青海省土地利用變化對生態系統服務價值的影響研究

司慧娟，袁　春，周　偉

(1.中國地質大學土地科學技術學院， 北京 100083； 2.青海省國土規劃研究院， 青海 西寧 810000)

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青海省土地利用變化對生態系統服務價值的影響研究

司慧娟1,2，袁春1，周偉1

(1.中國地質大學土地科學技術學院， 北京 100083； 2.青海省國土規劃研究院， 青海 西寧 810000)

摘要：以1999年、2006年、2013年3年期青海省土地利用變更調查數據為基礎，采用生態系統服務價值定量評估模型、土地利用動態度及敏感性指數對青海省土地利用變化情況及其對生態系統服務價值的影響情況進行分析。結果表明：(1) 1999—2013年間，青海省林地、牧草地、園地及建設用地呈增長趨勢；耕地、水域及未利用土地呈減少趨勢。(2) 區域生態系統服務總價值總體呈現出增長趨勢，由1999年的4 477.29×108元提高至2013年的4 507.07×108元。研究期間，牧草地、林地、水域面積變化對區域生態系統服務價值起著決定性的作用，3類土地利用類型生態服務價值占總價值的96%以上。(3) 各項生態系統服務功能中，水源涵養、土壤形成與保護及廢物處理功能貢獻率最大，表明青海省生態系統的服務性功能遠高于生產性功能。(4) 研究區生態系統服務價值對生態服務價值系數缺乏彈性，研究結果具有可信性。

關鍵詞：土地利用；生態系統;服務價值；青海省

生態系統服務是指人類從生態系統直接或間接獲取的產品和服務，包括人類生活必需的生態產品和確保人類生活質量的生態功能兩個方面[1-2]。1970年，聯合國大學發表的《人類對全球環境的影響報告》首次提出生態系統服務的概念并列舉了生態系統為人類提供的環境服務功能[3]。進入20世紀90年代以來，國際上有關生態系統服務價值評估的研究廣泛開展，研究尺度涵蓋全球、區域到流域生態系統服務價值評估，研究對象包括對整個生態系統或單項生態系統服務價值評估到生物多樣性保護等某一類生態系統服務價值評估[4-10]。近年，國內學者也從全國、區域、流域等各個尺度開展了生態系統服務價值評估研究，為我國環境資源及相關學科研究、政府決策等奠定了基礎。

土地利用作為人類最基本的實踐活動，其變化對全球環境變化和可持續發展有著非常深刻的影響。在全球環境變化研究領域的兩大組織“國際地圈與生物圈計劃”(IGBP)和“全球環境變化人文計劃”(HDP)持續推動下，圍繞土地利用/土地覆被變化(LUCC)與全球環境變化及可持續發展的關系研究成為全球環境變化研究的核心內容[11]。因此，基于土地利用/土地覆被變化背景進行區域生態系統服務價值研究具有重要意義，國內學者在相關理論探討和實證分析方面開展了大量研究[12-20]。

青海省是長江、黃河、瀾滄江三大河流的發源地，是亞洲重要的河源區，是中國水資源安全戰略基地，是我國長江下游地區和東南亞國家生態環境安全和區域可持續發展的生態屏障，也是我國和全球重要的生物物種基因庫。該區域生態環境的穩定與否對全國乃至東南亞地區均有著十分重要的意義。隨著近年西部大開發政策的持續推進，區域經濟得到快速發展，工業化、城鎮化進程加快，致使土地利用變化顯著。但由于區域生產力水平的制約，對自然資源的粗放式開發利用模式尚未扭轉，導致草場退化、水土流失、土地沙漠化等生態環境問題突出[21]。為統籌兼顧資源環境的保護利用與經濟社會的快速發展，青海省提出實施“生態立省”戰略，推進生態保護建設。因此，對該區域土地利用變化進行深入分析，探討其對生態系統服務價值變化的影響情況，可為該區域土地資源持續利用政策的制訂提供科學依據和理論基礎，進而實現該區域“生態立省”的戰略目標。

1研究區概況

青海省位于我國西北部，黃土高原和青藏高原的接合部。地理位置位于北緯31°39′～39°19′、東經89°35′～103°04′之間。東西約1 200 km，南北約800 km，面積71.75萬km2，居全國第4位。東北部與甘肅省為鄰，東南部和四川省毗連，西北部同新疆自治區接壤，西南部與西藏自治區相連。屬高原大陸性氣候，寒冷干燥、少雨多風，晝夜溫差大，年平均氣溫-5.6℃～8.6℃。全省地勢西高東低，南北高中部低。平均海拔3 000多米，最高點6 860 m，最低點1 650 m。年降水量17.6～764.4 mm，從東南向西北遞減，時空分布不均。日照時間長，太陽輻射強。全年日照時數2 300～3 600 h，全省總輻射量在585.20～739.86 kJ·cm-2，在全國僅次于西藏自治區。地貌基本格局以祁連山(和阿爾金山)、昆侖山脈和唐古拉山脈為骨架，按地質構造和海拔高度劃分成祁連山地、柴達木盆地和青南高原三個自然區域。植被呈現出由東南向西北方向的變化，東部和東南部為森林草原植被，向西北植被類型依次是草原、高山草甸、高山草原、荒漠。

2研究方法

2.1數據來源

研究采用的數據是青海省1999—2013年的土地利用變更調查數據。根據青海省土地資源利用實際，為統一土地利用分類標準，將研究區全部土地按照土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域及未利用土地等8類。

2.2土地利用類型動態變化度

單一土地利用類型動態度[22]表達的是某研究區一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其表達式為：

(1)

其中，k為研究時段內某一土地利用類型動態度；ua、ub分別為研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數量；T為研究時段長，當T的時段設定為1年時，k的值就是該研究區某種土地利用類型年變化率。

2.3生態系統服務價值評估

Constanza等[2]的研究成果明確了生態系統服務價值測算的原理及評價模型，成為國內外學者開展此項研究的主要參考依據。但該研究仍存在對耕地等生態價值系數估計偏低等缺憾。國內學者謝高地等[23]根據我國實際情況，以Constanza[2]的研究成果為基礎，通過對我國200位生態學者的問卷調查，建立了中國陸地生態系統單位面積服務價值表，并考慮到地區差異，建立了農田生態系統價值系數表。本研究采用謝高地等人的陸地生態系統單位面積服務價值研究成果，采用Costanza等[2]提出的生態系統服務價值評估方法對研究區生態系統服務價值進行評估。生態系統服務價值評估公式如下：

(2)

式中，ESV為研究區域所有生態系統的服務總價值(元)，Ak為研究區域第k種土地利用類型的面積；Vk為第k種土地利用類型單位面積的生態服務價值(元·hm-2·a-1)

2.4敏感性分析

生態系統價值敏感性指數(Coefficient of Sensitivity，CS)是為驗證生態系統類型對于土地利用類型的代表性以及生態服務價值系數的準確性而引入的[19-20]。本研究將各類土地利用類型的價值指數分別調整50%，來衡量總生態系統服務價值的變化。如果CS>1，表明生態系統服務價值相對于VC是富有彈性的；如果CS<1，表明生態系統服務價值相對于VC是缺乏彈性的。CS值越大，表明生態服務價值指數的準確性越關鍵，敏感性指數的計算公式如下：

(3)

式中，ESVi和ESVj分別表示初始的生態系統服務價值和生態服務價值指數調整后的生態系統價值。

3結果與分析

3.1土地利用變化分析

研究期間，青海省的土地利用類型以牧草地及未利用地為主，在青海省土地總面積中處于絕對優勢，其次是林地及水域。耕地及建設用地所占比重很低，均不到全部土地的1%。

1999—2013年間，耕地、牧草地、水域和未利用土地面積總體呈現減少趨勢，其中耕地減少幅度最大，其次是未利用地、牧草地和水域(見表1)。耕地共減少143 828.43 hm2，年均變化率為-0.20%，動態度達到-1.50%，耕地占土地總面積比例由0.96%(1999年)下降到0.76%(2013年)；未利用地共減少136 745.60 hm2，年均變化率為-0.19%，動態度為-0.04%，占土地總面積比重由34.62%下降到34.43%；牧草地共減少22 667.41 hm2，年均變化率為-0.03%，占土地總面積比重由56.23%下降到56.19%；水域共減少7 121.35 hm2，年均變化率為-0.01%，動態度達-0.02%，占土地總面積比重由4.41%下降到4.40%；林地、建設用地增加幅度較大。林地共增加224 078.39 hm2，年均變化率0.31%，動態度為0.66%；居民點及工礦用地增加46 775.99 hm2，年均變化率0.07%，動態度為1.44%；交通用地增加38 639.37 hm2，年變化率0.05%，動態度6.20%。園地也有一定幅度的增加，14年間園地共增加869.04 hm2。

耕地在研究期的前半段(1999—2006年)減少幅度大，凈減少145 020.97 hm2。生態退耕是耕地減少的主要原因。青海省自2000年以來，積極響應國家西部地區生態退耕的政策，特別是2003年省委省政府將生態環境建設作為本省三大基礎建設之一，林業系統將建設“中華水塔”生態安全綠色屏障作為重大任務，退耕還林力度加大。至2004年，累計生態退耕約139 300 hm2，占耕地凈減少量約96%。后半段(2006—2013年)由于政府嚴格控制建設占用耕地，建設用地增長速度放緩，同時耕地開墾工作推進，耕地呈現增長趨勢。林地增長幅度較高，這與國家自1999年以來實施退耕還林和荒山荒坡造林政策有關。牧草地呈現出先增長(16 420.17 hm2)后減少(-22 667.41 hm2)的趨勢，一方面是由于前期生態退耕還草的實施規模大于后期，后期基礎設施建設對牧草地的占用及開墾，另一方面是草地退化現象嚴重，牧草地逐漸退化為裸土地、沙地、鹽堿地等未利用地。水域呈現出前期減小幅度大(-6 896.60 hm2)后期減小幅度大為降低(-224.75 hm2)的趨勢。主要原因是由于氣候暖干化的影響，青海境內冰川萎縮、雪線上升，沼澤面積退縮，徑流量減少，水域面積下降。在近年加大力度推進實施三江源自然保護區生態保護和建設、青海湖流域生態環境保護與綜合治理、湟水河流域百萬畝人工造林、天然林保護等生態保護和建設工程以來，黃河、長江、瀾滄江三大流域年均徑流量明顯增加，遏制了水域面積快速減少的趨勢。

3.2生態服務價值測算

青海省生態系統服務類型根據當地實際，并參考相關研究成果，劃分為氣體調節、氣候調節、水源涵養、土壤形成與保護、廢物處理、生物多樣性維護、食物生產、原材料及休閑娛樂共9類。本研究中各土地利用類型在計算相應的生態服務價值時按以下原則歸類測算：耕地對應農田，園地取森林和草地的平均值[12]，未利用地對應難利用土地；對居民點及工礦用地、交通用地等建設用地按照Constanza等其他學者的方法，不估算其生態系統服務功能經濟價值。研究區生態系統服務價值系數參考謝高地等人的研究結果[19]，據此測算出各土地利用類型單位面積年度生態系統服務功能價值量。

3.3生態系統服務功能價值變化

1999—2013年間，青海省生態系統服務價值呈現總體增加、前期增加幅度較大、后期增加幅度減緩的趨勢。生態系統服務價值從1999年的4 477.29×108元增加至2013年的4 507.07×108元，總體呈上升趨勢。從各土地利用類型的生態系統服務價值構成來看，牧草地、水域、林地是生態系統服務價值構成中貢獻最大的三種土地利用類型，在1999年、2006年及2013年整個系統價值中所占比例均高達95%以上，是生態系統服務的主體部分。

1999—2013年間，耕地生態服務價值減少了8.79×108元，變化率為-0.20%；生態退耕還林成效明顯，林地生態服務價值增加了43.32×108元，變化率為0.89%；由于氣候環境影響導致冰川萎縮、雪線上升，濕地面積縮小，致使水域生態服務價值減少了2.89×108元，變化率為-0.27%；未利用土地生態服務價值減少了0.51×108元，變化率為-0.02%。總體來看，林地生態服務價值的增加抵消了耕地、水域、未利用土地生態服務價值的減少。其中，1999—2006年生態系統服務價值增加了30.10×108元，年均增加4.30×108元；2006—2013年生態系統服務價值增加了2.18×108元，年均增加0.31×108元，后期的生態服務價值變化明顯小于前期。

3.4生態系統單項服務功能價值變化

1999—2013年間，青海省生態系統各單項服務功能價值中，水源涵養、土壤形成與保護、廢物處理及生物多樣性保護功能是青海省生態系統的主要生態服務功能，4項生態服務價值占到總生態服務價值的70%以上，遠高于其它5項服務功能價值，食物生產、原材料生態服務功能價值的比重不足5%，表明青海省生態系統的服務性功能遠高于生產性功能。

各類生態系統單項服務價值變化的總體趨勢是，氣體調節、氣候調節、水源涵養、土壤形成與保護、生物多樣性保護、原材料及娛樂文化等生態服務功能價值均在增加，其中氣體調節、土壤形成與保護、生物多樣性保護的增加幅度最大，分別增加6.16×108元、5.48×108元、4.79×108元，這主要是由于對氣體調節、土壤形成與保護等價值系數較大的林地面積增加引起的。

總體而言，研究期前半段(1999—2006年)生態系統服務總價值增加幅度明顯大于后半段(2006—2013年)，主要是由于生態價值系數較高的林地、牧草地面積的變化所致。林地在后半段的增長速度遠低于前半段，牧草地在前半段增加，后半段呈現減少趨勢。

3.5敏感性分析

本研究將各土地利用類型的生態服務價值系數分別進行調整，根據公式(3)給出的敏感性計算方法，將耕地、園地、林地、牧草地、水域及未利用土地的單位面積生態價值系數分別上下調整50%，應用調整后的生態價值系數對研究區1999、2013年的生態系統服務總價值進行估算，最終得到研究區不同地類生態服務價值的比例情況和敏感性指數，估算結果及敏感性指數如表4所示。結果表明，價值系數調整±50%后，敏感性指數CS均小于1，最高值為0.57～0.58，即當牧草地的生態價值系數增加1%時，生態服務總價值增加0.57～0.58個百分點。最低值為0.0002，表明園地生態價值系數的變化對生態系統服務總價值變化幾乎不產生影響，這與研究區各類土地利用類型中園地規模較小、在土地總面積中比重很低有關。敏感性指數結果表明，研究區生態系統服務總價值相對于生態系統服務價值系數VC是缺乏彈性的。

4結論

(1) 根據謝高地等[23]的生態系統服務價值系數研究成果，采用Constanza等提出的生態系統服務價值定量評價模型，以1999年、2006年、2013年3期土地利用變更數據，分析了青海省土地利用變化情況，對土地利用變化引起的生態系統服務價值變化進行估算分析。生態價值系數的取值決定著生態系統服務價值研究結果的準確性，引入敏感性指數對二者關系進行測算，結果表明，研究所選用的生態價值系數合理，研究結果可信。

(2) 1999—2013年間，青海省土地利用變化較大。在西部大開發政策的持續推進下，國家對青海省基礎設施建設的投資力度加大，建設用地增長迅速；國家生態退耕還林還草、荒山荒坡造林工程的實施，使耕地和未利用地大幅度減少，而林地規模持續增長。從土地利用變化情況來看，國家宏觀政策的實施與調整是青海省土地利用變化的最主要驅動因素。

(3) 根據1999年、2006年、2013年3期土地利用變更數據，結合生態系統服務價值系數，對1999—2013年間青海省生態系統服務總價值及各單項生態服務價值變化進行測算分析。1999年、2006年、2013年青海省生態系統服務總價值分別為4477.29×108、4504.89×108、4507.07×108元。牧草地、林地、水域的生態服務價值是生態系統服務的主體部分，占整個生態系統服務價值比重分別達到96.98%、97.20%、97.21%，表明牧草地、林地、水域面積變化對區域生態系統服務價值起著決定性的作用。水源涵養、土壤形成與保護、廢物處理及生物多樣性保護則是生態系統服務價值中最主要的功能類型，表明青海省生態系統的服務性功能遠高于生產性功能。

(4) 土地利用結構變化對生態系統服務價值的影響較大。1999—2013年間，青海省牧草地面積居各類土地類型首位，隨著牧草地在研究期前半段(1999—2006年)大幅度增加，后半段(2006—2013年)大幅度減少，生態服務總價值也隨之呈現出增長幅度變小、增長變緩的趨勢。而林地的大幅度增加抵消了耕地、水域及未利用土地減少造成的生態服務總價值的損失，使得區域生態服務總價值總體處于增長趨勢。

(5) 本研究通過參考Constanza及謝高地等人的生態服務價值評估模型及參數，對青海省不同年期的土地利用類型變化及對生態系統服務價值的影響進行分析，對于揭示研究期內區域土地利用變化對生態系統服務價值的影響動態趨勢有一定作用，定量測算所采用的參數及方法便于區域橫向對比，對未來該區域深入開展相關研究可提供借鑒。但研究中對相同尺度生態系統之間服務價值的線性可加性及生態系統服務價值的空間差異未作充分考慮，未來研究工作中需進一步完善。

青海是我國重要的生態安全屏障，其生態文明建設不僅關系到當地的可持續發展，還關系到全國的生態安全和可持續發展。以上研究表明，研究期間青海省土地利用變化顯著，生態系統服務價值呈現增長態勢，但近年增加幅度明顯降低。為確保生態環境穩定和生態屏障功能的發揮，青海省開展實施了三江源自然保護區生態保護和建設、青海湖流域生態環境保護與綜合治理、湟水河流域百萬畝人工造林、天然林保護等一系列生態環境保護和治理工程，有效遏制了青海水域面積快速減少的態勢，生態環境狀況好轉。未來青海省在土地利用、生態建設等相關規劃及政策制訂中要更加注重對水域、草原及森林生態系統的保護，加大青海湖、湟水河流域生態環境保護與治理工程的實施力度，推進祁連山水源涵養區生態保護與建設綜合治理工程和三江源自然保護區生態保護建設二期工程開展，同時積極開展國家新一輪退耕還林還草工程，確保青海“生態立省”戰略穩定實施，推動區域可持續發展和國家生態安全。

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Effect of land-use on ecosystem service values in Qinghai Province

SI Hui-juan1,2, YUAN Chun1, ZHOU Wei1

1.SchoolofLandScienceandTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.QinghaiInstituteoflanduseplanning,Xining，Qinghai810000,China)

Keywords:land use change; ecosystem services value; Qinghai Province

Abstract：Based on the land use change data in 1999, 2006 and 2013 of Qinghai Province, and by the evaluation of land use dynamic index, ecosystem service values, coefficient of sensitivity, this paper analyzed the changes of ecosystem services value and explored the responses of ecosystem services value change to land use change in Qinghai Province. The result shows that during this period, the area of forest land grassland orchard and construction land increased. However, cultivated land, water area and unused land decreased. The ecosystem services value increased from 4 477.29 billion yuan in 1999 to 4 507.07 billion yuan in 2013. For the structure of ecosystem services, the grassland, forest and water area made the greatest contributions to the total ecosystem services value of the study region. The accumulative ecosystem services value of three land use types accounted for over 96% of the total value in Qinghai Province. The water supply, soil formation and protection, waste treatment made the biggest contribution, while the contribution rates of raw material and food production were under 5%, indicating that the services functions was much larger than the productive function. Sensitivity analysis indicated that the estimated total ecosystem services value in the study area was inelastic to the services value coefficients, and the results obtained in this study were scientifically sound.

文章編號：1000-7601(2016)03-0254-07

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.40

收稿日期：2015-05-25

基金項目：中央高校基本科研業務費優秀教師基金項目資助(2-9-2015-173)

作者簡介：司慧娟(1982—)，女，青海西寧人，博士研究生，高級工程師，主要從事土地利用與規劃的研究。 E-mail: 42979446@qq.com。

中圖分類號：F301.2

文獻標志碼：A