江蘇省沿海地區(qū)土地利用變化及其生態(tài)效應(yīng)

于 淼, 呂 曉, 廉麗姝, 史洋洋

(1.曲阜師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 山東 日照 276826; 2.國(guó)土資源部 海岸帶開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210024)

江蘇省沿海地區(qū)土地利用變化及其生態(tài)效應(yīng)

于 淼1,2, 呂 曉1,2, 廉麗姝1, 史洋洋1,2

(1.曲阜師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 山東 日照 276826; 2.國(guó)土資源部 海岸帶開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210024)

[目的] 分析江蘇沿海地區(qū)的土地利用類(lèi)型和空間變化，探討江蘇沿海地區(qū)土地利用變化產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)，為土地利用規(guī)劃提供理論支持。[方法] 以江蘇沿海地區(qū)1990，2000和2010年3期土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助GIS技術(shù)和Costanza等的生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算模型，求取土地利用動(dòng)態(tài)度、綜合程度指數(shù)、質(zhì)心變化和生態(tài)服務(wù)價(jià)值量等，并進(jìn)行剖析。[結(jié)果] 1990—2010年，研究區(qū)內(nèi)耕地、林地和草地的面積減少，水域、城鄉(xiāng)建設(shè)用地和未利用地的面積增加。城鄉(xiāng)建設(shè)用地的擴(kuò)張占用了耕地，對(duì)耕地的補(bǔ)充主要是草地，草地、未利用地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地在空間位置上變化較大。耕地、林地和草地面積的減少使得研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低，而水域的面積的增加帶來(lái)的生態(tài)效益彌補(bǔ)了因上述用地類(lèi)型面積減少造成的損失。[結(jié)論] 1990—2010年研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加了24.34億元，但從空間上來(lái)看，生態(tài)增值區(qū)分布范圍小，主要集中在鹽城的東部沿海，而生態(tài)減值區(qū)分布范圍較廣且有擴(kuò)大的趨勢(shì)，有待通過(guò)規(guī)劃等措施強(qiáng)化土地利用變化的綜合調(diào)控。

土地利用變化； 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值； 江蘇沿海地區(qū)

文獻(xiàn)參數(shù)： 于淼, 呂曉, 廉麗姝, 等.江蘇省沿海地區(qū)土地利用變化及其生態(tài)效應(yīng)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(3)：131-139.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170607.001； Yu Miao, Lü Xiao, Lian Lishu, et al. Land use change and its ecology effects in coastal region of Jiangsu Province[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：131-139.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170607.001

土地利用/土地覆蓋變化是人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的最直接的信號(hào)，它對(duì)水資源利用、陸地生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力、環(huán)境資源的可持續(xù)利用和食物安全等方面具有明顯的影響[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能指的是由生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成和維持的人類(lèi)賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[2]。并且由土地利用/土地覆蓋變化導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值變化可以作為反映土地利用/土地覆被變化環(huán)境效應(yīng)的一個(gè)重要量化指標(biāo)，因此研究土地利用/土地覆蓋變化情況下的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化有著十分重要的意義[3]。自1997年Costanza等[4]從科學(xué)意義上明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的估算原理和方法后，該原理和方法迅速被世界各國(guó)借鑒和使用，估算各地的生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[4-6]。同時(shí)中國(guó)相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者對(duì)于Costanza的方法在中國(guó)的適用性也進(jìn)行了探討，加之近些年來(lái)隨著城鎮(zhèn)化速度的快速推進(jìn)，人們?cè)陂_(kāi)發(fā)利用自然資源過(guò)程中，過(guò)于片面追求經(jīng)濟(jì)效益，使得生態(tài)系統(tǒng)遭受了不同程度的損害，在此背景下中國(guó)專(zhuān)家學(xué)者利用不同的方法對(duì)中國(guó)三江源地區(qū)、黃河三角洲濕地區(qū)、長(zhǎng)江上游、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、三江平原、黃土高塬溝壑區(qū)、喀斯特地區(qū)以及風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)等典型地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并取得了豐富的研究成果[7-11]。從空間尺度來(lái)看，不同的專(zhuān)家學(xué)者對(duì)全國(guó)、全省、市、縣等不同空間尺度的生態(tài)系統(tǒng)也進(jìn)行了研究，同時(shí)也有一些專(zhuān)家學(xué)者對(duì)江蘇沿海地區(qū)、渤海沿岸、福建、廣東、廈門(mén)等中國(guó)沿海地區(qū)的土地利用變化與生態(tài)服務(wù)價(jià)值之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，可以說(shuō)中國(guó)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究趨于完善[12-13]。由于沿海地區(qū)位置的特殊性，受海平面變化影響較大，加之近些年來(lái)根據(jù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，江蘇省沿海大開(kāi)發(fā)項(xiàng)目進(jìn)一步實(shí)施，在自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和旅游資源開(kāi)發(fā)的共同作用下，使得沿海地區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了劇烈的變化，人地矛盾進(jìn)一步激化，對(duì)沿海區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重大的影響[14],。因此本文擬從土地利用變化的視角，借助土地利用動(dòng)態(tài)模型和一種基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的生態(tài)價(jià)值核算方法，對(duì)江蘇沿海地區(qū)土地利用類(lèi)型變化產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行探究，以期為土地利用規(guī)劃提供理論支撐。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省沿海地區(qū)包括連云港、鹽城和南通3市的所有行政轄區(qū)，是江蘇省以及長(zhǎng)江三角洲的一塊重要區(qū)域。該地區(qū)處于中國(guó)沿隴海蘭新線、沿海和沿長(zhǎng)江3大生產(chǎn)力布局主軸線交會(huì)區(qū)域，北接山東臨沂，南至長(zhǎng)江入?？冢瑬|側(cè)瀕鄰黃海，海岸線長(zhǎng)954 km，位于東經(jīng)118°10′—120°57′，北緯31°40′—35°10′，陸域面積3.20×104km2，土地資源豐富。氣候?qū)儆趤啛釒Ш团瘻貛У倪^(guò)渡氣候類(lèi)型，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，光照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，四季分明。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究所需的數(shù)據(jù)來(lái)自于國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目：地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)——長(zhǎng)江三角洲數(shù)據(jù)共享平臺(tái)(http:∥nnu.geodata.cn)提供的江蘇沿海1∶10萬(wàn)土地利用數(shù)據(jù)。選擇1980年代末(為了方便表述，統(tǒng)一界定為1990)，2000，2010年3個(gè)時(shí)點(diǎn)，數(shù)據(jù)底圖數(shù)據(jù)源來(lái)自20世紀(jì)80年代以來(lái)的Landsat數(shù)據(jù)、航片資料并輔以歷史資料，采用了數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)增強(qiáng)處理、目視解譯、精度校驗(yàn)和圖幅拼接等方法，使數(shù)據(jù)不僅有邏輯的統(tǒng)一性和數(shù)據(jù)的完整性，同時(shí)滿足1∶10萬(wàn)比例尺的制圖精度要求[15]。糧食產(chǎn)量等社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒和中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動(dòng)態(tài)度 土地利用動(dòng)態(tài)度反映了土地利用變化速率的區(qū)域差異[16]。

(1)

式中：S——研究時(shí)段某一土地利用類(lèi)型變化率； Si，Sj——研究時(shí)段開(kāi)始與結(jié)束時(shí)該土地類(lèi)型的面積(hm2)； t——研究時(shí)段。

1.3.2 土地利用程度綜合指數(shù) 該指數(shù)是對(duì)區(qū)域不同時(shí)期的土地利用程度的反映。區(qū)域土地利用程度變化可通過(guò)不同時(shí)期指數(shù)的變化來(lái)反映[7]。

(2)

式中：L——土地利用程度綜合指數(shù)； A——區(qū)域土地利用程度分級(jí)指數(shù)； P——區(qū)域內(nèi)土地利用程度分級(jí)面積百分比； i——土地利用程度分級(jí)數(shù)。與其他分類(lèi)系統(tǒng)保持相對(duì)一致，該分類(lèi)主要參照劉紀(jì)遠(yuǎn)[17]、陳曦[18]的分類(lèi)方法，未利用地或難以利用地的分級(jí)指數(shù)為1，草地和水域的指數(shù)為2，林地和耕地的指數(shù)為3，城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)、工礦用地指數(shù)為4。

1.3.3 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與均衡度 信息熵(H)可用來(lái)測(cè)量土地利用系統(tǒng)的復(fù)雜程度和有序度[19]。信息熵低，表明土地利用系統(tǒng)的有序度高；反之，有序度則低。

(3)

式中：Pi——第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積比例。

為了能夠更好的反映區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)與規(guī)模特征，本文引入了均衡度的概念，基于信息熵函數(shù)，可構(gòu)建區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度(E)計(jì)算模型[20-21]：

(4)

式中：E——土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度，其數(shù)值變化在0～1，E值越大，表明均質(zhì)性越強(qiáng)， E=1為土地利用結(jié)構(gòu)處于理想平衡狀態(tài)； m——土地利用類(lèi)型的數(shù)量。

1.3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法 當(dāng)前盡管Costanza等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值的研究方法仍然有些缺點(diǎn)，但該方法體系仍然是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的方法[4,22]。因此本文借用Costanza等的模型計(jì)算研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

ESV=∑Ak×VCk

(5)

式中：ESV——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值； Ak——土地利用類(lèi)型k的分布面積(hm2)；VCk——該類(lèi)型土地單位面積的生態(tài)價(jià)值系數(shù)。

1.3.5 敏感性分析 為了驗(yàn)證生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)的結(jié)果，引入彈性系數(shù)的概念來(lái)計(jì)算生態(tài)服務(wù)價(jià)值的敏感性指數(shù)(CS)。文中將各類(lèi)土地類(lèi)型的價(jià)值指數(shù)分別調(diào)整50%，來(lái)衡量總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化[9]。若CS>1，說(shuō)明ESV相當(dāng)于VC是富有彈性的；若CS<1，ESV則被認(rèn)為是缺少?gòu)椥缘?，比值越大，說(shuō)明生態(tài)價(jià)值系數(shù)的準(zhǔn)確性越關(guān)鍵。敏感性計(jì)算公式如下：

(6)

式中：VC——生態(tài)價(jià)值系數(shù)；i和j——初始總價(jià)值和調(diào)整后總價(jià)值；k——土地利用類(lèi)型。

2 土地利用變化分析

2.1 土地利用變化趨勢(shì)

2.1.1 區(qū)域總體變化 1990—2010年，研究區(qū)內(nèi)耕地、林地、草地的面積減少，水域、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、未利用地面積增加。分時(shí)間段觀察可發(fā)現(xiàn)2000—2010年比1990—2000年各土地利用類(lèi)型變化劇烈。1990—2000年耕地減少13 301 hm2；林地減少156 hm2；草地減少12 903 hm2，2000—2010年同種用地類(lèi)型分別減少112 154，3 277，44 725 hm2。1990—2000年水域增加12 903 hm2；城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加28 487 hm2；未利用地基本未變，而2000—2010年同種用地類(lèi)型分別增加114 168，102 958，12 471 hm2。

對(duì)于各地市而言，各地市土地利用變化趨勢(shì)與研究區(qū)基本類(lèi)似。其耕地、林地、草地明顯減少，其中2000—2010年減少的面積明顯大于1990—2000年減少的面積。建設(shè)用地面積增加明顯，2000年后的增長(zhǎng)速度大于2000年前的增長(zhǎng)速度。三地市水域面積都有所增加，其中以鹽城市增加的最為明顯，特別是在2000—2010年增加了43 084 hm2，增加量是2000年水域面積的0.63倍。連云港市未利用地面積略微減少，南通市和鹽城市未利用地的面積增加，1990—2000年南通市沒(méi)有未利用地，2000—2010年南通市出現(xiàn)了1 774 hm2的未利用地；鹽城市2000年前未利用地面積基本未變，2000—2010年卻由13 hm2激增至10 615 hm2，未利用地的增長(zhǎng)十分迅速。

總體來(lái)看，城鄉(xiāng)建設(shè)用地的變化較為劇烈，城鄉(xiāng)建設(shè)用地的快速擴(kuò)張?jiān)谝欢ǔ潭壬蠑D壓了其他用地類(lèi)型的空間，同時(shí)2000—2010年各種用地類(lèi)型的變化速度要比1990—2000年劇烈，這是由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動(dòng)了城鎮(zhèn)化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，城鎮(zhèn)化水平的提高使得建設(shè)用地面積的快速擴(kuò)張，影響其他用地類(lèi)型的變化。

2.1.2 土地利用動(dòng)態(tài)度 1990—2010年研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度最大值出現(xiàn)在未利用地中，表明未利用地呈現(xiàn)出急速擴(kuò)張的趨勢(shì)；城鄉(xiāng)建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度呈現(xiàn)出次大值，表明城鄉(xiāng)建設(shè)用地也在快速的擴(kuò)張。而草地的土地利用動(dòng)態(tài)度出現(xiàn)最大的負(fù)值，表明草地在快速的減少。各個(gè)地類(lèi)的土地利用動(dòng)態(tài)度以連云港市比較小，南通市和鹽城市各個(gè)地類(lèi)的土地利用動(dòng)態(tài)度較大，表明連云港市的土地利用類(lèi)型變化比較穩(wěn)定，而南通市和鹽城市的土地利用類(lèi)型變化比較的劇烈(表1)。

表1 1990-2010年江蘇省沿海地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度

2.2 土地利用空間變化

2.2.1 類(lèi)型變化 如表2所示，2010年研究區(qū)新增耕地面積24 437.84 hm2，其中62.82%的新增耕地是由草地轉(zhuǎn)化而來(lái)的，1990—2010年研究區(qū)內(nèi)有15 352.35 hm2的草地被開(kāi)墾為耕地。而耕地減少的主要去向是轉(zhuǎn)變?yōu)槌青l(xiāng)建設(shè)用地，1990—2010年研究區(qū)內(nèi)有132 535.48 hm2的耕地被城鄉(xiāng)建設(shè)用地占用，占城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加面積的87.67%，這表明江蘇省沿海地區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)用地的擴(kuò)張主要占用的是耕地。

表2 江蘇省沿海地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩 hm2

分地市來(lái)看，耕地減少的主要去向是轉(zhuǎn)變?yōu)槌青l(xiāng)建設(shè)用地，1990—2010年連云港市、南通市和鹽城市分別有31 118.95，56 332.66，62 558.25 hm2的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌挠玫仡?lèi)型，而在此期間3地市分別有27 864.26，54 583.18，50 088.04 hm2的耕地轉(zhuǎn)變成了城鄉(xiāng)建設(shè)用地，分別占轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌玫仡?lèi)型的耕地面積的89.54%，96.89%和80.07%。耕地的主要補(bǔ)充來(lái)源是對(duì)草地的開(kāi)墾，1990—2010年連云港市、南通市和鹽城市通過(guò)對(duì)草地的開(kāi)墾補(bǔ)充的耕地分別占耕地補(bǔ)充總量的32.96%，58.77%和70.39%。這一現(xiàn)象與研究區(qū)總體狀況基本類(lèi)似。1990—2010年鹽城市的水域和未利用地呈現(xiàn)出急速擴(kuò)張的趨勢(shì)，水域面積的擴(kuò)張的主要原因是一部分的草地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，研究時(shí)間段內(nèi)草地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樗虻拿娣e分別占新增水域面積的48.09%和33.70%。未利用地?cái)U(kuò)張的主要原因是草地轉(zhuǎn)變?yōu)榱宋蠢玫?，在研究時(shí)間段內(nèi)草地轉(zhuǎn)變?yōu)槲蠢玫氐拿娣e占新增未利用地面積的74.70%?？梢钥闯霾莸囟嘧鳛槠渌玫仡?lèi)型新增用地面積的補(bǔ)充，但其他用地類(lèi)型對(duì)草地的補(bǔ)充很少，這與草地的土地利用動(dòng)態(tài)度出現(xiàn)最大的負(fù)值相吻合。

2.2.2 質(zhì)心變化 1990—2010年，研究區(qū)內(nèi)耕地和水域分別向東北方向偏移0.74和11.60 km，草地和林地分別向西北方向偏移40.86和3.28 km，未利用地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地分別向東南方向偏移249.38和28.08 km。同期連云港市耕地向西南方向偏移了0.41 km，草地向南偏移了2.03 km，林地向北偏移了0.42 km，水域和城鄉(xiāng)建設(shè)用地分別向西北方向偏移了1.37和1.27 km，未利用地向西南偏移了69.62 km。鹽城市耕地向東偏移了0.94 km，林地向南偏移了5.05 km，草地向西北方向偏移了31.72 km，水域向東北方向偏移了22.95 km，城鄉(xiāng)建設(shè)用地向西南方向偏移了7.94 km，未利用地向東南方向偏移了129.07 km。南通市耕地和水域分別向東北方向偏移了1.03和3.70 km,草地向東南方向偏移了29.77 km，林地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地分別向西北方向偏移了1.90和6.12 km，在1990—2000年南通市沒(méi)有未利用地，2010年在南通市的北部出現(xiàn)了未利用地?？梢钥闯鲞@一時(shí)期無(wú)論是整個(gè)地區(qū)還是局部地區(qū)的草地、未利用地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的質(zhì)心在空間上變化都較為劇烈，對(duì)土地利用系統(tǒng)的穩(wěn)定性可能會(huì)產(chǎn)生不利影響。

2.2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性 1990—2010年研究區(qū)內(nèi)土地利用程度綜合指數(shù)呈上升的趨勢(shì)。同期，連云港市和南通市和研究區(qū)基本相似土地利用程度綜合指數(shù)呈上升趨勢(shì)，并且連云港市和南通市1990—2000年土地利用程度綜合指數(shù)上升的速度比2000—2010年土地利用程度綜合指數(shù)上升的速度慢，鹽城市1990—2000年土地利用程度綜合指數(shù)呈上升的趨勢(shì)，但2000—2010年土地利用程度綜合指數(shù)呈下降的趨勢(shì)。

1990—2000年，研究區(qū)內(nèi)以及連云港市、鹽城市、南通市的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈上升的趨勢(shì)，表明土地利用系統(tǒng)有序程度在逐漸的降低。同期，研究區(qū)內(nèi)以及連云港市、南通市土地利用結(jié)構(gòu)均衡度上升，均質(zhì)性增強(qiáng)。鹽城市的土地利用結(jié)構(gòu)均衡度降低，均質(zhì)性下降(圖1)。同時(shí)均衡度的最大值也僅僅在0.5左右，表明無(wú)論是研究區(qū)整體還是各個(gè)地市的土地利用結(jié)構(gòu)，都處于不均衡的狀態(tài)，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。

圖1 江蘇省沿海地區(qū)信息熵和均衡度變化

3 土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)

3.1 對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量基于農(nóng)田的區(qū)域修訂

考慮到江蘇省沿海的實(shí)際情況，本文在決定采用謝高地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表的同時(shí)，將其劃分的生態(tài)系統(tǒng)與研究區(qū)的土地利用類(lèi)型之間進(jìn)行對(duì)照[23]。由于本文將濕地劃分到水域下的二級(jí)地類(lèi)，所以將濕地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算在了水域中。因?yàn)樵谥x高地的當(dāng)量表中農(nóng)田的當(dāng)量是1，是其他生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)量的重要參考和區(qū)域修訂的基本依據(jù)，所以在假定不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量比例保持不變的情況下，可采用徐麗芬等[24]的方法以農(nóng)田為基準(zhǔn)進(jìn)行修訂，使得謝高地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表更加的符合研究區(qū)的實(shí)際情況。

將土地利用類(lèi)型生產(chǎn)的凈利潤(rùn)看做是該土地利用類(lèi)型所能提供的生產(chǎn)價(jià)值，將單位面積耕地糧食生產(chǎn)的凈利潤(rùn)看做是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[25]。

根據(jù)南京國(guó)家糧食交易中心、江蘇糧油商品交易市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算出2010年末左右的糧食價(jià)格為2.58元/kg。沒(méi)有人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的糧食經(jīng)濟(jì)價(jià)值的1/7，計(jì)算得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子經(jīng)濟(jì)價(jià)值量的值約為2 234.02元/hm2[22]。由此計(jì)算校正后的各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值如表3所示。

表3 江蘇省沿海地區(qū)修正后生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 元/(hm2·a)

注：因城鄉(xiāng)建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)為0，未在表中列出。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值變化

如表4所示，20 a來(lái)研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，并且后10 a的增加速度比前10 a的增加速度更快。1990—2000年研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加了4.17億元，2000—2010年間研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加了18.73億元。從各生態(tài)服務(wù)價(jià)值的比例構(gòu)成來(lái)看耕地和水域的價(jià)值占總價(jià)值的90%以上，可以看出耕地和水域?qū)Ρ狙芯繀^(qū)的生態(tài)安全有著非常重要的意義。研究期內(nèi)耕地的面積有所減少，造成了27.26億元的生態(tài)價(jià)值損失。但同期水域面積急速增長(zhǎng)給研究區(qū)帶來(lái)了72.56億元的生態(tài)價(jià)值增加額，使得研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境保持在一個(gè)穩(wěn)中有升的狀態(tài)。值得注意的是研究區(qū)內(nèi)耕地、林地和草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值都處于一直減少的狀態(tài)，在研究期內(nèi)對(duì)研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值造成的損失僅次于耕地的就是草地，20 a間由于草地面積的減少給研究區(qū)造成了20.23億元的生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失。因此耕地和草地面積的減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害不能忽視，否則可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極其惡劣的影響。

從各個(gè)地市來(lái)看，除鹽城市生態(tài)服務(wù)價(jià)值處于增長(zhǎng)狀態(tài)外，連云港市和南通市的生態(tài)服務(wù)價(jià)值一直處于減少的趨勢(shì)，并且減少的速度越來(lái)越快，1990—2000年連云港市和南通市的生態(tài)服務(wù)價(jià)值分別減少了0.72和2.87億元，2000—2010年減少的生態(tài)服務(wù)價(jià)值分別增加到6.87和9億元，20 a間兩地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的損失值達(dá)到7.60和11.87億元。從各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的比例構(gòu)成來(lái)看3地市的情況和研究區(qū)總體情況基本一致，耕地和水域兩種土地利用類(lèi)型的價(jià)值占到總價(jià)值的90%以上，其中耕地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值又占到總價(jià)值的65%左右，處于優(yōu)勢(shì)地位。

在研究期內(nèi)3地市的耕地面積一直處于減少的趨勢(shì)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境造成了惡劣的影響，使得研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值造成了極大的損失。同期連云港市的水域面積有略微的減少，使得連云港市的生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失量更大。南通市的水域面積有所增加，但增加的速度較慢，所帶來(lái)的生態(tài)價(jià)值的增加也難以抵消其他地類(lèi)所造成的生態(tài)價(jià)值的損失。鹽城市的水域面積增加的速度較快，特別是在2000—2010年水域面積增加的十分明顯，水域面積增加帶來(lái)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的增加抵消了該市因耕地、林地和草地面積減少所造成的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的損失，使得鹽城市的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總體處于增加的趨勢(shì)，保持了該市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。就造成鹽城市生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少的幾類(lèi)土地利用類(lèi)型來(lái)看，草地的減少造成的生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失較大，20 a間造成的損失值達(dá)到了16.67億元，這主要是因?yàn)槌青l(xiāng)建設(shè)用地的增加占用了耕地的面積，而對(duì)耕地面積的補(bǔ)充來(lái)源主要是對(duì)草地的開(kāi)發(fā)，又因?yàn)閱挝幻娣e耕地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值要小于單位面積草地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，如此造成了重大的生態(tài)價(jià)值損失。

表4 江蘇省沿海地區(qū)及各地市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化 108元

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化圖譜

江蘇省沿海土地利用類(lèi)型變化所造成的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)率如表5所示。對(duì)生態(tài)環(huán)境的作用有2種：提高(貢獻(xiàn)率為正)和降低(貢獻(xiàn)率為負(fù))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[10]。提升研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境服務(wù)價(jià)值的主要是耕地、林地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地轉(zhuǎn)為水域，其中草地轉(zhuǎn)水域的作用最大，其貢獻(xiàn)率為22.99%，使得生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加了28 203.85萬(wàn)元。對(duì)研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值造成損失最大的是耕地轉(zhuǎn)為城鄉(xiāng)建設(shè)用地，其貢獻(xiàn)率為23.46%，對(duì)生態(tài)環(huán)境價(jià)值造成了28 770.76萬(wàn)元的損失，主要是由于改革開(kāi)放以來(lái)，隨著人口的快速增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)化過(guò)程的加快以及對(duì)單一、短期經(jīng)濟(jì)的盲目追求對(duì)土地造成了極大的壓力。

表5 1990-2000年江蘇省沿海地區(qū)土地 利用變化類(lèi)型及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)率

將江蘇省沿海1990，2000和2010年的土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化處理，然后將兩期的數(shù)據(jù)按照此模型進(jìn)行地圖運(yùn)算：value(change)=value(i)×10+value(j)這樣生成的像元值本身包含變化的類(lèi)型，其中value(i)和value(j)分別代表研究時(shí)段開(kāi)始和結(jié)束的土地利用類(lèi)型，再乘以研究區(qū)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移后的單位面積生態(tài)價(jià)值的差值可得到生態(tài)價(jià)值變化圖譜[11]。根據(jù)研究的需要把生態(tài)服務(wù)價(jià)值沒(méi)有發(fā)生變化的區(qū)域定義為生態(tài)保值區(qū)，把生態(tài)服務(wù)價(jià)值提高的區(qū)域定義為生態(tài)增值區(qū)，反之定義為生態(tài)減值區(qū)[26]。從圖2可以看出在20 a間研究區(qū)內(nèi)生態(tài)增值區(qū)主要集中在鹽城市的東部地區(qū)，生態(tài)減值區(qū)主要集中在連云港市的東部和南通市的東南部地區(qū)，這一分布情況也與土地利用類(lèi)型質(zhì)心的變化相適應(yīng)。

分時(shí)段來(lái)看1990—2000年研究區(qū)內(nèi)生態(tài)增值區(qū)范圍較小，主要集中在鹽城市的東部沿海地區(qū)，生態(tài)減值區(qū)的范圍相比較大，主要分布在連云港的東部沿海、南通市的東南部，鹽城市的東部沿海地區(qū)也有少量的生態(tài)減值區(qū)。2000—2010年鹽城市東部沿海地區(qū)生態(tài)增值區(qū)范圍增加，生態(tài)減值區(qū)范圍縮小，連云港市東部沿海地區(qū)和南通市的東南部地區(qū)生態(tài)減值區(qū)范圍增加，而且在鹽城市的中部和南通市的南部地區(qū)生態(tài)減值區(qū)有擴(kuò)張的趨勢(shì)。并且1990—2000年生態(tài)增值區(qū)和生態(tài)減值區(qū)的變化不如2000—2010年劇烈。鹽城市東部沿海地帶生態(tài)服務(wù)價(jià)值增長(zhǎng)的主要原因是各種用地類(lèi)型向水域的轉(zhuǎn)變，而水域?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的作用十分的重要，使得生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加，而這種作用在2000—2010年表現(xiàn)的更加的強(qiáng)烈。連云港市東部沿海地帶生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少的原因主要是港口經(jīng)濟(jì)及旅游業(yè)的發(fā)展，對(duì)沿海地帶進(jìn)行過(guò)度開(kāi)發(fā)，破壞了環(huán)境的整體性使得該地區(qū)生態(tài)服務(wù)功能下降。南通市東南部屬于長(zhǎng)江三角洲，經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)也對(duì)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了破壞。鹽城市的中部和南通市的南部地區(qū)主要是城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，對(duì)土地造成了很大的壓力，居民點(diǎn)的擴(kuò)張占用了耕地等其他類(lèi)型的用地，使得生態(tài)服務(wù)價(jià)值下降。

通過(guò)上述研究可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的提升是由于研究區(qū)內(nèi)的少數(shù)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境改善造成的，但若依靠少數(shù)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境的改善來(lái)實(shí)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的長(zhǎng)久提升是不現(xiàn)實(shí)的，且研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)減值區(qū)的面積有逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)，這一現(xiàn)象勢(shì)必對(duì)生態(tài)保值區(qū)和生態(tài)增值區(qū)產(chǎn)生威脅，并影響研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定產(chǎn)生不良影響。

圖2 江蘇省沿海地區(qū)不同時(shí)段生態(tài)價(jià)值變化

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的敏感性分析

根據(jù)公式(6)，本文把各土地利用類(lèi)型的生態(tài)價(jià)值系數(shù)分別向上調(diào)整50%，計(jì)算研究區(qū)1990，2000和2010年各種土地利用類(lèi)型的敏感性指數(shù)。結(jié)果表明，修正后的敏感性指數(shù)均小于1，且各年份之間的差別不大(圖3)。其中敏感性最高的土地利用類(lèi)型是耕地，為0.62～0.67，表明耕地的生態(tài)價(jià)值系數(shù)增加1%時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值將增加0.62%～0.67%。這表明研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值缺乏彈性，研究結(jié)果具有可信性。所以本文選用的修訂方法是有效的。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)變化(1990-2010年)

4 討論與結(jié)論

(1) 在1990—2010年研究區(qū)耕地、林地和草地面積減少，水域、城鄉(xiāng)建設(shè)用地和未利用地面積增加。分時(shí)段來(lái)看，1990—2000年的土地利用類(lèi)型變化不如2000—2010年劇烈。城鄉(xiāng)建設(shè)用地的擴(kuò)張占用了耕地，而對(duì)耕地的補(bǔ)充量最多的是對(duì)草地的開(kāi)發(fā)，城鄉(xiāng)建設(shè)用地的質(zhì)心向東南方向偏移，草地的質(zhì)心向西北方向偏移，耕地的質(zhì)心相比較變化不大。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)草地、未利用地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的質(zhì)心在空間位置上變化較大，在一定程度上造成土地利用綜合程度指數(shù)下降，土地利用結(jié)構(gòu)均衡度差，系統(tǒng)不穩(wěn)定，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成危害。

(2) 耕地、林地和草地面積的減少損害了研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，然而水域面積的快速增長(zhǎng)加之水域?qū)Ρ３稚鷳B(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的作用較大，從而彌補(bǔ)了上述用地類(lèi)型面積減少所造成的生態(tài)價(jià)值損失，使得研究區(qū)總體生態(tài)服務(wù)價(jià)值處于穩(wěn)中有升的趨勢(shì)。但是從空間上來(lái)看，生態(tài)增值區(qū)主要集中在鹽城市東部沿海的一小塊地帶，而生態(tài)價(jià)值減值區(qū)分布面積較廣，在各個(gè)地區(qū)均有分布，且生態(tài)減值區(qū)的面積有擴(kuò)大的趨勢(shì)，這與土地利用綜合程度指數(shù)下降，土地利用結(jié)構(gòu)不均衡，系統(tǒng)不穩(wěn)定有一定的關(guān)系。2000—2010年生態(tài)減值區(qū)的面積和分布范圍明顯比1990—2000年更大和更廣。所以由土地利用變化造成的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化不容忽視。

(3) 本文采用了一種基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的方法計(jì)算研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，因此選擇了謝高地等[22-23]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，并運(yùn)用徐麗芬等[24]的方法進(jìn)行區(qū)域性修正，與其他方法相比，該方法具有數(shù)據(jù)需求少、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便、評(píng)估全面、方法統(tǒng)一、廣泛適用和結(jié)果易于比較的優(yōu)點(diǎn)。但該方法核算的結(jié)果主要為生態(tài)系統(tǒng)本身所提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，而影響生態(tài)系統(tǒng)的因素是復(fù)雜多樣的，加之人類(lèi)活動(dòng)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響越來(lái)越劇烈，使得計(jì)算結(jié)果存在著一定的不確定性。總之該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)刻動(dòng)態(tài)的快捷核算，但計(jì)算方法有待于進(jìn)一步完善。

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[23] 謝高地,張彩霞,張雷明,等.基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化方法改進(jìn)[J].自然資源學(xué)報(bào),2015,30(8):1243-1254.

[24] 徐麗芬,許學(xué)工,羅濤,等.基于土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量修訂方法:以渤海灣沿岸為例[J].地理研究,2012,31(10):1775-1784.

[25] 謝高地,張彩霞,張昌順.中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值[J].資源科學(xué),2015,37(9):1740-1746.

[26] 龔文峰,袁力.土地利用及生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的圖形信息特征分析:以松花江流域哈爾濱段為例[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,33(8):200-205.

Land Use Change and Its Ecology Effects in Coastal Region of Jiangsu Province

YU Miao1,2, Lü Xiao1,2, LIAN Lishu1, SHI Yangyang1,2

(1.CollegeofGeographyandTourism,QufuNormalUniversity,Rizhao,Shandong276826,China; 2.TheKeyLaboratoryoftheCoastalZoneExploitationandProtection,MinistryofLandandResources,Nanjing,Jiangsu210024,China)

[Objective] The changes of land use types and spatial distribution in coastal area of Jiangsu Province were demonstrated and the subsequent ecological effects were discussed to provide theoretical supports for land use planning. [Methods] Based on the land use data of the coastal region of Jiangsu Province in 1990, 2000 and 2010, supported by GIS technology, dynamic degree of land use, comprehensive degree index, the gravity center and the value of ecological service, etc, were calculated using ecological service value calculation model of Costanza. [Results] Areas of arable land, forestland and grassland were all reduced, while water area, urban-rural construction land and unused land area increased in researched region during 1990 to 2010. The expansion of urban-rural construction land occupied arable land, and the supplement of arable land was mainly about the exploitation of grassland. The grassland, unused land and urban-rural construction land were highly changed in terms of their spatial position. Due to the reductions of farmland, forestland and grassland, ecosystem services value in the study area was reduced. And ecological benefits from the increase of water area made up for the loss caused by area reductions of the above land use types. [Conclusion] During 1990 to 2010, the ecological service value increased by 2.434 billion yuan in the study area. But ecological benefited area was small, mainly distributes in the eastern coastal zone of Yancheng. Ecological damaged areas distribute widely, and the area has a tendency to expand. It is necessary to take land use planning and other measures to comprehensively control land use change.

land use change; ecological service value; coastal region of Jiangsu Province

2016-08-13

2016-10-12

國(guó)土資源部海岸帶開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目“江蘇沿海地區(qū)耕地占補(bǔ)時(shí)空過(guò)程及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究”(2015CZEPK02)

于淼(1992—)，男(漢族)，山東省鄆城縣人，碩士研究生，研究方向?yàn)橥恋乩米兓?。E-mail：qsdyumiao@163.com。

呂曉(1984—)，男(漢族)，山東省茌平縣人，博士，副教授，主要從事土地利用與鄉(xiāng)村發(fā)展研究。E-mail：lvxiao@qfnu.edu.cn。

A

1000-288X(2017)03-0131-09

F301.24