樂都區土地利用變化對生態系統服務價值影響研究

戴怡曉

(青海民族大學 公共管理學院,青海 西寧 810007)

樂都區土地利用變化對生態系統服務價值影響研究

戴怡曉

(青海民族大學 公共管理學院,青海 西寧 810007)

基于樂都區2009-2015年社會經濟數據，運用土地利用變化模型、當量因子法及敏感性分析，結合樂都區實際情況，計算與分析樂都區土地利用變化特征、生態系統服務價值,對研究區各地類與地類面積變化、土地利用程度、氣溫、GDP的敏感性系數進行比較，進而得出土地利用對生態環境影響的量化結果。研究發現：土地利用程度變化量和變化率呈正值，樂都區土地利用在研究期內處于發展期；生態系統服務價值總體上呈增長趨勢，氣溫和地類面積變化與各地類的生態系統服務價值敏感度系數較高；林地對樂都區生態系統服務價值起決定性作用。

土地利用；生態系統服務價值；敏感性分析；樂都區

高原地區土地的生產力和承載力較為低下，隨著區域內土地利用類型大量轉換，不僅對土地利用結構、方式和效率有了更高的要求，對區域整體社會經濟環境和生態安全格局也產生了巨大壓力。青藏高原的生態環境地位突出，對生態系統服務價值的研究不僅關系到研究區域自身，也與江河中下游地區息息相關。目前國內外對土地利用變化與生態系統服務價值兩者之間關系的研究已有了一系列的成果。如國外學者在生態系統服務價值影響因素上已對土地利用這一因素投入較多關注，并注重生態系統服務價值在土地利用結構優化中的應用[1-5]；國內學者對土地利用與生態系統服務價值關系的研究則主要集中在大尺度的自然區域或經濟發達的城市，而基于行政區域尺度、流域等的研究較少[6-12]。

樂都區位于海東市的中部，青海省東北部，地處青海省沿湟經濟發展帶的中心。作為青海省“四區兩帶一線”經濟發展布局和東部城市群建設的重點地區，樂都區的經濟社會正在經歷一個快速發展的階段，尤其是在撤縣設區，成為海東市行政中心時間段期間，用地需求日益增加，用地矛盾日益凸顯，土地利用發生較大變化。以土地利用變化對土地生態系統服務價值影響為重點進行的研究，不僅為合理利用土地、調整土地利用結構提供數據支持，為青海省東部城市群現代農業發展提供實例參考，也為區域內土地整理生態補償體系構建提供了數據支撐。

本文選取樂都區撤縣改區前、后三年的時間段，即基于其2009-2015年社會經濟數據，運用土地利用變化模型、當量因子法及敏感性分析，結合樂都區實際情況，計算與分析樂都區2009-2015年土地利用變化特征、生態系統服務價值及其兩者關系，得出土地利用對生態環境影響的量化結果，以期為合理利用土地、調整土地利用結構提供決策科學依據。

1 研究區概況及數據來源

研究區是青海省海東市下轄區，位于青海省東北部湟水中游南側，黃土高原向青藏高原過渡地帶，地形溝壑縱橫，海拔1 850～4 480 m。該區域地屬高原大陸性氣候，具有光照充足，雨熱同季，寒季長，雨量少，蒸發強的氣候特點，年均氣溫7.3 ℃左右，年內無霜期144 d，年降水量340 mm左右。

本次研究使用資料的起止時間為2009-2015年，使用的數據包括土地利用變化數據和社會經濟統計數據。土地利用變化數據主要根據2009-2015年青海省土地利用變更調查數據，并以其和謝高地等的中國陸地生態系統單位面積服務價值當量因子表中的生態系統類型為基礎，對研究區土地利用類型進行劃分。其社會經濟數據主要來源于《青海省國民經濟和社會發展統計年鑒》(2009-2015年)、研究報告、相關文獻等官方統計資料及2009-2015年大通縣土地利用變更調查數據等。

2 研究方法

2.1 土地利用變化定量分析方法

(1)土地利用變化幅度。區域土地利用的空間變化和時間變化可以通過各個土地利用類型的面積變化直接反映出來，進而分析土地利用變化總的態勢及土地利用結構變化。土地利用變化幅度反映了不同類型土地在面積總量上的變化[13]，其表達式為

RL=(Ub-Ua)/Ua×100% ，

(1)

式中，RL為研究期內某一類型土地利用的變化幅度，Ua為研究初期某一類型土地利用面積，Ub為研究末期某一類型土地利用面積。

(2)單一土地利用類型變化動態度。用單一土地利用類型動態度來表達某一區域一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況[14]，其表達式為[15]

(2)

式中，R為研究區域某一時段內某一土地利用類型動態度，Ua和Ub分別為研究初期與末期某一土地利用類型的數量，T為研究時段長度，當T的單位設定為年時，R表示研究區某種土地利用類型年變化率。

(3)土地利用程度。土地利用程度一方面可以反映自然和人文因素對土地系統影響的廣度和深度，另一方面也可以反映驅動因素對土地利用變化的綜合效應[16]。劉紀遠提出的按照社會因素對土地自然綜合體的影響將土地利用程度的自然平衡狀態分為4級，并分別賦予分級指數，可以對土地利用程度綜合指數、變化量及變化率進行計算[17]。本文根據研究區實際情況將土地利用類型劃分為六大類，分別是耕地、林地、草地、建設用地、水域、未利用地，因園地所占面積極小，故將其合并為林地中。在進行理論研究和實際觀測的基礎上，本文對研究區進行的土地利用強度分級賦值見表1。

表1 樂都區土地利用程度分級指數

土地利用程度綜合指數、變化量及變化率計算式為

(3)

(4)

(5)

式中，Lj為研究區土地利用程度綜合指數，Lb-a和R分別為土地利用程度變化量和變化率，La和Lb分別為研究初期和研究末期在研究區內土地利用程度綜合指數，Ai為第i級土地利用程度的分級指數，Ci為第i級土地利用程度面積百分比，n為研究區土地利用程度分級層數，Cia和Cib分別為研究初期和研究末期在研究區內土地利用程度面積百分比。由公式可知，若Lb-a>0或R>0，則研究區的土地利用處于發展期，反之則處于調整期或衰退期。

2.2 生態系統服務價值分析方法

本研究主要運用當量因子法，即基于謝高地等人制定的中國陸地生態系統服務價值當量因子表[18]，對其進行適度調整，以對樂都區的生態資產進行系統評估。樂都區的林地對應森林，牧草地對應草地，耕地對應農田，水域對應河流、湖泊、濕地等，園地生物量介于草地與林地之間，因此將林地和草地當量因子的平均值定為園地的當量因子，建設用地不估算其生態系統服務價值。計算式為

ESV=∑Ai×Vi，

(6)

式中，ESV為研究區生態系統服務價值(元)，Ai為研究區第i種土地利用類型分布面積(hm2)，Vi為研究區第i種土地利用類型單位面積的生態系統服務價值系數。由于原模型中作為基準的農田生態系統的食物生產功能是以全國糧食平均產量得出的，因此要根據樂都區糧食平均產量與同期全國糧食平均產量的比例系數對生態系統服務當量進行調整，得到研究區生態服務當量因子。

2.3 敏感性分析

敏感性系數(CS，the coefficient of sensitivity)屬于經濟學的彈性理論，可用于分析生態系統服務價值對相關因子的敏感度，以對土地利用變化與生態系統服務價值之間的關系進行定量研究。計算式[19]為

(7)

式中，ESVa和ESVb分別為研究區a年和b年(a>b)的生態系統服務價值，TCaj與TCbj分別為a年和b年影響生態系統服務價值變化的j種因素。如果CS>1說明ESV對TC變化富有彈性，反之則說明ESV對TC變化缺乏彈性。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化結果與分析

(1)土地利用數量變化。2009-2015年樂都區土地利用變化情況見表2。

表2 樂都區2009-2015年土地利用變化情況

表2結果顯示：2009-2015年間，研究區居前3位的土地利用類型均是耕地、林地、草地，三種地類總面積在研究期內所占比例均達到80 %以上。其中，林地面積居于首位，增長面積4 540.94 hm2，增長幅度3.67 %；草地面積次之，無顯著變化,增長面積38 hm2，增長幅度0.05 %。耕地面積總體呈現下降的特點，減少面積2 734.3 hm2，減少幅度7.73 %。與之相對的是建設用地由6 700 hm2，增長到8 622 hm2，增長幅度28.69 %。水域減少面積74 hm2，減少幅度6.04 %，變化不顯著。未利用地面積出現了大幅度增長，增長幅度91.71 %。主要原因是研究區為進行區域環境保護對部分土地進行修整。

(2)土地利用程度變化。土地利用程度綜合指數、變化量和變化率見表3。

表3 土地利用程度綜合指數、變化量和變化率

表3結果顯示：研究期內樂都區土地利用程度綜合指數呈增長趨勢，由2009年212.7增長到2015年216.4。未利用地面積由于土地休整在此期間大幅度增長，建設用地面積出現一定幅度的增長，土地利用程度變化量和變化率呈正值，分別為3.66 %和1.72 %，說明研究區土地利用研究期內處于發展期。

3.2 生態系統服務價值變化與分析

根據謝高地等2007年修訂的中國生態系統單位面積生態服務價值當量表，結合樂都區實際情況對其進行調整。2009-2015年樂都區糧食平均產量與同期全國糧食平均產量的比例系數為0.845,2009-2015年糧食的平均價格為每千克2.2元,計算得出樂都區2009-2015年生態服務價值，見表4。

表4 2009-2015年樂都區生態系統服務總價值及價值構成變化

表4結果顯示：樂都區2009年生態系統服務總價值為866 738.9萬元，2015年為886 559.1萬元，總體增長了19 820.2萬元，增長率為2.3 %。總體上看，樂都區生態系統發展態勢良好。研究期內林地所提供的生態系統服務價值最多，其在總價值中所占比例也由55 %增長到68 %，增長幅度為26 %。同時其對生態系統服務總價值變化貢獻率也最高，主要原因是林地初始面積最大和人工護林育林工程的有效進行。牧草地所提供的生態系統服務價值僅次于森林，在研究期內總體上呈現下降趨勢，減少幅度較大，為39.9 %，對生態系統服務總價值變化貢獻率達到38 %。耕地與未利用地所提供的生態系統服務價值也出現了一定程度的減少，減少的生態服務價值分別為4 017.4萬元與16 938.4萬元，減少幅度為7.7 %和4.9 %，對生態系統服務總價值變化貢獻率分別為2 %和6 %。水域所提供的生態系統服務價值出現了部分增長，增長值為18 722.2萬元，增長幅度為43 %。

3.3 敏感性分析

根據上述中敏感性分析公式，本文分別計算了2009-2015年研究區林地、牧草地、耕地、水域、未利用地對地類面積變化、土地利用程度、氣溫、GDP的敏感性系數，見表5。

表5 2009-2015年樂都區生態系統服務價值對地類 面積變化、土地利用程度、氣溫和GDP的敏感性

表5結果顯示：林地、牧草地、耕地、水域、未利用地的生態系統服務價值變化對GDP缺乏敏感性。未利用地的生態系統服務價值敏感性系數普遍較低，缺乏敏感性，其中林地、水域對地類面積變化和土地利用程度敏感性較大。林地的生態系統服務價值變化對氣溫敏感性最大，為3.057，其次是耕地生態系統服務價值變化對地類面積變化敏感性和對氣溫敏感性，敏感性系數分別為1.701和2.062。牧草地僅對氣溫敏感性較高，而其生態系統服務價值出現較大幅下降，說明隨著暖干化氣候趨勢的加劇，草地退化，地類面積雖無明顯變化，而生態系統服務價值卻不斷減少。耕地面積持續減少，加之受氣溫影響較大，其生態系統服務價值也出現部分減少。總體上看，氣溫和地類面積變化與各地類的敏感度系數較高，敏感度較大。

4 結 論

(1)2009-2015年，樂都區土地利用類型以耕地、林地、草地為主，三種地類總面積在研究期內所占比例達到80 %以上。期間耕地、水域面積有所減少，林地、牧草地、建設用地、未利用地面積有所增加，林地面積最大，建設用地面積變化率最大。耕地面積總體呈現下降的特點，建設用地面積則逐年上升。土地利用程度變化量和變化率呈正值，樂都區土地利用在研究期內處于發展期。

(2)生態系統服務價值總體上呈增長趨勢，其中林地、水域生態系統服務價值呈正增長趨勢，牧草地、耕地、未利用地生態系統服務價值呈負增長趨勢。林地增長面積與變化率最大，其生態系統服務價值變化對氣溫敏感性最大，為3.057。耕地生態系統服務價值變化對氣溫敏感性次之，為2.062。氣溫和地類面積變化與各地類的敏感度系數較高，敏感度較大。研究表明，在高寒地區，氣溫是影響生態系統服務價值的最主要因素，然而由于技術、資金、地形等原因，很難采取相關措施對該要素進行調節，所以生態系統服務價值的提高主要依靠對地類面積變化和土地利用程度進行調控。

(3)林地對樂都區生態系統服務價值起決定性作用。林地生態系統服務價值貢獻率最高且對地類面積變化和土地利用程度敏感性較高，說明其受土地利用變化影響較大。林地隨著人工育林工程的有效實施，面積不斷擴大，其生態系統服務價值持續上升。根據分析顯示，樂都區林地生態系統服務價值在總價值所占比例由2009年的55 %增長到2015年的68 %，增長幅度為26 %，在生態系統服務總價值的變化貢獻率達到47 %。牧草地本應與林地共同構建樂都區的生態安全屏障，在研究期內其生態系統服務價值在總價值所占比例卻由2009年的30 %減少到2015年的18 %，減少幅度為39.9 %。結合樂都區近年來實際情況，促使林地與牧草地生態系統服務價值呈現不同發展態勢的主要原因有：

樂都區林業局積極完成營造林，采取封山育林措施，重點建設生態公益林、生態保護區、退耕還林補植補種等。政府加大林業生態建設力度,積極貫徹《禁牧令》，嚴格禁止在天保工程區、退耕還林地等保護區放牧，并將禁牧工作納入各鄉鎮政府及林業部門工作考核指標。與之境況相反，長期的超載放牧導致牧草地地表裸露，產草量逐年下降，不可食用雜草和毒雜草大量增加；相關使用、管理制度不健全，維護措施滯后，牧草地產量不穩定；“三害”數量居高不下，尤其是鼠害猖獗，造成大面積優良牧草死亡。

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(責任編輯 鄒永紅)

Research on Influence of Land Use Changes on Ecosystem Service Value in Ledu District

DAI Yi-xiao

(School of Public Administration, Qinghai Nationalities University, Xining Qinghai 810007, China)

Based on socio-economic data in Ledu District from 2009 to 2015, using change model of land-use, theory of evaluation index system and the sensitivity analysis, combined with the actual situation of Ledu District, the characteristics of land-use changes and the ecosystem service value in Ledu District are computed and analyzed. Comparing the CS of ecosystem service values to changes of land-use, land-use degree, temperature and GDP, the quantified results of land-use effects for ecological environment are obtained. The results show that the amount and rate of the land-use changes are positive, which means that the land-use in Ledu District is in developing period. The overall trend of ecosystem service value is growing. The CS of ecosystem service value to temperature and changes of land-use are higher .The forest land plays a decisive role in the ecosystem service value in Ledu District.

land-use changes; ecosystem service value; sensitivity analysis; Ledu District

2016-09-12；最后

2016-11-21

青海民族大學理工自然科學項目(2015XJZ23)。

戴怡曉(1993-)，女，安徽阜陽人，青海民族大學土地資源管理碩士研究生，主要從事土地利用與規劃研究。

2096-1383(2017)01-0006-05

C935

A