基于土地利用變化的新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究

劉川 石晶

摘要 [目的]分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在新疆土地利用變化前后的變化，具體探討利用土地方式改變對其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值造成的影響。[方法]借鑒前人研究總結(jié)的評估方法和中國生態(tài)系統(tǒng)價值當量表，分析修正了不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，進而計算新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。[結(jié)果]新疆的未利用土地達58%以上，2007—2016年園地、建設(shè)用地面積有較大增幅，牧草地面積呈現(xiàn)減少趨勢;2007—2016年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由2007年的41 385.08億元上升至2016年的41 694.78億元，增加309.70億元，表明研究區(qū)域總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值出現(xiàn)增長;通過計算敏感性指數(shù)，表明新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相對于生態(tài)價值系數(shù)來說均缺乏彈性，因此所選取的價值系數(shù)對于研究區(qū)而言是較為合適的。[結(jié)論]該研究為干旱區(qū)的土地利用、維護生態(tài)安全提供科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞 土地利用;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;敏感指數(shù);新疆

中圖分類號 F301文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）10-0070-04

Abstract [Objective] The research aimed to analyze the changes of ecosystem service value before and after the change of land use in Xinjiang， and specifically explore the impact of land use change on the value of its ecosystem services.[Method]Based on the evaluation methods summarized by previous studies and the China Ecosystem Value Equivalent Table， the value coefficient of different types of ecosystem services was analyzed and corrected， and the value of ecosystem services in Xinjiang was calculated.[Result]The unused land in Xinjiang reached more than 58%， the area of garden and construction land increased greatly from 2007 to 2016， and the area of pasture decreased.From 2007 to 2016， the ecosystem service value of the research area increased from 4138.508 billion yuan in 2007 to 4169.478 billion yuan in 2016， with an increase of 30.970 billion yuan， indicating that the total ecosystem service value of the research area increased.By calculating the sensitivity index， it shows that the value of ecosystem services in Xinjiang was inelastic compared with the ecological value coefficient， so the value coefficient selected in this paper was appropriate for the research area. [Conclusion] This study provides a scientific basis for land use and ecological security in arid areas.

Key words Land use;Ecosystem service value;Sensitivity index;Xinjiang

人類間接或直接獲取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，以得到維持人類生存與社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，如今生態(tài)系統(tǒng)面臨著日益嚴重的威脅，并已成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的全球性問題[1-2]，維持生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)運轉(zhuǎn)，維護國家生態(tài)安全是一項艱巨和迫切的任務(wù)。土地作為陸地各類生態(tài)系統(tǒng)的主要載體，了解利用土地方式和具體形式的改變對其服務(wù)價值造成的影響，并且了解兩者作用影響的關(guān)系顯然非常重要。新疆多數(shù)區(qū)域都是荒漠、沙漠和戈壁，氣候類型為溫帶大陸型，干旱且極少降雨，全年降水均值僅150 mm，是典型的干旱區(qū)。近年來新疆工業(yè)化、城鎮(zhèn)化迅速推進，加之新疆作為“一帶一路”倡議推進的橋頭堡，經(jīng)濟發(fā)展的需求與因生態(tài)環(huán)境脆弱的維護生態(tài)安全的目的，兩者之間沖突日益加劇。因此認識新疆土地利用對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，可以從土地規(guī)劃利用角度出發(fā)，為維護干旱區(qū)生態(tài)安全提供一條新思路。

20世紀就已經(jīng)有研究人員對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值展開了研究，如Costanza等[3]就采用生態(tài)學和經(jīng)濟學相結(jié)合的方法對生態(tài)系統(tǒng)價值進行量化，建立了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值定量分析的方法和基本原理。此后，國內(nèi)也涌現(xiàn)了許多相關(guān)研究[4-7]，如謝高地等[5]針對Costanza等的研究在中國運用的缺陷，同時結(jié)合生態(tài)專家團隊（200人）的調(diào)查問卷分析結(jié)果，構(gòu)建了新的單價評估系統(tǒng);王崠等[6]結(jié)合謝高地等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，運用遙感技術(shù)獲取到的安徽地區(qū)真實數(shù)據(jù)，進行了價值計算。目前，中國已有學者對新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值方面進行了相關(guān)研究[8-11]，如楊麗文等[8]在新疆和田河流域范圍內(nèi)展開研究，著重分析了其中怪柳灌木天然林地，評價了其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;王燕等[10]在新疆結(jié)合RS技術(shù)和GIS技術(shù)展開研究，重點選取了自然保護區(qū)（6個保護區(qū)均為國家級）作為研究對象，基于研究地區(qū)內(nèi)土地利用改變以及該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，重點評估了相應(yīng)服務(wù)價值的改變;萬勤等[11]依據(jù)11年新疆兵土地利用數(shù)據(jù)，分析了新疆兵團生態(tài)服務(wù)價值在時間和空間上的變化特征。從已有的文獻看出，關(guān)于新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究大多從某一生態(tài)系統(tǒng)、某一地區(qū)來研究，較少從全區(qū)的尺度上來研究。筆者研究生態(tài)服務(wù)價值計算過程援用了Costanza等[3]提出的算法，并參考了謝高地等[5]針對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)價值當量進行換算的模型，基于新疆真實狀況，修正了系數(shù)表;利用數(shù)據(jù)建模方法，主要利用敏感性指數(shù)，對新疆地區(qū)土地利用、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值等進行量化分析，指出了前者的改變對后者造成的影響。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 該研究所用的土地利用/覆被的變更數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于2008—2017年新疆維吾爾自治區(qū)國土資源廳詳查數(shù)據(jù)和《新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計年鑒》。根據(jù)搜集數(shù)據(jù)結(jié)合中國科學院土地資源分類劃分標準，對土地利用類型重新歸并、分類。根據(jù)標準將土地利用類型分為7個類型、耕地類型、園地類型、林地類型、牧草地類型、建設(shè)用地類型、水域類型、未利用土地類型。

1.2 土地利用變化速率計算

該研究選取土地利用動態(tài)度作為研究指標，表示研究區(qū)一年內(nèi)某種土地利用/土地覆蓋類型的變化幅度，直接反映了研究區(qū)某種土地利用類型變化的速度[12]，其土地利用動態(tài)度（Rl）計算公式為：

1.3 不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值確定方法

1.3.1 單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子價值計算。

1個標準單位生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當量因子是指1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值[13]。結(jié)合新疆實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以新疆主要農(nóng)產(chǎn)品小麥、玉米和水稻的播種面積、產(chǎn)量為代表農(nóng)產(chǎn)品;為避免因農(nóng)產(chǎn)品價格而導(dǎo)致新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量的過低估計，以各類產(chǎn)品在2016年的市價為計算基準數(shù)據(jù)。自然生態(tài)系統(tǒng)作用條件和人力生產(chǎn)條件2種不同條件下，創(chuàng)造經(jīng)濟價值的比值為1∶7，計算新疆農(nóng)田自然條件下農(nóng)作物產(chǎn)出經(jīng)濟價值約2 145.145元/hm2。其計算模型為：

式中，Ma為單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子的經(jīng)濟價值（元/hm2）;i為某一種農(nóng)產(chǎn)品;pi為第i種農(nóng)產(chǎn)品全國平均價（元/kg）;qi為第i種農(nóng)產(chǎn)品單產(chǎn)（kg/hm2）;ei為第i種農(nóng)作物面積（hm2）;E為所有農(nóng)作物種植總面積;n為農(nóng)作物類型數(shù)量。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子的確定。

在確定單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子的經(jīng)濟價值之后，以此當量為參照可以確定其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的當量因子，其作用在于可以表征和量化不同類型生態(tài)系統(tǒng)對生態(tài)服務(wù)功能的潛在貢獻能力[14]。

耕地、林地、牧草地、水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量確定參考中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子表[5]。對于建設(shè)用地，Costanza等[3]研究指出建設(shè)用地不能造成任何生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，也少有研究對其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行研究和賦值。但建設(shè)用地是人為因素與自然因素相互交織、相互作用下形成的生態(tài)系統(tǒng);對水的消耗造成水源涵養(yǎng)功能的減弱，人類活動減弱了廢物處理能力，但增加了土壤形成與保護功能;由于建設(shè)用地對大氣、氣候等環(huán)境因素的影響具有累積效應(yīng)，難以界定其影響范圍和程度;所以結(jié)合文獻[15]對工礦、交通和民居用地等建設(shè)用地的水源涵養(yǎng)、廢物處理、土壤形成與保護3個方面的生態(tài)服務(wù)價值當量因子進行確定。基于園地利用特點對其生態(tài)服務(wù)價值當量因子的取值，取耕地和草地的平均值;未利用地主要由荒漠、荒草地和灘涂等構(gòu)成，其生態(tài)服務(wù)價值當量因子取草地和荒漠的平均值。

1.3.3 生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)修正。

在明確單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子的經(jīng)濟價值后，結(jié)合已確定的不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子、不同土地利用方式的面積數(shù)據(jù)，按照轉(zhuǎn)化公式（3），分別求解利用方式不同時生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)數(shù)值，即可得到系數(shù)修正表（表1）。

式中，VCi為第i種生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)[元/（hm2·a）];eij為第i種生態(tài)系統(tǒng)的j種生態(tài)服務(wù)功能的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子;i為某種生態(tài)系統(tǒng)類型;j為某種生態(tài)服務(wù)功能;Ma為單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子的經(jīng)濟價值（元/hm2）。

對表1數(shù)據(jù)分析可知，生態(tài)系統(tǒng)類型不同則其相應(yīng)的生態(tài)功能也完全不同，后者之強弱與系統(tǒng)內(nèi)生物量之間存在緊密聯(lián)系，通常來講，內(nèi)涵生物量規(guī)模越大，則系統(tǒng)也就具備更強的生態(tài)服務(wù)功能。從服務(wù)價值系數(shù)指標分析，該研究生態(tài)系統(tǒng)對象中林地和水域兩類用地的這一指標數(shù)據(jù)較大，最小的為建設(shè)類且為負值，說明建設(shè)用地對新疆生態(tài)價值有嚴重損害。其中林地的氣體、氣候調(diào)節(jié)功能、廢物處理、土壤形成與保護等功能較強，水域的水源涵養(yǎng)、娛樂文化功能的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)較高。

1.3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算。

1.4 生態(tài)服務(wù)價值敏感性計算

為驗證土地利用發(fā)生的改變導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)類型變化進而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值改變的有效性，所以選擇用敏感性指數(shù)（CS）計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對生態(tài)價值系數(shù)的敏感性，進而來反映生態(tài)價值參數(shù)改變的有效性和準確性。方程式如下：

式中，i、j代表初始的狀態(tài)值和調(diào)整以后的狀態(tài);k為各類土地利用類型。 如果CS>1，表明ESV對VC是富有彈性的，CS取值越高，表明VC的精準性越重要;如果CS<1，表明ESV對VC是缺乏彈性的，CS越小，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的準確性對計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響越小。該研究通過對生態(tài)價值系數(shù)上下調(diào)整50%，來計算CS并分析ESV對其變化的敏感性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化

從表2可看出，10年來新疆地區(qū)對土地的利用方式有較為明顯的改變，水域、耕地、園地和建設(shè)等類型用地規(guī)模連年擴張，牧草地規(guī)模則逐步萎縮退化，同時原本土地中未利用部分也逐步得到了開發(fā)利用。其中以園地面積增加的幅度最多、速度最快，其次是建設(shè)用地面積。園地增加主要原因是由于新疆的地理位置使其具有日照時間長、晝夜溫差大等獨特的氣候資源，這對發(fā)展特色林果業(yè)具有明顯的優(yōu)勢。近年來，新疆城鎮(zhèn)化進程高速推進，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入加大，使建設(shè)用地面積快速增加。在不同的土地利用方式中，值得警惕的是新疆的牧草地退化趨勢明顯，共減少22.34×104 hm2;主要由于新疆極端荒漠氣候造成牧草地生態(tài)系統(tǒng)脆弱極易退化，人為因素影響下造成的對牧草地的侵占，這嚴重地威脅干旱區(qū)生態(tài)安全。新疆大面積的土地處于未利用狀態(tài)，得益于近年新疆快速的發(fā)展，在墾荒、開發(fā)建設(shè)等因素的影響下，對其土地資源得到更充分利用。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析

從表3可看出，研究期內(nèi)新疆省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由2007年的41 385.08×108元上升至2016年的41 694.78×108元，9年間增加309.70×108元，增加率達0.75%。研究期間因為不同類型土地利用的占比發(fā)生的變化，所以全省生態(tài)服務(wù)價值發(fā)生了極大改變，兩者之間存在緊密關(guān)聯(lián)。水域?qū)π陆鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻最大，產(chǎn)生的影響最為顯著，次之是牧草地，所以水域、牧草地兩類用地在全省生態(tài)服務(wù)價值體系內(nèi)極為重要。

研究時段中使用類型不同的土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的改變狀況并不相同。2007—2016年，耕地、園地和林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能持續(xù)增加，水域增加數(shù)量最多，達348.79×108元，園地增加率最大，為16.27%，而牧草地、未利用土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少，數(shù)量減少最多的是牧草地，達-52.76×108元。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性分析

該研究將對VC指標增減50%予以修正調(diào)節(jié)，隨后分別求解修正后的敏感性指數(shù)以及服務(wù)價值。從表4可看出，所得這2個時期指標數(shù)值都比1小，最大值為0.322 9，最小值為0.001 5。2007年研究區(qū)各土地利用類型的敏感性指數(shù)（CS）由低到高的順序依次是園地、建設(shè)用地、耕地、林地、未利用土地、牧草地、水域;2016年園地敏感性指數(shù)最低，即當園地生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)增加1%時，總價值只增加0.001 8%，其中水域的敏感性指數(shù)最高，即當水域的生態(tài)價值系數(shù)增加1%時，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值將增加0.322 9%，其中主因在于研究區(qū)有較大水域面積，水域VC較大。因此，就CS指標而言，該研究區(qū)域內(nèi)，新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對生態(tài)民服務(wù)系數(shù)缺乏任何彈性，說明該研究計算所得結(jié)果非常可靠，與當?shù)貙嶋H狀況完全吻合。

3 結(jié)論與討論

（1）2007—2016年新疆土地利用以牧草地為主，有超過58%的土地處于未開發(fā)狀態(tài)，其他土地利用類型相對于新疆總體面積占比較小。由于特色林果業(yè)快速發(fā)展，導(dǎo)致園地面積快速增加;建設(shè)用地總量迅速擴張，大量牧草地、耕地被用于建設(shè)，同時對于未被利用的土地增加了開發(fā)程度;土地利用變化趨勢是各類型的土地之間相互轉(zhuǎn)化，其面積、所占比例及變化快慢均有不同的變化。

（2）2007—2016年新疆區(qū)域內(nèi)因各土地利用類型的面積發(fā)生不同程度變化及相互轉(zhuǎn)化，其新疆的生態(tài)服務(wù)價值由2007年的41 385.08×108元上升至2016年的41 694.78×108元，增加了309.70×108元，增加率達0.75%。不過研究期內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)對于服務(wù)價值做出的貢獻率的差異很大，其中做出較大貢獻（超過50%）的類型是牧草地和水域。

（3）計算所得敏感性指數(shù)都小于1，其值處于0.001 5～0.322 9，可見此區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對于各生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值系數(shù)變化缺乏彈性。

（4）由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、生態(tài)系統(tǒng)功能效果在空間上的差異性等問題，在確定各生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)時，仍然存在不估計因素，與準確值存在一定偏差。因此該研究基于Costanza等[3]、謝高地等[5]研究提出的計算方法和參數(shù)當量表，粗略估算了新疆生態(tài)系統(tǒng)的靜態(tài)服務(wù)價值。

（5）在現(xiàn)有研究中，未對建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行系統(tǒng)而全面的研究，計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值過程中多數(shù)采用記零值。該研究考慮建設(shè)用地作為一個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)存在廢物處理、水源涵養(yǎng)等生態(tài)功能，因此研究借鑒了前人的相關(guān)研究成果，對建設(shè)用地具有的功能進行了相應(yīng)的賦值。由于建設(shè)用地的生態(tài)功能的復(fù)雜性，該研究沒有做深入的研究。

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