間自相關(guān)

Moran’s I散點(diǎn)圖用于研究區(qū)域空間的異質(zhì)性[27-28]，根據(jù)ArcGIS10.5與Geoda095i軟件進(jìn)行全局空間自相關(guān)生成Moran’s I散點(diǎn)圖，統(tǒng)計(jì)如表7。研究區(qū)1990—2018年7期Moran’s I均大于0，1990—2010年Moran’s I基本保持一致，2013—2018年Moran’s I下降，自相關(guān)程度相對(duì)減弱，p均為0.001，通過(guò)采用蒙特卡羅模擬的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有空間正相關(guān)性。

表7 湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的全局Moran’s ITab.7 Global Moran’s I of ecosystem service value in Xiangxi

3.4.2 局部空間自相關(guān)

為了進(jìn)一步了解研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的局部空間聚集變化規(guī)律，根據(jù)湘西州701個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值網(wǎng)格單元顯著的空間聚集關(guān)系，進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，利用Geoda095i軟件生成7期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值LISA聚集圖(圖4)，用來(lái)檢驗(yàn)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在地理空間上是否具有高-高相鄰、低-低相鄰、低-高相鄰或高-低相鄰。

圖4 1990—2018年湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值LISA聚集圖

28 a間湘西州生態(tài)空間格局沒(méi)有發(fā)生大的變化。高-高聚集區(qū)主要分布在湘西州東南部，瀘溪縣、古丈縣、保靖縣西部以及龍山縣北部，這些地區(qū)林地、草地資源豐富，森林覆蓋率均達(dá)60%以上，生態(tài)資源較好； 低-低聚集區(qū)主要分布在湘西州與其他市區(qū)交界處，鳳凰縣西南部、龍山縣北部和永順縣東北部，表現(xiàn)出明顯的城市擴(kuò)張趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境受人為影響較大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較低； 高-低聚集區(qū)主要零散的分布在鳳凰縣、花垣縣、吉首市附近，從土地利用類型來(lái)看主要是林地與建設(shè)用地、林地與耕地的交界處，故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在較大差異； 研究區(qū)幾乎沒(méi)有低-高集聚區(qū)。湘西州生態(tài)保護(hù)紅線劃定和自然保護(hù)地體系的建立應(yīng)堅(jiān)持“應(yīng)保盡?！钡脑瓌t[29]，以東南部瀘溪縣、古丈縣等地為核心，維護(hù)和改善其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，保障生態(tài)安全，助力地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展。

3.5 驅(qū)動(dòng)力分析

利用研究區(qū)1990—2018年7期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和驅(qū)動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，剔除相關(guān)性較低的因子并進(jìn)行逐步回歸分析，調(diào)整后R2均大于0.60，顯著性均小于0.05，說(shuō)明線性方程對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)的反映程度較好(表8)。結(jié)果表明，城鎮(zhèn)化率與湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈顯著負(fù)相關(guān)，是影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的首要驅(qū)動(dòng)因素； 林地面積、林業(yè)總產(chǎn)值與湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈正相關(guān)，說(shuō)明林地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值具有顯著提升作用。城鎮(zhèn)化率屬于人口結(jié)構(gòu)指標(biāo)，人口結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致地區(qū)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，城鎮(zhèn)人口的增加導(dǎo)致原料、食物等需求加大，污染物排放量增加，城鄉(xiāng)建設(shè)空間不斷擴(kuò)大，占用林地、草地等其他用地，最終影響湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低。

表8 湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值回歸模型Tab.8 Ecosystem service value regression modelsof each service in the study area

①：y為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，元；y1為供給服務(wù)價(jià)值，元；y2為調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值，元；y3為支持服務(wù)價(jià)值，元；y4為文化服務(wù)價(jià)值，元。

從各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能來(lái)看，城鎮(zhèn)化率均為其首要驅(qū)動(dòng)因子，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與城鎮(zhèn)化率呈顯著負(fù)相關(guān)。除城鎮(zhèn)化率外，人口密度也是供給服務(wù)價(jià)值的首要驅(qū)動(dòng)因子，說(shuō)明供給服務(wù)價(jià)值受到人口數(shù)量的影響較大； 林業(yè)總產(chǎn)值是調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值第二驅(qū)動(dòng)因素，說(shuō)明林地對(duì)氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、土壤保持等有重大作用，突出林地生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)服務(wù)上的重要性。

4 結(jié)論與討論

基于1990—2018年湘西州土地利用數(shù)據(jù)，對(duì)土地利用變化進(jìn)行分析，采用謝高地等改進(jìn)后的當(dāng)量因子法估算湘西州7個(gè)時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其時(shí)空變化特征，進(jìn)一步探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的驅(qū)動(dòng)因素，研究得出以下結(jié)論：

1)1990—2018年湘西州地區(qū)主要土地利用類型為林地，28 a間耕地、林地、草地面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，建設(shè)用地、濕地、未利用地呈上升趨勢(shì)，水域面積基本無(wú)變化，總的來(lái)說(shuō)，28 a間土地利用活躍程度不高。

2)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)間演變來(lái)看，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)先增加后減少再增加最后減少的趨勢(shì)，耕地、林地、草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化趨勢(shì)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化趨勢(shì)一致； 從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布來(lái)看，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值整體呈現(xiàn)出東南部高于西北部。28 a來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體降低，主要是由于城鄉(xiāng)空間的不斷擴(kuò)張，建設(shè)占用其他用地，在未來(lái)要嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，合理規(guī)劃城鄉(xiāng)用地邊界，實(shí)現(xiàn)湘西州地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

3)敏感性分析表明，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)價(jià)值系數(shù)是缺乏彈性的，敏感性系數(shù)均小于1，證明研究結(jié)果具有有效性和可信度。

4)通過(guò)空間相關(guān)性分析表明，研究期間研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域相關(guān)性顯著且具有空間正相關(guān)性。高-高聚集區(qū)主要分布在湘西州東南部，瀘溪縣、古丈縣、保靖縣西部和龍山縣北部； 低-低聚集區(qū)主要分布在湘西州與其他市區(qū)交界處，鳳凰縣西南部、龍山縣北部和永順縣東北部； 高-低聚集區(qū)主要零散地分布在鳳凰縣、花垣縣和吉首市附近； 研究區(qū)內(nèi)幾乎沒(méi)有低-高集聚區(qū)。28 a間湘西州生態(tài)空間格局沒(méi)有發(fā)生大的變化。

5)影響研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化的驅(qū)動(dòng)因素主要包括人為因素和自然因素，28 a間受人為因素影響較大，主要驅(qū)動(dòng)因素為城鎮(zhèn)化率、人口密度、林業(yè)總產(chǎn)值和林地面積。要合理規(guī)劃城鄉(xiāng)用地開(kāi)發(fā)邊界、減少人類活動(dòng)造成的破壞； 同時(shí)，由于林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值遠(yuǎn)大于其他用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值，在未來(lái)要加大對(duì)林地資源的保護(hù)。湘西州地區(qū)林地資源較豐富，生態(tài)基礎(chǔ)較好，加強(qiáng)對(duì)國(guó)家森林公園的建設(shè)，加快推進(jìn)綠色旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高生態(tài)效益。

本文在研究湘西州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征及驅(qū)動(dòng)力分析時(shí)，由于當(dāng)量因子表并不適用于所有區(qū)域的研究，故對(duì)其進(jìn)行時(shí)空修正，使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估更準(zhǔn)確。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們支付能力與意愿不斷變化，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的認(rèn)識(shí)也不斷改變，采用與支付意愿有關(guān)社會(huì)發(fā)展系數(shù)進(jìn)行時(shí)間修正； 不同區(qū)域土地利用類型、生態(tài)環(huán)境及生物多樣性的差異對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有一定的影響，采用凈初級(jí)生產(chǎn)潛力代替生物量進(jìn)行空間修正，該方法適用于林地覆被較廣的地區(qū)。由于數(shù)據(jù)獲取的限制等各方面的原因，本文還存在一些不足，關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類福祉的相關(guān)性研究較少，在未來(lái)將會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉及決策管理進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化研究。隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的深入實(shí)施，湘西州作為重要生態(tài)功能區(qū)，擁有豐富的林地資源，發(fā)揮林業(yè)碳匯作用助力生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展意義重大。今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)湘西州碳排放、碳足跡的深入研究，為制定科學(xué)合理的生態(tài)政策、加快推動(dòng)綠色低碳發(fā)展和實(shí)施區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。