中國耕地空間格局變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)

黃海潮, 雷 鳴, 孔祥斌, 溫良友

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 北京100193; 2.自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100193)

土地利用格局變化對(duì)區(qū)域乃至全球的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力具有重要影響[1]，耕地作為土地利用結(jié)構(gòu)中最重要的主要組成部分之一[2]，承擔(dān)著食物生產(chǎn)、環(huán)境調(diào)節(jié)等重要功能，是實(shí)現(xiàn)糧食安全和生態(tài)安全的物質(zhì)基礎(chǔ)[3]。當(dāng)前，耕地空間格局變化導(dǎo)致的生態(tài)問題已引起廣泛關(guān)注[4]，正確評(píng)估中國耕地空間格局變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的影響及其時(shí)空演變規(guī)律，是保障國家可持續(xù)糧食安全和生態(tài)安全的科學(xué)基礎(chǔ)，也是耕地?cái)?shù)量—質(zhì)量—生態(tài)“三位一體”保護(hù)政策制定的重要依據(jù)。

耕地空間格局變化是LULCC(Land use/land cover change)研究的重要課題，相關(guān)研究主要集中于耕地空間格局變化的時(shí)空過程、耕地空間格局變化的驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，耕地空間格局的模擬以及耕地空間格局變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[5]。其中前三者的研究方法較為成熟，相關(guān)學(xué)者從耕地空間格局變化的宏觀趨勢[6-7]、耕地轉(zhuǎn)換特征[8-10]等維度對(duì)耕地空間格局變化的時(shí)空過程進(jìn)行了深入研究，在國家[11-12]、省[13-14]、市縣等[15-16]不同尺度探討了自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素變化對(duì)耕地空間格局變化的驅(qū)動(dòng)作用，利用支持向量機(jī)[17]、Markov模型[18]、CLUE-S模型等[19]模擬了不同空間尺度耕地空間格局，取得了較為豐富的研究成果。關(guān)于耕地空間格局變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究，全國尺度上相關(guān)學(xué)者主要研究了耕地空間格局變化對(duì)耕地生產(chǎn)能力[20]、氣候[21]、地形[22]、水資源[23]、土壤等[24]單一要素的影響。相關(guān)學(xué)者也探究了耕地空間格局變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響，但大多從整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，研究耕地與其他地類之間轉(zhuǎn)換對(duì)整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響[25-27]，對(duì)于耕地空間格局變化對(duì)耕地本身生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的關(guān)注較少，為數(shù)不多的研究主要集中于耕地空間格局變化對(duì)耕地食物生產(chǎn)功能的影響[28-31]，相關(guān)研究表明耕地空間格局變化過程中耕地食物生產(chǎn)能力降低明顯，但耕地空間格局變化過程中供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)等其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總體價(jià)值的變化規(guī)律尚待研究，耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的時(shí)空演變規(guī)律需進(jìn)一步綜合深入探究。在耕地生態(tài)保護(hù)的新要求和新共識(shí)下，迫切需要加強(qiáng)全國尺度上的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的綜合研究。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是指生態(tài)系統(tǒng)通過生態(tài)結(jié)構(gòu)、功能和過程為人類生存所提供的不同生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)[25]，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的評(píng)估中[32-33]。本文基于2000年、2005年、2010年、2015年四期遙感數(shù)據(jù)，在利用重心模型等方法深入刻畫我國耕地空間格局演變的基礎(chǔ)上，選擇NPP(Net Primary Production)、降水、侵蝕3個(gè)關(guān)鍵因素，構(gòu)建圖斑尺度的全國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空異質(zhì)評(píng)估模型，分析我國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化，量化我國耕地空間格局變化對(duì)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的影響，以期為有效和精細(xì)的耕地生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量時(shí)空修正 本文基于謝高地2015年提出的當(dāng)量因子表，其將耕地分為水田和旱地2種二級(jí)地類，將耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為4種一級(jí)功能和11種二級(jí)功能(表1)。本文借鑒謝高地等[34]的研究選取NPP、降水和侵蝕3個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)11種服務(wù)功能進(jìn)行空間修正。公式為：

表1 耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量[34]

Fnij=Fj×Rnij

(1)

式中：Fnij是指第n年第i個(gè)耕地圖斑第j類耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量；Fj指第j類耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)全國平均當(dāng)量；Rnij是針對(duì)第n年耕地圖斑i第j類耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的調(diào)節(jié)因子。文中分為3類調(diào)節(jié)因子：Rni1為NPP時(shí)空調(diào)節(jié)因子；Rni2為降水時(shí)空調(diào)節(jié)因子；Rni3為侵蝕時(shí)空調(diào)節(jié)因子。其中：Rni3用于對(duì)土壤保持服務(wù)價(jià)值時(shí)時(shí)空修正；Rni2用于對(duì)水資源供給和水文調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值時(shí)空修正；其他耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均采用Rni1進(jìn)行時(shí)空修正。下面介紹3類調(diào)節(jié)因子的計(jì)算。

(2)

(2)降水時(shí)空調(diào)節(jié)因子。降水時(shí)空調(diào)節(jié)因子的計(jì)算方法為：

(3)

式中：Pni指第n年第i個(gè)耕地斑塊的降雨量(mm/hm2)；ˉPn表示第n年全國耕地平均降雨量(mm/hm2)。

(3)侵蝕時(shí)空調(diào)節(jié)因子。侵蝕時(shí)空調(diào)節(jié)因子的計(jì)算公式為：

(4)

1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子價(jià)值量核算 本文采用謝高地等[35]的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子價(jià)值核算方法，將單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的凈利潤作為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量。稻谷、小麥和玉米是我國三大主要糧食，依據(jù)這三大主要糧食計(jì)算?？紤]到不同年份三大主要糧食價(jià)格和播種面積的波動(dòng)，取2005—2015年三大糧食凈利潤的平均值作為本文的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子價(jià)值。其計(jì)算公式如下：

從圖2、圖3和圖4中可以看出，雙管開路故障對(duì)同步交流發(fā)電機(jī)三相輸出電壓信號(hào)影響較大，其故障瞬態(tài)衰減幅度較大。

(5)

1.1.3 重心模型 本文利用重心模型探究耕地空間轉(zhuǎn)移的總體趨勢，耕地重心指的是某一時(shí)間區(qū)域耕地面積在空間平面上力矩達(dá)到平衡的點(diǎn)，重心運(yùn)動(dòng)的方向、速度等特性能夠很好表征耕地的空間變化[36]。耕地重心的計(jì)算公式如下：

(6)

(7)

式中：X，Y分別表示全國耕地重心的經(jīng)度和緯度；Si表示行政單元i的耕地面積；Xi和Yi分別表示行政單元i重心的經(jīng)度和緯度；本研究中重心計(jì)算以省為基本單元。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所用的數(shù)據(jù)主要包括：(1)2000年、2005年、2010年、2015年耕地空間分布數(shù)據(jù)，分辨率為1 km×1 km，來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(www.resdc.cn)；(2)2000年、2005年、2010年NPP數(shù)據(jù)。來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(www.resdc.cn)。(3)20世紀(jì)90年代以來多年平均降水?dāng)?shù)據(jù)和土壤侵蝕數(shù)據(jù)。來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(www.resdc.cn)；(4)2005—2015年水稻、玉米和小麥播種面積與凈利潤。來源于2006—2015年《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。(5)2006—2015年全國CPI(Consumer Price Index)數(shù)據(jù)。來源于2006—2015年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 結(jié)果與分析

2.1 近20年我國耕地空間格局演變

2000—2015年、我國水田、旱地面積均明顯減少。我國耕地以旱地為主，旱地面積占耕地面積的70%以上。2000—2015年，耕地面積由1 797 502.0 km2減少為1 783 013.0 km2，共減少0.8%，但耕地減速降低，減幅由2000—2005年的0.40%的降低為2010—2015年的0.10%。其中，旱地面積總體減少5 381.0 km2，減幅為0.41%，2005—2010年旱地減少最明顯。水田共減少9 108.0 km2，減幅為1.92%，減速不斷降低，2000—2005年減幅為1.75%，2010—2015年耕地面積小幅增加(圖1)。

圖1 2000-2015年耕地、旱地、水田面積變化

2000—2015年、耕地、旱地和水田重心均發(fā)生明顯的遷移，耕地重心持續(xù)向西北方向遷移，旱地總體向西北遷移，水田重心總體向東北遷移(表2)。2000年耕地重心坐標(biāo)為(112°48′00″E，35°33′27″N)，位于山西省澤州縣內(nèi)，2015年耕地重心坐標(biāo)為(112°33′19″E，35°45′06″N)，位于山西省沁水縣進(jìn)內(nèi)，耕地重心以西偏北40.8°方向遷移30 884.1 km。2000年旱地重心坐標(biāo)為(112°28′27″E,37°12′28″N)，位于山西省祁縣境內(nèi)，2015年重心坐標(biāo)為(112°04′37″E,37°18′11″N)，位于山西省平遙縣境內(nèi)，旱地重心以西偏北13.1°的方向偏移了36 238.2 km。2000年水田重心坐標(biāo)為(113°38′35″E,30°55′27″N)，位于湖北省應(yīng)城市境內(nèi)，2015年水田重心坐標(biāo)為(113°48′59″E,31°19′26″N)，位于湖北省安陸市境內(nèi)，水田重心以東偏北75.1°方向遷移了478 14.4 km。不同時(shí)段，耕地、水田和旱地重心遷移方向和速度存在明顯的差異。耕地重心遷移方向較為穩(wěn)定，但遷移速度存在明顯差異，2005—2010年遷移速度較慢，其他兩個(gè)時(shí)段遷移速度相當(dāng)。旱地重心在2000—2005年時(shí)段以西偏北30.9°方向遷移，其他兩個(gè)時(shí)段遷移方向西偏北角度較小，與該時(shí)段差異明顯，2005—2010年遷移速度明顯小于其他兩個(gè)時(shí)段。2000—2005年，水田重心向西偏北36.0°方向遷移，而后向東北方向遷移，重心遷移速度不斷增加。

表2 2000-2015年耕地、旱地、水田重心遷移方向與速度

九大農(nóng)業(yè)區(qū)中，北方干旱半干旱區(qū)、東北平原區(qū)耕地面積持續(xù)增加，北方干旱半干旱區(qū)耕地增加主要來源于旱地，東北平原區(qū)耕地增加主要來源于水田，其他農(nóng)業(yè)區(qū)耕地面積持續(xù)減少(圖2)。2000—2015年，北方干旱半干旱區(qū)、東北平原區(qū)耕地面積分別增加17 104.0 km2，3 351.0 km2，分別增加6.67%和1.12%。其他農(nóng)業(yè)區(qū)耕地面積均減少，其中長江中下游平原區(qū)和黃淮海平原區(qū)耕地面積減少最明顯，分別減少14 062.0 km2，6 623.0 km2，減幅為3.91%和2.06%。北方干旱半干旱區(qū)旱地增加明顯，增加17 013 km2，占區(qū)域增加耕地面積的99.5%，其他農(nóng)業(yè)區(qū)旱地面積均減少，其中黃淮海平原區(qū)和東北平原區(qū)旱地減少最明顯，分別減少5 555.0 km2，5 553.0 km2，減幅分別為1.82%和2.17%。東北平原區(qū)水田面積增加明顯，增加8 904.0 km2，增幅為20.25%，北方干旱半干旱區(qū)水田少量增加。其他農(nóng)業(yè)區(qū)水田面積均減少，其中長江中下游區(qū)和華南區(qū)水田面積減少最明顯，分別減少10 931.0 km2，3 090.0 km2，減少幅度分別為4.86%和5.97%。

注：圖中DB，BF，QZ，HT，HH，YG，SC，HN，CJ分別是東北平原區(qū)、北方干旱半干旱區(qū)、青藏高原區(qū)、黃土高原區(qū)、云貴高原區(qū)、四川盆地及周邊地區(qū)、華南區(qū)、長江中下游地區(qū)的簡稱。

2.2 近20年耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化

2.2.1 全國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化 2000—2015年我國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值和單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均持續(xù)減少，減少速度總體呈現(xiàn)先降后升的趨勢(表3)。2000年我國耕地生態(tài)服務(wù)總價(jià)值為23 402.3億元，2015年耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量為23 087.1億元，共減少315.2億元，減幅為1.35%。2000—2005年、2005—2010年、2015—2020年耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量分別減少114.7，86.2，114.3億元，減幅分別為0.49%，0.37%和0.49%。2000—2015年，每hm2耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由12 990.4元降低到12 919.2元，減少71.2元，降幅為0.55%。2000—2005年、2005—2010年、2015—2020年耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量分別減少11.4元、8.4元和51.5元，降幅分別為0.09%，0.06%和0.40%。

表3 耕地不同功能服務(wù)價(jià)值和單位面積耕地不同功能服務(wù)價(jià)值變化

2000—2015年、耕地供給服務(wù)總價(jià)值和單位耕地供給服務(wù)價(jià)值增加，耕地調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)總價(jià)值和單位面積耕地服務(wù)價(jià)值均減少，調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值減少最明顯。耕地供給服務(wù)價(jià)值由1 927.0億元增加到2 000.1億元，增幅為3.79%；單位面積耕地供給服務(wù)價(jià)值由1 069.7億元/hm2增加到1 119.2億元/hm2，增幅為4.63%。耕地調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)價(jià)值分別減少325.3億元、57.0億元和5.9億元，減幅分別為2.17%，0.94%和1.44%；每hm2耕地調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)分別減少114.7元、4.7元和1.5元，減幅分別為1.38%，0.14%和0.64%。

2.2.2 區(qū)域尺度耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

(1)九大農(nóng)業(yè)區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化。九大農(nóng)業(yè)區(qū)中，長江中下游地區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值明顯高于其他區(qū)域，青藏高原區(qū)明顯低于其他區(qū)域(圖3)。長江中下游地區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值超過6 000億元，黃淮海平原、東北平原耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在3 500～4 500億元，四川盆地及周邊地區(qū)、云貴高原區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值2 000～3 000億元，華南區(qū)、北方干旱半干旱區(qū)、黃土高原區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在1 000～1 500億元，青藏高原耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低于100億元。

圖3 九大農(nóng)業(yè)區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

九大農(nóng)業(yè)區(qū)中，北方干旱半干旱區(qū)、東北平原區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)持續(xù)增加，增速先降后升，其他農(nóng)業(yè)區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)下降，但減速變化存在明顯差異(圖4)。2000—2015年北方干旱半干旱區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由1 408.8億元增加到1 460.8億元，增加幅度為3.70%。東北平原區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由3 641.6億元增加到3 681.0億元，增幅為1.08%。其中，2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年北方干旱半干旱區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別增加21.2億元、9.3億元和21.5億元，東北平原區(qū)分別增加15.1，3.9，20.3億元。其他農(nóng)業(yè)區(qū)中，長江中下游地區(qū)耕生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少最明顯，達(dá)到171.2億元，降低幅為2.73%。黃淮海平原區(qū)、四川盆地及周邊地區(qū)、華南區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少均超過50億元，黃土高原區(qū)、云貴高原區(qū)、青藏高原區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少不明顯，青藏高原區(qū)僅減少0.4億元。不同農(nóng)業(yè)區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減速變化存在明顯差異，長江中下游區(qū)、四川盆地及周邊地區(qū)、黃淮海平原區(qū)、黃土高原區(qū)減速先降后升，華南區(qū)減速持續(xù)降低，云貴高原區(qū)減速持續(xù)增加，青藏高原區(qū)減速總體保持在較低水平。

不同農(nóng)業(yè)區(qū)供給服務(wù)、支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化存在明顯差異(圖4)。東北平原區(qū)和黃淮海平原區(qū)耕地供給服務(wù)價(jià)值減少最明顯，2000—2015年分別減少27.5億元、12.5億元。長江中下游地區(qū)和華南區(qū)耕地供給服務(wù)價(jià)值為負(fù)值，主要是因?yàn)樗锏乃Y源供給價(jià)值為負(fù)，導(dǎo)致水田的供給服務(wù)價(jià)值為負(fù)值，而長江中下游地區(qū)和華南區(qū)耕地以水田為主，所以區(qū)域耕地供給價(jià)值總體為負(fù)，但區(qū)域供給服務(wù)的負(fù)向價(jià)值分別減少80.6億元，35.2億元。北方干旱半干旱區(qū)是九大農(nóng)業(yè)區(qū)中唯一支持服務(wù)價(jià)值增加農(nóng)業(yè)區(qū)，增加45.1億元，長江中下游地區(qū)和黃淮海平原區(qū)支持服務(wù)價(jià)值分別減少27.2億元和24.0億元，減少最為明顯。北方干旱半干旱區(qū)和東北平原區(qū)調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值持續(xù)增加，分別增加77.7億元和4.7億元，其他農(nóng)業(yè)區(qū)調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值持續(xù)減少，其中長江中下游地區(qū)和華南區(qū)減少明顯，分別減少221.2億元和75.7億元。東北平原區(qū)和北方干旱半干旱區(qū)文化服務(wù)價(jià)值分別增加0.49億元和0.14億元，其他農(nóng)業(yè)區(qū)文化服務(wù)價(jià)值均減少。

注：圖中DB，BF，QZ，HT，HH，YG，SC，HN，CJ分別是東北平原區(qū)、北方干旱半干旱區(qū)、青藏高原區(qū)、黃土高原區(qū)、云貴高原區(qū)、四川盆地及周邊地區(qū)、華南區(qū)、長江中下游地區(qū)的簡稱。

(2)九大農(nóng)業(yè)區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化。九大農(nóng)業(yè)區(qū)中，四川盆地及周邊地區(qū)、華南區(qū)、長江中下游地區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高，其次是云貴高原區(qū)、黃淮海平原區(qū)、東北平原區(qū)，黃土高原區(qū)、青藏高原區(qū)、北方干旱半干旱區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)較低(圖5)。四川盆地及周邊地區(qū)、華南區(qū)、長江中下游地區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值超過17 000元/hm2，云貴高原區(qū)、黃淮海平原區(qū)、東北平原區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值介于12 000～14 000元/hm2，黃土高原區(qū)、青藏高原區(qū)、北方干旱半干旱區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均低于9 000元/hm2，其中北方干旱半干旱區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低，處于5 000～6 000元/hm2。

圖5 九大農(nóng)業(yè)區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

2000—2015年，北方干旱半干旱區(qū)、東北平原區(qū)、青藏高原區(qū)單位耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值總體降低，其他農(nóng)業(yè)區(qū)單位耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值上升。北方干旱半干旱區(qū)單位耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值持續(xù)下降，由5 491.5元/hm2下降到5 338.5元/hm2，降幅達(dá)2.79%。東北平原和青藏高原區(qū)單位耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值波動(dòng)變化，總體分別下降4.3元/hm2，8.3元/hm2。長江中下游地區(qū)、華南區(qū)、四川盆地及周邊地區(qū)、黃淮海平原區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)上升，分別增加212.8元/hm2，358.3元/hm2，49.2元/hm2，60.0元/hm2。云貴高原區(qū)、黃土高原區(qū)單位耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值波動(dòng)變化，總體分別增加16.6元/hm2，28.9元/hm2。

九大農(nóng)業(yè)區(qū)單位面積耕地供給服務(wù)、支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化存在明顯差異。東北平原區(qū)(-123.7元/hm2)、北方干旱半干旱區(qū)(-53.4元/hm2)單位面積耕地供給服務(wù)價(jià)值減少，其他農(nóng)業(yè)區(qū)單位面積耕地供給服務(wù)價(jià)值均增加，華南區(qū)(176.5元/hm2)和長江中下游地區(qū)(142.6元/hm2)增加最明顯。北方干旱半干旱區(qū)(-67元/hm2)單位面積耕地調(diào)節(jié)服務(wù)減少最明顯，東北平原區(qū)(198.3元/hm2)、華南區(qū)(129.4元/hm2)增加最明顯，其他農(nóng)業(yè)區(qū)變化較小。東北平原區(qū)(-81.5元/hm2)、北方干旱半干旱區(qū)(-30.0元/hm2)單位面積耕地支持服務(wù)減少最明顯，華南區(qū)(44.4元/hm2)和長江中下游平原區(qū)(36.6元/hm2)支持服務(wù)增加最明顯。各農(nóng)業(yè)區(qū)單位面積耕地文化服務(wù)價(jià)值變化均不明顯(圖6)。

圖6 九大農(nóng)業(yè)區(qū)單位面積耕地各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

Costanza等在全球尺度上，以及謝高地等針對(duì)中國的研究被廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估中，多位學(xué)者采用不同方法對(duì)我國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估(表4)。將國內(nèi)外關(guān)于我國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估結(jié)果通過CPI調(diào)整到2015年后，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本文的研究結(jié)果基本與謝高地等、薛明皋等的研究較為一致，Song等的研究結(jié)果最高，為88 057.4億元，Li等的研究結(jié)果最低，為19 557.1億元。耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的差異與所采用的當(dāng)量因子表有較大關(guān)系，Song等基于Costanza等的當(dāng)量因子表，該當(dāng)量因子表對(duì)于耕地的重視程度較高，Li等采用TEEB等提供的當(dāng)量因子表。本文和薛明皋等的研究均采用謝高地等提供當(dāng)量因子表和時(shí)空校正方法，結(jié)果較為接近。

表4 相關(guān)研究比較

本文采用的耕地空間分布數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(www.resdc.cn)的中國土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集中將耕地分為水田和旱地，將大部分水澆歸入到旱地中，一定程度上導(dǎo)致旱地的占耕地的比例較高，影響耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算。此外，本文在估算耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值過程中沒有充分考慮耕地的利用狀況，不同利用條件下耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在一定的權(quán)衡關(guān)系，如耕地利用強(qiáng)度過大，耕地供給服務(wù)價(jià)值短時(shí)間內(nèi)會(huì)增加，但耕地的調(diào)價(jià)服務(wù)、支持服務(wù)等價(jià)值會(huì)降低甚至為負(fù)值，不同利用條件下耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的差異化評(píng)估及其權(quán)衡關(guān)系需要進(jìn)一步深入研究。

3.2 結(jié) 論

(1)2000—2015年，中國耕地重心持續(xù)向西北方向遷移，水田和旱地重心分別向東北和西北遷移，東北平原區(qū)水田面積持續(xù)增加，北方干旱半干旱區(qū)旱地面積持續(xù)增加，其他農(nóng)業(yè)區(qū)耕地面積均持續(xù)減少，其中長江中下游區(qū)和黃淮海平原區(qū)耕地減少最明顯。

(2)2000—2015年耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值和單位價(jià)值均減少，不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化存在差異?？們r(jià)值由23 402.3億元減少為23 087.1億元，減幅為1.35%；每hm2價(jià)值分別由12 990.4元減少為12 919.2元，減幅為0.55%。全國耕地供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)總價(jià)值變化幅度分別為3.79%，-2.17%，-0.94%，-1.44%，每hm2耕地供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)價(jià)值變化幅度分別為4.63%，-1.38%，-0.14%，-0.64%。

(3)我國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化空間分異特征明顯。北方的東北平原區(qū)和北方干旱半干旱區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加，而單位面積耕地價(jià)值降低；青藏高原區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值和單位價(jià)值均降低；其他農(nóng)業(yè)區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值減少，而單位面積耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加。

我國耕地空間格局變化導(dǎo)致耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量和單位面積耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)減少，耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力持續(xù)降低，這與我國耕地?cái)?shù)量—質(zhì)量—生態(tài)“三位一體”保護(hù)策略相違背。因此，提出以下建議：

(1)采用有效手段優(yōu)化耕地空間格局，有效提升我國耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力。通過國土空間規(guī)劃，禁止南方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域隨意占用耕地，特別要禁止占用優(yōu)質(zhì)耕地，保護(hù)好現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高的耕地，約束東北和西北等生態(tài)脆弱區(qū)無序開墾耕地，從宏觀上遏制耕地北移的趨勢，通過優(yōu)化耕地空間格局提升耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力。

(2)全面精準(zhǔn)實(shí)施耕地休養(yǎng)生息戰(zhàn)略，2016年國家發(fā)改委聯(lián)合財(cái)政部等八部門印發(fā)《耕地草原河湖休養(yǎng)生息規(guī)劃(2016—2030年)》，將生態(tài)文明的理念貫穿到耕地保護(hù)中，應(yīng)對(duì)當(dāng)前生態(tài)條件較差或存在明顯限制因子的實(shí)施休耕輪作，降低利用強(qiáng)度，權(quán)衡耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，恢復(fù)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力。對(duì)于耕地生態(tài)嚴(yán)重退化，生態(tài)供給服務(wù)能力嚴(yán)重下降的耕地應(yīng)實(shí)施退耕，積極進(jìn)行生態(tài)保育，防止耕地利用導(dǎo)致生態(tài)問題。

(3)建立區(qū)域間的耕地保護(hù)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，耕地保護(hù)的目的是為了實(shí)現(xiàn)糧食安全這一公共利益，但不同地區(qū)所承擔(dān)的耕地保護(hù)責(zé)任及其付出的生態(tài)代價(jià)差異明顯，通過建立耕地生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)現(xiàn)耕地保護(hù)責(zé)任共擔(dān)、利益共享，為耕地生態(tài)保護(hù)提供制度和資金保障。