基于土地利用变化的福建省自然保护区生态系统服务价值研究

古璠，黄义雄

(福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007)

基于土地利用变化的福建省自然保护区生态系统服务价值研究

古璠，黄义雄

(福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007)

以福建省自然保护区为例，依据2000年、2005年和2010年福建省土地利用数据，利用ArcGIS软件分析各类型土地利用的面积及其变化特点，并参照谢高地的生态系统服务价值计算方法，分析了福建省自然保护区内土地利用变化与生态系统服务价值之间的关系。结果表明：(1)2000—2010年，土地利用发生了较大的变化，各类型之间转换比较频繁，且林地面积逐渐在减少，园地和建设用地面积逐渐在增加，其他土地类型面积先增加后减少；(2)2000—2010年，林地主要转变为园地和耕地，园地主要由林地和草地转换而来，林地为自然保护区最主要的土地利用类型；(3)2000—2010年，自然保护区生态系统服务价值逐渐减少，且土地利用变化与各类型的生态系统服务价值变化相对一致。

土地利用；生态系统服务价值；变化；自然保护区

生态系统服务功能是指生态系统和生态过程所形成及所维持的人类生存所必需的环境条件和效用[1]。1997年，Costanza将生态系统服务功能分为气体调节、气候调节、干扰调节等17类[2]。傅伯杰等人在《景观生态学原理及应用》书中将生态系统服务功能划分为4个层次：生态系统生产功能、基本功能、环境效益和娱乐功能等[3]。生态系统服务价值评估意义重大，各国学者一直致力于生态系统服务价值评估。Costanza提出生态系统服务当量因子，对全球生态系统服务价值进行了计算[2]。Brander等在研究湿地生态系统服务价值时，建立生态系统服务价值回归方程，并对该方程的可行性进行了探讨[4]。我国学者在生态系统价值研究方面也取得了很大的进展，欧阳志云等利用市场价值法、市场替代法等方法对中国陆地生态系统服务价值进行了评估[5]。谢高地和鲁春霞等对Costanza的生态系统服务价值当量因子进行修订，提出中国陆地生态系统服务价值当量因子，基于此评估出青藏高原地区生态系统服务价值[6]。谢高地与肖玉等对我国农田生态系统服务价值进行了估算，并提出我国不同省份的农田生态系统当量因子[7]。赵景柱等从物质量和价值量两个角度评估生态系统服务价值，对两种不同结果进行分析，两种方法区别很大，但也能相互补充使用[8]。

由于土地利用类型状况会直接影响到生态系统服务价值，社会的快速发展使得土地利用类型发生了很大的变化，各地区各土地利用类型的生态系统服务价值也随之发生变化。目前我国学者在土地利用类型变化对生态系统服务价值影响方面的研究比较广泛[9-13]。

自然保护区拥有丰富的生物资源，是自然生态系统的重要组成部分，也是人类研究生态的天然平台，并且在涵养水源、保持水土、改善生态环境及保持生态稳定和生态平衡等方面发挥着积极作用，提供着比较高的生态系统服务价值。然而社会的高速发展，人口的不断增加，城镇化不断推进，自然保护区遭到越来越严重的破坏，生物多样性逐渐减少，生态系统服务功能和价值逐渐降低。

本文以福建省自然保护区为研究对象，分析其土地利用变化状况，并对其生态系统服务价值进行评价，旨在研究随着土地利用的变化，自然保护区生态服务功能和价值变化规律，以期为自然保护区管理提供支持。

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区范围

根据《中华人民共和国自然保护区条例》(1994)，自然保护区是指“对有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水体或者海域，依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域”[14]。截至2014年底，福建省各级自然保护区共有90处，其中国家级自然保护区16个，省级自然保护区21个。研究内容为2010年的情况。

1.2 数据来源

本研究数据来源于2000年、2005年福建省土地利用类型图，“福建省生态环境十年变化(2000—2010年)遥感调查与评估”项目中的2010年福建省土地利用类型数据。自然保护区信息来源于中华人民共和国环境保护部和福建省林业厅。

图1 自然保护区分布图

2 土地利用变化分析

2.1 各时期土地利用变化分析

首先对三期土地利用类型图分析整理，利用ArcGIS软件与自然保护区结合，得到福建省自然保护区三期土地利用现状图(图2)，并对各期的土地利用面积进行统计分析，见表1。

由表1可知，2000—2010年福建省自然保护区土地利用类型以林地为最主要类型,所占比例在84%以上。在其他的土地利用类型中，耕地面积最多，所占比例最大；其次为园地。总体上来看，福建省自然保护区土地利用中林地、草地面积持续减少，林地面积减少最多，达2 840.741 8 hm2；耕地和湿地面积呈现先增加后减少的趋势，最终2010年比2000年耕地面积减少606.805 3 hm2，湿地面积减少60.276 2 hm2；园地和建设用地面积持续增加，分别增加2 702.368 4 hm2和2 447.206 3 hm2；裸地面积先增加后减少，但整体上增加38.639 3 hm2；其中园地增加面积最多。因此可以得出，2000—2010年，林地面积减少幅度最大，园地面积增加幅度最大。

2.2 各时期土地利用转移分析

使用ArcGIS分析工具，计算提取土地利用转移矩阵，分析自然保护区内土地利用变化状况(见表2和表3)。

由表2可见，2000—2005年，自然保护区内林地面积减少，主要转变为草地、园地和耕地；草地面积减少，主要转变为耕地和园地。耕地面积增加，主要来源于林地、草地和湿地；园地面积增加，主要来源于林地、耕地和草地；建设用地面积增加，主要来源于耕地和林地；裸地面积增加，主要来源于林地。

表2 2000—2005年各土地利用类型转移矩阵

注：行表示2000年某一减少的土地利用类型转变为2005年的各类型的面积；列表示2005年某一增加的土地利用类型来源于2000年的各类型的面积。

由表3可知，2005—2010年，林地面积持续减少，主要转变为园地和耕地；草地面积减少，主要转变为园地和建设用地；耕地面积减少，主要转变为园地和建设用地；湿地面积减少，主要转变为耕地和建设用地。园地面积增加，主要来源于林地和草地；建设用地面积增加，主要来源于耕地、林地和草地。

表3 2005—2010年各土地利用类型转移矩阵

注：行表示2005年某一减少的土地利用类型转变为2010年的各类型的面积；列表示2010年某一增加的土地利用类型来源于2005年的各类型的面积。

综合分析表2和表3，2000—2010年耕地和草地面积持续减少，建设用地和园地面积持续增加。2000—2005年和2005—2010年各土地类型转换比较频繁，变化规律相对一致。

3 生态系统服务价值变化分析

3.1 生态系统服务价值当量因子

参考谢高地提出的中国生态系统服务价值当量因子表[6,15]，将生态系统服务功能分为供给服务、调节服务、支持服务和文化服务等4个一级类型和食物生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水文调节、废物处理、保持土壤、维持生物多样性和提供美学景观等9个二级类型。谢高地将一个当量因子的价值定义为当年全国平均粮食产量的1/7。取林地和耕地的平均值作为园地生态系统服务价值的当量因子；由于将水域划为湿地类型，取原表中湿地与河流(湖泊)的均值作为本文中湿地生态系统服务价值当量因子(见表4)。

表4 生态系统服务价值当量因子表

3.2 单位面积生态系统服务价值量

根据谢高地[16]计算的全国生态系统服务价值当量因子的经济价值为884.9元hm-2，与中国不同省份农田生态系统生物量因子，得到福建省不同土地利用类型生态系统服务当量因子的经济价值为1 380.44元hm-2，最后计算出单位面积的生态系统服务价值量(见表5)。

表5 福建省自然保护区内各土地利用类型单位面积生态系统服务价值量(元)

3.3 自然保护区生态系统服务价值变化分析

根据各土地利用类型的面积和单位面积的生态系统服务价值量，计算自然保护区生态服务总价值为：

式中：ET为生态系统服务总价值(元a-1)；Si为i类土地利用类型面积(hm2)；Cij为单位面积生态系统服务价值[元(hm2a)-1]。[17]

表6 2000—2005年自然保护区各土地利用生态系统服务功能的价值变化

表7 2005—2010年自然保护区各土地利用生态系统服务功能的价值变化

由表6和表7可以看出，2000—2005年，林地和草地的生态系统服务价值都在降低，其他土地类型的服务价值都呈小幅度的提高，其中园地服务价值增加最大，2005年的生态系统服务总价值比2000年降低了3.900 5×108元。2005—2010年，林地、草地、湿地、耕地的生态系统服务价值都在降低，林地降低值最大；只有园地的生态系统服务价值在增加；2010年生态系统服务总价值比2005年减少了0.139 3×108元。从2000—2010年，福建省自然保护区生态系统服务总价值在持续降低，从2000年的140.272 3×108元降低到2010年的135.624 1×108元；总体上林地、草地、湿地、耕地的生态系统服务价值在降低，园地和裸地的生态系统服务价值在增加；林地、湿地、耕地、园地生态系统服务价值所占比例在提高，而草地服务价值比例在降低；三期中林地所占比例都为最高，其次为湿地、园地、耕地。因此得出，林地为自然保护区最重要的生态系统服务价值构成部分。并且，各土地利用类型生态系统服务价值的变化与各面积的变化情况相对一致。

4 结论与讨论

4.1 结论

(1)2000—2010年，福建省自然保护区内各土地利用类型中，林地、草地、湿地和耕地面积减少，园地、建设用地和裸地面积在增加。其中，林地减少面积最大，园地增加面积最大。林地主要转变为园地和耕地，草地主要转换为园地、建设用地和耕地。园地面积主要由林地和草地转换而来，建设用地主要由耕地和林地转换而来。

(2)2000—2010年，福建省自然保护区各土地利用类型中，林地的生态系统服务价值最高，其次为湿地和园地。说明林地、湿地和园地作为自然保护区生态系统服务价值的重要构成，其中林地最为重要。但是林地和湿地的生态系统服务价值在降低，园地的生态系统服务价值在增加。且各土地利用类型的生态系统服务价值量的变化与其面积变化相对一致。

4.2 讨论

本文采用的生态系统服务价值是根据当年全国平均产量的1 hm2农田每年产生的粮食的经济价值作为当量因子的价值来进行计算，而由于各地区土地利用类型差异很大，社会经济状况不同，生态系统服务价值还会受到土地利用类型、地域和社会经济状况的影响[4,18，19]。这在本文中并没有考虑到，得到的自然保护区生态系统服务价值结果会有偏颇。

[1] Daily G. Nature's services: societal dependence on natural ecosystems[M].Washington:Island Press, 1997.

[2] Costanza R, d'Arge R, De Groot R, et al. The value of the world's ecosystem services and natural capital[J].Nature, 1997,387:253-255

[3] 傅伯杰,陈利顶,马克明，等.景观生态学原理及应用[M].北京：科学出版社,2001

[4] Brander L M, Florax R J G M, Vermaat J E. The empirics of wetland valuation: a comprehensive summary and a meta-analysis of the literature[J]. Environmental and Resource Economics, 2006,33(2):223-250

[5] 欧阳志云,王效科,苗鸿.中国陆地生态系统服务功能及其生态经济价值的初步研究[J].生态学报,1999(5):607-613

[6] 谢高地,鲁春霞,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

[7] 谢高地,肖玉,甄霖,等.我国粮食生产的生态服务价值研究[J].中国生态农业学报,2005,13(3):10-13

[8] 赵景柱,肖寒,吴刚.生态系统服务的物质量与价值量评价方法的比较分析[J].应用生态学报,2000,11(2):290-292

[9] 杨越,哈斯,杜会石,等.基于RS和GIS的宁夏盐池县土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J].水土保持研究,2014,21(5):100-105

[10] 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

[11] 杨越, 孙保平, 哈斯,等. 宁夏盐池县土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J]. Agricultural Science & Technology, 2013(11):1687-1692

[12] 叶鹏,颜慧慧,王凤霞.基于土地利用变化的三亚市生态系统服务价值研究[J].海南大学学报：自然科学版,2016,34(1):51-58

[13] 刘伟,刘祥宏,但新球,等.生态脆弱区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以贵州北盘江大峡谷国家湿地公园为例[J].草地学报,2015,23(4):689-696

[14] 中华人民共和国国务院.中华人民共和国自然保护区条例[Z]．2011-04-28

[15] 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

[16] 谢高地,肖玉,甄霖,等.我国粮食生产的生态服务价值研究[J].中国生态农业学报,2005,13(3):10-13

[17] 熊善高,万军,龙花楼,等.重点生态功能区生态系统服务价值时空变化特征及启示——以湖北省宜昌市为例[J].水土保持研究,2016,23(1):296-302

[18] 李双成.生态系统服务地理学[M].北京：科学出版社,2014

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Ecosystem Service Value of Nature Reserves in Fujian Province Based on Land Use Change

Gu Fan, Huang Yixiong

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

Based on land use data in 2000, 2005 and 2010, land use area and its variation characteristics of nature reserves in ArcGIS were investigated in Fujian Province.The relationship between land use change and ecosystem service value in Fujian nature reserve was analyzed with Xie Gaodi’s method.Result shows that:(1)The land use change a lot,the conversion of land use types is frequent from 2000 to 2010. And the area of forest land decrease gradually, the garden land and construction land increase.(2)From 2000 to 2010, the forest land was transformed into garden and cultivated land, and the land was mainly converted from forest land and grassland. Forest land is the main land use type in nature reserve.(3)The value of ecosystem services in nature reserve gradually reduce, and the change of land use and ecosystem services value of various types of ecosystem service value change is relatively consistent from 2000 to 2010.

land use; ecosystem service value; change; nature reserve

1005-5215(2017)01-0014-05

2016-11-30

古璠(1992-)，女，河南驻马店人，硕士研究生，从事生态与环境研究，Email:872584123@qq.com

黄义雄(1960-),男，福建福州人，博士，主要从事景观生态方面研究，Email:yxhuang@fjnu.edu.cn

S759.9

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.01.004