仓山区土地利用变化对生态服务价值的影响

杨赟+刘慧灵+林蕙灵+伍世代

摘要：采用福州市仓山区2000年、2010年土地利用数据，运用GIS方法提取了10年间的仓山区土地利用动态变化数据。采用中国陆地生态系统的服务价值测算方法对仓山区土地利用数据进行了分析处理，测算了仓山区土地利用变化引起的生态系统服务价值变化。结果表明：2000～2010年，仓山区生态系统服务价值呈明显的下降趋势，这与土地利用变化密切相关。提出了控制建设用地的扩张，保护水域、林地、耕地和园地等生态价值系数高的土地利用类型的建议，以提升仓山区生态系统服务功能。

关键词：地理学；生态服务价值；土地利用变化；敏感性分析；仓山区

中图分类号：K903

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0220-04

1 引言

生态系统服务指生态系统形成和所维持的人类赖以生存和发展的环境条件与效用[1]，对人类健康与生存以及区域和全球生态安全至关重要。土地利用变化是影响全球生态系统的决定性因素之一[2]，利用土地利用变化情况下的生态系统服务价值（ecosystem service values，ESV）评估结果，合理制订生态补偿方案[3，4]以及环境保护政策[5，6]，可为区域生态规划和可持续发展提供科学决策依据[7，8]。 Costanza等[9]最先对全球ESV进行了估算，其方法己成为后来ESV研究的基础。欧阳志云等[10，11]、傅伯杰等[12]对生态系统服务价值的概念进行了较详细的论述，谢高地等[13，14]多次对Costanza等的研究方法进行改进，得出了适合我国国情的ESV当量系数。其他学者对不同时间、空间尺度上的土地利用转变引起的ESV变化进行了探讨[15，16]，结果表明，以土地利用变化为测度指标来评估ESV是可行和可靠的。

本研究以仓山区为例，基于仓山区多年土地利用数据，在RS和GIS技术支持下，采用中国陆地生态系统的服务价值测算方法对仓山区土地利用数据进行分析处理，测算了仓山区土地利用变化引起的生态系统服务价值变化，研究结果对仓山区生态系统保护和修复的政策制定、协调区域经济发展和环境保护之间的关系具有重要意义。

2 研究区概况

仓山区位于福建省会福州市城区南部，闽江下游南岸，東经119°32′，北纬26°05′。辖闽江入海口处整个南台岛，分别与鼓楼、台江、晋安、马尾和闽侯、长乐隔江相望。面积142 km²，下辖5镇8街、64个社区和102个行政村，2015年户籍人口520214人。仓山区是历史悠久的文教区，区内名胜古迹众多，旅游资源丰富，闽江、乌龙江四周环绕，水路运输十分便利。

3 研究方法

3.1 数据来源

研究所采用的仓山区土地利用基础数据是以2000年和2010年仓山区Landsat TM遥感影像为基础，提取了两个时期的土地利用覆被信息，并结合2009年国土资源部提出的土地利用分类体系及遥感影像特点，将土地利用类型分为耕地、林地、园地、水域、建设用地、未利用地等6种类型。

3.2 生态服务价值评估

根据仓山区实际情况，引用胡喜生等[17]人计算出的福州市生态系统单位面积服务价值（表1）[6]，运用Costanza[7]等的计算公式计算仓山区各土地利用类型的生态系统服务价值，其公式为：

式中：ESV 为生态系统服务价值（元）；Ak为土地利用类型k的面积（hm²）；VCk为土地利用类型k的生态系统单位面积服务价值系数[元/（hm²·年）]；ESVf为生态系统第f项服务功能价值，VCfk为土地利用类型 k 的第 f 项服务功能价值系数[元/（hm²·年）][8，9]。

3.3 生态系统敏感度分析

为验证研究区生态系统类型对土地利用变化的代表性及生态价值系数的准确性，利用敏感性指数（CS）来反映生态系统服务价值对生态价值系数的依赖程度[10，11]，其计算公式：

式中，ESV，VC分别为生态服务价值和价值系数；i和j 分别代表最初的和调整后的价值；k 为某种土地利用类型。CS的含义是指VC变动1%引起ESV的变化情况，如果CS >1，说明ESV对VC是富有弹性的，其结果准确度差，可信度低；如果CS<1，则说明ESV对VC是缺乏弹性的，结果可信。

4 结果与分析

4.1 土地利用变化分析

基于2000年和2010年仓山区Landsat TM遥感影像数据，在RS和GIS技术支持下，提取了两个时期的土地利用覆被信息，运用转移矩阵法计算2000～2010年仓山区土地利用变化情况，结果如表2所示。由表2可知，仓山区各类农用地、其他用地10年内呈减少趋势，其中以水田、园地、未利用地10年内减少趋势最为明显，园地减少幅度最大，比重高达78.33%；只有建设用地面积呈增加的趋势，其中以城乡建设用地幅度最大比重高达140.58%，其次是交通水利用地，交通用地增加了261.96 hm²，变化幅度为58.82%，其中占用最多的土地类型是耕地和园地。

4.2 土地利用变化对生态系统服务价值的影响

4.2.1 对单项生态服务价值影响

由公式（2）可计算出2000年和2010年生态系统单项服务功能价值。由表3可知，2000～2010年间，仓山区土地利用变化对各生态服务功能的影响程度各不相同。仓山区生态系统的主要服务功能是水源涵养和废物处理，两者价值之和超过全区总价值的一半；对二者价值贡献最大的土地利用类型均是水域。食物生产功能价值最低，只在1%左右。

综合来看从2000～2010年，九项生态系统服务功能的生态服务价值都有所下降，除了废物处理、生物多样性保护和娱乐文化功能的生态服务价值占全区总生态服务价值中的比重有所上升，其余功能的生态服务价值占比都呈现下降趋势。其中，废物处理对仓山区生态服务价值的贡献率最大，2000年达29.70%，2010年升至38.95%，这是因为在各生态系统中，水域的废物处理功能有非常高的生态服务价值，水源涵养的生态服务价值也很高，且对区域总生态服务价值的贡献率变化不大，2000年为 28.23%，2010年为23.47%，可能的原因是水源涵养和废物处理生态功能系数较大的水域面积减少不多。而土壤形成与保护、生物多样性保护、气体调节、气候调节等服务价值变化幅度不大。

4.2.2 对生态服务总价值影响

结合福州市土地生态系统服务单位面积价值（表1）与2000年和2010年的仓山区土地利用变化数据，通过式（1）计算得到福州市2000～2010年的土地生态系统服务价值。从总体上看，2000年到2010年，仓山区生态服务价值呈现明显的下降趋势，从36157.70万元下降到22342.18万元，降幅达38.21%；从各类用地的生态服务价值来看，相较于2000年，2010年各类用地生态服务价值都呈现不同程度的下降，其中未利用地、园地、耕地、林地、水域分别较2000年降低了66.44%、78.38%、39.92%、19.41%和13.58%。而建设用地的生态价值始终是负值，其绝对值显著增加，造成这种现象的原因是十年来仓山区城市化进程加快而造成的建设用地不断扩张，耕地、园地、林地等农用地被占用，未利用地也被开发成建设用地。

从各土地利用类型贡献率来看，2000～2010年间，园地的生态服务价值贡献率出现了明显下降，由19.04%降至6.73 %。水域的生态服务价值有所减少，但是占全区总生态服务价值的比重增大，故其对生态服务价值的贡献率始终最大，约占总价值的60%～90%，对生态服务价值的贡献率由65.53%增至91.56%，比例呈明显增加的趋势。林地的贡献率有所上升， 2000年为13.97%，而2010年升至18.42%，而耕地和未利用地的服务价值的比例变化幅度不大，其中未利用地的贡献最小，仅占总价值的0.4%左右。建设用地的贡献率是负的，其面积的大幅增加对仓山区生态服务价值下降的贡献率越来越高，从2000年的6.81%升至2010年的24.4%，建设用地的扩张是导致区域生态服务价值降低的直接原因（表4）。

4.2.3 生态服务价值敏感度分析

根据敏感度（CS）的计算公式（3），将仓山区的6种土地利用类型的生态服务价值系数分别调整50%[18]，得到表5。由表5可知，敏感性指数CS都小于1，其中耕地的指数值最低（不包括建设用地），且10年指数没有变化，说明耕地的VC增加时，ESV不变，结果表明ESV对VC是缺乏弹性的，研究结果是可信的。同种土地利用类型不同年份之间敏感性差异很小，指数值最高且变化幅度最大的土地利用类型为水域，其敏感性指数2000年到2010年间由0.66变化到0.92，即当水域的生态价值系数增加1%时，总生态系统服务价值增加0.66%～0.92%，远远大于其他生态系统的敏感度值，这与水域的占地面积大、单位面积服务价值系数高有关。敏感度分析也从另一个角度反映了各个生态系统对服务总价值的影响程度。

5 结论与讨论

5.1 福州市土地利用发生较大变化

分析了福州市仓山区土地利用变化特征，研究结果表明，在2000～2010年的10年期间，福州市土地利用结构发生了较大的变化：各类农用地、其他用地10年内呈减少趋势，其中园地减少幅度最大；建设用地面积呈增加的趋势，其中以城乡建设用地幅度最大，其次是交通水利用地，其中占用最多的地类是耕地和园地。

5.2 福州市生态系统服务价值不断减小

仓山区生态系统9类单项服务价值均呈现下降趋势，除了废物处理、生物多样性和娱乐文化功能的生态服务价值占全区总生态服务价值中的比重有所上升，其余功能的生态服务价值占比都呈现下降趋势。从生态服务总价值来看，2000～2010年，仓山区生态服务价值呈现明显的下降趋势，从36157.70万元下降到22342.18万元，降幅达38.21%；从各类用地的生态服务价值来看，相较于2000年，2010年各类用地生态服务价值都呈现不同程度的下降，水域的面积有所减少，但因占全区总面积的比重增高，故其对生态服务价值的贡献率始终最大，未利用地的贡献最小。建设用地的贡献率为负，其面积的大幅增加对仓山区生态服务价值下降的贡献率越来越高，从2000年的6.81%升至2010年的24.4%，是导致区域生态服务价值降低的直接原因。

通过对仓山区各土地利用类型生态服务价值敏感度计算可知，ESV对VC是缺乏弹性的，研究结果是可信的。其中水域的敏感度系数最大，2000～2010年敏感度值介于0.66～0.92之间，远远大于其他生态系统的敏感度值。

5.3 对策建议

2000～2010年仓山区生态服务价值呈现明显的下降趋势，这主要归因于建设用地的扩张，建设用地对区域生态服务价值的贡献是负向的，将生态价值系数高的耕地、林地、水域及园地占用转变为建設用地，无疑是加快了区域生态服务价值的下降，这无异于涸泽而渔。

因此需合理地实施退耕，有效控制城镇建设用地的扩展，多保护水域、耕地、林地等生态服务价值系数高的土地利用类型。另外，加强湿地保护也是保护区域生态环境，恢复和提高区域生态系统服务功能的有效途径，也是该区域生态环境建设的重要任务。

参考文献：

[1]Daily G C. Natures services： societal dependence on natural ecosystems.[J]. Pacific Conservation Biology， 1997， 6（2）：220～221.

[2]Song K， Wang Z， Liu Q， et al. Lans Use/Land Cover （LULC） Characterizaitoin with Modis Time Series Data in the Amu River Basin[J]. 合作研究组， 2009（4）：310～313.

[3] 赖 敏 LAI Min， 吴绍洪 WU Shaohong， 尹云鹤 YIN Yunhe， et al. Accounting for Eco-compensation in the Three-River Headwaters Region Using Ecosystem Service Value[J]. Acta Ecologica Sinica， 2015， 35（2）.

[4]周 晨， 丁晓辉， 李国平，等. 南水北调中线工程水源区生态补偿标准研究——以生态系统服务价值为视角[J]. 资源科学， 2015， 37（4）：792～804.

[5]江 波，李红清，李志军，等. 基于生态系统服务的洞庭湖湿地生态保护[J]. 湿地科学与管理，2015（3）：46～50.

[6]张永民， 赵士洞. 全球荒漠化的现状、未来情景及防治对策[J]. 地球科学进展， 2008， 23（3）：306～311.

[7]欧阳志云， 李小马， 徐卫华，等. 北京市生态用地规划与管理对策[J]. 生态学报， 2015， 35（11）：3778～3787.

[8]张黎娜， 李晓文， 宋晓龙，等. 黄淮海湿地生态系统服务与生物多样性保护格局的耦合性[J]. 生态学报， 2014， 34（14）：3987～3995.

[9]Costanza R， DArge R， Groot R D， et al. The value of the worlds ecosystem services and natural capital 1[J]. World Environment， 1998， 25（1）：3～15.

[10]欧阳志云， 赵同谦， 王效科，等. 水生态服务功能分析及其间接价值评价[J]. 生态学报， 2004， 24（10）：2091～2099.

[11] 欧阳志云， 郑 华. 生态系统服务的生态学机制研究进展[J]. 生态学报， 2009， 29（11）：6183～6188.

[12]傅伯杰， 张立伟. 土地利用变化与生态系统服务：概念、方法与进展[J]. 地理科学进展， 2014， 33（4）：441～446.

[13]谢高地， 甄 霖， 鲁春霞，等. 一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J]. 自然资源学报， 2008， 23（5）：911～919.

[14]谢高地， 张彩霞， 张雷明，等. 基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J]. 自然资源学报， 2015（8）：1243～1254.

[15]曾 杰， 李江風， 姚小薇. 武汉城市圈生态系统服务价值时空变化特征[J]. 应用生态学报， 2014， 25（3）：883～891.

[16]刘桂林， 张落成， 张 倩. 长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响[J]. 生态学报， 2014， 34（12）：3311～3319.

[17]胡喜生， 洪 伟， 吴承祯. 土地生态系统服务功能价值动态估算模型的改进与应用——以福州市为例[J]. 资源科学， 2013， 35（1）：30～41.

[18]李 涛， 甘德欣， 杨知建，等. 土地利用变化影响下洞庭湖地区生态系统服务价值的时空演变[J]. 应用生态学报， 2016， 27（12）：3787～3796.