土地利用变化对延安市生态服务价值的影响

庞 莎,刘 康,冀文慧

(1.西北大学城市与环境学院,陕西西安 710127;2.陕西省水土保持局,陕西西安 710004)

土地利用变化对延安市生态服务价值的影响

庞 莎1,刘 康1,冀文慧2

(1.西北大学城市与环境学院,陕西西安 710127;2.陕西省水土保持局,陕西西安 710004)

利用延安市 2001-2007年土地利用基础数据,计算土地利用动态度,并在Costanza生态系统服务价值理论基础上,结合谢高地等的中国生态系统生态服务价值当量因子表,计算出延安不同生态系统单位面积生态服务价值。并依此尝试计算延安市 2001年至 2007年延安市生态系统服务价值量。研究发现,2007延安市的生态系统服务价值将达到 424.28亿元,比 2001年增加 28.79亿元,增长率为 7.28%;各种土地利用方式的生态系统服务价值的敏感性指数(CS)均小于 1,表明其对生态系统的价值变化是缺乏弹性的。

土地利用;土地覆被变化;生态服务价值;敏感性指数

0 引言

生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务[1]。土地利用作为人类最基本的实践活动,与土地生态系统及其功能密切相关[2]。人类通过土地利用活动改变地表覆被状况,引起生态系统结构和功能的改变,从而引起生态系统服务价值的变化。因此,土地利用/覆盖变化过程对维持生态系统服务功能起着决定性的作用[3],研究土地利用/土地覆盖变化情况下的生态系统服务价值的变化具有重要意义。本文通过对延安市 2001～2007年的土地利用基础数据开展调查统计分析,运用生态系统服务价值理论,尝试量化计算延安市生态系统服务价值量。从而分析在土地利用变化的条件下,生态基金项目:西北大学研究生创新教育项目(09YJC15)系统服务价值是如何对此作出相应的。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

延安市位于黄河中游,南北分属黄土高原沟壑区和黄土丘陵沟壑区,介于北纬 35°21′～ 37°31′,东经 107°41′～ 110°31′之间。全市总面积 37 037 km2,共辖 1区 12县,总人口193.88万,市府驻宝塔区。延安市气候属高原大陆性季风气候,北部属半干旱地区,南部属半湿润地区。四季分明、日照充足、昼夜温差大,年均气温 7.7℃～10.6℃,年均日照数2300～2700 h,年均降水量 500 mm左右。地貌类型以黄土塬、梁、峁、沟壑等特有的黄土地形为主。土壤分布从南到北表现为褐土、黄绵土和黑垆土交错分布以及风沙土的地带特征。主要植被类型有暖温带落叶林、暖温带针叶林、温暖带灌丛群落。该市从 1999年起实施退耕还林,整个区域生态环境状况已经得到一定改善。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用动态度

土地利用变化的速度可以通过土地利用类型的动态度 K来描述,它直接反映了某一区域在一定时间范围内某种土地利用类型数量的变化情况。该指标对比较土地利用变化的区域差异和预测未来的变化趋势均具有重要的作用[4],其公式为

式中:Ua,Ub分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量;T为研究时段,当 T的时段设定为年时,K值就是该研究区某种土地利用类型的年变化率。

本文依据延安市 2001～2007年土地利用类型统计数据来进行土地利用动态分析,数据来源于《陕西省土地利用现状数据集(2001年 ～2007年)》。

1.2.2 生态系统服务价值评价方法

(1) 单位面积生态服务价值的确定

谢高地[5],陈仲新[6]在 Costanza的基础上,总结了气体调节、气候调节、水分调节、土壤形成、废物处理、生物多样性维持、食物生产、原材料生产和娱乐文化等在内的 9项生态系统服务功能,并对我国 200位生态学者进行问卷调查,得到了“中国生态系统生态服务价值当量因子表”。生态系统生态服务价值当量因子是指生态系统产生的生态服务的相对贡献大小的潜在能力,定义为1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值为1,其它当量因子是指相对于农田食物生产服务的贡献大小[4]。本文采用该当量因子表,但针对研究区的具体情况对单位面积农田每年自然粮食产量的经济价值作了如下修改:2001～2007年平均粮食产量 3157 kg/hm2为基准单产[7],粮食单价按 2007年陕西省5种粮食作物平均出售价格 1.66元/kg(陕西省物价局)计算,根据在没有人力投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的 1/7[8],得出延安单位面积农田每年自然粮食产量的经济价值为 749元/hm2·a。

依据以上方法制定出了延安不同生态系统单位面积生态服务价值表,见表 1。以此分析研究区域生态系统服务价值变化。延安市土地利用中,耕地对应农田,园地取森林和草地的平均值,未利用地对应荒漠[9],对居民点及工矿用地生态服务价值参照徐中春等[10]人的研究结果取 3245.76元//hm2·a,交通用地按照 Costanza等学者的估算方法,不估算其生态系统服务功能经济价值。

表1 延安不同生态系统单位面积生态服务价值 (元/hm2·a)

生物多样性保护 531.79 2 441.741 629.075 816.41 1 865.01 254.66食物生产 749 74.9 149.8 224.7 74.9 7.49原材料生产 74.9 1947.4 992.425 37.45 7.49 0休闲娱乐 7.49 958.72 494.34 29.96 3 250.66 7.49总 计 5 175.59 16 365.65 10 894.205 5 422.76 34 431.53 314.58

(2) 生态系统服务价值综合评价方法

以表 1为基础,进行生态系统服务价值的计算,计算公式[1,11]为:

式中,ESV为研究区生态系统服务总价值(元);VCi为第 i类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数(元/hm2);Ai为研究区内第 i类土地利用类型的面积(hm2);n为土地利用类型数目;VCi采用表 1计算出的数据。

1.2.3 敏感性分析方法

本文借用经济学中常用的弹性系数来计算价值系数的敏感性指数[12,13](coefficient of sensitivity,CS),以确定 ESV随时间变化对 VC变化的依赖程度。弹性系数是指因变量变化的百分比与自变量变化的百分比的比值。如果弹性系数＞1%,表明 1%的自变量变动引起因变量大于 1%的变动;如果弹性系数 ＜1%,则 1%的自变量变动会引起因变量小于1%的变动。本文将各类土地利用类型的价值系数分别调整50%,来衡量总生态系统服务价值的变化情况。敏感性指数计算公式如下:

式中:Esv为估算的总生态系统服务价值;V c为生态价值系数,i和 j代表初始总价值和生态价值系数调整以后的总价值,k代表土地利用类型。如果 Cs＞1,表明对于 Vc,估算的 Esv是富有弹性的;如果 Cs＜1,ESV被认为是缺乏弹性的;比值越大,表明生态价值系数的准确性越关键。

2 结果分析

2.1 土地利用变化分析

根据研究需要,将延安市各年份的土地利用类型统一化为八大类,即耕地、园地、林地、牧草地、居民点及工矿用地、水域和未利用土地。,结合公式(1),2001年至 2007年各种类型土地面积变化情况,如表 2所示。

表2 延安市各类土地利用类型面积变化及变化率 hm2

由表 2可以看出,从 2001年到 2007年,林地、牧草地的面积始终在土地总面积中占据重要比例。随着时间推移,耕地、牧草地减少趋势明显;园地,林地增加趋势明显。耕地共计减少 195 555公顷,变化率为 33.15%,动态度为 5.52%;牧草地减少 94 523公顷,变化率为 8.46%,动态度为 1.41%。园地共计增加 4 0941公顷,变化率为 21.64%,动态度为 3.61%;林地增加 24 1162公顷,变化率为 14.54%,动态度为 2.42%。交通运输用地总共增加了 1 357公顷,变化率为 8.45%,动态度为 1.41%。居民点及工矿用地、水域的变化不大,但都表现出增加的趋势。未利用土地在 2003年出现一个转折点,2001至 2003年都在增加,2003至 2007逐渐减少。延安市减少的用地主要是向林地转换,这与近些年延安实施的退耕还林有很大关系。退耕还林过程中,经济林的建设是导致园地面积增加的一大原因。

2.2 土地生态服务价值分析

根据表 2中得出的延安市各种土地利用类型面积,结合延安不同生态系统单位面积生态服务价值和生态系统服务价值的计算公式(式 2),估算了延安市 2001年至 2007年各类生态系统服务价值,变化结果见表 3。

表3 延安市各土地利用类型生态价值的变化及变化率 (亿元)

由表 3可以看出,构成延安市生态系统服务价值的主要土地利用类型是林地,牧草地;其次为园地和耕地。延安市的生态系统服务价值从 2001年的 395.49亿元增加到 2007年的 424.28亿元 。

2001年至 2007年,延安市的生态系统服务价值增加了28.79亿元,变化率为 7.28%,年变化率为 1.21%。其中,林地的生态服务价值增加了 39.47亿元,变化率为 14.54%,年变化率为 2.42%;园地的生态服务价值增加了 4.46亿元,变化率 21.64%,年变化率 3.61%。耕地生态服务价值减少了10.12亿元,变化率为 33.15%,年变化率 5.52%;牧草地的生态服务价值减少了 5.13亿元,变化率为 8.46%,年变化率1.41%。水域用地虽然单位面积生态服务价值很高,但由于在总用地面积中的比例较小,所以在总的生态服务价值中占得比例不大。居民点及工矿用地和未利用土地生态服务价值均有增加,但在总的变化量中所占比例很少。总体上看,延安市的生态系统服务价值变化是比较大的,这与延安市土地利用变化的转变是分不开的。

2.3 生态服务敏感性分析

根据上文敏感性指数的计算公式(式 3),本文将各土地利用类型的生态服务价值系数 V c分别上下调整 50%,以调整后的价值系数来估算延安 2001年和 2007年总的生态系统服务价值以及敏感性指数,见表 4。结果表明,延安所有土地利用类型的 ESV对 Vc的敏感程度指数 Cs均小于 1,表现为林地 ＞牧草地 ＞园地 ＞耕地 ＞水域 ＞居民点及工矿用地＞未利用地,说明研究区的 ESV对 Vc是缺乏弹性的。在不考虑林地调整后的 ESV变化率的前提下,7年间的 ESV变化率从 5.78%到 8.90%,与调整价值系数之前的 ESV变化率7.28%相差不大。说明对于这几类用地的生态价值系数选值是可信且合理的。

林地的 ESV变化率为 9.14%和 3.49%,和调整前的变化率 7.28%有些出入,说明林地的单位面积生态服务价值确定存在误差,这主要是因为延安从 1999年才刚开始实施退耕还林工作,林地生所提供服务价值低于普遍水平,随着时间的推进,2007年林地发育逐渐成熟,此时林地提供服务价值必然高于 2001年水平。此段时间内,林地生态价值系数不能同一而论。

林地、园地的敏感性指数增大,其余土地利用类型的敏感性指数均减小,表明这两类用地的生态价值系数的变化会对生态系统服务总价值产生放大作用,尤以林地为主。由表4还可知,居民点及工矿用地和未利用地的敏感性指数都很小,分别为 0.0004和 0.004,表明居民点及工矿用地草地和未利用地的生态价值系数变化对延安市生态系统服务总价值的变化影响不大。

表4 调整价值系数后总生态价值的变化及敏感性指数

林地VC-50% 259.79 268.84 9.06 3.49% -34.31% —— -36.63% ——牧草地VC+50% 425.78 452.01 26.23 6.16% 7.66% 0.153 6.54% 0.131牧草地VC-50% 365.20 396.55 31.35 8.59% -7.66% —— -6.54% ——居民点及工矿用地VC+50%396.38 425.18 28.80 7.27% 0.22% 0.004 0.21% 0.004居民点及工矿用地VC-50%394.60 423.38 28.78 7.29% -0.22% —— -0.21% ——水域VC+50% 400.70 429.53 28.83 7.19% 1.32% 0.026 1.24% 0.025水域VC-50% 390.27 419.03 28.76 7.37% -1.32% —— -1.24% ——未利用土地VC+50% 395.56 424.36 28.80 7.28% 0.02% 0.0004 0.02% 0.0004未利用土地VC-50% 395.41 424.19 28.78 7.28% -0.02% —— -0.02% ——

3 结论与讨论

(1)延安市从 2001年到 2007年,其土地利用 /覆盖变化较大。耕地逐步减少,林地逐步增加;耕地年减少率为 4.06%,林地年增加率为 2.16%,这主要是延安市自 1999年开始实施退耕还林的原因。延安市减少的耕地主要是将不利于耕作的土地还为林地,当然还有部分减少的耕地是因为城市化进程的原因,耕地转化为建设用地,这反映了退耕还林后土地利用变化格局的总体趋势。

(2)土地利用变化使得延安市的生态系统服务价值也发生了变化。2001年到 2007年,生态系统服务价值持续增加,增加 28.79亿元,平均每年以 1.21%的速率增加。其中,林地生态服务价值增幅最大,平均每年以 1.16%速率变化着;园地生态服务价值则以平均每年 1.60%的速率增加。耕地生态服务价值减少速率较快,年变化率到达 3.88%;牧草地生态服务价值年减少率则为 1.86%。生态服务价值的变化趋势与土地利用/覆盖的变化保持一致。

(3)本文制定的延安市生态系统服务价值表经敏感性指数分析,研究区生态服务价值对于生态服务价值系数的敏感性值均小于 1,表明研究结果可信,可为延安市制定土地利用规划、调整土地利用结构提供借鉴和参考。生态系统服务价值系数的大小除了与生态系统的种类、结构、生物多样性等有关外,还与生态系统的生物量有很大关系,本文 2001年和2007年延安市森林生态系统的价值系数就不可以同等对待。

根据本文研究,延安市的生态系统服务价值逐步增加,说明延安市的土地利用结构是比较合理的。退耕还林政策的实施,在改变黄土高原地生态环境的同时,也为生态服务价值的提高起着重要作用。因此,做好延安市的土地利用规划与调整工作,继续提高生态系统服务价值是延安生态建设的重要任务,是实现可持续发展的必由之路。

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Effects of Land-used Change on Ecosystem Service Value in Yan'an City

PANG Sha1,LIU Kang1,JIW en-hui2
(1.Departmento f Urban and Resources,Northwestern University,Xi'an710127,Shaanxi 2.Soil and water conservation bureau,Xi'an 710004 Shaanxi)

The article is based on the land-used basic data in Yan'an city from 2001 to 2007 and calculates the Landused dynam ic degree.It is also based on Costanza's theory o f ecosystem services value,combining with Xie gaodi's ecosystem service value equivalent factor table,calculated differentecosystem s'ecosystem service value perunit area in Yan'an.And according to the above,it has a try for calculating the ecosystem service value in Yan'an from 2001 to 2007.The study shows that the total ecosystem services value in 2007 will reach 42.428 billion RMB,an increase of 2.879 billion RMB more than 2001,and the grow th rate is 7.28%.For the various land use patterns,the coefficients of sensitivity(CS)of theirecosystem service value are all less than 1,which indicates that the changes in the value of ecosystems is lack of flexibility.

Land use/cover change;Ecosystem service value and coefficients of sensitivity

X 826

A

1004-1184(2011)01-0154-04

2010-07-30

西北大学研究创新教育项目(09YJC 15)

庞莎(1985-),女,硕士,陕西西安人,主要从事生态规划与生态环境评价研究。