2000年—2020年中國西南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究

胡曉貞

（重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院，重慶 401331）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)即人類從生態(tài)系統(tǒng)功能中直接或間接獲得的效績[1]，在1970 年發(fā)表的《人類對全球環(huán)境的影響》中首次提出[2]，經(jīng)Holdren[3-5]等人發(fā)揚(yáng)，積漸成為公論并習(xí)用。隨著研究深化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在中外引起轟動(dòng)，國內(nèi)先達(dá)謝高地創(chuàng)議的當(dāng)量因子法[6]被深遠(yuǎn)采用。同時(shí)，有研究表明，土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化交關(guān)[7]，對區(qū)域可持續(xù)衍化起支柱作用[8]。

西南地區(qū)是我國精要生態(tài)屏藩，也是寰球生物多樣性的軸心地帶。該地區(qū)自然環(huán)境繁雜，喀斯特地貌遼闊，土地利用失宜會帶來現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)，深化生態(tài)危境。因此，尋求土地利用對生態(tài)系統(tǒng)造成的負(fù)面功用，及時(shí)調(diào)整其構(gòu)型[9]，對研究區(qū)可持續(xù)演進(jìn)具有效力。目前該地區(qū)雖已有交關(guān)研究[10]，但其地形繁復(fù)，生態(tài)與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，前人研究與本研究偏重不同，且相距遼遠(yuǎn)，故對土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作進(jìn)一步探討。

本文選擇生態(tài)環(huán)境卓異且突出的西南地區(qū)為研究對象，探究2000 年—2020 年土地利用變化，運(yùn)用CASA 和InVEST模型，根據(jù)社會經(jīng)濟(jì)、NPP、降水和土壤保持狀況對價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行修正，剖釋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值特質(zhì)及土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的效應(yīng)，以期為西南地區(qū)土地規(guī)劃與生態(tài)恢復(fù)提供輔助與參考。

1 研究區(qū)概況

西南地區(qū)由重慶市、四川省、貴州省、云南省、廣西壯族自治區(qū)以及青海省和西藏自治區(qū)的部分區(qū)域組成，地處21°48’～37°36’N，82°42’～113°41’E，總面積約230×104km2。研究區(qū)氣候類型豐贍，生態(tài)類別繁多，有較高研究價(jià)值。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用和歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)均來源于中科院資環(huán)數(shù)據(jù)中心（https://www.resdc.cn），土地利用數(shù)據(jù)空間分辨率為1km，綜合評價(jià)精度達(dá)90%以上，結(jié)合實(shí)際情況及前人研究[10]，劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地；歸一化植被指數(shù)源于月度1km 空間分布數(shù)據(jù)集。氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)中心（http://data.cma.cn）的氣候日值數(shù)據(jù)集和氣象輻射月值數(shù)據(jù)集。高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn）的ASTER GDEM 30m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)。土壤數(shù)據(jù)來源于國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.tpdc.ac.cn）提供的中國土壤數(shù)據(jù)集。糧食價(jià)格、產(chǎn)量、種植面積等社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)從各省《統(tǒng)計(jì)年鑒》獲得。NPP 由CASA 模型結(jié)合土地利用、歸一化植被指數(shù)、氣象等數(shù)據(jù)模擬獲得；土壤保持量由InVEST 模型結(jié)合高程、土壤、土地利用等數(shù)據(jù)模擬獲得。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化研究

（1）土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可映現(xiàn)研究期初和期末土地利用構(gòu)型特征及地類間面積演化[11]，見公式（1）。

式中：S——土地利用面積（km2）；n——土地利用類型數(shù)量；i和j——期初和期末土地利用類型。

（2）土地利用單一動(dòng)態(tài)度。一定時(shí)間內(nèi)土地利用類型流變情況及激劇水平[12]演變見公式（2）。

式中：K——土地利用單一動(dòng)態(tài)度；Ua和Ub——期初和期末某土地利用類型面積（km2）；T——研究時(shí)間長度（a）。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究

以謝高地[13]等人提出的研析辦法為根基，對準(zhǔn)西南地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)境況，修正各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[14]，公式（3）～（6）計(jì)算當(dāng)量修訂系數(shù)，后以2000 年—2020 年七省市糧食均價(jià)（2.03 元/kg）和農(nóng)田均產(chǎn)（461 130.30 kg/km2）為標(biāo)準(zhǔn)，按照單位面積無人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值是農(nóng)田食物生產(chǎn)價(jià)值的1/7[15]計(jì)算出各生態(tài)系統(tǒng)的單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值，經(jīng)公式（7）計(jì)算出總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。建設(shè)用地價(jià)值參合袁興中等[16]的研求成果進(jìn)行定額。

（1）地區(qū)修正法。應(yīng)用以農(nóng)田為基準(zhǔn)的地區(qū)修正法修正各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[17]，見公式（3。

式中：Ei——修訂后第i類土地利用類型價(jià)值當(dāng)量；Q和Q0——研究區(qū)和全國農(nóng)田糧食單產(chǎn)；E0i——第i類土地利用類型價(jià)值當(dāng)量，i=1，2，…，6 分別代表耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。

（2）NPP 因子修正。選用CASA 模型[18]估算NPP，對食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、廢物處理、維持生物多樣性和提供美學(xué)景觀服務(wù)進(jìn)行NPP 因子修正[19]，見公式（4）。

式中：NPPi——經(jīng)NPP 修正后第i類土地利用類型價(jià)值當(dāng)量；NPPi_y——第y年第i類土地利用類型單位面積NPP；y——年份；Ei和i同上。

（3）降水因子修正。韓鵬等[20]認(rèn)為水文調(diào)節(jié)會受降水影響，故對水文調(diào)節(jié)服務(wù)進(jìn)行降水因子修正，見公式（5）。

式中：PREi——經(jīng)降水因子修正后第i類土地利用類型水文調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量；PRE和PRE0——2000 年—2020 年研究區(qū)和全國年均降雨量；Ei和i同上。

（4）土壤保持因子修正。因西南地區(qū)喀斯特地貌廣遠(yuǎn)，多水土流失、滑坡泥石流等地層災(zāi)患，土壤保持量易受影響，因而采擇InVEST 模型估算研究區(qū)土壤保持量修正保持土壤服務(wù)[6]，見公式（6）。

式中：Si——經(jīng)土壤保持因子修正后第i類土地利用類型土壤保持服務(wù)價(jià)值當(dāng)量；Si_y——研究區(qū)第y年第i 類土地利用類型土壤保持量；y、Ei和i同上。

（5）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算，見公式（71）。

式中：ESV——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值（元）；Ai——研究區(qū)第i類土地利用類型面積（km2），CVij為第i類土地利用類型的第j種生態(tài)服務(wù)單位價(jià)值（元·km-2·a-1）。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

2000 年—2020 年西南地區(qū)土地利用變化見圖1。2000年—2020 年，林地和草地為核心土地利用類型。綜觀總體，耕地、草地、未利用地萎縮，林地、水域、建設(shè)用地增補(bǔ)。林地面漸增，未利用地逐年消減，呈負(fù)變化。其中，運(yùn)作退耕還林、防護(hù)林營造等生態(tài)規(guī)劃以及興建城市景觀是其土地利用變化的主因。

圖1 2000年—2020年西南地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Fig.1 Land use transfer matrix in southwest China from 2000 to 2020 km2

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體轉(zhuǎn)變特質(zhì)

由2000 年—2020 年西南地區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值移易可知（表1），其總價(jià)值變化細(xì)微。林地總價(jià)值最大，建設(shè)用地以負(fù)值顯見。2000 年—2005 年，總價(jià)值下滑，水域波動(dòng)最大。2005 年—2010 年，價(jià)值依然下跌，以林地和草地最為明顯。2010 年—2015 年，除未利用地外均呈升幅。2015 年—2020 年，草地跌落最為凸顯，林地呈揚(yáng)升趨勢。2000 年—2020 年，總價(jià)值整體爬升，林地增益最多，再者為水域，雖演化輕微，但供給較大。2000年—2020年研究區(qū)總價(jià)值先減后增波動(dòng)起伏，主要因由研究初期西部大開發(fā)戰(zhàn)略啟動(dòng)，建設(shè)用地遞加，耕地、林地與草地被占據(jù)，從而引致生態(tài)植被破毀導(dǎo)致價(jià)值下跌；而伴隨著生態(tài)戰(zhàn)略的履踐和公眾環(huán)境維護(hù)認(rèn)知的鞏固，價(jià)值有所抬升。

表1 2000年—2020年西南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型價(jià)值變化Tab.1 Change of ecosystems value in southwestern area from 2000 to 2020×108元

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值轉(zhuǎn)變特質(zhì)

由2000 年—2020 年西南地區(qū)各服務(wù)價(jià)值移易可知（表2），2000年—2020年，水文調(diào)節(jié)價(jià)值量最大，次之為維持生物多樣性，余下服務(wù)價(jià)值比重偏少。2000 年—2005 年，僅保持土壤呈上漲態(tài)勢。2005 年—2010 年，所有服務(wù)價(jià)值均減縮。2010 年—2015 年，除水文調(diào)節(jié)外，余下服務(wù)均呈增幅。2015年—2020 年，保持土壤增進(jìn)最大，余外服務(wù)價(jià)呈消減狀態(tài)。2000 年—2020 年，保持土壤服務(wù)價(jià)值發(fā)展劇烈，其主因是隨著生態(tài)境況優(yōu)化，林地和草地的土壤保持量均升漲，兼之基本經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷演進(jìn)，使得城鎮(zhèn)面積增補(bǔ)。

表2 2000—2020年西南地區(qū)不同服務(wù)價(jià)值變化Tab.2 Economic value change of different services in southwestern area from 2000 to 2020 ×108元

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布

2000 年與2005 年，西南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值以西高東低、南高北低的態(tài)勢呈現(xiàn)；2010 年、2015 年和2020 年為自西向東遞進(jìn)增加（圖2）。高值主要分布在青海、西藏、川西及廣西山地丘陵地區(qū)。青海、西藏和川西為高海拔地區(qū)，受人為影響細(xì)微，植被源流管護(hù)完整，生態(tài)優(yōu)良卓著；廣西山地丘陵雨熱豐沛，植被覆蓋高，生態(tài)境況上佳。低值多分布在北部和東南部，北部地形地貌導(dǎo)致植被覆蓋低，多空荒地；東南部城市群飛速擴(kuò)展，建設(shè)用地比重倍加。

4 討論與結(jié)論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可以看作承接生態(tài)系統(tǒng)與人類社會的引橋，與人類國計(jì)和民生福祉過從甚密，故評議研究區(qū)生態(tài)價(jià)值有助于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)修復(fù)。本文擇采多因子修正單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量，并基于此評估西南地區(qū)2000年—2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，得出以下結(jié)論。

（1）研究期間西南地區(qū)耕地、草地、未利用地面積下滑，林地、水域、建設(shè)用地面積攀升，主要土地利用類型為林地和草地，其間變遷最為凸顯。

（2）隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略運(yùn)作，建設(shè)用地?cái)U(kuò)展，耕地、林地、草地被占用，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值削減；而護(hù)坡護(hù)林等生態(tài)戰(zhàn)略的履踐，促成總價(jià)值升高。按生態(tài)系統(tǒng)類型劃分，林地價(jià)值最高；按生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類別劃分，水文調(diào)節(jié)價(jià)值最高。

（3）西南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值自西向東遞進(jìn)增加，其空間迥別主要受植被覆蓋、土地利用、土壤保持、基本生態(tài)建設(shè)戰(zhàn)略等多方面影響。隨著生態(tài)保育規(guī)程的傳揚(yáng)和廣眾治污養(yǎng)護(hù)思潮的增益，其生態(tài)地物水準(zhǔn)改進(jìn)，生態(tài)情勢向好。

本研究在運(yùn)思當(dāng)量因子法時(shí)，雖已結(jié)合區(qū)域境況修正相關(guān)系數(shù)，綜合考量影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的自然和社會經(jīng)濟(jì)因素，但西南地區(qū)自然地理環(huán)境繁復(fù)，海拔差異并未納入本研究籌思中，且在考慮七省市糧食均價(jià)和農(nóng)田均產(chǎn)時(shí)，未考慮到各省經(jīng)濟(jì)文化及發(fā)展?fàn)顩r之間的差異。因此，對其價(jià)值研討還需更深層次尋索，在后續(xù)研究中可根據(jù)地形、地貌、海拔及更細(xì)化的社會發(fā)展數(shù)據(jù)，對研究區(qū)境況進(jìn)行合理修正后再衡量縷析，以便更符合當(dāng)?shù)貙?shí)情。