基于土地利用变化的宝鸡市生态系统服务价值研究＊

■ 章培军 朱子琪 白朦梦 陈恒

1.西京学院理学院 西安 710123

2.长安大学地球科学与资源学院 西安 710054

0 引言

生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[1-2]，包括供给服务（如原材料、食物生产）、调节服务（如废物处理、水源涵养、气候调节、气体调节）、文化服务（如娱乐文化）以及支持服务（如土壤形成与保护、生物多样性保护）。千年生态系统评估[3]指出：生态系统的保护和可持续利用不容乐观，生态系统服务呈退化趋势[4]，并强调生态系统服务价值研究的必要性和重要性。生态系统服务价值（ESV）是对生态系统的服务和自然资本用经济法则所做出的估计，它不仅能揭示生态系统各项服务的价值，而且为生态系统服务补偿机制的健全提供科学依据。早在1997年，Costanza[5]等使用效益转移法（BTM）研究了全球生态系统服务总价值。2003年，谢高地[6]等在Costanza 等研究的基础上，建立了适合我国社会经济发展和生态系统的服务价值当量表。

土地利用不仅影响生态系统服务，而且影响生态系统服务的价值[7]。很多学者对土地利用变化的研究主要集中在时空演变和驱动机制等方面[8-10]，但根据土地利用变化研究生态系统服务价值的变化在一定程度上能反映生态环境遭到破坏的程度[11-13]，能为土地规划和生态服务改善提供理论依据。Estoque[11]等研究过去和未来土地利用变化对菲律宾碧瑶市生态系统服务的潜在影响，并给出了对策和合理建议。刘海[12]等研究指出：鄱阳湖流域森林、湿地和水体面积的大量减少，导致该区域生态系统服务总价值减少。Zheng[13]等利用草地服务价值数据和政府统计数据，估算了中国草地生态服务价值与净价值，指出生态系统退化的原因。

然而，宝鸡市是关中平原重要城市、关中——天水经济区副中心城市。为提高宝鸡市土地利用总体规划的科学性和可操作性，加强规划的统筹管控能力，促进宝鸡市“十三五”经济社会持续健康发展，在实施现有土地利用总体规划的基础上，按照“总体稳定、局部微调”的原则，切实保护耕地和基本农田，优化土地利用结构和布局，提高土地利用率，从而实现“调结构、优结构、促发展”的总体目标。为此，本文基于宝鸡市2005-2015年土地利用变化统计数据，研究生态系统服务价值变化特征，为宝鸡市土地利用科学布局及合理规划提供参考。

1 研究区概况

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

本研究使用的2005年、2010年、2015年宝鸡市土地利用数据由遥感解译获得，遥感影像数据来源于地理国情监测云平台（http://www.dsac.cn/），用于生态系统服务价值系数计算的农作物播种面积、产量数据来自《宝鸡统计年鉴》，农作物价格指标来自《全国农产品成本收益资料汇编》。

根据宝鸡市土地利用类型和特点，参照我国《土地利用现状分析》和《城市用地分类与规划建设用地标准》[14]，将土地划分为林地、耕地、草地、园地、水域、未利用地、建设用地、其他其他农用地8 个地类。其中，林地包括疏林地、灌木林等；园地包括城市内绿地和近郊农业园地；耕地包括农田和旱地；水域包括河流水面、滩涂等；未利用地包括沙地、沼泽地、裸土地等。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用动态度

分析一定时间内不同土地类型的变化幅度和速度，可以直观地得到土地利用的时空演变，并且可以用土地利用动态度[15]来刻画它，其公式为：

其中，Dk为第k类土地利用动态度，T为土地利用变化时间，Sa,Sb为研究初期与末期的面积。

2.2.2 生态系统服务价值计算

谢高地[6]等在Costanza[5]等研究的基础上，得出了适合我国实际情况的生态系统服务价值当量表。并指出1个标准生态服务价值当量因子的经济价值为该研究区当年主要粮食作物单位面积产值的1/7[16]，其公式为：

其中，E为1hm2粮食作物的经济价值，i(i=1,2,…,n)为作物种类，pi为第i种粮食作物平均价格，qi为第i种粮食作物单产，si为第i种粮食作物面积，S为n种粮食作物总面积。

MONARCH-2[11]是一项Ⅲ期、双盲临床研究，入组了669例HR＋和HER2-的晚期乳腺癌患者，按2∶1的比例随机分为接受abemaciclib（150 mg，2次/d，持续给药）或安慰剂联合氟维司群治疗组。结果显示，abemaciclib组和安慰剂组的mPFS分别为16.4个月和9.3个月（HR＝0.553，95% CI：0.449～ 0.681，P＜ 0.001）。

生态系统服务价值计算公式为：

其中，ESV，ESVf分别为生态系统服务总价值和第f种生态系统服务功能价值，Ak为第k类土地利用面积，VCk,VCfk分别为第k类土地的生态系统服务价值系数和第k类土地的第f种服务功能价值系数。

通过统计2005、2010、2015年宝鸡市小麦、玉米和大豆的单产、价格、播种面积等数据（见表1），根据式（2），得到宝鸡市一个生态系统服务价值当量因子为1198.8元/hm2，从而得到生态系统服务价值系数（见表2）。

2.2.3 敏感性分析

表1 宝鸡市2005、2010、2015年主要粮食作物单产、价格和播种面积

表2 宝鸡市不同土地利用类型的生态系统服务价值系数（单位：元/hm2）

一定时间内，生态系统服务价值对生态系统服务价值系数的依赖程度，可以用敏感性指数[17]来刻画，该指数能够验证选用的生态系统服务价值系数是否符合本研究区域。其计算公式为其中，SIk为第k类土地的敏感性指数，ESVi,ESVj分别表示生态系统服务初始总价值和调整后总价值，VCik,VCjk分别表示第k类土地的初始生态系统服务价值系数和调整后的价值系数。如果SIk> 1，则表示生态系统服务价值（ESV）对第k类土地的生态系统服务价值系数（VCk）是富有弹性的，表明可信度低；反之，ESV 对VCk是缺乏弹性的，表明可信度高。

3 土地利用变化分析

3.1 土地利用类型面积变化

通过分析宝鸡市各土地利用类型，发现林地所占面积最大，其次是耕地，水域面积所占比例最小。基于宝鸡市2005-2015年土地利用变化统计数据，根据式（5），得到各土地利用类型的面积和动态度（表3）。

由表3可以看出，宝鸡市近10年土地利用结构发生了显著变化。未利用地变化最为明显，呈持续下降趋势，减少面积为104050 hm2，减幅达68.65%，占比下降了5.75%。草地面积也呈下降趋势，减少面积为56608 hm2，减幅达55.45%，占比下降了3.13%。水域面积减少8897 hm2，减幅达33.65%，占比下降了0.49%。园地面积减少2602 hm2，减幅为5.95%，占比下降了0.15%。建设用地面积减少3520 hm2，减幅为3.90%，占比下降了0.19%。耕地面积减少1031 hm2，减幅为0.28%，占比下降了0.08%。其他他农用地和林地面积呈持续上升趋势，其他他农用地面积增加1346 hm2，增幅为3.90%，占比增加了0.07%；林地面积增加量为176842 hm2，增幅达17.67%，占比增加了9.72%。

3.2 土地利用类型动态度分析

由表3可知，各种土地利用类型动态度变化不一，这跟宝鸡市经济的高速增长，以及中德合作西部造林项目、退耕还林项目、渭河北坡绿化工程种苗工程建设、“坡改梯”及重点防护林工程天然林保护工程等一系列造林项目有关。2005-2010年，面积减少动态度较大的依次为水域、草地、未利用地，分别为3.26%、2.39%、1.91%，2010-2015年依次为未利用地、草地、水域，分别为13.06%、9.88%、4.15%。2005-2010年，林地和其他农用地面积增加动态度分别为0.67%、0.57%，2010-2015年分别为2.77%、0.23%。

4 生态系统服务价值分析

4.1 各土地利用类型的生态系统服务价值分析

由式（3）可以得到各研究期不同土地类型和总的生态系统服务价值（见表4），并且呈持续增长的趋势，从327.45 亿元（2005年）增加到332.69 亿元（2010年），再增加到2015年的363.01 亿元，共增加了35.56 亿元。前5年增加了5.24 亿元，增幅为1.60%；后4年增加了30.32亿元，增幅为9.11%（见图1）。

表3 2005-2015年宝鸡市土地利用面积和动态度

表4 2005-2015年宝鸡市各类用地生态系统服务价值

从各土地利用类型来看，林地的生态系统服务价值最高，占总价值的80%以上，且从2005年的262.18 亿元增加到2010年的271.02 亿元（增加了3.37%），再增加到2015年的308.5 亿元（增加了17.67%），呈现持续增长趋势。其次是耕地和水域，它们的生态系统服务价值分别占生态系统服务总价值的9%和4%左右。园地、其他农用地、未利用地的生态系统服务价值呈减少趋势，减小幅度不大。草地和水域的生态系统服务价值也呈减少趋势，2005-2010年，分别下降了11.96%、16.27%，2010-2015年，下降率高达49.36%、20.74%。

图1 2005-2015年宝鸡市生态系统服务总价值及其增长率

4.2 土地利用变化对生态系统服务价值影响

由公式（4）计算得出各单项生态系统服务价值（表5），2005-2015年生态系统各种功能的价值量均有变化，总体趋势是：除废物处理和食物生产的生态价值有所减少外，其余功能的价值均有不同程度的增加，其中土壤形成与保护和气体调节增加幅度较大，10年间分别增加了6.83 亿元和6.81 亿元。宝鸡市突出的生态系统服务功能是土壤形成与保护、水源涵养、生物多样性保护、气体调节，并且此4项的总价值超过了宝鸡市生态系统服务总价值的60%（见图2）。

4.3 敏感性分析

将宝鸡市各土地类型的生态系统服务价值系数上调50%，根据敏感性指数（SI）的计算公式（5），得到了2005年、2010年、2015年的SI值（见表6）。3个时期不同土地利用类型的SI值均小于1，表明研究结果可信。

5 结论

本文根据宝鸡市土地利用变化情况，参照生态系统服务价值当量因子，估算了宝鸡市2005-2015年各时期不同土地类型和不同生态服务类型的生态系统服务价值。主要结论如下：

（1）2005-2015年，宝鸡市土地利用结构发生了明显变化，除林地和其他农用地面积出现增加外，未利用地、草地、水域、园地、建设用地、耕地均有不同程度的减少，未利用地面积减少最多，减幅达55.45%，林地面积增加最多，增幅为17.67%。

（2）通过统计2005-2015年宝鸡市小麦、玉米和大豆的单产、价格、播种面积等数据，得出宝鸡市一个生态系统服务价值当量因子为1198.8 元/hm2，从而估算了2005年、2010年、2015年的生态系统服务价值量分别为327.45 亿元、332.69 亿元、363.01 亿元，增加了35.56 亿元，其中林地最高。宝鸡市突出的生态系统服务功能是土壤形成与保护、水源涵养、生物多样性保护、气体调节，该4 项生态系统服务价值超过了宝鸡市生态系统服务总价值的60%。

表5 2005-2015年宝鸡市生态系统服务价值结构变化

图2 2005-2015年宝鸡市主要生态系统服务价值占各时期总价值的比例

表6 各种土地利用类型敏感度指数

（3）对各土地利用类型的生态系统服务价值敏感性指数进行了分析和计算，敏感性指数均小于1，表明生态系统服务价值对价值系数变化缺乏弹性，研究结果可信，为宝鸡市土地利用科学布局及合理规划提供了参考。但是，由于生态系统本身的复杂性、动态性和异质性，再加上没有估算建设用地的生态服务价值，此类问题依然是今后研究的重点内容。