江西省生态服务价值时空特征研究

郑思远　陈江海　朱红伟

摘要：生态服务功能价值评估可以为生态系统的良性开发利用，尤其是土地利用规划、管理和决策提供科学依据。基于江西省2015～2018年土地利用数据，开展了土地利用转型空间格局分析，采用空间修正的当量因子法估算生态服务价值，并结合空间冷热点分析，进一步探究了江西省生态服务价值的时空变化特征。研究表明：江西省耕地、林地面积逐年有所减少，城镇扩张区域主要集中在中部及北部，水域扩张区域主要分布在鄱阳湖周围。同时，废物处理服务价值有所上升，其余各单项生态服务价值及总生态服务价值有所下降，整体呈现东、西、南侧高，中部、北侧低的空间格局。研究还发现江西省生态服务价值空间冷热点集聚性较明显，热点区以林地、水域为主，冷点区主要分布在耕地、建设用地。根据江西省生态经济发展相对不协调问题的分析，分区提出协调土地保护和开发利用的建议。研究成果对于维护江西省生态环境安全，推动长江大保护以及长江经济带高质量发展具有重要意义。

关键词：生态服务价值; 土地利用; 时空特征; 空间冷热点分析; 江西省

中图法分类号： F301.24;X37

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.011

0引 言

生态系统为人类生存提供必不可少的物质资源以及多种类型的生态系统服务[1]，而人类日益频繁的开发利用活动使自然生态环境遭到破坏，生态系统及其服务功能不断退化。Constanza等[2]1997年首次对生态服务功能的价值量进行了评价，引发了全球生态服务价值评估研究的热点，为生态系统服务的定量化分析提供了研究基础。国内的研究也多借助于Costanza的成果，不同尺度[3-5]及不同生态系统[6-8]的服务功能价值量得到了广泛的评估。

当前定量化的生态系统服务研究侧重于生态系统服务时空演变规律及其同土地利用的关联性分析[9-11]。随着城市化进程的加快，林地、水域、草地等以自然为主导的土地利用类型逐渐被耕地、建设用地等以人类为主导的土地利用类型所取代，不同地类侧重不同的生态服务功能，而具有较高生态服务价值的土地利用类型面积减少会导致生态系统服务价值的显著降低[12]。魏慧等[13]研究发现德州市2006～2014年林地和水域面积的减少主要导致了其生态服务价值的减少。秦方[14]发现河南新郑市2000～2018年生态服务价值的下降主要是由于生态空间向生活生产空间的转变。但随着生态环境保护工作的持续推进，研究越来越注重土地的开发利用活动与自然过程的协调统一，而生态服务功能价值评估可以为生态系统的良性开发利用，尤其是土地利用规划、管理和决策提供科学依据。Liang等[15]针对长沙预测了基于历史演变规律、土地规划主导以及生态保护主导的3种土地变化情况，通过估算各种情景下的生态服务价值，为土地利用规划的制定提供指导。

江西省位于长江经济带中游，具有重要的生态功能区位，随着社会经济的快速发展，对长江流域的生态系统造成一定的胁迫。自2016年，长江经济带发展明确了生态优先、绿色发展之路。2018年，江西省九江市作为长江大保护第一批试点城市，率先开展大保护工作。针对江西省生态服务功能演变开展相关研究，对于维护长江中下游生态环境安全，推动长江经济带高质量发展具有重要意义。本次研究基于江西省2015～2018年土地利用分布，开展生态服务价值时空特征分析及其同土地利用的关联性分析，为区域开发及生态保护提供决策依据。

1材料与方法

1.1研究区域概况

江西省位于长江中下游南岸，是长江经济带的重要组成部分，具有重要的生态功能区位。全省共11个地级市，陆域总面积16.69万km2，地势整体由南向北倾斜，地形复杂，全省东、西、南三面山地环绕，中部丘陵分布，北部以平原为主，全省地形以山地丘陵为主，山地丘陵区占全省国土面积的78%。江西属亚热带湿润气候，年平均气温18 ℃，年均降水量1 675 mm。

1.2研究方法

1.2.1生态服务价值评估方法

（1） 生態服务价值计算方法。

江西省生态服务价值评估主要基于谢高地等制定的中国生态服务价值当量因子表[16]，1当量因子为1 hm2耕地自然粮食产量的经济价值，等于当年江西省平均粮食单产经济价值的1/7[17]。根据江西省2015年和2018年国民经济和社会发展统计公报，江西省粮食单产5 842.72 kg/hm2，粮食单价按国家粮食和物资储备局公布2018年稻谷平均最低收购价2.4元/kg，得到江西省9类不同生态系统单位面积的生态服务价值（见表1）。

（2） 生态服务价值空间修正。

当量因子法反映了不同土地利用类型生态服务价值的高低，但其空间异质性不强，相同土地利用在不同地理环境下的生态服务价值也存在差异[18]，因此需要对其进行空间修正。而生物量反映了生态系统的原料生产能力，其形成和累积过程也影响了生态系统其他服务功能，反映不同区域生态服务功能的差异[19]，因此本次研究采用归一化植被指数（NDVI）对林地、耕地、草地的生态服务价值评估进行空间修正。

|CS|1则表明ESV的评估结果准确度差、可信度低[20]。|CS|越大，表明该评估系数的准确性对于ESV的评估越为重要。将各土地利用类型的评估系数上下调整50%，计算相应的敏感性指数。

1.2.3生态服务价值空间冷热点

结合空间冷热点分析，进一步对各类生态服务价值的空间集聚特征进行分析[21]。空间冷热点分析采用ArcGIS的Hot Spot Analysis（Getis-Ord Gi*），如果GiZScore为正，表明该点周围值相对高于均值，为热点区，反之，如果GiZScore为负则为冷点区，分别将GiZScore=±1.65，±1.96，±2.58作为较热（冷）点、热（冷）点、极热（冷）点的分界阈值[22]。

1.2.4生态经济协调发展分析

采用生态经济协调度（EEH），即生态服务价值变化率和GDP变化率之比[11]，开展江西省2015～2018年生态经济协调发展分析。

式中：ESpr为生态服务价值变化率，GDPpr为GDP变化率，EEH≥1表明生态服务价值增长速度不低于经济增长速度;0

1.3数据来源

江西省生态服务价值评估采用的数据主要包括2015，2018年江西省土地利用类型图（1 km×1 km）和归一化植被指数（1 km×1 km），数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：∥www.resdc.cn）。本研究对江西省土地利用类型重新分类，分为耕地、林地、草地、建设用地、水域和未利用地6大类。研究采用的社会经济数据主要来源于2015，2018年江西省国民经济和社会发展统计公报。

2结果与分析

2.1敏感性分析

当各类土地利用的生态服务价值系数上下调整50%，敏感性指数绝对值均小于1（见表2），表明所得到的生态服务价值评估结果是可靠的，所采用的当量因子可用于研究区域生态服务价值的评估。表2显示各土地利用类型的敏感性由高到低依次是林地、耕地、水域、草地、未利用地、建设用地，林地的敏感性指数明显高于其他土地利用类型，表明林地评估因子的准确性对于生态服务价值评估结果的可靠性具有较大的影响。

2.2土地利用变化特征

2015～2018年期间，江西省土地利用总体变化特征如下：耕地、林地以及未利用地的面积减少，其中耕地和林地面积减少较多，分别为0.06万km2和0.07万km2，未利用地也有0.02万km2被开发;水域和建设用地的面积增加，尤其是建设用地的面积增加较为明显，为0.13万km2 ，面积变化率达30.95%，水域面积增长量相对较小，为0.02万km2;草地面积较为稳定（见表3）。

以10 km×10 km 的网格为基本单元对各土地利用变化类型进行统计，将数量最多的地类转换类型作为该单元的主导土地利用变化类型，以此探究2015～2018年江西省土地利用的空间格局变化，主要可以分为城镇扩张型、水域扩张型、耕地转林地、林地转耕地以及其他类型（见图1）。城镇扩张型在各地级市均有分布，主要集聚在中部及北侧，以南昌市为主;水域扩张型主要分布在鄱阳湖周围;林地和耕地之间的相互转换在各地级市均有分布。

2.3生态服务价值特征

江西省2015～2018年ESV总体呈下降趋势（见表4），由7 519.08亿元下降到7 475.47 亿元，减少了0.58%。从单项ESV来看，水文调节的价值最大，约占总ESV的16 %，食物生产的价值最低，约占总ESV的2%。2015～2018年，江西省废物处理的价值由于水域扩张增加了0.77 亿元，其余各项服务价值均下降，原材料生产、气体调节、保持土壤的价值变化率相对较大，这与林地面积的减少具有较高的相关性，水文调节的价值变化较小，减少了0.15%。

将空间区域按总ESV分成低值区（<20 000万元）、较低值区（20 000～30 000万元）、中值区（30 000～40 000万元）、较高值区（40 000～50 000万元）、高值区（>50 000万元）。从总ESV空间分布来看，高值区主要分布整个江西省的东、西、南侧，以林地和水域为主，低值区主要分布在整个省域的中部及北侧，以耕地和建设用地为主（见图2）。

从各市地均ESV来看，南昌市、新余市的地均生态服务价值较低，赣州市的地均生态服务价值较高。江西省11市中，2018年同2015年相比较，九江、鹰潭、上饶、抚州的ESV有所上升，主要是由于水域面积的扩张，而景德镇、南昌、宜春、新余、吉安、萍乡、赣州的ESV下降，尤其是新余、南昌、宜春、赣州ESV下降较为明显，主要是城镇扩张引起了ESV的下降（见表5）。

2.4空间冷热点分布格局

江西省总ESV的空间冷热点分布格局中：热点区主要分布在九江市南侧，包括九岭山、庐山、鄱阳湖，以林地、水域为主;吉安、赣州、抚州交界处，抚州、鹰潭、上饶连线处以及赣州南部，包括雩山、武夷山等，以林地为主。冷点区主要分布在南昌、宜春、新余连线，位于中部及北部的平原区，以耕地、建设用地为主。

调节服务和文化服务冷热点区分布与总ESV相似，但冷热点区面积有所差异，文化服务冷热点区面积相对较大，调节服务冷热点区面积相对较小。供给服务和支持服务冷热点区分布与总ESV略有差异，差异主要在于鄱阳湖周围也是其冷点分布所在，冷点区用地以耕地、建设用地以及水域为主，而热点区的用地以林地为主（见图3）。

2.5生态经济协调发展分析

2015～2018年，江西省GDP增加了5 261亿元，增长率为31.45%，生态服务价值减少了43.61 亿元，下降率為0.58%，生态经济协调发展指数为-0.02，表明经济社会的发展对生态环境产生了负面影响。

江西省生态系统以林地和耕地系统为主，且林地的调节、支持和文化服务价值均较高，耕地具有较高的粮食供给服务价值，因此，林地和耕地系统对于维持江西省生态服务价值稳定具有显著的作用。2015～2018年，江西省社会经济快速发展，人口增长约82万，城镇化率增长4.4%，城镇化进程加快，城镇建设空间的需求引起林地和耕地生态系统的缩减，从而导致生态服务价值的整体下降。尤其是长江中游城市群和鄱阳湖生态经济区的建设发展，城镇化的快速扩张侵占大量土地，导致江西省特别是南昌市生态服务价值显著下降，生态服务价值的冷点区也多位于此。