區域土地利用變化對生態系統服務價值的影響研究

張永振 呂光輝

摘 要：本文利用寧遠縣2000年、2005年、2010年的土地利用數據，通過測算信息熵、均衡度和優勢度3個指標，結合動態度模型和土地利用程度綜合指數及變化模型對寧遠縣土地利用變化進行了分析，采用生態價值服務模型，定量計算了寧遠縣生態系統的服務價值并對生態服務價值的敏感性進行分析，結果表明：研究期間建設用地、草地和林地面積增大，耕地、濕地和其它用地面積減小。土地利用逐步合理化，土地利用結構越來越穩定。生態服務總價值略有提升，由2000年的215614.45萬元變為2010年的216068.18萬元，巨大的林地面積及對其有效保護成為了主要原因。各土地利用類型生態服務價值的敏感性指數均小于1，由大到小的順序為：林地、濕地、耕地、草地、其它用地，生態服務價值系數的變化對生態服務總價值影響不大，研究結果是可信的。

關鍵詞：土地利用變化；土地結構；生態服務價值

中圖分類號：U412.1+4 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732001

土地利用/覆被變化，是由一組相互依存、交互作用強烈的要素通過物質和信息的傳遞、能量的交換，形成的復雜的時空系統，反應了土地生態作用的結果。土地利用是人類與生態環境之間聯系的重要一環，人類往往是通過改變土地結構，對生態系統的功能和布局產生影響[2]。生態系統服務功能是指生態系統所形成和維持的可供人類生存和發展的收益和條件，這其中不但包括了人類所需要的生活食物和生產資料，同時也支撐著地球生態系統的正常運行，為人類的生產生活提供了必要的自然環境[4，13]。

隨著我國經濟的不斷發展，城市化進程的逐步加快，大量的環境問題日益顯現出來，國內的學者們開始通過研究土地利用的變化，來探索生態環境效應的變化，但大多集中于對生態效益的定性評價，而對生態系統服務價值進行定量分析的卻比較少見[3，7]。

寧遠縣是湖南省承接產業轉移試點縣，生態文明示范工程試點縣，它的生態環境和社會經濟都處在一個重要的轉型期，大量的問題亟待解決。本文基于寧遠縣土地利用變化數據，通過計算寧遠縣不同時期生態服務價值量的大小，探求該區域生態環境的變化情況，以期能更好的為區域經濟發展和生態環境的改善提供科學有效的對策和建議。

1 研究區域概況與研究方法

1.1 研究區概況

寧遠縣位于湖南省西南部，永州市南6縣的中心位置，東與新田縣、嘉禾縣、藍山縣相連，南與江華瑤族自治縣接壤，西連道縣、雙牌縣，北鄰祁陽縣。地處E11042'～11227'，N2511'～2608'之間，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，土壤以紅壤、山地黃壤為主。地貌類型復雜，區域四面環山，水系眾多。現轄4個街道辦，12個鄉鎮，4個民族鄉以及4個國有林場，2010年總人口為83.94萬，地方生產總值為63.55億。

1.2 數據來源

基于數據的可獲取性和遙感數據的精準性，本文采用了寧遠縣2000年、2005年、2010年的Landsat TM遙感數據，經過幾何校正，監督分類、目視解譯等步驟，參照《生態十年環境感監測土地覆蓋分類系統》（2013版），并考慮研究區土地資源實際情況，將研究區土地利用覆被分為草地、林地、耕地、濕地、其它用地（主要為裸巖和裸土）和建設用地，如圖1。采用的社會經濟數據來源于湖南省統計年鑒》和《寧遠縣國民經濟和社會發展統計公報》。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用結構指數

選取信息熵、均衡度和優勢度這3個指標進行測算[14]，分析寧遠縣土地利用結構變化。運用信息熵來測度土地結構中的無序性以及不確定性，計算公式如下：

引入均衡度是來判別區域用地的均質性，它是實際熵值與極大熵值之比，均衡度公式如下。

優勢度表示研究區內某種用地類型支配該區域用地結構的程度，其計算公式如下。

1.3.2 土地利用動態度

運用土地利用動態度來研究寧遠縣2000-2010年土地利用的動態變化情況[6，12]，其計算公式如下。

式中：D-單一土地類型利用的動態度；S1、S2-研究初期和末期土地利用類型的面積；T-時間段。

1.3.3 土地利用程度綜合指數及變化模型

土地利用程度指數[7]：

式中：Ai-分級指數；Ci-第i類土地占總土地的面積百分比；n-分級數土地利用程度變化模型[12]。

式中：△F-土地利用程度綜合指數的變化量；R-土地利用程度變化率；K1、K2-初期和末期的土地利用程度綜合指數；Ai，Ci同上。

1.3.4 生態價值服務評估

本文以謝高地等[9]的中國生態系統單位面積服務價值表為基礎（表1），對研究區內的ESV進行計算評估[1，5，10]，公示如下。

式中：ESV-生態系統服務總價；Ak-研究區第k種土地利用類型的面積；VCk-第k類土地利用類型單位面積服務價值系數（元/hm2·年）。建設用地為硬化地面，生態服務價值較低甚至為負數，本研究不予以考慮。

1.3.5 敏感性分析

將單位面積的生態價值系數上下調整50%，來計算分析各土地類型的敏感性[11，8]，計算公式如下。

式中：Z-敏感指數；ESV1和ESV2-某種地類調整前后生態服務總價值；VCk1和VCk2-調整前后K種地類生態服務價值系數。

2 結果分析

2.1 土地利用變化分析

2.1.1 土地利用數量變化

在寧遠縣的各類土地利用中，林地占比例最大，濕地最小（表2）。由表3可知，2000—2005年耕地、林地和濕地面積均有所減少，其中濕地面積減少的幅度最大，年均減少量為1.250%，這源于對土地的開發利用不斷加大，加之缺乏生態保護的理念，特別是對濕地的保護，顯得十分匱乏。而草地，建設用地和其它用地面積有所增長，其中以建設用地面積的增長尤為顯著，年均增長達到5.455%。2005—2010年，除耕地和其它用地面積減少，濕地的面積保持不變外，其余3種用地類型面積均增加了，其它用地年均減少幅度達到1.936%，建設用地的年均增長度更是達到了6.667%，林地面積也有了明顯的增長。這主要是由于城市化的加劇，城市建設的不斷擴大，當地政府和人民也開始注重生態環境的保護了，他們加大了對其它用地的開發利用，濕地面積的減少也得到了逐步的遏制，并且實施了退耕還林等生態保護措施。

2.1.2 土地利用結構變化

根據信息熵、均衡度和優勢度的公式，計算得到了寧遠縣2000年、2005年和2010年土地利用結構指數，如表4所示。寧遠縣2000—2010年，信息熵、均衡度不斷增大，優勢度不斷減小，土地利用結構趨于多樣化使用，無序性增高，結構也越來越穩定。2005—2010年整體變化要小于2000—2005年，這說明土地利用偏向在逐漸減小，政府正逐步重視土地利用的均衡發展。

2.1.3 土地利用程度變化

2000—2010年，寧遠縣土地利用程度整體呈增長趨勢，如表5所示，土地利用指數由239.5538上升到239.8377，土地利用程度的變化率均大于0，并且，2000—2005年的變化率為0.001016，大于2005—2010年的0.000127，這主要是因為人口和經濟的不斷增長，政府對土地整合和利用逐步合理化，土地利用程度日益擴大，土地利用處于繁榮時期。

2.2 生態系統服務價值評價

2.2.1 生態系統總價值變化分析

運用生態服務價值模型計算寧遠縣2000年、20005年、2010年生態系統服務價值的總額，計算過程中價值系數按照以下原則：林地對應森林，濕地對應濕地和水域的平均值，其它用地對應荒漠，草地、耕地不變。計算結果如表6所示，總體來看，林地，耕地的生態服務功能較強，草地和濕地的次之，其它用地較弱，這與寧遠縣以山地和丘陵地貌為主的特征相吻合。寧遠縣2000年生態服務總價值為215614.45萬元，2005年為214825.70萬元，2010年為216068.18萬元，呈先減少后增大的趨勢，2000年至2010年總價值增加了453.72萬元。

2000—2010年草地的生態服務價值呈上升趨勢，耕地的生態服務價值始終呈下降趨勢，共減少1419.16萬元，林地的生態服務價值有先減后增的趨勢，最終增加了1894.31萬元，濕地的生態服務價值呈現先減少后逐漸趨于穩定的狀態，其它用地的生態服務價值有先增大后減少的趨勢。總體而言，寧遠縣生態服務價值有上升的趨勢，其主要原因是林地和草地的生態服務價值的增大。

2.2.2 生態系統服務價值敏感性分析

從整體來看，寧遠縣土地類型生態服務總價值的敏感指數都小于1（表7），研究區內的ESV對VC缺乏彈性，證明生態服務系數的變化對生態服務價值的總量影響不大，評估的結果的可信的。從敏感性指數的排序來看，由大到小，依次為：林地、濕地、耕地、草地、其它用地。林地對生態系統服務價值的貢獻度最高，這與它巨大的服務價值和面積是有關的，濕地雖然面積不大，但其服務功能的強大，對生態系統服務價值也產生了較高的價值，其它用地最低，它對生態系統服務價值的貢獻度最低。

2000—2010年間，林地、草地的生態敏感性指數逐漸增大，說明林地和草地對生態系統服務價值的貢獻度是逐漸增高的；耕地的生態敏感性指數逐漸減小，說明耕地對生態服務價值的貢獻度是逐漸降低的；濕地的生態敏感性先減小后增大，說明濕地對生態服務價值的貢獻度先降低后增高，其它用地則與之相反。

3 結論

研究期間寧遠縣建設用地、草地和林地面積總體擴大，耕地、濕地和其它用地面積減小。土地利用結構趨于多樣化，結構越來越穩定，土地利用逐步合理化，處于繁榮時期。生態保護的理念在經濟建設中已有體現，但還需要加強對濕地的保護及對其它用地的開發利用。

2000—2010年，寧遠縣生態服務總價值呈增大的趨勢，其中，林地和草地的增長最為明顯，林地面積占總面積的55%以上，它對寧遠縣的生態服務價值的貢獻度最高，政府對林地的保護力度加大，成為生態服務總價值增大的主要原因。

各土地利用類型生態服務價值的敏感性指數均小于1，證明生態服務價值系數缺乏彈性，評估的結果是可信的。敏感性指數由大至小的順序為：林地、濕地、耕地、草地、其它用地。雖然敏感性指數均小于1，但是生態服務價值系數的賦值可能會隨著時間的變化而變化，所以在以后的研究中，還需要根據當地的實際情況，修正價值系數。

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