黃土高原礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空變化
——以平朔礦區(qū)為例

孟憲文， 曹 君， 薛占金

（1.太原旅游職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030032；2.山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所，山西 太原 030006；3.廣東省環(huán)境科學(xué)研究院生態(tài)文明與綠色發(fā)展研究所，廣東 廣州 510000）

生態(tài)系統(tǒng)是人類生存和繁衍的基礎(chǔ)，為人類提供了賴以發(fā)展的環(huán)境條件和物質(zhì)基礎(chǔ)［1］。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能中獲取的各種產(chǎn)品和服務(wù)，一般分為供給、支持、調(diào)節(jié)、文化4類服務(wù)［2］。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是聯(lián)系人類活動和生態(tài)系統(tǒng)的橋梁和紐帶，是研究人類系統(tǒng)-生態(tài)系統(tǒng)耦合的重點(diǎn)內(nèi)容［3］。1970 年Wilson 首次提出“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”概念，1997 年Daily［4］和Costanza 等［5］對該概念進(jìn)行了系統(tǒng)研究，之后迅速引起國內(nèi)外生態(tài)學(xué)、地理學(xué)和環(huán)境學(xué)等領(lǐng)域的專家學(xué)者廣泛關(guān)注，不同空間尺度（全球［5］、國家［1］、省市［6-7］、縣區(qū)［8］、盆地［9］、高原［10］等）和不同生態(tài)系統(tǒng)類型（城市［11］、農(nóng)田［8］、河流［3,12］、森林［13］、草原［14］、濕地［15-16］等）下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)工作得到普遍認(rèn)識和研究，并取得較為豐碩的學(xué)術(shù)成果，這些成果主要集中在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值評估［1,5,6,8,14-16］、服務(wù)類型［2,5,17］、時空格局［10,12］、權(quán)衡協(xié)同關(guān)系［3,7,9,18］、形成機(jī)制［7,18］、人類福祉［2,19］等方面。近年來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究由自然生態(tài)系統(tǒng)（如：濕地）延伸到半自然生態(tài)系統(tǒng)（如：農(nóng)田）［20-21］。礦區(qū)是以資源開采為核心的一個獨(dú)特的半自然半人工生態(tài)系統(tǒng)［22］，長期資源開采造成了土地?fù)p毀、水土流失、水體污染、植被退化等生態(tài)環(huán)境問題，極大地影響了礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持服務(wù)、產(chǎn)水服務(wù)、碳儲存服務(wù)和生境質(zhì)量等。有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究成果較少關(guān)注礦區(qū)這類特殊的生態(tài)系統(tǒng)，且現(xiàn)有的少量成果集中在土地類型轉(zhuǎn)化和生態(tài)脆弱性［20］、單個時間節(jié)點(diǎn)的定性分析和靜態(tài)（或截面）研究［23］，缺乏長時間序列礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空格局分析［21］。礦區(qū)為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了大量資源和能源，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究正在引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注。當(dāng)前，亟需開展礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化的基礎(chǔ)研究，以便更好地服務(wù)礦區(qū)資源開發(fā)利用與綠水青山保護(hù)的協(xié)同發(fā)展。

平朔礦區(qū)作為中國最大的露天煤礦開采區(qū)，是國內(nèi)煤炭開采區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化的縮影，而且地處黃土高原邊緣和北方農(nóng)牧交錯帶，生態(tài)環(huán)境具有脆弱性和過渡性的雙重特點(diǎn)，因此在平朔礦區(qū)開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究具有顯著的代表性和示范性。本研究利用遙感數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)，在3S 技術(shù)支撐下，采用價值當(dāng)量法和生態(tài)貢獻(xiàn)度等方法，對1990—2020 年平朔礦區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行價值估算，定量表征1990—2020年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空變化，這不僅可以為黃土高原礦區(qū)開展土地復(fù)墾和生態(tài)重建提供參考依據(jù)，而且可以拓寬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究范圍。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究選取黃土高原典型礦區(qū)——平朔礦區(qū)為研究區(qū)域。平朔礦區(qū)（39°18′～39°37′N，112°10′～112°28′E）位于山西省北部的朔州市境內(nèi)，總面積約380 km2。氣候類型為中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均溫5.0～7.5 ℃，年均降雨量410～450 mm，年均蒸發(fā)量1750～2550 mm，年均風(fēng)速2.5～5.0 m·s-1［24］。地貌類型為黃土丘陵，黃土分布廣泛，再加上主要土壤類型為栗鈣土和栗褐土，土壤有機(jī)質(zhì)含量低、結(jié)構(gòu)差、抗蝕能力弱，水蝕風(fēng)蝕劇烈，是黃土高原的典型生態(tài)脆弱區(qū)［25］。平朔礦區(qū)作為中國五大露天煤礦之一，是國內(nèi)煤炭開采時間最長、空間跨度最大的露天礦區(qū)。礦區(qū)探明地質(zhì)儲量約為126×108t，是我國首批煤炭國家規(guī)劃的19個礦區(qū)之一，區(qū)內(nèi)有3 座露天礦（安太堡露天礦、東露天礦、安家?guī)X露天礦）和3 座千萬噸級現(xiàn)代化井工礦（井工一礦、井工二礦和井工三礦）（圖1）。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)集（表1）。將以上數(shù)據(jù)利用ArcGIS 10.2 工具箱中的樣條函數(shù)插值工具（Spline）和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具（Conversion Tools）進(jìn)行數(shù)據(jù)格式上的均一化處理，最終轉(zhuǎn)換為分辨率30 m的柵格數(shù)據(jù)。

表1 研究數(shù)據(jù)信息Tab.1 Information of study data

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算方法借鑒Daily 和Costanza等評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的原理和方法［4-5］，謝高地團(tuán)隊對國內(nèi)200 位生態(tài)學(xué)專家進(jìn)行問卷調(diào)查，修訂了耕地估計過低、濕地估計偏高等問題，先后于2003年和2008年制定了針對中國陸地的生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表［26-27］。2015年謝高地團(tuán)隊結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研、專家知識和生物量等方法，修改和更新了價值當(dāng)量因子表［28］，這是國內(nèi)目前最科學(xué)、最系統(tǒng)的價值當(dāng)量因子表［29］。一個當(dāng)量因子等于1 hm2耕地1 a所產(chǎn)糧食的市場價值1/7［30］?？紤]到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有時空異質(zhì)性，為使研究結(jié)果更切合平朔礦區(qū)實(shí)際，本研究糧食單產(chǎn)量采用2020年平朔礦區(qū)平均糧食單產(chǎn)量（5425.50 kg·hm-2），糧食價格采用2020 年全國玉米（平朔礦區(qū)主要糧食作物是玉米）最低收購價格（1.20 元·kg-1）。經(jīng)計算，平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的一個當(dāng)量因子為930.09 元·hm-2。根據(jù)當(dāng)量因子表［29］和平朔礦區(qū)的當(dāng)量因子值與自然條件，建設(shè)用地借鑒龍精華等［31］研究成果，可以得到平朔礦區(qū)各類土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)（表2），進(jìn)而計算出平朔礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。計算公式為［28］：

式中：ESV、ESVy分別為平朔礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值、第y項服務(wù)價值（元·a-1）；Ax為平朔礦區(qū)第x種地類面積（hm2）；VCx、VCxy分別為平朔礦區(qū)第x種地類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值系數(shù)、第y項服務(wù)價值系數(shù)（元·hm-2·a-1）。

1.3.2 生態(tài)貢獻(xiàn)度生態(tài)貢獻(xiàn)度表示在某一時間段內(nèi)，各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化量對平朔礦區(qū)總服務(wù)價值變化量的影響，可以揭示影響平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的主要貢獻(xiàn)因子和敏感因子。計算公式為［32］：

式中：CRit為第i類生態(tài)系統(tǒng)在t時間段內(nèi)生態(tài)貢獻(xiàn)度；ΔESVit為第i類生態(tài)系統(tǒng)在t時間段內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量（元·a-1）；n為地類（n=6）。

1.3.3 敏感性分析引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中基于彈性系數(shù)的敏感性指數(shù)（CS）定量描述平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化對價值系數(shù)的依賴程度，以減少研究結(jié)果的不確定性。將各地類的價值系數(shù)分別調(diào)整50%，計算平朔礦區(qū)各地類的CS。計算公式為［32-33］：

式中：CS 為敏感性指數(shù)；ESV、ESV′分別為調(diào)整前、后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（元·a-1）；VCi、VCi′分別為調(diào)整前、后第i類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)（元·hm-2·a-1）。當(dāng)CS<1 時，表明ESV 對于價值系數(shù)缺乏彈性，計算結(jié)果可信；當(dāng)CS>1 時，表明ESV 對于價值系數(shù)富有彈性，計算結(jié)果準(zhǔn)確性較差。CS的絕對值越接近0，準(zhǔn)確性越高。

2 結(jié)果與分析

2.1 平朔礦區(qū)土地利用的時空變化

通過解譯遙感影像，得到平朔礦區(qū)1990、2000、2010 年和2020 年土地利用現(xiàn)狀圖（圖2）和土地利用統(tǒng)計表（表3）。

表3 1990—2020年平朔礦區(qū)土地利用變化Tab.3 Changes of land use in Pingshuo mining area from 1990 to 2020

圖2 1990—2020年平朔礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀Fig.2 Present situation of land use in Pingshuo mining area from 1990 to 2020

從圖2可以看出，過去30 a間6種地類的空間分布格局，耕地始終是主要地類，且空間分布變化不大。受煤炭露天開采的擾動，2000—2010年安太堡露天礦、東露天礦和安家?guī)X露天礦的部分耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和未利用地，從中部出現(xiàn)并逐漸向東部、東北部擴(kuò)展。林地、草地主要分布在井工一礦和井工三礦，但井工一礦的林地和草地轉(zhuǎn)化為耕地，井工三礦的林地和草地逐漸轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和未利用地。這種變化格局充分體現(xiàn)了平朔礦區(qū)從農(nóng)業(yè)為主向農(nóng)工礦業(yè)并重的轉(zhuǎn)變，使得本區(qū)成為具有農(nóng)工礦特色的半自然半人工生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2010—2020 年平朔礦區(qū)加大土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)力度，復(fù)墾區(qū)逐漸恢復(fù)為耕地和林草地，植被覆蓋率達(dá)到90%以上，建設(shè)用地面積縮減，實(shí)現(xiàn)了從荒山廢坑向綠水青山的跨越。

從變化規(guī)模來看（表3），1990—2020 年平朔礦區(qū)的耕地面積最大，占礦區(qū)總面積的70%以上。隨著煤炭開采力度的加大和城鎮(zhèn)建設(shè)步伐的加快，1990—2010 年耕地、草地和林地面積分別減少了4081.29 hm2、1499.50 hm2、568.95 hm2，相比之下，建設(shè)用地、未利用地和水域均處于增長狀態(tài)，最為顯著的是建設(shè)用地面積由1990 年930.06 hm2增加到2010 年6735.56 hm2，凈 增加5805.50 hm2。2010—2020 年耕地、草地和林地面積增加，而建設(shè)用地面積減少（-3761.27 hm2）。從變化率來看，過去30 a間平朔礦區(qū)建設(shè)用地變化幅度最大，占比由2.45%上升到7.83%，增加了5.38%；耕地和草地變化幅度次之，變化率分別為-2.95%、-2.54%；林地、未利用地和水域變化幅度不明顯。

2.2 平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時間變化

2.2.1 總價值的時間變化隨著煤炭資源大規(guī)模開發(fā)，1990—2020年平朔礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值經(jīng)歷了先減少后增加的變化過程，由1990 年（資源開采初期）的19562.43×104元減少到2010 年的11265.40×104元，再增加到2020 年的15755.47×104元，變化量為-3806.96×104元，變化率為-19.46%（表4）。耕地、林地、草地和建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與平朔礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化過程相似，變化量分別為-404.12×104元、-419.23×104元、-1723.80×104元、-1431.82×104元，變化率分別為-3.53%、-29.47%、-23.52%、-219.79%；水域和未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量和變化率均為正數(shù)，但由于其面積和變化量較小，對平朔礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化影響不大。總體來看，草地面積的減少和建設(shè)用地面積的增加，加之二者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)較高，草地和建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量較大（合計-3155.62×104元），草地和建設(shè)用地的面積變化是平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值減少的主要原因。從分時段來看，1990—2000年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化量為-1180.50×104元，其中建設(shè)用地、草地變化量較大，分別為-491.74×104、-427.47×104元，變化率分別為-75.49%、-5.83%。2000—2010年總價值變化量為-7116.53×104元，其中建設(shè)用地、草地變化量較大，分別為-3574.55×104、-2250.29×104元，變化率分別為-31.26%、-32.61%。2010—2020年總價值變化量為4490.07×104元，其中建設(shè)用地、耕地變化量較大，分別為2634.47×104、1064.92×104元，變化率分別為55.84%、10.69%（表4）?？梢钥闯?，在3 個研究時段內(nèi)建設(shè)用地和草地的變化量最大，再次說明建設(shè)用地、草地的面積變化和價值量變化對平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化造成了較大影響。其原因是，煤炭資源開采改變了原地貌，草地逐漸被工礦建設(shè)用地代替，導(dǎo)致草地退化，最終造成生物多樣性減少，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變、功能退化和服務(wù)價值下降。

表4 1990—2020年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Tab.4 Changes of ESV in Pingshuo mining area from 1990 to 2020

2.2.2 單項價值的時間變化1990—2020年平朔礦區(qū)單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化中，除保持土壤價值增加（11.88%）外，其他各項生態(tài)服務(wù)價值均有不同程度的減少，其中水源涵養(yǎng)、凈化環(huán)境、生物多樣性價值減少幅度較大，分別減少了115.84%、69.92%、18.29%（表5）。分時段變化中，1990—2000 年平朔礦區(qū)單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少最多的是水源涵養(yǎng)、凈化環(huán)境和氣候調(diào)節(jié)，分別減少了697.63×104元、197.74×104元、160.25×104元；2000—2010年單項價值減少最多的是水源涵養(yǎng)、凈化環(huán)境和氣體調(diào)節(jié)，分別減少了4496.92×104元、1325.72×104元、925.76×104元；2010—2020年除了土壤保持價值外，其他單項價值均有所增加，增加最多的是水源涵養(yǎng)、凈化環(huán)境和氣體調(diào)節(jié)，分別增加了3103.54×104元、905.05×104元、625.29×104元?？傮w來看，調(diào)節(jié)服務(wù)價值減少驅(qū)使平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值降低，而保持土壤價值的變化是由于建設(shè)用地減少了水土流失。

表5 1990—2020年平朔礦區(qū)單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Tab.5 Changes of individual ESV in Pingshuo mining area from 1990 to 2020

從平朔礦區(qū)單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的構(gòu)成來看，過去30 a 間各單項生態(tài)服務(wù)價值居于前4 位的是：保持土壤、氣候調(diào)節(jié)、食物生產(chǎn)和氣體調(diào)節(jié)，四者價值之和占各年期土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的70%以上，共同維護(hù)了平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要功能。

2.3 平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化

在ArcGIS 10.2 軟件中，基于柵格統(tǒng)計了1990、2000、2010 年和2020 年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，根據(jù)服務(wù)價值高低分為5類，反映平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化（圖3）?？傮w來看，平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)明顯的南北高、中部低的特征，變化趨勢與林地、草地和建設(shè)用地的分布基本一致。生態(tài)系統(tǒng)價值高值的區(qū)域分布在南部和北部部分地區(qū)，最高值位于井工一礦。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的低值區(qū)域與建設(shè)用地、未利用地分布較為一致，主要分布于安家?guī)X露天礦中部、東露天礦北部和安家?guī)X露天礦東南部。生態(tài)系統(tǒng)價值中值分布范圍較廣，主要分布在平朔礦區(qū)的中部和中南部，包括安家?guī)X露天礦南部、東露天礦南部、井工二礦、安家?guī)X露天礦北部。

圖3 1990—2020年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間變化Fig.3 Spatial changes of ESV in Pingshuo mining area from 1990 to 2020

從分時段來看，1990—2000年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布變化不大，主要原因是處于煤炭資源開采初期，對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響尚未體現(xiàn)出來；2000—2010年隨著安太堡露天礦持續(xù)開采和東露天礦建設(shè)，大面積耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，生態(tài)系統(tǒng)價值低值區(qū)域在兩礦出現(xiàn)并擴(kuò)展；2010—2020年生態(tài)系統(tǒng)價值低值區(qū)域呈縮減趨勢，原因是礦區(qū)大力實(shí)施了生態(tài)環(huán)境治理和土地復(fù)墾等工作，部分建設(shè)用地恢復(fù)為耕地和林草地?？梢灶A(yù)見，未來一段時間，隨著礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理持續(xù)推進(jìn)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的下降趨勢將得到扭轉(zhuǎn)。

2.4 平朔礦區(qū)的生態(tài)貢獻(xiàn)度

從1990—2020 年平朔礦區(qū)不同地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的貢獻(xiàn)度（表6）可以看出，草地、建設(shè)用地和林地的生態(tài)貢獻(xiàn)度最大，分別為-41.52%、-34.49%、-10.09%。平朔礦區(qū)生態(tài)貢獻(xiàn)度總和為-91.71%，過去30 a 間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少了3806.96×104元，降幅為19.46%。導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失的地類有建設(shè)用地、草地、林地和耕地，生態(tài)貢獻(xiàn)度之和為-95.84%，建設(shè)用地、草地和林地是主要的負(fù)向貢獻(xiàn)因子；導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增益的地類有水域和未利用地，生態(tài)貢獻(xiàn)度之和為4.13%，水域是主要的正向貢獻(xiàn)因子。建設(shè)用地、草地和林地是平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的主要貢獻(xiàn)因子和敏感因子。分析3個研究時段中不同地類的生態(tài)貢獻(xiàn)度，也可得出同樣的結(jié)論。

表6 1990—2020年平朔礦區(qū)不同地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的貢獻(xiàn)度Tab.6 Contribution rates of changes in ESV of different land use in Pingshuo mining area from 1990 to 2020 /%

2.5 平朔礦區(qū)的敏感性分析

從敏感性指數(shù)計算結(jié)果可以看出（表7），價值系數(shù)調(diào)整50%后，平朔礦區(qū)不同地類的敏感性指數(shù)區(qū)別較大，但同一地類不同年份之間差別不大，且各時期敏感性指數(shù)均小于1。1990—2020年平朔礦區(qū)耕地的敏感性指數(shù)最高，其范圍為0.584～0.884，即當(dāng)價值系數(shù)增加10%時，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加5.84%～8.84%；未利用地敏感性指數(shù)最低，接近0；當(dāng)未利用地的價值系數(shù)增加10%時，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值最大增加0.04%，波動較小。由此得出，平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值對價值系數(shù)缺乏彈性，本研究所采用的價值系數(shù)符合平朔礦區(qū)的實(shí)際情況，研究結(jié)果可信。

表7 1990—2020年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)Tab.7 Sensitive coefficients of ESV in Pingshuo mining area from 1990 to 2020

3 討論

本研究基于遙感數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)，采用3S技術(shù)得到1990—2020 年平朔礦區(qū)土地總面積不變的情況下，各地類面積發(fā)生了較大變化（耕地等減少和建設(shè)用地等增加）。在國家政策的引導(dǎo)下，平朔礦區(qū)的露天煤礦相繼投產(chǎn)（安太堡露天礦1987年投產(chǎn)，安家?guī)X露天礦2005年投產(chǎn)，東露天礦2016年投產(chǎn)），原煤產(chǎn)量由1990年的1250×104t增加到2020年的8100×104t，人口同期增加了7.20×104人（https://pingshuo.chinacoal.com/）。為了滿足煤炭業(yè)的發(fā)展和居民的需求，當(dāng)?shù)卣黾咏ㄔO(shè)用地用來建設(shè)廠礦、交通道路和生活設(shè)施等。這種土地利用變化格局與朱九龍［23］、龍精華等［31］對2005—2012年河南義馬煤礦礦區(qū)、1993—2013年黑龍江省鶴崗礦區(qū)土地利用變化研究成果一致。

無論Costanza 等［5］提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)法，還是謝高地等［28］修改和更新后的價值當(dāng)量因子表，對大尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究較為可信，但在小尺度研究中由于各種自然因素和人文要素差異較小，研究結(jié)果存疑較多。近年來，不同學(xué)者［6-7,9,31-32］采用修正后的單位面積價值當(dāng)量法對不同區(qū)域進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估且得到了較為準(zhǔn)確的評估結(jié)果。本研究以價值當(dāng)量法為基礎(chǔ)，結(jié)合平朔礦區(qū)實(shí)際情況，利用1990—2020年糧食價值對當(dāng)量進(jìn)行修正，與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的靜態(tài)估算方法［20,23］相比，計算結(jié)果更具有準(zhǔn)確性、全面性和分析性，得到1990—2020 年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)先下降后上升趨勢，空間上呈現(xiàn)南北高、中部低的分布特征，這種礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空格局具有鮮明的地域性和生態(tài)治理的必要性［19,23,31］。

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)包含多個子系統(tǒng)、多種服務(wù)，且各服務(wù)之間相互聯(lián)系、相互影響，任何一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化都會引起其他服務(wù)或正或負(fù)的變化。因此，基于本研究結(jié)果，未來將采用更科學(xué)的數(shù)據(jù)和模型深入挖掘平朔礦區(qū)土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的驅(qū)動機(jī)制，為礦區(qū)復(fù)墾與生態(tài)重建及管理政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）1990—2020 年平朔礦區(qū)的耕地、草地和林地面積呈現(xiàn)縮減趨勢，分別減少了1122.72 hm2、965.30 hm2、307.12 hm2；建 設(shè) 用 地 面 積 擴(kuò) 展 最 大（2044.23 hm2）。

（2）彌補(bǔ)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究較少關(guān)注礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的不足，分析了長時間序列（30 a）礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空格局。1990—2020 年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值呈先下降后上升態(tài)勢，由1990 年的19562.43×104元減少到2010 年的11265.40×104元，再增加到2020 年的15755.47×104元。平朔礦區(qū)除保持土壤價值增加外，其他各單項生態(tài)服務(wù)價值均有不同程度的減少。1990—2020年平朔礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布呈現(xiàn)南北高、中部低的特征，空間分布與林地、草地和建設(shè)用地的分布基本一致。

（3）1990—2020 年平朔礦區(qū)草地、建設(shè)用地和林地的生態(tài)貢獻(xiàn)度最大，分別為-41.52%、-34.49%和-10.09%，三者是主要的貢獻(xiàn)因子和敏感因子。1990—2020年平朔礦區(qū)的敏感性指數(shù)值均小于1，研究結(jié)果可信，表明基于當(dāng)量因子修正方法計算獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)符合平朔礦區(qū)的實(shí)際情況。