基于土地利用变化的东川生态系统服务价值分析

张晓娟+张洪

[摘要]土地利用变化通过对生态系统结构与功能的影响，改变生态系统提供产品与服务的能力，引起生态系统服务价值的变化。利用东川2000年和2010年的土地利用数据，引入单一土地利用动态度和土地利用程度指数分析土地利用变化情况，并采用Costanza的生态服务价值公式，参照中国生态系统服务价值当量表，探讨土地利用变化引起的生态系统服务价值的变化。结果表明：昆明东川主要以林地、草地和耕地为主，除草地外，其他地类面积均呈增加趋势，其中建设用地动态度最大，土地利用程度由21084增加到21187；研究期内，生态系统服务价值呈上升趋势，增加了1680×106元，年变化率为1372%，主要由水域和林地面积增加引起，单项生态服务价值都有不同程度的增加，但变化幅度均不大。

[关键词]土地利用变化；生态系统服务价值；东川区

[DOI]1013939/jcnkizgsc201611027

1引言

生态系统不仅是维持生命的支持系统，且在保持环境的动态平衡方面起着重要作用，而生态系统服务是生态系统通过其结构、过程和功能直接或间接提供的生命支持产品和服务，是维持人类生存和发展的基础。[1]土地利用是人类对土地自然属性的利用方式与状况，其类型、格局和强度的变化会对生态环境产生影响，驱动着生态系统服务提供能力的改变。[2]随着人口数量的增长和社会经济的发展，人类活动对生态环境的影响越来越大，导致许多地区生态系统服务能力的下降与退化，因此，认识土地利用变化对生态系统服务价值的影响及相互作用具有重要意义。本文选取昆明东川作为研究区域，作为西南地区典型的山地资源枯竭型城市，其生态环境敏感脆弱，山地灾害频发，再加上大量开采矿产资源、开垦陡坡耕地以及伐薪炼铜等不合理的人类活动造成东川土地利用不断发生变化，生态环境日益恶化，生态系统的服务功能也不断遭受影响。因此，本文希望通过定量分析东川区土地利用变化背景下生态系统服务价值的变化情况，弄清土地利用变化对生态系统服务价值的影响关系，为处于转型发展时期的东川调控区域生态安全和可持续发展提供理论支撑。

2研究区概况

东川区原为云南省东川市，由于矿产资源的日益枯竭，1999年被撤市设区，归昆明市管辖。东川位于云贵高原的北部边缘，地处102°47′E～103°18′E，25°57′N～26°32′N。境内山高谷深，地势陡峻，海拔高低悬殊，最高为43441 m，最低为695 m，长期受金沙江和小江及其支流的强烈侵蚀和切割，形成典型的深切割中高山峡谷地貌。全区总面积为186341 km2，其中山地面积占973%，河谷盆地占27%。区内高低悬殊的复杂地形，造成了“一山分四季，十里不同天”的立体气候特点，全年干湿季分明，年均降水量仅为700～800 mm，年平均蒸发量约1700 mm，旱涝灾害频发。2010年东川生产总值达到4657亿元，总人口约为271917人。

3数据来源与研究方法

31数据来源

本文所用数据为东川2000年和2010年两个时期的土地利用矢量数据，其他统计数据来自东川区历年国民经济统计年鉴。根据研究需要和实际情况，参照土地利用分类系统以及相关研究，将东川的土地划分为耕地（包括水田和旱地）、林地（包括林地、灌木林地疏林地和其他林地）、草地（包括高覆盖度林地、中覆盖度林地和低覆盖度林地）、水域（包括水库坑塘和滩地）、建设用地（包括城镇用地、农村居民点和其他建设用地）和未利用地（包括裸岩石砾地）6种土地利用类型。

32土地利用变化分析方法

321土地利用动态度变化

土地利用动态度可以反映研究区域一定时间范围内土地利用类型的动态变化情况及变化速率，[3]其表达式为：

D=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中D为研究时段内某一土地利用类型动态度；Ua、Ub分别为研究初期及研究末期某一土地利用类型的面积；T为研究时段。当T设定为年时，D为研究时段内某一土地利用类型的年变化率。

322土地利用程度变化

土地利用程度是衡量区域土地利用深度和广度的综合性指标，反映土地利用的综合水平以及变化趋势。采用庄大方、刘纪远[4]提出的土地利用程度的综合分析方法，计算土地利用程度变化，其计算公式为：

La=100×ni=1Ai×Ci（2）

式中La为土地利用程度综合指数且La∈[100，400]；Ai为第i级土地利用程度分级指数；Ci为第i级土地利用程度分级面积百分比；n为土地利用程度分级数，其中未利用土地为1级；林地、草地和水域为2级；耕地为3级；建设用地为4级。

33生态系统服务价值估算方法

为了消除农作物价格波动对生态服务价值总量的影响，同时增强研究结果的真实性和可靠性，以东川区主要粮食作物稻谷、小麦、玉米和豆类的播种面积、产量以及相对应的2010年各作物的全国平均价格为基础，计算出东川区单位农田生态系统提供生产服务功能的经济价值为122445元/hm2[5]在此基础上，参考谢高地[6]等制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表，结合东川区实际情况，对地类进行归类，其中耕地对应农田，林地对应森林，草地仍对应草地，未利用地对应荒漠，而建设用地则按照Costanza[1]等学者的方法，不估算其生态系统服务功能经济价值，从而确定东川生态系统服务功能的单价，见表1。

在以上研究方法的基础上，应用Costanza的生态系统服务价值估算公式，计算研究区的生态系统服务价值。计算公式为：

ESV=AK×VCK（3）

式中，ESV为生态系统服务价值（元/a）；Ak为k类土地利用类型的面积（hm2）；VCk为单位面积上土地利用类型k的生态服务价值（元·hm2·a-1）。

4结果与分析

41东川区土地利用变化分析

2000—2010年，东川处于撤市设区后的转型发展时期，一方面要调整单一产业结构的发展模式，实现产业转型升级；另一方面要治理保护脆弱的生态环境，实现可持续发展，使得东川的土地利用随着经济建设和政策调整不断发生变化。由表2可以看出，东川区土地利用变化总体趋势为：耕地、林地、水域、建设用地和未利用地面积都有所增加，而草地面积呈减少趋势。

东川土地利用主要以草地、林地和耕地为主，三者合占全区总面积的945%左右；而未利用地、水域和建设用地仅占全区面积的55%左右。研究期内耕地面积增加量最大，增加14546 hm2，年均增加063%，主要是由人口的增长引起的耕地面积的增加；由于“长防”工程、“天保”工程和退耕还林等生态环境建设工程的实施，导致林地面积持续增长，增加78096 hm2，年均增长015%；然而，由于气候灾害和山地灾害的频发、荒山造林以及大量的坡地开垦，使得草地面积不断减少，减少278912 hm2，面积绝对变化量最大；随着社会经济的发展以及生态移民工程的推进，建设用地面积增加了24905 hm2，年均增加18%，变化幅度最大。

动态变化指数反映了东川区各个地类的变化情况，而引入土地利用程度指数则可反映整个东川区土地利用程度的变化，进一步分析土地利用对生态环境的影响。利用式（2）和表2计算得到2000年和2010年土地利用程度指数分别为21084和21187，可以看出，东川区的土地综合利用水平较高，土地利用程度呈现增加的趋势，说明人类活动对土地利用的影响不断增大。

42生态系统服务价值变化分析

结合研究期内各地类的面积，利用式（3）和表1计算得到2000年和2010年各地类的生态服务价值，见表3。总的可以看出，东川区的生态系统服务价值总量整体上呈上升趋势，从2000年的368836×106元增加到2010年的370516×106元，10年间共增加了1680×106元，年变化率为1372%；林地和草地对总体生态系统服务价值的影响较大，两者的价值量占到总价值量的88%左右；各土地类型中除了草地的生态服务价值量在减少外，其他地类的生态服务价值量都有所增加。

具体到各地类，由于研究期间草地面积大量减少，影响其生态服务价值量下降，减少了3985×106元，而林地的增加量最多，达到2689×106元，这一部分是由于林地面积增加造成的；其次，水域也因面积大幅度的增加使得其生态服务价值显著增加，增加了1566×106元，年变化率达到831%，耕地和未利用地的生态服务价值也分别增加了1407×106元和004×106元，也都相应的受到面积增加的影响。由此可知，东川区生态系统服务价值的变化受土地利用变化的影响较大，会随着土地利用数量和结构的变化发生相一致的变化。

由表4可以看出，东川区各单项生态系统服务功能的ESVf占生态系统服务价值的比值较接近，差异较小，其中，保持土壤和维持生物多样性这两种功能的占比最高。从变化量来看，研究期内除了保持土壤这一功能类型的ESVf值呈下降趋势外，东川其他服务功能类型的ESVf值均有不同程度的增加，但变化幅度都不大，其中，水文调节和废物处理的增幅较大，变化率分别达到119%和126%。

5结论与讨论

第一，2000—2010年东川区土地利用以草地、林地和耕地为主，各土地利用类型面积均发生不同程度的变化。其中，建设用地总量迅速扩张，增加28207 hm2，年变化率为18%，主要通过占用耕地和草地实现，草地面积下降幅度最大，减少278912 hm2，主要被耕地开垦和植树造林占用；未利用地面积变化幅度最小，增加了2244 hm2，年变化率仅有004%，耕地、林地和水域则分别增加了14546 hm2、78096 hm2和28207 hm2。此外，随着人类活动影响的不断增大，东川区的土地利用程度呈增加趋势，由21084增加到21187，土地综合利用水平较高。

第二，2000—2010年东川区土地利用结构的变化使生态系统服务总价值增加了1680×106元，年变化率为1372%，水域和林地面积的增加是东川区10年期间生态系统服务价值呈上升趋势的主要原因。各土地类型中除了草地外，其他地类的生态服务价值量都有所增加，其中，林地和草地生态系统在总生态系统服务价值中占据主导地位，意味着林地和草地面积的减少会造成整个生态系统服务价值的明显下降，因此，东川区在今后调整土地利用规划或制定发展战略中应注意对林地和草地的保护。此外，除了保持土壤这一生态功能的服务价值有所减少外，东川其他8种生态服务类型的价值量均有不同程度的增加，但变化幅度均不大。

第三，东川现处于资源枯竭型城市的转型发展时期，生态环境的治理、产业结构的调整与优化升级都会引起土地利用结构变化，而这会引起生态系统结构和功能的变化，从而对生态系统服务价值产生影响。东川需在维护生态环境稳定的基础上，科学合理的调整土地利用规划，有步骤的进行采矿区的生态恢复，发展循环经济，提高各地自身的生态服务价值，实现地区的可持续发展。

参考文献：

[1]Costanza R，dArge R，Groot RD，et alThe Value of the Worlds Ecosystem Service and Nature Capital[J].Nature，1997（387）：253-260

[2]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

[3]王秀兰，包玉海土地利用动态变化研究方法探讨[J].地理科学进展，1999，18（1）：81-87

[4]庄大方，刘纪远中国土地利用程度的区域分异模型研究[J].自然资源学报，1997，12（2）：105-111

[5]彭文甫，周介铭，杨存建，等基于土地利用变化的四川省生态系统服务价值研究[J].长江流域资源与环境，2014，23（7）：1053-1062

[6]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