冉文軍 王雅敬 張凡

摘要：指出了在全球環(huán)境變化與城市化的背景下，土地利用的時空格局對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值起著直接的控制作用。為分析區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空特征，以貴州省松桃縣2005、2010年兩期遙感數(shù)據(jù)為基本信息源，利用ArcGIS空間分析功能，構(gòu)建了基于彈性概念的生態(tài)敏感性指數(shù)模型，計算了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間格局及其變化，并以此分析了該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性。研究結(jié)果表明：①2005-2010年松桃縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值整體呈下降趨勢，且下降速度較快，由2005年的5038.51×104元下降至2010年的5015.23×104元，下降幅度達24.12×104元。②松桃縣生態(tài)價值量較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為寨英鎮(zhèn)、烏羅鎮(zhèn)、盤信鎮(zhèn)、冷水溪鄉(xiāng)、孟溪鎮(zhèn)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的歷年生態(tài)服務(wù)價值總量均超過5.38×104元。③對整個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量其決定作用的是林地面積（相關(guān)系數(shù)為0.99）。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估不僅要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)面積及其價值當量，更要考慮生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力差異對生態(tài)服務(wù)功能的影響。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；價值；時空特征；松桃縣

中圖分類號：F062.2

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10011605

1 引言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)過程中為維持系統(tǒng)本身正常運作以及人類生產(chǎn)、生活持續(xù)進行的自然環(huán)境條件和物質(zhì)基礎(chǔ)[1，2]，包括光合作用、生態(tài)產(chǎn)品（食物等生物資源）和生態(tài)服務(wù)（污染物運移、凈化）等，其時空特征直接關(guān)系到區(qū)域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的健康程度。20世紀90年代以來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的定量評估逐漸成為國內(nèi)外生態(tài)經(jīng)濟學和環(huán)境經(jīng)濟學研究領(lǐng)域的熱點問題[3，4]。

土地利用類型直接表征出人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的利用方式，其景觀格局與過程也直接體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)的時空差異與服務(wù)價值量的區(qū)域性。近年來，國內(nèi)外學者已從不同的尺度開展了土地覆被變化背景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究，在生態(tài)系統(tǒng)價值理論、主要生態(tài)系統(tǒng)功能和生態(tài)系統(tǒng)價值評估方法等方面取得了重要進展。如Costanza等[5] 首次明確了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算的原理及方法，并利用生態(tài)經(jīng)濟學方法對各類生態(tài)系統(tǒng)價值進行定量化；Hein等[6]構(gòu)建了增強的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的估值框架，分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間尺度效應；謝高地等[7]采用專家問卷調(diào)查法對Costanza 等提出的評價模型進行改進，對單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量進行調(diào)查，建立了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值表；宋佳楠等[8]利用區(qū)域社會經(jīng)濟生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)對傳統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算模型進行修正；唐秀美等[10]根據(jù)不同生態(tài)區(qū)位賦予不同的生態(tài)區(qū)位系數(shù)，實現(xiàn)對用地類型的生態(tài)服務(wù)價值的修正；石垚等[10]利用中國1999～2008年土地利用和GIMMS遙感影像的NDVI數(shù)據(jù)，計算和分析了近10年內(nèi)中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的時空變化；以往研究表明，我國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究雖起步較晚，但其評估尺度廣泛、類型多樣，主要涵蓋某一區(qū)域范圍或單一生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)價值評估，即多集中于國家、省級、流域尺度[11～13]、森林[14]、草地[15]、河流[16]等生態(tài)系統(tǒng)上，但對縣域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空特征分析相對較少，評估結(jié)果往往不能反映區(qū)域差異性。另外，隨著GIS、RS等技術(shù)的發(fā)展及其在生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域評估中的應用[17]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空特征分析已成為當前主要研究趨勢之一。因此，筆者以貴州省松桃縣2005、2010年兩期遙感解譯影像為例，采用RS和GIS空間分析技術(shù)，評價縣域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空異質(zhì)性，揭示城市化過程對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間格局影響程度，以期為松桃縣生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持。

2 研究區(qū)概況

松桃縣隸屬于貴州省銅仁市管轄，地跨東經(jīng)108°35′42″～109°23′30″，北緯27°49′40″～28°30′20″，國土總面積3409 km2，與湖南湘西、重慶市秀山、酉陽毗鄰，是苗族聚居較多的一個少數(shù)民族自治縣。全縣地質(zhì)構(gòu)造復雜，具有多個皺褶和斷層構(gòu)造，地勢中部低，東西部高，按照地貌組合特征可分為中山地峽谷、山間盆地、丘陵河谷、中低山溝谷和中低山丘陵等5種地貌，包含1637.9 km2的喀斯特地貌和1223.6 km2的非喀斯特地貌。該縣屬中亞熱帶季風氣候區(qū)，受亞熱帶季風氣候的影響，四季分明，徑流密度大，地表年徑流量達25.44億m3，且雨量充沛，年平均降水量為1416 mm，年平均日照達1228 h，但由于地形和海拔（縣域海拔介于285～2494 m之間）的差異，山地小氣候類型多樣，生物多樣性突出，森林植被和中藥材資源豐富。另外，松桃縣社會經(jīng)濟發(fā)展速度較快，城市化水平高，2015年全縣GDP達到103.44億元，三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為26.7∶32.7∶40.6，人均GDP為 21132元。

3 數(shù)據(jù)與方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

以松桃縣1∶50000 地形圖為參考，在ENVI 5.0 軟件支持下分別對2005年、2010年兩期LANDSAT 影像校正，在建立解譯標志的基礎(chǔ)上對遙感影像進行解譯。為便于分析，將研究區(qū)的土地利用類型合并為6 種類型： 水田、旱地、林地、水域、草地、建設(shè)用地，并以2.5 m高清遙感影像為參照，對解譯的數(shù)據(jù)進行精度檢驗，三期土地利用分類的總精度和Kappa 指數(shù)等均大于0.85，其分類結(jié)果達到精度要求。從而得到松桃縣歷年土地利用類型圖。

3.2 研究方法

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)價值計算

該研究基于謝高地等[7]提出的中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量，以單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值為依據(jù)，確定符合松桃縣土地利用/覆被變化背景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式[18]：

ESV=∑AkCk （1）

式（1）中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（元/a）；Ak為第k類土地利用類型分布面積（hm2）；Ck為單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（元/hm2·a）。另外，由于耕地劃分為水田和旱地，但兩者的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量差異明顯，根據(jù)以往研究經(jīng)驗，將耕地的生態(tài)價值量以0.6∶0.4的比例分別賦予水田和旱地（表1）；水域?qū)植靠諝庹{(diào)節(jié)主要在為大氣提供蒸發(fā)量，保障空氣中水汽的穩(wěn)定性，故以氣候調(diào)節(jié)價值的50%為水域的大氣調(diào)節(jié)功能價值，從而得到研究區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)的價值當量。

3.2.2 時空特征分析

（1）變異系數(shù)。變異系數(shù)可以衡量松桃縣不同年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間離散程度，以及不同地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時間離散程度，其計算公式為[19]：

CV=1k1n∑ni=12Ki|K （2）

（2）空間相關(guān)性。相關(guān)分析可以定量描述兩個變量之間的線性相關(guān)程度，明確兩個變量之間的相關(guān)方向[20]。研究中采用Pearson 簡單相關(guān)系數(shù)，以松桃縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值、不同土地利用類型在時空尺度的變異系數(shù)為變量，定量描述縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與其用地變化之間的關(guān)聯(lián)性系，其計算公式為：

4 結(jié)果與分析

4.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時序變化

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式和各生態(tài)系統(tǒng)單位面積的價值當量，計算出松桃縣歷年生態(tài)價值量（表2）。由表2可知，松桃縣2005、2010年生態(tài)服務(wù)價值總量分別為5038.51×104元、5015.23×104元，整體呈下降的趨勢，2005～2010年期間生態(tài)系統(tǒng)價值減少共24.12×104元，年均下降率為0.12%?？傮w而言，松桃縣2005～2010年間水田、旱地、林地的生態(tài)服務(wù)價值變化趨勢均為逐漸下降，草地的生態(tài)服務(wù)價值則上升，水域的生態(tài)服務(wù)價值則保持不變。其中，林地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值從2005年的4160.34×104元下降至2010年的4125.46×104元，與其他生態(tài)系統(tǒng)相比，同期下降幅度最為明顯，在2005～2010年間下降幅度達24.12×104元，年均下降率達到0.12%；水田、旱地作為耕地的重要組成部分，兩者的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也從525.36×104元下降至522.67×104元，其歷年年均變化率相差不太明顯，如2005～2010年水田下降率僅比旱地下降率相差0.04%，但水田的變化幅度要明顯小于旱地，其因為旱地面積較大，且容易受人類活動的影響，特別是城市邊緣帶旱地占用現(xiàn)象普遍；草地面積的增減主要受旱地撂荒和建設(shè)用地占用的影響，2005～2010年間草地面積增加4.27 hm2，對應的生態(tài)系統(tǒng)價值增加3.53×104元，年均增長率為0.2%。其因為2005～2010年間城市化水平不斷提升，農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)化成工業(yè)人口趨勢明顯，耕地荒廢后成為草地，導致草地面積上升，其生態(tài)價值也隨之上升。總之，研究期間土地利用結(jié)構(gòu)的改變對松桃縣生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值產(chǎn)生了較大影響，按價值大小排序為林地>旱地>草地>水田>水域>建設(shè)用地，尤其是旱地、水田和水域的變化比較顯著，變異系數(shù)均在1.30以上，而林地和草地的變異系數(shù)則分別僅有0.50和0.74，基本是其余三者的1/2倍，這也說明林地和草地在松桃縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值占有非常重要的作用。

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分異

分析采用以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值來表征區(qū)域間的價值差異（表3），從生態(tài)系統(tǒng)空間特征來看，2005年間松桃縣生態(tài)系統(tǒng)價值較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是寨英鎮(zhèn)、烏羅鎮(zhèn)和盤信鎮(zhèn)，三者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值均高于3×104元，其比重比均值也達到7.14%，其次為迓駕鎮(zhèn)、正大鄉(xiāng)等22個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在1.16×104～2.07×104元之間，但其總比重達到73.14%，最后比重較小的是妙隘鄉(xiāng)、九江鄉(xiāng)和大坪場鎮(zhèn)，三者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的總比重也僅有5.43%。從各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化特征可以看出，2005～2010年下降率最高的大興鎮(zhèn)，其值從1.88×104元下降至1.83×104元，期間總下降率為2.77%，其次，木樹鄉(xiāng)和長興堡鎮(zhèn)的下降率也達到2.22%以上，其緣于三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的林地或耕地生態(tài)系統(tǒng)面積減少，例如大興鎮(zhèn)的林地面積由6150.16 hm2下降至5886.24 hm2，年均下降52.78 hm2，直接導致了整個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量的降低。而增長率最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)卻是寨英鎮(zhèn)，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增幅達到0.19×104元，比重提升0.34%，也使得其增長率達4.92%。另外，全縣生態(tài)服務(wù)價值增加的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有18個，相應的比重由69.39%增加值69.90%，總體呈上升趨勢。整體而言，松桃縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值集中于1.72%～4.03%之間，寨英鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)價值量最高，且呈逐年上升的趨勢，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的比重平均值就達8.06%，其次為烏羅鎮(zhèn)、盤信鎮(zhèn)、冷水溪鄉(xiāng)和孟溪鎮(zhèn)等4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其比重介于5.38%～7.66%之間。

為便于松桃縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間差異進行對比，對松桃縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的單位國土面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行測算（圖1），并采用自然斷點法對松桃縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行分類，同時對各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)值進行相關(guān)性分析，以識別生態(tài)系統(tǒng)價值的主要影響部分。從圖2中可以看出，松桃縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量共分為5類，由高到低依次為高值區(qū)、較高值區(qū)、中值區(qū)、較低值區(qū)、低值區(qū)。其中，東部的鄉(xiāng)鎮(zhèn)（大路鄉(xiāng)-孟溪鎮(zhèn)-普覺鎮(zhèn)以東）單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值多屬于高值區(qū)、較高值區(qū)，其平均值為18259元/

hm2，西部的鄉(xiāng)鎮(zhèn)（妙隘鄉(xiāng)-大坪場鎮(zhèn)-平頭鄉(xiāng)-沙壩河鄉(xiāng)以西）則以較低值區(qū)為主，對應的生態(tài)系統(tǒng)平均值僅有16767元/hm2，比東部地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)少8.17%。

從2005～2010年間，高值區(qū)、較高值區(qū)、中值區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)在數(shù)值上存在一定的變化程度，但其隸屬的價值區(qū)并未發(fā)生變化，而較低值區(qū)、低值區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)則變化明顯，松桃縣較低值區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)由9個擴展到11個，長興堡鎮(zhèn)和迓駕鎮(zhèn)由中值區(qū)轉(zhuǎn)化成較低值區(qū)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與土地利用相關(guān)性分析（表4）表明，各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的生態(tài)系統(tǒng)價值與林地的相關(guān)性最為緊密，兩者相關(guān)系數(shù)的歷年平均值為0.991。其次為水域、水田和草地，三者的平均相關(guān)系數(shù)分別為0.405、0.460、0.258，最后旱地的相關(guān)系數(shù)僅有0.015。這說明林地、水域等單位價值當量大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，其面積大小直接決定了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)價值總量。

5 結(jié)論與討論

在融合RS和GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上，對松桃縣2005年、2010年同時結(jié)合以往研究成果，從土地利用/覆被變化的視角，分析松桃縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間特征，得出以下主要結(jié)論。

（1）松桃縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量在2005～2010年間整體呈下降趨勢，且下降速度較快。10年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由2005年的5038.51×104元下降至2010年的5015.23×104元，下降幅度達24.12×104元，其直接原因在于林地和耕地面積的減少，導致林地、耕地生態(tài)系統(tǒng)價值量降低。另外，旱地、草地面積的大幅較少，也加劇了全縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的下降，由此可見，區(qū)域內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)功能彼此密不可分，土地利用方式的改變是不可忽視的因素。

（2）結(jié)合2005～2010年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)價值量空間特征發(fā)現(xiàn)，松桃縣生態(tài)價值量較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為寨英鎮(zhèn)、烏羅鎮(zhèn)、盤信鎮(zhèn)、冷水溪鄉(xiāng)、孟溪鎮(zhèn)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的歷年生態(tài)服務(wù)價值總量均超過5.38×104元，特別是寨英鎮(zhèn)的年均生態(tài)服務(wù)價值達到8.09×104元，為全縣生態(tài)服務(wù)價值量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的價值密度（單位國土面積生態(tài)價值量）來看，寨英鎮(zhèn)、烏羅鎮(zhèn)、冷水溪鄉(xiāng)、孟溪鎮(zhèn)等6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)是價值密度較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，妙隘鄉(xiāng)、大坪場鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)既是價值密度低的地區(qū)，這表明價值密度是區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值質(zhì)量、數(shù)量的直觀反映，生態(tài)服務(wù)價值直接決定生態(tài)密度。

（3）基于土地利用、覆被變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估，提供了一種評價生態(tài)系統(tǒng)健康質(zhì)量或生態(tài)服務(wù)優(yōu)劣的簡易方法，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境決策提供重要參考，但由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)既受到土地利用、覆被格局變化的影響，也受到生態(tài)系統(tǒng)健康程度或生產(chǎn)力的影響，因此，單純從土地利用類型面積的角度，分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是明顯不足的，如疏林地與有林地以及喬木林與灌木林的生態(tài)服務(wù)差別， 此因素也對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的影響不可忽視。這也是研究中不足的地方，下一步將針對不同生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值進行計算，以分析人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，實現(xiàn)區(qū)域社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益相協(xié)調(diào)發(fā)展。

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