趙 晶，高照良，2，蔡艷蓉

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌712100)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(Ecosystem Services)是指生態(tài)系統(tǒng)本身與生態(tài)過程中形成的維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用，它不僅給人類提供生存必需的食物、醫(yī)藥及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原料，而且維持了人類賴以生存和發(fā)展的生命支持系統(tǒng)[1]。

土地利用是人與自然交叉最為密切的環(huán)節(jié)[2]，土地利用以及由此導(dǎo)致的土地覆被的變化必然影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能對區(qū)域氣候、水文、生物地球化學(xué)循環(huán)及生物多樣性等產(chǎn)生重大影響[3-7]。因此研究土地利用/覆蓋變化情況下區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的變化具有重要意義。

公路的建設(shè)實施將森林、草地、農(nóng)田、河流等天然、半天然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成交通設(shè)施等人工系統(tǒng)，通過改變土地利用類型影響區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值。在公路建設(shè)環(huán)境影響評價中，主要是通過分析公路建設(shè)占用土地引起的土地使用功能的變化，進而分析公路規(guī)劃實施對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值的影響。

隨著高速公路的大規(guī)模建設(shè)，所產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境破壞也越來越受到重視。本研究以陜西省5大類型區(qū)為研究區(qū)域，并在各區(qū)域選定一條典型的高速公路作為研究對象，以貨幣價值作為評價生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的量化指標(biāo)，應(yīng)用R.Costanza、謝高地等的研究成果，研究各類型區(qū)高速公路建設(shè)前后的土地利用方式變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的影響，為促進地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和區(qū)域生態(tài)平衡、合理利用土地資源、建立科學(xué)的土地利用模式提供重要參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究選定陜西省5個區(qū)域典型的高速公路作為研究對象，具體選定高速公路見表1。

表1 選定的研究區(qū)域與典型高速公路

(1)風(fēng)沙區(qū)。本研究選定子靖高速公路中的風(fēng)沙區(qū)段為研究對象，建設(shè)里程37.30 km，位于毛烏素沙漠南緣地段，區(qū)內(nèi)沙丘連綿，湖泊較多，具有風(fēng)沙草灘特征。年均氣溫7.8～9.1℃，年降水量328～451 mm，汛期降水量占年降水量的65%～75%。土壤以栗鈣土為地帶性土壤，本區(qū)土地沙化嚴重，土壤以風(fēng)沙土為主;植物以耐旱、耐寒、耐沙埋、耐風(fēng)蝕的沙生植物為主。天然植被覆蓋度差，草灘地可達到30%～50%，半固定沙地為15%～20%，流動沙丘在5%以下。

(2)黃土丘陵區(qū)。靖安公路延安段工程位于陜西省北部延安市安塞縣境內(nèi)，項目區(qū)屬典型黃土峁?fàn)钋鹆陞^(qū)。項目區(qū)屬溫帶干旱、半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫9.3℃，年平均降水量為472.2 mm，多集中在7-9月三個月。項目區(qū)地帶性土壤主要為黑壚土，由于水土流失，黑壚土侵蝕殆盡，現(xiàn)在主要是在黃土母質(zhì)上發(fā)育起來的黃綿土為主。項目區(qū)處于落闊葉林帶向干草原帶的過渡地帶，灌叢草原的特色較為明顯，公路沿線現(xiàn)有植被主要以農(nóng)作物和人工林為主，人工林主要有刺槐、柳、榆、楊及少量果園等，人工灌叢主要為檸條、酸刺、紫穗槐、沙柳等。

(3)黃土階地區(qū)。西安咸陽國際機場專用高速公路項目區(qū)地貌屬于渭河黃土階地，平坦，土壤肥沃，開墾指數(shù)高。氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量適中，多年平均氣溫13.3℃，多年平均降水量582 mm，本區(qū)的地帶性土壤為褐土，農(nóng)業(yè)土壤以土為主。地帶性植被類型為暖溫帶落葉闊葉林帶，現(xiàn)有植被主要為人工喬木林和少量天然次生喬灌混交林。土地利用類型以水澆地、果園地等農(nóng)業(yè)用地為主。

(4)低山丘陵區(qū)。丹鳳至商州高速公路西安至合肥公路的重要組成路段。工程沿走廊帶屬秦嶺山地向河谷地貌過渡區(qū)，可劃分為兩級地貌單元:低山丘陵區(qū)和河谷川道區(qū)。路線所經(jīng)區(qū)域分別屬于暖溫帶南緣半濕潤季風(fēng)型山地氣候和北亞熱帶向暖溫帶過渡的半濕潤山地季風(fēng)型氣候，多年平均氣溫12.8～13.8℃，多年平均降水量725.5～706.1 mm。土壤主要為黃褐土、黃棕壤、水稻土，植被類型屬于暖溫帶落葉闊葉林帶的南部地區(qū)，公路沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)植被覆蓋狀況良好，工程區(qū)的植被覆蓋度為58%。

(5)石質(zhì)山區(qū)。藍商高速公路是西部大通道西安至合肥公路的重要路段。工程地貌由北而南分布三個地貌單元，即渭河盆地、秦嶺中山區(qū)和丹江河谷區(qū)。項目區(qū)自北向南分屬溫帶半濕潤季風(fēng)氣候(渭河盆地段)、溫帶亞濕潤山地氣候區(qū)(秦嶺中低山段)、暖溫帶南緣半濕潤季風(fēng)型山地氣候區(qū)(秦嶺南丹江河谷段)。秦嶺北藍田縣年降水量620.6～725.5 mm，全年降水主要集中在7-9月。秦嶺北段線路，沿河以水稻土、河淤土為主，質(zhì)地沙壤;沿階地以黃繕土為主，質(zhì)地中壤;秦嶺山區(qū)自上而下分別為為棕壤、褐土、淤土、潮土和水稻土。項目區(qū)植被覆蓋率在80%以上。

2 研究方法

2.1 土地利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)筆者參與完成的各段高速公路的水土保持方案和評估報告，以其中項目占用土地面積及土地利用類型劃分為基礎(chǔ)，并結(jié)合現(xiàn)場的實際調(diào)查、量測，確定高速公路建設(shè)前后的各土地利用類型的面積。根據(jù)以往土地分類的研究成果，并參考Costanza進行生態(tài)價值計算時劃分的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型[8]，土地利用類型劃分見表2。高速公路建設(shè)占用河道在后期均恢復(fù)、治理，未影響其生態(tài)價值，故不予以考慮，此外，占用的莊基地等其他類型土地的生態(tài)服務(wù)價值較小，在此研究中也不進行分析。

2.2 不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值確定

本文以Costanza等的研究為基礎(chǔ)，參考冉圣宏和呂昌河[8-12]等對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值的研究成果，確定各種土地利用類型單位面積的生態(tài)價值，見表3。

表2 土地利用類型合并

表3 不同土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值 元/(hm2?a)

2.3 生態(tài)服務(wù)價值計算方法

選取基于貨幣量的價值量評價法。運用Costanza等人的估算方法來分析研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化情況，其計算公式為

式中:ESV——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(元);Ak——研究區(qū)后種土地利用類型的面積(hm2);VCk——生態(tài)價值系數(shù)〔元/(hm2?a)〕;ESVf——生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能價值(元);VCfk——單項服務(wù)功能價值系數(shù)。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化

各區(qū)域高速公路建設(shè)前后沿線的土地利用類型及其變化情況分析見表4。高速建設(shè)占用土地以耕地、園地、林地、草地為主，建成后由于路基邊坡和附屬設(shè)施區(qū)的綠化等措施使得林地和草地面積略有增加，且部分取土場和棄渣場等進行復(fù)墾或植被恢復(fù)。

子靖高速占用耕地44.05 hm2，園地2.36 hm2，草地 142.11 hm2，分別占總面積的23%、1%、75%，由于其位于風(fēng)沙區(qū)，增設(shè)風(fēng)沙路基防護林帶、防風(fēng)固沙林帶使得林地面積增加541.70 hm2，其他三種土地類型面積均減少。建設(shè)前后園地和林地變化幅度最大，建設(shè)后土地類型為耕地、林地、草地，分別占總面積的 2%、96%、2%。

靖安高速延安段位于黃土丘陵區(qū)，占地類型以耕地為主(40%)，草地次之(35%)，園地最少(1%)。建成后各土地利用類型的面積均減少，變化幅度為園地＞耕地＞林地＞草地。

咸陽機場高速位于黃土階地區(qū)，以耕地為主，174.73 hm2(82%)，園地次之，38.51 hm2(18%)。由于咸陽機場高速是陜西的重點工程，也是西部標(biāo)準(zhǔn)最高的高速公路——“省門第一路”，在綠化方面投入較大，主線和附屬設(shè)施區(qū)綠化面積加大，草地、林地分別增加92.37 hm2、12.48 hm2，耕地、園地減幅分別為87%、100.00%。

商丹高速公路位于低山丘陵區(qū)，占用土地類型為耕地(85%)、園地(6%)、草地(9%)，建成后耕地、園地類型面積為0，林地和草地面積增加，分別占總面積的14%、86%。

藍商高速公路位于石質(zhì)山區(qū)，占用土地類型為三種，占用面積為耕地(87%)＞草地(11%)＞林地(2%)。建成后耕地減少390.78 hm2，林地、草地有所增加，增幅分別為 281%、71%。耕地、林地、草地比例分別為34%、16%、50%。

綜上分析，各區(qū)域高速公路建設(shè)主要占地類型為耕地、林地和草地，園地較少?？傮w而言，變化幅度為園地＞林地＞耕地＞草地，園地主要是建設(shè)期全部占用，建設(shè)后消失，林地變化幅度大是因為高速公路邊坡、立交和取棄土場的綠化，使其面積相對增加，尤以風(fēng)沙區(qū)和低山丘陵區(qū)的重點項目突出。

從建設(shè)前后的對比看出，風(fēng)沙區(qū)和黃土丘陵區(qū)的子靖和靖安高速建設(shè)后草地面積有所減少，是因為地域因素的影響，林地的防風(fēng)固沙和水土保持效果更好，多采用種樹措施，因此林地相對增加較多，其他三區(qū)域的高速公路建設(shè)使草地面積增加，以機場高速最為突出。

表4 公路建設(shè)前后土地利用類型及其變化

3.2 生態(tài)服務(wù)價值變化

由于各高速公路建設(shè)里程不盡一致，在生態(tài)價值評價上為保持各區(qū)域高速公路具有可比性，所以以單位公里高速公路建設(shè)所造成的土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值變化為參考依據(jù)。

3.2.1 各區(qū)土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值變化 隨著高速公路建設(shè)的發(fā)展，各生態(tài)型用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，使各區(qū)土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值變化整體呈下降趨勢，唯有子靖高速呈增長趨勢。具體各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值分析見表5。耕地中，以低山丘陵區(qū)(商丹高速)耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地較多，所以造成生態(tài)服務(wù)價值變化較大，建設(shè)前每公里的生態(tài)價值為0.34萬元/a，降幅為100%。其余依次為黃土階地區(qū)＞石質(zhì)山區(qū)＞風(fēng)沙區(qū)＞黃土丘陵區(qū)。園地中，各高速均轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，建設(shè)后生態(tài)價值均為0，以黃土階地區(qū)(機場高速)利用的最多。林地中，靖安高速所在區(qū)域林地比例較大，其轉(zhuǎn)化也相對多，價值呈減少趨勢，由建設(shè)前的每公里0.40萬元/a減少至0.24萬元/a，其余四條高速的林地生態(tài)價值均有增加，主要是由于公路路域及附屬設(shè)施區(qū)的綠化，增加了林地的面積，增幅為子靖＞商州＞機場＞藍商，風(fēng)沙區(qū)子靖高速增幅最大，由于布設(shè)了防風(fēng)固沙林，使得林地面積增加。草地中，子州和靖安高速生態(tài)服務(wù)價值均下降，說明這兩個區(qū)域利用草地面積比重大，轉(zhuǎn)化率高。其他三條高速價值均增加，增幅為機場＞商州＞藍商，機場高速每公里增加0.88萬元/a，說明機場高速作為重點工程，在綠化上投入較大，大幅增加草地面積，使得草地生態(tài)總價值增加。

表5 土地利用類型變化引起生態(tài)服務(wù)價值變化(以1 km計算)

3.2.2 各區(qū)生態(tài)服務(wù)價值總量變化 從生態(tài)服務(wù)總價值表(表5)可以看出，除風(fēng)沙區(qū)子靖高速外，其余4個區(qū)域均呈下降趨勢，但是整體變化幅度不大，說明高速建設(shè)過程中土地類型轉(zhuǎn)化較合理。風(fēng)沙區(qū)生態(tài)服務(wù)總價值由建設(shè)前的0.86萬元/km增加至建設(shè)后的5.02萬元/km，增幅為484.45%，由于地理位置及地形地貌因素的限制，為保障公路運行的安全及生態(tài)環(huán)境的保護，設(shè)置沙障及防風(fēng)固沙林等，耕地、園地、草地面積減少所損失的生態(tài)服務(wù)價值在絕對數(shù)量上小于林地所增加的服務(wù)價值，林地的增加使得生態(tài)服務(wù)總價值顯著提高。黃土階地區(qū)機場高速總價值減少1.19萬元/km，降幅最小，為3.30%，由于林地和草地面積的增加量小于耕地和園地面積的減少量，但是林地和草地的生態(tài)價值系數(shù)之和大于耕地和園地生態(tài)價值系數(shù)之和，價值系數(shù)的優(yōu)勢在一定程度上彌補生態(tài)型土地面積減少所造成的服務(wù)價值的損失，所以總價值是減少的，但是減少幅度不大。其余4個區(qū)域總價值下降幅度為21.63%～36.65%，從遞減速率看，黃土丘陵區(qū)(靖安)＞石質(zhì)山區(qū)(藍商)＞低山丘陵區(qū)(商丹)＞黃土階地區(qū)(機場)。

3.2.3 各類生態(tài)服務(wù)功能價值的變化 從表6中可以看出，公路主線、附屬設(shè)施區(qū)的綠化和取、棄土場的復(fù)墾或綠化所帶來的林地、草地或耕地面積的增加，一定程度上可以彌補公路建設(shè)占地所造成的各生態(tài)功能價值損失。各功能中，生物控制功能在5條高速區(qū)域均呈減少趨勢，且減幅為商丹＞藍商＞機場＞靖安＞子靖。除水供應(yīng)外，其余15項生態(tài)服務(wù)價值在風(fēng)沙區(qū)均有增加，氣候調(diào)節(jié)和廢物處理功能增加顯著，分別由 0，0.25萬元/km 增加至 1.05，0.81萬元/km，林地的氣候調(diào)節(jié)、廢物處理功能服務(wù)價值系數(shù)較高，而且林地面積增加幅度大，可見風(fēng)沙區(qū)林地對各生態(tài)服務(wù)功能價值具有較高的貢獻率，氣候調(diào)節(jié)價值在低山丘陵區(qū)和石質(zhì)山區(qū)增幅也較大，達67%、280%，而在其他兩個區(qū)域分別減少0.04萬元/km、0.03萬元/km。各生態(tài)服務(wù)功能價值在黃土丘陵區(qū)均減少，減少幅度為25%～42%，氣候調(diào)節(jié)、營養(yǎng)物循環(huán)、基因資源功能減幅最大，均為42%。黃土階地區(qū)和低山丘陵區(qū)水供應(yīng)、侵蝕控制功能價值呈增加趨勢，增幅分別為368%、268%和170%、162%，食物供應(yīng)功能分別減少0.23，0.15萬元/km。擾動調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、娛樂和文化功能價值在風(fēng)沙區(qū)、黃土階地區(qū)、低山丘陵區(qū)、石質(zhì)山區(qū)均增加，增幅16%～2335%。土壤形成功能在黃土丘陵區(qū)、黃土階地區(qū)和低山丘陵區(qū)分別減少41%、36%、13%。

表6 各類生態(tài)服務(wù)功能價值變化(以1 km計算) 萬元/a

4 結(jié)論

(1)5個區(qū)域的高速公路建設(shè)，主要占用沿線的耕地、園地、林地和草地4種土地類型，建成后由于路基邊坡和附屬設(shè)施區(qū)的綠化，部分取土場和棄渣場等進行復(fù)墾或植被恢復(fù)等措施使得林地和草地面積略有增加，總體而言，變化幅度為園地＞林地＞耕地＞草地。耕地均呈減少趨勢，減少量為藍商(390.78 hm2)＞機場(151.27 hm2)＞商丹(125.12 hm2)＞靖安(47.43 hm2)＞子靖(35.58 hm2);園地土地類型在建設(shè)后消失;林地中，以靖安高速呈減少趨勢，其余四條高速均呈增加態(tài)勢，變化幅度為機場(+1300%)＞藍商(+281.61%)＞子州=商丹(+100%)＞靖安(-40.34%);草地中，子靖和靖安呈減少趨勢，其余三條高速草地面積增加，變化幅度為商丹(+263.11%)＞機場(+100%)＞子靖(-91.18%)＞藍商(+71.33%)＞靖安(-23.97%)。

(2)生態(tài)服務(wù)總價值，除風(fēng)沙區(qū)子靖高速外，其余4個區(qū)域均呈下降趨勢，但是整體變化幅度不大，說明高速建設(shè)過程中土地類型轉(zhuǎn)化較合理。風(fēng)沙區(qū)子靖高速生態(tài)服務(wù)總價值增幅為484.45%。黃土階地區(qū)機場高速總價值減少1.19萬元/km，降幅最小，為3.30%，其余三個區(qū)域總價值下降幅度為21.63%～36.65%，從遞減速率看，黃土丘陵區(qū)(靖安)＞石質(zhì)山區(qū)(藍商)＞低山丘陵區(qū)(商丹)＞黃土階地區(qū)(機場)。

(3)各功能中，生物控制功能在5條高速區(qū)域均呈減少趨勢，且減幅為低山丘陵區(qū)(商丹)＞石質(zhì)山區(qū)(藍商)＞黃土階地區(qū)(機場)＞黃土丘陵區(qū)(靖安)＞風(fēng)沙區(qū)(子靖)。15項生態(tài)服務(wù)功能價值在風(fēng)沙區(qū)均有增加，且氣候調(diào)節(jié)和廢物處理功能增加顯著。各生態(tài)服務(wù)功能價值在黃土丘陵區(qū)均減少，減少幅度為25%～42%，氣候調(diào)節(jié)、營養(yǎng)物循環(huán)、基因資源功能減幅最大。黃土階地區(qū)和低山丘陵區(qū)水供應(yīng)、侵蝕控制功能價值呈增加趨勢，增幅分別為368%、268%和170%、162%，食物供應(yīng)功能分別減少0.23，0.15萬元/km。擾動調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、娛樂和文化功能價值在風(fēng)沙區(qū)、黃土階地區(qū)、低山丘陵區(qū)、石質(zhì)山區(qū)均增加。

高速公路的建設(shè)實施通過改變土地利用類型，進而改變生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能，降低生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值，估算公路規(guī)劃實施導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失可以為公路實施過程中的生態(tài)補償提供一定依據(jù)。綜合研究結(jié)果，5個區(qū)域的高速公路建設(shè)對生態(tài)服務(wù)價值有一定程度的負面影響，但是公路建設(shè)過程中的一系列生態(tài)舉措，包括綠化、復(fù)墾以及控制占地面積等，使得生態(tài)服務(wù)價值損失最小化，充分體現(xiàn)建設(shè)項目的生態(tài)保護原則。同時，高速公路作為陜西省的經(jīng)濟、社會發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，它的建設(shè)實施有利于縮小西部區(qū)域間的差距，促進區(qū)域合作、資源的開發(fā)、投資環(huán)境改善等，為陜西省的發(fā)展帶來長期的效益。總體而言，陜西省的高速公路建設(shè)實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用，促進了社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

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