基于土地利用變化的安徽省生態服務價值研究

王 崠, 王帥帥， 吳 見， 周亮廣

(1.滁州學院 地理信息與旅游學院, 安徽 滁州239000; 2.安徽省地理信息集成應用協同創新中心, 安徽 滁州 239000)

基于土地利用變化的安徽省生態服務價值研究

王 崠1,2, 王帥帥1， 吳 見1,2， 周亮廣1,2

(1.滁州學院 地理信息與旅游學院, 安徽 滁州239000; 2.安徽省地理信息集成應用協同創新中心, 安徽 滁州 239000)

摘要：[目的] 揭示安徽省生態系統服務價值變化規律，為區域可持續發展提供依據。 [方法] 以安徽省3期的土地利用數據為基礎，根據研究區不同土地利用類型的單位面積生態服務價值和各土地利用類型面積分別分析了研究區內2000—2010年不同時段的生態系統服務價值、不同土地利用類型生態服務價值變化的貢獻率以及不同年份各單項功能生態服務價值。 [結果] 研究區林地和耕地是主要的土地利用類型，其次是建設用地和未利用土地；2000，2005，2010年生態服務總價值量分別為：532.31，537.59和531.35億元；土地利用類型的貢獻度從大到小依次為：林地>耕地>水域>草地>未利用地>建設用地；林地和建設用地是生態系統服務價值變化貢獻率最大的土地利用類型；9個單項生態服務價值從大到小依次為：維持生物多樣性>保持土壤>氣候調節>氣體調節>原材料生產>提供美學景觀>食物生產>廢物處理>水文調節。 [結論] 研究區內的生態服務價值呈現相對穩定態勢，其中林地對生態服務總價值的貢獻最大，建設用地是生態服務總價值增長的主要牽制力。

關鍵詞：土地利用; 安徽省; 生態服務價值

人們很早就對生態系統的服務價值有了初步認識，但關于生態系統服務價值的概念卻產生于20世紀60年代[1]。對生態系統服務價值的概念，不同學者雖表述不同，但在其基本內涵上已基本達成共識。1997年Daliy等[2-3]提出，生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成的，維持人類生存的自然環境條件及其效用。與此同時，Costanza等[4]研究提出，全球生態系統服務價值和自然資本”從科學意義上明確了生態系統服務價值估算的原理及方法，指出生態服務價值是指人類能夠直接或間接的從生態系統功能中得到的利益，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。此后，Costanza的有關全球生態系統服務功能經濟價值的研究引起了國內學者的注意，國內許多經濟學家和生態學家開始對全球、區域、城市以及單一生態系統或者單個物種生態系統服務及其價值評估理論與方法進行積極探討，并將其理論應用于評估各類生態系統的生態服務經濟價值，而且在生態系統服務領域的諸多方面都進行了一些研究[5]。其研究意義在于科學地表述生態系統物品或服務的價值，使生態系統價值數量化和貨幣化，方便生態系統價值的鑒別；改善福利衡量的基礎，表現社會公平和生態可持續性，使社會決策機制盡力處理稀缺資源在各種競爭需求之間的分配[6]。

土地利用變化與生態系統服務價值是一對相互聯系、相互影響和制約的統一體。一方面，不同類型土地利用面積的變化會引起其服務功能種類和強弱的變化，進而影響不同土地利用類型的生態系統服務價值量；另一方面，不合理的土地利用會造成生態系統結構的變化，生態系統結構的破壞使相應的土地利用類型功能減退甚至喪失，進而影響土地利用類型的變化[7]。土地利用變化作為全球生態環境變化的核心領域，通過改變生態系統的結構和功能，對生態系統維持其服務功能起決定性作用[8]。安徽省雖然自然資源豐富，但人均自然資源與世界平均水平仍存在較大差異。改革開放以來，隨著經濟的快速發展與人口的激增，自然資源的開發和交易越來越頻繁，人地矛盾、人與自然環境的矛盾越發緊張，進而對生態系統服務價值評估方法的需求也越來越迫切，但目前世界上還沒有關于成熟的生態價值鑒別、量化和貨幣化的系統方法[4]。為此，本研究以安徽省2000—2010年土地利用變化情況為基礎，分析該省生態系統服務價值的變化，旨在對促進區域生態環境建設、研究區域經濟與生態環境可持續發展具有指導意義[9]。

1研究區概況及數據預處理

1.1　研究區概況

安徽省位于中國經濟最發達的區域——華東地區，經濟上屬于中國中東部經濟區。省域介于東經114°54′—119°37′，北緯29°41′—34°38′，該省面積約1.40×105km2。地貌以平原、丘陵和低山為主，分成淮河平原區，江淮臺地丘陵區，皖西丘陵山地區，沿江平原區，皖南丘陵山地5個地貌區，在氣候上屬暖溫帶與亞熱帶的過渡地區。在淮河以北屬暖溫帶半濕潤季風氣候，淮河以南屬亞熱濕潤季風氣候。年平均氣溫為14～17 ℃，1月平均氣溫零下1～4 ℃，7月平均氣溫28～29 ℃，降水集中在夏季，占年降水量的40%～60%。安徽省耕地約4.17×106hm2，林業用地面積約為4.40×106hm2，其中林地面積3.80×106hm2，水域面積約1.05×106hm2。長江、淮河分別流經安徽省416和430 km。安徽省是中國重要的農產品生產、能源、原材料和加工制造業基地，以第二產業為主導，改革開放以來，國民經濟高速發展。

1.2　數據準備與處理

以研究區1∶5萬地形圖為基礎，利用ArcGIS 10.0軟件，選用高斯—克里格投影方式并采用二次多項式糾正方法分別對安徽省2000，2005和2010年3期的Landsat TM遙感影像進行幾何校正和裁剪處理，并結合DEM影像對TM影像進行配準和正射校正，其目的是糾正由于地形起伏引起的誤差，然后結合《中國土地分類系統》、研究區內土地利用類型樣點調查數據以及遙感影像的特點采用人工目視解譯的方式將研究區的土地利用類型劃分為林地、耕地、草地、水域、居民及建設用地以及未利用地共6種類型。

2研究方法

2.1　土地利用轉化分析方法

2.1.1單一土地利用類型動態度單一土地利用類型動態度指的是研究區的某一時間范圍內土地利用類型的變化情況[8]，其公式為：

(1)

式中：K——單一土地利用類型動態度；Ua,Ub——研究初期和研究末期某種土地利用類型的面積(hm2)；T——研究末期與研究初期的時間差(a)。

2.1.2綜合土地利用動態度綜合土地利用動態度指的是研究區的某一時間范圍內土地利用類型總的變化情況[8]，其計算公式為：

(2)

式中：S——綜合土地利用動態度； 〔LA(i,t1)-ULAi〕——第i種土地利用類型轉化為其他非i類型土地利用面積之和; LA(i,t1)——研究初期第i種土地利用類型面積(hm2)； ULAi——研究期間第i種土地利用類型未變化部分的面積[10](hm2)；t1,t2——研究初期和研究末期的時間(a)。

2.2　生態服務價值評價

謝高地等[4]在Costanza提出的全球尺度上的生態服務價值計算模型基礎上，通過對中國700位具有生態學背景的專業人士進行問卷調查，得出了新的生態系統服務價值評估體系，建立了中國生態系統單位面積生態服務價值表。謝高地等[11]結合中國實地情況，提出了不同區域生態服務價值的修正參數。其中，安徽省生態服務價值為1.17。鄭江坤等[12]根據謝高地和Costanza研究的基礎上制定了密云水庫集水區不同土地利用類型單位面積生態服務價值表。本研究參考謝高地提出的中國生態系統單位面積生態服務價值表、安徽省生態服務價值的修正參數以及鄭江坤提出的密云水庫集水區不同土地利用類型單位面積生態服務價值表制定了安徽省不同土地利用類型的單位面積生態服務價值表，具體實現過程為：

第1步：參考謝高地等[4]中國生態系統單位面積生態服務價值表，其具體方法為： (1) 以Costanza等提出的全球尺度上的生態服務價格表作為參考，設農田食物生產的生態服務價值當量為1，向中國700位具有生態學背景的專業人士進行問卷調查其他生態系統服務價值相對于農田食物生產價值的相對重要性(當量因子)，得出新的生態服務價值當量因子表。 (2) 根據胡瑞法和冷燕[13]提出中國2005年全國平均糧食生產的單位面積總收益為3629.43元/hm2，除去單位面積總投入930.33元/hm2和糧食生產的影子地租約為2 250元/hm2得到中國1個生態服務價值當量因子的價值為449.1元/hm2，將此結果與問卷調查得到的新的生態服務價值當量因子表相乘，得到中國生態系統單位面積生態服務價值表。

第2步：參考謝高地等[11]提出的安徽省生態服務價值的修正參數1.17，將此參數與中國生態系統單位面積生態服務價值表相乘得到安徽省不同土地利用類型的單位面積生態服務價值表。

教師的教學質量是直接評價其教學水平的關鍵，教師和家長在重壓力之下也是過多地重視知識的培養，并沒有給學生課余的時間進行練習和參加足球活動，致使學生的體育素質沒有辦法得到提升，而且現如今大部分的農村學校的學生都是留守兒童，那么教師就可以利用課余時間或者是周六日的時間在學校組織一些關于“留守家園”的教學活動，并在活動當中給學生開設一個足球的興趣小組，讓學生能夠更多地了解足球知識[3]。

第3步：結合鄭江坤、參考謝高地研究成果制定的密云水庫集水區不同土地利用類型單位面積生態服務價值表以及密云地區生態服務價值的修正參數1.024，將密云水庫集水區居民工礦用地單位面積生態服務價值除以1.024得到全國范圍居民工礦用地單位面積生態服務價值，再將其乘以安徽地區生態服務價值修正參數1.17得到安徽省居民工礦用地生態服務價值，作為新的建設用地生態服務價值指標，最終得到針對安徽省不同土地利用類型的單位面積生態服務價值表(表1)。

表1　安徽省不同土地利用類型單位面積生態服務價值　元/(hm2·a)

在制定安徽省不同土地利用類型的單位面積生態服務價值表之后，根據公式(3)—(5)計算各土地利用類型的服務價值、各項服務功能的價值以及生態服務總價值[14]，其公式為：

(3)

式中:ESVk——第k類土地類型的服務價值(元)；Ak——第k類土地類型的面積(hm2)；VCkf——第k類土地類型第f項單位面積生態服務價值(元/hm2)。

(4)

式中:ESVf——第f項服務功能的價值(元)； VCkf——第k類土地類型第f項單位面積生態服務價值(元/hm2)。

(5)

式中:ESV ——總的服務價值(元)。

(6)

式中：SkT——第k類土地利用類型在T時段內由于變化所產生的生態服務價值變化量的絕對值占總的比例； ΔESVkT——第k類土地利用類型在T時段內的變化引起的生態服務價值的變化量。

3結果分析

3.1　土地利用動態演變

3.1.1土地利用結構變化從安徽省土地利用結構的總體變化情況來看(圖1)，整個研究區林地占地面積最大，耕地次之，林地與耕地是研究區的主要土地利用類型，占整個研究區的60%以上，其次是建設用地，而草地和水域所占比例最小。從2000—2010年，林地的面積逐漸增加，從2000年的4.12×106hm2增加到2010年的4.40×106hm2，其中2005—2010年增幅較小，面積基本保持不變；耕地面積呈下降趨勢，但降幅較小，基本保持不變，面積從2000年的4.22×106hm2下降到2010年的4.17×106hm2；建設用地面積呈增長趨勢，從2000年的3.06×106hm2增長至2010年的3.39×106hm2，其中2000—2005年增幅為8.32%，2005—2010年增幅為2.52%；未利用地面積也呈下降趨勢，從2000年的2.52×106hm2下降到2010年的1.93×106hm2；而草地面積逐漸增加，從2000年的3.18×105hm2增加到2010年的3.40×105hm2；水域面積基本保持不變。

圖1　研究區內各年份不同土地利用類型面積變化

3.1.2土地利用動態度單一土地利用動態度越低，表明該土地利用類型在研究期內變化為其他類型的數量越小，體現出該類型的相對穩定性[15]。從表2可以看出，研究區內各個時段中水域的單一土地利用動態度最低，在2000—2005和2005—2010年單一土地利用動態度都為0.17%，表明水域在整個研究時段內基本沒有向其他土地利用類型發生轉移，是研究區中最穩定的土地利用類型。而未利用地在2000—2005和2005—2010年均呈下降趨勢，其在2000—2005年的單一土地利用動態度為-3.28%，在2005—2010年的單一土地利用動態度為-1.65%，是研究區內轉移相對最為活躍的土地利用類型。另外，在2000—2005和2005—2010年研究區總體土地利用動態度為-0.32%和-0.09%，表明2000—2005年的各種土地利用類型之間的轉化較2005—2010年活躍。其他土地利用類型也發生了一些變化，但研究區內各個時段的各個土地利用動態度均沒有發生顯著的變化。

表2研究區不同時段土地利用類型的動態變化

%

3.1.3研究區生態服務價值變化根據研究區不同土地利用類型的單位面積生態服務價值和各土地利用類型面積分別計算研究區3期的生態系統服務價值(表3)、不同時段不同土地利用類型生態服務價值變化的貢獻率(表4)以及不同年份各單項功能生態服務價值(表5)。據表3可知，2000—2010年研究區內生態系統服務總價值呈相對穩定態勢，從2000年的5.32×1010元變化至2010年的5.31×1010元。其中2000—2005年增幅為1.0%，2005—2010年降幅為1.1%。另外，占生態服務總價值正向作用比例最高的是林地，其次是耕地，草地和水域在2000—2010年所占比例基本保持不變；而未利用地所占比例呈逐年下降趨勢，其中2000—2005年降幅為16.4%，2005—2010年降幅為8.1%。唯一在生態服務總價值中占負向作用的是建設用地，并且其所占的負面作用呈不斷增長趨勢，至2010年，其生態服務價值的負向作用達到3.82×1010元。

表3　研究區不同土地利用類型

表4　研究區不同時段不同土地利用

表5研究區不同年份各單項功能生態服務價值

億元

據表4可知，2000—2005年林地是生態系統服務價值變化貢獻率最大的土地利用類型，其貢獻率占全部生態服務價值的51%以上。在此期間，雖然耕地與未利用地的面積在減少，但林地的面積在增加，而且林地的單位面積生態服務價值大于耕地和未利用地，所以在此期間總的生態系統服務價值呈現增長趨勢；而2005—2010年建設用地是生態系統服務價值變化貢獻率最大的土地利用類型，其貢獻率占全部生態服務價值的62%以上。在此期間，由于林地面積基本保持不變，草地和水域的面積略有增加，而隨著人口的增長、經濟的迅速發展以及城市化水平的不斷提高，建設用地面積的增長相對明顯，導致其的生態系統服務價值變化貢獻率最大。其次是耕地，在此期間，隨著開墾力度的增加，其面積出現相對增加趨勢，導致耕地的生態系統服務價值變化貢獻率較大，達到21.66%。

據表5可知，在不同年份各單項功能生態服務價值項中，從Ⅰ級類型服務價值項來看，支持服務的生態價值所占總比例最大，約占研究區生態服務總價值的50%，其次為供給服務和調節服務，分別占研究區生態服務總價值的20.31%和18.42%，文化服務所占比例最小，僅占研究區生態服務總價值的11.36%。從Ⅱ級類型服務價值項來看，在正向價值中，維持生物多樣性的生態服務價值所占比例最大，占研究區生態服務總價值的25.60%。食物生產的生態服務價值所占比例最小，僅占研究區生態服務總價值的5.8%。在支持服務價值項中，維持生物多樣性與保持土壤的比例為41∶39；在供給服務價值項中，原材料生產與食物生產的比例為58∶23；在調節服務價值項中，氣候調節所占比例最大，其中：起負向作用的生態服務價值是水文調節與廢物處理，其原因主要是建設用地在水文調節與廢物處理過程中所起的負面影響較大，而且建設用地的面積在研究時段內呈不斷增長趨勢。在Ⅱ級類型服務價值項中，9個單項生態服務價值占總體價值的比例從大到小依次為：維持生物多樣性、保持土壤、氣候調節、氣體調節、原材料生產、提供美學景觀、食物生產、廢物處理、水文調節。各項生態服務價值隨著年份的推移基本呈增長趨勢，但隨著建設用地的增加，其生態服務價值的負向作用也在增長，所以從總體來看，研究區內不同功能的不同土地利用類型生態服務總價值在研究時段內基本保持不變。

4討 論

在研究時段內，土地利用類型的變化受氣候、環境以及社會經濟因素的影響，其中，自然條件是研究區內土地利用變化的直接驅動因子，從而導致了生態服務價值量的變化。與此同時，人類活動的影響也是研究區內土地利用變化的重要推動因子，不同的土地政策、不合理的土地開發以及產業結構的調整都會對土地利用格局產生直接或間接影響，從而引起生態服務價值的變化。

本研究從宏觀角度分析，根據對研究區不同年份的土地利用變化情況，不同土地利用類型的單位面積生態服務價值分別計算得到研究區3期的生態服務價值。在研究時段內，研究區總的生態服務價值呈相對穩定態勢，與研究區內的林地、耕地以及建設用地的面積變化有密切的聯系。其中林地與耕地所占生態服務總價值的貢獻率最大，一方面由于安徽省在地理位置上位于我國東部季風區，水熱條件較為優越，植被覆蓋率較大，林地與耕地是研究區內主要的土地利用類型。另一方面在國家有關政策的支持下，隨著產業結構的不斷調整，人們保護環境意識逐漸增強，林地面積的不斷增加，是研究區總的生態服務價值逐年遞增趨勢的主要推動力。隨著人口的增長、經濟的迅速發展以及城市化水平的不斷提高，建設用地的面積不斷增加，其對生態服務價值的消極影響也越來越明顯，是研究區總的生態服務價值增長的主要牽制力，致使研究區內生態服務總價值在研究時段內呈相對穩定態勢。另外，水域和草地面積的相對穩定對研究區生態服務總價值保持相對穩定起著重要作用。因此，保持土地利用類型的相對穩定是保持區域生態系統服務功能的穩定的關鍵；通過對未利用地的合理開發以及土地利用類型的合理調整，有利于研究區內生態服務總價值的提高、區域生態系統的優化及區域的可持續發展。

另外，本研究僅參照了中國生態系統單位面積生態服務價值表、密云水庫集水區不同土地利用類型單位面積生態服務價值表以及安徽省生態服務價值的修正參數制定了安徽省不同土地利用類型的單位面積生態服務價值表，具體適合安徽省內的不同功能的不同土地利用生態服務價值當量仍需進一步的驗證與完善，以提高計算精度。

5結 論

(1) 從研究區不同時段土地利用結構總體變化情況來看，林地與耕地是研究區的主要土地利用類型，其次是建設用地和未利用地，其中建設用地面積逐漸增加，未利用地面積逐漸減少，草地和水域面積基本保持不變。

(2) 從研究區不同時段土地利用類型的動態變化情況來看，水域的單一土地利用動態度最低，是研究區中最穩定的土地利用類型。未利用地的單一土地利用動態度最高，是研究區內轉移相對較活躍的土地利用類型。

(3) 總體來看，研究區內的生態服務價值呈現相對穩定態勢，林地和建設用地是生態系統服務價值變化貢獻率最大的土地利用類型。其中，林地、耕地與建設用地面積的變化對整個研究區生態服務總價值的變化起到決定性作用。

(4) 從研究區不同年份各單項功能生態服務價值變化情況來看，在Ⅰ級類型服務項中，支持服務的生態服務價值所占比例最大，其次為供給服務和調節服務，文化服務所占比例最小。在Ⅱ級類型服務項中，維持生物多樣性的生態服務價值所占比例最大，水文調節所占比例最小。

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Research on Ecological Service Value of Anhui Province Based on Land Use Change

WANG Dong1,2, WANG Shuaishuai1, WU Jian1,2, ZHOU Liangguang1,2

(1.CollegeofGeographyInformationandTourism,ChuzhouUniversity,Chuzhou，Anhui239000,China; 2.AnhuiCenterforCollaborativeInnovationinGeographicalInformationIntegrationandApplication,Chuzhou,Anhui239000,China)

Abstract：[Objective] Studying the variation of ecological services value in Anhui Province in order to provide a support for regional sustainable development. [Methods] Three phases of land use data of Anhui Province were used to calculate the ecological service value per unit area of different land use types and their areas. Ecological services value, contribution rate of ecological services value of different land use types resulted from their changes, and ecological service value of each function in different years were respectively analyzed from 2000 to 2010. [Results] The main land use types were forest land and cultivated land, and the following types were construction land and unused land. In 2000, 2005, 2010, the total values of ecosystem services were 53.231, 53.759, 53.135 billion yuan, respectively. The contribution of six types of land use ranked as: forest land>cultivated land>water area>grassland>unused land> construction land. Forest land and construction land contributed mostly to the changes of ecosystem services value. Functions of ecological service value were ordered as follows: maintaining biodiversity>keeping soil>climate regulation>gas regulation>raw materials production>providing aesthetic landscape>food production>waste treatment>hydrology regulation. [Conclusion] The ecosystem services value in the study area was stable largely, of which the forest lands had the largest contribution to the ecological services value, and the construction land was the main holdback force of the growth of the ecological services value in the study area.

Keywords:land use; Anhui Province; ecological service value

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0242-06

中圖分類號：TP79, S127

通信作者：周亮廣(1981—),男(漢族),山東省桓臺縣人,碩士,講師,主要從事水文水資源與GIS研究。E-mail:zhouliangguang@126.com。

收稿日期：2014-08-08修回日期：2014-10-11

資助項目：安徽省高校自然科學研究重點項目“基于風云系列衛星的干旱預報方法研究”(KJ2015A265)； 滁州學院科研項目“基于風云系列數據的云參數干旱監測方法研究”(2014PY07)；滁州學院科技創新團隊支持計劃項目(CXTD201105)

第一作者：王崠(1980—),男(漢族),安徽省明光市人，碩士,講師,主要從事區域地理與GIS應用研究。E-mail:wangdong060830@126.com。