以林地为主的土地利用类型对生态系统服务功能影响研究——以长沙市岳麓区莲花镇为例

杨鑫荣，伍格致，关 欣，李巧云

(湖南农业大学，a.生物科学技术学院，b.商学院，c.资源环境学院,湖南 长沙 410128)

以林地为主的土地利用类型对生态系统服务功能影响研究
——以长沙市岳麓区莲花镇为例

杨鑫荣a，伍格致b，关 欣c，李巧云a

(湖南农业大学，a.生物科学技术学院，b.商学院，c.资源环境学院,湖南 长沙 410128)

土地利用结构的改变对生态系统服务功能影响深远。参照前人提出的陆地生态系统价值当量因子表并结合研究区实际情况，计算出研究区2005～2013年生态系统服务价值VESV。结果表明：莲花镇生态系统服务价值构成中，林地占主要部分，达到75％以上，其次是水域。研究区总VESV由2005年的45.73×107元减少到2013年的44.81×107元，林地面积的减少以及建设用地面积的增加是生态系统服务价值减少的主要原因；对开展“综合土地整理”项目的五村进行分析，结果表明大华村和立马村的单位面积ESV较高，说明两村生态效益较高，土地利用规划更加合理；桐木村的单位面积ESV最小，在今后的发展中应增加林地面积，保护耕地，减少未利用地向建设用地转变。研究期内各土地利用类型的敏感性指数均小于1，说明研究结果可信。

土地利用结构；林地面积；生态系统服务价值；敏感性指数；长沙市莲花镇

生态系统服务功能指生态系统提供的能够满足和维持人类生存发展所需的条件和过程[1]。 随着人类对生态系统服务功能的不可替代性的认识越来越深刻，人们越来越重视对生态系统服务功能的研究[2]。土地利用结构对生态系统服务功能影响深远，并且越来越受到科学界的广泛关注[3]，其中，土地利用/覆被变化与其他全球环境变化的关系是核心问题[4]。本文分析了长沙市岳麓区莲花镇以林地为主的不同土地利用类型与生态系统服务功能之间的关系，以期为研究区的可持续发展提供理论依据。

岳麓区莲花镇位于东经112°40′46.75″～112°49′59.83″，北纬28°04′26.98″～28°11′40.94″，境内属低山丘陵，地势为西高东低、南高北低。气候属亚热带气候，春季温和多雨，夏季炎热湿润，秋季高温干旱，冬季寒冷干燥，年平均气温16.9℃。莲花镇面积为113.91km2，2011年末总人口4.82万人，另有流动人口2 010人。

1 研究方法

1.1 数据来源

土地面积相关数据来自《莲花镇土地利用总体规划(2006～2020年)》、2005～2013年莲花镇土地利用现状变更数据；社会经济数据来自于《莲花镇农村统计台账》。

1.2 不同土地利用类型动态度

应用土地利用动态度分析土地利用类型的动态变化，可以真实反映区域土地利用类型的变化剧烈程度[5]。公式为：

式中，K代表土地利用动态度；Ua和Ub分别代表某种土地利用类型研究期初和末的面积；T代表研究时段。

1.3 生态系统服务价值

1.3.1 生态系统服务价值系数的确定

单位面积农田生态系统食物生产服务功能的经济价值计算公式为：

式中，Ccrop代表农田生态系统单位面积食物生产服务功能的经济价值(元/hm2)；Ta代表莲花镇平均粮食单产(kg/hm2)；Tb代表莲花镇平均粮食单价(元/kg)。

参照“我国不同省份农田生态系统生物量因子表”[7]，得到湖南省生物量因子为1.95。参考谢高地等人[8]的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表并根据莲花镇平均粮食单产为6 513.1kg/hm2，粮食平均价格1.5元/kg，由公式(2)计算结果为2 651.34元/(hm2·a)。参考张晶[9]、朱懋[10]对建设用地价值系数的校正方法，并依据：耕地-农田生态系统；园地取草地和森林的平均值；林地-森林生态系统；草地-草地生态系统；水域取水体和湿地的平均值；未利用地-荒漠，得到莲花镇不同土地利用类型单位面积生态系统服务价值系数，结果见表1。

表1 莲花镇不同土地利用类型单位面积生态系统服务价值Table 1 Ecosystem service value coefficients of seven land-use categories in Lianhua town (Yuan/hm2)

1.3.2 生态系统服务价值的计算

生态系统服务价值的计算采用 Costanza 等的估算方法[11]，其公式表达为：

式中，ESVi代表i类土地利用类型的生态系统服务价值；Ai代表i类土地利用类型的面积；VCi代表i类土地利用类型的生态系统服务价值系数。

1.4 变差贡献率

生态系统服务变差贡献率是指某一区域生态系统服务价值变化总量中，各种土地利用类型生态服务价值变化所占的比例[12]。引入变差贡献率分析土地利用类型结构变化对生态系统服务功能的影响。公式表达为：

式中，ESVcc代表i类土地利用类型对生态系统服务价值的变差贡献率；ESVi代表i类土地利用类型的生态系统服务价值；a，b代表研究期初和末；n代表土地利用类型总数。

1.5 敏感性指数

敏感性指数(CS)是把生态系统服务价值对价值系数的变化响应，作为度量生态系统服务价值对生态价值系数敏感程度的主要表现[13]。根据经济学中的“弹性系数”原理，将不同土地利用类型的价值系数分别上下调整50％，计算敏感性指数。公式表达为：

式中，CS代表敏感性指数；ESVi，ESVj代表分别调整各土地利用类型价值系数前后研究区总ESV；VCik，VCjk代表k类土地利用类型价值系数调整前后的数值。若CS＞1，说明ESV对VC是富有弹性的；若CS＜1，说明ESV对VC是缺乏弹性的。CS的值越小，说明VC对ESV的影响越小，其VC的准确性越不重要[14]。

2 结果与分析

2.1 研究区土地利用动态度分析

根据公式(1)计算得到研究区各土地类型动态度(见表2)。由表2可以看出2005～2013年各土地利用类型面积均发生变化。林地、水域、建设用地面积增加，分别增加了11.38、7.22、313.8hm2，林地面积增加是由于受到“退耕还林”政策影响，研究区为发展果树种植业和旅游业，部分耕地转变为林地；耕地、园地、未利用地面积减少，分别减少了26.30、0.89、305.21hm2；由表2还可以看出林地的动态度最小，为0.02％；其次是水域，动态度为0.15％；未利用地的动态度为12.02％，是面积变化最快的土地类型；其次是建设用地，动态度为2.88％；耕地、园地的动态度为负值，且比较小，分别为-0.11％和-0.16％。草地面积在研究期间无变化，动态度始终为0。

表2 2005～2013年莲花镇不同土地利用类型面积变化及动态度Table 2 Area changes of seven land-use types and dynamic changes in Lianhua from 2005 to 2013

2.2 莲花镇五村生态系统服务价值变化分析

近年来，莲花镇为适应经济发展进行土地结构调整，导致其生态环境变化。本文主要分析开展“土地综合整理”的5村(中长村、大华村、立马村、用木村、新桥村)生态系统服务价值，为莲花镇的土地结构调整及生态环境保护提供参考。

根据公式(3)，计算得到5村的生态系统服务价值(见表3)。表3说明，5村总ESV由2005年的1 043.90×105元减少到2013年的1 041.47×105元，减少了24.3万元，年变化率为-0.03％。林地的ESV最大，2005和2013年分别占总ESV的70.9％和72.85％。从空间上看，立马村和桐木村的ESV增加，分别增加了19.42万元和50.23万元；中长村、大华村和新桥村的ESV减少，中长村减少最多，为40.18万元。从表3还可以看出，五村ESV相对变化率大小排序为，桐木村＞中长村＞大华村＞新桥村＞立马村，说明桐木村是研究区ESV变化的热点区。由于五村的总面积不同，总ESV的可比性较小，引入单位面积ESV进行比较分析。五村单位面积ESV排序为，大华村＞立马村＞中长村＞新桥村＞桐木村。大华村的单位面积ESV最高，2005年和2013年分别为4.046万元和3.976万元。值得注意的是，虽然立马村的建设用地面积增加最快，但其单位面积ESV仍然较高，为3.922万元和3.951万元，仅次于大华村。这是由于立马村适时的优化了土地结构，将部分耕地和园地转变为生态服务功能较高的林地。可见，适时进行土地结构调整对于维护生态系统服务价值至关重要。

表3 2005～2013年五村ESV变化情况(105元)Table 3 Changing situation of ecosystem service values in the five villages from 2005 to 2013 (105 Yuan)

2.3 土地利用方式对生态系统服务价值影响分析

2.3.1 变差贡献率分析

根据公式(4)计算各土地类型的变差贡献率，得到表4。表4说明，2005～2013年研究区生态系统服务总价值减少了914.87万元。林地和水域的变差贡献率为负值，分别为-7.21％和-11.37％，说明其变化趋势与研究区相反，做正贡献；耕地、园地、建设用地和未利用地的贡献率为正值，分别为5.27％、0.38％、109.22％和3.71％，生态系统服务价值变化趋势与研究区相同，做负贡献。

针对不同土地利用类型，从表4可以看出：(1)林地。林地的贡献率为17.68％、-13.16％和-7.21％，基本上做正贡献，林地生态系统是功能全面的生态系统，研究区应建设生态林业、适时调整森林布局。(2)水域。水域基本作正贡献，3个时段贡献率分别为-236.93％、42.58％和-11.37％。然而开矿、农业耕作、森林砍伐等都会使水土流失增加，河流湖泊变浅，研究区应重点保护水域面积，维持其生态功能。(3)建设用地。研究期间建设用地对研究区的负贡献率始终最大，分别为326.25％、57.31％和109.22％。说明莲花镇生态系统服务价值减少的主要原因是建设用地面积不断增加，自然生态系统向人工生态系统转化的过程中ESV减少。(4)耕地。耕地基本上做负贡献，贡献率为-21.2％、11.6％和5.27％。由于农业生态系统属于人工生态系统，在发展农业的过程中应当注意正确处理人地关系以及生态效益和经济效益之间的关系，以维持研究区生态服务功能。(5)园地。园地对总生态服务价值做负贡献，2005年贡献率为0，2009和2013年贡献率分别为0.46％和0.38％。(6)未利用地。未利用地持续做负贡献，贡献率为14.19％、1.21％和3.71％，说明研究区所剩余的资源量越来越少。(7)草地。草地面积在研究期间始终无变化，因此对于研究区总VESV的变化不做贡献。

表4 研究期内不同土地利用类型变差贡献率(％)Table 4 Construction rate of different land use categories to total VESV

2.3.2 敏感性分析

本文将研究区各土地利用类型的价值系数分别上下调整50％，根据公式(5)估算出2005、2009和2013 3个时期的敏感性指数(见表5)。表5说明，研究区各土地利用类型在不同时期的敏感性指数均小于1，说明ESV对于VC是缺乏弹性的，研究结果可信。

4 结论与建议

1)研究区总ESV由2005年的45.73×107元减少到2013年的44.81×107元，减少了914.87万元，建设用地面积持续增加是研究区生态系统服务功能下降的主要原因。在经济建设的同时应当注意保护自然资源、维持生态平衡，实现生态效益和经济效益协调发展。

表5 研究区三个时期的敏感性指数Table 5 Coefficients of sensitivity from 2005 to 2013

研究区生态系统服务价值构成中，以林地为主，占总VESV的75％以上。研究期间林地面积减少，导致总VESV下降。林地是林业发展的基础，是森林资源的重要组成部分，起到增强森林生态防护效益的作用，同时也是实现可持续发展的根本保障[15]。因此，在今后发展中林地应受到应有的重视和保护；其次是水域，虽然水域面积不大但其价值系数较大，因此水域生态系统服务功能较高。莲花镇属于缺水乡镇，镇域内仅有一条莲花河通过，汇水面积不大，应加强对水域面积的保护。另外，建议研究区对重要生态功能保护区实行严格保护下的适度利用和科学恢复，适时调整土地利用结构，维持生态系统服务功能的稳定。

2)计算敏感性指数得出，3个时期敏感性指数均小于1，说明研究结果可信。莲花镇五村(中长村、大华村、立马村、桐木村、新桥村)总ESV由2005年的1 043.9×105元减少到2013年的1 041.47×105元，减少了24.3万元。大华村的生态系统服务价值一直处于最高，是由于该村注重林地对生态系统服务价值的调节功能，实行林地保护措施。桐木村总ESV的相对变化率大于1，是研究区生态系统服务价值变化的热点区。大华村和立马村的单位ESV较高，说明两村生态效益较高，土地利用规划较合理；桐木村的单位面积ESV较小，在今后的发展中应减少未利用地向建设用地转变，以维持生态系统服务功能。

3)生态环境是莲花镇最具竞争力的核心要素，莲花镇要实现自身的突破与提升，必须立足生态环境的优化，未来莲花镇的发展必须严格保护生态环境。以保障生态系统服务价值为前提，调整土地结构做好土地规划，协调好生态效益、经济效益和社会效益三者的关系，真正实现“绿色家园”的概念。

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Effects of woodland and other land types on ecosystem service function:a case study in Lianhua town,Yuelu district,Changsha city

YANG Xin-ronga,WU Ge-zhib,GUAN Xinc,LI Qiao-yuna
(a.College of Biological Science and Technology;b.College of Business;c.College of Resources Environment,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,Hunan,China.)

Changes in land use structure has far-reaching impact on ecosystem service functions.In reference to the former’s equivalency factors table about terrestrial ecosystem values(VESV)and taking into account the actual situation of the study area,the ecosystem service functions values of the area from 2005 to 2013 were calculated. The results show that in the total ESV of Lianhua Town,the forestland area occupied the major part,being more than 75％,followed by that of water;The VESVdecreased from 457.3 million Yuan to 448.1 million Yuan during the period,the increasing areas of construction land are main reasons.Analyzing ESV of the fi ve villages that have implemented the“integrated land consolidation” project,the results show that Tongmu village had the lowest unit ESV,Dahua and Lima village had the higher unit ESV,this suggested that the two village’s land use planning were more rational than that of other village,so achieving higher eco-ef fi ciency.It is necessary to reduce unused land being converted to construction land and maintain area of existing farmland.Each land use type of ecosystem services sensitivity index was less than 1,indicating that the results are credible.

land use structure;forestland area;value of ecosystem service;sensitivity index;Lianhua Town of Changsha city

S7-9

A

1673-923X(2015)03-0107-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.03.021

2014-01-10

国家自然科学基金项目(30260053)：湖南农业大学人才引进项目(07YJ16)

杨鑫荣，硕士研究生

李巧云，副教授，硕士生导师，博士，E-mail：1065596897@qq.com

杨鑫荣,伍格致,关 欣,等.以林地为主的土地利用类型对生态系统服务功能影响研究——以长沙市岳麓区莲花镇为例[J].中南林业科技大学学报,2015,35(3):107-111.

[本文编校：吴 毅]