丘陵县域生态系统服务价值研究

赵志刚　王凯荣　谢小立

摘要：对湖南桃源县区1996～2006年的生态系统服务价值进行定量评估与分析，并通过相关分析探讨其与社会经济因子的关系。结果表明，此期间桃源县的各单项指标中，水源涵养、气体调节、气候调节、土壤保持和生物多样性价值较高；其几项总价值比重达到74.6%。研究年份间，不同类型生态系统服务功能的价值排序未发生变化，排列顺序依次为：林地、耕地、水域、园地、未利用地与建设用地；地类与总生态系统服务价值量的关联度排序为林地>建设用地>耕地>草地>未利用地>水域；农业人口变化是导致地类面积改变的重要原因之一，同时，农村经济水平的提高对于增加林地面积、城镇化发展有推动作用，水域及未利用地与社会经济因子相关性不强；对于总生态系统服务价值提高也可通过合理配置土地资源类型来实现。

关键词：桃源县；生态系统服务价值；土地利用类型；相关性

中图分类号：F301.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）06-1474-05

Assessment on Ecosystem Services Value of Foothills County

——Taking Taoyuan County of Hunan Province as an Example

ZHAO Zhi-gang1，WANG Kai-rong2，XIE Xiao-li3

（1. College of Life Science and Resources and Environment， Yichun University， Yichun 336000， Jiangxi， China；

2.Eco-Institute of Agricultural and Environmental Health， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， Shandong， China；

3.Institute of Subtropical Agriculture， The Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， China）

Abstract： The value of ecosystem services of Taoyuan county from 1996 to 2006 was quantitativly assessed and analyzed， and its relationship with socio-economic indicators was investigated by canonical correlation analysis in this paper. The results show that： during the period of 1996～2006， among the individual indicators， the value of water conservation， gas regulation， climate regulation， soil conservation and biodiversity is relatively high and has a proportion of 74.60% of the total value. The rank of different types of ecosystem services value remains unchanged in different years， arranged in the order （from high to low）： woodland， farmland， water area， garden plot， unused land and construction land； The order of the correlation of land use types relative to the total ecosystem services value is： woodland> construction land > farmland> garden plot > unused land >water area. The proportion of agricultural population has a strong correlation with different land use types. The improvement of rural economics level will drive the protection of area ecological environment and urbanization development. The water area and unused land are irrelevant to multiple socio-economic indicators. The overall value of ecosystem services can be improved through reasonable allocation of land resource types.

Key words： Taoyuan county； value of ecosystem services； land use types； correlation analysis

生态系统服务作为生态学的一个分支学科，近年来得到了快速发展。生态系统服务不仅是指生态系统为人类提供食物、医药及工农业生产原料方面的价值，更包括其在支撑与维持地球生命支持系统，维持生命物质的生物地化循环与水文循环，维持生物物种与遗传多样性，净化环境，维持大气化学平衡与稳定等方面的作用[1]。因此，生态系统服务功能是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，是人类赖以生存和发展的基础[2，3]。生态系统服务功能价值评估就是将生态系统的构成要素及其服务功能的价值货币化，是人类对自然与生态系统认识成果应用于经济决策的一种技术方法[4]。在研究区域生态系统服务功能价值变化过程中，对区域环境因子的相关性进行科学分析至关重要。在对环境问题进行分析研究时，首先需要确定相关指标，再分析各相关指标与生态系统服务功能价值变化之间的相互关系与作用。本研究选择了具有代表性的亚热带丘陵县域生态系统——湖南省桃源县，通过分析其区域生态系统服务功能价值动态发展过程，探讨土地利用类型与社会经济指标的相关性，为揭示中国江南丘陵区域的生态经济发展方向、探讨该区域未来的空间结构和形态演变、促进生态环境保护及实现区域环境资源的可持续利用都具有积极的价值与意义。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

桃源县位于湖南省西北部，下辖40个乡镇，地处雪峰山和武陵山脉的交汇处，地理位置介于110°51′-111°36′E，28°24′-29°24′N之间，县域总面积约44.6万hm2，人口约97.6万。该县为山地、丘陵和平原多种地貌组合类型，以丘陵地貌为主。雪峰山和武陵山两山脉的余脉在县境内交接，形成三面环山，一方开口，中间凹陷，形似“撮箕”。这里气候四季分明，干湿两季明显，属中亚热带向北亚热带过渡的季风性湿润气候带。年平均气温约为16.5 ℃，无霜期约283 d，年平均日照时数约1 531.4 h，年平均降水量约1 447.9 mm，光、热、水资源丰富。

1.2 土地利用分类及数据来源

研究区各地类可归并为6个一级类型，分别为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地，不同土地利用类型单位面积生态系统服务价值参考谢高地等[5]、程江等[6]文献，并做适当调整。社会经济指标来自湖南省统计年鉴与桃源县1997～2007年统计年鉴，1996～2006 年土地利用变更调查数据来源于桃源县国土资源局（表1）。

1.3 生态系统服务价值研究方法

生态系统服务评估指标的选取是以生态系统服务功能为基础。本研究参照Daily[7]、联合国千年生态系统评估（MA）[8]和谢高地等[9]的方法，将桃源县生态系统的服务功能划分为产品服务和生命支持服务2个层面，服务类型包括供给、调节和文化服务3大类型，形成食物生产、原材料、气体调节、气候调节、水源涵养、废物处理、土壤保持、生物多样性保护、娱乐文化等9项评估指标。

中国幅员辽阔，地形气候多变，使用全国平均尺度值来研究局部区域往往误差较大，尤其与地形气候关系密切的耕地、草地与林地等生态系统。因此，笔者依据湖南省地区数据与全国数据的比例计算耕地、草地与林地生态系统服务价值的调节系数值（表2）。其中，食物生产、原材料、生物多样性所需数据来源于《湖南统计年鉴（2007）》、《中国农业统计年鉴（2007）》、《中国林业年鉴（2007）》；生物多样性保护采用Shannon-Wiener指数法评估[10]；气候调节、气体调节、水源涵养、废物处理、土壤形成与保护的服务功能计算数据来源于参考文献[12-14]。研究区域服务价值结果详见表3。

生态系统服务价值评估是以Costanza的研究方法[15]为基础，具体公式为：

ESVi=■Vcij×Ai （1）

ESV=■ESVi （2）

式（1）中，ESVi是第i种土地利用自然生态系统的生态服务价值（元）；Vcij是第i类生态系统的第j种土地生态系统服务类型单位面积价值（元/hm2·年）；Ai为第i类土地利用类型的面积；式（2）中，ESV为研究区域生态系统总生态服务价值。

1.4 相关性分析方法

生态服务价值与土地利用类型的面积直接相关，因此本研究通过土地利用类型面积的变化间接反映生态服务价值的变化。考虑到短期内人类活动对研究区域土地利用面积变化的影响，研究以社会经济因素为主。研究选取的指标应与研究区土地变化相关性较大，能反映土地利用变化的大体趋势；并且考虑到数据资料的可获取性，可以通过统计资料与实地调查获得；给予指标定量化才能进行模型运算，因此还需指标有赋予数据；所选取的驱动因子之间具有非关联性或弱关联性，能够从不同角度反映生态服务价值变化的驱动因素。

根据以上特点，结合桃源生态环境特点和土地利用结构的变化情况，以研究区总人口数（X1）、农业人口数（X2）、粮食总产量（X3）、农业总产值（X4）、人均GDP（X5）、农业机械总动力（X6）、农民人均纯收入（X7）、化肥施用量（X8）、农村用电量（X9）和固定资产投资额（X10）10个因子的变化量作为影响土地利用变化的社会经济关联因子，即自变量组。同时，为避免计算结果受变量量纲和数量级不同的影响，保证其科学性和客观性，在进行多元分析之前，首先将原始数据进行标准化处理，具体处理方法见参考文献[16]。

2 结果与分析

2.1 湖南省桃源县生态系统服务价值（ESV）的年度变化

从图1可知， 桃源县域生态系统各单项的生态服务价值差异很大， 其中水源涵养、土壤保持、生物多样性保护及气候和气体调节的服务价值均较高， 它们在研究年份的总贡献率中的所占比例为74.6%，这与桃源县的林地等林地植被保护较好有关；生态系统的食物生产服务价值最低， 其总贡献率所占比例仅为3.7%，这主要是该区域的耕地面积比例较低。研究时间段内，桃源县域生态系统服务功能的总体格局及多数单项生态系统服务价值的变化幅度均不显著，系统的气候和气体调节、土壤保持与娱乐文化功能价值有缓慢增加、食物生产呈逐步降低的趋势；水源涵养和废物处理功能价值则在1996～2000年间相对增高，后期又出现了回落，但研究年份间总体增加。

表4为湖南省桃源县不同年份各类型生态系统的服务价值量与所占比例，数据显示，不同类型生态系统服务价值差别较大，由近10年的平均数据可以发现，林地系统价值最高，占系统总服务价值的76.47%；其次分别是耕地、水域、草地、未利用地和建设用地。各类型生态系统服务价值经历了不同的变化趋势和幅度：林地、水域、建设用地和未利用地系统经历持续增加的变化过程；耕地、草地生态系统经历持续减少的变化过程；水域与未利用地生态系统呈现先增加后减少的变化过程。1996～2006年间，不同类型生态系统服务功能的价值排序未发生变化，排列顺序依次为：林地、耕地、水域、草地、未利用地与建设用地。

2.2 土地类型与总生态系统服务价值的关联度

以生态系统总服务价值为参考序列，以耕地、草地、林地、建设用地、水域、未利用地服务价值做为比较序列，？籽取0.5，依据灰色关联度法[17]计算出各关联度值为0.64、0.65、0.95、0.85、0.49和0.63。由此可知各类型关联度排序为林地>建设用地>耕地>草地>未利用地>水域。

2.3 地类面积与社会经济因子相关性分析

以上述标准化数据矩阵为基础，运用SPSS 14.0软件的Analyze Correlate模块，进行地类面积变化与社会经济因子之间的相关分析，得到相关系数表（表5）。

由表5数据分析可知，与耕地面积呈显著正相关的因子是农业人口数、负相关的是人均GDP与农民人均纯收入。农业人口的减小是耕地面积降低的主要因素之一，桃源县地处丘陵区域，可耕地面积相对较少，农耕并不是经济的主要来源与增长方式，因此尽管耕地面积降低、人均GDP与农民收入仍逐步升高。与草地面积呈显著正相关的因子是农业人口数、负相关的是人均GDP与农民人均纯收入。农业人口的减少导致草地面积的降低，与耕地类似，桃源县牧业不发达，面积的降低的并不影响农民收入的稳步升高。农业机械总动力与农村用电量是农业现代化水平提高的指标，随着农业现代化水平的提高，部分荒草地被开发致使草地总量减少；与林地面积呈显著正相关的因子是农业总产值、人均GDP、农业机械总动力、农民人均纯收入和农村用电量，负相关的是农业人口数。说明农村人口减少对林地面积的保护是有益的，影响林地变化的另一个主要因素是区域经济发展水平，上述影响林地的指标反映了经济发展情况，表明经济条件好会促进丘陵区林地的生态环境效应，同时对退耕还林政策的执行有所帮助。与建设用地面积呈显著正相关的因子是农业总产值、农业机械总动力、农民人均纯收入、农村用电量和固定资产投资额，负相关的是农业人口数。农村人口的流动推动县域城镇化的进程，促使建设用地规模扩大，经济发展与资产投资也是建设用地面积增加的动力，投资尤其是政府固定资产投资的增长将推动工业化、城镇化的进程，增加用地规模；水域与未利用地面积未见显著相关性因子，说明近年来桃源县的社会经济发展未对其造成显著影响。

3 结论与讨论

桃源县位于湖南省西北部，具有典型的丘陵地貌及亚热带气候特征，因此研究桃源县生态系统服务功能的价值及其变化趋势，对于丘陵区生态服务价值评估和促进地区的经济、社会与生态协调发展具有重要意义。

1）研究发现，1996～2006年间，桃源县生态服务价值总体呈现增长，其中单项价值的水源涵养、土壤保持、生物多样性保护及气候和气体调节的服务价值均较高，这与桃源县林地、水域等自然环境较好有关；不同类型生态系统的服务价值变化不同，这主要是由于各类型面积的变化引起的，面积的变化往往与人类活动有很大的关系。林地类型与研究区域总生态服务价值关联度最高，这与丘陵区域地形地貌的自然环境有关，并且林地单位面积的生态服务价值量也较高，因此林地价值在系统总价值中占有绝对优势。

2）由社会经济指标对地类面积变化的相关性分析发现，农业人口比重的变化是导致地类面积改变的主要原因之一，随着人口性质改变其社会活动发生变化，必然引起土地利用类型的面积也发生改变；反映农民经济的指标与耕地、草地呈反比，与林地、建设地呈正比，说明桃源县农民经济增长并不是依靠农耕业与牧业，而主要是与林业和其他产业为中心；农村经济水平的提高对于保护地区生态环境、促进城镇化发展有推动作用，但要注意城镇化的过快发展会占用其他土地，由于建设用地单位生态服务价值量较低，因此会降低系统的总生态服务价值量。水域及未利用地等表现出与社会经济因子相关性不强，这或许是其所在地理位置与研究时间段等因素所导致的。

3）生态服务价值的增加也可以通过提高单位面积各生态系统服务价值来实现，课题组曾以湖南省桃江县（该县与桃源县毗邻，面积小于桃源县，但地貌类型和土地利用结构与桃源县相似）为案例研究发现，依据资源特点对区域农业结构进行优化，可显著提高单位面积耕地、水域、林地等系统的生态服务价值，由于南方红壤丘陵农业生态区，50%以上的土地为低丘岗地类型，光、热、水和生物资源丰富，气候生产潜力高，而长期以来，该区域的农业生产经营大多集中在河湖冲积平原和丘陵谷底，80%以上的农业投入集中在不到20%的耕地上，是典型的“沟谷农业”经营带。因此注重合理配置土地资源类型，既提高区域系统社会功能和生态功能，促进农业的可持续发展，又对县域生态系统总的服务价值有重要贡献[18，19]。

通过对湖南省桃源县域生态系统及各子系统生态服务功能价值的分析，可以看出桃源县现有的人类活动与发展对系统的生态服务价值是有促进作用的。林地、水域等类型面积的保护对中国江南丘陵区域的生态经济发展是有重要的价值与意义；在保护现有自然区域结构的同时，可对人为干扰较多区域空间（如耕地等）结构进行优化，如调整种植结构，发展高效复合经营模式等来进一步提高单位面积生态价值。研究主要通过对近些年生态系统整体价值评估测算，并对社会经济等方面的驱动力进行分析，为政府相关部门在生态环境保护的量化评价、经济可持续发展方面提供了部分科学依据。

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