探討礦區(qū)土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

余玲兒

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018）

0 引言

土地利用或土地覆被是人類追尋發(fā)展的重要方式，但同時(shí)活動(dòng)的開展將導(dǎo)致景區(qū)的景觀格局發(fā)生變化，缺乏可行的管控措施時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于異常，生態(tài)系統(tǒng)可提供的功能遭到制約。因此，深入探討土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化極具必要性，從中摸索出規(guī)律，為生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建提供參考，依托科學(xué)的方法推動(dòng)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)同發(fā)展。在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需著重從土地利用與覆蓋變化的角度著手。

1 項(xiàng)目概況

某礦區(qū)東經(jīng)113°15′13″，北緯39°04′55″?，F(xiàn)場(chǎng)夏季濕潤(rùn)多雨，冬季寒冷干燥，屬暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候，最低氣溫32.5℃，最高氣溫35.5℃，多年平均氣溫6.9℃。降水集中在7～9月份，平均年降水量為565.8 mm；年日照2700～2800 h，無(wú)霜期120天，年蒸發(fā)量為1600～1700 mm。礦區(qū)面積2.68 km2，現(xiàn)場(chǎng)地形切割強(qiáng)烈，地勢(shì)高低不平，以中性粗骨土和石灰性褐土兩類土壤為主。

2 研究的技術(shù)路線

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究持續(xù)深入，相繼產(chǎn)生一系列成果。本研究以Costanza的估算模型為參考，綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、礦區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，確定土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，產(chǎn)生多元一次函數(shù)關(guān)系式，用于反饋區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。針對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，聯(lián)合采用遙感影像、ArcGIS軟件進(jìn)行處理，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)，更具直觀性地評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化，明確在生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值中復(fù)墾規(guī)劃在其中發(fā)揮出的作用。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分析

3.1 太陽(yáng)能和水源

固定太陽(yáng)能。植物光合作用可固定太陽(yáng)能，經(jīng)由綠色植物進(jìn)入食物鏈，提供生命維持物質(zhì)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展有重要作用。涵養(yǎng)水源。土壤對(duì)雨水有強(qiáng)烈的滲透作用，而植物根系深入土壤中，可用于調(diào)節(jié)徑流，尤其是在集水區(qū)內(nèi)其優(yōu)勢(shì)更為明顯。對(duì)比分析有無(wú)植被的裸地可以發(fā)現(xiàn)，有植被的地段徑流更加均勻與緩慢，水源的涵養(yǎng)狀態(tài)良好。

3.2 土壤與氣候

保護(hù)土壤。地段的植被發(fā)育狀態(tài)較佳時(shí)，地表覆蓋一定量的植被，雨水對(duì)土壤的沖擊作用相對(duì)有限，可減輕土壤遭侵蝕的問(wèn)題，對(duì)維持土壤性質(zhì)的穩(wěn)定性有重要作用。調(diào)節(jié)氣候。一套完善的生態(tài)系統(tǒng)具備調(diào)節(jié)氣候的能力，例如，協(xié)調(diào)溫度、降水、氣流，主動(dòng)規(guī)避極端氣候的產(chǎn)生，以免對(duì)人類的生存與發(fā)展造成不利影響。

3.3 污染物與營(yíng)養(yǎng)元素

凈化污染物。部分生物可吸收和分解污染物，減輕對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，同時(shí)還有部分生物對(duì)污染物具有敏感性，可根據(jù)此類生物的特征進(jìn)行環(huán)境污染程度的評(píng)估。貯存營(yíng)養(yǎng)元素。營(yíng)養(yǎng)元素經(jīng)由大氣、土壤等條件進(jìn)入生物體內(nèi)，提供營(yíng)養(yǎng)供給，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)。而在營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)的方式下，生物和非生物環(huán)境間存在密切的元素交換活動(dòng)，其對(duì)于維持生態(tài)的穩(wěn)定性有重要作用。

3.4 維護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

縱觀地球發(fā)展進(jìn)程，地球早期的環(huán)境并不適宜人類的生存。在地球出現(xiàn)大量生物后，生存環(huán)境得以優(yōu)化，生物和大氣地理環(huán)境建立起聯(lián)系，彼此間相互作用，逐步改善地球生態(tài)系統(tǒng)，并使此系統(tǒng)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)提供自然環(huán)境的娛樂、社會(huì)文化科學(xué)等的價(jià)值，也升華了人類活動(dòng)的內(nèi)涵。

4 土地利用變化分析方法的應(yīng)用

4.1 評(píng)價(jià)所需的數(shù)據(jù)及具體方法

首先，確定土地利用類型，包含耕地、林地、草地、水域等。其中水域面積包含水庫(kù)、湖泊、河流、坑塘水面的面積總和，其他土地利用類型也有一定的細(xì)分項(xiàng)目。其次，選擇合適的評(píng)價(jià)方法，考慮到便捷性、有效性的要求，綜合應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)、敏感性分析、土地利用變化動(dòng)態(tài)度模型。從多角度著手做對(duì)比分析，結(jié)合礦區(qū)土地利用的特點(diǎn)評(píng)價(jià)其與生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系，從中摸索出可作為生態(tài)保護(hù)的參考依據(jù)。

4.2 單一土地利用動(dòng)態(tài)度模型

某區(qū)域特定時(shí)間段某土地利用類型的數(shù)量變化，可用單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度（K）表示。為量化分析，需建立單一土地利用動(dòng)態(tài)度模型，具體如下：

式中，Ua和Ub分別為研究初期和末期某種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時(shí)段長(zhǎng)。

4.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值用服務(wù)價(jià)值（ESV）計(jì)算公式估算，具體如下：

式中，Ak為研究區(qū)第k種土地利用類型的面積；VCk為生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)。

4.4 敏感性分析法

ESV隨時(shí)間變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)（VC）變化的依賴程度用敏感性指數(shù)（CS）予以評(píng)價(jià)。分如下兩種情況考慮：若CS＜1，表明ESV對(duì)VC缺乏彈性，因變量將由于1%的自變量變動(dòng)而產(chǎn)生小于1%的變動(dòng)；若CS＞1，表明CV富有彈性，因變量由于1%的自變量變動(dòng)而產(chǎn)生超過(guò)1%的變動(dòng)。根據(jù)規(guī)律，隨著比值的增加，VC的準(zhǔn)確性有所提升。在評(píng)價(jià)ESV對(duì)VC的敏感程度時(shí)，可以考慮下調(diào)1%的VC和上調(diào)1%的VC兩種方法，經(jīng)計(jì)算后根據(jù)結(jié)果予以評(píng)價(jià)。CS的計(jì)算公式如下：

式中，ESV的含義前文已經(jīng)提出，VC為生態(tài)價(jià)值系數(shù)；i和j分別為初始總價(jià)值和生態(tài)價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的總價(jià)值；k為各土地利用類型。

5 結(jié)果與分析

5.1 土地利用狀況的分析

5.1.1 土地利用方式轉(zhuǎn)變策略

項(xiàng)目區(qū)用地類型以草地和采礦用地居多，占比共計(jì)67.08%。排于后續(xù)的是裸地、林地、農(nóng)村道路。此外，還存在村莊和耕地，但兩者的占比偏小。根據(jù)2013～2028年的復(fù)墾方案規(guī)劃，確定在此階段的土地利用方式轉(zhuǎn)變策略。

其它草地、采礦用地的面積分別減少31 hm2、12 hm2，裸地、其它林地的減少面積分別為0.3 hm2、3.5 hm2。人工牧草地、灌木林地、有林地的面積均增加，分別為36 hm2、6.8 hm2、4.8 hm2。按照規(guī)劃方案，將已損毀土地作為重點(diǎn)優(yōu)化對(duì)象，遵循復(fù)墾適宜性的原則，經(jīng)生態(tài)手段后恢復(fù)為人工牧草地和林地。通過(guò)此策略的落實(shí)增加項(xiàng)目區(qū)生態(tài)綠地的面積，達(dá)到預(yù)期效果。

5.1.2 各階段土地利用狀況

1）2013～2019年：以土地占用為主，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件逐步鋪開復(fù)墾工作，為滿足開采需求，增加27 hm2的采用用地面積。由于部分土地被占用，部分用地的面積適當(dāng)減小，旱地、裸地、其它林地、其它草地的減少量分別為0.2 hm2、0.3 hm2、3.5 hm2、31 hm2。經(jīng)過(guò)此階段的治理后，灌木林地、人工牧草地的面積分別增加0.2 hm2、7.7 hm2。

2）2019～2025年：著重采取復(fù)墾策略，在此進(jìn)程中促進(jìn)建設(shè)用地向生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變。復(fù)墾為人工牧草地面積14.7 hm2，采礦用地面積減少20.4 hm2，有林地、灌木林地面積分別增加2.3 hm2、3.4 hm2。

3）2025～2028年：在整個(gè)流程化發(fā)展進(jìn)程中，此時(shí)間段屬于復(fù)墾收官階段，在前述階段不懈努力的基礎(chǔ)上持續(xù)發(fā)力，原本損壞的土地得到有效的恢復(fù)，逐步向農(nóng)用地的層次邁進(jìn)。采礦用地面積減少19.4 hm2，恢復(fù)人工牧草地13.4 hm2、灌木林地3.2 hm2、有林地面積2.5 hm2、旱地面積0.2 hm2。此時(shí)，采礦所致的土地?fù)p毀問(wèn)題顯著好轉(zhuǎn)，人工牧草地的比重增加，成為重要的恢復(fù)類型。在階段性的探索下，礦區(qū)植被覆蓋面積有效增加。

5.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

以2010～2012年為例，結(jié)合此階段的數(shù)據(jù)探討礦區(qū)土地利用類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。礦區(qū)糧食作物播種面積為3.65萬(wàn)hm2，年均產(chǎn)量為7.12萬(wàn)t，在確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子后，根據(jù)關(guān)系，將全國(guó)全年平均糧食單產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)值的1/7作為1個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量，并針對(duì)林地和草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的系數(shù)進(jìn)行修訂，明確礦區(qū)1個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為807.4元。在此前提下，進(jìn)一步考慮礦區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值，有助于對(duì)比分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值單位面積在礦區(qū)復(fù)墾前、后的具體表現(xiàn)，更具直觀性地評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，判斷復(fù)墾方案的實(shí)施效果。

經(jīng)過(guò)對(duì)復(fù)墾方案實(shí)施期間礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的對(duì)比分析，明確具體變化特性。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在2013～2028年的變化具有波動(dòng)性，總體呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。針對(duì)該變化規(guī)律做具體的分析，2013年由于礦區(qū)開采活動(dòng)的持續(xù)開展，部分土地受損，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境總體狀態(tài)欠佳，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量偏低，此后實(shí)施復(fù)墾策略，經(jīng)過(guò)不懈的努力后，以往粗放化的發(fā)展模式得以扭轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)出高生態(tài)服務(wù)價(jià)值土地利用類型的面積逐步增加的變化。

對(duì)于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，對(duì)比分析2013年、2018年可知，各自分別為110.7萬(wàn)元、131.1萬(wàn)元，有大幅度的提升。2013年、2028年的農(nóng)田生態(tài)分系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，則由2.3%減至1.9%。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加的土地利用類型為林地，由原本的57.5%增至58.7%，增量為13.2萬(wàn)元。對(duì)于此方面價(jià)值增加的原因，可從兩個(gè)方面進(jìn)行解讀。一是林地在當(dāng)?shù)鼐哂凶钔怀龅纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。二是林地面積增加，其創(chuàng)造的價(jià)值優(yōu)勢(shì)更為突出。荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少0.3 hm2，對(duì)應(yīng)的是減少0.01萬(wàn)元，此現(xiàn)象的出現(xiàn)與荒漠生態(tài)面積減少有關(guān)。2013年，草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比為39.6%，隨著方案的逐步實(shí)施，該指標(biāo)有先降低后增加的變化，到達(dá)2028年時(shí)，服務(wù)價(jià)值占比達(dá)到38.9%。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比增加，此現(xiàn)象的出現(xiàn)與復(fù)墾方案實(shí)施效果的顯現(xiàn)有密切關(guān)聯(lián)，可補(bǔ)充其他高生態(tài)價(jià)值地類。

6 結(jié)論

本次研究中，著重探討的是土地利用類型在土地復(fù)墾方案實(shí)施后的具體變化特征。在2013～2028年整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，礦物土地類型由于復(fù)墾方案的實(shí)施而得到改善，呈現(xiàn)出由損毀土地向宜耕宜農(nóng)土地的逐步蛻變，由于采礦而損毀的其他草地和采礦用地恢復(fù)為人工牧草地，土地服務(wù)價(jià)值得以提升。初期，由于各種地類的損毀而引起的土地利用類型在實(shí)施復(fù)墾方案后發(fā)生轉(zhuǎn)變，逐步向生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)階段邁進(jìn)，具體表現(xiàn)為蛻變至旱地、林地、草地等，即復(fù)墾方案實(shí)施后土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值更高。而從此變化來(lái)看，也正好契合于國(guó)家對(duì)礦業(yè)用地恢復(fù)治理的理念，表明復(fù)墾方案在提高土地利用水平方面有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也將由于復(fù)墾方案的實(shí)施而得以良好發(fā)展。

實(shí)施礦區(qū)復(fù)墾方案后，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值得到顯著的提升，對(duì)比分析2013年、2028年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)可知，由原本2013年的110.73萬(wàn)元增至2028年的131.1萬(wàn)元，年均增加1.4萬(wàn)元，此階段的增幅達(dá)14.8%。不同土地類型對(duì)礦物生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響不盡相同，其中以林地最為突出，面積增加8.1 hm2，草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加7.2萬(wàn)元。對(duì)比分析可知，其對(duì)礦物生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)比減少0.66百分點(diǎn)，草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加7.2萬(wàn)元。礦物生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值得以充分提升的關(guān)鍵在于復(fù)墾策略的實(shí)施，其帶來(lái)建設(shè)用地和受損壞荒漠生態(tài)恢復(fù)的效果，在聯(lián)合采用技術(shù)、工程措施后，原本未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)用地，部分單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低的建設(shè)用地得到改良，價(jià)值優(yōu)勢(shì)得到充分彰顯。

在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和價(jià)值評(píng)價(jià)活動(dòng)中，基于時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估屬于重要方式，對(duì)推動(dòng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估工作的開展有重要意義。應(yīng)用流程清晰，結(jié)果具有重要的參考價(jià)值，同時(shí)，可根據(jù)評(píng)估結(jié)果評(píng)價(jià)礦區(qū)土地復(fù)墾方案的可行性，進(jìn)而作為方案優(yōu)化的參考。根據(jù)評(píng)估結(jié)果揭示的不足進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，提升土地復(fù)墾方案的可行性。經(jīng)過(guò)深入優(yōu)化后，得到操作性良好且應(yīng)用效果突出的復(fù)墾方案，分階段逐步落實(shí)到位，發(fā)揮出復(fù)墾方案創(chuàng)造的價(jià)值優(yōu)勢(shì)。