貴州省玉屏縣土地利用格局時空變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響

王雅敬, 謝炳庚, 蘇維詞, 王金艷

(1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 長沙 410080;2.貴州省山地資源研究所, 貴陽 550001; 3.銅仁市國土資源局, 貴州 銅仁 554300)

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貴州省玉屏縣土地利用格局時空變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響

王雅敬1,3, 謝炳庚1, 蘇維詞2, 王金艷3

(1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 長沙 410080;2.貴州省山地資源研究所, 貴陽 550001; 3.銅仁市國土資源局, 貴州 銅仁 554300)

采用土地資源利用動態(tài)度等相關(guān)模型對玉屏縣土地利用數(shù)據(jù)進行分析處理，引用中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算方法對玉屏縣土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化進行測算。結(jié)果表明：1999—2013年期間林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地總體上呈增加趨勢，園地、水域及水利設(shè)施用地有所減少，土地利用類型主要由園地、草地、水域及水利設(shè)施用地向交通運輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地發(fā)展；1999—2013年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，土地利用變化的生態(tài)效益顯著，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要是由耕地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地支撐。

土地利用格局; 生態(tài)服務(wù)價值; 玉屏縣

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)形成和所維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到生命活動所需的產(chǎn)品和服務(wù)[1-4]。土地利用格局時空變化能夠改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)能力。隨著人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值重要性的理解逐漸加深，眾多研究者在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生原因、影響因素、管理措施等方面開展了大量的研究[5-8]，但是這些研究的時間尺度不長，尤其對縣域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究相對薄弱[9-12]。貴州石漠化面積比重處于全國各省區(qū)之首[13]，喀斯特面積達到了13萬km2，占全省土地總面積的73.8%[14]。喀斯特生態(tài)系統(tǒng)由于其自然基底環(huán)境的脆弱性，具有正向演替緩慢，穩(wěn)定性差、易受外界干擾而發(fā)生演替終止或逆轉(zhuǎn)的特點，一旦破壞極難恢復(fù)[15]。此外，喀斯特區(qū)高溫多雨，碳酸鹽巖溶蝕性強，90%的溶蝕物隨水流失，加之巖石中Si，As，F(xiàn)e等成土元素含量較低，年平均成土模數(shù)僅為50 t/km2，形成1 cm厚的土壤約需2000～3000 a以上[16]。近年來隨著貴州省經(jīng)濟不斷發(fā)展，尤其是隨著工業(yè)強省戰(zhàn)略的實施，各區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)顯著變化，嚴(yán)重影響到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)方式及供給質(zhì)量。本研究就貴州省玉屏縣土地利用時空格局變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響進行分析研究，為地方政府部門制定合理的土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

玉屏侗族自治縣屬貴州省銅仁市下轄縣，位于貴州省東北部，銅仁市東南部。縣域東南依湖南省新晃侗族自治縣，西帶旅游勝地鎮(zhèn)遠古鎮(zhèn)。玉屏縣人民政府駐地平溪鎮(zhèn)，距銅仁市區(qū)70 km。全縣東西長36 km，南北寬42 km，地處東經(jīng)108°47′53″—109°09′54″，北緯27°07′43″—27°31′41″，轄三鎮(zhèn)兩鄉(xiāng)，人口11.93萬人(2013年)，總面積516.6 km2，素有“黔東門戶”之稱[17]。玉屏縣地處云貴高原向湘西丘陵傾斜的過渡地帶，低山多丘陵間有平地，一般海拔為400～600 m。全縣位于北緯低緯度地帶，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，春秋多低溫陰雨，夏季降雨集中，全年平均降雨量約1 200 mm，無霜期較長，無霜期達297 d。轄區(qū)內(nèi)土地肥沃，有黃壤、紅壤、石灰土、紫色土、潮土、水稻土6個土類，有機質(zhì)含量高，土層深厚、疏松、質(zhì)地良好，適宜多種植物的生長發(fā)育和繁衍。

1.2資料來源

本研究使用的資料包括玉屏縣1999年、2009年、2013年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土地利用詳查資料及地籍調(diào)查資料，并搜集了玉屏縣1999—2013年的糧食總產(chǎn)量、種植面積、價格等數(shù)據(jù)，各個年份的信息統(tǒng)一采用年末數(shù)據(jù)。文章中的相關(guān)數(shù)據(jù)均采用查閱文獻、《貴州省統(tǒng)計年鑒(1999，2009，2013)》及實地調(diào)查的方法取得，資料整理主要運用SPSS等軟件進行處理分析。

1.3研究方法

1.3.1土地資源利用動態(tài)度受自然和人為因素影響，研究區(qū)內(nèi)各種土地利用類型的數(shù)量在不同時段的變化情況是不一樣的，同時存在空間上的差異。文章運用土地利用類型動態(tài)度對土地利用的變化情況進行度量，可定量描述區(qū)域土地利用變化的速度，它對比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測未來土地利用變化趨勢具有積極的作用[18]。本文運用如下模型進行分析[19]：

(1)

式中：K——研究時段內(nèi)某種土地利用類型的動態(tài)度；Ua，Ub——研究期初和期末某種土地利用類型的數(shù)量；T——研究時段長度，當(dāng)T的時段為年時，則K表示該研究區(qū)內(nèi)的某種土地利用類型的年變化率。

1.3.2土地利用綜合動態(tài)度模型

(2)

式中：LC——研究時段內(nèi)的綜合土地利用類型的動態(tài)度；LUi——測量開始時第i類土地利用類型的面積；LUi-j——測量時段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值；T——測量時段長度。

1.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究方法

(1) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的分配。近年來，國內(nèi)外學(xué)者已重視并開展了對全球尺度、國家尺度、區(qū)域尺度，以及單個生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)的價值評估研究，這些研究為生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施提供了重要決策依據(jù)[20]。謝高地等[21]根據(jù)中國民眾和決策者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的理解狀況，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值劃分為9項，得出了“中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表”，并確定1個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值量等于當(dāng)年全國平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7。

(2) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算。本文在引用謝高地研究員的“中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表”“中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表”的同時，根據(jù)玉屏縣的實際情況，在兩表的評估因子類型中加入了園地，采用Costanza[1]的計算公式計算玉屏縣各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，該公式如下：

ESV=∑(Ak·VCk)

(3)

式中：ESV——研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(元)；Ak——研究區(qū)第k種土地利用類型的面積(hm2)；VCk——第k種土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)價值指數(shù)(元/hm2)；k——研究區(qū)土地利用類型。

(3) 敏感性指數(shù)計算。為了確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨時間的變化對于生態(tài)服務(wù)功能價值指數(shù)的依賴程度，選取經(jīng)濟學(xué)中常用的彈性系數(shù)概念來計算價值指數(shù)的敏感性指數(shù)(coefficient of sensitive，CS)[22]，敏感性指數(shù)也稱彈性指數(shù)，是指生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值指數(shù)升高或降低1%所引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況，如果CS>1，表明ESV相對于VC是富有彈性的；如果CS<1，ESV則被認(rèn)為是缺乏彈性的，比值越大，表明生態(tài)服務(wù)功能價值指數(shù)的準(zhǔn)確性越關(guān)鍵[23]。本文參考吳海珍等[24]相關(guān)研究將各類土地利用類型的價值指數(shù)分別調(diào)整50%，衡量總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化。敏感性指數(shù)計算公式如下：

(4)

式中：i，j——初始的數(shù)值和調(diào)整后的數(shù)值。

2　結(jié)果與分析

2.1玉屏縣1999年來的土地利用變化過程

土地利用類型的數(shù)量變化反映在不同類型面積總量的變化上[25]，本文通過對研究區(qū)兩個時段土地利用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計(表1)分析，可以在一定程度上掌握研究區(qū)的土地利用變化總趨勢及其結(jié)構(gòu)變化特征。

表1　1999-2013年玉屏縣不同地類面積變化情況

如表1所示，在1999—2009年10年間，玉屏縣的土地利用變化非常顯著，綜合動態(tài)度為1.02%。耕地減少1 192.99 hm2，平均每年減少119.30 hm2，其動態(tài)度為0.81%，耕地面積的減少主要是由于20世紀(jì)90年代末國家實行“退耕還林”的政策，這項政策對山區(qū)土地利用的影響最為顯著[26]。1999年共有林地18 362.95 hm2，2009年林地面積達到了21 158.23 hm2，共計增加2 795.28 hm2，平均每年增加279.53 hm2，其動態(tài)度為1.52%；草地共減少了739.47 hm2，平均每年減少73.95 hm2，其動態(tài)度為0.76%；園地共減少了118.58 hm2，平均每年減少11.86 hm2，其動態(tài)度為0.61%。1999年共有交通運輸用地370.73 hm2，2009年該類用地面積增加到753.73 hm2，10年間共計增加383 hm2，平均每年增加38.3 hm2，其動態(tài)度為10.33%，是該縣土地利用類型中動態(tài)變化最為顯著的地類，進入2000年以后，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的實施，玉屏縣交通道路等基層設(shè)施有了很大改善，使得交通運輸用地面積增加顯著。水域及水利設(shè)施用地減少了238.74 hm2，平均每年減少23.87 hm2，其動態(tài)度為1.66%，水域及水利設(shè)施用地變化是該縣土地利用類型中動態(tài)變化較為顯著地類,該類用地面積的減少主要是由于建設(shè)占用，尤其是交通設(shè)施建設(shè)的占用。

2009—2013年期間玉屏縣土地面積變化綜合動態(tài)度為0.9%，交通運輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、耕地面積的增幅比較大，交通運輸用地增加467.62 hm2，平均每年增加93.52 hm2，其動態(tài)度為12.41%；城鎮(zhèn)村及工礦用地增加985.72 hm2，平均每年增加197.14 hm2，其動態(tài)度為9.27%；耕地增加833.61 hm2，平均每年增加166.72 hm2，其動態(tài)度為1.23%。園地、林地、草地面積減少，園地面積減少79.75 hm2，平均每年減少15.95 hm2，其動態(tài)度為0.87%；林地面積減少了1 229.88 hm2，平均每年減少245.98 hm2，其動態(tài)度為1.16%；草地面積減少1 024.05 hm2，平均每年減少204.81 hm2，其動態(tài)度為2.27%。2009年以后，隨著國務(wù)院《關(guān)于進一步促進貴州經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展的若干意見》(國發(fā)[2012]2號文件)、省政府《關(guān)于實施工業(yè)強省戰(zhàn)略的決定》和《貴州省工業(yè)十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃的實施，促進了貴州省各區(qū)、縣基礎(chǔ)設(shè)施的大力改善及工礦企業(yè)的快速發(fā)展，使得該縣的部分園地、林地、草地面積被交通運輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地所替代；通過統(tǒng)計得出，玉屏縣在2009—2013年期間通過土地開發(fā)項目獲得新增耕地面積1 668.9 hm2。

通過對整個研究時段的土地利用數(shù)據(jù)分析得出，玉屏縣在過去15 a只有交通運輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地呈增加趨勢，其他類型的土地利用面積都有不同程度的增加或者減少，尤其是園地、草地、水域及水利設(shè)施用地面積的減少程度較大，林地面積的減少大于園地、草地、水域及水利設(shè)施用地面積的總和，因為其面積比重大，所以對整個研究區(qū)的景觀基礎(chǔ)影響相對較小。

2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

為研究分析研究區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，本文利用1999—2013年玉屏縣年均糧食產(chǎn)量2 500 kg/hm2，用1999—2013年貴州省糧食平均價格25元/kg計算玉屏縣1個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子參考中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表，同時根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的區(qū)域修正系數(shù)[27]算出玉屏縣1個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值為875元。然后利用單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表算出研究區(qū)不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)(表2)。

表2　玉屏縣各土地利用類型所對應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù) 　元/hm2

根據(jù)玉屏縣各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)和土地利用面積，計算研究區(qū)1999年、2009年和2013年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。由表3可知，玉屏縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體上在1999—2009年呈增長趨勢，在1999—2009年林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加顯著，增長了0.54億元，而耕地、園地、草地、水域及水利設(shè)施用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值出現(xiàn)不同程度減少，分別減少了0.07，0.01，0.05，0.1億元。2009年耕地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值構(gòu)成中貢獻最大，占到總價值的98.17%。2009年玉屏縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為6.03億元，2013年減少到5.78億元，林地面積減少是2009—2013年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降的主要原因。2013年玉屏縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為5.78億元，比1999年增加了0.06億元，其中林地面積的增加也是該時段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加的主要原因。

表3　玉屏縣1999年、2009年和2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

通過分析得出，玉屏縣林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值占總價值的比例遠遠大于其他類土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的比例，未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值所占比例最少，不超過0.17%，原因是耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)遠大于未利用地的價值指數(shù)。

2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的敏感性分析

利用公式(4)計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)調(diào)整了50%，玉屏縣1999年、2009年、2013年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)(表4)表明，敏感性指數(shù)最大的為林地，說明林地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻最大。然而，不同土地利用類型之間在不同時段內(nèi)價值指數(shù)的敏感性變動較小，且敏感性指數(shù)均小于1，表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對所采用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)缺乏彈性，從而得出本文所估算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是可信的，采用的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)適合研究區(qū)當(dāng)?shù)貙嶋H情況。

表4　玉屏縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的敏感性

3　結(jié) 論

(1) 玉屏縣1999—2013年林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地面積總體上呈增加趨勢，交通運輸用地面積增加顯著，而園地、水域及水利設(shè)施用地有所減少，草地面積大幅減少。這表明玉屏縣土地利用類型主要由園地、草地、水域及水利設(shè)施用地向交通運輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地發(fā)展。國務(wù)院《關(guān)于進一步促進貴州經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展的若干意見》(國發(fā)[2012]2號文件)、貴州省政府《關(guān)于實施工業(yè)強省戰(zhàn)略的決定》和《貴州省工業(yè)十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃的實施直接影響了該縣土地利用結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)化方向。

(2) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的敏感性研究表明，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指數(shù)而言是缺乏彈性的，并且敏感性指數(shù)均小于1，因此本文的研究結(jié)果是可信的。由1999—2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量可知，玉屏縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要是由耕地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地支撐，平均占每年總價值98%以上。1999—2009年的“退耕還林”政策使得玉屏縣的林地面積顯著增加，因此2009年該縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值達到最大。從1999—2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的總量來看，玉屏縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，土地利用變化的生態(tài)效益顯著。

(3) 從研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化表來看，玉屏縣未利用地面積的變化較小，建設(shè)占用的土地面積主要來源于園地、草地、水域及水利設(shè)施用地面積。為了保持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的可持續(xù)發(fā)展，有必要對園地、草地、林地、水域及水利設(shè)施用地進行保護，可以對未利用地進行適當(dāng)開發(fā)來滿足建設(shè)發(fā)展的需要。

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Influence of Regional Pattern of Land Use Change on Ecosystem Service Value in East of Yuping County

WANG Yajing1,3, XIE Binggeng1, SU Weici2, WANG Jinyan3

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,Hu′nanNormalUniversity,Changsha410080,China; 2.InstituteofMountainResourcesofGuizhouProvince,Guiyang550001,China; 3.TheBureauofLandManagementofTongrenCity,Tongren,Guizhou554300,China)

The land use data of Yuping County were analyzed by using land resources dynamic model. The changes in ecosystem service value caused by land use changes of Yuping County were calculated based on Chinese land ecosystem service value measure to. The results show that the during the period from 1999 to 2013, forestland, village and town industrial and mining land use overall showed the increase trend, the garden land, water body and land for water facilities reduced, land use types changed from garden land, grassland, water area and land for water facilities to the transportation, urban village and industrial and mining land. During the period from 1999 to 2013, ecosystem service value presented the sustainable development state, the ecological benefit of land use changed significantly, the ecosystem service value mainly resulted from the cultivated land, forest land, grassland, water area and land for water facilities.

land use pattern; ecological service value; Yuping County

2015-05-04

2015-05-19

教育部人文社科重點研究基地重大項目(14JJD74006);國家自然科學(xué)資助項目“喀斯特城市邊緣帶土地利用/覆蓋變化及其環(huán)境效應(yīng)”(41261038)

王雅敬(1984—),男,甘肅鎮(zhèn)原縣人,博士研究生,研究方向為生態(tài)景觀與土地利用規(guī)劃。E-mail:Hexiwangyajing@163.com

謝炳庚(1961—),男,湖南長沙人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地資源評價與利用規(guī)劃研究。E-mail:xbgyb@sina.com

F301.2; Q14

A

1005-3409(2016)03-0180-05