臨川區土地生態系統服務價值時空變化研究

羅雅琴 劉平輝 康雅麗 朱傳民

摘要：以江西省臨川區為例，采用2005、2010和2015年土地利用數據及相應的統計數據，估算臨川區各鄉鎮土地生態系統服務價值，探究10年間其空間分異規律。在此基礎上，開展基于土地生態系統服務價值與需求的土地利用生態可持續程度評價。結果表明，10年間臨川區土地生態系統服務價值在選取的時點上呈下降趨勢，主要歸因于林地和水域面積的減少及建設用地面積的急增;空間上主要呈現地均價值量“四周高、中間低”的分布格局;土地利用可持續生態程度遠高于臨界值，生態環境水平較高;應保護林地和水域數量，維持林地規模的優勢。

關鍵詞：土地利用/覆被;生態系統服務價值;生態可持續;時空變化;臨川區

中圖分類號：F301.2? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）08-0040-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.08.009? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Taking the Linchuan district of Jiangxi province as a case， using the 2005， 2010 and 2015 land use data and corresponding statistics， the value of land ecosystem services in Linchuan district towns was estimated， and its spatial differentiation law in the past 10 years was explored. On this basis， the evaluation of ecological sustainability of land use based on the value and demand of land ecosystem service was carried out. The results showed that the value of land ecosystem service in Linchuan district in the past 10 years was declining， mainly due to the reduction of forest land and water area and the rapid increase of construction land area. The spatial distribution pattern of land ecosystem service value was "high average value around and low average value in the middle". The sustainable ecological degree of land use was much higher than the critical value， the ecological environment level was high. The number of forest land and water should be protected in future， and the superiority of forest land scale should be maintained.

Key words： land use/cover; ecosystem service value; ecological sustainability; temporal and spatial change; Linchuan district

生態系統服務是指通過生態系統的結構、過程和功能直接或間接得到的生命支持產品和服務，其價值評估是生態環境保護、生態功能區劃、環境經濟核算和生態補償決策的重要依據和基礎[1]。近年來，國內外學者對生態系統服務價值估算進行了大量的研究，Costanza等[2]和謝高地等[3]的生態服務價值當量表的應用較為廣泛。此外，相關學者對生態系統服務價值的驅動因素、研究方法、趨勢預測等方面展開了諸多研究及討論[4-6]。基于土地利用類型面積的動態變化衡量土地生態系統服務價值是一種較為普遍運用與多數學者認可的研究方法，且能夠探明其響應反饋機制[7，8]。

在昌撫一體化、沿海產業轉移作用下，城鎮化與工業化水平的提高促使臨川區的土地利用類型發生了極大的變化，因此生態系統服務價值也發生相應改變。作為長江中下游水生態安全重要保障區及中國東南丘陵山地重要生態屏障，臨川區生態系統服務價值量化的研究對合理高效利用資源與保護生態系統具有現實意義。本研究基于10年間臨川區的土地利用類型變化，著重于估算研究區各土地利用類型的生態服務價值，從時空上分析臨川區各鄉鎮的生態服務價值量，最后結合研究區糧食需求與單位生態服務價值，揭示土地利用生態可持續程度。探討研究區生態服務價值隨著各用地類型改變的變化規律，以及反映土地利用生態可持續程度的水平，以期為其他地區的生態可持續發展與生態補償提供一定的借鑒。

1? 研究區概況與數據來源

1.1? 研究區概況

臨川區地處江西省東部撫河中游，贛撫平原向武夷山過渡地帶，東與金溪、東鄉毗鄰，西倚崇仁、豐城，南臨南城、宜黃，北與進賢接壤。位于東經116°03′45″—116°18′45″，北緯27°29′30″—28°15′16″，土地總面積為212 571.45 hm2，全境地勢南高北低，是一個斷續山地環抱的小盆地，四周多為丘陵，中間為沖積平原。臨川區屬亞熱帶季風區，四季分明，日照充足，雨量充沛，無霜期長。2015年末總人口達到121.09萬人，完成生產總值341.62億元，比上一年增長9.1%;其中第一產業39.35億元，第二產業189.71億元，第三產業112.57億元，人均生產總值30 766元。

1.2? 數據來源與處理

涉及到的土地利用數據來源于臨川區2005、2010與2015年3個時點土地利用變更數據，糧食產量等數據均來源于《2006年撫州市統計年鑒》《2016年撫州市統計年鑒》。本研究以鄉級單元為最小研究尺度，以臨川區30個鄉鎮為評價單元。

參考中國土地利用分類系統和眾多研究者在土地利用上的分類方案，并結合臨川區土地利用實際情況，將研究區的土地利用類型劃分為耕地、林地、園地、水域、建設用地和未利用地等6種類型，分類結果見表1，其中土地利用現狀分類參照GB/T 21010-2007的分類標準。

2? 方法

2.1? 生態系統服務價值計算

在2015年中國陸地單位面積生態系統服務價值當量的基礎上[1]，根據臨川區實際地類情況，參考現有方法[9]，對臨川區土地生態系統服務價值當量進行修正，形成臨川區不同地類單位面積生態服務價值。依據Costanza等[2]對生態服務的計算方法，某種地類的生態服務價值的計算公式可表示為：

式中，ESV為研究區生態系統服務總價值（元）;Ak為第k種土地利用類型的面積（hm2）;VCk為第k種土地利用類型的價值系數，即單位面積生態系統服務價值（元/hm2）。

2.2? 生態系統服務價值變化率

變化率是針對研究區某一研究時段內起始點與終止點年份間數量值的變化快慢指標，可以比較生態服務價值在研究區動態變化程度，其式如下[10]：

式中，S為變化率;E0、Et分別為研究起始年份與終止年份的數量值;T為研究時段。

2.3? 生態系統服務價值變異系數

變異系數能夠反映臨川區的生態系統服務價值量在時間及空間尺度上分布的離散水平，計算方式如下[11]：

2.4? 基于生態系統服務價值與需求的土地利用生態可持續程度

結合陳芳淼等[12]的研究，以及劉欽普等[13]提出的生態可持續發展指數（供求比供求與供需之和），構建基于生態系統服務價值與需求的生態利用可持續程度評價模型，評價結果設為P，評價公式及劃分標準如下：

式中，P為參數;ESV為區域面積生態系統服務總價值（元）;FC為區域面積年人均食物消費總價值（元/年）。

P為0～1，當P為0.5時，說明供給與需求相等，土地利用生態出現平衡狀態，0.5為分界線，P>0.5說明供給大于需求，土地資源能夠滿足人類的需求，P越接近1，該地區的可持續程度越高;反之，當P<0.5時，說明土地資源的供給能力不能滿足人類的需求，可持續程度較弱，直到P接近0時，可持續程度最弱，基本為完全不可持續狀態。

3? 結果與分析

3.1? 土地利用/覆被變化分析

由表2可知，各個土地利用類型的單位面積生態系統服務價值高低不一。其中，林地和園地單位價值最高，每增加1 hm2，生態服務價值增加24 487.15元;建設用地最低，每增加1 hm2，生態服務價值減少7 580.55元，說明土地利用方式在一定程度上可能會影響生態系統的效益和功能[14]。

由表3可知，依據研究區土地利用變更數據，耕地和林地是臨川區的主要土地利用類型，在2005、2010、2015年3個時間節點上，耕地和林地的合計面積占臨川區土地總面積的比例分別為75.84%、75.37%和73.88%。從全時間段看，臨川區土地利用覆被變化最為明顯的是建設用地，凈變化量為5 059.60 hm2;其次為林地，凈變化量為-2 356.23 hm2以及耕地為-1 797.59 hm2;園地、水域和未利用地的總量和比例保持穩定。

具體的地類轉換情況如表4、表5所示。2005—2010年的地類轉換面積總量相對較少，地類變化情況比較穩定，而2010—2015年的轉換情況較為復雜。由表5可知，2010—2015年，耕地主要轉化為建設用地，轉移面積為1 546.85 hm2;林地大部分轉為建設用地，轉移面積為1 831.93 hm2;未利用地主要轉為耕地，轉移面積為414.26 hm2;建設用地增加? 3 964.37 hm2，其中耕地和林地的轉移比重超過50%，主要因為經濟快速發展以及城市擴建，從而使建設用地不可避免地占用了耕地和林地。

3.2? 生態系統服務價值的時間變化

土地利用類型的變化影響著生態系統的各項服務功能的變化，從而引起價值量的變化，由表1確定的價值系數以及各生態系統類型的面積，可以得到研究區的生態服務價值（表6）。由表6可以看出，隨著時間的推移，臨川區的土地利用類型提供的生態系統服務價值發生了相應變化，生態系統服務價值總值從2005年的51.53億元降至2015年的49.99億元，總共減少了1.54億元，且各土地利用類型的生態系統服務價值均呈下降趨勢。從各土地利用類型提供的生態服務價值來看，在選取的時間節點上，林地和水域提供的生態服務價值都較高，建設用地和未利用地都較低。從生態服務價值變化幅度來看，由于建設用地面積10年間增加了25.27%，建設用地的生態服務價值下降了0.38億元，年變化率為2.53%，變異系數達-16.16%，表明建設用地在10年間的變化幅度是最大的;而水域的年變化率只有? -0.17%，變異系數為1.11%，是變化幅度和變異系數最小的用地類型。

以鄉級單元為研究尺度進行分析，各地區的生態服務價值在研究期間存在差異性和不平衡性（表7）。總體來看，各鄉鎮的年變化率幾乎為負值，說明各鄉鎮的生態系統服務價值幾乎都是遞減，這對生態環境的建設十分不利。其中城西街道的價值總量變化最為明顯，變異系數達44.32%，其次是鐘嶺街道和崇崗鎮，變異系數分別為20.40%和6.30%，究其原因這3個鄉鎮屬于撫州市高新區管轄范圍，近年來不斷招商引資增加了對建設用地的需求，其他地類對應減少，由此生態系統服務價值總量同樣減少。

3.3? 生態系統服務價值的空間變化

以鄉級尺度為研究單元，分別對2005、2010和2015年的各鄉鎮地均生態服務價值進行分析，利用ArcGIS的空間分析功能將結果劃分為4個等級（圖1）。從整體上來看，在選取的研究節點上屬于地均生態服務價值高值的鄉鎮只有文昌街道，由于其行政范圍面積小造成地均生態服務價值高;而地均生態服務價值為較低值和較高值的鄉鎮較多，大致分布在臨川區的外圍，主要是與地形有關，臨川區是個小盆地，四周是丘陵，多為林地，而林地的生態價值系數比較大;地均生態服務價值為低值的鄉鎮主要分布在臨川區中部的崇崗、連城等5個鄉鎮，這與中心城區地形平坦，城市建設用地較多有關。綜上所述，臨川區的地均生態服務價值呈“四周高，中間低”的空間分布格局。

3.4? 基于生態服務價值的土地利用生態可持續程度評價

通過對臨川區土地資源的糧食供需水平與生態服務價值的組合計算，探究其土地利用生態可持續程度的強弱。根據撫州市統計年鑒中臨川區主要農產品及肉蛋禽兩大類產量（主要包括稻谷、玉米、大豆、油料、蔬菜和水果）及對應的價格，計算出臨川區人均食物消費2.59元/kg，按照唐華俊等[15]提出的符合中國實際情況的人均糧食需求量約為322.07 kg/年，可以估算出臨川區每年人均食物需求量總價值（FC）為4 751.74元，最后得出P為0.83，說明臨川區的可持續程度較高，在今后的工作中，政府應繼續加大對生態環境治理和保護的力度，維持好當前取得的成果。

4? 小結

1）2005—2015年臨川區土地利用類型變化較大，其中建設用地的面積增幅最為明顯，主要來自耕地、林地和水域;未利用地的變化情況最為穩定。

2）2005—2015年臨川區各鄉鎮的土地生態系統服務價值在選取時間節點上呈減少趨勢，10年共減少了1.54億元，與林地面積的減少和水域面積的減少有密切關系，為了避免全區生態價值量的進一步降低，需要加強水域資源的保護與利用，合理開發未利用地，保護現有森林資源，優化用地結構與布局，提高對全區生態系統服務價值的貢獻率。

3）從空間分異特征來看，全區的地均生態服務價值呈現“四周高，中間低”的布局特征，且地均生態服務價值大于2萬元/hm2的鄉鎮數量較多，利于臨川區的生態可持續發展。以鄉級尺度為研究單元來看，城西街道的生態價值量呈現逐年下降的趨勢，且變異系數最高，為44.32%;茅排鄉的生態價值量變化最穩定，變異系數僅為0.02%。

4）將研究區人均糧食需求與生態服務價值分別作為需求與供給的參考指標，求得臨川區的土地利用生態可持續程度P為0.83，遠高于臨界可持續值，處于可持續程度較高的狀態，但仍需保持并提升生態服務價值，謹防可持續程度跌至臨界以下水平。

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收稿日期：2019-01-31

基金項目：江西省教育廳科學技術研究項目（GJJ150573）;東華理工大學江西省數字國土重點實驗室開放研究基金項目（DLLJ201617）

作者簡介：羅雅琴（1994-），女，江西吉水人，在讀碩士研究生，研究方向為土地利用規劃與管理，（電話）18720928595（電子信箱）751722527@qq.com;通信作者，劉平輝，江西臨川人，教授，博士，碩士生導師。