长汀县生态系统服务价值时空演变特征研究

付宝宝，武国胜

（福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007）

长汀县生态系统服务价值时空演变特征研究

付宝宝，武国胜

（福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007）

以南方典型红壤水土流失区长汀县为例，依据2000，2005，2010和2014年4期遥感影像数据，利用RS和GIS手段分析长汀县生态系统服务价值时空变化.结果表明，2000—2014年长汀县的生态系统服务总价值减少了2.13亿元，与2000年相比减少了1.70％，总体呈负增长的趋势；2000—2014年长汀县各土地利用类型提供生态系统服务价值最高的是森林生态系统，生态系统服务类型中价值最高的是土壤形成与保护；生态系统服务价值较高区域主要分布在县域东部和西南部，较低区域主要分布在区域中部河谷盆地地区；各土地利用类型生态系统服务价值敏感性指数均小于1，说明生态系统服务价值对服务价值系数缺乏弹性.

生态系统服务价值；时空变化；长汀县

生态系统服务功能是指生态系统及生态过程所形成的以及所维持的人类赖以生存的自然环境条件和效用[1]，是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（如食物、原材料）和服务（如废弃物同化），是人类生存和发展的物质基础和基本条件[2].然而伴随着人口快速增加，城市化迅速发展以及各种不合理的土地利用，产生了各种生态环境问题，造成了自然生态系统的服务功能迅速衰退，给人类社会的可持续发展带来巨大的威胁[3].定量描述生态服务价值时空变化特征及内在机理，为调控区域生态安全，促进区域可持续发展建设提供依据[4].

长汀县是我国南方典型的丘陵红壤侵蚀区，其水土流失历史长，面积大，程度重.自20世纪40年代就开展了水土流失治理工作，但治理效果却时有反复[5].从2000年开始，福建省政府将长汀县水土流失综合治理列为福建省为民办实事项目之一，每年拨巨额资金对该地区水土流失进行持续攻坚治理.经过多年努力，近年来该地区水土流失得到了根本性的治理，生态环境得到了极大改善[6].与此同时，这10多年也是长汀经济快速增长的时期，土地利用变化多样，城镇化进程迅猛发展，对环境的胁迫不断增强，水土流失治理效果也出现反复的情况.在此背景下深入研究土地生态系统服务价值时空变化规律，对促使区域社会经济与生态环境之间关系的良好发展具深远的现实意义[7].

1 研究区概况

长汀县地处福建省西部，武夷山南麓，为福建省第5大县，地理位置为116°00′45″～116°39′20″E，25°18′40″～26°02′05″N，土地面积3 099 km2，2010年常住人口39.34万人[8].研究区域属于亚热带季风性湿润气候，年平均气温18.3 ℃，降雨量1 730.4 mm[9].土壤类型以红壤土和沙壤土为主，肥力低，干旱，抗蚀力差，加之地表植被的人为破坏，使长汀县成为中国南方典型的丘陵红壤侵蚀区，历史上其水土流失历时之长，面积之广，危害之大，是福建省之最.

2 研究方法

2.1 数据来源及处理

本研究以2000，2005，2010和2014年4期LandsatTM/ETM/OLI遥感影像为主要数据源，利用ENVI软件对影像进行统一投影、几何校正、辐射校正及图像增强等预处理.采用人机交互式解译，通过最大似然法监督分类和目视解译相结合，获得研究区4期土地利用数据，根据研究区域实际情况将土地利用/土地覆盖类型划分为森林、灌丛、草地、农田、湿地、城镇和裸地等7类（见表1），并利用ArcGis10.2软件对土地利用数据进行相关分析.

表1 长汀县2000—2014年各年份土地利用类型面积 hm2

2.2 生态系统服务价值估算方法

Constanza[10]等对全球尺度的生态服务价值进行了估算，为了减少其应用于中国陆地生态系统所造成的误差，谢高地[11]等人在其基础上，结合对我国200多位生态学者进行的问卷调查访谈结果建立了中国陆地生态系统单位面积服务价值表，生态系统服务价值当量因子是生态系统潜在服务价值的相对贡献率，该因子等于每年每公顷粮食价值的1/7.参考福建省2000—2014年统计年鉴[12]，长汀县的平均粮食产量为5 164 kg/hm2，2014年的平均粮食价格为2.84 元/kg，确定长汀县的一个生态系统服务价值当量因子为2 095.11元/hm2，并获得生态系统服务价值系数表（见表2）.根据Constanza提出的生态系统服务价值估算模型计算分析长汀县的生态系统服务价值，其公式为[13]

其中：ESV为生态系统服务价值；Ak为第k类土地利用类型面积；VCk为第k类土地利用类型单位面积的生态系统服务价值；ESVf为生态系统第f项服务功能价值；VCfk是土地利用类型k的第f项服务功能价值系数；k为区域土地利用类型.

表2 长汀县生态系统服务价值系数 元/hm2

2.3 生态系统敏感型指数计算

本文利用经济学中常用的敏感性概念来计算生态系统服务价值系数敏感性指数，以确定生态系统服务价值随时间变化对生态系统服务价值系数的依赖程度[14].敏感性指数（CS）是指生态系统服务价值系数（VC）变动1％引起生态系统服务价值（ESV）的变化情况，如果CS＞1，表明ESV相对于VC是富有弹性的，不敏感的；如果CS＜1，表明ESV相对于VC是缺乏弹性的，敏感的.比值越大，表明生态系统服务价值指数对于生态系统服务价值的计算越关键，本文将各土地利用类型的生态系统服务价值指数分别上下调整50％，敏感性指数的计算公式为[15]

其中，CS为敏感性指数；ESV为生态系统服务价值量；VC为生态系统服务价值系数；m和n分别为最初和调整后的量.

3 结果与分析

3.1 长汀县生态系统服务价值时间变化分析

长汀县2000—2014年各类用地生态系统服务价值及其变化见表3.由表3可见，长汀县2000，2005，2010和2014年的生态系统服务总价值分别为12 506.86×106，12 292.93×106，12 352.72×106，12 294.21 ×106元，2000—2005年减少了213.93×106元，减幅达1.71％；2005—2010年增加59.79×106元，增幅达0.49％；2010—2014年减少了58.51×106元，减幅达0.47％；2000—2014年间共减少了212.65×106元，减幅达1.70％.总体来说，研究期间长汀县的生态服务总价值总体稳定，稍有下降.

表3 长汀县2000—2014年各类用地生态系统服务价值及其变化 106元

其中，森林生态系统服务价值最高所占比例达到84.71％～86.35％，其次为灌丛，其生态系统服务价值所占比例为7.62％～8.71％，农田、湿地和草地生态系统服务价值所占比例依次减少.森林生态系统服务价值最高，主要是由于长汀县林地面积占研究区面积比例最大，森林覆盖率高且提供的生态系统服务价值系数较高.从各土地利用类型的生态系统服务价值总体变化情况看，除森林生态系统服务价值增加外，灌丛、草地、湿地和农田生态服务价值均有所减少，减少幅度由高到低依次为草地、灌丛、湿地和农田.裸地的生态服务价值基本没有变化.森林的生态系统服务价值增加主要是由于近年来长汀县持续不断的水土流失治理工作和封山育林、植树造林等措施，提高了林地面积和森林树种质量，使得森林生态服务价值增加.耕地、草地和灌丛生态系统服务价值减少主要是由于长汀县快速城镇化的过程中，建设用地面积不断扩张，造成耕地等其它生态用地大幅减少.

从长汀县生态系统服务价值结构（见表4）看，土壤形成与保护始终处于最高，其次为气体调节、气候调节、生物多样性保护、水源涵养、原材料、废物处理、娱乐文化以及食物生产.这与研究区内拥有各种生态保护区且以水土流失治理为主要的发展目标和定位密切相关，由于长汀县是南方红壤水土流失最为典型的区域，曾经福建省水土流失最为严重的地区，首要任务是做好水土流失治理工作，保护水土资源，减少土壤侵蚀.因此，土壤形成与保护的服务价值最高.从各类生态系统服务价值类型的变化看，2000—2014年，研究区各种生态系统服务价值均存在不同程度的减少，减少幅度最高的是食物生产，减幅达3.97％，其余依次为废物处理、气候调节，减幅分别达到了3.49％和3.45％.但从3个研究时段来看，各生态系统服务价值减少的幅度都在逐渐减小，如土壤形成与保护的减幅从第1阶段的1.55％降低到第3阶段的0.34％；水源涵养的降幅从第1阶段的1.78降低到第3阶段的0.44％.这说明在政府和当地农民的近十几年水土流失治理工作取得了显著的成效，生态系统服务价值的减少速度有了明显的降低.

表4 长汀县2000—2014年长汀县生态系统服务价值结构变化 106元

3.2 长汀县生态系统服务价值空间分布分析

为了便于长汀县生态系统服务价值的空间变化对比，分别计算长汀县各乡镇2000，2005，2010和2014年4个时间段的生态系统服务价值（见表5），并采用ArcGIS的自然间断点分级法将长汀县2000—2014年的生态系统服务价值分为5个等级（见图1），使各级内部方差之和最小，从中可以看出，长汀县的生态系统服务价值的空间分布存在较明显的空间分异特征.

表5 长汀县2000—2014年各乡镇土地生态系统服务价值 106元

图1 长汀县2000—2014年生态系统服务价值空间分布

研究期内，汀州镇的生态系统服务价值始终处在最低值范围，县域北部的庵杰乡、铁长乡及县域南部的宣成乡和羊牯乡处于生态系统服务价值的较低范围；馆前镇、新桥镇、策武乡以及大同镇的生态系统服务价值处于一般范围；童坊镇、河田镇、南山镇和红山乡的生态系统服务价值处在较高范围；四都镇和濯田镇的生态系统服务价值处在最高范围.从空间分布来看，长汀县生态系统服务价值总体呈西南、东部高，中部低的格局.在长汀县西北部的濯田镇和四都镇形成2个明显的高值区域，主要是由于这2个乡镇面积最大，并且森林覆盖率较高，位于长汀县圭龙山自然保护区内，生态环境质量较高.中部沿河谷流域形成低值带，主要是由于农田和城镇基本沿河谷分布，农业生产活动以及城镇人类生产生活频繁，对生态系统的影响最为强烈，造成水土流失、环境污染等问题.因此，生态系统服务价值较低，如汀州镇是县城所在地，其生态系统服务价值在研究期间始终处于最低位置.

3.3 长汀县生态系统服务价值敏感性分析

根据公式（3），将长汀县生态系统服务价值系数调整50％，从而分析长汀县生态系统服务价值随时间变化对生态系统服务价值指数的依赖情况（见表6）.由表6可见，长汀县所有土地利用类型的ESV对VC的依赖程度均小于1，表明研究区的ESV对VC是缺乏弹性的，研究结果是可信的.敏感性指数由大到小依次为：森林＞灌丛＞农田＞湿地＞草地＞裸地，裸地和草地的敏感性指数都很小，为1.30142E-05～0.005，表明裸地和草地的VC变化对长汀县生态系统服务总价值影响不大，主要因为裸地和草地面积占研究区总面积比例最小；森林的敏感性指数最高且在研究期间呈增长趋势，说明森林的VC变化对长汀县生态系统服务总价值产生放大作用.

表6 长汀县生态系统服务价值敏感性

4 结论与讨论

（1）本文利用遥感影像解译获得土地利用数据，结合Constanza的生态系统服务价值估算方法，计算长汀县2000—2014年的生态系统服务价值，并分析其时空动态变化，计算生态系统服务价值敏感指数小于1，说明该方法结果可靠，可行性强.

（2）2014年长汀县的生态系统服务价值为122.94亿元，比2000年减少了2.13亿元，减幅约1.70％，研究期间长汀县的生态服务总价值总体比较稳定，稍有下降；从长汀县土地利用类型的生态系统服务价值看，森林是长汀县主要的生态服务供给覆盖类型，提供生态系统服务价值最高，其次为灌丛、农田、湿地和草地；从长汀县生态系统服务价值结构来看，土壤形成与保护始终处于最高，其次为气体调节、气候调节、生物多样性保护、水源涵养、原材料、废物处理、娱乐文化和食物生产.

（3）长汀县生态系统服务价值总体上呈现东部和西南部山区高，中部较低的空间分布格局.主要是由于东部和西南部多划归生态保护区，森林植被覆盖较好，生态环境质量较高；生态系统服务价值低区域位于长汀县的中间河谷地带，且主要分布在汀州镇和三洲乡等乡镇，这一地带是城镇用地以及耕地的主要分布区域，人类活动最为频繁和强烈，对生态环境的影响最为明显，易造成诸如水土流失和环境污染破坏等问题.因此，应优化本地区的土地利用结构，加强水土保持工作，以增加长汀县的生态系统服务价值，提高生态环境质量.

[1]谢高地，鲁春夏，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

[2]刘桂林，张落成，张倩.长三角地区土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J].生态学报，2014，34（12）：3311-3319

[3]曾杰，李江风，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

[4]孙慧兰，李卫红，陈亚鹏，等.新疆伊犁河流域生态系统服务价值对土地利用变化的响应[J].生态学报，2010，30（4）：887-894

[5]朱鹤健.长汀水土保持研究[M].北京：科学出版社，2013：1-3

[6]陈志彪，陈志强，岳辉.花岗岩红壤侵蚀区水土保持综合研究[M].北京：科学出版社，2103：22-23

[7]陈美球，赵宝苹，罗志军，等.基于RS与GIS的赣江上游流域生态系统服务价值变化[J].生态学报，2013，33（9）：2761-2767

[8]毕安平，朱鹤健，王德光，等.水土流失区农户燃料选择及收益[J].水土保持通报，2011，31（3）：150-151

[9]琳娜，徐涵秋，何慧.南方红壤水土流失区土地利用动态变化[J].生态学报，2013，33（10）：2983-2991

[10]Constanza R，Arge R，Groot R S，et al.The value of the word，ecosystem services and nature capital[J].Nature，1997，387：253-260

[11]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

[12]福建统计局.福建统计年鉴[J].北京：中国统计出版社，2000—2014

[13]胡和兵，刘红玉，郝敬锋，等.城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应[J].生态学报，2013，33（8）：2565-2576

[14]刘桂林，张落成，张倩.长三角地区土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J].生态学报，2014，34（12）：3311-3319

[15]陈美球，赵宝苹，罗志军，等.基于RS与GIS的赣江上游流域生态系统服务价值变化[J].生态学报，2013，33（9）：2761-2767

Spatiotemporal dynamics of ecosystem service value in Changting County

FU Bao-bao，WU Guo-sheng

（School of Geographical Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China）

Choose Changting County as an example，where is the key management areas of red soil erosion in southern China.According to the four remote sensing images in 2000，2005，2010 and 2014，then by means of the RS and GIS to analyze the changes of ecosystem service value.The results show that the total value of ecosystem services in Changting reduced 2.13 billion yuan from 2000 to 2014，which has decreased by 1.7％ compared with 2000，the overall growth tendency is negative.From 2000 to 2014，the forest ecosystem provided the largest ecosystem services value among all land use types in Changting，from the perspective of the different types of ecosystem services，soil formation and protection value accounted for the highest proportion.The area with higher ecosystem service value are mainly distributed in the eastern and northwestern of Changting County，and the area with lower one are mainly distributed in the valley basin of the central area in Changting County.The ecosystem service value sensitivity index of each land use type is less than 1，indicates that the ecosystem service value of the Changting.

ecosystem services value；spatiotemporal dynamics；Changting County

X171.1

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.12.012

2016-10-19

付宝宝（1990-），男，山西临汾人，在读硕士研究生，主要从事土地资源管理方面的研究.E-mail：1577953021@qq.com

武国胜 （1969-），男，湖北武汉人，副教授，博士，主要从事资源环境与空间数据挖掘方面的研究.E-mail：wguosheng@163.com

1007-9831（2016）12-0045-06