探討礦區土地利用變化對生態系統服務價值的影響

余玲兒

（山東農業大學資源與環境學院，山東泰安 271018）

0 引言

土地利用或土地覆被是人類追尋發展的重要方式，但同時活動的開展將導致景區的景觀格局發生變化，缺乏可行的管控措施時，生態系統結構趨于異常，生態系統可提供的功能遭到制約。因此，深入探討土地利用變化和生態系統服務價值變化極具必要性，從中摸索出規律，為生態環境恢復與重建提供參考，依托科學的方法推動生態環境和社會經濟的協同發展。在對生態系統服務價值進行評估時，需著重從土地利用與覆蓋變化的角度著手。

1 項目概況

某礦區東經113°15′13″，北緯39°04′55″?，F場夏季濕潤多雨，冬季寒冷干燥，屬暖溫帶半干旱季風氣候，最低氣溫32.5℃，最高氣溫35.5℃，多年平均氣溫6.9℃。降水集中在7～9月份，平均年降水量為565.8 mm；年日照2700～2800 h，無霜期120天，年蒸發量為1600～1700 mm。礦區面積2.68 km2，現場地形切割強烈，地勢高低不平，以中性粗骨土和石灰性褐土兩類土壤為主。

2 研究的技術路線

生態系統服務價值的研究持續深入，相繼產生一系列成果。本研究以Costanza的估算模型為參考，綜合考慮生態系統服務價值評估體系、社會經濟數據、礦區土地利用數據，確定土地利用類型的生態系統服務價值系數，產生多元一次函數關系式，用于反饋區域生態系統服務價值。針對空間數據和屬性數據，聯合采用遙感影像、ArcGIS軟件進行處理，構建生態系統服務價值評價數據庫，更具直觀性地評估生態系統服務價值變化，明確在生態系統價值中復墾規劃在其中發揮出的作用。

3 生態系統服務功能分析

3.1 太陽能和水源

固定太陽能。植物光合作用可固定太陽能，經由綠色植物進入食物鏈，提供生命維持物質，對生態系統的發展有重要作用。涵養水源。土壤對雨水有強烈的滲透作用，而植物根系深入土壤中，可用于調節徑流，尤其是在集水區內其優勢更為明顯。對比分析有無植被的裸地可以發現，有植被的地段徑流更加均勻與緩慢，水源的涵養狀態良好。

3.2 土壤與氣候

保護土壤。地段的植被發育狀態較佳時，地表覆蓋一定量的植被，雨水對土壤的沖擊作用相對有限，可減輕土壤遭侵蝕的問題，對維持土壤性質的穩定性有重要作用。調節氣候。一套完善的生態系統具備調節氣候的能力，例如，協調溫度、降水、氣流，主動規避極端氣候的產生，以免對人類的生存與發展造成不利影響。

3.3 污染物與營養元素

凈化污染物。部分生物可吸收和分解污染物，減輕對生態環境的污染，同時還有部分生物對污染物具有敏感性，可根據此類生物的特征進行環境污染程度的評估。貯存營養元素。營養元素經由大氣、土壤等條件進入生物體內，提供營養供給，促進營養元素的循環。而在營養元素循環的方式下，生物和非生物環境間存在密切的元素交換活動，其對于維持生態的穩定性有重要作用。

3.4 維護地球生態系統的穩定性

縱觀地球發展進程，地球早期的環境并不適宜人類的生存。在地球出現大量生物后，生存環境得以優化，生物和大氣地理環境建立起聯系，彼此間相互作用，逐步改善地球生態系統，并使此系統達到相對穩定的狀態。生態系統提供自然環境的娛樂、社會文化科學等的價值，也升華了人類活動的內涵。

4 土地利用變化分析方法的應用

4.1 評價所需的數據及具體方法

首先，確定土地利用類型，包含耕地、林地、草地、水域等。其中水域面積包含水庫、湖泊、河流、坑塘水面的面積總和，其他土地利用類型也有一定的細分項目。其次，選擇合適的評價方法，考慮到便捷性、有效性的要求，綜合應用生態系統服務價值評價、敏感性分析、土地利用變化動態度模型。從多角度著手做對比分析，結合礦區土地利用的特點評價其與生態系統的聯系，從中摸索出可作為生態保護的參考依據。

4.2 單一土地利用動態度模型

某區域特定時間段某土地利用類型的數量變化，可用單一土地利用類型動態度（K）表示。為量化分析，需建立單一土地利用動態度模型，具體如下：

式中，Ua和Ub分別為研究初期和末期某種土地利用類型的數量；T為研究時段長。

4.3 生態系統服務價值評價方法

生態系統服務價值用服務價值（ESV）計算公式估算，具體如下：

式中，Ak為研究區第k種土地利用類型的面積；VCk為生態系統價值系數。

4.4 敏感性分析法

ESV隨時間變化對生態系統價值系數（VC）變化的依賴程度用敏感性指數（CS）予以評價。分如下兩種情況考慮：若CS＜1，表明ESV對VC缺乏彈性，因變量將由于1%的自變量變動而產生小于1%的變動；若CS＞1，表明CV富有彈性，因變量由于1%的自變量變動而產生超過1%的變動。根據規律，隨著比值的增加，VC的準確性有所提升。在評價ESV對VC的敏感程度時，可以考慮下調1%的VC和上調1%的VC兩種方法，經計算后根據結果予以評價。CS的計算公式如下：

式中，ESV的含義前文已經提出，VC為生態價值系數；i和j分別為初始總價值和生態價值系數調整后的總價值；k為各土地利用類型。

5 結果與分析

5.1 土地利用狀況的分析

5.1.1 土地利用方式轉變策略

項目區用地類型以草地和采礦用地居多，占比共計67.08%。排于后續的是裸地、林地、農村道路。此外，還存在村莊和耕地，但兩者的占比偏小。根據2013～2028年的復墾方案規劃，確定在此階段的土地利用方式轉變策略。

其它草地、采礦用地的面積分別減少31 hm2、12 hm2，裸地、其它林地的減少面積分別為0.3 hm2、3.5 hm2。人工牧草地、灌木林地、有林地的面積均增加，分別為36 hm2、6.8 hm2、4.8 hm2。按照規劃方案，將已損毀土地作為重點優化對象，遵循復墾適宜性的原則，經生態手段后恢復為人工牧草地和林地。通過此策略的落實增加項目區生態綠地的面積，達到預期效果。

5.1.2 各階段土地利用狀況

1）2013～2019年：以土地占用為主，結合現場條件逐步鋪開復墾工作，為滿足開采需求，增加27 hm2的采用用地面積。由于部分土地被占用，部分用地的面積適當減小，旱地、裸地、其它林地、其它草地的減少量分別為0.2 hm2、0.3 hm2、3.5 hm2、31 hm2。經過此階段的治理后，灌木林地、人工牧草地的面積分別增加0.2 hm2、7.7 hm2。

2）2019～2025年：著重采取復墾策略，在此進程中促進建設用地向生態用地的轉變。復墾為人工牧草地面積14.7 hm2，采礦用地面積減少20.4 hm2，有林地、灌木林地面積分別增加2.3 hm2、3.4 hm2。

3）2025～2028年：在整個流程化發展進程中，此時間段屬于復墾收官階段，在前述階段不懈努力的基礎上持續發力，原本損壞的土地得到有效的恢復，逐步向農用地的層次邁進。采礦用地面積減少19.4 hm2，恢復人工牧草地13.4 hm2、灌木林地3.2 hm2、有林地面積2.5 hm2、旱地面積0.2 hm2。此時，采礦所致的土地損毀問題顯著好轉，人工牧草地的比重增加，成為重要的恢復類型。在階段性的探索下，礦區植被覆蓋面積有效增加。

5.2 生態系統服務價值分析

以2010～2012年為例，結合此階段的數據探討礦區土地利用類型對生態系統服務價值的影響。礦區糧食作物播種面積為3.65萬hm2，年均產量為7.12萬t，在確定生態系統服務價值當量因子后，根據關系，將全國全年平均糧食單產市場價值的1/7作為1個生態服務價值當量因子的經濟價值量，并針對林地和草地的生態系統服務價值的系數進行修訂，明確礦區1個生態服務價值當量因子的經濟價值為807.4元。在此前提下，進一步考慮礦區單位面積生態服務價值，有助于對比分析生態系統服務價值單位面積在礦區復墾前、后的具體表現，更具直觀性地評估生態系統服務價值，判斷復墾方案的實施效果。

經過對復墾方案實施期間礦區生態系統服務價值的對比分析，明確具體變化特性。生態系統服務價值在2013～2028年的變化具有波動性，總體呈現先降低后增加的趨勢。針對該變化規律做具體的分析，2013年由于礦區開采活動的持續開展，部分土地受損，礦區的生態環境總體狀態欠佳，礦區生態系統服務價值總量偏低，此后實施復墾策略，經過不懈的努力后，以往粗放化的發展模式得以扭轉，呈現出高生態服務價值土地利用類型的面積逐步增加的變化。

對于礦區生態系統服務價值，對比分析2013年、2018年可知，各自分別為110.7萬元、131.1萬元，有大幅度的提升。2013年、2028年的農田生態分系統服務價值，則由2.3%減至1.9%。生態系統服務價值增加的土地利用類型為林地，由原本的57.5%增至58.7%，增量為13.2萬元。對于此方面價值增加的原因，可從兩個方面進行解讀。一是林地在當地具有最突出的生態系統服務功能。二是林地面積增加，其創造的價值優勢更為突出?；哪鷳B系統服務價值減少0.3 hm2，對應的是減少0.01萬元，此現象的出現與荒漠生態面積減少有關。2013年，草地生態系統服務價值占比為39.6%，隨著方案的逐步實施，該指標有先降低后增加的變化，到達2028年時，服務價值占比達到38.9%。農田生態系統服務價值占比增加，此現象的出現與復墾方案實施效果的顯現有密切關聯，可補充其他高生態價值地類。

6 結論

本次研究中，著重探討的是土地利用類型在土地復墾方案實施后的具體變化特征。在2013～2028年整個時間段內，礦物土地類型由于復墾方案的實施而得到改善，呈現出由損毀土地向宜耕宜農土地的逐步蛻變，由于采礦而損毀的其他草地和采礦用地恢復為人工牧草地，土地服務價值得以提升。初期，由于各種地類的損毀而引起的土地利用類型在實施復墾方案后發生轉變，逐步向生態系統恢復階段邁進，具體表現為蛻變至旱地、林地、草地等，即復墾方案實施后土地的生態系統服務價值更高。而從此變化來看，也正好契合于國家對礦業用地恢復治理的理念，表明復墾方案在提高土地利用水平方面有著不可比擬的優勢。同時，生態系統服務功能也將由于復墾方案的實施而得以良好發展。

實施礦區復墾方案后，礦區生態系統服務價值得到顯著的提升，對比分析2013年、2028年的生態系統服務價值數據可知，由原本2013年的110.73萬元增至2028年的131.1萬元，年均增加1.4萬元，此階段的增幅達14.8%。不同土地類型對礦物生態系統服務價值的影響不盡相同，其中以林地最為突出，面積增加8.1 hm2，草地生態系統服務價值增加7.2萬元。對比分析可知，其對礦物生態系統服務價值的貢獻比減少0.66百分點，草地生態系統服務價值增加7.2萬元。礦物生態系統服務價值得以充分提升的關鍵在于復墾策略的實施，其帶來建設用地和受損壞荒漠生態恢復的效果，在聯合采用技術、工程措施后，原本未利用地轉變為農用地，部分單位面積生態系統服務價值低的建設用地得到改良，價值優勢得到充分彰顯。

在生態系統服務功能和價值評價活動中，基于時空動態監測評估屬于重要方式，對推動區域生態系統服務價值評估工作的開展有重要意義。應用流程清晰，結果具有重要的參考價值，同時，可根據評估結果評價礦區土地復墾方案的可行性，進而作為方案優化的參考。根據評估結果揭示的不足進行細節調整，提升土地復墾方案的可行性。經過深入優化后，得到操作性良好且應用效果突出的復墾方案，分階段逐步落實到位，發揮出復墾方案創造的價值優勢。