基于土地利用的云南省县域生态系统服务价值时空演变

罗仁娟,陈 新,张林波,杨旺舟

(1.云南师范大学地理学部,云南昆明 650500；2.云南师范大学经济与管理学院,云南昆明 650500；3.山东大学人文社科青岛研究院,山东青岛 266237)

生态系统服务是人类直接或间接从生态系统中所得到的各种惠益[1]。形成维持人类生存发展的环境以满足生存、健康、福祉等需求[2-3]。土地利用/覆盖变化(land use and land cover change,LUCC) 是人类活动作用于生态系统的重要方式[4]。1997年,Costanza等[1]利用LUCC和生态系统服务当量,计算了全球生态系统服务价值。同年Daily[5]系统地介绍了生态系统服务功能的概念、研究简史、服务价值评估等。我国学者谢高地等[6-7]根据 Costanza等[1]的方法构建了符合我国国情的生态系统服务价值当量表,获得学术界的广泛认可,国内众多学者根据此当量表开展研究。

云南省位于我国西南边疆地区,总面积38.31万km2,下辖8个地级市和8个自治州,129个县(市)。有北热带、南亚热带、暖温带和高原气候区等温度带气候类型,多山地,地形纵横起伏、海拔落差大。在全国生态区划中主要属于“南部湿润生态大区”中的“云贵高原生态地区”,滇西北部分属于“青藏高原生态大区”中的“横断山区生态地区”[8],境内陆生生态系统几乎包括地球上所有的生态系统类型,丰富的生态资源对云南省社会经济发展起着重要的支撑作用[9]。基于土地利用的云南省县域生态系统服务价值时空演变研究,对云南省践行生态文明思想、助力“两山”理论、推动生态产品价值实现具有一定的实践意义和价值。

1 资料与方法

1.1 数据来源该研究样本为云南省 129 个县(市、区),研究期为 2005、2010、2015和2018 年4个时段。土地利用类型数据来自中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn),分辨率为 30 m×30 m,解译精度达 90%以上。数据将土地利用类型划分为一级分类( 耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6种类型) 和二级分类(旱地、水田、有林地、灌木林等25种类型),该研究根据谢高地等[10]生态系统分类体系,将土地利用数据重分类为旱地、水田、森林、草地、湿地、荒漠、裸地、水域、冰川、建设用地10类生态系统类型。其他社会经济数据来自《云南统计年鉴》《全国农产品成本收益统计资料汇编》及《中国农产品价格调查年鉴》。

1.2 研究方法参考谢高地等[10]制订的中国陆地生态系统服务价值当量因子表。生态系统服务1个基础当量因子的经济价值量相当于研究区本年度平均粮食单产市场价值的1/7[11]。考虑各年份间农作物价格波动对总价值量的影响,选取与土地利用数据相对应的2005、2010、2015 和 2018 年4个时期云南省水稻、小麦和玉米3种主要粮食作物的产量、价格、播种面积作为基础数据进行基础当量因子价值核算。公式如下：

式中,En为云南省农田生态系统提供食物生产能力的经济价值(元/hm2)；i为作物类别；oi为第i种粮食作物面积(hm2)；pi为第i种粮食作物单产(kg/hm2)；qi为第i种粮食作物的平均价格(元/kg)；M为3种粮食作物总面积。详见表1。

表1 云南省主要粮食作物产量、价格、农作物统计Table 1 Statistics of output,price and crops of main grain crops in Yunnan Province

表1的统计数据根据核算公式计算出研究区不同土地利用类型1个基础当量因子的经济价值约为2 400.07元/hm2。结合谢高地等[10]制定的单位面积生态系统服务价值当量表,得到云南省单位面积生态系统服务功能价值(表2)，其中建设用地生态系统服务价值量为0，即无价值量。

表2 云南省单位面积生态系统服务价值Table 2 Ecosystem service value per unit area in Yunnan Province 元/(hm2·a)

2 结果与分析

2.1 土地利用变化分析对土地利用数据进行统计,得到云南省各土地利用类型面积并进行百分比统计。从表3可以看出，2005—2018 年云南省土地利用结构以森林为主,其次是草地、旱地,这3种用地类型占云南省总面积的93%,而荒漠、冰川、湿地、裸地、水域5种用地类型合计仅占总面积的1%。变化幅度较大的是建设用地、水域和草地,建设用地增加了1 164.83 km2,水域增加了899.16 km2,草地减少了746.14 km2。荒漠在2015年消失。

表3 2005—2018年云南省土地利用面积百分比和面积变化统计Table 3 Statistics of percentage of land use area and area change in Yunnan Province from 2005 to 2018

2.2 生态系统服务价值核算及变化以云南省129个县(市、区)为研究单元,基于4个时期研究区土地利用数据的10类生态系统,去除无价值量的建设用地,将表2所示的9类生态系统服务价值匹配到各县(市、区),核算出云南省各县域的生态系统服务价值,限于篇幅,该研究仅展示云南省16个地州(市)的核算结果,各地州(市)生态系统服务价值及变化见表4。

表4 云南省各地州研究期生态系统服务价值及变化Table 4 Ecosystem service value and change in various prefectures of Yunnan Province during the study period

从表4可以看出,云南省研究期内生态系统服务价值呈现缓慢增长态势,2005—2018年增长比例最大的为德宏州,其次为楚雄州、曲靖市；呈负增长的为普洱市。生态系统服务价值总量最低的为德宏州,最高的为楚雄州,这主要与州市所辖面积大小相关。

2.3 生态系统服务价值空间格局演变特征为更客观地刻画云南省各县(市、区)生态系统服务价值的变化,该研究从生态系统服务价值单位面积和人口2个变量进行空间格局演变研究,并利用ArcGIS软件可视化表达。

2.3.1单位面积生态系统服务价值空间格局。云南省单位面积生态系统服务价值核算结果显示,研究期内单位面积价值量最高为玉溪澄江市(7.84 万元/hm2),最低为曲靖市罗平县(2.58万元/hm2)。采用ArcGIS软件分类的几何间断法将云南省生态系统服务价值分为5个等级：高(>5.31万元/hm2)、偏高(>4.07～5.31万元/hm2)、中(>3.47～4.07万元/hm2)、偏低(>3.18～3.47万元/hm2)、低(≤3.18万元/hm2)。

图1 云南省单位面积生态系统服务价值空间演变(单位：万元/hm2)Fig.1 Spatial evolution of ecosystem service value per unit area in Yunnan Province

从图1可以看出,研究期内云南省单位面积生态系统服务价值呈现出西高东低、中西部地区偏低的总体特征。单位面积价值量高的地区集中在云南省西北地区和西南地区,西北地区为怒江州、迪庆州及丽江市所属大部分县区；西南地区为西双版纳、普洱市的部分县区,中部的昆明市西山区、呈贡区、玉溪市的澄江市、江川区等。价值量低的县域主要集中在中西部地区的昆明市、曲靖市的大部分县区,东北地区的昭通市的大部分地区及红河州的部分地区,零散分布于临沧州和大理市的少部分县区。各年间生态系统服务价值变化不大,呈微弱增长态势,如临沧州的凤庆县、昭通市的永善县和鲁甸县单位面积价值量在2010—2015年由低转为中；大理州弥渡县、楚雄州的元谋县单位面积价值量在2010—2015年由低转为偏低。

2.3.2人均生态系统服务价值空间格局。云南省人均生态系统服务价值核算结果两极化极为严重,研究期内人均生态系统服务价值量最高的为迪庆州德钦县(49.00万元/人),其次为迪庆州维西县(44.00万元/人)、迪庆州香格里拉市(29.00万元/人),其余县区的人均生态系统服务价值量都在13.00万元/人以下；价值量较低的3个县区分别为昆明市五华区(0.12万元/人)、盘龙区(0.17万元/人)和官渡区(0.41万元/人)。采用ArcGIS软件分类的几何间断法将云南省生态系统服务价值分为5个等级：高(>12.60万元/人)、偏高(>4.30万～12.60万元/人)、中(>2.42万～4.30万元/人)、偏低(>2.00万～2.42万元/人)、低(≤2.00万元/人)。

图2 云南省人均生态系统服务价值空间演变(单位：万元/人)Fig.2 Spatial evolution of per capita ecosystem service value in Yunnan Province

由图2可知,研究期云南省人均生态系统服务价值呈现出西高东低、南北中部地区偏低的总体特征。单位价值量高的地区集中在云南省西北地区的迪庆州和怒江州；价值量低的地区主要集中在中西部地区的昆明市、曲靖市的大部分县区,东北地区的昭通市、东南部地区的红河州、文山州的部分地区,零散分布于大理市、保山市的少部分县区。各年间生态系统服务价值变化不大,呈微弱降低态势,主要是人口增长超过单位面积价值量增长速率导致。

结合图1和图2可知,部分地区在以单位面积为变量时,属于价值量高的地区,而以人均为变量时,属于价值量低的地区,如云南省中部的昆明市西山区、呈贡区、玉溪市的澄江市、江川区,这是由于西山区、官渡区、五华区、盘龙区、呈贡区拥有滇池水域,澄江市、江川区拥有抚仙湖水域,水域的生态服务价值当量极高,所以相关区域的单位面积价值量就高,而这些地区人口集聚度高、人口密度大导致以人均为变量时价值量低。部分地区以单位面积为变量时,属于价值量中等的地区,而以人均为变量时,属于价值量极高的地区,如怒江州贡山独龙族怒族自治县、迪庆州德钦县和香格里拉市,此现象的原因是该地区人口集聚度低、人口密度小所导致。

3 结论与讨论

该研究对云南省2005、2010、2015、2018年4期的土地利用数据进行分析,在此基础上对云南省生态系统服务价值进行核算和分析。结果表明，云南省土地利用类型中森林、草地及旱地占所有土地利用类型的绝大部分；研究期整体结构变化较小,建设用地及水域呈持续增加态势。云南省2005—2018年生态系统服务价值持续缓慢增长。单位面积生态系统服务价值时间上呈微弱增长态势,空间上呈现西高东低、中西部地区偏低的特征。人均生态系统服务价值时间上呈微弱下降态势,空间上呈现西高东低、南北中部地区偏低的特征。

土地利用变化是生态系统服务价值结构变化的直接原因。其中水域面积增大,是研究区生态系统服务价值整体增大的主要原因。旱地和水田的土地利用类型转化为建设用地是生态系统服务价值降低的主要原因,政府应该严格控制建设用地的扩张,加强土地集约利用。

该研究采用直观易用的当量因子法对云南省生态系统服务价值进行估算时,固定当量因子的价值,加强了生态系统服务价值时间序列上的可比性。目前研究仍具有一定局限性,如罗平县生态系统服务的单位面积和人均价值量均很低,与客观情况不相符,罗平县旱地种植油菜花引领的旅游系列产品,其文化服务的价值被远远低估,在后续研究中需要考虑一些特殊情况。建设用地的生态系统服务价值也是下一步研究的重点。