基于土地利用變化的東川生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析

張曉娟+張洪

[摘要]土地利用變化通過對生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的影響，改變生態(tài)系統(tǒng)提供產(chǎn)品與服務的能力，引起生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。利用東川2000年和2010年的土地利用數(shù)據(jù)，引入單一土地利用動態(tài)度和土地利用程度指數(shù)分析土地利用變化情況，并采用Costanza的生態(tài)服務價值公式，參照中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，探討土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。結果表明：昆明東川主要以林地、草地和耕地為主，除草地外，其他地類面積均呈增加趨勢，其中建設用地動態(tài)度最大，土地利用程度由21084增加到21187；研究期內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈上升趨勢，增加了1680×106元，年變化率為1372%，主要由水域和林地面積增加引起，單項生態(tài)服務價值都有不同程度的增加，但變化幅度均不大。

[關鍵詞]土地利用變化；生態(tài)系統(tǒng)服務價值；東川區(qū)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201611027

1引言

生態(tài)系統(tǒng)不僅是維持生命的支持系統(tǒng)，且在保持環(huán)境的動態(tài)平衡方面起著重要作用，而生態(tài)系統(tǒng)服務是生態(tài)系統(tǒng)通過其結構、過程和功能直接或間接提供的生命支持產(chǎn)品和服務，是維持人類生存和發(fā)展的基礎。[1]土地利用是人類對土地自然屬性的利用方式與狀況，其類型、格局和強度的變化會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，驅(qū)動著生態(tài)系統(tǒng)服務提供能力的改變。[2]隨著人口數(shù)量的增長和社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響越來越大，導致許多地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務能力的下降與退化，因此，認識土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響及相互作用具有重要意義。本文選取昆明東川作為研究區(qū)域，作為西南地區(qū)典型的山地資源枯竭型城市，其生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，山地災害頻發(fā)，再加上大量開采礦產(chǎn)資源、開墾陡坡耕地以及伐薪煉銅等不合理的人類活動造成東川土地利用不斷發(fā)生變化，生態(tài)環(huán)境日益惡化，生態(tài)系統(tǒng)的服務功能也不斷遭受影響。因此，本文希望通過定量分析東川區(qū)土地利用變化背景下生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化情況，弄清土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響關系，為處于轉(zhuǎn)型發(fā)展時期的東川調(diào)控區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

2研究區(qū)概況

東川區(qū)原為云南省東川市，由于礦產(chǎn)資源的日益枯竭，1999年被撤市設區(qū)，歸昆明市管轄。東川位于云貴高原的北部邊緣，地處102°47′E～103°18′E，25°57′N～26°32′N。境內(nèi)山高谷深，地勢陡峻，海拔高低懸殊，最高為43441 m，最低為695 m，長期受金沙江和小江及其支流的強烈侵蝕和切割，形成典型的深切割中高山峽谷地貌。全區(qū)總面積為186341 km2，其中山地面積占973%，河谷盆地占27%。區(qū)內(nèi)高低懸殊的復雜地形，造成了“一山分四季，十里不同天”的立體氣候特點，全年干濕季分明，年均降水量僅為700～800 mm，年平均蒸發(fā)量約1700 mm，旱澇災害頻發(fā)。2010年東川生產(chǎn)總值達到4657億元，總人口約為271917人。

3數(shù)據(jù)來源與研究方法

31數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)為東川2000年和2010年兩個時期的土地利用矢量數(shù)據(jù)，其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自東川區(qū)歷年國民經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒。根據(jù)研究需要和實際情況，參照土地利用分類系統(tǒng)以及相關研究，將東川的土地劃分為耕地（包括水田和旱地）、林地（包括林地、灌木林地疏林地和其他林地）、草地（包括高覆蓋度林地、中覆蓋度林地和低覆蓋度林地）、水域（包括水庫坑塘和灘地）、建設用地（包括城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點和其他建設用地）和未利用地（包括裸巖石礫地）6種土地利用類型。

32土地利用變化分析方法

321土地利用動態(tài)度變化

土地利用動態(tài)度可以反映研究區(qū)域一定時間范圍內(nèi)土地利用類型的動態(tài)變化情況及變化速率，[3]其表達式為：

D=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中D為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究初期及研究末期某一土地利用類型的面積；T為研究時段。當T設定為年時，D為研究時段內(nèi)某一土地利用類型的年變化率。

322土地利用程度變化

土地利用程度是衡量區(qū)域土地利用深度和廣度的綜合性指標，反映土地利用的綜合水平以及變化趨勢。采用莊大方、劉紀遠[4]提出的土地利用程度的綜合分析方法，計算土地利用程度變化，其計算公式為：

La=100×ni=1Ai×Ci（2）

式中La為土地利用程度綜合指數(shù)且La∈[100，400]；Ai為第i級土地利用程度分級指數(shù)；Ci為第i級土地利用程度分級面積百分比；n為土地利用程度分級數(shù)，其中未利用土地為1級；林地、草地和水域為2級；耕地為3級；建設用地為4級。

33生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算方法

為了消除農(nóng)作物價格波動對生態(tài)服務價值總量的影響，同時增強研究結果的真實性和可靠性，以東川區(qū)主要糧食作物稻谷、小麥、玉米和豆類的播種面積、產(chǎn)量以及相對應的2010年各作物的全國平均價格為基礎，計算出東川區(qū)單位農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供生產(chǎn)服務功能的經(jīng)濟價值為122445元/hm2[5]在此基礎上，參考謝高地[6]等制定的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值當量表，結合東川區(qū)實際情況，對地類進行歸類，其中耕地對應農(nóng)田，林地對應森林，草地仍對應草地，未利用地對應荒漠，而建設用地則按照Costanza[1]等學者的方法，不估算其生態(tài)系統(tǒng)服務功能經(jīng)濟價值，從而確定東川生態(tài)系統(tǒng)服務功能的單價，見表1。

在以上研究方法的基礎上，應用Costanza的生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算公式，計算研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。計算公式為：

ESV=AK×VCK（3）

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值（元/a）；Ak為k類土地利用類型的面積（hm2）；VCk為單位面積上土地利用類型k的生態(tài)服務價值（元·hm2·a-1）。

4結果與分析

41東川區(qū)土地利用變化分析

2000—2010年，東川處于撤市設區(qū)后的轉(zhuǎn)型發(fā)展時期，一方面要調(diào)整單一產(chǎn)業(yè)結構的發(fā)展模式，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級；另一方面要治理保護脆弱的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，使得東川的土地利用隨著經(jīng)濟建設和政策調(diào)整不斷發(fā)生變化。由表2可以看出，東川區(qū)土地利用變化總體趨勢為：耕地、林地、水域、建設用地和未利用地面積都有所增加，而草地面積呈減少趨勢。

東川土地利用主要以草地、林地和耕地為主，三者合占全區(qū)總面積的945%左右；而未利用地、水域和建設用地僅占全區(qū)面積的55%左右。研究期內(nèi)耕地面積增加量最大，增加14546 hm2，年均增加063%，主要是由人口的增長引起的耕地面積的增加；由于“長防”工程、“天保”工程和退耕還林等生態(tài)環(huán)境建設工程的實施，導致林地面積持續(xù)增長，增加78096 hm2，年均增長015%；然而，由于氣候災害和山地災害的頻發(fā)、荒山造林以及大量的坡地開墾，使得草地面積不斷減少，減少278912 hm2，面積絕對變化量最大；隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及生態(tài)移民工程的推進，建設用地面積增加了24905 hm2，年均增加18%，變化幅度最大。

動態(tài)變化指數(shù)反映了東川區(qū)各個地類的變化情況，而引入土地利用程度指數(shù)則可反映整個東川區(qū)土地利用程度的變化，進一步分析土地利用對生態(tài)環(huán)境的影響。利用式（2）和表2計算得到2000年和2010年土地利用程度指數(shù)分別為21084和21187，可以看出，東川區(qū)的土地綜合利用水平較高，土地利用程度呈現(xiàn)增加的趨勢，說明人類活動對土地利用的影響不斷增大。

42生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化分析

結合研究期內(nèi)各地類的面積，利用式（3）和表1計算得到2000年和2010年各地類的生態(tài)服務價值，見表3。總的可以看出，東川區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量整體上呈上升趨勢，從2000年的368836×106元增加到2010年的370516×106元，10年間共增加了1680×106元，年變化率為1372%；林地和草地對總體生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響較大，兩者的價值量占到總價值量的88%左右；各土地類型中除了草地的生態(tài)服務價值量在減少外，其他地類的生態(tài)服務價值量都有所增加。

具體到各地類，由于研究期間草地面積大量減少，影響其生態(tài)服務價值量下降，減少了3985×106元，而林地的增加量最多，達到2689×106元，這一部分是由于林地面積增加造成的；其次，水域也因面積大幅度的增加使得其生態(tài)服務價值顯著增加，增加了1566×106元，年變化率達到831%，耕地和未利用地的生態(tài)服務價值也分別增加了1407×106元和004×106元，也都相應的受到面積增加的影響。由此可知，東川區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化受土地利用變化的影響較大，會隨著土地利用數(shù)量和結構的變化發(fā)生相一致的變化。

由表4可以看出，東川區(qū)各單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的ESVf占生態(tài)系統(tǒng)服務價值的比值較接近，差異較小，其中，保持土壤和維持生物多樣性這兩種功能的占比最高。從變化量來看，研究期內(nèi)除了保持土壤這一功能類型的ESVf值呈下降趨勢外，東川其他服務功能類型的ESVf值均有不同程度的增加，但變化幅度都不大，其中，水文調(diào)節(jié)和廢物處理的增幅較大，變化率分別達到119%和126%。

5結論與討論

第一，2000—2010年東川區(qū)土地利用以草地、林地和耕地為主，各土地利用類型面積均發(fā)生不同程度的變化。其中，建設用地總量迅速擴張，增加28207 hm2，年變化率為18%，主要通過占用耕地和草地實現(xiàn)，草地面積下降幅度最大，減少278912 hm2，主要被耕地開墾和植樹造林占用；未利用地面積變化幅度最小，增加了2244 hm2，年變化率僅有004%，耕地、林地和水域則分別增加了14546 hm2、78096 hm2和28207 hm2。此外，隨著人類活動影響的不斷增大，東川區(qū)的土地利用程度呈增加趨勢，由21084增加到21187，土地綜合利用水平較高。

第二，2000—2010年東川區(qū)土地利用結構的變化使生態(tài)系統(tǒng)服務總價值增加了1680×106元，年變化率為1372%，水域和林地面積的增加是東川區(qū)10年期間生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈上升趨勢的主要原因。各土地類型中除了草地外，其他地類的生態(tài)服務價值量都有所增加，其中，林地和草地生態(tài)系統(tǒng)在總生態(tài)系統(tǒng)服務價值中占據(jù)主導地位，意味著林地和草地面積的減少會造成整個生態(tài)系統(tǒng)服務價值的明顯下降，因此，東川區(qū)在今后調(diào)整土地利用規(guī)劃或制定發(fā)展戰(zhàn)略中應注意對林地和草地的保護。此外，除了保持土壤這一生態(tài)功能的服務價值有所減少外，東川其他8種生態(tài)服務類型的價值量均有不同程度的增加，但變化幅度均不大。

第三，東川現(xiàn)處于資源枯竭型城市的轉(zhuǎn)型發(fā)展時期，生態(tài)環(huán)境的治理、產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整與優(yōu)化升級都會引起土地利用結構變化，而這會引起生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的變化，從而對生態(tài)系統(tǒng)服務價值產(chǎn)生影響。東川需在維護生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的基礎上，科學合理的調(diào)整土地利用規(guī)劃，有步驟的進行采礦區(qū)的生態(tài)恢復，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高各地自身的生態(tài)服務價值，實現(xiàn)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

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