喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務價值對土地利用變化的響應及預測

李 釗, 安放舟, 張永福, 張景路

(1.新疆大學 資源與環(huán)境科學學院, 新疆 烏魯木齊830046; 2.新疆大學 綠洲生態(tài)教育部重點實驗室, 新疆 烏魯木齊830046)

喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務價值對土地利用變化的響應及預測

李 釗1,2, 安放舟1,2, 張永福1,2, 張景路1,2

(1.新疆大學 資源與環(huán)境科學學院, 新疆 烏魯木齊830046; 2.新疆大學 綠洲生態(tài)教育部重點實驗室, 新疆 烏魯木齊830046)

[目的] 通過研究喀什市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響，為土地科學利用管理決策提供參考。[方法] 參考Costanza(1997)和謝高地(2008)等人的研究成果，結合喀什市的實際情況，采用生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算公式和敏感度分析，通過研究喀什市1997—2010年生態(tài)系統(tǒng)服務價值對土地利用變化的響應，并針對喀什市土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)中土地利用類型的變化，對生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行預測分析。[結果] 按規(guī)劃發(fā)展，1997—2020年，喀什市土地利用結構變化較大。土地利用程度呈加大趨勢，生態(tài)系統(tǒng)服務總價值則逐年減少，其中耕地、水域的生態(tài)服務價值持續(xù)下降。敏感性指數(shù)分析表明，喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)服務價值系數(shù)是缺乏彈性的，研究結果可信。[結論] 在喀什市土地利用總體規(guī)劃實施過程中，應注重提升土地節(jié)約和集約利用水平，優(yōu)化土地利用結構，保持生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。

土地利用變化; 生態(tài)系統(tǒng)服務價值; 喀什市

生態(tài)系統(tǒng)是在生物與環(huán)境相互影響、相互制約情況下，不斷演變且在一定時期內(nèi)處于相對穩(wěn)定動態(tài)平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)服務主要包括生態(tài)系統(tǒng)向經(jīng)濟社會系統(tǒng)輸入有用物質(zhì)和能量，接受和轉化來自人類社會的廢棄物，以及直接向人類社會成員提供自然資源的服務[1]。土地利用方式的改變通過區(qū)域生態(tài)進程和服務間相互作用[2]，影響著物質(zhì)循環(huán)、能量流動等生態(tài)過程，也會引起整個生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能變化[3]，從而改變生態(tài)系統(tǒng)服務價值，對維持生態(tài)系統(tǒng)服務功能有決定性作用。

喀什地區(qū)戈壁廣布，植被稀疏，生態(tài)環(huán)境脆弱，自然生態(tài)系統(tǒng)對人類干擾和氣候變化的承受力相對較小，多數(shù)縣市生態(tài)系統(tǒng)自我修復能力差[4]?？κ沧鳛橹袊鴥?nèi)陸第一個經(jīng)濟特區(qū)，隨著資源和能源的開發(fā)以及工業(yè)的發(fā)展，對自然資源的需求增大，土地利用的變化嚴重影響了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能，使得風沙災害頻繁，給喀什市綠洲內(nèi)外的生態(tài)環(huán)境帶來不利影響。本文在分析喀什市土地利用變化的基礎上，對土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化進行分析，并根據(jù)土地利用總體規(guī)劃預測喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化趨勢，為喀什市土地利用結構的調(diào)整和規(guī)劃以及生態(tài)系統(tǒng)各種服務功能的提高提供科學依據(jù)。

1 研究對象和方法

1.1 研究區(qū)概況

喀什市位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，帕米爾高原和塔里木盆地交接處，北緯39°23′50″—39°37′30″，東經(jīng)75°48′50″—76°18′30″，是中國最西端典型的綠洲城市。全市土地總面積55 010.90 hm2，東西寬45 km，南北長25 km，境內(nèi)地勢平坦，克孜勒河穿流而過，土地肥沃，綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)達，物產(chǎn)豐富，并衍生出了較大規(guī)模的食品和特色農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)。喀什市有明顯的地緣優(yōu)勢，既是中西交通樞紐和商品集散地，也是南疆西部地區(qū)的中心城市，區(qū)位獨特，民俗濃郁，貿(mào)易發(fā)達。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用程度綜合指數(shù) 土地利用程度可以反映自然環(huán)境與人類活動對土地利用情況的綜合影響作用[5]。主要的土地利用程度指標有土地利用率、土地農(nóng)業(yè)利用率、土地建設用地利用率等，參照劉紀遠等[6]提出的土地利用程度綜合指數(shù)的分析方法，按土地利用程度分級標準，把土地利用的程度分為若干級，其中其他用地分級指數(shù)為1，林地、草地、水域分級指數(shù)為2，園地、耕地分級指數(shù)為3，城鄉(xiāng)建設用地分級指數(shù)為4，并根據(jù)分級指數(shù)量化土地利用程度，計算土地利用程度綜合指數(shù)公式如下：

(1)

式中：D——研究區(qū)的土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——第i種土地利用類型的程度分級指數(shù)；Ci——第i種土地利用類型面積占研究區(qū)土地總面積的比例。

1.2.2 土地利用變化動態(tài)度 土地利用動態(tài)度是分析土地利用動態(tài)變化過程的一個重要指標，反映的是某一地區(qū)某一時間某一土地利用類型面積發(fā)生變化的一種量度[7]。單一土地利用動態(tài)度為：

(2)

式中：Ua,Ub——研究期開始和結束時某一土地利用類型的數(shù)量；T——研究時段長。下同。

綜合土地利用動態(tài)度為：

(3)

式中：LUi——監(jiān)測開始時第i類土地利用類型面積； △LUi-j——監(jiān)測時段內(nèi)第i類土地利用類型轉化為其他土地利用類型面積總和。當T的時段設定為年時，LC的值為土地利用類型年變化率。

1.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算 根據(jù)Costanza等[8]和謝高地等[9]人提出的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價方法和中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表，結合喀什地區(qū)的地理特征和自然環(huán)境，對喀什市生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值采用不同土地利用類型的生態(tài)服務價值系數(shù)，估算喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務價值，分析其變化情況。計算公式如下：

ESV=∑Ai×VCi

(4)

式中：ESV——研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值；Ai——研究區(qū)土地利用類型i的面積； VCi——土地利用類型i的生態(tài)服務功能價值系數(shù)，即單位面積土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

參照王海星等[10-11]的研究方法，對當量因子進行修正，由研究期間喀什地區(qū)當量因子價格和當量因子表計算出喀什市不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)，耕地、園地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)建設用地、未利用地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值分別為10 358.73，23 615.27，36 871.82，15 302.07，59 464.33，0和1 822.61元/(a·hm2)。計算過程中，耕地、林地、草地、水域和未利用地分別對應農(nóng)田、森林、草地、湖泊和荒漠生態(tài)服務價值系數(shù)，園地取農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值的平均，而城鄉(xiāng)建設用地不計算其生態(tài)系統(tǒng)服務價值。考慮到1997—2020年貨幣值的時間變化會影響到不同年份生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的計算特點，對不同年份的服務價值進行轉換和折算。為便于量化，以1997年為貨幣基準年，近似處理其他年份生態(tài)服務價值，將各年的生態(tài)服務價值折算成1997年可比價。折算公式為：

ESVn=ESV1997×(第n年的ESV/10000)

(5)

式中：ESVn——第n年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

1.2.4 敏感性分析 考慮到隨著時間的變化，生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)服務功能價值系數(shù)依賴性的不確定，將各土地利用類型的生態(tài)服務價值系數(shù)分別在上述基礎上調(diào)整50%，計算價值系數(shù)的敏感性指數(shù)，對估算的生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行分析。計算公式為：

(6)

式中：CS——敏感度； ESV——生態(tài)服務價值總量； VC——生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)；i和j——調(diào)整前和調(diào)整后；k——土地利用類型。結果CS>1表示ESV相對VC富有彈性；CS<1表示ESV缺乏彈性； CS值越大，表示生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)的準確性越關鍵[12]。

2 喀什市土地利用變化

2.1 土地利用程度變化

選取喀什市1997，2000，2004以及2010年土地利用年末變更數(shù)據(jù)，計算土地利用程度綜合指數(shù)，研究喀什市土地利用的廣度和深度，并根據(jù)喀什市土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)中2015及2020年各土地利用類型的規(guī)劃數(shù)據(jù)，預測喀什市土地利用程度的變化(圖1)。從圖1可以看出，喀什市土地利用程度從1997—2004年逐年上升，土地利用程度指數(shù)由2.66增加到2.75，一方面城鄉(xiāng)建設用地擴張占用耕

地，另一方面，土地開發(fā)、植樹造林等項目的進行，使得未利用地轉化為園地和林地；2010年，土地利用程度大幅減小，主要是由于為構建新行政區(qū)劃管理體制，2004年之后，分別將疏附縣的色滿鄉(xiāng)、荒地鄉(xiāng)等4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)陸續(xù)劃歸喀什市管轄，劃撥的鄉(xiāng)鎮(zhèn)中城鄉(xiāng)建設用地所占比例相對較小，未利用地及牧草地分布廣泛，從而影響了土地利用程度綜合指數(shù)。在喀什市土地利用總體規(guī)劃中，喀什市土地利用程度呈現(xiàn)出逐年增大的趨勢，主要是由于新農(nóng)村建設和富民安居工程建設，對居民點用地進行了優(yōu)化，且2011年，國家設立喀什經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，自治區(qū)確定了以喀什市城區(qū)為核心，以喀什經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、疏勒城區(qū)和疏附城區(qū)為3大增長極，構筑“一核三極、一廊三帶”的空間發(fā)展框架，使得喀什市建設用地需求呈剛性擴張趨勢。

圖1 1997-2020年喀什市土地利用程度變化

2.2 土地利用變化分析

由于自2004年以來喀什市行政區(qū)劃發(fā)生變化，土地總面積有所增加，因此土地利用動態(tài)度研究中采用各土地利用類型占土地總面積比例進行計算。各土地利用類型面積比例變化如表1所示。

表1 喀什市土地利用類型面積比例

由表1可以看出，喀什市土地利用類型變化幅度大，速度快，不僅與喀什市行政區(qū)劃發(fā)生變化有關，城市自身社會經(jīng)濟發(fā)展也有一定影響。分析得出，喀什市綜合土地利用度年變化率1997—2010年為1.01%，規(guī)劃2010—2020年間為1.57%，土地利用變化速度持續(xù)加快。其中，1997—2010年，草地、其他用地面積大幅度上升，土地利用動態(tài)度分別為25.12%和1.93%，而耕地、園地及林地面積雖有增加，但所占土地總面積比例有所下降，土地利用動態(tài)度分別為2.21%，1.59%和1.88%，城鄉(xiāng)建設用地和水域面積比例變化很??；規(guī)劃中2010—2020年，城鄉(xiāng)建設用地、園地、林地面積比例增加較大，土地利用動態(tài)度分別為5.79%，5.60%和1.27%，草地、水域面積比例有所減少，土地利用動態(tài)度分別為9.87%和3.80%，其他土地利用類型面積比例變化不大。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)變化

考慮到喀什市土地利用總面積在研究年份發(fā)生變化，生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算時同樣采用各土地利用類型所占土地總面積比例進行計算，并將各年的生態(tài)服務價值折算成可比價，得到喀什市不同時期土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的差異如表2所示。

由表2可知，1997—2010年，喀什市土地生態(tài)系統(tǒng)服務總價值呈現(xiàn)出平緩下降且下降幅度逐漸增加的趨勢，水域面積雖然僅占土地總面積的5.8%左右，但水域的生態(tài)服務貢獻值最大(占32.62%以上)，其次是耕地(占30.79%以上)，兩者占生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的63.41%以上，這是由于喀什市存在較大比例的裸巖石礫地等生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)較低的未利用地。而耕地、水域的生態(tài)服務價值持續(xù)下降，園地、林地的生態(tài)服務價值也出現(xiàn)波動下降，一是由于城鄉(xiāng)建設用地占用，使得耕地、園地、林地面積減少，再者喀什市行政區(qū)劃調(diào)整，未利用地和草地面積的增加，對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的估算產(chǎn)生一定影響；2010—2020年土地利用總體規(guī)劃中，喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務價值下降后趨于平穩(wěn)狀態(tài)，主要原因是城鄉(xiāng)建設用地的大量增加，占用草地、耕地和未利用地，以及水域面積的急劇下降，均在一定程度上影響生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的評估，直至城鄉(xiāng)建設用地的增加達到控制指標，農(nóng)用地結構調(diào)整中園地、林地面積持續(xù)增加，生態(tài)系統(tǒng)服務價值出現(xiàn)平緩上升至穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值敏感性

根據(jù)喀什市實際情況，將各土地利用類型的生態(tài)服務價值系數(shù)分別上下調(diào)整50%，計算出喀什市1997，2000，2004，2010，2015和2020年各土地利用類型的生態(tài)服務價值敏感性指數(shù)。1997—2010年，喀什市耕地、園地、林地敏感性指數(shù)呈下降趨勢，表示對喀什市生態(tài)服務價值產(chǎn)生縮小的作用；草地、水域、未利用地敏感性指數(shù)呈上升趨勢，對喀什市生態(tài)服務價值產(chǎn)生放大作用。在規(guī)劃中，2010—2020年，預計喀什市耕地、園地、林地敏感性指數(shù)呈上升趨勢，表示對生態(tài)服務價值產(chǎn)生放大作用；而草地、水域、未利用地敏感性指數(shù)呈下降趨勢，對喀什市生態(tài)服務價值產(chǎn)生縮小的作用。喀什市各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值敏感性指數(shù)都小于1，說明喀什市ESV對生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)缺乏彈性，研究結果可信。

4 結 論

(1) 按照喀什市土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)發(fā)展，1997—2020年，喀什市土地利用結構變化較大，其中，城鄉(xiāng)建設用地占土地總面積比例上升14.83%，耕地下降13.69%。由于草原生態(tài)系統(tǒng)脆弱而不穩(wěn)定，自我調(diào)節(jié)能力差，極易遭受破壞，至2020年，草地面積比例將縮減為0.11%，且喀什地區(qū)的河流主要靠冰雪融水補給，均為季節(jié)性河流，流程短，水量小，隨著雪線上升，河水流量逐年遞減。但總體上，喀什市土地利用程度表現(xiàn)出加大趨勢。

(2) 通過對生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行研究，表明喀什市生態(tài)系統(tǒng)服務總價值隨土地利用變化呈逐漸減少趨勢。由于自然環(huán)境惡劣，草木生長極為不易，喀什市大部分地區(qū)植物稀疏，種類少，生物量低，食物鏈簡單，植被呈現(xiàn)荒漠、荒漠草原景觀，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，土地開荒面積逐年增加，很多開荒土地因土壤肥力差，水資源缺少又棄荒，造成邊開發(fā)邊棄耕現(xiàn)象時有發(fā)生，使一些地方生態(tài)環(huán)境進一步惡化。

(3) 在喀什市土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)實施中，為經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，社會和諧穩(wěn)定發(fā)展用地提供合理依據(jù)和保障之余，應更加注重保護生態(tài)環(huán)境，形成良好的土地利用景觀風貌和多樣化綠色生態(tài)空間。在保障新農(nóng)村建設和重點項目與重大工程用地基礎上，促進農(nóng)用地布局的調(diào)整優(yōu)化，將土地資源更好地規(guī)劃和配置，對新開墾的土地，嚴格按照農(nóng)田林網(wǎng)化標準完善防護林建設，提高農(nóng)區(qū)林地面積，增加抗御自然災害的能力，改善喀什市生態(tài)環(huán)境，構建人與自然和諧的“綠洲田園城市”。

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Prediction of Ecosystem Services Value and Its Response to Land Use Change in Kashi City

LI Zhao1,2， AN Fangzhou1,2， ZHANG Yongfu1,2， ZHANG Jinglu1,2

(1.SchoolofResourcesandEnvironmentScience,XinjiangUniversity,Urumqi,Xinjiang830046,China;2.KeyLaboratoryofOasisEcologyMinistryofEducation,XinjiangUniversity,Urumqi,Xinjiang830046,China)

[Objective] The aim of this study is to investigate the influences of land use change on ecosystem services value in Kashi City in order to provide scientific foundation for land use management. [Methods] We analyzed the effects of land use change on ecosystem services from 1997 to 2010 in Kashi City. The evaluation formula and sensitivity analysis was used, based on the ecosystem services value evaluation results obtained from previous studies. Ecosystem services value was predicted according to the change of land use type in the integrated land use planning in Kashi City(2010—2020). [Results] The land use structure in Kashi City changed greatly from 1997 to 2020 by planning. The land use degree showed a trend of increase, while the total ecosystem services value was decreasing year by year. Particularly, the service value of cultivated land and waters was decreasing contunuously. The sensitivity index showed that ecosystem services value was inelasticity and the result was reliable. [Conclusion] In practical implementation process of land use planning in Kashi City, more attention need to be paid on intensive land use and land use structure optimization, to maintain the balance and stability of the ecosystem.

land use change; ecosystem services value; Kashi City

2014-07-05

2014-08-21

國家自然科學資助項目“南疆鐵路沿線地區(qū)城鎮(zhèn)化與城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展模式研究”(40861006)

李釗(1990—),女(漢族),山東省德州市人,碩士研究生,研究方向為國土資源信息技術。 E-mail:lizhao.1990.love@163.com。

安放舟(1957—),男(漢族),新疆維烏爾自治區(qū)烏魯木齊市人,碩士,碩士生導師,主要從事國土資源評價方向的研究。 E-mail: 1551057456@qq.com。

A

1000-288X(2015)05-0274-05

K903， F301.24