?基于土地利用變化的湖南省生態系統服務價值演變研究

摘要：對2000—2020年湖南省進行劃區域探討，分析不同區域土地利用變化特征，并探析湖南省及其不同區域生態系統服務價值的時空變化特征。研究發現，2000—2020年湖南省土地利用類型以林地和耕地為主，耕地和建設用地面積增加，林地、灌木、草地和水域面積減少，裸地面積相對穩定。2000—2020年湖南省生態系統服務價值總體呈減少趨勢，減少265.47億元，原因主要在于林地和水域面積的減少；環洞庭湖區、長株潭城市群區和湘中南區生態系統服務價值減少，大湘西區生態系統服務價值增加。2000—2020年湖南省生態系統服務價值等級的空間分布格局較為穩定，總體呈現中間低、四周高的特征；生態系統服務價值的分布具有非常顯著的空間正相關性，呈高—高集聚和低—低集聚狀態，但空間集聚性有減弱趨勢；生態系統服務價值的集聚分布格局變化明顯。在此基礎上提出相關建議，以期為湖南省進一步優化土地資源配置和加強生態文明建設提供一定參考。

關鍵詞：土地利用變化；生態系統服務價值；時空演變；湖南省

中圖分類號：X171.1；F301.24 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2025）02-0047-07

Study on the Evolution of Ecosystem Services Value Based on Land Use Change

in Hunan Province

LI Liang，LI Yang

（School of Economics， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC）

Abstract：This study analyzed characteristics of land use change and spatio-temporal changes of ecosystem services value in Hunan Province and its different regions from 2000 to 2020. It found that land use types of Hunan Province from 2000 to 2020 were mainly forest land and cultivated land， and the area of cultivated land and construction land increased， the area of woodland， shrub， grassland and water decreased， and the area of bare land was relatively stable. From 2000 to 2020， ecosystem services value in Hunan Province showed a decrease of 26.547 billion yuan， mainly due to the decrease of the forest land and water area. The ecosystem services value decreased in the area around Dongting Lake， Chang-Zhu-Tan urban agglomeration， and central and southern Hunan， but increased in western Hunan. From 2000 to 2020， the spatial distribution pattern of ecosystem services value level in Hunan Province was relatively stable， showing the characteristics of low in the middle and high in the periphery. The distribution of ecosystem services value had a very significant spatial positive correlation， showing high-high agglomeration and low-low agglomeration， but the spatial agglomeration had a weakening trend. The agglomeration distribution pattern of ecosystem services value changed obviously. Hence， some suggestions were put forward to provide some reference for further optimizing land resource allocation and strengthening ecological civilization construction in Hunan Province.

Key words： land use change; ecosystem services value; temporal and spatial evolution; Hunan Province

生態系統服務（Ecosystem Services，ES）指自然生態系統及其組成物種形成并維持人類生活的條件和過程，是生態系統直接或間接為人類提供的利益[1]。生態系統服務作為人類社會與自然生態系統聯結的橋梁，不僅是增進人類多層次福祉的前提和保證[2]，也是維護全球生態安全的基礎和生命的支撐。土地是生態系統的空間載體，人類對土地的開發利用改變了地表土地利用結構，深刻影響著生態系統的結構布局和生態功能[3]。土地利用面積和空間分布是影響生態系統服務結構、功能和價值的重要因素[4]。長期以來，城市化水平的提高、人口數量的增加以及其他社會經濟活動導致土地利用類型發生顯著變化，這對生態環境造成巨大壓力，人地矛盾日趨明顯。因此，研究區域各類土地利用變化下的生態系統服務價值（Ecosystem Services Value，ESV），有助于為優化土地利用空間格局、促進經濟與環境的協調發展、科學合理地制定經濟發展和生態保護的政策提供科學依據[5]。

在該研究領域，自Daily[1]提出生態系統服務價值概念以來，中外學者圍繞其展開了系列研究。Costanza[6]等構建了ESV的評價體系和方法，并將其運用于全球范圍內的ESV估算。在國內，歐陽志云[7]等學者運用影子價格、替代工程或損益分析等方法對我國陸地ESV進行了探討。謝高地[8-9]等通過對我國生態學專家進行問卷調查并進行多輪修正，提出了適用于我國ESV評價的當量因子表，為后續ESV的量化研究提供了可靠參考[10-11]。該方法被廣泛運用于省域[12]、城市群[13]、流域[14]等不同尺度區域的ESV評估，推動國內相關研究邁入新階段[15-16]。

如部分學者運用當量因子法探討了湖南省土地利用變化下的ESV演變情況[17-18]，并測度了森林、濕地等不同土地利用類型的ESV[19-20]。

湖南省位于長江中游地區，是連接東部沿海省份與西部內陸省份的橋梁地帶[21]，其作為保護長江中下游生態安全的重要屏障，在促進生態與社會經濟協調發展方面發揮著重要的支撐作用[22]。然而，前人研究更傾向于將湖南省作為一個整體展開探討，而相對忽略其內部在自然地理條件和經濟發展狀況方面存在的較大區域差異，加之研究期限較短，故難以深刻且全面地反映湖南省ESV的時空演變態勢。鑒于此，該研究對2000—2020年湖南省進行劃區域探討，分析不同區域土地利用變化特征，并探析此期間湖南省及其不同區域ESV的時空變化特征，以期為湖南省進一步優化土地資源配置和加強生態文明建設提供一定參考。

1 研究區域概況

湖南省屬亞熱帶季風濕潤氣候，四季分明，熱量充足，雨水集中，總面積為21.18萬km2。該省地貌類型多樣，以山地與丘陵為主，東、西、南三面環山，東面為幕阜山脈和羅霄山脈，西面為武陵山脈和雪峰山脈，南部為南嶺山脈，僅北部為平坦的洞庭湖平原。省內河網密布，水系發達，湘、資、沅、澧“四水”順地勢由南向北匯入我國第二大淡水湖——洞庭湖。湖南省生物資源豐富多樣，是全國乃至世界珍貴的生物基因庫之一。湖南省下轄13個地級市、1個自治州，故該研究在對湖南省進行分區域探討時將位于洞庭湖平原地區的岳陽市、常德市和益陽市劃為環洞庭湖區（I區），將位于該省東部的長沙市、株洲市和湘潭市劃為長株潭城市群區（Ⅱ區），將位于低山丘陵地區的衡陽市、婁底市、邵陽市、永州市和郴州市劃為湘中南區（Ⅲ區），將雪峰山或武陵山所在的張家界市、湘西土家族苗族自治州和懷化市劃為大湘西區（Ⅳ區）。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

該研究使用的研究區域土地利用數據來源于2000—2020年中國土地覆蓋數據集（China Land Cover Dataset，CLCD），空間分辨率為30 m×30 m，研究區域土地利用類型被分為耕地、林地、灌木、草地、水域、建設用地和裸地7種[23]。該研究以水稻、玉米和大豆為研究區域的主要糧食作物進行分析，所需的播種面積、單位面積產量和銷售價格等數據來源于2001—2021年的《湖南統計年鑒》《中國農村統計年鑒》。該研究取2000—2020年的平均值，以消除不同年份研究區域糧食產量和價格波動對單位面積ESV當量的影響[24-25]。該研究以從天地圖湖南省地理信息公共服務平臺下載的審圖號為湘S（2022）034號的湖南省地圖行政區劃版為基礎底圖。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態度分析 該研究通過土地利用動態度對土地利用變化頻率和劇烈程度進行定量分析，具體如公式（1）所示[26]。

2.2.2 生態系統服務價值計算 參考已有文獻[27]，結合湖南省實際情況，該研究修正ESV系數，以測量土地生態系統服務總價值。該研究確定1個標準生態系統服務價值當量因子的經濟價值為當年全國平均糧食單產市場價值的1/7[8]。該研究按照以下原則確定各土地利用類型ESV當量：由于湖南省耕地以水田為主，故耕地ESV當量用水田ESV當量來表示；灌木和裸地ESV當量分別對應各自的ESV當量；林地ESV當量為針葉林、針闊葉混交林和闊葉林3種ESV當量的均值[28]；草原、灌草叢和草甸3種ESV當量的均值表示草地ESV系數；水域ESV當量為水系和濕地ESV當量的均值；建設用地的ESV不予考慮[16]。相關計算如公式（2）～（3）所示[29]。

2.2.3 生態貢獻率測度 為進一步識別區域ESV變化的主要影響因素，該研究通過計算不同土地利用類型的ESV變化量占生態系統服務總價值變化量的百分比來測算生態貢獻率，相關計算如公式（4）所示[30]。

2.2.4 空間自相關分析 該研究通過計算全局Moran's I指數和局部Moran's Ii指數來揭示湖南省ESV空間相關性以及在不同空間位置上的關聯模式[31]。

全局Moran's I指數取值范圍為[–1，1]，值＞0表示各單元間存在空間正相關性，值越接近于1表示空間集聚性越強；值＜0表示各單元間存在空間負相關性，值越接近于–1表示空間差異性越大；值=0表示不存在空間自相關性，空間單元隨機分布。局部Moran's Ii指數＞0，表示空間單元的ESV值呈高—高或低—低集聚；局部Moran's Ii指數＜0，表示空間單元的ESV值呈高—低或低—高集聚。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化情況

如圖1所示，2000—2020年湖南省環洞庭湖區、長株潭城市群區、湘中南區和大湘西區的土地利用類型以耕地和林地為主。4個區域耕地面積平均占比分別為47.34%、37.16%、34.69%和17.84%，林地面積平均占比分別為44.29%、58.04%、62.25%和80.60%，2種土地利用類型面積占比合計達90%以上。耕地主要分布在環洞庭湖區和湘中南區，林地則主要分布在湘中南區和大湘西區。2000—2020年，環洞庭湖區耕地和建設用地面積增加，其余用地類型面積呈減少的趨勢。其中，建設用地面積變動幅度最大，增加了5.4萬hm2，動態度為18.48%；耕地面積變化量最大，增加了8.18萬hm2，動態度為0.78%；林地面積的減少量最顯著但變動幅度最小，減少了7.49萬hm2，動態度為–0.73%。長株潭城市群區耕地、草地、裸地和建設用地面積增加，林地、灌木和水域面積減少。耕地和建設用地面積快速擴張，分別增加了11.26萬和7.9萬hm2；林地面積縮減最多，縮減了18.95萬hm2；變動幅度最大的為建設用地面積，動態度高達30.87%，其次是裸地面積，動態度為23.43%。湘中南區耕地和建設用地面積大幅增加，增加量分別為19.37萬和8.73萬hm2，動態度分別為1.38%和14.91%；裸地面積變化量最小，僅增加17.82 hm2，但變動幅度最大，動態度高達72%。其余各類用地面積呈減少態勢，林地以27.12萬hm2的面積減少量排首位。大湘西區耕地、灌木和草地面積呈減少趨勢，動態度分別為–1.58%、–18.69%和–5.02%；林地、水域和建設用地面積呈增加態勢，動態度分別為0.28%、2.41%和22.61%，裸地面積則由0 hm2增加至13.77 hm2。耕地面積減少量最多，減少7.5萬hm2，降幅為7.9%；林地面積增加量最大，增加了5.93萬hm2，增幅為1.4%。總體來看，湖南省土地利用類型以林地和耕地為主。研究期內湖南省土地利用變化總體表現為耕地和建設用地面積增加，林地、灌木、草地和水域面積減少，裸地面積相對穩定。

3.2 生態系統服務價值的時序變化特征

3.2.1 生態系統服務價值時序變化 如表2所示，2000、2020年環洞庭湖區ESV總量分別為1 474.19億和1 353.52億元，20 a間該區域ESV總量減少了120.67億元。研究期內，環洞庭湖區耕地ESV增加，增量為5.82億元，其余用地ESV均呈減少趨勢。其中，水域ESV減少最顯著，減少了97.23億元；其次是林地ESV，減少量為29.02億元。2000、2020年長株潭城市群區ESV總量分別為818.50億和749.56億元，20 a間該區域ESV總體減少68.94億元。耕地、草地和裸地ESV增加，共增加8.04億元；林地、灌木和水域ESV減少，林地ESV減少量最為顯著，為73.42億元，其次是水域ESV減少量，為3.53億元。湘中南區總ESV呈減少的趨勢，由2000年的

2 503.53億元減少至2020年的2 405.57億元，減少了97.96億元。耕地ESV增加量最為顯著，為13.78億元，裸地ESV增量較小，僅為0.65萬元；其余4類用地ESV呈減少趨勢，林地ESV減少量最大，達105.10億元，水域ESV減少量為4.85億元，排第2位，接下來是灌木和草地ESV減少量，共為1.79億元。大湘西區是4個區域中唯一實現ESV總量增加的區域，其ESV由2000年的1 777.46億元增加至2020年的1 799.55億元，增量為22.09億元。林地和水域ESV增量較大，分別為22.98億和8.03億元，裸地ESV增量較小，僅為0.50萬元；耕地、灌木和草地ESV分別減少5.34億、3.52億和0.05億元。綜合來看，2000、2020年湖南省ESV總量分別為6 573.68億和6 308.21億元，20 a間湖南省ESV總體呈減少的趨勢，減少了265.47億元。研究期內，4個區域的ESV按從大到小的順序排列依次為湘中南區、大湘西區、環洞庭湖區、長株潭城市群區，平均占比分別為38.00%、27.78%、22.07%和12.15%。

3.2.2 各土地利用類型對生態系統服務價值變化的生態貢獻率 如表3所示，林地是對2000—2020年湖南省總體ESV變化貢獻率最高的土地利用類型，其生態貢獻率為59.53%，其次是水域，其生態貢獻率為31.48%；林地和水域2種土地利用類型對區域ESV變化的貢獻率合計達到91.01%。接下來依次是耕地、灌木、草地，其生態貢獻率分別為7.18%、1.63%、0.18%，而裸地的生態貢獻率接近于0。分階段來看，2000—2010年林地對湖南省ESV變化的生態貢獻率超過50%，為65.54%，說明在此期間湖南省ESV的變化主因是林地面積的變動。2010—2020年水域取代林地成為主要影響湖南省ESV變化的因素，其生態貢獻率超過70%。因此，林地和水域的面積變化是20 a間湖南省ESV增減變化的關鍵影響因素。

3.3 生態系統服務價值的空間分異特征

3.3.1 湖南省生態系統服務價值總體分布格局 該研究利用ArcGIS軟件，以3 km×3 km網格為基本單元，繪制2000、2010和2020年3個年份湖南省ESV空間分布格局圖，并利用自然間斷點分級法將ESV劃分為5級：低值（0～0.145億元）、較低值（0.146億～0.234億元）、中等值（0.235億～0.308億元）、較高值（0.309億～0.671億元）、高值（0.672億～

1.460億元）。如圖2所示，總體而言，2000—2020年湖南省ESV等級的空間分布格局較為穩定，總體呈現中間低、四周高的分布特征，這與土地利用類型密切相關。ESV低值區和較低值區分布較為集中，兩者相互交融，主要分布在環洞庭湖區的平原地區、長株潭城市群區以及湘中南區、大湘西區的市轄區、縣城、鎮等地區。這些地區由于地形較為平坦，耕地和建設用地面積占比較大，故ESV較低。此外，隨著城鎮化的推進，建設用地的分布面積不斷擴大，與城鎮擴張的趨勢基本一致。ESV中等值區分布零散，鑲嵌在其他值區中。ESV較高值區分布較為均勻，呈現包圍低值區和較低值區的態勢，主要分布在湘中南區，大湘西區的東部、南部以及長株潭城市群區的東部，這是因為這些地區是南嶺、武陵山、雪峰山、幕阜山、羅霄山等所在區域，林地面積占比較高。高值區主要集中在環洞庭湖區，洞庭湖水域面積廣，水域生態系統服務功能強，從而使得ESV高。

3.3.2 全局空間自相關變化趨勢 為探究2000—2020年湖南省土地ESV空間相關性的變化趨勢，該研究利用ArcGIS軟件對研究區域2000、2010和2020年ESV進行全局空間自相關性測算，得到3個年份湖南省ESV的全局Moran's I指數。如表4所示，3個年份湖南省ESV的全局Moran's I指數值均為正值，且P值均小于0.001，說明2000、2010和2020年湖南省ESV的分布具有非常顯著的空間正相關性，即ESV的空間分布呈高—高集聚和低—低集聚狀態。從全局Moran's I指數值的變化情況來看，2000、2010和2020年湖南省全局Moran's I指數分別為0.593、0.562和0.560，呈下降趨勢，說明2000—2020年湖南省ESV的空間集聚性呈減弱趨勢。

3.3.3 局部空間自相關變化特征 該研究運用GeoDa 1.16軟件對2000、2010和2020年湖南省ESV進行局部空間自相關性測算，繪出LISA集聚圖，以進一步揭示湖南省內部土地ESV的空間自相關變化特征。如圖3所示，2000—2020年一直為高—高集聚區的有環洞庭湖區的洞庭湖水域、平江縣、云溪區、石門縣、安化縣、桃源縣南部，長株潭城市群區的炎陵縣、淥口區，湘中南區的綏寧縣、新寧縣、城步苗族自治縣、永興縣、資興市、桂東縣、汝城縣、雙牌縣、江華瑤族自治縣、藍山縣以及大湘西區的慈利縣、桑植縣、永順縣、古丈縣、吉首市、沅陵縣、中方縣、會同縣、洪江市、靖州苗族侗族自治縣、通道侗族自治縣，這些地區擁有相對廣袤的林地和水域，故ESV較高。低—低集聚區廣泛分布在環洞庭湖區的益陽市，長株潭城市群區的長沙市、株洲市、湘潭市以及湘中南區的婁底市、衡陽市、邵陽市等市的轄區，這些區域地形比較平坦，城鎮化水平較高，建設用地、耕地面積較大，故ESV逐年下降。2000—2020年湖南省ESV集聚分布格局變化明顯。從集聚性不顯著區轉變為高—高集聚區的區域包括環洞庭湖區的漢壽縣，湘中南區的北湖區、南岳區以及大湘西區的永定區。湘中南區的隆回縣、洞口縣以及大湘西區的龍山縣、保靖縣、溆浦縣、辰溪縣、新晃侗族自治縣、麻陽苗族自治縣的低—低集聚柵格數量減少，或高—高集聚柵格數量增加，說明這些區域及其周邊生態環境得到較為明顯的改善。低—低集聚區新增了環洞庭湖區的沅江市、長株潭城市群區的蘆淞區以及湘中南區的冷水江市。

4 結論與建議

4.1 結論

從土地利用變化來看，2000—2020年湖南省土地利用類型以林地和耕地為主，總體變化趨勢為耕地和建設用地面積增加，林地、灌木、草地和水域面積減少，裸地面積相對穩定。從生態系統服務價值的時序變化來看，2000和2020年湖南省ESV總量分別為6 573.68億和6 308.21億元，20 a間湖南省ESV總體呈減少趨勢，減少量為265.47億元；環洞庭湖區、長株潭城市群區和湘中南區ESV減少，大湘西區ESV增加，研究期內4個區域的ESV按從大到小的順序排列依次為湘中南區、大湘西區、環洞庭湖區、長株潭城市群區。林地對生態系統服務價值變化的生態貢獻率最大，達到59.53%，其次是水域，其生態貢獻率為31.48%，林地和水域是20 a間湖南省ESV變化的主要貢獻因子，ESV減少的原因主要在于林地和水域面積的減少。從生態系統服務價值的空間變化來看，2000—2020年湖南省ESV等級的空間分布格局較為穩定，總體呈現中間低、四周高的分布特征，這與土地利用類型密切相關；ESV低值區和較低值區主要分布在環洞庭湖區的平原地區、長株潭城市群區以及湘中南區、大湘西區的市轄區、縣城、鎮等地區，中等值區分布零散，鑲嵌在其他值區中，較高值區主要分布在林地面積占比較高的區域，高值區主要集中在環洞庭湖區，洞庭湖水域面積廣使得ESV高。2000、2010、2020年湖南省ESV的全局Moran's I指數均為正值，且呈下降趨勢，說明湖南省ESV的分布具有非常顯著的空間正相關性，呈高—高集聚和低—低集聚狀態，但空間集聚性有減弱趨勢；2000—2020年湖南省ESV集聚分布格局變化明顯。

4.2 建議

2000—2020年湖南省生態系統服務價值總量呈減少的趨勢，因此，湖南省在區域土地利用和開發過程中要進一步處理好經濟發展和生態保護的關系，避免盲目開發林地和水域等生態用地，努力構建生態良好的土地利用格局。具體而言，一是要轉變土地利用方式，提高土地利用效率。湖南省要以節約集約利用土地為核心，創新土地利用模式，切實轉變土地利用方式，推動土地利用方式由粗放低效向集約高效轉變，保證生態用地，促進人與自然和諧發展。二是要加強林地和水域保護，提高生態系統服務價值。林地和水域的生態系統服務價值高，但2000—2020年湖南省林地和水域面積減少較多，故湖南省在后續的發展中要加強重要林地、河流和濕地等生態用地保護，加強自然保護區和生態功能區的建設，實行分區域生態管控和生態修復，保護重要林地和水域生態系統的原真性和完整性，并積極培育人工林地。三是要完善生態補償制度，推動區域協同。湖南省要進一步加大對生態保護的財政投入，對重點生態功能區進行財政傾斜，提高林地和水域生態補償標準，健全生態保護紅線區生態補償機制，深化橫向補償機制，推動區域協同。

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（責任編輯：袁萍萍）