名山区土地利用变化及生态系统服务价值研究

(成都理工大学 四川 成都 610059)

土地是人类生存和发展的物质基础，也是陆地生态系统必不可少的组成部分，而土地利用是人类最基本的经济活动，在各种驱动因素的影响下土地利用类型不断发生变化，随着城市化进程的加快，人们对有限土地资源的利用和开发越来越不合理，导致土地生态系统的结构和功能发生变化，进而改变生态系统原有的生态服务价值。生态系统服务价值定量研究对于增强生态环保意识，遏制生态环境破坏，制定生态环境保护规划，开展生态环境经济核算，实施生态补偿政策等具有重要意义。1997 年Costanza等在Nature上发表的关于全球生态系统服务价值评估的文章，生态系统服务价值研究开始成为生态学的研究热点[6]。随后学者们针对不同层次、不同研究区域、不同生态系统类型，开展了生态系统服务价值估算方法的探索与尝试。我国学者谢高地等在Costanza理论基础上针对中国的实际情况对其进行系数修正，得到了中国陆地生态系统服务价值当量表。目前我国的相关研究多是在谢高地的理论基础上结合研究区实际情况进行深入分析与讨论。

一、研究区概况

名山区地处四川省中西部，川西平原西南边缘，面向成都，背靠雅安，地理坐标介于103°02′—103°23′，北纬29°58′—30°16′之间，全区面积61818.14hm2。全区地貌以丘陵和平原为主，仅在区境边缘有低山分布。该区气候属中纬度内陆亚热带湿润季风气候，四季温和，年平均气温为15.4℃，多年平均降水量1512.7mm。区内气候温和，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑，对茶叶的生长和发展极为有利。截止2016年底，全区总人口为280600人，GDP总值为665236万元，同比增长8.77%，人均生产总值23707元。名山区下辖9个建制镇，11个乡，研究区包括名山区所有乡镇。

二、数据与方法

(一)数据来源

本研究选取了1997年、2007年、2017年3期遥感数据。由于时间跨度较长，所以选取landsat5卫星TM数据和landsat8卫星OLI数据作为论文遥感数据源，数据来源于地理空间数据云网站。遥感影像在ENVI5.1软件的支持下进行预处理，再根据中国土地利用分类系统的实际情况和生态系统服务价值计算要求，结合名山区土地利用特点，将研究区土地利用类型归纳分类为耕地、园地、林地、水域和建设用地5种土地利用类型，通过监督分类解译得到该区1997年、2007年、2017年的土地利用类型分布情况。

(二)研究方法

1.土地利用变化分析

单一土地利用类型动态度表示研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式为:

式中:Lc为研究时段内某一土地利用类型的动态度指数;Ua、Ub分别为研究初期和末期某土地利用类型的数量;T为研究时段(年)。

2.生态系统服务价值估算

本文根据名山区的实际情况并结合谢高地等制定的中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值及以往学者对生态系统服务价值的研究对研究区的生态服务价值系数进行修订，调整如下:全国农田生态系统生物量因子为1.00，本研究取四川省的生物量因子1.35研究区的生物量因子，从而对相应土地利用类型生态服务价值系数进行修正；园地生态系统服务价值系数取森林和耕地生态系统服务价值系数总和的一半。生态系统服务功能价值的评估公式为：

式中:ESV为研究区生态系统服务总价值(元);n为土地利用类型的数量;Ai为研究区内土地利用类型n的分布面积(km2);VCi为第i类土地利用类型的生态服务价值系数，即单位面积上土地利用类型i的生态服务价值(元·hm-2·a-1)。

3.敏感性分析

本文引入敏感性指数(CS)的目的是验证土地利用类型生态服务价值系数的准确性及确定随着时间的推移生态系统服务总价值对生态服务价值系数的依赖程度。以此检验ESV计算结果的可靠性。计算公式如下:

式中:CS为敏感度;ESV为总生态服务价值量;VC为价值系数;i和j分别代表最初的价值系数和调整后的价值系数;k为土地利用类型。

三、结果分析

(一)研究区土地利用变化

从表1可以看出，研究区在近20年内土地利用类型有不同程度的变化。1997年名山区土地覆被类型以园地和耕地为主，二者占研究区总面积的70%左右，1997—2007年研究区内各类生态用地面积发生明显变化，耕地和园地面积减少，林地面积大量增加，增加面积达10981.51hm2，主要原因为国家退耕还林政策的推行和农村产业结构的调整，在此期间水域和建设用地呈小幅度增长趋势，但是涨幅不大。2007-2017年间园地和建设用地有明显的增长，园地由20017年的22771.17hm2增长到2017年的38120.40hm2，动态度达6.74%，建设用地由2954.00hm2增加到4489.40hm2，动态度达5.20%，而耕地、林地和水域面积均有不同程度减少，主要原因为名山区大力发展茶产业，茶园面积快速增长，同时随着经济的发展，名山区顺应城镇化发展潮流，城镇建设和交通用地面积显著增加。

表1 1997—2017年名山区土地利用类型变化及动态度

(二)生态系统服务价值变化分析

利用ESV计算公式计算名山区各种地类生态系统的服务价值变化。1997、2007和2017年名山区的生态服务价值分别为10.118、11.788和10.383亿元，呈现先增长后减少的趋势，十年间共增长0.265亿元，总体相对稳定。从不同时期的土地利用类型生态系统服务价值变化来看，1997-2007年间林地面积的增加弥补了耕地和园地减少的生态价值量的损失，总体价值增加了1.67亿元；2007-2017年间耕地和林地面积较前一个研究时段面积减少，园地面积增加带来的生态服务价值不足以抵消耕地和林地价值的减少，较之前生态服务价值减少1.405亿元。

表2 1997-2017年名山区生态系统服务价值及变化量

(三)生态系统服务价值敏感性分析

研究结果表明三个时期内各土地利用类型生态服务价值对VC的敏感性均小于1。所有研究地类中最为敏感的为园地，其值范围为0.33-0.63，说明当园地的VC值增加1%时，ESV的变化增加0.33-0.63。其次为林地、耕地、水域，建设用地由于生态服务价值为零，所以敏感性系数也为零。所有数据显示，改变研究区的CS系数对ESV影响不大，ESV对生态服务价值系数的变化是缺乏弹性的，研究结果可信。

表3 1997-2017年名山区生态系统服务价值敏感性指数

四、讨论

(一)1997—2007年，名山区土地利用类型发生了不同程度的变化，主要表现在耕地、园地的减少，林地、建设用地和水域面积的增加。主要为当地的退耕还林政策及土地利用类型的调整，耕地和园地大量被退还为林地；随着经济发展，建设用地面积开始增长，但在研究时段增长幅度不大。2007—2017年，园地面积大量增加，成为名山区的土地主要利用方式，耕地和林地面积减少明显，水域面积有所增加，建设用地面积增幅明显。主要原因为政府提倡“茶叶兴区”，大力提倡种植茶叶，茶园面积呈快速增加趋势导致耕作面积和林地面积减少；随着城镇化不断发展，交通用地和建设用地面积不断增加。

(二)1997—2017年，名山区生态系统的服务价值总体相对稳定，均维持在10亿元以上，大面积的耕地被用来种植茶叶没有使得该区生态服务价值降低。但是值得注意的是研究区内林地的面积总体呈现下降趋势，作为生态服务价值最高的地类，林地的面积如果继续减少必将影响该区生态系统服务价值的整体水平；同时随着城市化进程不断推进，建设用地面积不断增加，在考虑经济效益的同时也应合理对城镇的发展进行规划，避免不必要的用地浪费现象。

(三)从敏感性分析来看，园地和林地的ESV虽然对生态服功能价值指数的敏感性指数变动较大，但都小于1。表明本研究ESV对生态服务功能价值指数是缺乏弹性的，研究结果可信。