李恒哲, 李 超, 陳召亞, 郭年冬, 許 皞,, 王樹濤

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北 保定 071000; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院,河北 保定 071000; 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100193)

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基于分區(qū)的環(huán)京津土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值及灰色預(yù)測(cè)

李恒哲1, 李 超3, 陳召亞1, 郭年冬1, 許 皞1,2, 王樹濤2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北 保定 071000; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院,河北 保定 071000; 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100193)

為了推進(jìn)環(huán)京津地區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)，以環(huán)京津地區(qū)73個(gè)縣(市)1996—2011年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用段瑞娟、蔣晶的分區(qū)研究理念，將環(huán)京津地區(qū)分成4個(gè)區(qū)域，同時(shí)采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型計(jì)算了各分區(qū)1996—2011年的土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值，并運(yùn)用敏感性指數(shù)驗(yàn)證了結(jié)果的可信度；引入生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度模型，對(duì)環(huán)京津地區(qū)不同土地利用類型進(jìn)行時(shí)間分異特征分析，最后利用灰色GM(1,1)模型，對(duì)各分區(qū)2018年、2022年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了灰色預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：環(huán)京津地區(qū)近16年來，價(jià)值總量減少了約4.88億元。遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)和近山地丘陵區(qū)的價(jià)值量有所增加，遠(yuǎn)平原區(qū)和近平原區(qū)的價(jià)值量降低。預(yù)測(cè)到2018年和2022年，環(huán)京津地區(qū)的耕地、水域和未利用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值將繼續(xù)減少，林地、園地、草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值繼續(xù)增加；總價(jià)值量將分別減少到624.75億元和622.30億元。遠(yuǎn)、近山地丘陵區(qū)的價(jià)值總量繼續(xù)增加；遠(yuǎn)、近平原區(qū)價(jià)值總量繼續(xù)減少。

生態(tài)服務(wù)價(jià)值; 環(huán)京津地區(qū); 灰色預(yù)測(cè)

生態(tài)系統(tǒng)是人類社會(huì)的支持系統(tǒng)，不當(dāng)?shù)睦梅绞綍?huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，如使生物多樣性維持能力下降，影響生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大氣和氣候的調(diào)節(jié)過程，改變營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán)過程，損害生態(tài)系統(tǒng)凈化環(huán)境的能力等[1]。生態(tài)系統(tǒng)為人類提供產(chǎn)品以及直接和間接的服務(wù)，由于這些服務(wù)多數(shù)是公益性的，容易被人忽略，所以生態(tài)系統(tǒng)提供產(chǎn)品和服務(wù)的價(jià)值不能被全面核算和反映。為了生態(tài)系統(tǒng)所提供產(chǎn)品和服務(wù)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)給人類帶來的產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)核算，提出了生態(tài)服務(wù)價(jià)值這一概念。定量地描述環(huán)京津地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化過程，有利于理順環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)關(guān)系，可為京津冀地區(qū)協(xié)同發(fā)展、區(qū)域生態(tài)保護(hù)與土地利用決策的制定提供重要依據(jù)，對(duì)環(huán)京津地區(qū)的土地持續(xù)利用與生態(tài)文明建設(shè)均有一定的意義。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了全球尺度、國(guó)家尺度、區(qū)域尺度以及單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估研究[2-4]。目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究已成為生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)研究的熱點(diǎn)[5]。由于組成土地綜合體的各種要素相對(duì)復(fù)雜，特別是在自然要素地域分異上，因此考慮土地利用現(xiàn)狀特點(diǎn)及其歷史發(fā)展，從最大限度發(fā)揮土地生產(chǎn)潛力及改善土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能出發(fā)，對(duì)土地的合理利用方向，包括確定國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門用地的合理分配、結(jié)構(gòu)和布局形式等在空間上進(jìn)行分區(qū)研究是必不可少的。段瑞娟等[6]對(duì)北京區(qū)位生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究中，根據(jù)不同地貌、距離城市遠(yuǎn)近將北京市進(jìn)行了分區(qū)，唐秀美[7]、蔣晶[8]等也將研究區(qū)進(jìn)行劃分。本文采用幾位學(xué)者的分區(qū)理念，將環(huán)京津地區(qū)73個(gè)縣(市)根據(jù)不同地貌、距離城市遠(yuǎn)近進(jìn)行分區(qū)，在測(cè)算環(huán)京津地區(qū)4個(gè)區(qū)域不同土地類型1996—2011年生態(tài)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)上，采用生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度指數(shù)，定量分析環(huán)京津地區(qū)不同時(shí)段、各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的時(shí)間分異特征，并運(yùn)用敏感性指數(shù)驗(yàn)證所計(jì)算的土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值可信度，最后采用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)未來的生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為促進(jìn)京津冀一體化協(xié)同發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考。

1　研究區(qū)現(xiàn)狀及研究方法

1.1研究區(qū)概況

本文選取河北環(huán)京津地區(qū)為研究區(qū)，包括與北京、天津接壤的承德、張家口、保定、廊坊、滄州、唐山6個(gè)區(qū)市及所轄的73個(gè)縣(市)，總面積達(dá)1.33萬km2，總?cè)丝诩s3 854.2萬人。研究區(qū)處于中緯度歐亞大陸東岸，屬北溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，基本特點(diǎn)是春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季晝暖夜涼，冬季寒冷少雪。年平均氣溫-0.3～14.0℃。氣溫由東南到西北逐漸降低，長(zhǎng)城以北年平均氣溫低于6℃，長(zhǎng)城以南地區(qū)為10～14℃。平均降水量為350～800 mm，多年平均降水量541 mm，燕山山前一帶降雨量最多，年降水在750 mm以上。張家口壩上康保、懷安和涿鹿等地，降水量最少，年降水量在400 mm以下。該區(qū)域有效積溫為2 100～5 200℃。燕山、太行山部分丘陵地帶是熱量較好的地區(qū)。無霜期為100～200 d。陸海空交通便利，工農(nóng)業(yè)發(fā)展門類齊全，已具備相當(dāng)規(guī)模。農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位不斷加強(qiáng)，綜合生產(chǎn)能力不斷提高。工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，交通通信、商貿(mào)、旅游、信息咨詢等服務(wù)業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展。

1.2研究區(qū)分區(qū)

參考段瑞娟等[6]的分區(qū)理念，不同地貌類型影響不同地區(qū)光、熱、水和土壤類型分布，根據(jù)距離城市中心的遠(yuǎn)近，結(jié)合行政區(qū)縣的地貌特征，將環(huán)京津區(qū)域分為4個(gè)研究區(qū)域組：第1組為近山地丘陵區(qū)，包括涿鹿縣、懷來縣、赤城縣等10個(gè)縣(市)。該區(qū)域?yàn)榭拷┙虻纳降厍鹆陞^(qū)，主要位于北京以北，中山下部低山丘陵間形成一串大小不等的盆地和谷地。地形地貌以低山、丘陵、盆地、谷地相間分布為特色。本區(qū)域土地利用以農(nóng)、林、牧為主，牧草地比重較高，但林地偏低，未利用地的比重大，土地利用不夠充分，水資源較豐富，水土條件較好；第2組為近平原區(qū)，包括涿州市、玉田縣、香河縣等16個(gè)縣(市)。該區(qū)域?yàn)榭拷┙虻钠皆瓍^(qū)，部分為濱海平原，本區(qū)域內(nèi)鹽堿危害嚴(yán)重，土地質(zhì)差。該區(qū)土壤大部分為鹽堿土或鹽化潮土，土壤含鹽高，嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)。鹽堿地多呈光板狀態(tài)，或只能生長(zhǎng)鹽箕、堿籠等耐鹽植被，已不能適宜作物生長(zhǎng)；第3組為遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)，包括淶源縣、蔚縣、陽原縣等25個(gè)縣(市)。該區(qū)域?yàn)檫h(yuǎn)離京津的山地丘陵區(qū)，主要位于河北省的東北部、西北部，本區(qū)域內(nèi)草場(chǎng)退化，面積減少，牧業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響，耕地質(zhì)量也相對(duì)較差，降水較少。本區(qū)域土地利用的主導(dǎo)方向是按自然條件合理調(diào)整農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)，發(fā)展林業(yè)、牧業(yè)用地；第4組為遠(yuǎn)平原區(qū)，包括安新縣、高陽縣等18個(gè)縣(市)。該區(qū)域?yàn)檫h(yuǎn)離京津的平原區(qū)，多部分集中在河北省中部地區(qū)，土壤質(zhì)量較高，農(nóng)業(yè)用地以種植業(yè)為主，大力發(fā)展小麥商品生產(chǎn)，在南部地區(qū)適當(dāng)兼顧棉花，在沙土地區(qū)適當(dāng)發(fā)展花生。在京廣線兩側(cè)利用交通便利，靠近大中城市的優(yōu)勢(shì)。分組示意圖如圖1所示。

1.3研究方法

1.3.1土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法 20世紀(jì)90年代后，國(guó)際上的一些學(xué)者對(duì)不同生態(tài)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估進(jìn)行了有益的探索，其中Costanza[9]做出了積極的貢獻(xiàn)，構(gòu)建了生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，同時(shí)創(chuàng)建了生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值模型。國(guó)內(nèi)學(xué)者中，歐陽志云等[10]結(jié)合中國(guó)實(shí)情，在Costanza研究的基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，并制定了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表。現(xiàn)在國(guó)際國(guó)內(nèi)基本采用3種方法對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行計(jì)算研究，分別是價(jià)值量評(píng)價(jià)法、物質(zhì)量評(píng)價(jià)法、能值分析法。本文采用價(jià)值量評(píng)價(jià)法，通過對(duì)Costanza的結(jié)果利用協(xié)調(diào)修正系數(shù)法進(jìn)行修正，約算某地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值，其計(jì)算公式如下：

(1)

式中：ESV——土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元)；VCk——第k類土地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元/hm2)；Ak——第k類土地的面積(hm2)。

圖1　環(huán)京津不同區(qū)位劃分

根據(jù)學(xué)者謝高地等[11]的研究成果，引用其當(dāng)量對(duì)應(yīng)表中的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，并參考其制定的我國(guó)陸地不同省份的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子表，對(duì)環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行修正(河北省的修正系數(shù)為1.02)，1個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)量為全國(guó)平均糧食單產(chǎn)的市場(chǎng)價(jià)格的1/7，中國(guó)2005年單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為449.1元/hm2，結(jié)合2006年《河北省經(jīng)濟(jì)年鑒》的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出2005年河北省平均糧食產(chǎn)量為4 683.35 kg/hm2。又因?yàn)槿珖?guó)耕地平均糧食產(chǎn)量為5 896.50 kg/hm2，據(jù)此對(duì)全國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量?jī)r(jià)值進(jìn)行系數(shù)修正，確定環(huán)京津地區(qū)單個(gè)生態(tài)當(dāng)量的價(jià)值為356.70元/hm2[12]，陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)為單位當(dāng)量?jī)r(jià)值與當(dāng)量的乘積，故可計(jì)算得到環(huán)京津地區(qū)單位面積耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(VC)。

1.3.2生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度計(jì)算為了研究生態(tài)服務(wù)價(jià)值(ESV)的時(shí)間變化特征，借鑒土地利用變化動(dòng)態(tài)度指標(biāo)[13]，根據(jù)前人研究[14]，引入單一土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度(EV)模型，來衡量研究區(qū)各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值年變化率。模型計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Ua,Ub——研究初期、末期某類土地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值量；T——研究時(shí)段長(zhǎng)，當(dāng)T設(shè)為年時(shí)，EV即為某類土地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值年變化率。

1.3.3生態(tài)價(jià)值敏感性指數(shù)計(jì)算本文選取經(jīng)濟(jì)學(xué)的彈性系數(shù)概念，通過計(jì)算生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(VC)的敏感性指數(shù)(CS)來分析生態(tài)服務(wù)價(jià)值(ESV)隨時(shí)間的變異對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(VC)的依賴程度，以檢驗(yàn)所計(jì)算的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(ESV)的可靠性。CS的含義是指VC變動(dòng)1%引起ESV的變化情況，當(dāng)CS<1時(shí)，表明ESV對(duì)VC的彈性較弱；當(dāng)CS>1時(shí)，表明ESV對(duì)VC的彈性較強(qiáng)。比值越大，說明生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(VC)的準(zhǔn)確度越重要[15]。本文通過將各土地利用類型的價(jià)值系數(shù)(VC)分別上調(diào)、下調(diào)50%，并計(jì)算土地生態(tài)服務(wù)總價(jià)值(ESV)的變化的方式，分析生態(tài)服務(wù)價(jià)值的敏感性。敏感性指數(shù)的計(jì)算公式如下：

(3)

式中：CS——敏感性指數(shù)；ESV——土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量；VC——生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；i,j——最初的、調(diào)整后的價(jià)值；k——土地利用類型。

1.3.4灰色預(yù)測(cè)模型灰色預(yù)測(cè)模型就是將原始信息數(shù)據(jù)序列通過一定的數(shù)學(xué)方法處理后，將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)微分方程來描述原系統(tǒng)的內(nèi)在特征，建立抽象系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演變預(yù)測(cè)模型(Grey Dynamic Model，GM)[15-16]。

(4)

GM(1,1)模型對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)型解為：

(5)

式中：a，u——待確定的未知參數(shù)；t——時(shí)間。

為提高GM(1,1)模型預(yù)測(cè)值的精度和可靠性，采用后驗(yàn)差檢驗(yàn)方法進(jìn)行模型精度檢驗(yàn)。后驗(yàn)差比值C與小誤差頻率P定義為：

(6)

式中：S1——原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差；S2——預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

表1環(huán)京津地區(qū)單位面積土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表元/hm2

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型耕地林地園地草地水域建設(shè)用地未利用地氣體調(diào)節(jié)1.24443.572.40720.816000氣候調(diào)節(jié)2.21342.7542.48370.9180.469200水源涵養(yǎng)1.48923.2642.37660.81620.7876-9.590.0306土壤形成與保護(hù)3.63123.9783.80461.9890.010200.0204廢物處理4.081.33622.70811.336218.5436-3.120.0102生物多樣性保護(hù)1.76463.32522.54491.11182.539800.3468食物生產(chǎn)2.48880.10201.29540.30600.102000.0102原材料0.24482.65201.44840.05100.010200娛樂文化0.02041.30560.66300.04084.426800.0102合計(jì)17.197222.28719.74217.384846.8894-12.710.4284

2　結(jié)果與分析

2.1環(huán)京津地區(qū)土地生態(tài)服務(wù)總價(jià)值變化分析

從空間數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出各時(shí)期解譯后的土地利用數(shù)據(jù)，進(jìn)行歸一化處理，結(jié)合《河北省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《河北省經(jīng)濟(jì)年鑒》、《河北省統(tǒng)計(jì)年鑒》的數(shù)據(jù)，并根據(jù)表1計(jì)算出相應(yīng)年份各組的土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

如表2所示，1996年環(huán)京津地區(qū)土地生態(tài)服務(wù)總價(jià)值為630.97億元，2011年環(huán)京津地區(qū)土地生態(tài)服務(wù)總價(jià)值為626.09億元，1996—2011年價(jià)值總量減少了約4.88億元。比較4個(gè)分區(qū)，1996—2011年遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)和近山地丘陵區(qū)總價(jià)值量增加，但近山地丘陵區(qū)增加幅度較小，變化不顯著；近平原區(qū)和遠(yuǎn)平原區(qū)總價(jià)值減少。2011年價(jià)值總量最高的為遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)，土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量高達(dá)284.05億元，占環(huán)京津地區(qū)總價(jià)值的45.37%；價(jià)值總量最低的是近平原區(qū)，土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值為77.81億元，占環(huán)京津地區(qū)總價(jià)值的12.43%。環(huán)京津地區(qū)土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量的空間分布主要特點(diǎn)是：山地丘陵區(qū)的價(jià)值量大于平原區(qū)，并且山地丘陵區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，平原區(qū)表現(xiàn)為遞減趨勢(shì)。

表21996年、2011年環(huán)京津地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化情況

地區(qū)1996年價(jià)值/億元比例/%2011年價(jià)值/億元比例/%遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)258.3740.95284.0545.37近山地丘陵區(qū)139.4522.1139.5122.28遠(yuǎn)平原區(qū)133.5321.16124.7219.92近平原區(qū)99.6215.7977.8112.43環(huán)京津地區(qū)630.97100626.09100

如圖2—3所示，1996—2011年遠(yuǎn)平原區(qū)的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值量最大，1996—2001年單位價(jià)值出現(xiàn)一定量的增加，2001年以后開始下滑并最終趨于相對(duì)穩(wěn)定；近山地丘陵區(qū)單位價(jià)值基本保持穩(wěn)定，16年間價(jià)值量變動(dòng)很小，一般維持在0.5元/m2；遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)一直呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，2010年以后變化緩慢；近平原區(qū)在前6年呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定，變化不顯著，2001年以后開始下滑。環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量在2001年前呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，2001年之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2001年價(jià)值量達(dá)到最高值646.66億元。

圖21996-2011年環(huán)京津地區(qū)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況

圖31996-2011年環(huán)京津地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化情況

如表3所示，比較分析各生態(tài)服務(wù)類型，1996—2011年土壤形成與保護(hù)價(jià)值、氣候調(diào)節(jié)價(jià)值、氣體調(diào)節(jié)價(jià)值、原材料價(jià)值在遠(yuǎn)、近山地丘陵區(qū)，遠(yuǎn)平原區(qū)3個(gè)區(qū)域中都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，在近平原區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；水源涵養(yǎng)價(jià)值、生物多樣性保護(hù)價(jià)值、娛樂文化價(jià)值在遠(yuǎn)、近山地丘陵區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，在遠(yuǎn)、近平原區(qū)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；廢物處理價(jià)值在4個(gè)區(qū)域都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；食物生產(chǎn)價(jià)值在遠(yuǎn)、近山地丘陵區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在遠(yuǎn)、近平原區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；對(duì)于環(huán)京津地區(qū)，氣體調(diào)節(jié)價(jià)值、氣候調(diào)節(jié)價(jià)值、土壤形成與保護(hù)價(jià)值、生物多樣性保護(hù)價(jià)值、食物生產(chǎn)價(jià)值、原材料價(jià)值都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其他價(jià)值降低。其中遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)在氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)、涵養(yǎng)水源、土壤形成與保護(hù)、廢物處理幾個(gè)方面貢獻(xiàn)最大。2011年土壤形成與保護(hù)價(jià)值達(dá)到了55.52億元。價(jià)值最小的是近平原區(qū)的原材料價(jià)值，僅有1.19億元；4個(gè)區(qū)域?qū)ξ幕瘖蕵穬r(jià)值的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

2.2環(huán)京津地區(qū)土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的時(shí)間分異特征

根據(jù)表1計(jì)算出相應(yīng)年份環(huán)京津地區(qū)各土地類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。通過公式(2)計(jì)算得出環(huán)京津地區(qū)1996—2011年各土地類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度(表4)。

表31996年和2011年環(huán)京津地區(qū)各服務(wù)類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值億元

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)1996年2011年近山地丘陵區(qū)1996年2011年遠(yuǎn)平原區(qū)1996年2011年近平原區(qū)1996年2011年環(huán)京津地區(qū)1996年2011年氣體調(diào)節(jié)31.6538.0319.8321.2711.8410.415.265.6568.5875.36氣候調(diào)節(jié)32.7836.4217.6718.7916.7315.908.328.6475.5079.75水源涵養(yǎng)24.3329.2417.7018.069.39-3.148.881.7260.3045.88土壤形成與保護(hù)50.5855.5225.9927.7425.5424.6612.3213.00114.43120.92廢物處理41.2638.2815.9315.7836.7230.0123.9919.21117.90103.28生物多樣性保護(hù)37.0242.2921.0622.3217.6315.078.887.9784.5987.65食物生產(chǎn)15.7513.604.444.5014.7116.637.647.8842.5442.61原材料18.6424.0613.6714.665.314.021.191.4038.8144.14娛樂文化11.4612.787.137.355.863.673.872.7028.3226.50合計(jì)263.47290.22143.42150.47143.73117.2380.3568.17630.97626.09

表4環(huán)京津地區(qū)1996-2011年各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度%

土地利用類型1996—2001年2001—2006年2006—2011年1996—2011年耕地-0.730.46-0.91-0.39林地0.562.920.381.33園地1.592.345.823.62草地1.30-0.22-0.320.24水域2.96-8.34-1.04-2.38建設(shè)用地1.921.621.301.72未利用地-0.55-2.50-0.47-1.14合計(jì)0.18-0.52-0.16-0.17

環(huán)京津地區(qū)不同的土地利用類型有著不同的變化趨勢(shì)和變化規(guī)律，從表4可以看出，1996—2001年環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但2001年以后則呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)；林地、草地、園地、建設(shè)用地在1996—2011年期間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加，耕地、水域、未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少；其中水域、園地的動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值遠(yuǎn)大于總動(dòng)態(tài)度，表明兩種類型土地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化量較大，園地的增加量較多，水域的減少量較多；耕地、草地兩種類型土地的動(dòng)態(tài)度最小，說明兩者的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化量較小，基本上呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。

根據(jù)表5，對(duì)4個(gè)分區(qū)1996年、2011年不同土地利用類型的生態(tài)價(jià)值進(jìn)行分析。環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，園地、林地、草地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加，其他土地類型價(jià)值量降低。遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)，1996—2011年總價(jià)值降低，其中園地、林地、未利用地生態(tài)價(jià)值增加；近山地丘陵區(qū)，1996—2011年總價(jià)值增加，其中園地、林地、草地、建設(shè)用地價(jià)值量增加；遠(yuǎn)平原區(qū)，總價(jià)值量從1996年的133.53億元減少到2011年的124.72億元，其中耕地、園地價(jià)值量增加，草地變化量較小；近平原區(qū)，總價(jià)值量從1996年的99.62億元下降到2011年的77.81億元，其中耕地、園地、林地的價(jià)值量增加，草地減少量較少。

2.3環(huán)京津地區(qū)土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感性分析

根據(jù)CS計(jì)算公式(3)，將7種土地類型的生態(tài)價(jià)值系數(shù)(VC)分別上下調(diào)整50%，并分別計(jì)算1996年、2001年、2006年、2011年的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值的敏感性指數(shù)。根據(jù)結(jié)果，ESV對(duì)VC的敏感性指數(shù)都小于1，最低值為0，即當(dāng)園地或者未利用地的VC增加1%時(shí)，對(duì)應(yīng)的ESV增加0～0.01%，對(duì)研究區(qū)的ESV影響很小，即ESV對(duì)VC的彈性較弱；最高值為0.76，即當(dāng)林地的VC增加1%時(shí)，對(duì)應(yīng)的ESV增加0.76%，對(duì)研究區(qū)的ESV影響最大。這都說明研究區(qū)的ESV相對(duì)于VC是缺乏彈性的，即研究區(qū)采用的VC沒有影響到ESV隨時(shí)間變化的真實(shí)性。

2.4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的灰色預(yù)測(cè)

基于環(huán)京津1996—2011年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，構(gòu)建適用于研究區(qū)各土地利用類型的灰色GM(1,1)模型，預(yù)測(cè)2018年和2022年各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(運(yùn)算過程采用Matlab軟件)。

表51996年和2011年環(huán)京津地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值億元

土地利用類型遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)1996年2011年近山地丘陵區(qū)1996年2011年遠(yuǎn)平原區(qū)1996年2011年近平原區(qū)1996年2011年環(huán)京津地區(qū)1996年2011年耕地95.7778.2123.0618.8983.1895.1359.8362.09261.84254.33園地5.297.506.636.855.3811.282.973.6520.2729.28林地127.81173.5599.00104.1225.3815.293.284.50255.47297.47牧草地16.1415.703.904.940.020.010.020.0120.0720.66建設(shè)用地-11.26-11.34-3.92-3.44-16.34-22.69-14.19-19.45-45.70-56.92水域22.3517.929.667.1034.9025.4347.4726.81114.3777.25未利用地2.292.511.111.041.010.270.250.204.664.02合計(jì)258.37284.05139.45139.51133.53124.7299.6277.81630.97626.09

表62018年和2022年環(huán)京津地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值預(yù)測(cè)值億元

土地利用類型遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)2018年2022年近山地丘陵區(qū)2018年2022年遠(yuǎn)平原區(qū)2018年2022年近平原區(qū)2018年2022年環(huán)京津地區(qū)2018年2022年耕地69.3264.1417.6517.2199.32102.1164.3465.58250.63249.04園地8.218.986.916.9913.3714.213.883.9532.3734.13林地185.43192.77108.32109.6513.5611.774.714.89312.02319.08牧草地15.2314.985.025.110.010.010.010.0120.2720.11建設(shè)用地-11.41-11.47-3.24-3.12-24.65-25.66-22.43-26.11-61.73-66.36水域16.5416.247.036.9123.5422.7620.1216.5467.2362.45未利用地2.612.640.980.920.210.180.160.113.963.85總計(jì)285.93288.28142.67143.67125.36125.3870.7964.97624.75622.30

表72018年和2022年環(huán)京津地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值預(yù)測(cè)值精度檢驗(yàn)

土地利用類型遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)PC近山地丘陵區(qū)PC遠(yuǎn)平原區(qū)PC近平原區(qū)PC環(huán)京津地區(qū)PC耕地10.1410.1510.1510.0910.11園地10.1610.2110.1810.2110.17林地10.2110.1710.0910.1510.13牧草地10.0510.0710.1110.0910.08建設(shè)用地10.0810.0810.0910.0610.07水域10.2310.1910.1310.2210.19未利用地10.1110.1510.1410.2110.17

如表6所示，到2018年和2022年，環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值繼續(xù)降低，2018年、2022年的總價(jià)值量分別是624.75，622.30億元。耕地、水域、未利用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少，林地、草地、園地、生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加，建設(shè)用地繼續(xù)保持負(fù)值，絕對(duì)值增大。遠(yuǎn)、近山地丘陵區(qū)的價(jià)值總量增加；遠(yuǎn)、近平原區(qū)價(jià)值總量減少。比較1996年、2011年、2018年、2022年4個(gè)時(shí)間點(diǎn)，遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)的耕地、草地、水域價(jià)值量持續(xù)減少，建設(shè)用地絕對(duì)值增加，園地、林地、未利用地的價(jià)值量相應(yīng)增加；近山地丘陵區(qū)的耕地、水域、未利用地價(jià)值量減少，建設(shè)用地絕對(duì)值降低，其他土地類型價(jià)值量相應(yīng)增加；遠(yuǎn)平原地區(qū)的林地、水域、未利用地價(jià)值量減少，草地價(jià)值量相對(duì)較低且基本保持穩(wěn)定，建設(shè)用地絕對(duì)值增加，其他土地類型價(jià)值量相應(yīng)增加；近平原地區(qū)的水域、未利用地價(jià)值減少，草地價(jià)值量相對(duì)較低且基本保持穩(wěn)定，建設(shè)用地絕對(duì)值增加，其他土地類型價(jià)值量相應(yīng)增加。

對(duì)灰色GM(1,1)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行精度評(píng)定，根據(jù)模型預(yù)測(cè)精度等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[15-16]，當(dāng)C<0.35且P≥0.95時(shí)，模型精度為1級(jí)(好)；當(dāng)C≥0.65且P≤0.75時(shí)，模型精度為4級(jí)(不合格)。根據(jù)表7，該模型后驗(yàn)差比值C<0.35，P=1>0.95，模型預(yù)測(cè)精度為好，預(yù)測(cè)值具有較高可信度。

3　結(jié)論與討論

(1) 通過對(duì)1996—2011年環(huán)京津地區(qū)各土地類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值和動(dòng)態(tài)度的計(jì)算，得出1996—2001年環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但2001年以后則呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，從1996年的630.97億元減少到2011年的626.09億元，價(jià)值總量減少了約4.88億元。對(duì)環(huán)京津地區(qū)分區(qū)比較，遠(yuǎn)山地丘陵區(qū)和近山地丘陵區(qū)的價(jià)值量增加，遠(yuǎn)平原區(qū)和近平原區(qū)的價(jià)值量降低。說明對(duì)于生態(tài)功能方面，山地丘陵區(qū)承擔(dān)著環(huán)京津地區(qū)的重任，但總量的減少又反映了環(huán)京津地區(qū)近十幾年來在生態(tài)環(huán)境建設(shè)和土地管理中的不足和缺陷。

(2) 灰色預(yù)測(cè)模型能充分利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，在保持人類影響或政策等因素不變的情況下，預(yù)測(cè)到2018年和2022年，環(huán)京津地區(qū)的耕地、水域和未利用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值繼續(xù)減少，林地、園地、草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值繼續(xù)增加；總價(jià)值量將分別減少到624.75億元和622.30億元。遠(yuǎn)、近山地丘陵區(qū)的價(jià)值總量增加；遠(yuǎn)、近平原區(qū)價(jià)值總量減少。說明環(huán)京津地區(qū)生態(tài)重心有偏向山地丘陵區(qū)的趨勢(shì)，這與環(huán)京津地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃相符合。但總量仍然在降低，今后應(yīng)注重對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，加大對(duì)未利用地的整理開發(fā)和生態(tài)重建[17]。通過后驗(yàn)差檢驗(yàn)方法對(duì)模型精度進(jìn)行檢驗(yàn)，灰色預(yù)測(cè)模型精度評(píng)定為好，表明灰色預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的可信度。

(3) 土地利用結(jié)構(gòu)狀態(tài)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值預(yù)測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有很多隨機(jī)和無序的影響因素?；疑A(yù)測(cè)模型的特點(diǎn)是可以在較少的數(shù)據(jù)樣本情況下進(jìn)行預(yù)測(cè)，與馬爾柯夫鏈、元胞自動(dòng)機(jī)、CLUE-S模型等[17-19]土地利用模擬預(yù)測(cè)方法相比，不需要土地利用結(jié)構(gòu)的分布格局及土地利用類型的轉(zhuǎn)移概率，在計(jì)算便捷方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)且預(yù)測(cè)精度較高。但用灰色模擬預(yù)測(cè)的年限不宜過長(zhǎng)，否則預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際發(fā)展情況將不相符合。盡管目前預(yù)測(cè)方法很多，RS，GIS等地理信息技術(shù)飛速發(fā)展，但各自的建模機(jī)理、應(yīng)用條件各異，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，利用各預(yù)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮土地利用類型、土地利用分布格局、土地管理措施和土地利用政策等因素對(duì)土地利用變化的影響[20]，對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)趨勢(shì)進(jìn)行組合預(yù)測(cè)，進(jìn)行多方案比較分析，會(huì)得出較為滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果。

[1]鄭華,歐陽志云,趙同謙,等.人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(1):118-126.

[2]謝高地,魯春霞,成升魁.全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究進(jìn)展[J].資源科學(xué),2001,23(6):5-9.

[3]謝高地,張鐿鋰,魯春霞,等.中國(guó)自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[J],自然資源學(xué)報(bào),2001,19(1):47-53.

[4]謝高地,魯春霞,冷允法,等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價(jià)值評(píng)估[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(2):189-196.

[5]吳大千,劉建,賀同利,等.基于土地利用變化的黃河三角洲生態(tài)服務(wù)價(jià)值損益分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(8):256-261.

[6]段瑞娟,郝晉珉,張潔瑕.北京區(qū)位土地利用與生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(9):21-28.

[7]唐秀美,陳百明,陸慶斌,等.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)區(qū)位修正方法:以北京市為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(13):3526-3535.

[8]蔣晶,田光進(jìn).1988—2005年北京生態(tài)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用變化的響應(yīng)[J].資源科學(xué),2010,32(7):1407-1416.

[9]Costanza R. Introduction special section: from on valuation of ecosystem services the value of ecosystem services[J].Ecological Values,1998,7(4):423-441.

[10]歐陽志云,王效科,苗鴻.中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的初步研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1999,19(5):607-613.

[11]謝高地,肖玉,甄霖,等.我國(guó)糧食生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)報(bào),2005,13(3):10-13.

[12]曾杰,李江風(fēng),姚小薇.武漢城市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014,25(3):883-891.

[13]王秀蘭,包玉海.土地利用動(dòng)態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學(xué)進(jìn)展,1999,18(1):81-87.

[14]趙永華,張玲玲,王曉峰.陜西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估及時(shí)空差異[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2011,22(10):1662-2672.

[15]傅立.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,1992.

[16]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1987.

[17]呂明輝,王紅亞,蔡運(yùn)龍.西南喀斯特地區(qū)土壤侵蝕研究綜述[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2007,26(2):87-96

[18]趙庚星,李強(qiáng),李玉環(huán),等.GIS支持下的馬爾柯夫鏈模型模擬墾利縣土地利用空間格局變化[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,30(4):345-349.

[19]彭建,蔡運(yùn)龍,Verburg P H.喀斯特山區(qū)土地利用/覆被變化情景模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(7):64-70.

[20]趙文武,傅伯杰,呂一河,等.多尺度土地利用與土壤侵蝕[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2006,25(1):24-33.

Land Ecosystem Service Values and Their Grey Forecast Based on Partition Surrounding Beijing and Tianjin

LI Hengzhe1, LI Chao3, CHEN Zhaoya1, GUO Niandong1, XU Hao1,2, WANG Shutao2

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071000,China; 2.CollegeofLandandResources,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071000,China; 3.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences，ChinaAgriculturalUniversity，Beijing100193，China)

In order to promote the coordinated development and ecological construction around Beijing and Tianjin areas, based on the land use change data of the area with 73 counties or cities of surrounding Beijing and Tianjin from 1996 to 2011, and the partition idea of DUAN Ruijuan and JIANG Jing, we divided this area into four regions. By the evaluation of ecosystem service values, calculation of the value of land ecosystem service from 1996 to 2011 in the district, we used the sensitivity parameter to verify the reliability of the calculated ecosystem services value. The dynamic degree model of ecosystem services value was introduced to analyze the temporal variation features of different types of land use areas, and the ecosystem services values in 2018, 2022 were predicted. The results are shown as follows. During 1996 and 2011, the total value decreased by about 488 million yuan in the area surrounding Beijing and Tianjin. The value of far and near mountain areas showed the increasing trend, and the value of far and near plain areas showed the decreasing trend. Forecast of the ecosystem service values of cultivated land, water and unused land surrounding Beijing and Tianjin will decrease during the period from 2018 to 2022, and the ecosystem service values of forest land, garden land, and grass will increase. The total value will be reduced to 62 475 million yuan and 62 230 million yuan, respectively. The value of far and near mountain areas will continue to increase, and the value of far and near plain areas will continue to decrease.

ecosystem service value; areas surrounding Beijing and Tianjin; grey forecast

2015-02-16

2015-04-03

河北省政府財(cái)政預(yù)算項(xiàng)目“河北省典型地區(qū)未利用地調(diào)查與多宜性評(píng)價(jià)及利用對(duì)策”(2014995161)

李恒哲(1991—),男,河北張家口人,碩士研究生,研究方向?yàn)橥寥琅c土地資源持續(xù)利用。E-mail:lihengzhe110111@sina.com

許皞(1963—)，男，河北定興人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事土壤與土地持續(xù)利用研究。E-mail：xuhao22003@126.com

F301; F062

A

1005-3409(2016)01-0221-07