名山區土地利用變化及生態系統服務價值研究

(成都理工大學 四川 成都 610059)

土地是人類生存和發展的物質基礎，也是陸地生態系統必不可少的組成部分，而土地利用是人類最基本的經濟活動，在各種驅動因素的影響下土地利用類型不斷發生變化，隨著城市化進程的加快，人們對有限土地資源的利用和開發越來越不合理，導致土地生態系統的結構和功能發生變化，進而改變生態系統原有的生態服務價值。生態系統服務價值定量研究對于增強生態環保意識，遏制生態環境破壞，制定生態環境保護規劃，開展生態環境經濟核算，實施生態補償政策等具有重要意義。1997 年Costanza等在Nature上發表的關于全球生態系統服務價值評估的文章，生態系統服務價值研究開始成為生態學的研究熱點[6]。隨后學者們針對不同層次、不同研究區域、不同生態系統類型，開展了生態系統服務價值估算方法的探索與嘗試。我國學者謝高地等在Costanza理論基礎上針對中國的實際情況對其進行系數修正，得到了中國陸地生態系統服務價值當量表。目前我國的相關研究多是在謝高地的理論基礎上結合研究區實際情況進行深入分析與討論。

一、研究區概況

名山區地處四川省中西部，川西平原西南邊緣，面向成都，背靠雅安，地理坐標介于103°02′—103°23′，北緯29°58′—30°16′之間，全區面積61818.14hm2。全區地貌以丘陵和平原為主，僅在區境邊緣有低山分布。該區氣候屬中緯度內陸亞熱帶濕潤季風氣候，四季溫和，年平均氣溫為15.4℃，多年平均降水量1512.7mm。區內氣候溫和，雨量充沛，冬無嚴寒，夏無酷暑，對茶葉的生長和發展極為有利。截止2016年底，全區總人口為280600人，GDP總值為665236萬元，同比增長8.77%，人均生產總值23707元。名山區下轄9個建制鎮，11個鄉，研究區包括名山區所有鄉鎮。

二、數據與方法

(一)數據來源

本研究選取了1997年、2007年、2017年3期遙感數據。由于時間跨度較長，所以選取landsat5衛星TM數據和landsat8衛星OLI數據作為論文遙感數據源，數據來源于地理空間數據云網站。遙感影像在ENVI5.1軟件的支持下進行預處理，再根據中國土地利用分類系統的實際情況和生態系統服務價值計算要求，結合名山區土地利用特點，將研究區土地利用類型歸納分類為耕地、園地、林地、水域和建設用地5種土地利用類型，通過監督分類解譯得到該區1997年、2007年、2017年的土地利用類型分布情況。

(二)研究方法

1.土地利用變化分析

單一土地利用類型動態度表示研究區一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其表達式為:

式中:Lc為研究時段內某一土地利用類型的動態度指數;Ua、Ub分別為研究初期和末期某土地利用類型的數量;T為研究時段(年)。

2.生態系統服務價值估算

本文根據名山區的實際情況并結合謝高地等制定的中國陸地生態系統單位面積生態系統服務價值及以往學者對生態系統服務價值的研究對研究區的生態服務價值系數進行修訂，調整如下:全國農田生態系統生物量因子為1.00，本研究取四川省的生物量因子1.35研究區的生物量因子，從而對相應土地利用類型生態服務價值系數進行修正；園地生態系統服務價值系數取森林和耕地生態系統服務價值系數總和的一半。生態系統服務功能價值的評估公式為：

式中:ESV為研究區生態系統服務總價值(元);n為土地利用類型的數量;Ai為研究區內土地利用類型n的分布面積(km2);VCi為第i類土地利用類型的生態服務價值系數，即單位面積上土地利用類型i的生態服務價值(元·hm-2·a-1)。

3.敏感性分析

本文引入敏感性指數(CS)的目的是驗證土地利用類型生態服務價值系數的準確性及確定隨著時間的推移生態系統服務總價值對生態服務價值系數的依賴程度。以此檢驗ESV計算結果的可靠性。計算公式如下:

式中:CS為敏感度;ESV為總生態服務價值量;VC為價值系數;i和j分別代表最初的價值系數和調整后的價值系數;k為土地利用類型。

三、結果分析

(一)研究區土地利用變化

從表1可以看出，研究區在近20年內土地利用類型有不同程度的變化。1997年名山區土地覆被類型以園地和耕地為主，二者占研究區總面積的70%左右，1997—2007年研究區內各類生態用地面積發生明顯變化，耕地和園地面積減少，林地面積大量增加，增加面積達10981.51hm2，主要原因為國家退耕還林政策的推行和農村產業結構的調整，在此期間水域和建設用地呈小幅度增長趨勢，但是漲幅不大。2007-2017年間園地和建設用地有明顯的增長，園地由20017年的22771.17hm2增長到2017年的38120.40hm2，動態度達6.74%，建設用地由2954.00hm2增加到4489.40hm2，動態度達5.20%，而耕地、林地和水域面積均有不同程度減少，主要原因為名山區大力發展茶產業，茶園面積快速增長，同時隨著經濟的發展，名山區順應城鎮化發展潮流，城鎮建設和交通用地面積顯著增加。

表1 1997—2017年名山區土地利用類型變化及動態度

(二)生態系統服務價值變化分析

利用ESV計算公式計算名山區各種地類生態系統的服務價值變化。1997、2007和2017年名山區的生態服務價值分別為10.118、11.788和10.383億元，呈現先增長后減少的趨勢，十年間共增長0.265億元，總體相對穩定。從不同時期的土地利用類型生態系統服務價值變化來看，1997-2007年間林地面積的增加彌補了耕地和園地減少的生態價值量的損失，總體價值增加了1.67億元；2007-2017年間耕地和林地面積較前一個研究時段面積減少，園地面積增加帶來的生態服務價值不足以抵消耕地和林地價值的減少，較之前生態服務價值減少1.405億元。

表2 1997-2017年名山區生態系統服務價值及變化量

(三)生態系統服務價值敏感性分析

研究結果表明三個時期內各土地利用類型生態服務價值對VC的敏感性均小于1。所有研究地類中最為敏感的為園地，其值范圍為0.33-0.63，說明當園地的VC值增加1%時，ESV的變化增加0.33-0.63。其次為林地、耕地、水域，建設用地由于生態服務價值為零，所以敏感性系數也為零。所有數據顯示，改變研究區的CS系數對ESV影響不大，ESV對生態服務價值系數的變化是缺乏彈性的，研究結果可信。

表3 1997-2017年名山區生態系統服務價值敏感性指數

四、討論

(一)1997—2007年，名山區土地利用類型發生了不同程度的變化，主要表現在耕地、園地的減少，林地、建設用地和水域面積的增加。主要為當地的退耕還林政策及土地利用類型的調整，耕地和園地大量被退還為林地；隨著經濟發展，建設用地面積開始增長，但在研究時段增長幅度不大。2007—2017年，園地面積大量增加，成為名山區的土地主要利用方式，耕地和林地面積減少明顯，水域面積有所增加，建設用地面積增幅明顯。主要原因為政府提倡“茶葉興區”，大力提倡種植茶葉，茶園面積呈快速增加趨勢導致耕作面積和林地面積減少；隨著城鎮化不斷發展，交通用地和建設用地面積不斷增加。

(二)1997—2017年，名山區生態系統的服務價值總體相對穩定，均維持在10億元以上，大面積的耕地被用來種植茶葉沒有使得該區生態服務價值降低。但是值得注意的是研究區內林地的面積總體呈現下降趨勢，作為生態服務價值最高的地類，林地的面積如果繼續減少必將影響該區生態系統服務價值的整體水平；同時隨著城市化進程不斷推進，建設用地面積不斷增加，在考慮經濟效益的同時也應合理對城鎮的發展進行規劃，避免不必要的用地浪費現象。

(三)從敏感性分析來看，園地和林地的ESV雖然對生態服功能價值指數的敏感性指數變動較大，但都小于1。表明本研究ESV對生態服務功能價值指數是缺乏彈性的，研究結果可信。