基于土地利用的新疆伊犁河谷生态系统服务价值评价

马 鹏， 李志忠， 靳建辉， 齐升吉， 吴美榕

(1.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007； 2.福建省亚热带资源与环境重点实验室，福建 福州 350007；3.新疆师范大学 地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054；4.运城学院师范分院，山西 运城 044000)

0 引 言

生态系统服务价值评估是现代生态学研究的热点之一.1995年,Costanza等[1]对全球主要土地利用类型的生态系统服务价值进行了评估.此后众多学者对世界各地各类生态系统服务价值开展了评估研究，其中既有针对全球或大区域尺度的评价研究，也有针对单个流域、单个生态系统、某个物种或生物多样性保护的评价研究.例如，我国研究者欧阳志云等[2]对陆地生态系统服务功能的评估;陈仲新等[3]对陆地植被生态系统效益进行的评价;赵同谦等[4-5]、谢高地等[6-7]对我国地表水、草地、森林等区域进行的评估等.他们的研究表明，区域土地利用变化导致了自然环境和生态过程变化.因此,生态系统服务价值与土地利用变化之间有着密切的联系.本文以新疆伊犁河谷土地利用变化为基础，讨论不同土地利用类型对农业生态系统服务价值的影响，探讨其空间格局与驱动机制.

1 研究区概况

1.1 研究区地理气候概况

伊犁河谷位于新疆维吾尔自治区西部的天山山脉中，地理位置80°09′～84°56′ E，42°14′～44°50′ N,北与博尔塔拉蒙古自治州接壤，东与塔城地区和巴音郭楞蒙古自治州毗邻，南与阿克苏地区衔接，西与哈萨克斯坦共和国交界，包括伊宁市、尼勒克县、新源县、巩留县、特克斯县、昭苏县、察布查尔县和霍城县等9个县市(见图1).研究区气候温和湿润，属于温带大陆性半湿润的荒漠气候，年均气温10.4 ℃，年均降水量417.6 mm，山区可达600 mm以上，这里是新疆气候最湿润的地区，素有“塞外江南”的美誉.

图1 伊犁河谷行政区划及地理位置

1.2 研究区土地生态系统概况

伊犁河谷东西延伸，东高西低，地形起伏较大.这里水源足，光照好，草原辽阔.在地形起伏、气候变化等自然条件和人类活动影响下，形成多种土地利用方式及相应的生态系统类型，见表1.

表1 伊犁河谷最近8 a的土地利用变化

在伊犁河谷土地利用类型中，草地约占土地面积总量的60%，其次是耕地和林地，3项合计占土地利用总面积的83．93%[8].近年来，伊犁河谷各县市土地利用类型发生较大的变化，草地、林地面积减少，而耕地、居民工矿用地增加[9].

2 研究方法

首先,对研究区土地利用变化速率进行定量分析.用公式表示，即

%.

式中：k为评价时段内某一土地利用类型变化率；Ua，Ub分别为评价时段初、末期某种土地利用类型或生态系统类型的面积；n为评价时段.伊犁河谷最近8 a各类土地利用变化情况如表1所示.

其次，本文参考谢高地等[6-7]方法，以表1为基础对伊犁河谷各类生态系统单位面积服务价值进行估算.其中，各生态系统当量因子替换操作如下：耕地对应农田，林地对应森林，牧草地对应草地，水域对应水体，未利用地对应荒漠；居民地和工矿用地不予计算.由于我国幅员辽阔，各地生态环境存在较大差异，不同尺度生态系统服务功能也有变化，因此,须对研究区单位面积生态服务价值进行修正.本文采用单位面积粮食产量对生态服务单价进行修正，即：W=AiE/Bi.其中：Ai为伊犁河谷平均粮食单产;Bi为全国平均粮食单产;E为我国生态服务单价.结果见表2.

第三，在表2基础上计算不同类型生态系统的服务价值变化，公式为ESV=∑Aij×Cj.式中:ESV为生态系统服务价值(元);Aij是i地区第j种生态系统面积(hm2);Cj是第j种生态系统单位面积服务单价[元/(hm2·a)].计算结果见表3.由此推算研究区不同生态系统服务价值贡献变化情况，即某种生态系统服务价值占研究区生态系统总服务价值比重的变化.

表2 2008年伊犁河谷陆地生态系统单位面积生态服务价值 元/(hm25a)

表3 伊犁河谷最近8 a生态系统服务价值变化

第四，对伊犁河谷各县市单位面积生态系统服务价值和人均生态系统服务价值进行评价.其中，单位面积生态系统服务价值是县市生态系统服务总价值与该县市土地总面积的比值，人均生态系统服务价值是县市生态服务价值总值除以该县市年末总人口数，两者均可以反映研究区各县市环境负载量的相对大小.

本文所引用的原始统计数据来源于《新疆统计年鉴》和《伊犁哈萨克自治州辉煌的十年——资源数据库》[10-11].

3 结果与分析

3.1 伊犁河谷土地利用变化速率分析

由表1可知，在2000-2008年期间，伊犁河谷土地利用类型发生明显变化.其中，耕地面积明显增加，年变化率达到3.4%，8 a期间共增加12.59 万hm2,变化率达16.98%；草地生态系统面积明显减少，8 a共减少12.64万hm2.因研究区草地初始面积较大，草地减少的年均变化率并不很大.这揭示了近年来研究区大量宜农荒草地被开垦为农业耕地的事实.其他面积减少的生态系统类型还有林地和未利用地，面积增加的有水域和城镇居民用地.水域增加主要是人为修建的河渠、水库面积增加所致，同时湖泊面积也有少量增加[9].虽然城镇居民用地增加总量不大，但由于其初始基数较小，因而其总变化率和年均变化率都较大.总之，2000-2008年伊犁河谷耕地面积增加显著，水域、城镇居民用地也略有增加，草地面积明显减少，林地、未利用地减少不多.随着研究区近年矿产资源的大规模开发，工矿居民用地不断增加.

3.2 伊犁河谷生态系统服务价值变化分析

由表3可知，伊犁河谷生态系统总服务价值由2000年的5 819 705.2 万元增加到2008年的5 825 782.1 万元，增加了6 076.9 万元.各种类型生态系统单位面积的服务价值从高到低依次为：水域、森林、草地、农田、未利用地.其中，耕地与水域面积增加是伊犁河谷生态系统服务价值总值增加的主要贡献者，但耕地面积过快增加占用了大量荒草地、未利用地，使天然草地涵养水源等功能衰退，这是近年来研究区水土流失加剧的主要原因[12].虽然林地和未利用地的服务价值有小幅减少，但目前对整个伊犁河谷生态系统服务价值影响不大.最近8 a伊犁河谷生态系统服务价值整体上提升，说明研究区土地资源利用是可持续的，但必须警惕耕地面积过快增长对区域生态系统结构与功能产生的负面影响.

3.3 2008年伊犁河谷生态系统服务价值分析

由表3可知，2008年伊犁河谷生态系统服务价值总值为5 825 782.1 万元.其中，草地总面积达315.3 万hm2，占总土地利用面积的57%，其生态系统服务价值达2 323 333.0 万元，在生态系统服务价值总值中的贡献率达到39.6%.因此,草地对维持伊犁河谷良好的生态环境、社会经济的可持续发展发挥着巨大作用.伊犁河谷耕地面积为86.74 万hm2，使得伊犁河谷成为新疆最重要的粮棉油产区之一，同时这些耕地也有很强的生态系统服务功能，其生态系统服务价值总值为608 501.3 万元，总贡献率达10.4%.伊犁河谷森林覆盖率为6.69%，森林不仅提供丰富的林产品，而且有重要的生态调节和生态保护功能，其生态系统服务功能总值为1 374 067.0 万元，在研究区的贡献率达24.1%.伊犁河谷水域面积为32 万hm2，占总土地面积的5.8%.虽然研究区水域面积不大，但其单位面积生态系统服务价值较高，在研究区总价值中的贡献率达25.5%.未利用地的服务价值较小，贡献率仅有0.3%.

3.4 2008年伊犁河谷各县市生态系统服务价值空间格局分析

3.4.1 单位面积生态系统服务价值的空间格局

伊犁河谷单位面积生态系统服务价值的平均值为10 542.11 元.从图2可知，2008年单位面积生态系统服务价值大于整个伊犁河谷生态系统服务价值平均值的县市有：特克斯县、昭苏县和尼勒克县3县.巩留县基本上与伊犁河谷平均值持平，其余各县均小于伊犁河谷单位面积生态系统服务价值的平均值，最低的伊宁市为8 299.5 元.从各县市生态系统类型和单位面积生态系统服务价值的比较可知，单位面积生态系统服务价值平均值较高的都是水域或森林所占比重较高的县市，而平均值低的则是农田和草地占比重较大的县市.

3.4.2 人均生态系统服务价值的空间格局

伊犁河谷各县市人均生态系统服务价值分布见图3.其人均生态服务价值大小依次是：昭苏县、尼勒克县、特克斯县、巩留县、察布查尔县、新源县、霍城县、伊宁县和伊宁市.最大的昭苏县为7.426 万元/人，最小的伊宁市为0.056 万元/人.昭苏县、尼勒克县、特克斯县等是人口较少、土地面积相对较大、生态服务价值总值较高的地区，因此环境负载量也较大.伊宁市为州政府所在地，面积最小，人口最多，所以环境负载量也较小.

图2 伊犁河谷单位面积生态服务价值空间差异

图3 伊犁河谷人均生态系统服务价值空间差异

4 讨论与结论

1)对伊犁河谷各县市土地利用变化与生态服务价值的评价表明，各类型生态系统服务价值贡献率由大到小依次为：草地、林地、耕地、水域和未利用地.各县市单位面积生态系统服务价值大小依次为：特克斯县、昭苏县、尼勒克县、巩留县、霍城县、察布查尔县、新源县、伊宁县和伊宁市.

2) 最近8 a研究区生态系统服务价值变化的评价结果表明，2008年伊犁河谷生态系统服务价值总值达到5 825 782.1 万元，比2000年增加了6 076.9 万元.其中，耕地生态系统、水域生态系统面积明显增加，草地生态系统面积显著减少.

3)评价研究表明：维持较大面积的森林、水域等土地类型在维护区域生态环境良性发展方面具有重要作用.今后在努力提高土地利用经济效益的同时，应着重保护单位面积服务价值较高的生态系统类型，以促使土地利用结构不断优化，生态系统服务功能不断加强.

4)本文基于我国陆地生态系统单位面积服务价值当量对伊犁河谷各县市生态系统服务价值进行评估，由于各地自然环境的地域差异，在利用大尺度生态系统服务价值单价计算流域或县域尺度生态服务价值时必须进行比值参数的校正.另外，要使综合评价结果趋近实际，有必要系统研究更多案例校正参数.

参考文献：

[1]Costanza R,Arge R,Groot R,et al.The value of the world′s ecosystem services and natural capita1[J].Nature,1997,387:253-260.

[2]欧阳志云,王如松,赵景柱.生态系统服务功能及其生态经济价值评价[J].应用生态学报,1999,10(5):635-640.

[3]陈仲新,张新时.中国生态系统效益的价值[J].科学通报,2000,45(1):17-22.

[4]赵同谦,欧阳志云,郑华,等.中国森林生态系统服务功能及其价值评价[J].自然资源学报,2004,19(4):480-492.

[5]赵同谦,欧阳志云,赵景柱,等.海南岛生态系统生态调节功能及其生态经济价值研究[J].应用生态学报,2004,15(8):1395-1402.

[6]谢高地,张钇锂,鲁春霞,等.中国自然草地生态系统服务价值[J].自然资源学报,2001,16(1):48-53.

[7]谢高地,鲁春霞,冷允法,等.青藏高原生态资产的价值评估[J].自然资源学报,2003,18(2):189-196.

[8]高格,巴雅尔塔,孟根.伊犁河谷土地资源类型与利用现状分析[J].甘肃农业,2007(9):47-48.

[9]加尔肯,王文杰,朱海涌,等.伊犁河谷土地利用/土地覆盖遥感调查分析研究[J].新疆环境保护,2007,29(3):5-10.

[10]新疆维吾尔自治区统计局.新疆统计年鉴2000[M].北京:中国统计出版社,2001.

[11]新疆维吾尔自治区统计局.新疆统计年鉴2008[M].北京:中国统计出版社,2009.

[12]包桂荣,白长寿,高清竹,等.新疆伊犁河流域土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响[J].中国农业气象,2008,29(2):208-212.