河南省土地利用變化及生態系統服務價值研究

高雪梅

（長安大學土地工程學院，陜西 西安 710054）

0 引言

土地資源是人類維系生產生活的基本物質資料，土地利用變化不僅影響經濟社會的發展，也在不同尺度上影響生態系統的功能和價值。生態系統服務價值是指陸地生態系統為人類提供的自然條件及效益，是衡量區域生態系統功能的依據［1］，土地利用變化是導致其變化的重要因素之一。研究土地利用變化及其生態系統服務價值，可以了解區域土地覆被變化趨勢以及對生態環境的影響，對區域土地的規劃利用和城市健康發展也具有深刻的指導意義。隨著城鎮化、工業化以及農業現代化的推進，河南省經濟蓬勃發展，綜合實力顯著提升，同時快速發展帶來的人地矛盾和生態環境問題也日益凸顯。探討河南省土地利用變化的生態環境效應評價，對土地利用結構合理調整和區域可持續發展具有重要的現實意義，也可為今后的土地政策和相關規劃的制定提供科學依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

河南省位于華北平原南部的黃河中下游地區，其地理位置為北緯31°23′N—36°22′N，110°21′E—116°39′E，東接安徽、山東，北接河北、山西，西連陜西，南臨湖北，總面積16.7萬km2。河南省地勢西高東低，北、西、南三面有太行山、伏牛山、桐柏山、大別山分布；中東部為黃淮海沖積平原；西南部為南陽盆地。河南省地處暖溫帶和亞熱帶過渡區，四季分明、雨熱同期。河南省下轄17 個地級市，1 個省直轄縣級市、21 個縣級市、83 個縣、53 個市轄區。截至2021年末，河南省常住人口為9 883萬人。

1.2 數據來源

本研究使用的河南省2000 年、2010 年和2020年的土地利用數據來源于中國科學院資源環境數據中心（http：//www.resdc.cn/）獲取的河南省土地利用煙感檢測數據，根據中國科學院LUCC 分類標準進行重分類，最終分為6 類，即耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地。研究區統計數據來源于《河南省統計年鑒》《中國農產品價格調查年鑒》。

2 研究方法

2.1 土地利用動態度分析

單一土地利用動態度反映的是某種土地利用類型在某時間段內數量的變化情況［2］，它可以反映某地類在一定時期內的變化速度和幅度［3］。通過土地利用動態度指數可以觀測不同地類土地利用變化的幅度，從而發現變動較為明顯的土地利用類型。其表達式如式（1）。

式中：K為某種地類單一土地利用動態度；Ub為研究期末某地類的面積；Ua為研究期初某地類的面積；T為研究時段。

2.2 生態系統服務價值評價方法

繼Robert等［4］對全球ESV進行評估和貨幣化表達后，我國學者謝高地等［5］根據中國土地利用狀況和生態系統服務的相關資料得到中國的生態系統服務價值當量。生態系統服務價值當量因子是指生態系統產生生態系統服務價值大小的潛力，表示每年1 hm2全國平均產量的農田所生產糧食的市場價值［6］。參考謝高地等的研究并利用河南省單位面積農田糧食生產的經濟價值量［6］和區域修正系數（1.39）對生態服務價值當量進行修正，排除建設用地對生態系統的影響，并參考相關文獻［7-9］，最終得到河南省生態系統服務單位價值表。

生態系統服務價值計算公式如式（2）。

式中：ESV為研究區生態系統服務總價值，元；VCi為第i類土地利用類型單位面積的生態功能總服務價值系數，元/hm2；Ai為第i種土地利用類型的分布面積，hm2；n為土地利用類型數。

2.3 生態服務價值敏感性指數

生態價值敏感性指數用于說明在某個時間段內生態系統服務價值對于生態系統服務價值系數的依賴程度，指VC變化1%時對ESV造成的影響［10］。本研究把各種土地利用類型VC上調50%，來研究陸地生態系統ESV的變化。生態服務價值敏感性指數（CS）計算如式（3）。

式中：CS為生態服務價值敏感性指數；ESV為研究區總生態系統服務價值；VC為生態價值系數；i為最初價值系數；j為調整后的價值系數；k為某種土地利用類型。當CS＞1 時，表明某地類的生態系統服務價值對其生態價值系數來說是富有彈性的；當CS＜1 時，表明某地類的生態系統服務價值對其生態價值系數來說是相對缺乏彈性的［11］。

3 研究結果

3.1 土地利用變化分析

根據表1 可知，河南省主要的土地利用類型是耕地，占比高達60%以上，主要分布在河南省的東部和中部平原地區；其次是林地、建設用地，林地主要分布在河南省的西部和南部，建設用地面積大幅增加，在平原區分布廣泛；草地、水域和未利用地面積占比較小。整體來看，2000—2020 年，河南省未利用地、建設用地、水域和耕地等面積變化明顯，主要與城市和經濟發展、農業用地結構和不合理的開發利用有關。從動態度方面來看，20 年間未利用地的動態變化最為明顯，其動態度為-3.83%，說明未利用地面積減少的幅度最大。草地和耕地年均單一土地利用動態度均為負值，其土地利用面積也一直不斷減少。建設用地年均動態度最大為1.47%，建設用地面積快速增加，20 年間共增加了4 992.08 km2；其次是水域，水域面積增加較為顯著；林地面積變化較小，其動態度也很小。分析原因主要是城市化建設和經濟的快速發展占用了大量的耕地、未利用地和草地，同時由于氣候變化和生態環境建設，水域和林地面積都有所增加。

表1 2000—2020年河南省土地利用變化情況

3.2 生態系統服務價值分析

通過計算可得到河南省生態系統服務價值變化，如表2 所示。從整體上來看，河南省2000—2020年的生態服務價值呈現先增后減的變化趨勢，在2010年達到最高值為307.143億元，在2020年降為303.332億元。耕地和林地對生態系統服務價值的貢獻比較大，兩者對河南省生態系統服務價值的貢獻率加起來高達80%以上。主要是因為這兩種土地利用類型總面積占比較大，同時林地的VC值相對較大。水域的ESV近年來緩慢增長，草地和未利用地ESV相對較小，其中未利用地的生態系統服務價值20年來均未超過1億元。2000—2020年，河南省ESV變化量最大的水域和耕地，水域增加了4.46億元，耕地減少了4.71億元；ESV變化率最高的是水域和未利用地，其次是耕地和草地，林地變化率相對較小，主要是因為未利用地和水域基數小，耕地和草地面積明顯減少。

表2 2000—2020年河南省生態系統服務價值變化情況

河南省單項生態系統服務價值變化情況如圖1所示，由圖1可以看出，河南省單項生態系統服務價值最高的為土壤保持、水文調節與廢物處理，其次為生物多樣性保護、氣候調節、氣體調節和原材料，最后為食物生產和提供美學景觀。20年間土壤保持單項服務價值均超過45億元，其次貢獻較大的是水文調節，2020年達46.07億元；廢物處理的服務價值也在波動上升，由2000年的42.32億元增加到2020年的42.98億元。食物生產服務價值變化不大，一直穩定在19億元左右，提供美學景觀服務價值最小。根據研究可知，河南省總ESV變化幅度相對不大，20年間單項生態系統服務價值變化趨勢也相對平穩。研究區土壤保持、水文調節與廢物處理服務功能較強，但氣體調節、氣候調節和生物多樣性保護等功能有所減少，在經濟發展的同時要注重生態環境的保護。

圖1 2000—2020年河南省單項生態系統服務價值變化（億元）

3.3 敏感性指數分析

根據式（3）計算得到河南省各土地利用類型的生態價值敏感性指數。其中生態系統敏感性指數最大的是耕地和林地，其次是水域、草地和未利用地，耕地的敏感性指數平均值約為0.44，其意義為當耕地VC增加1%時，河南省總ESV會增加0.44%，生態系統服務價值的波動對耕地面積變化的敏感性程度最大。林地的敏感性指數一直在0.40左右，且變化幅度最為平穩。水域和草地的敏感性指數分布在0.05～0.11，未利用地的敏感性指數平均約為0.000 1，表明河南省生態系統服務總價值隨之變動的幅度相對較小。整體來看，河南省所有用地類型的CS均小于1，說明河南省生態服務價值系數缺乏彈性，生態系統服務價值對各地類生態系統服務價值系數的敏感性較小。

4 結語

①河南省的主要土地類型是耕地，其實是林地和建設用地。從面積變化上來看，建設用地面積增加最多，耕地面積減少最多；從動態度來看，未利用地變化最為明顯，其次是建設用地、水域、草地和耕地，林地土地利用類型動態度最小。表明河南省20年間經濟建設占用了大量其他土地，同時也比較注重林地的建設和保護。

②區域土地利用方式影響其生態系統服務總價值的大小。河南省耕地和林地的ESV最大，二者對河南省生態系統服務價值的貢獻巨大，很大程度上減少了建設用地的增加對生態系統服務價值的削減。單項生態系統服務價值中，土壤保持、水文調節和廢物處理等服務功能較強。

③河南省生態敏感性最高的地類為耕地，其平均值約為0.44，其次為林地和水域；未利用地的敏感性指數最低。河南省不同地類對應的生態敏感性指數均小于1，說明河南省生態系統服務價值對其生態系統服務價值系數的敏感性較小。在經濟建設發展的同時，應該注重耕地的保護和林地草地等的建設，提高其生態系統服務價值。