李 娜，董立國，劉長寧，李生寶

（1．寧夏農(nóng)林科學(xué)院 荒漠化治理研究所，銀川750002；2．寧夏遙感測繪勘查院，銀川750021）

土地是人類社會生存、發(fā)展的基礎(chǔ)和保障，土地利用變化是人類和自然相互作用、相互影響的結(jié)果。土地利用變化最直接的結(jié)果是導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)形成和所維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用［1］。土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值作為科學(xué)研究的熱點問題，直接關(guān)系著區(qū)域人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟和社會系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。因此開展區(qū)域土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化的研究，對區(qū)域生態(tài)安全和資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，周德成等［2］研究了安塞縣退耕還林工程對黃土高原土地利用／覆被變化的影響。劉紀遠等［3－4］研究了中國土地利用變化，揭示了土地利用變化的空間格局與驅(qū)動因素。陳利頂?shù)龋?］研究了陜北黃土丘陵區(qū)大南溝流域土地利用結(jié)構(gòu)的特點和變化。陳雅琳等［6］對礦區(qū)土地利用及生態(tài)服務(wù)價值進行了分析。呂昌河等［7］從土地利用和生態(tài)服務(wù)功能變化與沖突的角度，分析了安塞縣農(nóng)業(yè)、環(huán)境與生態(tài)保護的變化過程與相互作用。馮異星［8］運用遙感和GIS技術(shù)借用謝高地等人提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，分析了瑪納斯河流域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響。楊春利等［9］對石羊河下游民勤綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值進行了估算和對比分析。謝余初等［10］以甘肅省金塔縣為例研究了土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的響應(yīng)。眾多學(xué)者利用Costanza等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算的原理和方法，參考謝高地等建立的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值表對退耕還林工程實施土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行了研究，得出退耕還林工程的實施在一定程度上增加了系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能［11－14］。上述研究均針對特定區(qū)域進行了土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分析，為區(qū)域土地利用格局和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供了研究基礎(chǔ)。

中莊小流域是國家“十五”、“十一五”生態(tài)領(lǐng)域科技支撐計劃項目建立的主要示范區(qū)之一，兩期項目以及國家退耕還林草等項目的實施，使區(qū)域土地利用發(fā)生了較大的變化，同時該流域可以作為黃土丘陵區(qū)的典型區(qū)域近年來生態(tài)建設(shè)成果的縮影。本研究利用“3S”技術(shù)，以2000年、2005年、2011年為界限，利用Costanza等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算的原理和方法，參考謝高地等［15］建立的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值表對中莊小流域進行土地利用格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的動態(tài)變化進行研究分析，以期為區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)和生態(tài)規(guī)劃提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1．1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于彭陽縣城東北21km處的中莊村，屬于典型的溫帶大陸性氣候，地貌類型屬黃土高原腹部梁峁丘陵地，年平均降水量433．6mm（22a）左右，分明顯的旱季和雨季，其中50%～75%的降水集中在6—9月。3—5月的降水量，只有全年降水量的10%～20%。年平均氣溫7．4℃，≥10℃的積溫為2 200～2 750℃，地面平均氣溫8～9℃，7月最高，平均為22～23℃；1月最低，平均為－8℃左右。一般11月中下旬土壤結(jié)凍，至翌年3月初開始解凍。最大凍土深度一般超過100cm。日照時數(shù)為2 200～2 700h，日照百分率為50%～65%，一年之中，6月日照時數(shù)最多，9月日照時數(shù)最少。近10a的干燥度為1．40～3．04（可能蒸散量／降雨量），無霜期140～160d。主要氣象災(zāi)害有干旱、霜凍、冰雹等。干旱是這一地區(qū)發(fā)生次數(shù)多、影響面廣、危害最嚴重的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。中莊村全村總面積17．62km2，390戶農(nóng)戶、1 838口人，人均收入為3 651元。農(nóng)田種植以糧食作物為主，主要有玉米、冬麥、豌豆、馬鈴薯等，油料作物主要以胡麻為主，飼料作物主要以紫花苜蓿為主。

1．2 研究方法與數(shù)據(jù)分析

本研究以2000年、2005年、2010年為界限，搜集2005年、2011年研究區(qū)的2．5m遙感影像、土地利用規(guī)劃圖、森林資源現(xiàn)狀調(diào)查圖等資料，結(jié)合對2000年、2005年和2010年土地利用現(xiàn)狀的實地走訪調(diào)查，借助GIS等技術(shù)對區(qū)域進行土地利用分類，由于未利用土地和建設(shè)用地變化較小，所以將土地利用類型最后統(tǒng)計為4個大類（表1）。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算方法利用Costanza等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算的原理和方法以及謝高地等中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值［15］進行計算統(tǒng)計。

表1 中莊村土地利用類型劃分

2 結(jié)果與分析

2．1 土地利用格局變化

經(jīng)過統(tǒng)計計算，中莊小流域總土地面積1 762 hm2，林地、草地、農(nóng)田、水域的面積共占區(qū)域總面積的94．3%。對中莊小流域不同時段土地利用類型進行統(tǒng)計分析（附圖4）結(jié)果顯示，2005年和2010年土地利用類型變化較小，2000年和2010年土地利用類型變化明顯，主要體現(xiàn)在林地和草地面積的增加和農(nóng)田、水域面積的減少。林地由2000年的53hm2增加到2005年的291hm2再增加到2010年的294hm2；草地由2000年的399．9hm2增加到2005年的429．7 hm2又略微減少到2010年的429．5hm2；農(nóng)田由2000年的1 196．9hm2減少到2005年的941．0hm2再減少至2010年的941．0hm2；水域由2000年的12．32 hm2減少到2005年的0hm2增加至2010年的0hm2。2000—2010年，研究區(qū)域土地利用類型發(fā)生了較大的變化。主要表現(xiàn)在農(nóng)地比2000年減少了27．2%，且坡耕地大面積地減少，95%以上轉(zhuǎn)化為高標準水平梯田（梯田由2000年的153．87hm2增加到2005年的728．80hm2再增加到2010年的730．27hm2）；水域減少為0，水土保持工程措施的實施，減少了徑流，致使水庫干枯；林地比2000年增加了454．7%，草地比2000年增加了7．4%，主要是因為退耕還林草等工程的實施增加了灌木林、人工草地的面積。

2．2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可以看出，利用不同時期研究區(qū)域4種典型土地利用類型的面積，計算研究區(qū)域不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，結(jié)果見圖1。在2000—2010年，4種典型土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均發(fā)生了較大的改變，林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2000年的66．5萬元／（hm2·a）增加到2005年的367．7萬元／（hm2·a）和2010年的371．7萬元／（hm2·a）；草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2000年的209．6萬元／（hm2·a）分別增加到2010年的223．5萬元／（hm2·a）；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2000年的424．7萬元／（hm2·a）下降到2010年的333．8萬元／（hm2·a）；水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2000年的25．1萬元／（hm2·a）下降到2010年的0萬元／（hm2·a）。研究區(qū)域的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2000年的725．8萬元／（hm2·a）分別增加到2005年的926．7萬元／（hm2·a）和2010年的929．1萬元／（hm2·a），分別增加了27．7%，28．0%。在綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中除食物生產(chǎn)和廢物處理價值有所下降以外，其他各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能都有所提高。由于各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化主要與土地面積有直接的關(guān)系，食物生產(chǎn)價值主要由農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供，因此，農(nóng)田面積的減少必然使生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)價值減少。廢物處理價值中以水域價值為最大，林地、草地和農(nóng)田較為接近，水域和農(nóng)田的減少必然致使廢物處理能力下降。

表2 中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值［15］（元／hm2·a）

圖1 不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

3 結(jié)論與詩論

（1）研究區(qū)域近10a來土地利用變化表現(xiàn)為2000—2005年快速變化階段和2005—2010年穩(wěn)定變化階段，整體表現(xiàn)為“兩減兩增”，即農(nóng)田、水域面積的減少，草地、林地面積的增加。土地利用類型變化是人類活動對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)最直接的表現(xiàn)形式，近10a來，土地利用類型發(fā)生的較大變化，主要得益于退耕還林工程和國家“十五”、“十一五”項目的實施。退耕還林作為國家生態(tài)建設(shè)的重大工程，始于1999年，研究區(qū)域從2001年開始進行坡耕地造林種草和土地整理，區(qū)域土地利用格局發(fā)生了重大變化，2005年基本形成現(xiàn)在的土地利用格局，退耕還林進入建設(shè)成果鞏固階段。

近10a來，研究區(qū)域林草間作林地面積的大量增加，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有極大的影響，合理的造林措施、空間配置對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善具有明顯的促進作用，不合理的造林措施、造林密度必然造成區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惡性循環(huán)。研究區(qū)域梯田面積的增加對減少水土流失、提高降雨利用效率、提高土壤肥力、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、機械化生產(chǎn)具有重要意義，是一種較好的土地整理措施。

（2）研究區(qū)域近10a生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值明顯增加，主要得益于林地和草地面積的增加，不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與土地面積具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。生態(tài)服務(wù)功能對人類社會的發(fā)展具有重要意義，對中莊小流域不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算結(jié)果顯示，農(nóng)田、水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少和草地、林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加，研究結(jié)果與眾多研究相似［11－14］，黃土丘陵區(qū)林地和草地面積的增加對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的增加具有明顯的促進作用，不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨土地利用面積的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。

本研究中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值未考慮坡耕地梯田化、林草建設(shè)等措施對生物量影響造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化，只是從整體上對近年來區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)價值的變化進行了闡述。研究結(jié)果基本能反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化狀況，但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是眾多因子共同作用的結(jié)果，在今后的研究中需要結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H才能更好反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

［1］ 歐陽志云，王效科，苗鴻．中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其生態(tài)經(jīng)濟價值的初步研究［J］．生態(tài)學(xué)報，1999，19（5）：607－613．

［2］ 周德成，趙淑清，朱超．退耕還林工程對黃土高原土地利用／覆被變化的影響：以陜西省安塞縣為例［J］．自然資源學(xué)報，2011，26（7）：1866－1875．

［3］ 劉紀遠，劉明亮，莊大方，等．中國近期土地利用變化的空間格局分析［J］．中國科學(xué)：地球科學(xué)，2002，31（12）：1031－1043．

［4］ 劉紀遠，張增祥，徐新良，等．21世紀初中國土地利用變化的空間格局與驅(qū)動力分析［J］．地理學(xué)報，2009，64（12）：1411－1420．

［5］ 陳利頂，傅伯杰，王軍．黃土丘陵區(qū)典型小流域土地利用變化研究：以陜西延安地區(qū)大南溝流域為例［J］．地理科學(xué)，2001，21（1）：46－51．

［6］ 陳雅琳，高吉喜，常學(xué)禮，等．礦區(qū)土地利用及生態(tài)服務(wù)價值動態(tài)評估：以山西省朔州市為例［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（1）：44－48．

［7］ 呂昌河，程量．土地利用變化與生態(tài)服務(wù)功能沖突：以安塞縣為例［J］．干旱區(qū)研究，2007，24（3）：301－305．

［8］ 馮異星，羅格平，魯蕾，等．土地利用變化對干旱區(qū)典型流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響［J］．水土保持學(xué)報，2009，23（6）：246－250．

［9］ 楊春利，白永平．干旱地區(qū)綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值功能的評估：以石羊河下游民勤綠洲為例［J］．干旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27（5）：230－234．

［10］ 謝余初，鞏杰，趙彩霞，等．干旱區(qū)綠洲土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值響應(yīng)：以甘肅省金塔縣為例［J］．水土保持研究，2012，19（2）：165－170．

［11］ 田耀武，黃志霖，肖文發(fā)，等．基于RS和GIS的退耕還林模式對三峽庫區(qū)黑溝小流域生態(tài)服務(wù)價值的影響［J］．水土保持研究，2010，17（3）：97－100．

［12］ 陳穎，石培基，潘竟虎，等．高原生態(tài)城土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響研究：以甘肅省民樂縣為例［J］．水土保持研究，2012，19（2）：154－159．

［13］ 趙麗，張蓬濤，朱永明．退耕還林對河北順平縣土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響［J］．水土保持研究，2010，17（6）：74－77．

［14］ 呂明權(quán)，王延平，王繼軍．吳起縣土地利用變化及其生態(tài)服務(wù)價值研究［J］．水土保持研究，2010，17（1）：144－148．

［15］ 謝高地，甄霖，魯春霞，等．一個基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法［J］．自然資源學(xué)報，2008，23（5）：911－919．