摘要：利用遙感和GIS技術(shù)，以梅州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)為例，參照中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表，研究小尺度區(qū)域的土地利用快速變化及其引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化。結(jié)果表明，2003-2013年研究區(qū)的建設(shè)用地快速增加，耕地和未利用地明顯減少，林地和水域稍有減少；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值凈減少約2 295萬(wàn)元，其中林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少最多，其次是耕地和水域；從生態(tài)系統(tǒng)各單項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值量來(lái)看，土壤形成與保護(hù)功能價(jià)值減少最多，其次是水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)。引入生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值敏感性指數(shù)，驗(yàn)證了研究區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值缺乏彈性，研究結(jié)果可信。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；評(píng)估；梅州高新區(qū)

中圖分類號(hào)：F301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）10-2535-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.021

Abstract： Taking Meizhou high-tech Industrial Park as an example， the rapid change of land use and its effects on total ecosystem service value（ESV） in small scale region that were studied. Based on remote sensing and GIS technology， the study was conducted by referring to the ESV computing formula and ESV coefficients of the land ecosystems in China advanced by Xie Gaodi et al. The results show that，from 2003 to 2013， the construction land of the study area increased rapidly， while the farmland and unused land decreased obviously， and the forest land and water area decreased slightly. At the meantime， the net reduction of the total value of ecosystem services was about 22.95 millions， of which the ESV of forest decreased most， followed by arable land and water bodies. From the magnitude of ESV changes for different functions of Meizhou high-tech Industrial Park， the value of soil formation and protection was reduced the most， followed by water conservation， gas regulation and biological diversity protection. By introducing the sensitivity index of ESV， the value of ecosystem services in the studied area was vertified to be lacking in elasticity， and the results were credible.

Key words： land use change；ecosystem service value；assessment；Meizhou high-tech Industrial Park

1997年，Costanza等[1]發(fā)表了“全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與自然資本的價(jià)值估算”一文，在學(xué)術(shù)界引起了極大的反響，有力地推動(dòng)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)研究。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(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，是人類賴以生存的基礎(chǔ)，與人類福祉息息相關(guān)[1-3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響展開(kāi)了廣泛的研究和討論，大多數(shù)學(xué)者以省市級(jí)地區(qū)為研究對(duì)象，Polasky等[4]以美國(guó)明尼蘇達(dá)市為例，對(duì)該市的土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、生物多樣性和土地所有者的影響進(jìn)行了研究；劉永強(qiáng)等[5]以湖南省為研究對(duì)象，劉桂林等[6]以長(zhǎng)三角地區(qū)為研究對(duì)象，高奇等[7]則是以晉城市為研究對(duì)象，他們研究了土地利用變化（轉(zhuǎn)型）對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。目前以小尺度區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象的土地利用快速變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響研究較少，如李屹峰等[8]以密云水庫(kù)流域?yàn)槔?，李保杰等[9]以徐州市賈汪礦區(qū)為對(duì)象，研究了該區(qū)域的土地利用變化及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。

本研究選擇梅州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)（以下簡(jiǎn)稱為梅州高新區(qū)）為研究對(duì)象，以2003、2013年2期遙感影像為主要數(shù)據(jù)源進(jìn)行實(shí)證研究，分析梅州高新區(qū)土地利用變化及其引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化，探討其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與土地利用結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，為小尺度研究區(qū)的土地利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

2003年4月，廣東省人民政府批準(zhǔn)設(shè)立梅州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，2004年更名為梅州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，2005年7月開(kāi)始在梅縣畬江鎮(zhèn)籌建開(kāi)發(fā)。園區(qū)位于梅州市區(qū)西南部30 km，地處梅州市區(qū)、梅縣區(qū)、興寧市、五華縣、豐順縣5個(gè)城區(qū)的幾何中心位置，緊鄰畬江中心鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)；梅揭、興畬兩條高速公路及廣梅汕、梅坎兩條鐵路在園區(qū)交匯，206國(guó)道穿園而過(guò)，分別距梅州機(jī)場(chǎng)和潮汕國(guó)際機(jī)場(chǎng)約30和50 min車(chē)程。梅州高新區(qū)以“生態(tài)園區(qū)、工業(yè)新城”的發(fā)展定位進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃，總規(guī)劃面積約47.7 km2[10]。2008年以來(lái)，在廣東省委、省政府“雙轉(zhuǎn)移”發(fā)展戰(zhàn)略下，經(jīng)過(guò)廣州和梅州兩市政府多次規(guī)劃，在梅州高新區(qū)劃出約13 km2的范圍建立廣州（梅州）產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園，在多次獲得廣東省產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移競(jìng)爭(zhēng)性扶持資金資助下，不斷加大基礎(chǔ)設(shè)施的投入，并集合了先進(jìn)制造業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)以及生物食品工程產(chǎn)業(yè)等四大產(chǎn)業(yè)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算方法

2.1 數(shù)據(jù)源及處理

本研究主要采用的數(shù)據(jù)有2003年Landsat TM影像和2013年Landsat ETM影像數(shù)據(jù)，為方便對(duì)比研究，研究范圍以提取的梅州高新區(qū)總體規(guī)劃邊界為參考。參考中國(guó)科學(xué)院遙感解譯土地利用分類系統(tǒng)，將該區(qū)域土地利用類型分為林地、耕地、建設(shè)用地、水域和未利用土地5類。2003和2013年的遙感影像數(shù)據(jù)主要處理流程如下：①提取邊界。利用ArcGIS軟件，提取研究區(qū)范圍的邊界，并轉(zhuǎn)換為面狀要素。②提取研究范圍。利用ArcGIS軟件的影像處理功能，先將2013年的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行波段組合（經(jīng)過(guò)多次波段組合比對(duì)，最后選擇波段7、5、3的組合），然后利用已提取好的邊界文件，裁剪出所需的研究范圍。③監(jiān)督分類。利用ArcGIS軟件的“影像分類”工具，建立各個(gè)土地利用類型的訓(xùn)練樣本，然后進(jìn)行交互式監(jiān)督分類，直到對(duì)分類結(jié)果滿意為止。由于2003與2013年的數(shù)據(jù)來(lái)源不同，源文件格式也不同，所以兩期數(shù)據(jù)的處理方法也有所不同。2003年的影像數(shù)據(jù)是先在ENVI軟件中完成預(yù)處理、波段組合等操作，然后再在ArcGIS軟件中完成研究范圍提取、監(jiān)督分類等操作，得到2003年土地利用分類結(jié)果。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算模型

每個(gè)區(qū)域都有多個(gè)不同類型的生態(tài)系統(tǒng)，各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在維持區(qū)域生態(tài)平衡中有著不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。謝高地等[11]制定的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表已被多位專家學(xué)者認(rèn)可，并根據(jù)各自研究區(qū)域的實(shí)情，對(duì)這些服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行調(diào)整。研究區(qū)地處亞熱帶地區(qū)，林地以亞熱帶常綠闊葉林為主，耕地以水田和菜地為主，因此，參考謝高地等[11]和葉長(zhǎng)盛等[12]的研究成果，結(jié)合本地實(shí)況修訂，單位林地生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)約為全國(guó)平均價(jià)值的1.45倍，單位耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)為全國(guó)平均值的2倍（表1）。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算公式為[12]：

式中，ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值（元）；VCi為第i類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價(jià)值系數(shù)（元/hm2）；Ai為研究區(qū)內(nèi)第i類土地利用類型面積（hm2）；n為土地利用類型的數(shù)量。

2.3 敏感性指數(shù)

王宗明等[13]通過(guò)引入生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值敏感性指數(shù)（CS），驗(yàn)證生態(tài)系統(tǒng)類型對(duì)于土地利用類型的代表性以及生態(tài)價(jià)值系數(shù)的準(zhǔn)確性。該指數(shù)通過(guò)計(jì)算ESV對(duì)生態(tài)價(jià)值單價(jià)變化的響應(yīng)來(lái)度量ESV對(duì)生態(tài)價(jià)值系數(shù)的敏感程度。CS是指VC變動(dòng)1%引起ESV的變化情況，CS>1，說(shuō)明ESV對(duì)VC是敏感的、富有彈性的；CS<1，則說(shuō)明ESV對(duì)VC是缺乏彈性的。比值越大，表明VC的準(zhǔn)確性對(duì)估算的ESV就越關(guān)鍵。本研究將各種土地利用類型的生態(tài)價(jià)值系數(shù)分別上調(diào)和下調(diào)50%，計(jì)算CS，從而分析ESV對(duì)VC的敏感程度。計(jì)算公式如下[13]：

式中，ESV為生態(tài)服務(wù)總價(jià)值；VC為生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，i和j為最初價(jià)值系數(shù)和調(diào)整后價(jià)值系數(shù)；k為某種土地利用類型；CS為生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感度。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化

利用ArcGIS軟件，將2003年和2013年的分類結(jié)果進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，得到兩期梅州高新區(qū)所在地土地利用現(xiàn)狀圖（圖1），總面積均約為4 772.5 hm2。在近10年間，該區(qū)域土地利用變化較大，主要表現(xiàn)在建設(shè)用地快速增加，耕地和未利用地明顯減少，林地和水域稍有減少。由表2可知，建設(shè)用地由2003年的951.2 hm2迅速增加到2013年的2 106.9 hm2，增加了121.50%；耕地從2003年的774.6 hm2減少到2013年的463.0 hm2，減少了40.23%（表2）；未利用地則全部轉(zhuǎn)換為其他土地類型。建設(shè)用地的快速增加，這主要是因?yàn)樵撗芯糠秶@得省委省政府批準(zhǔn)設(shè)立梅州高新區(qū)，多方籌措資金，園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目迅速開(kāi)展，在2013年12月底前，完成園區(qū)首期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

根據(jù)公式（1）可計(jì)算出梅州高新區(qū)各時(shí)段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總價(jià)值，結(jié)果（表3）表明，構(gòu)成梅州高新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主要土地利用類型是林地，其次是耕地和水域；在10年間，總ESV凈減少2 294.81萬(wàn)元，變化率為-24.8%，即減少了約四分之一的總值。從各土地利用類型對(duì)總ESV的貢獻(xiàn)來(lái)看，土地利用變化對(duì)總ESV產(chǎn)生的影響較大。2003-2013年間，林地是面積減少最多的類型，其損失的ESV為1 706.73萬(wàn)元；耕地面積減少了311.6 hm2，損失的ESV為381.05萬(wàn)元；水域減少的面積約為耕地減少面積的1/6，但因其生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高，其損失的ESV卻超過(guò)耕地的一半，達(dá)200.12萬(wàn)元。

從表4生態(tài)系統(tǒng)各單項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值量來(lái)看，梅州高新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)功能為水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)，四者價(jià)值之和占總ESV六成以上。在2003-2013年間，各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值都出現(xiàn)了不同程度的減少，其中土壤形成與保護(hù)功能價(jià)值減少最多，其次是水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值敏感性分析

根據(jù)前文所述的公式（2），將耕地、林地和水域的生態(tài)價(jià)值系數(shù)分別上、下調(diào)整了50%，應(yīng)用調(diào)整后的生態(tài)價(jià)值系數(shù)對(duì)研究區(qū)2003和2013年總服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算，變化結(jié)果及敏感性指數(shù)如表5所示（由于未利用地的敏感性指數(shù)小于或等于0.000 75，其生態(tài)價(jià)值系數(shù)的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的影響不大，因此本研究暫不展開(kāi)討論）。由表5可知，各種情況下，價(jià)值系數(shù)的敏感性指數(shù)CS均小于1，最低值為0.08，即當(dāng)耕地生態(tài)價(jià)值系數(shù)增加1%時(shí)，總價(jià)值只增加0.08%；最高值為0.80～0.82，即當(dāng)林地的生態(tài)價(jià)值系數(shù)增加1%時(shí)，總價(jià)值增加0.80～0.82個(gè)百分點(diǎn)。上述結(jié)論表明，相對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)（VC）來(lái)說(shuō)，梅州高新區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是缺乏彈性的，研究結(jié)果可信。

從不同年份來(lái)看，林地敏感性指數(shù)CS略微增大，表明林地生態(tài)價(jià)值系數(shù)的變化會(huì)對(duì)總價(jià)值產(chǎn)生放大作用；耕地的敏感性指數(shù)則呈下降態(tài)勢(shì)，表明其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的影響在逐漸降低；水域的敏感性指數(shù)未變化或變化甚微，表明其生態(tài)價(jià)值系數(shù)的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的影響不大。

4 小結(jié)與討論

2003-2013年，梅州高新區(qū)土地利用發(fā)生了明顯的變化，建設(shè)用地由2003年的951.2 hm2迅速增加到2013年的2 106.9 hm2，增加了121.5%；耕地從2003年的774.6 hm2減少到2013年的463.0 hm2，減少了約四成。這主要是因?yàn)楣I(yè)園區(qū)的批準(zhǔn)建設(shè)，快速城市化，導(dǎo)致城鎮(zhèn)等建設(shè)用地快速擴(kuò)展，占用了周邊的林地、耕地、水域和未利用地等。梅州高新區(qū)生態(tài)服務(wù)功能的主要支撐者是林地、耕地和水域，由于林地和耕地不斷地被建設(shè)用地?cái)D占，給該區(qū)的水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)等生態(tài)功能造成了一定的損失，在10年間，總ESV凈減少2 294.8萬(wàn)元，變化率為-24.8%，即減少了約四分之一的總值。由此可見(jiàn)，即使是小尺度的區(qū)域，也容易受強(qiáng)烈的人類活動(dòng)的影響，造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的下降。因此，建議優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，節(jié)約集約利用土地，控制建設(shè)用地規(guī)模，努力提高林地比重和質(zhì)量，保護(hù)好自然環(huán)境，培育生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，確保生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展共同實(shí)現(xiàn)。

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