倉山區土地利用變化對生態服務價值的影響

楊赟+劉慧靈+林蕙靈+伍世代

摘要：采用福州市倉山區2000年、2010年土地利用數據，運用GIS方法提取了10年間的倉山區土地利用動態變化數據。采用中國陸地生態系統的服務價值測算方法對倉山區土地利用數據進行了分析處理，測算了倉山區土地利用變化引起的生態系統服務價值變化。結果表明：2000～2010年，倉山區生態系統服務價值呈明顯的下降趨勢，這與土地利用變化密切相關。提出了控制建設用地的擴張，保護水域、林地、耕地和園地等生態價值系數高的土地利用類型的建議，以提升倉山區生態系統服務功能。

關鍵詞：地理學；生態服務價值；土地利用變化；敏感性分析；倉山區

中圖分類號：K903

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0220-04

1 引言

生態系統服務指生態系統形成和所維持的人類賴以生存和發展的環境條件與效用[1]，對人類健康與生存以及區域和全球生態安全至關重要。土地利用變化是影響全球生態系統的決定性因素之一[2]，利用土地利用變化情況下的生態系統服務價值（ecosystem service values，ESV）評估結果，合理制訂生態補償方案[3，4]以及環境保護政策[5，6]，可為區域生態規劃和可持續發展提供科學決策依據[7，8]。 Costanza等[9]最先對全球ESV進行了估算，其方法己成為后來ESV研究的基礎。歐陽志云等[10，11]、傅伯杰等[12]對生態系統服務價值的概念進行了較詳細的論述，謝高地等[13，14]多次對Costanza等的研究方法進行改進，得出了適合我國國情的ESV當量系數。其他學者對不同時間、空間尺度上的土地利用轉變引起的ESV變化進行了探討[15，16]，結果表明，以土地利用變化為測度指標來評估ESV是可行和可靠的。

本研究以倉山區為例，基于倉山區多年土地利用數據，在RS和GIS技術支持下，采用中國陸地生態系統的服務價值測算方法對倉山區土地利用數據進行分析處理，測算了倉山區土地利用變化引起的生態系統服務價值變化，研究結果對倉山區生態系統保護和修復的政策制定、協調區域經濟發展和環境保護之間的關系具有重要意義。

2 研究區概況

倉山區位于福建省會福州市城區南部，閩江下游南岸，東經119°32′，北緯26°05′。轄閩江入海口處整個南臺島，分別與鼓樓、臺江、晉安、馬尾和閩侯、長樂隔江相望。面積142 km²，下轄5鎮8街、64個社區和102個行政村，2015年戶籍人口520214人。倉山區是歷史悠久的文教區，區內名勝古跡眾多，旅游資源豐富，閩江、烏龍江四周環繞，水路運輸十分便利。

3 研究方法

3.1 數據來源

研究所采用的倉山區土地利用基礎數據是以2000年和2010年倉山區Landsat TM遙感影像為基礎，提取了兩個時期的土地利用覆被信息，并結合2009年國土資源部提出的土地利用分類體系及遙感影像特點，將土地利用類型分為耕地、林地、園地、水域、建設用地、未利用地等6種類型。

3.2 生態服務價值評估

根據倉山區實際情況，引用胡喜生等[17]人計算出的福州市生態系統單位面積服務價值（表1）[6]，運用Costanza[7]等的計算公式計算倉山區各土地利用類型的生態系統服務價值，其公式為：

式中：ESV 為生態系統服務價值（元）；Ak為土地利用類型k的面積（hm²）；VCk為土地利用類型k的生態系統單位面積服務價值系數[元/（hm²·年）]；ESVf為生態系統第f項服務功能價值，VCfk為土地利用類型 k 的第 f 項服務功能價值系數[元/（hm²·年）][8，9]。

3.3 生態系統敏感度分析

為驗證研究區生態系統類型對土地利用變化的代表性及生態價值系數的準確性，利用敏感性指數（CS）來反映生態系統服務價值對生態價值系數的依賴程度[10，11]，其計算公式：

式中，ESV，VC分別為生態服務價值和價值系數；i和j 分別代表最初的和調整后的價值；k 為某種土地利用類型。CS的含義是指VC變動1%引起ESV的變化情況，如果CS >1，說明ESV對VC是富有彈性的，其結果準確度差，可信度低；如果CS<1，則說明ESV對VC是缺乏彈性的，結果可信。

4 結果與分析

4.1 土地利用變化分析

基于2000年和2010年倉山區Landsat TM遙感影像數據，在RS和GIS技術支持下，提取了兩個時期的土地利用覆被信息，運用轉移矩陣法計算2000～2010年倉山區土地利用變化情況，結果如表2所示。由表2可知，倉山區各類農用地、其他用地10年內呈減少趨勢，其中以水田、園地、未利用地10年內減少趨勢最為明顯，園地減少幅度最大，比重高達78.33%；只有建設用地面積呈增加的趨勢，其中以城鄉建設用地幅度最大比重高達140.58%，其次是交通水利用地，交通用地增加了261.96 hm²，變化幅度為58.82%，其中占用最多的土地類型是耕地和園地。

4.2 土地利用變化對生態系統服務價值的影響

4.2.1 對單項生態服務價值影響

由公式（2）可計算出2000年和2010年生態系統單項服務功能價值。由表3可知，2000～2010年間，倉山區土地利用變化對各生態服務功能的影響程度各不相同。倉山區生態系統的主要服務功能是水源涵養和廢物處理，兩者價值之和超過全區總價值的一半；對二者價值貢獻最大的土地利用類型均是水域。食物生產功能價值最低，只在1%左右。

綜合來看從2000～2010年，九項生態系統服務功能的生態服務價值都有所下降，除了廢物處理、生物多樣性保護和娛樂文化功能的生態服務價值占全區總生態服務價值中的比重有所上升，其余功能的生態服務價值占比都呈現下降趨勢。其中，廢物處理對倉山區生態服務價值的貢獻率最大，2000年達29.70%，2010年升至38.95%，這是因為在各生態系統中，水域的廢物處理功能有非常高的生態服務價值，水源涵養的生態服務價值也很高，且對區域總生態服務價值的貢獻率變化不大，2000年為 28.23%，2010年為23.47%，可能的原因是水源涵養和廢物處理生態功能系數較大的水域面積減少不多。而土壤形成與保護、生物多樣性保護、氣體調節、氣候調節等服務價值變化幅度不大。

4.2.2 對生態服務總價值影響

結合福州市土地生態系統服務單位面積價值（表1）與2000年和2010年的倉山區土地利用變化數據，通過式（1）計算得到福州市2000～2010年的土地生態系統服務價值。從總體上看，2000年到2010年，倉山區生態服務價值呈現明顯的下降趨勢，從36157.70萬元下降到22342.18萬元，降幅達38.21%；從各類用地的生態服務價值來看，相較于2000年，2010年各類用地生態服務價值都呈現不同程度的下降，其中未利用地、園地、耕地、林地、水域分別較2000年降低了66.44%、78.38%、39.92%、19.41%和13.58%。而建設用地的生態價值始終是負值，其絕對值顯著增加，造成這種現象的原因是十年來倉山區城市化進程加快而造成的建設用地不斷擴張，耕地、園地、林地等農用地被占用，未利用地也被開發成建設用地。

從各土地利用類型貢獻率來看，2000～2010年間，園地的生態服務價值貢獻率出現了明顯下降，由19.04%降至6.73 %。水域的生態服務價值有所減少，但是占全區總生態服務價值的比重增大，故其對生態服務價值的貢獻率始終最大，約占總價值的60%～90%，對生態服務價值的貢獻率由65.53%增至91.56%，比例呈明顯增加的趨勢。林地的貢獻率有所上升， 2000年為13.97%，而2010年升至18.42%，而耕地和未利用地的服務價值的比例變化幅度不大，其中未利用地的貢獻最小，僅占總價值的0.4%左右。建設用地的貢獻率是負的，其面積的大幅增加對倉山區生態服務價值下降的貢獻率越來越高，從2000年的6.81%升至2010年的24.4%，建設用地的擴張是導致區域生態服務價值降低的直接原因（表4）。

4.2.3 生態服務價值敏感度分析

根據敏感度（CS）的計算公式（3），將倉山區的6種土地利用類型的生態服務價值系數分別調整50%[18]，得到表5。由表5可知，敏感性指數CS都小于1，其中耕地的指數值最低（不包括建設用地），且10年指數沒有變化，說明耕地的VC增加時，ESV不變，結果表明ESV對VC是缺乏彈性的，研究結果是可信的。同種土地利用類型不同年份之間敏感性差異很小，指數值最高且變化幅度最大的土地利用類型為水域，其敏感性指數2000年到2010年間由0.66變化到0.92，即當水域的生態價值系數增加1%時，總生態系統服務價值增加0.66%～0.92%，遠遠大于其他生態系統的敏感度值，這與水域的占地面積大、單位面積服務價值系數高有關。敏感度分析也從另一個角度反映了各個生態系統對服務總價值的影響程度。

5 結論與討論

5.1 福州市土地利用發生較大變化

分析了福州市倉山區土地利用變化特征，研究結果表明，在2000～2010年的10年期間，福州市土地利用結構發生了較大的變化：各類農用地、其他用地10年內呈減少趨勢，其中園地減少幅度最大；建設用地面積呈增加的趨勢，其中以城鄉建設用地幅度最大，其次是交通水利用地，其中占用最多的地類是耕地和園地。

5.2 福州市生態系統服務價值不斷減小

倉山區生態系統9類單項服務價值均呈現下降趨勢，除了廢物處理、生物多樣性和娛樂文化功能的生態服務價值占全區總生態服務價值中的比重有所上升，其余功能的生態服務價值占比都呈現下降趨勢。從生態服務總價值來看，2000～2010年，倉山區生態服務價值呈現明顯的下降趨勢，從36157.70萬元下降到22342.18萬元，降幅達38.21%；從各類用地的生態服務價值來看，相較于2000年，2010年各類用地生態服務價值都呈現不同程度的下降，水域的面積有所減少，但因占全區總面積的比重增高，故其對生態服務價值的貢獻率始終最大，未利用地的貢獻最小。建設用地的貢獻率為負，其面積的大幅增加對倉山區生態服務價值下降的貢獻率越來越高，從2000年的6.81%升至2010年的24.4%，是導致區域生態服務價值降低的直接原因。

通過對倉山區各土地利用類型生態服務價值敏感度計算可知，ESV對VC是缺乏彈性的，研究結果是可信的。其中水域的敏感度系數最大，2000～2010年敏感度值介于0.66～0.92之間，遠遠大于其他生態系統的敏感度值。

5.3 對策建議

2000～2010年倉山區生態服務價值呈現明顯的下降趨勢，這主要歸因于建設用地的擴張，建設用地對區域生態服務價值的貢獻是負向的，將生態價值系數高的耕地、林地、水域及園地占用轉變為建設用地，無疑是加快了區域生態服務價值的下降，這無異于涸澤而漁。

因此需合理地實施退耕，有效控制城鎮建設用地的擴展，多保護水域、耕地、林地等生態服務價值系數高的土地利用類型。另外，加強濕地保護也是保護區域生態環境，恢復和提高區域生態系統服務功能的有效途徑，也是該區域生態環境建設的重要任務。

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