土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響及灰色預(yù)測
——以貴州省遵義市為例

黃 婷，金 蓮

(貴州財經(jīng)大學(xué)，貴州貴陽 550025)

遵義市位于貴州省北部，因作為首批歷史文化名城而著名，全市土地總面積為3 076 687 hm2，截至2013年年末，遵義市常住總?cè)丝跒?14.25萬人，國內(nèi)生產(chǎn)總值達1 584.67億元，人均生產(chǎn)總值為25 852元，城市化發(fā)展迅速。遵義市是我國西南喀斯特發(fā)育比較完全的石灰?guī)r山區(qū)，森林覆蓋率為 51.24%，喀斯特環(huán)境問題突出，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)，為使土地可持續(xù)利用，響應(yīng)國家號召打造生態(tài)文明示范城市，筆者評估2004—2013年遵義市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(value of ecosystem service，簡稱ESV)變化并預(yù)測未來10年的變化，以期為相關(guān)部門合理規(guī)劃土地利用、把握遵義市未來發(fā)展方向提供借鑒，同時也為我國西南喀斯特生態(tài)貧困區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和土地的可持續(xù)利用提供借鑒。

1 研究方法

1.1 土地利用動態(tài)度模型

土地利用類型動態(tài)度(D)是指某種土地利用類型在某區(qū)域一定時期內(nèi)發(fā)生的數(shù)量變化情況[11]，計算公式為：

(1)

式中：Ua、Ub分別表示研究初期、末期某種土地利用類型的數(shù)量；T表示研究時段；D表示某種土地利用類型的年變化率。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價方法

基于Costanza等對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的理論研究[3]，參考謝高地等制定的我國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值(表1)[5]，綜合眾多學(xué)者關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算方法，本研究將總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值公式歸納為：

ESV=∑AK×VCK。

(2)

式中：ESV表示研究區(qū)所有生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)總價值；K為研究區(qū)土地利用類型的數(shù)目；AK為研究區(qū)第K種土地利用類型的面積；VCK為第K種土地利用類型單位面積的生態(tài)服務(wù)價值。

在城市化過程中社會系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)會互相影響，因此本研究將人為因素引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估中，并引出人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值A(chǔ)ve(ESV)。即：

表1 2003年我國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值

Ave(ESV)=ESV/N=∑AK×(VCK/N)。

(3)

式中：N指總?cè)丝跀?shù)。

1.3 生態(tài)價值敏感性指數(shù)計算方法

敏感性指數(shù)(CS)采用了經(jīng)濟學(xué)中的彈性系數(shù)概念，即確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)隨時間變化對生態(tài)價值系數(shù)(VC)的依賴程度，以此來檢驗所選擇的VC是否符合該研究區(qū)的實際情況[6]。敏感性指數(shù)的計算公式為：

式中：i、j分別表示初始狀態(tài)值、系數(shù)調(diào)整以后的狀態(tài)值。若CS>1，說明ESV對VC敏感；若CS<1，反映ESV對VC不敏感。CS越大，表示VCK的準確性對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估越重要。

1.4 灰色預(yù)測模型

本研究運用Matlab軟件對遵義市未來10年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行預(yù)測，用到的模型為灰色預(yù)測GM(1，1)模型，其理論原理如下：

X(0)=[X(0)(1)，X(0)(2)，…，X(0)(n)]，X(0)(k)≥0，k=1,2,…,n。

預(yù)備黨員的培養(yǎng)主要包括幾點，第一，入黨預(yù)審答辯之前的自主學(xué)習(xí)，對黨的基礎(chǔ)理論知識進一步的學(xué)習(xí)與鞏固，以及深刻思考自己在入黨前的多方面表現(xiàn)、對黨員基本要求的理解、入黨后自己奮斗的目標。第二，利用黨員自習(xí)室、圖書館、網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)等方式，深入學(xué)習(xí)黨章黨規(guī)、習(xí)近平新時代新思想、“兩學(xué)一做”提高黨性修養(yǎng)。第三，社會實踐，要求在校黨員在寒暑假必須完成一項與專業(yè)相關(guān)的社會調(diào)研。

X(1)為X(0)的一階累加生成序列，則

X(1)=[X(1)(1),X(1)(2),…,X(1)(n)]；

Z(1)為X(1)的緊鄰均值生成序列，即Z(1)=[z(1)(2),z(1)(3),…,z(1)(n)]

其中：z(1)(k)=0.5x(1)(k)+0.5x(1)(k-1),k=2,3,…,n；

那么GM(1，1)的定義型即灰微分方程模型為

x(0)(k)+az(1)(k)=b。

若設(shè)β=b/(1+0.5a),α=a/(1+0.5a)，則X(0)(k)=[β-αX(0)(1)]e-a(k-2)

為檢驗?zāi)Ｐ途龋殭z驗殘差大小，即對模型值和實際值的殘差進行逐點檢驗。

1.5 數(shù)據(jù)來源

不同類型土地面積的數(shù)據(jù)主要來源于2005—2014年的《遵義統(tǒng)計年鑒》《遵義市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)實施評估報告》《遵義地方志》。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究將遵義市的土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地(居民點及工礦用地、交用運輸用地、水利設(shè)施用地等)、水域(坑塘、養(yǎng)殖、河流、水庫、湖泊水面等)、未利用地等7類。在計算土地利用動態(tài)度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以及生態(tài)敏感度時采用Excel中的相關(guān)公式進行數(shù)據(jù)處理，而對未來10年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行灰色預(yù)測時運用Matlab軟件建立灰色模型進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遵義市土地利用變化情況

近10年，遵義市的土地主要以林地與耕地為主，約占土地總面積的3/4。由圖1可知，2004—2013年期間林地、建設(shè)用地面積占有量均有較明顯上升趨勢，林地面積占有量從2004年的42.83%上升到2013年的53.09%，增加 10.26 百分點，其中從2010—2011年迅速增加7.38百分點，由于2010年遵義市林業(yè)局下達“退耕還林”項目的補助與驗收，并加強監(jiān)督與完善，使林地面積大幅度增加且未遭受破壞，生態(tài)環(huán)境得到改善；建設(shè)用地面積占有量從2004年的 2.99% 上升到2013年的5.12%，增加2.13百分點；相比之下，林地面積增加幅度較大。耕地面積占有量從2004—2005年下降3.22百分點之后，一直處于平穩(wěn)水平，在27.5%左右波動。園地面積占有量較小且從2005年開始始終保持在0.70%～0.89%之間。2004—2013年草地、水域面積占有量和2005—2013年未利用地面積占有量都不到10%且變化較小。遵義市在發(fā)展城市化的同時較注重對林地的保護，具有生態(tài)環(huán)保意識。

根據(jù)公式(1)計算得出每年各類土地利用動態(tài)度變化。從表2中可以看出，2008—2010年期間各類土地面積均沒有發(fā)生變化，水域面積在2004—2005年突然猛增282.32%并在下1年下降1.14%后，一直保持不變。園地、林地面積在2011—2013年有所下降，但由于前8年面積整體上升幅度較大，所以這2類土地面積近10年來總體是增加的。草地和未利用地面積近10年來是下降的，總體下降幅度分別為 11.93%、50.95%。耕地面積在2004—2006年下降10.57%后基本保持平穩(wěn)，近10年總體下降的幅度為10.23%。建設(shè)用地只有在2010—2011年大幅度增加，其他年份都平穩(wěn)或小幅度增加，總體增加71.01%。可見，近10年來耕地、草地和未利用地面積是減少的，園地、林地和建設(shè)用地面積是增加的，水域面積除了在2004—2006年有變化外，其他年份一直保持不變，說明遵義市在城市化進程中逐漸注重生態(tài)建設(shè)。

表2 2004—2013年各類土地面積年變化率動態(tài)趨勢

2.2 遵義市土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

2.2.1 總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化 由表3可知，近10年遵義市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值總體上升27.22%。土地利用結(jié)構(gòu)的改變使得遵義市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值發(fā)生改變，其中耕地、草地和未利用地面積的減少導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值分別損失了5.90億、1.46億、0.95億元。而園地、林地面積的增加對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的影響較大，2004—2013年二者分別增加1.05億、61.11億元，可見林地面積變化對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化的貢獻最大。建設(shè)用地是城市化過程中的產(chǎn)物，雖不產(chǎn)生生態(tài)服務(wù)功能，但其面積的增加占用了大量耕地及草地等生態(tài)面積，間接對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生影響。

從2005—2010年，遵義市不同生態(tài)系統(tǒng)的面積整體表現(xiàn)為林地>耕地>未利用地>草地>水域>建設(shè)用地>園地，單位面積的生態(tài)服務(wù)價值整體表現(xiàn)為水域>林地>園地>草地>耕地>未利用地，而研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值整體表現(xiàn)為林地>水域>耕地>草地>園地>未利用地，可見生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值同時受生態(tài)面積和單位面積生態(tài)服務(wù)價值的影響。

表3 2004—2013年遵義市不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

2.2.2 人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化 《遵義市統(tǒng)計年鑒》顯示，2004—2013年期間遵義市常住人口數(shù)量先增后減，其中2008年是轉(zhuǎn)折點；由表3和圖2可知，總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2004年到2005年是增長的，從2005—2008年卻下降了0.70億元，而總?cè)司鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2004—2005年也是增長的，從2005—2008年下降了67.84元，說明2004—2008年期間人口增加導(dǎo)致生態(tài)土地面積減少，影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；從2008—2010年總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值先保持不變，2010—2011年呈增加趨勢，但到2012年又下降0.36億元，而人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2008—2011年一直持增長趨勢，卻在2011年后呈下降趨勢，說明2008—2013年期間人口即使有所減少，但是由于城市化進程的發(fā)展以及土地的不合理利用，仍導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈下降趨勢。從圖2還可以看出，總?cè)司鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化趨勢主要受林地影響，可見遵義市林地覆蓋面較廣。

2.3 敏感性分析

依據(jù)生態(tài)價值敏感性指數(shù)(CS)的計算公式，本研究將各土地利用類型的單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)(VC)分別向上、向下調(diào)整50%，由此計算出調(diào)整后遵義市的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和敏感性指數(shù)。由表4可以看出，各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)均小于1，說明ESV對VC的變化是缺乏彈性的(不敏感)，表明VC對ESV無影響，研究結(jié)果具有可信度；園地(2004、2013年)和未利用地(2013年)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)為0，說明園地和未利用地的VC變動1%時所引起的ESV變化為0～1%，幾乎對研究區(qū)的ESV沒有影響。林地的CS值在2004年較大，為0.75，表明VC變動1%時，ESV增加75%，對研究區(qū)ESV的影響最大。在各土地利用類型中，只有水域的CS指數(shù)是增加的，說明水域的VC變化會對ESV產(chǎn)生放大作用。園地和水域VC調(diào)整前后的ESV變化率相差很大，說明即使CS小于1，賦值過高或過低的VC還是會對ESV產(chǎn)生較大影響。

2.4 遵義市各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的灰色預(yù)測

2.4.1 灰色預(yù)測 從表5可以看出，草地、水域和未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在未來10年有減少的趨勢，而耕地、園地、林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有增加趨勢，其中，園地和林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增長幅度較大，所以相關(guān)部門應(yīng)該注重土地整治，合理規(guī)劃土地利用，尤其是加大保護對園地和林地的建設(shè)，實現(xiàn)土地可持續(xù)利用，維持生態(tài)與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。

表4 調(diào)整后的各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感度

表5 2013年后未來10年遵義市的各類土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的預(yù)測值

注：“—”表示無。

2.4.2 殘差檢驗 對于C、P的檢驗標準見表6。表5中計算得到P=1，只有林地和草地的后驗差比值大于0.35小于0.65，耕地、園地、水域、未利用地的模型預(yù)測為好，總體上來說，該模型預(yù)測的結(jié)果能夠反映遵義市不同土地利用類型的未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值預(yù)測。

表6 灰色預(yù)測精確度檢驗等級標準

注：一般要求殘差相對值ε(t)<20%，最好是ε(t)<10%，符合要求。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

近10年來，遵義市的林地、園地、建設(shè)用地的面積都有所增加，而耕地、草地、未利用地的面積卻下降，只有水域的面積在2004—2005年期間突然大幅度增加并在2006年下降1.14%后就一直保持不變，說明遵義市在推進城市化進程中，盡管建設(shè)用地的增加占用了大量的農(nóng)用地及未利用地等，但林地及園地的增加也反映相關(guān)部門對“退耕還林”“變廢為園”等保護生態(tài)用地舉措的重視。林地的增加可以提高研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，因地制宜發(fā)展園地并注重提高園地質(zhì)量，可以增加產(chǎn)量滿足市場要求。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值受生態(tài)價值系數(shù)和土地面積的影響。不管是總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值還是人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，均受林地生態(tài)系統(tǒng)的影響最大。總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增長率(27.22%)低于人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增長率(53.21%)，說明遵義市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的速度慢于人口減少的速度，建設(shè)用地面積增加但不產(chǎn)生生態(tài)效益，所以應(yīng)控制建設(shè)用地的擴張，加大對生態(tài)系統(tǒng)的保護，合理規(guī)劃土地，提高土地利用效率。

生態(tài)敏感性指數(shù)的分析結(jié)果表明，除園地和水域外，其他不同類型土地的生態(tài)價值系數(shù)的變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值無影響，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要還是受土地利用變化的影響。所以遵義市相關(guān)部門應(yīng)嚴格規(guī)劃和管理土地，合理開發(fā)與控制各類土地利用規(guī)模，以加強土地利用效率。

對遵義市總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行灰色預(yù)測，結(jié)果顯示，與2014年相比，2023年園地、林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是增長的且所有土地利用類型的總生態(tài)服務(wù)價值也是增長的，增長率分別為38.59%、23.34%和16.92%，說明園地和林地的生態(tài)系統(tǒng)對整個遵義市的生態(tài)服務(wù)價值具有較大影響；在未來10年的灰色預(yù)測中，耕地的平均增長率僅為0.056%，建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價值為0，草地、水域、未利用地均呈降低趨勢，所以遵義市應(yīng)該控制農(nóng)用地等其他利用地被建設(shè)用地占用，采取措施預(yù)防林地和園地生態(tài)系統(tǒng)遭到自然災(zāi)害或人為活動的破壞，并且合理開發(fā)荒廢地，使之“變廢為寶”，完善并實施土地利用總體規(guī)劃，實現(xiàn)土地的有效可持續(xù)利用。

3.2 討論

土地利用變化可以表現(xiàn)在很多方面，比如土地利用開發(fā)程度、土地利用效率、土地利用面積變化、土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等，本研究僅考慮了土地利用面積的改變對土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，單方面因素并不能完全決定結(jié)果，因此，須要綜合考慮對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中各類服務(wù)功能的影響，這就須要深入研究會影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的土地利用變化因子，從而更準確地計算出遵義市的自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。對灰色預(yù)測模型進行檢驗，其中林地和草地的后驗差比值相對較大，雖然模型擬合程度較好，但還存在一些不足，須要在后續(xù)研究中加以改進。