乐都区土地利用变化对生态系统服务价值影响研究

戴怡晓

(青海民族大学 公共管理学院,青海 西宁 810007)

乐都区土地利用变化对生态系统服务价值影响研究

戴怡晓

(青海民族大学 公共管理学院,青海 西宁 810007)

基于乐都区2009-2015年社会经济数据，运用土地利用变化模型、当量因子法及敏感性分析，结合乐都区实际情况，计算与分析乐都区土地利用变化特征、生态系统服务价值,对研究区各地类与地类面积变化、土地利用程度、气温、GDP的敏感性系数进行比较，进而得出土地利用对生态环境影响的量化结果。研究发现：土地利用程度变化量和变化率呈正值，乐都区土地利用在研究期内处于发展期；生态系统服务价值总体上呈增长趋势，气温和地类面积变化与各地类的生态系统服务价值敏感度系数较高；林地对乐都区生态系统服务价值起决定性作用。

土地利用；生态系统服务价值；敏感性分析；乐都区

高原地区土地的生产力和承载力较为低下，随着区域内土地利用类型大量转换，不仅对土地利用结构、方式和效率有了更高的要求，对区域整体社会经济环境和生态安全格局也产生了巨大压力。青藏高原的生态环境地位突出，对生态系统服务价值的研究不仅关系到研究区域自身，也与江河中下游地区息息相关。目前国内外对土地利用变化与生态系统服务价值两者之间关系的研究已有了一系列的成果。如国外学者在生态系统服务价值影响因素上已对土地利用这一因素投入较多关注，并注重生态系统服务价值在土地利用结构优化中的应用[1-5]；国内学者对土地利用与生态系统服务价值关系的研究则主要集中在大尺度的自然区域或经济发达的城市，而基于行政区域尺度、流域等的研究较少[6-12]。

乐都区位于海东市的中部，青海省东北部，地处青海省沿湟经济发展带的中心。作为青海省“四区两带一线”经济发展布局和东部城市群建设的重点地区，乐都区的经济社会正在经历一个快速发展的阶段，尤其是在撤县设区，成为海东市行政中心时间段期间，用地需求日益增加，用地矛盾日益凸显，土地利用发生较大变化。以土地利用变化对土地生态系统服务价值影响为重点进行的研究，不仅为合理利用土地、调整土地利用结构提供数据支持，为青海省东部城市群现代农业发展提供实例参考，也为区域内土地整理生态补偿体系构建提供了数据支撑。

本文选取乐都区撤县改区前、后三年的时间段，即基于其2009-2015年社会经济数据，运用土地利用变化模型、当量因子法及敏感性分析，结合乐都区实际情况，计算与分析乐都区2009-2015年土地利用变化特征、生态系统服务价值及其两者关系，得出土地利用对生态环境影响的量化结果，以期为合理利用土地、调整土地利用结构提供决策科学依据。

1 研究区概况及数据来源

研究区是青海省海东市下辖区，位于青海省东北部湟水中游南侧，黄土高原向青藏高原过渡地带，地形沟壑纵横，海拔1 850～4 480 m。该区域地属高原大陆性气候，具有光照充足，雨热同季，寒季长，雨量少，蒸发强的气候特点，年均气温7.3 ℃左右，年内无霜期144 d，年降水量340 mm左右。

本次研究使用资料的起止时间为2009-2015年，使用的数据包括土地利用变化数据和社会经济统计数据。土地利用变化数据主要根据2009-2015年青海省土地利用变更调查数据，并以其和谢高地等的中国陆地生态系统单位面积服务价值当量因子表中的生态系统类型为基础，对研究区土地利用类型进行划分。其社会经济数据主要来源于《青海省国民经济和社会发展统计年鉴》(2009-2015年)、研究报告、相关文献等官方统计资料及2009-2015年大通县土地利用变更调查数据等。

2 研究方法

2.1 土地利用变化定量分析方法

(1)土地利用变化幅度。区域土地利用的空间变化和时间变化可以通过各个土地利用类型的面积变化直接反映出来，进而分析土地利用变化总的态势及土地利用结构变化。土地利用变化幅度反映了不同类型土地在面积总量上的变化[13]，其表达式为

RL=(Ub-Ua)/Ua×100% ，

(1)

式中，RL为研究期内某一类型土地利用的变化幅度，Ua为研究初期某一类型土地利用面积，Ub为研究末期某一类型土地利用面积。

(2)单一土地利用类型变化动态度。用单一土地利用类型动态度来表达某一区域一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况[14]，其表达式为[15]

(2)

式中，R为研究区域某一时段内某一土地利用类型动态度，Ua和Ub分别为研究初期与末期某一土地利用类型的数量，T为研究时段长度，当T的单位设定为年时，R表示研究区某种土地利用类型年变化率。

(3)土地利用程度。土地利用程度一方面可以反映自然和人文因素对土地系统影响的广度和深度，另一方面也可以反映驱动因素对土地利用变化的综合效应[16]。刘纪远提出的按照社会因素对土地自然综合体的影响将土地利用程度的自然平衡状态分为4级，并分别赋予分级指数，可以对土地利用程度综合指数、变化量及变化率进行计算[17]。本文根据研究区实际情况将土地利用类型划分为六大类，分别是耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地，因园地所占面积极小，故将其合并为林地中。在进行理论研究和实际观测的基础上，本文对研究区进行的土地利用强度分级赋值见表1。

表1 乐都区土地利用程度分级指数

土地利用程度综合指数、变化量及变化率计算式为

(3)

(4)

(5)

式中，Lj为研究区土地利用程度综合指数，Lb-a和R分别为土地利用程度变化量和变化率，La和Lb分别为研究初期和研究末期在研究区内土地利用程度综合指数，Ai为第i级土地利用程度的分级指数，Ci为第i级土地利用程度面积百分比，n为研究区土地利用程度分级层数，Cia和Cib分别为研究初期和研究末期在研究区内土地利用程度面积百分比。由公式可知，若Lb-a>0或R>0，则研究区的土地利用处于发展期，反之则处于调整期或衰退期。

2.2 生态系统服务价值分析方法

本研究主要运用当量因子法，即基于谢高地等人制定的中国陆地生态系统服务价值当量因子表[18]，对其进行适度调整，以对乐都区的生态资产进行系统评估。乐都区的林地对应森林，牧草地对应草地，耕地对应农田，水域对应河流、湖泊、湿地等，园地生物量介于草地与林地之间，因此将林地和草地当量因子的平均值定为园地的当量因子，建设用地不估算其生态系统服务价值。计算式为

ESV=∑Ai×Vi，

(6)

式中，ESV为研究区生态系统服务价值(元)，Ai为研究区第i种土地利用类型分布面积(hm2)，Vi为研究区第i种土地利用类型单位面积的生态系统服务价值系数。由于原模型中作为基准的农田生态系统的食物生产功能是以全国粮食平均产量得出的，因此要根据乐都区粮食平均产量与同期全国粮食平均产量的比例系数对生态系统服务当量进行调整，得到研究区生态服务当量因子。

2.3 敏感性分析

敏感性系数(CS，the coefficient of sensitivity)属于经济学的弹性理论，可用于分析生态系统服务价值对相关因子的敏感度，以对土地利用变化与生态系统服务价值之间的关系进行定量研究。计算式[19]为

(7)

式中，ESVa和ESVb分别为研究区a年和b年(a>b)的生态系统服务价值，TCaj与TCbj分别为a年和b年影响生态系统服务价值变化的j种因素。如果CS>1说明ESV对TC变化富有弹性，反之则说明ESV对TC变化缺乏弹性。

3 结果与分析

3.1 土地利用变化结果与分析

(1)土地利用数量变化。2009-2015年乐都区土地利用变化情况见表2。

表2 乐都区2009-2015年土地利用变化情况

表2结果显示：2009-2015年间，研究区居前3位的土地利用类型均是耕地、林地、草地，三种地类总面积在研究期内所占比例均达到80 %以上。其中，林地面积居于首位，增长面积4 540.94 hm2，增长幅度3.67 %；草地面积次之，无显著变化,增长面积38 hm2，增长幅度0.05 %。耕地面积总体呈现下降的特点，减少面积2 734.3 hm2，减少幅度7.73 %。与之相对的是建设用地由6 700 hm2，增长到8 622 hm2，增长幅度28.69 %。水域减少面积74 hm2，减少幅度6.04 %，变化不显著。未利用地面积出现了大幅度增长，增长幅度91.71 %。主要原因是研究区为进行区域环境保护对部分土地进行修整。

(2)土地利用程度变化。土地利用程度综合指数、变化量和变化率见表3。

表3 土地利用程度综合指数、变化量和变化率

表3结果显示：研究期内乐都区土地利用程度综合指数呈增长趋势，由2009年212.7增长到2015年216.4。未利用地面积由于土地休整在此期间大幅度增长，建设用地面积出现一定幅度的增长，土地利用程度变化量和变化率呈正值，分别为3.66 %和1.72 %，说明研究区土地利用研究期内处于发展期。

3.2 生态系统服务价值变化与分析

根据谢高地等2007年修订的中国生态系统单位面积生态服务价值当量表，结合乐都区实际情况对其进行调整。2009-2015年乐都区粮食平均产量与同期全国粮食平均产量的比例系数为0.845,2009-2015年粮食的平均价格为每千克2.2元,计算得出乐都区2009-2015年生态服务价值，见表4。

表4 2009-2015年乐都区生态系统服务总价值及价值构成变化

表4结果显示：乐都区2009年生态系统服务总价值为866 738.9万元，2015年为886 559.1万元，总体增长了19 820.2万元，增长率为2.3 %。总体上看，乐都区生态系统发展态势良好。研究期内林地所提供的生态系统服务价值最多，其在总价值中所占比例也由55 %增长到68 %，增长幅度为26 %。同时其对生态系统服务总价值变化贡献率也最高，主要原因是林地初始面积最大和人工护林育林工程的有效进行。牧草地所提供的生态系统服务价值仅次于森林，在研究期内总体上呈现下降趋势，减少幅度较大，为39.9 %，对生态系统服务总价值变化贡献率达到38 %。耕地与未利用地所提供的生态系统服务价值也出现了一定程度的减少，减少的生态服务价值分别为4 017.4万元与16 938.4万元，减少幅度为7.7 %和4.9 %，对生态系统服务总价值变化贡献率分别为2 %和6 %。水域所提供的生态系统服务价值出现了部分增长，增长值为18 722.2万元，增长幅度为43 %。

3.3 敏感性分析

根据上述中敏感性分析公式，本文分别计算了2009-2015年研究区林地、牧草地、耕地、水域、未利用地对地类面积变化、土地利用程度、气温、GDP的敏感性系数，见表5。

表5 2009-2015年乐都区生态系统服务价值对地类 面积变化、土地利用程度、气温和GDP的敏感性

表5结果显示：林地、牧草地、耕地、水域、未利用地的生态系统服务价值变化对GDP缺乏敏感性。未利用地的生态系统服务价值敏感性系数普遍较低，缺乏敏感性，其中林地、水域对地类面积变化和土地利用程度敏感性较大。林地的生态系统服务价值变化对气温敏感性最大，为3.057，其次是耕地生态系统服务价值变化对地类面积变化敏感性和对气温敏感性，敏感性系数分别为1.701和2.062。牧草地仅对气温敏感性较高，而其生态系统服务价值出现较大幅下降，说明随着暖干化气候趋势的加剧，草地退化，地类面积虽无明显变化，而生态系统服务价值却不断减少。耕地面积持续减少，加之受气温影响较大，其生态系统服务价值也出现部分减少。总体上看，气温和地类面积变化与各地类的敏感度系数较高，敏感度较大。

4 结 论

(1)2009-2015年，乐都区土地利用类型以耕地、林地、草地为主，三种地类总面积在研究期内所占比例达到80 %以上。期间耕地、水域面积有所减少，林地、牧草地、建设用地、未利用地面积有所增加，林地面积最大，建设用地面积变化率最大。耕地面积总体呈现下降的特点，建设用地面积则逐年上升。土地利用程度变化量和变化率呈正值，乐都区土地利用在研究期内处于发展期。

(2)生态系统服务价值总体上呈增长趋势，其中林地、水域生态系统服务价值呈正增长趋势，牧草地、耕地、未利用地生态系统服务价值呈负增长趋势。林地增长面积与变化率最大，其生态系统服务价值变化对气温敏感性最大，为3.057。耕地生态系统服务价值变化对气温敏感性次之，为2.062。气温和地类面积变化与各地类的敏感度系数较高，敏感度较大。研究表明，在高寒地区，气温是影响生态系统服务价值的最主要因素，然而由于技术、资金、地形等原因，很难采取相关措施对该要素进行调节，所以生态系统服务价值的提高主要依靠对地类面积变化和土地利用程度进行调控。

(3)林地对乐都区生态系统服务价值起决定性作用。林地生态系统服务价值贡献率最高且对地类面积变化和土地利用程度敏感性较高，说明其受土地利用变化影响较大。林地随着人工育林工程的有效实施，面积不断扩大，其生态系统服务价值持续上升。根据分析显示，乐都区林地生态系统服务价值在总价值所占比例由2009年的55 %增长到2015年的68 %，增长幅度为26 %，在生态系统服务总价值的变化贡献率达到47 %。牧草地本应与林地共同构建乐都区的生态安全屏障，在研究期内其生态系统服务价值在总价值所占比例却由2009年的30 %减少到2015年的18 %，减少幅度为39.9 %。结合乐都区近年来实际情况，促使林地与牧草地生态系统服务价值呈现不同发展态势的主要原因有：

乐都区林业局积极完成营造林，采取封山育林措施，重点建设生态公益林、生态保护区、退耕还林补植补种等。政府加大林业生态建设力度,积极贯彻《禁牧令》，严格禁止在天保工程区、退耕还林地等保护区放牧，并将禁牧工作纳入各乡镇政府及林业部门工作考核指标。与之境况相反，长期的超载放牧导致牧草地地表裸露，产草量逐年下降，不可食用杂草和毒杂草大量增加；相关使用、管理制度不健全，维护措施滞后，牧草地产量不稳定；“三害”数量居高不下，尤其是鼠害猖獗，造成大面积优良牧草死亡。

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(责任编辑 邹永红)

Research on Influence of Land Use Changes on Ecosystem Service Value in Ledu District

DAI Yi-xiao

(School of Public Administration, Qinghai Nationalities University, Xining Qinghai 810007, China)

Based on socio-economic data in Ledu District from 2009 to 2015, using change model of land-use, theory of evaluation index system and the sensitivity analysis, combined with the actual situation of Ledu District, the characteristics of land-use changes and the ecosystem service value in Ledu District are computed and analyzed. Comparing the CS of ecosystem service values to changes of land-use, land-use degree, temperature and GDP, the quantified results of land-use effects for ecological environment are obtained. The results show that the amount and rate of the land-use changes are positive, which means that the land-use in Ledu District is in developing period. The overall trend of ecosystem service value is growing. The CS of ecosystem service value to temperature and changes of land-use are higher .The forest land plays a decisive role in the ecosystem service value in Ledu District.

land-use changes; ecosystem service value; sensitivity analysis; Ledu District

2016-09-12；最后

2016-11-21

青海民族大学理工自然科学项目(2015XJZ23)。

戴怡晓(1993-)，女，安徽阜阳人，青海民族大学土地资源管理硕士研究生，主要从事土地利用与规划研究。

2096-1383(2017)01-0006-05

C935

A