基于土地利用变化的宁德市生态系统服务价值研究

陈 腾

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生态支持产品和服务[1]。20世纪中后期，由于人们缺乏对生态系统服务功能及其重要性的深入了解，导致了生态环境的破坏，从而损害了生态系统服务功能[2]。随着保护生态系统服务功能的重要性不断被人们认知，生态系统服务价值的研究已成为当前科学研究的重要课题。生态系统服务价值评估是生态环境保护、生态功能区划、环境经济核算，以及生态补偿决策的重要依据和基础。

虽然早在20世纪60、70年代科学家们就提出了生态系统服务概念[3-4]，但长期以来对生态系统服务价值的认知并不充分。随着气候变暖、土地退化、生物多样性下降等全球生态环境问题不断加剧，生态系统服务价值的相关研究越来越受重视[5]。1997年，Daily[6]及Constanza[7]等开展了对全球生物圈生态系统服务价值的研究，Constanza构建了生态服务价值当量表，创建了生态服务功能价值模型。欧阳志云等估算水生态系统生态服务价值[8]，对生态系统服务功能的研究趋势以及价值评估方法等方面进行了系统地分析梳理[9]。谢高地等[10-12]借鉴前人的研究成果，构建了符合中国陆地生态系统的服务价值当量表，对草地生态系统和农田生态系统生态服务价值做了重点研究，并将综合研究成果实践于青藏高原生态资产价值评估。但是国内生态系统服务价值研究主要集中于草地、森林、农田等特殊生态系统，而对于以山地为主的滨海城市研究较少，对生态系统服务价值动态变化研究略显不足，且动态变化研究的数据多以精度较低的遥感数据为基础。

宁德市作为典型山地滨海城市，森林覆盖率高，耕地资源缺乏，是闽东沿岸重要生态屏障。近年来，随着宁德工业化和城市化的快速推进，城市发展与用地资源紧张的矛盾日益突出，生态环境面临巨大挑战。基于宁德市2010～2018年土地利用变化情况，笔者研究宁德市生态系统服务价值及变化趋势，为宁德市生态环境保护、生态功能区划以及经济社会可持续发展提供重要科学依据，同时也为同类城市生态系统服务价值评估提供借鉴。

1 研究区概况和数据准备

1.1 研究区概况

宁德生态环境优越，有“九山半水半分田”之说。地貌基本轮廓形成于燕山运动末期，在福建省地貌区划中属闽中火山岩系中山地貌区和东部沿海花岗岩丘陵与平原地貌区。山脉斜穿(洞宫、鹫峰山脉)，溪流交错(交溪、霍童溪等多条溪流错落分布)，海岸线曲折漫长(港湾众多，渔业资源丰富)，具有独特的“山河海湾岛”自然生态格局，生态空间占比大。野生动植物种类繁多，森林植被类型多样。

1.2 数据来源与处理

采用宁德市2010年、2014年和2018年土地利用变更调查数据，包括土地利用现状数据库(图形及属性库等)。运用ArcGIS 10.6软件分析3期土地利用现状图及其相应的属性。在现有数据土地利用二级分类的基础上将研究区土地利用类型归整为8大类，包括了耕地(水田、水浇地、旱地)、园地(果园、茶园、其他园地)、林地(有林地、灌木林地、其他林地)、草地(天然牧草地、人工牧草地、其他草地)、建设用地(城市、建制镇、村庄等)、水域(河流、水库、坑塘等)、湿地和裸地(沙地、裸地、盐碱地等)。运用ArcGIS 10.6软件属性表的空间计算功能，统计宁德市2010年、2014年和2018年3个年度8大类土地利用类型的面积，目的用于生态系统服务价值的评估。

2 研究方法

2.1 生态系统服务价值估算

目前国内外基本采用3种方法计算生态系统服务价值，分别是价值量评价法、物质量评价法和能值分析法[13]。本研究采用价值量评价法，参照Costanza等[7]和谢高地等[12]的研究成果，估算研究区生态系统服务价值。包括食物生产、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、提供美学景观等9项生态系统服务功能价值。考虑到地域和时间上的差异，根据研究区实际情况对谢高地等[12]的“中国生态系统单位面积生态系统服务价值当量表(2007)”进行以下修正。

(1)为了表达更准确，将其中农田、森林、河流/湖泊和荒漠依次对应为耕地、林地、水域和裸地，草地和湿地不变，建设用地当量因子参照冉圣宏等[13]研究成果，园地的当量因子主要参照李恒哲等[14]研究成果。

(2)参照谢高地等[11]研究成果中福建省的修正系数(1.56)，对上述当量因子进行第一次修正。

(3)生态系统单位面积生态服务价值定义为：1 hm2平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值。经过综合比较分析，确定1个生态服务价值当量因子的经济价值等于当年单位面积粮食单产市场价值的1/7[15,16]。这里以2018年为基准估算，依据宁德市统计年鉴数据，对上述当量因子进行再次修正，得到符合宁德市的生态系统单位面积生态服务价值表(表1)。依据Costanza等[7]提出的生态系统服务价值(ESV)的计算公式，进行生态系统服务价值估算，计算公式如下：

式中：ESV为生态系统服务价值总量；Si为宁德市第i类土地利用类型面积(hm2)；Vi为第i类土地利用类型的单位面积生态系统服务价值(元/hm2·a)；i为土地利用类型。

表1 宁德市生态系统单位面积生态服务价值(元/hm2·a)

2.2 生态系统服务价值动态度分析

为了研究生态系统服务价值(ESV)随着时间的变化特征，借鉴土地利用变化动态度的指标[17]，引入生态系统服务价值动态度(KESV)概念来分析研究区生态系统服务价值变化差异和趋势，其计算公式如下[18]：

式中：ESVa，ESVb分别为研究初期和末期某区域或地类的生态系统服务价值量(ESV)；T为研究时间间隔，当T为年时，KESV为某区域或地类的生态系统服务价值年变化率。若KESV=0，为生态系统服务价值不变；KESV>0,为生态系统服务价值增加；KESV<0,为生态系统服务价值呈较少趋势。

2.3 生态系统服务价值敏感性分析

为检验生态系统的类型对于各土地利用类型的代表性以及选用生态系统价值系数的准确性。这里应用经济学的弹性系数概念，引入生态系统服务价值系数(VC)的敏感性指数(CS)来分析生态系统服务价值(ESV)随时间的变异对生态服务价值系数(VC)的依赖程度[19,20]。CS的含义是指VC变动1%引起ESV的变化情况，当CS>1时，表明ESV对VC的弹性较强；当CS<1时，表明ESV对VC的弹性较弱。比值越大，表明生态系统价值系数的准确性越关键。价值系数敏感性指数的计算公式如下：

式中：CS为敏感性指数，ESV为土地生态系统服务价值总量；VC为生态系统服务价值系数，i，j为最初的和调整后的价值，k为土地利用类型。

3 结果与分析

3.1 生态系统服务价值及其变化

依据研究区3个时期的土地利用数据与研究区生态系统服务价值系数，计算求得研究区各土地利用类型生态系统服务价值(表2)。分析表明：研究区2010年、2014年和2018年的生态系统服务价值分别为937.25亿元、939.77亿元和935.07亿元，在8年间，研究区生态系统服务价值总体呈先增加后减少的趋势，研究时段内减少2.18亿元。其中林地的生态系统价值始终最高，占比为75.84%～76.12%；耕地类型提供的生态系统价值逐步增加，得益于研究时段内耕地面积均有不同程度增加；园地面积占比和生态系统服务价值均为减少趋势；虽然湿地面积占比仅为2.95%～3.03%，但生态系统服务价值占比达到6.83%～7.01%，是因为湿地单位面积生态系统服务价值较大；同样，水域的面积占比也较小，但生态系统服务价值占比为4.73%～5.53%；草地、裸地、建设用地无论是土地利用面积占比还是生态系统价值占比都较低。

表2 宁德市2010～2018年各土地利用类型生态系统服务价值及变化

3.2 单项生态系统服务功能价值及其变化

研究区2010年、2014年和2018年3期单项生态系统服务功能的价值及变化情况(表3)。从3期各项服务功能构成比例来看，9项服务功能间差异较大。其中水文调节、维持生物多样性、气候调节、气体调节和保持土壤这五项对总生态系统服务价值的贡献较大，合计贡献率达72.22%～72.29%；废物处理占比9.57%～9.72%，原材料生产占比8.90%～8.95%，食物生产占比最小，仅为1.78%～1.90%。从各年度之间的变化趋势来看，总体变化较小，其中水文调节、废物处理和提供美学景观这3项服务功能逐年递减，与园地、湿地和水域占地面积逐渐减少；其他6项服务功能呈现2010～2014年间先略有增加，2014～2018年再减少的变化趋势；食物生产功能2010～2018年变化最大，动态度为6.47%，主要原因是对该价值贡献最大的耕地面积的增加。

表3 宁德市2010～2018年各单项生态系统服务功能的价值及变化

3.3 各县市生态系统服务价值分析

为了更好地了解研究区生态系统服务价值的空间差异，这里采用地均生态系统服务价值来表征区域间的价值差异。分析可知：蕉城区、霞浦县、周宁县及古田县的地均生态系统服务价值相对较高。蕉城区、霞浦县价值较高主要得益于两县市在林地面积比例较大的基础上，最大的湿地面积和较大的水域占比，提升了价值均值，如若扣除湿地影响，则霞浦县与蕉城区地均生态系统服务价值较低；周宁县地均价值较高主要是由于林地占比近75%，远高于全市平均值(约64%)；古田县拥有较大面积的林地和园地占比及最大的水域面积，提高了整体均值。福鼎市和福安市地均生态系统服务价值最低，主要由于它们林地占比远低于全市平均标准，仅为55%～56%。从各时段变化趋势来看，蕉城区和福安市地均生态服务价值逐步下降，其主要原因是这两县市建设用地扩张较快，占用其他类型土地，导致生态系统服务价值流失；而其他县市地均生态服务价值整体均为先增后减的趋势。

3.4 生态系统服务价值敏感性分析

通过将各土地利用类型的价值系数(VC)分别上调、下调50%，并计算研究区2010年、2014年和2018年各土地利用类型的敏感性指数(表4)。分析结果表明：各年度各地类价值系数的敏感性指数都小于1，且各年度间敏感性指数变化较小。敏感性指数大小与各地类所提供的生态系统服务价值正相关。其中林地的敏感性指数最高，为0.611～0.614，说明林地生态系统价值系数每增加1%，生态系统服务价值总量增加0.611～0.614；裸地和建设用地敏感性指数最小，几乎为0，对生态系统服务价值的贡献较小。敏感性指数计算结果表明研究区总的生态系统服务价值是缺乏弹性的，并且相对于价值系数来说是较为稳定的。因此，笔者选用的生态系统价值系数适用于研究区。

表4 宁德市生态系统服务价值对其价值系数的敏感程度

4 讨论与结论

4.1 讨论

(1)价值评估方法方面。应用修正后的宁德市的生态系统单位面积生态服务价值表，进行生态系统服务价值评估。该方法具有可操作性和直观性强，同时能够反应研究区特点而被广泛接受和认可，一般地区的生态系统服务价值评估均适用。但由于生态系统本身的复杂性，仅仅从自然生态系统本身来评估整个生态系统服务价值是不全面的，生态系统服务应将人类活动的影响和空间的位置考虑进去，同时对于建设用地生态价值系数，国内外学者分歧较大，上述原因导致该研究方法的估算结果仍较为粗糙。如何更好地完善生态系统服务价值的评估方法和技术，是后期研究需要迫切解决的问题。该文基本反映出研究区8年来生态系统服务价值的变化趋势，在一定程度上对研究区土地资源管理、生态环境建设和社会经济发展提供决策依据，也为后续相关研究提供一点借鉴。

(2)驱动力因素方面。土地利用类型的变化主要受自然和人文因素的共同影响，进而引起生态系统服务价值的变化。说明生态系统服务价值不仅受到气候、地形、环境等自然因素的制约，同时人口、经济、政策等人类活动也会引起生态系统服务价值的变化。该文侧重于生态系统价值评估及变化研究，对驱动力因素分析不足。后期研究中应更多考虑整合诸多因素，综合运用数理统计方法，更深入的分析生态系统服务价值变化驱动力。

4.2 结论

(1)参照Costanza等和谢高地等的研究成果，结合研究区实际情况，修正了生态系统服务价值当量表，建立宁德市生态系统单位面积生态服务价值表。运用经济学中弹性系数的概念，计算分析生态系统价值系数的敏感性指数，结果表明：研究区总的生态系统服务价值是缺乏弹性的，并且相对于价值系数来说是较为稳定的，选用的生态系统价值系数适用于研究区。

(2)根据宁德市2010年、2014年和2018年3期土地利用数据，估算分析研究区生态系统服务价值及其变化。结果表明：2010～2018年间耕地和建设用地整体呈现增长趋势；3个时期生态系统服务价值分别为937.25亿元、939.77亿元和935.07亿元，研究期间内生态系统服务价值因土地利用类型变化而总体呈现先增加后减少的趋势；研究区林地面积和生态系统服务价值占比均最大。

(3)从3期各单项生态系统服务功能分析结果可知，各服务功能构成比例差异较大。按服务类型的二级分类比较，由大到小依次为：水文调节>维持生物多样性>气候调节>气体调节>保持土壤>废物处理>原材料生产>提供美学景观>食物生产。2010～2018年间水文调节、废物处理和提供美学景观这3项服务价值逐步递减，其他单项服务价值先增后减。

(4)采用地均生态系统服务价值来分析各县市间的差异。结果表明：蕉城区、霞浦县、周宁县及古田县的地均生态系统服务价值相对较高；福鼎市和福安市地均生态系统服务价值较低。扣除沿海湿地特殊地类的影响后，周宁县和古田县地均生态系统服务价值相对较高，而霞浦县和福鼎市最低。