土地利用變化對生態服務價值影響的研究

摘要 基于通徑分析理論，通過研究吉林省土地利用變化對生態服務價值的影響，為吉林省經濟發展與生態建設提供技術支撐和科學依據。結果表明：1996～2008年吉林省土地利用變化幅度較大，其中農田、草地面積分別減少42 248.8、43 934.2 hm2，建設用地、森林面積分別增加39 822.1、47 294.5 hm2；吉林省生態服務價值在1996～2008年呈現倒“S”的變化趨勢，總值上增加了2.156億元；森林在生態服務價值中起主導作用，農田、園地等用地類型的負向作用已經超過其正向作用。

關鍵詞 生態服務價值；通徑分析；土地利用變化；吉林省

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10743-04

基金項目中國科學院知識創新項目（KZCX2YWQ107）；高校博士點基金項目（200801930003）。

作者簡介范曉鋒（1990-），男，陜西渭南人，碩士研究生，研究方向：土地利用與管理。*通訊作者，教授，博士，從事土地利用與管理研究。

土地利用變化對生態環境的影響是全球變化研究的重要內容之一，而生態系統服務價值則是目前生態學、生態經濟學、環境科學研究的熱點問題[1]，生態服務價值是指人類直接或間接從生態系統得到的利益，主要包括向經濟社會系統輸入有用物質和能量、接受和轉化來自經濟社會系統的廢棄物，以及直接向人類社會成員提供服務。近些年來隨著吉林省經濟的快速發展，能源、土地、生態環境面臨的壓力也與日俱增。關于吉林省土地利用變化對生態服務價值影響的研究，有助于吉林省經濟發展與生態環境建設相協調。

1數據來源與研究方法

1.1研究區概況吉林省位于我國東北地區中部，處于日本、俄羅斯、朝鮮、韓國、蒙古與中國東北部組成的東北亞幾何中心地帶。地理坐標為122°30′00″～125°30′00″E、44°20′00″～45°20′00″N，地勢由東南向西北傾斜，呈現明顯的東南高、西北低的特征。以中部大黑山為界，可分為東部山地和中西部平原兩大地貌區。東部山地分為長白山中山低山區和低山丘陵區，中西部平原分為中部臺地平原區和西部草甸、湖泊、濕地、沙地區，擁有自然保護區36個，占全國面積的12.26%，森林覆蓋率為43.4%。2011年全省年平均氣溫5.1 ℃，年均降水量為497.4 mm，無霜期120～160 d[2]。吉林省地理位置見圖1。

1.2數據來源1996～2008年吉林省土地利用變更數據及相關數據來源于吉林省土地土地利用變更調查數據和《吉林統計年鑒》。根據研究內容將吉林省土地利用類型分為8類：農田、森林、園地、草地、建設用地、濕地、水體、荒漠。

1.3研究方法

1.3.1單一土地利用動態度。單一土地利用動態度是指區域內某土地利用類型在某變化時期的動態度或土地利用變化速率，能有效地反映土地利用類型變化的差異，因此很多學者將其列為土地利用動態變化研究指標之一，具體的模型為：

式中，Ub、Ua分別代表研究期內期末和期初某種土地利用類型的數量；T為研究期時段長，當T的時間段為年時，K值就是研究區內某種土地利用類型年變化率[3]。

1.3.2生態服務價值評價模型。在《人類全球環境的影響報告》首次提出生態系統服務功能，同時列舉了生態系統對人類的環境服務功能后[4]，一直到1997年Costanza等在Nature上發表了一篇《世界生態系統服務價值與自然資本》論文后[5]，有關生態系統服務價值的研究才初步開展起來。謝高地等人在Costanza研究的基礎上，經過專家咨詢、修正等方法，制定了“中國不同陸地生態系統單位面積生態服務價值表”[6]。該研究采用該價值表，并且套用Costanza等的計算模型，計算吉林省土地利用生態服務價值。

式中，ESV為生態系統服務價值（元），Ak為研究區內K種土地利用類型的面積（hm2），VCk是生態價值系數（元/hm2·年）。

1.3.3通徑分析模型。通徑分析是用于分析多個自變量和因變量之間的線性關系，是回歸分析的拓展，通過直接通徑系數和間接通徑系數反映某些自變量對因變量產生的影響和某些自變量通過其他自變量間接地對因變量產生影響。它是相關分析和回歸分析的優化，適用于土地利用類型變化對生態服務價值變化影響的研究。

2結果與分析

2.1土地利用類型變化1996～2008年吉林省土地利用變化情況見表2。由表2可知，從吉林省土地利用類型的構成來看，1996～2008年林地占總面積的比例最大為48.82%～49.07%，是研究區的主要土地利用類型；其次是農田，所占比例為29.91%～30.14%；其他土地利用類型雖有波動，但是變化趨勢不明顯。從土地利用類型面積變化量來看，土地利用變化集中由農田和草地向森林和建設用地轉移，農田和草地面積減少量分別為42 248.8和43 934.2 hm2，森林和建設用地面積分別增加47 294.5和39 822.1 hm2，其他土地利用類型波動不大；從土地利用動態度來看，建設用地的變化速度是最快的，年變化率為1.105 0%，其中2004～2008年建設用地的年變化率最大，動態度除森林、建設用地外都為負值，說明這幾年內土地變化面積主要向建設用地轉移；其次是草地，平均每年減少0.726 8%，變化最小的是荒漠（表2）。

從表3和圖2可以看出，吉林省生態服務價值呈現出先增加，后減少，再增加，再減少的倒“S”形變化趨勢，但整體上呈現出上升的趨勢，從1996年的2 705.373億到2008年的2 707.529億元，增加2.156億元，變化率為0.08%。吉林省各土地利用類型的生態服務價值呈“三增四減”的變化特征，森林、水體、荒漠的生態服務價值呈增長趨勢，各地類的平均變化率為0.514%、0.615%、0.455%，草地、農田、園地、濕地的生態服務價值呈減少趨勢，各地類的平均變化率為-2.907%、-0.744%、-1.101%、-1.187%，主要原因是退耕還林、建設用地擴張、吉林西部地區沙化嚴重等。

2.3土地利用變化與生態服務價值關系研究運用1996～2008年吉林省各土地利用類型面積與各年總生態服務價值數據進行通徑分析，以各土地利用類型面積為自變量，各年總生態服務價值為因變量。對因變量實施的正態檢驗，結果顯示：對于小樣本ShapiroWilk正態分布的檢驗，統計量為0.978，顯著水平Sig.=0.969>0.05，符合正態分布，可以利用SPSS軟件進行逐步回歸分析，結果見表4。表中標準化系數為標準偏回歸系數，用于對同一個模型的不同系數的檢驗，值越大表明對因變量的影響越大，各類型土地偏回歸系數的顯著性均小于0.05，說明自變量與因變量之間存在顯著性差異，有統計學意義。

從表4可以看出，森林、濕地、水體、草地、農田、園地、荒漠的直接通徑系數分別為2.073、0.608、0.413、0.405、0.623、0.570、0.003，說明森林生態系統面積的直接作用最明顯，其次分別是農田、濕地、水體、草地、園地、荒地。其中，森林生態系統的直接通徑系數含有2層含義：①森林生態系統面積變化比較明顯，是影響生態服務價值變化趨勢的主要因；②森林生態系統服務價值在總價值中占有比較明顯的比例。

根據直接通徑系數可知要保證生態系統服務功能的穩定性，首先要保證森林用地規模，同時要避免對農田、濕地、水體等的破壞，但是這些直接的作用并非能夠全面、合理的表達土地利用變化對生態服務價值的影響，其還與土地利用類型之間變化所產生的間接影響有著密切的關系。根據各地類之間的相關系數（表5），結合公式計算出間接通徑系數（表6）。

由表6可知，間接通徑系數反映了各土地利用變化之間許多直接作用不能揭示的變化規律，通過間接作用可以清楚地看到內在的變化特征，比如森林對生態服務價值的直接通徑系數為2.073，起正向作用，而森林通過其他土地類型對生態服務價值的間接通徑系數為-1.267，起負向作用，草地、農田、園地等的間接通徑系數甚至大于其直接通徑系數，已經改變了原來的正向作用。所以要維持整個生態系統服務價值的穩定性，不僅僅要關注一個生態子系統的變化，而且要關注與其密切關聯的其他子系統的動態變化。

3結論

（1）通過對吉林省土地利用結構和動態度進行統計分析與總結，結果表明吉林省在土地利用過程中，各類型面積均有不同程度的變化，其中農田、草地、園地、濕地呈現減少趨勢，農田、草地減少幅度最大，森林、建設用地、荒漠、呈現增加趨勢，森林和建設用地增加的幅度最大。一方面是因為中央推出了退耕還林和大搞生態建設的政策，吉林省提出了“生態省”的建設目標；另一方面是經濟的快速發展導致建設用地需求增加，大量的耕地、草地等轉為建設用地。

（2）通過對生態服務價值與土地利用變化之間通徑系數的研究，結果表明直接通徑系數中各土地利用類型對生態服務價值都起正向作用，其中森林生態系統面積變化是影響吉林省生態服務價值變化的主要因素，其次是農田、濕地、水體、草地、園地、荒地；間接通徑系數中，草地、森林、農田、園地、濕地對生態服務價值變化起負向作用，水體、荒漠對生態服務價值起正向作用。

（3）吉林省地處東北亞的腹心地帶，地緣關系與戰略地位十分突出[9]，土地利用類型變化與生態服務價值之間的協調性已是吉林省面臨的重要問題，該研究運用通徑分析理論進行分析，得出相關結論，為吉林省土地開發利用提供決策支持。首先，吉林省應該在地域特征的基礎上進一步提高森林面積，長期關注“生態省”的建設成果；其次，水資源是制約吉林省經濟發展的瓶頸因素，吉林省縣級以上城市有44個供水不足，其中32個嚴重缺水[10]，應該在保護原生態環境的基礎上，合理利用過境水，充分攔蓄雨水，既能緩解水資源匱乏，又能提高全省生態服務價值；濕地在生態服務價值中也起重要的作用，應該加強保護濕地，在此基礎上加強對森林濕地的開發與研究；最后，由于吉林省是全國商品糧的生產基地，且考慮到草地對吉林西部沙化的重要作用及單位草地、農田的生態服務價值數低的情況，應該在滿足大環境的需求下，合理配置草地、農田的面積，使生態服務價值總數不降低。

參考文獻

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[9] 吉林省地方志編纂委員會編纂.吉林省志—卷四/自然地理卷[M].長春：吉林人民出版社，1992.