松嫩沙地土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

巴之丹

（吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000）

土地利用變化作為自然環(huán)境和人類活動共同作用下的表現(xiàn)形式[1]，對維持和改善區(qū)域生態(tài)平衡，貫徹土地資源可持續(xù)開發(fā)利用具有重要意義[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項(xiàng)功能包括原料生產(chǎn)、食物生產(chǎn)、水資源供給等方面。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是自然與社會溝通的橋梁，隨著人口數(shù)量的增長，人類對自然資源的利用超過了生態(tài)系統(tǒng)本身的限度[3-4]，造成很多不利影響。為進(jìn)一步促進(jìn)松嫩沙地生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)服務(wù)功能協(xié)調(diào)發(fā)展，明確各個(gè)服務(wù)功能之間的普遍聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)各服務(wù)功能效益最大化，優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理政策，保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5-6]，達(dá)到地區(qū)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目的，應(yīng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

松嫩沙地主要分布在嫩江和第二松花江下游，吉林白城地區(qū)的東部，東遼河中游以北及科爾沁沙地東南[7]，大地構(gòu)造屬松遼沉降帶，沙地平面輪廓南寬北窄[8]，略呈倒楔型。利用Landsat 8 OLI 影像和ASTERGDEM（V.2）數(shù)據(jù)，參照松遼流域河流三級區(qū)域界限（數(shù)據(jù)來源于水利部松遼水利委員會），確定了松嫩沙地自然地理單元的范圍（119°19′33″ E ～129°12′24″ E，43°0′28″ N ～ 50°36′51″ N），其 面 積 為352 559.12 km2[9]。行政區(qū)劃上包括內(nèi)蒙古自治區(qū)的呼倫貝爾市、興安盟，黑龍江省的哈爾濱市、齊齊哈爾市、大慶市、綏化市，吉林省的長春市、吉林市、白城市、松原市等部分地區(qū)。研究區(qū)氣候?qū)侔敫珊蛋霛駶櫄夂?，年平均氣溫?.3℃，年降水量為360～480 mm，降水量年內(nèi)分配不均且變率大，年蒸發(fā)量為1 600～1 800 mm，年大風(fēng)日數(shù)為20～36 d，春季大風(fēng)日數(shù)占全年大風(fēng)日數(shù)的60%～68%。該區(qū)地帶性土壤為黑鈣土，非地帶性土壤為風(fēng)沙土、草甸土、沼澤土和鹽堿土[7]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

土地利用數(shù)據(jù)來自于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn /data），為遙感影像解譯的松嫩沙地1990 年、2000 年、2010 年、2020 年4 a 的土地利用數(shù)據(jù)，分辨率為30 m×30 m，其中包括6 個(gè)一級類和26 個(gè)二級類[10]，在ArcGIS 中經(jīng)過重分類后，土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地、沙地以及其他未利用土地（表1）。經(jīng)裁剪后得到1990 年、2000 年、2010 年和2020 年4 期松嫩沙地土地利用類型數(shù)據(jù)。

表1 中國東北沙地土地利用類型分類

1.3 研究方法

參考謝高地等[11]提出的“單位面積價(jià)值當(dāng)量因子法”對松嫩沙地ESV 進(jìn)行估算，基于松嫩沙地1990—2020 年相應(yīng)統(tǒng)計(jì)資料，計(jì)算不同時(shí)期“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（Ea）”，并對其進(jìn)行支付意愿系數(shù)修正[12]，取4 期均值作為最終Ea 值，根據(jù)公式（1）（2）計(jì)算。

式中：Eat為t 年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；Rt為t 年支付意愿系數(shù)，計(jì)算方法參考林棟等[13]的方法；i 表示作物種類；mit為t 年某作物的種植面積（hm2）；pit為t 年某作物價(jià)格（元/kg）；qit為t 年某作物單產(chǎn)（kg/hm2）；Mt為t 年作物總種植面積（hm2）。

以研究區(qū)4 期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）。考慮松嫩沙地土地利用類型，結(jié)合謝高地等[11]制定的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)當(dāng)量表對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行修正，其中耕地、林地、草地、沙地、水域分別對應(yīng)二級生態(tài)系統(tǒng)分類中的旱地、闊葉林、草甸、裸地、水系，除此之外的所有土地歸為其他用地，基于此獲得研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表（表2）。根據(jù)公式（3）計(jì)算研究區(qū)ESV。

表2 松嫩沙地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量 （元/hm2）

式中：Aj為第j 類土地利用類型的面積（hm2），Brj為單位面積第j 類土地利用類型第r 種服務(wù)類型服務(wù)價(jià)值當(dāng)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化分析

從圖1 和表3 可知，松嫩沙地土地利用狀況呈現(xiàn)以下特點(diǎn)。1990—2020 年間，松嫩沙地的耕地面積處于增加趨勢，增加幅度最大，共增加21 817.73 km2，其中在1990—2000 年這10 a 間增加最快，增加了13 025.97 km2；林地面積呈現(xiàn)“下降—增長—下降”的波動變化趨勢，共縮減4 323.10 km2；草地面積不斷減少，其中2000—2010 年這10 a 間縮減最多，縮減了7 993.62 km2；水域面積也在不斷縮減，共縮減4 573.55 km2；建設(shè)用地呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢，共增加2 337.43 km2；沙地面積呈現(xiàn)縮減趨勢，共縮減422.30 km2；其他未利用土地在不斷增加，共增加4 155.97 km2。

表3 1990—2020 年4 期松嫩沙地各類型土地利用的面積及占比

圖1 1990—2020 年4 期松嫩沙地土地利用情況

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化特征 由表4 可知，1990—2020 年間，松嫩沙地ESV 總體呈現(xiàn)增加趨勢，由1990 年的116 579.03 萬元增加到2020 年的117 011.92萬元，增加了432.89 萬元，增加幅度達(dá)0.37%，年均遞增率為0.01%。從1990—2020 年4期松嫩沙地不同土地利用類型的ESV 來看，耕地和其他未利用土地ESV 量呈現(xiàn)增加趨勢，分別增加了874.89 萬元和8 528.05 萬元；林地、草地、水域和沙地ESV 量呈現(xiàn)減少的趨勢，分別減少了992.15 萬元、2 228.37 萬元、5 744.84 萬元和4.69 萬元。

表4 1990—2020 年松嫩沙地各類型土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單項(xiàng)價(jià)值變化特征 由表5 可知，1990—2020 年間，各個(gè)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量貢獻(xiàn)最大的依次為：生物多樣性、水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)，其中生物多樣性的ESV達(dá)到了50 000 萬元以上，1990—2020 年4 期的生物多樣性ESV 分別為58 932.89 萬元、56 830.43 萬元、64 575.96 萬元和65 749.17 萬元，分別占各期ESV 總量的50.55%、50.82%、54.61%和56.19%；原料生產(chǎn)、維持養(yǎng)分循環(huán)和美學(xué)景觀的ESV 貢獻(xiàn)率較少，均不到ESV 總量的10%；食物生產(chǎn)、水資源供給、土壤保持和生物多樣性均處于增加的趨勢，生物多樣性增加的ESV 最多，為6 816.28 萬元，其次為食物生產(chǎn)和土壤保持，增加的ESV 分別為306.02 萬元和229.83萬元；而原料生產(chǎn)等其他服務(wù)項(xiàng)目均呈現(xiàn)減少趨勢，水文調(diào)節(jié)減少的ESV 最多，為5 242.73 萬元，其次為氣候調(diào)節(jié)和凈化環(huán)境，減少的ESV 分別為880.95 萬元和506.73 萬元。

表5 1990—2020 年松嫩沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值變化 （萬元）

2.3 敏感性分析

相關(guān)研究借用敏感性指數(shù)（coefficient of sensitivity，CS） 確定ESV 隨時(shí)間變化對生態(tài)價(jià)值系數(shù)（VC）變化的相關(guān)程度[14]。CS 的含義是指由于VC 變動引起ESV 的變化情況，若敏感性指數(shù)大于1，說明 ESV對VC 是具有彈性的；若敏感性指數(shù)小于1，則說明ESV 對VC 是缺乏彈性的。CS 的數(shù)值越大，則說明VC 的正確性越重要[15]。

該研究通過調(diào)整50%的VC 來計(jì)算CS，從而說明ESV 對VC 的敏感程度。敏感性指數(shù)根據(jù)公式（4）計(jì)算。

式中：ESV 為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（元），VC 為生態(tài)價(jià)值系數(shù)[元/(hm2·a)]，k 為研究區(qū)內(nèi)某土地利用類型，i 代表初始價(jià)值，j 代表生態(tài)價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的價(jià)值[16]。

根據(jù)CS 計(jì)算公式，為分析和計(jì)算方便，將VC分別上下調(diào)整50%，計(jì)算了松嫩沙地1990 年到2020年的生態(tài)價(jià)值系數(shù)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的敏感性指數(shù)變化曲線（圖2）。結(jié)果表明，ESV 對VC 的敏感性指數(shù)均＜1，4 期的最高值范圍為0.82～0.91。這表明，研究區(qū)內(nèi)ESV 對VC 是缺乏彈性的，研究結(jié)果可信度較高。

圖2 ESV 敏感性指數(shù)變化曲線

3 討 論

松嫩沙地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在一定的空間差異性，但其ESV 整體呈現(xiàn)增加趨勢，空間上主要分布在耕地和一些未利用土地或其他建設(shè)用地附近。而負(fù)值區(qū)主要集中在濕地、草地、水域、沙地，其中濕地的萎縮、草地的破壞、水域面積的縮減是該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低的主要原因，但耕地面積的增加在一定程度上做了補(bǔ)償。這也說明人類活動是導(dǎo)致土地利用類型變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的主要因素，所以相關(guān)部門應(yīng)采取相應(yīng)措施促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系對區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)供給都有很大的支撐作用。學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)供給服務(wù)與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在權(quán)衡關(guān)系，筆者也得出了相同的結(jié)論，主要是食物及原料生產(chǎn)用地與其他用地存在一定競爭關(guān)系，導(dǎo)致了這種此消彼長的權(quán)衡關(guān)系。但在2000—2020 年中，所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間均演變?yōu)閰f(xié)同關(guān)系，這與鄭德鳳等[17]研究結(jié)果相似，同時(shí)也表明生態(tài)恢復(fù)政策起到了一定的積極作用。