譚 君，李世平

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，陜西 楊凌712100）

1997年，Costanza［1］和 Daily［2］等提出“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程中所形成的，維持人類生存的自然環(huán)境及其效用”。它是通過生態(tài)系統(tǒng)的功能直接或者間接得到的產(chǎn)品和服務(wù)，是由自然資本的能流、物流、信息流構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和非自然資本結(jié)合在一起所產(chǎn)生的人類福利［3］。作為全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域之一［4］，土地利用的變化必然引起各類生態(tài)系統(tǒng)類型、面積以及空間分布格局的變化，進而影響生態(tài)系統(tǒng)所提供服務(wù)的種類和強度，引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化［5］。而且單純地以經(jīng)濟利益為目的調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，勢必會導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)面積減少，系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)減弱，影響自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展［6－7］。因此，研究土地利用變化情況下的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化具有重要意義［8］。目前，此類研究大多集中于時間序列上土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的影響，但對土地利用變化如何影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化及土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值影響的定量研究較少。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

銅川市位于陜西省中部，黃土高原南緣，處于關(guān)中平原向陜北黃土高原的過渡地帶，是關(guān)中經(jīng)濟帶的重要組成部分。介于東經(jīng)108°34′—109°29′、北緯34°50′—35°34′。交通便利，是通往人文初祖黃帝陵及革命圣地延安的必經(jīng)之地，距西安市區(qū)68km、距西安咸陽國際機場72km，西安至黃陵高速公路穿境而過，咸銅、梅七兩條支線鐵路與隴海大動脈相連。2011年銅川市總?cè)丝跀?shù)為86萬，其中非農(nóng)業(yè)人口45萬人，城鎮(zhèn)人口占全市總?cè)丝诘?3%，面積3 882 km2。全市下轄宜君縣、王益區(qū)、印臺區(qū)、耀州區(qū)和省級經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)——銅川新區(qū)。

隨著銅川市經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，城市建設(shè)用地占用了大量的耕地，土地利用和城市景觀變化較大，引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)的壓力越來越大。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的基本數(shù)據(jù)均來自銅川市國土資源局2006—2011年土地利用詳查及變更調(diào)查資料，其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自銅川市統(tǒng)計局歷年社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒及公開出版物。根據(jù)研究需要以及實際情況，將銅川市的土地分為耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地（包括居民點及工礦用地、交通運輸用地）和未利用地7種類型。

1.3 研究方法

本文以銅川市及其所轄3區(qū)1縣為研究對象，利用2006—2011年土地利用詳查及變更資料，采用土地利用類型動態(tài)度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)度以及灰色關(guān)聯(lián)度指標(biāo)計算分析其土地利用的時間變化和空間差異，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時間變化和空間差異，在此基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)區(qū)域土地利用、改善和提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

1.3.1 土地利用變化分析 土地利用變化幅度反映了不同土地利用類型在總量上的變化，可以了解土地利用變化總的態(tài)勢及土地利用結(jié)構(gòu)的變化，其表達式為：

土地利用動態(tài)度可以定量描述區(qū)域土地利用變化的速度［9］，其表達式為：

式中：Ua，Ub——研究期初和研究期末某一種土地利用類型的面積；T——研究時段長，當(dāng)T的時段設(shè)定為年時，K值就代表該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率。

土地利用相對變化率［10］是反映土地利用變化不同區(qū)域間差異的一種指標(biāo)。其表達式為：

式中：Ka，Kb——某區(qū)域某一特定土地類型研究期初和期末的面積；Ca，Cb——整個研究區(qū)域某一特定土地利用類型研究期初和期末的面積。如果計算得出某區(qū)域某種土地利用類型的相對變化率R＞1，則說明該區(qū)域該種土地利用類型變化較全區(qū)域大，為整個研究區(qū)土地利用變化的熱點地區(qū)。

土地利用程度指數(shù)是衡量土地利用深度和廣度的指標(biāo)，可以定量地表達區(qū)域土地利用的綜合水平以及變化趨勢［11］。土地利用程度指數(shù)的計算公式可以表示為［12］：

式中：L——土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——第i級土地利用程度分級指數(shù)；Ci——第i級土地利用程度分級面積百分比；n——土地利用程度分級數(shù)。按照莊大方和劉紀元［12］的分級方法，可以將銅川市的土地分級情況表示為：未利用土地為1級；林地、草地和水域為2級；耕地、園地為3級；建設(shè)用地為4級。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估方法 2003年，謝高地等［13］根據(jù)中國實際情況，參考 Costanza等［1］的研究成果，制定了中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表，根據(jù)此表以及段瑞娟等［14］和冉圣宏等［15］的研究成果得出銅川市各土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（表1）。針對銅川市的具體情況，計算其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化，估算公式為：

式中：ESV——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Ak——研究區(qū)中第k類土地利用類型的面積（hm2）；VCk——第k類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價值系數(shù)［元／（hm2·a）］；ESVf——單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變差貢獻率是指某一區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化總量中各種土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值變化所占的比例。以此可以測算出各種土地利用類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的影響程度。其表達式為：

式中：ESVcc——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變差貢獻率；ESVkb，ESVka——第k類土地利用類型在研究期初和期末的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值相對變化率［16］是反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化不同區(qū)域間差異的一種指標(biāo)。其表達式為：

式中：Kva，Kvb——某區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究期初和期末的總價值；Cva，Cvb——整個研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究期初和期末的總價值。如果某區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值相對變化率Rv＞1，則表示該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化較全區(qū)域大。

表1 銅川市各土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值 元／（hm2·a）

1.4 各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的灰色關(guān)聯(lián)分析

目前關(guān)于各土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間關(guān)系的研究多是定性的，而定量研究兩者之間的關(guān)系更有助于確定土地利用變化和ESV變化的關(guān)系，更準(zhǔn)確地指出土地利用類型如何影響ESV。灰色系統(tǒng)理論是鄧聚龍于20世紀80年代首創(chuàng)的一種系統(tǒng)科學(xué)理論，它彌補了采用數(shù)理統(tǒng)計方法作系統(tǒng)分析時導(dǎo)致的缺憾。其計算方法和步驟如下：

首先將原始數(shù)據(jù)無量綱化，將其變換為可比較的數(shù)列。可用均值變換或初值化變換，本文采用均值變換。然后根據(jù)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)ζ0k（t）的公式計算各因子間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

式中：ζ0k（t）——因素Xk對X0在t時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)；其中：

ρ為介于［0，1］區(qū)間上的灰數(shù)，本文取ρ＝0.5。最后根據(jù)ζ可以求出各個時刻關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值即關(guān)聯(lián)度γ0k：

式中：γ0k——比較數(shù)列Xk對參考數(shù)列X0的關(guān)聯(lián)度。若Xk與X0的關(guān)聯(lián)度最大，表示Xk是對X0影響最大的因素。

2 土地利用時空變化分析

2.1 土地利用現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)

2011年末銅川市土地總面積為388 481.2hm2，其中：農(nóng)用地359 333.19hm2，占土地總面積的92.49%；建設(shè)用地23 719.25hm2，占土地總面積的6.11%；未利用地5 428.76hm2，占土地總面積的1.4%。農(nóng)用地中耕地98 495.73hm2，占土地總面積的25.35%；園地20 001.4hm2，占土地總面積的5.15%；林地 202 772.46hm2，占土 地總面積 的52.19%；草地 35 280.28hm2，占土 地總面積 的9.07%；水域2 847hm2，占土地總面積的0.73%；未利用地5 428.76hm2，占土地總面積的1.40%。

2.2 土地利用類型的時間變化

研究區(qū)5a年來土地利用／覆蓋發(fā)生了較大的變化（表2）。從土地利用的變化幅度來看，園地、草地、水域和未利用地均減少，其中草地面積減少最多，為32 256.63hm2；耕地、林地以及建設(shè)用地均增加，其中林地面積增加最多，達23 349.42hm2。從土地利用動態(tài)度來看，耕地的增加速度最快，其次是林地，再次為建設(shè)用地，動態(tài)度分別為 3.81%，2.60%，2.13%；未利用地減少速度最快，達10.43%，然后依次為草地、園地、水域。

根據(jù)表2和公式（4），計算出研究區(qū)2006—2011年的土地利用程度情況（表3）。土地利用程度綜合指數(shù)的取值區(qū)間為100～400，如果所有土地利用類型都是未利用土地，土地利用的開發(fā)價值是100。通過表3數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2006—2011年各種土地利用類型的總體開發(fā)程度在240左右，說明研究區(qū)的土地利用程度相對較高。

表2 2006－2011年銅川市土地利用／覆蓋變化

表3 銅川市2006－2011年土地利用程度指數(shù)

2.3 土地利用變化的空間差異

銅川市各區(qū)域土地利用相對變化情況見表4。耕地變化的熱點區(qū)域集中在王益區(qū)、印臺區(qū)和宜君縣，相對來說，耀州區(qū)耕地變化幅度較全區(qū)域小，原因可能是在銅川市多個耕地保護政策性文件的實施下，比值上占有最大數(shù)量耕地的耀州區(qū)受政策的阻力影響較大，耕地轉(zhuǎn)化較慢［17］。園地變化熱點區(qū)域主要集中在王益區(qū)和耀州區(qū)，王益區(qū)和印臺區(qū)林地的變化較大，草地變化的熱點區(qū)域在耀州區(qū)和宜君縣，水域的變化主要集中在王益區(qū)、耀州區(qū)和宜君縣，建設(shè)用地變化的熱點區(qū)域在耀州區(qū)和宜君縣，王益區(qū)和耀州區(qū)的未利用地變化較大。

2006—2011年，銅川市各區(qū)域耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、未利用地均變化較大，原因在于農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市化的發(fā)展。利用土地利用程度變化模型計算分析了銅川市3區(qū)1縣的土地利用程度情況（表5），發(fā)現(xiàn)銅川市土地利用程度存在著明顯的區(qū)域差異。2011年銅川市的土地利用程度L＝241.32，其中最大的是王益區(qū)L＝277.11，最小的是宜君縣L＝231.14。王益區(qū)土地利用程度變化較大，大于研究區(qū)總體水平，土地利用處于較快發(fā)展期；耀州區(qū)和印臺區(qū)與研究區(qū)總體水平相當(dāng)，宜君縣的土地利用程度相對較小。

表4 2006－2011年銅川市土地利用相對變化率 %

表5 2011年銅川市各區(qū)域土地利用程度指數(shù)

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時間變化

根據(jù)公式（5）和（6），對2006—2011年銅川市不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)功能價值總變化以及單項生態(tài)服務(wù)功能價值的變化進行了分析，結(jié)果分別見表6和表7。如表6所示，2006—2011年的5a間，銅川市總體生態(tài)服務(wù)功能價值增加了4.12%，其中，林地的生態(tài)服務(wù)功能的貢獻率最大，其生態(tài)服務(wù)價值占總價值的比例從2006年的68.78%增加到74.65%。而草地面積的急劇減少顯著降低了其生態(tài)服務(wù)功能，對總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的增加具有負貢獻。由此可知，區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量與當(dāng)?shù)氐耐恋乩米兓年P(guān)系極為密切，會隨著不同土地利用類型的相互轉(zhuǎn)化而發(fā)生變化。

銅川市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能價值ESVf的變化（表7）表明氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護和原材料等近10種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型均有不同程度的增加，其中原材料增幅最大，變化率達9.68%，這主要是由原材料價值系數(shù)最高的林地面積增加而引起的。

表6 銅川市2006－2011年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

表7 2006－2011年銅川市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能價值變化

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化

表8表明，銅川市各區(qū)域的ESV值均在增加，其中，印臺區(qū)增加最多，達到6.568×107元，變化率為14.68%，并且王益區(qū)和印臺區(qū)的總ESV的變化幅度大于銅川市。耀州區(qū)和宜君縣雖然為土地利用變化的熱點區(qū)域，但由于建設(shè)用地的價值系數(shù)為負值，而耀州區(qū)和宜君縣所占有建設(shè)用地的數(shù)量又較其他兩區(qū)大，此外，園地和耕地的價值系數(shù)也遠遠小于水域的生態(tài)價值系數(shù)，而耀州區(qū)和宜君縣的水域變動很小，所以，耀州區(qū)和宜君縣非ESV變化的熱點區(qū)域。

表8 2006－2011年銅川市各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

4 各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的灰色關(guān)聯(lián)分析

結(jié)合對土地利用變化情況的分析可以發(fā)現(xiàn)，由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的差異，土地利用變化對ESV的影響也存在相應(yīng)的差異。各土地利用類型的變化與其對應(yīng)的生態(tài)服務(wù)價值的變化趨勢是一致的。為了明確土地利用變化與ESV變化之間的關(guān)系，本文用灰色關(guān)聯(lián)模型對各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量之間的關(guān)系進行了計算與分析。結(jié)果表明，各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的關(guān)聯(lián)度的排序為：建設(shè)用地＞林地＞耕地＞園地＞水域＞草地＞未利用地。這表明建設(shè)用地和林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對銅川市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的影響最大，關(guān)聯(lián)度分別為0.941 1和0.894 5，由于這5a來銅川市的建設(shè)用地面積急劇上升，而建設(shè)用地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響是負面的，建設(shè)用地增加會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生阻礙作用［18］，因此，伴隨著銅川市建設(shè)用地面積的急劇增加，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響也逐漸增加；而林地是所有土地利用類型中面積比重最大的。未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的關(guān)聯(lián)度最低，為0.447 8，主要是由于未利用地的面積和其單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)都比較小，因此，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量中所占比例較小。為了進一步提高整個銅川市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，應(yīng)該增加林地、園地、草地、水域面積，嚴格控制建設(shè)用地面積。

5 結(jié)論與討論

從時間變化上來看，銅川市在2006—2011年的5 a間，其土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化：林地面積增加了23 349.42hm2，由于政府對“切實保護耕地、加強生態(tài)環(huán)境建設(shè)”政策的實施力度增強，耕地的面積也不斷增加；草地和未利用地面積則分別減少了32 256.63hm2和5 919.41hm2。土地利用結(jié)構(gòu)變化引起了生態(tài)服務(wù)價值的變化，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從335 750萬元增加到349 593萬元，其中，林地的貢獻率最大，建設(shè)用地面積的增加以及草地面積的急劇減少都對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生了負面的影響。在對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)功能價值變化的分析中可知，銅川市近10種生態(tài)服務(wù)類型的經(jīng)濟價值量均有不同程度的增加，其中，原材料服務(wù)功能的價值比例上升最多。通過計算各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的關(guān)聯(lián)度得知，建設(shè)用地和林地的影響最為顯著。為了進一步提高銅川市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量，需要限制建設(shè)用地面積的增長速度，切實保護林地、耕地、園地以及水域。

從空間差異上來看，王益區(qū)是耕地、園地、林地、水域和未利用地變化的熱點區(qū)域，而耀州區(qū)和宜君縣的建設(shè)用地變化較為明顯，其變化幅度均較全區(qū)域大。王益區(qū)也是研究區(qū)土地利用程度最大的地區(qū)，但單位ESV卻為各區(qū)域中最低，ESV增加率居中間水平，在今后的發(fā)展中應(yīng)該嚴格控制未利用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，保持耕地面積，增加林地、草地和水域的面積。印臺區(qū)在各區(qū)域中土地變化率最低，且其ESV值相對于總ESV值變化率最高，即ESV增加率最高，說明從生態(tài)效益的角度看，該區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)較為合理。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是一個可以用來衡量區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合指標(biāo)，其大小取決于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型和其單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，而不同的研究區(qū)域鑒于其自身的自然條件等因素的影響，其單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)也不盡相同，本文采用的謝高地等人的研究成果，對于銅川市來講，是存在一定誤差的。此外，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究難于精確預(yù)算，若要較為準(zhǔn)確計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，還需要運用經(jīng)濟學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識進行更為深入的研究。

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