魏 慧, 趙文武,*, 張 驍, 王新志

1 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部, 地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875 2 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部, 陸地表層系統(tǒng)科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院，北京 100875 3 德州市國土資源局，德州 253073

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基于土地利用變化的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價
——以山東省德州市為例

魏 慧1,2, 趙文武1,2,*, 張 驍1,2, 王新志3

1 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部, 地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875 2 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部, 陸地表層系統(tǒng)科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院，北京 100875 3 德州市國土資源局，德州 253073

根據(jù)德州市2006—2014年土地利用變化數(shù)據(jù),運用土地利用動態(tài)度指標(biāo)分析土地利用變化情況,基于陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表,結(jié)合德州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)行系數(shù)修正,對德州市2006—2014年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空變化進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體呈減少趨勢,由2006年的460.92億元減少至2014年的443.47億元,價值變化率為-3.78%,林地和水域面積的減少是該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少的主要原因；德州市各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分異明顯,其中齊河縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高,主要原因在于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高的林地和水域在齊河縣廣泛分布；德城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少量最大,經(jīng)濟(jì)發(fā)展引起的土地利用結(jié)構(gòu)變化是造成其服務(wù)價值大幅減少的主要原因；與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化趨勢相同,研究的時間跨度內(nèi)德州市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值均呈現(xiàn)出不斷減少的變化趨勢。因此,在新一輪土地利用總體規(guī)劃中,規(guī)劃者應(yīng)高度重視土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響,優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),注重增加生態(tài)用地,穩(wěn)步提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

土地利用變化；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；價值當(dāng)量；德州市

土地利用/土地覆蓋變化 (LUCC) 是全球氣候變化和全球環(huán)境變化研究中的重要內(nèi)容,是人類社會經(jīng)濟(jì)活動行為與自然生態(tài)過程交互和銜接的紐帶[1- 2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效應(yīng)[3- 5]。它不僅可以作為計算綠色GDP的一個重要指標(biāo),而且可以作為衡量某個區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的一個直觀視角[6]。

土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相互影響,相互制約。土地利用活動影響著各類生態(tài)系統(tǒng)類型、面積以及空間分布格局的變化[1],是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化的重要驅(qū)動力[7]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的喪失和退化影響著土地利用結(jié)構(gòu)和效率,嚴(yán)重影響著人類安全與健康,直接威脅著區(qū)域乃至全球的生態(tài)安全[8]。因此,在城市化和社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下,研究土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響,對于識別區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化趨勢、指導(dǎo)土地利用格局優(yōu)化調(diào)整、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)-社會-生態(tài)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[9- 11]。

生態(tài)評價是環(huán)境評價的重要組成部分,旨在描述和預(yù)測人類活動的生態(tài)影響[12],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價則是量化和分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能強(qiáng)弱,制定生態(tài)環(huán)境建設(shè)補(bǔ)償政策的重要前提[13]。眾多學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估的理論方法進(jìn)行了相關(guān)探索。在國際上,Costanza[4]等根據(jù)效用價值理論和均衡價值理論等方法計算了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價值；此后,Daily[5]對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估綱要進(jìn)行了詳盡描述；Ronnback[14]、Bolund[15]等進(jìn)一步探討了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估理論和方法,分別對農(nóng)業(yè)和城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行了評價,對完善Costanza提出的評價模型起到了積極的促進(jìn)作用；近期,Polasky[16-17]等基于土地利用變化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值響應(yīng)進(jìn)行了實證研究。我國學(xué)者基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價模型和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)[18]等對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行估算和動態(tài)變化分析。如：石龍宇[19]、馮異星[20]、李屹峰[21]、王佳麗[22]等分別以廈門市、瑪納斯河流域、密云水庫及江蘇省環(huán)太湖地區(qū)為例,對土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化進(jìn)行了價值分析；郭玲霞[23]、張正峰[24]等則從土地整治的角度出發(fā),對土地整治前后區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行了評估。研究表明,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化可以直觀地反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化,但是已有研究對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空分異的分析相對不足[9]。另外,由于自然環(huán)境的異質(zhì)性以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值評估的復(fù)雜性,為提高價值評估的精確度,在評價某一地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時應(yīng)當(dāng)結(jié)合地區(qū)實際進(jìn)行系數(shù)修正[9, 25-28]。

京津冀協(xié)同發(fā)展是我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的重大戰(zhàn)略。2015年4月,《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》正式審議通過。根據(jù)該規(guī)劃綱要,德州市作為山東省唯一被劃入“京津冀一體化”的城市,承擔(dān)著“一區(qū)四基地”的戰(zhàn)略地位。其中“一區(qū)”是指京津冀南部重要生態(tài)功能區(qū)；“四基地”分別為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移承接基地、科技成果轉(zhuǎn)化基地、優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)基地及高素質(zhì)勞動力培訓(xùn)輸送基地[29]。另外,在山東省劃定的5個生態(tài)功能區(qū)中,德州市生態(tài)功能區(qū)也被定位為“魯北平原和黃河三角洲生態(tài)區(qū)”。以上戰(zhàn)略定位要求德州市需要高度重視土地利用變化及其對生態(tài)環(huán)境的影響,在保持自身生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時,更好地發(fā)揮其在山東省乃至京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的輻射能力。

本研究針對區(qū)域自然環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的異質(zhì)性,基于陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表,在對山東省德州市不同生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行單位面積價值量核算的基礎(chǔ)上,探討了德州市整體及其各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化和時空分異特征。旨在通過土地利用生態(tài)服務(wù)價值的定量化,全面認(rèn)識德州市生態(tài)服務(wù)價值的動態(tài)變化趨勢,以期服務(wù)于土地利用總體規(guī)劃的修編完善,為土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整提供決策支持,最終實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)-社會-生態(tài)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

德州市地處山東省西北部、黃河下游北側(cè),位于E 115°45′—117°36′,N 36°24′— 38°0′。該區(qū)屬暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,冷熱干濕界限明顯。光照資源豐富,年平均日照數(shù)2660 h,年平均氣溫12.3℃—13.4℃,年平均降水量585.2 mm。全市土地總面積10356 km2,占山東省土地總面積的7.55%。共轄11個縣(市區(qū))、兩大派出機(jī)構(gòu)和1個經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),共設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)134個,是華北、華東重要的交通樞紐,是山東省乃至全國的重要糧、棉、蔬生產(chǎn)基地。2014年,全市總?cè)丝?70.51萬,其中農(nóng)業(yè)人口287.94萬,非農(nóng)業(yè)人口282.57萬。全市實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)2596.08億元,三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為11.1∶51.6∶37.3。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

圖2 德州市2014年土地利用圖Fig.2 The land use map of Dezhou in 2014

本研究采用的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《德州市統(tǒng)計年鑒》,土地利用數(shù)據(jù)來源于德州市土地利用變更數(shù)據(jù)調(diào)查。土地分類系統(tǒng)按照 《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》 (1984),面積統(tǒng)計至一級地類,具體包括8類：耕地、園地、林地、牧草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地、水域和未利用地,圖2為研究區(qū)2014年土地利用圖。

2.2 研究方法

2.2.1 德州市土地利用變化分析

土地利用動態(tài)度是分析土地利用變化動態(tài)的重要指標(biāo),是指某研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況[9]。其表達(dá)式為：

K= (Ub-Ua)×1/T×100%

(1)

式中,K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型的動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究初期、研究末期某種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時段,本研究中設(shè)定為年。本研究采用土地利用動態(tài)度來分析德州市2006—2014年土地利用的動態(tài)變化。

2.2.2 德州市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的確定

Costanza等提出的生態(tài)服務(wù)價值化評估方法在中國直接運用存在著一些局限,往往低估或者忽略了某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[14]。因此,謝高地等在其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估體系的基礎(chǔ)上,分別于2002年和2007年對中國700位具有生態(tài)學(xué)背景的專業(yè)人員進(jìn)行問卷調(diào)查,得出了2002年和2007年“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表”。本研究以2007年“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表”為基礎(chǔ),針對德州市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,對單位面積農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)行修正,計算出研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值系數(shù)表。修正過程為：德州市2006—2014年糧食平均產(chǎn)量為10701.16kg hm-2a-1,2014年山東省糧食平均收購價格為2.61元/kg,考慮到在沒有人力投入的情況下,現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價值的1/7[9],得出德州市農(nóng)田自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值為3990.00元 hm-2a-1。表1是德州市不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表。

2.2.3 德州市生態(tài)服務(wù)價值及其變化量估算

本研究基于以下原則,計算德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子：耕地對應(yīng)農(nóng)田；園地取森林和草地價值當(dāng)量的均值；林地對應(yīng)森林；牧草地對應(yīng)草地；水域?qū)?yīng)水域；未利用地對應(yīng)未利用地；根據(jù)Costanza等學(xué)者的估算方法,本研究對城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值不進(jìn)行估算。據(jù)此,可測算出主要土地利用類型單位面積年度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值Pi。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式為：

ESV =∑Pi×Li

(2)

ESVf= ∑(Pfi×Li)

(3)

式中,ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值(元)；Pi為單位面積上土地利用類型i的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(元 hm-2a-1)；Li為研究區(qū)土地利用類型的面積(hm2)。ESVf為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值(元)；Pfi為單位面積上土地利用類型i的生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值(元hm-2a-1)。

表1 德州市不同地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表(元 hm-2 a-1)

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用動態(tài)變化

德州市的不同土地利用類型中,耕地所占比例最大,牧草地所占比例最小,各土地利用類型面積從大到小依次為耕地 > 城鎮(zhèn)村及工礦用地 > 水域 > 林地 > 交通用地 > 未利用地 > 園地 > 牧草地。根據(jù)2006—2014年德州市土地利用變更數(shù)據(jù),計算得到各土地利用類型的面積變化趨勢(圖3)和土地利用動態(tài)度(圖4)。

圖3 德州市2006—2014年土地利用變化Fig.3 Change of land use in Dezhou during 2006—2014

圖4 各土地利用類型變化率及動態(tài)度Fig.4 Land use dynamic and rate of different types

從圖3中可以看出,上輪規(guī)劃實施以來,隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,德州市各土地利用類型的面積也發(fā)生了顯著的變化。耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地面積有所增加,其中城鎮(zhèn)村及工礦用地面積增加最多,為28015.31 hm2,其次為耕地,增加面積為10435.71 hm2,交通用地面積增加量最少,增加3061.89 hm2；園地,林地、牧草地、水域及未利用地面積均呈現(xiàn)減少的趨勢,其中未利用地減少量最大,為18976.22 hm2。從變化幅度(圖4)來看,牧草地和未利用地變化幅度最大；其次是園地、城鎮(zhèn)村及工礦用地；再次是林地、交通用地、水域,最小的是耕地。

3.2 德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化分析

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時間變化

運用基于德州市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r修正后的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表(表1)和德州市土地利用變更數(shù)據(jù),估算得到2006—2014年德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(圖5)。

據(jù)圖5可知,德州市2006—2014年間ESV呈現(xiàn)下降演變趨勢。從2006年的460.92億元減少至2014年的443.47億元,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值降低了17.45億元,價值變化率為-3.78%。其中,除耕地所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(耕地ESV)有所增加外,其余各地類的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈減少趨勢。耕地ESV增加了3.29億元,增長率為1.65%,；林地ESV減少量最大,共減少9.34億元,占總減少值的45.03%；其次是牧草地、園地和水域,分別減少了3.71、3.53和3.09億元,減少值占比分別為17.89%、17.02%和14.90%；未利用地ESV減少值最小,為1.05億元,占比為5.06%；上述結(jié)果的出現(xiàn)可歸因于城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通用地等建設(shè)用地的快速擴(kuò)張。建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張,導(dǎo)致園地、林地、牧草地和未利用地的逐漸減少。雖然耕地面積增加使得耕地ESV有所增加(城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通用地?zé)o法進(jìn)行生態(tài)價值量計算,故不計),但是由于耕地的單位面積生態(tài)價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水域、林地、園地和牧草地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,且耕地面積的增加量少于這些地類面積的總減少量,因此導(dǎo)致德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體上呈下降態(tài)勢。

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間變化

基于德州市不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表(表1)和德州市各區(qū)縣2006—2014年土地利用變化數(shù)據(jù),計算得到德州市各區(qū)縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化情況(圖6)。

圖5 2006—2014年德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Fig.5 Change of ecosystem service value in Dezhou during 2006—2014

圖6 2006—2014年德州市各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化 Fig.6 Change of ecosystem service value in every districts of Dezhou during 2006—2014

圖7 德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異圖Fig.7 spatial distribution of ecosystem service value in Dezhou

在德州市下設(shè)的11區(qū)縣中,齊河縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高,2006年和2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為71.08和69.41億元,分別占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的15.84%和15.68%；陵城區(qū)、樂陵市和禹城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相對較高,且三者差距不大,占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的比例均超10%；平原縣、臨邑縣、寧津縣、夏津縣及武城縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低于上述地區(qū),分別占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的9.71%、9.66%、7.37%、7.24%和6.66%；慶云縣和德城區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均不足地區(qū)總服務(wù)價值的5%,對德州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)率最小。

2006—2014年間,除武城縣外,其余各區(qū)縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈現(xiàn)減少的變化趨勢,但是各區(qū)縣的變化幅度不盡相同。其中,德城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少量最大,9年間共減少1.44億元,變化率為6.91%；齊河縣次之,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值共減少1.67億元；變化率為2.35%；樂陵市、慶云縣和臨邑縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化率均介于1%—2%之間；陵城區(qū)、寧津縣、平原縣、夏津縣和禹城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少量相對較低,9年間分別減少0.5億元、0.32億元、0.42億元、0.13億元和0.18億元,變化率分別為0.92%、0.97%、0.97%、0.4%和0.37%。武城縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由2006年的29.91億元增加至2014年的30.21億元,主要是由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高的水域面積增加所致。

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值變化

圖8 德州市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值變化Fig.8 Change of single ecosystem service value in Dezhou

基于德州市不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表(表1)和德州市2006—2014年土地利用變化數(shù)據(jù),計算得到2006—2014年德州市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值。生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值變化情況如圖8所示。

從圖8中可以看出,2006—2014年德州市不同類型的ESVf均呈現(xiàn)減少的變化趨勢。其中,水文調(diào)節(jié)減少量最大,高達(dá)3.40億元；其次是維持生物多樣性服務(wù),其ESVf由2006年的55.13億元減少為2014年的52.34億元,減少量為2.79億元；食物生產(chǎn)服務(wù)減少量最小,9年間共減少0.50億元。調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)價值系數(shù)最高的林地和水域面積減少,是導(dǎo)致調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)大幅減少的主要原因,其中,氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、廢物處理和土壤形成與保護(hù)價值減少量分別為 2.22億元、2.19億元、1.93億元和2.17億元。就提供美學(xué)景觀服務(wù)而言,園地、林地、牧草地等面積都在減少,雖然耕地面積有所增加,但是其提供美學(xué)景觀服務(wù)的價值系數(shù)低,因此,研究區(qū)域內(nèi)提供美學(xué)景觀單項服務(wù)價值總量也表現(xiàn)為減少趨勢。分別將2006年和2014年各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值按從大到小的順序進(jìn)行排列,對比兩年的排序結(jié)果發(fā)現(xiàn),雖然各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量均有所改變,但其排序未變。區(qū)域內(nèi)水文調(diào)節(jié)、廢物處理和維持生物多樣性服務(wù)價值位列前三,食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)服務(wù)價值卻較低。食物生產(chǎn)服務(wù)價值排名靠后這一研究結(jié)果看似與德州農(nóng)業(yè)大市的發(fā)展定位有所背離,實則卻有理可循。據(jù)表1可知,在除耕地(農(nóng)田)以外的其余各地類中,較其他生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)而言,食物生產(chǎn)服務(wù)價值系數(shù)較低、均排名后三位；即便在耕地中,其價值系數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于廢物處理和維持生物多樣性的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)。因此,雖然研究區(qū)耕地面積所占比例最高,且食物生產(chǎn)服務(wù)主要體現(xiàn)在耕地上,但仍不能改變其價值在各生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)中排名落后的結(jié)果。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)本研究基于土地利用動態(tài)度指標(biāo)對德州市2006—2014年土地利用變化情況進(jìn)行分析,在研究時段內(nèi)耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通用地面積呈現(xiàn)增加趨勢,其中城鎮(zhèn)村及工礦用地面積增加最多,為28015.31 hm2,其次為耕地,增加面積為10435.71 hm2,交通用地面積增加量最少,增加3061.89 hm2；園地、林地、牧草地、水域及未利用地面積均呈現(xiàn)減少的趨勢,其中未利用地減少量最大,為18976.22 hm2。土地利用變化總體符合德州市重視農(nóng)業(yè)的用地理念。

(2)研究區(qū)2006—2014年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈下降趨勢。從2006年的460.92億元減少至2014年的443.47億元,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值降低了17.45億元,價值變化率為-3.78%。研究區(qū)ESV的下降,反映了該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)為人類提供服務(wù)能力的下降,說明研究期間德州市土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整從生態(tài)效益方面來看不盡合理。因此,在新一輪土地利用總體規(guī)劃中,應(yīng)當(dāng)高度重視土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的影響,注重增加生態(tài)用地,優(yōu)化調(diào)整區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)。

(3)在研究時段間,除武城縣外,德州市其余各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈減少趨勢,區(qū)域間的變化幅度表現(xiàn)出一定的差異性。其中,德城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少量最大,9年間共減少1.44億元,變化率為6.91%；齊河縣次之,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值共減少1.67億元；變化率為2.35%；樂陵市、慶云縣和臨邑縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化率均介于1%—2%之間；陵城區(qū)、寧津縣、平原縣、夏津縣和禹城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少量相對較低,9年間分別減少0.5億元、0.32億元、0.42億元、0.13億元和0.18億元。武城縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由2006年的29.91億元增加至2014年的30.21億元,主要是由于區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高的水域面積增加所致。

(4)2006—2014年間,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)各單項服務(wù)價值(ESVf)均呈減少趨勢。其中,水文調(diào)節(jié)ESVf減少量最大,高達(dá)3.40億元,這主要是由于水文調(diào)節(jié)價值系數(shù)較高的林地和水域面積減少所致。雖然農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和土地整治等措施使耕地面積增加量大于減少量,但是從生態(tài)角度上看,食物生產(chǎn)服務(wù)價值系數(shù)最高的耕地面積的增加并沒有帶來研究區(qū)食物生產(chǎn)服務(wù)價值總量的增加。其原因在于耕地面積增加量顯著少于林地、水域、牧草地及園地面積的減少量,致使區(qū)域內(nèi)食物生產(chǎn)服務(wù)價值的減少量總和大于增加量總和,故食物生產(chǎn)服務(wù)價值總量整體上呈現(xiàn)出下降的趨勢。經(jīng)濟(jì)發(fā)展引起的土地利用結(jié)構(gòu)變化是導(dǎo)致區(qū)域食物生產(chǎn)服務(wù)價值減少的主要原因。

4.2 討論與建議

土地利用變化改變著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程,也影響著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)向社會提供產(chǎn)品和服務(wù)能力的大小?；趨^(qū)域土地利用變化數(shù)據(jù),定量評估諸如土壤形成與保持、維持生物多樣性、氣體調(diào)節(jié)及食物生產(chǎn)等各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),能從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的角度為土地利用規(guī)劃及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)的理論依據(jù)。

人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾和破壞,是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能脆弱及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值降低的主要原因。研究時段內(nèi),德州市城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地的擴(kuò)張占用了大量的林地、水域和園地,致使區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈下降趨勢。這不利于維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,限制著區(qū)域生態(tài)效益的提高,影響著“京津冀南部重要生態(tài)功能區(qū)”及“魯北平原和黃河三角洲生態(tài)區(qū)”作用的發(fā)揮,威脅著德州市經(jīng)濟(jì)-社會-生態(tài)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。另外,建立生態(tài)環(huán)境損害責(zé)任終身追究制是推進(jìn)我國生態(tài)文明建設(shè),健全和完善相關(guān)體制的重要任務(wù)[30]。因此,當(dāng)?shù)卣芾聿块T應(yīng)高度重視土地利用變化對生態(tài)環(huán)境的影響,將區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)同自身業(yè)績統(tǒng)一起來,嚴(yán)格控制建設(shè)用地的低效蔓延。在土地利用過程中,應(yīng)該采取生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制,繼續(xù)開展城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤工作,促進(jìn)土地集約節(jié)約利用,減少因建設(shè)用地的增加所引起的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的降低。

另外,德州市作為山東省乃至國家重要的糧、棉、蔬生產(chǎn)基地,保持一定的耕地面積是其作為一個農(nóng)業(yè)大市經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展的基礎(chǔ)。研究時段內(nèi),雖然耕地面積有所增加,但區(qū)域內(nèi)食物生產(chǎn)服務(wù)價值呈下降態(tài)勢。雖然耕地的食物生產(chǎn)服務(wù)價值系數(shù)最高,但是由于耕地面積的增加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其他地類面積的減少量,致使區(qū)域內(nèi)食物生產(chǎn)服務(wù)價值的減少量總和高于增加量總和,故整體上呈現(xiàn)出下降的趨勢。食物生產(chǎn)服務(wù)能力的下降不利于德州市保持自身糧食大市的地位,威脅著其未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高。同時,食物生產(chǎn)服務(wù)價值的降低也威脅著區(qū)域糧食安全。因此,在未來的土地利用過程中,在確保耕地實現(xiàn)動態(tài)平衡的基礎(chǔ)上,要堅持?jǐn)?shù)量保護(hù)和質(zhì)量保護(hù)并重,把優(yōu)質(zhì)耕地和經(jīng)過土地整治的其他高質(zhì)量耕地優(yōu)先保護(hù)起來,確保耕地質(zhì)量不下降；另外,還要逐步調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)好農(nóng)業(yè)用地和非農(nóng)用地的關(guān)系,穩(wěn)步提高區(qū)域食物生產(chǎn)服務(wù)能力。

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Regional ecosystem service value evaluation based on land use changes: A case study in Dezhou, Shandong Provience,China

WEI Hui1,2, ZHAO Wenwu1,2,*,ZHANG Xiao1,2, WANG Xinzhi3

1StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,FacultyofGeographicalScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China2InstituteofLandSurfaceSystemandSustainableDevelopment,FacultyofGeographicalScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China3DezhouMunicipalBureauofLandandResources,Dezhou253073,China

Land use change conditions were analyzed using the data for land use change in Dezhou City from 2006 to 2014 and land use dynamics indicators. The ecosystem service values per unit area of different terrestrial ecosystems in China were used as a basis to analyze the spatial and temporal variations in the ecosystem service values for Dezhou from 2006 to 2014, after applying a correcting coefficient to the level of economic development. The results indicated that the overall ecosystem service value in Dezhou City decreased by 3.78% from 46.092 billion Yuan in 2006 to 44.347 billion Yuan in 2014. The decrease in forest land and the water covered area were the main reasons for the decrease in ecosystem service value. The spatial differences in ecosystem service values for Dezhou City were significant. The ecosystem service value for Qihe County was the highest because of the wide distribution of forest and water covered areas, which have high ecosystem service values. The ecosystem service value reduction in Decheng District was the greatest. This was mainly due to land use change caused by socioeconomic development. With the same trend of the total ecosystem service value change, the single ecosystem service value showed a declining trend in Dezhou City during the study period. Therefore, the influence of land use change on ecosystem service value is an important factor that needs to be considered in the new round of general land use planning. Furthermore, optimizing and adjusting the land use structure and increasing the ecological land area also need to be considered when attempting to improve the regional ecosystem service value.

land use change; ecosystem service; equivalent value; Dezhou City

教育部創(chuàng)新團(tuán)隊項目“土壤水文與土壤侵蝕”(IRT_15R06)

2016- 03- 30;

2017- 02- 27

10.5846/stxb201603300581

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhaoww@bnu.edu.cn

魏慧, 趙文武, 張驍, 王新志.基于土地利用變化的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價——以山東省德州市為例.生態(tài)學(xué)報,2017,37(11):3830- 3839.

Wei H, Zhao W W,Zhang X, Wang X Z.Regional ecosystem service value evaluation based on land use changes: A case study in Dezhou, Shandong Provience,China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(11):3830- 3839.