季軍民, 劉慶廣, 王愛

1. 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院, 合肥 230601

2. 合肥學(xué)院旅游系, 合肥 230601

3. 安徽師范大學(xué)國土資源與旅游學(xué)院, 蕪湖 241002

1 前言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù), 其價值評估是生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)功能區(qū)劃、環(huán)境經(jīng)濟核算和生態(tài)補償決策的重要依據(jù)和基礎(chǔ)[1]。1997年Costanza等對全球生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分類并估算其服務(wù)價值, 使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有了相對科學(xué)的研究方法[2]。我國學(xué)者將此方法應(yīng)用到不同區(qū)域取得了許多成果[3-9], 最具代表性的研究成果是謝高地提出的中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表[10],目前我國的相關(guān)研究多是在謝高地的理論基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)實際情況進(jìn)行深入分析與討論。

土地利用/覆蓋變化(land use and land cover change, LUCC)是全球變化的重要原因和驅(qū)動因子之一[11], 人類通過改變土地利用方式影響生態(tài)系統(tǒng)運行狀況, 改變區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)向社會提供產(chǎn)品和服務(wù)的能力, 因而土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響逐漸成為生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。近10年來, 隨著“中部崛起”、“濱湖新區(qū)”、“合肥都市圈”以及融入長三角的“皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)”等重大戰(zhàn)略出臺, 合肥市的土地利用方式發(fā)生劇變,亟需對土地利用格局進(jìn)行分析, 評價各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值, 進(jìn)而探討二者的響應(yīng)情況, 為今后合肥市土地利用規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論參考, 推動生態(tài)城市建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展。

2 研究區(qū)概況及研究方法

2.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

合肥, 簡稱廬或合, 是安徽省省會, 合肥都市圈中心城市, 皖江城市帶核心城市之一, 也是長三角城市群副中心城市, 國家重要的科研教育基地、現(xiàn)代制造業(yè)基地和綜合交通樞紐。地處中國華東地區(qū)、江淮之間, 受亞熱帶氣候的影響, 全年平均氣溫15 ℃—16 ℃, 年降水量約1000 mm, 農(nóng)作物以水稻、玉米、小麥、大豆、油菜為主。截至2014年底, 全市總?cè)丝跒?12.81萬人,GDP總值為5180.56億元, 同比增長10.6%, 人均生產(chǎn)總值67689元。合肥市下轄4區(qū)4縣1縣級市, 研究區(qū)確定為瑤海區(qū)、廬陽區(qū)、包河區(qū)、蜀山區(qū)。

土地利用數(shù)據(jù)主要來源合肥市國土資源局2004—2014年合肥市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。為使研究數(shù)據(jù)統(tǒng)一, 將合肥市土地利用類型分為耕地、林地、園地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類(表1)。

2.2 研究方法

單一土地利用類型動態(tài)度[12]是表示某研究區(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,

圖1 研究區(qū)Fig. 1 Research area

表1 土地利用分類Tab. 1 Classification of land use

其表達(dá)式為：

式 1中,k為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度;Ua、Ub為研究始末土地利用類型面積大小;T為研究時間長度; 當(dāng)把T以年計算時,K的值則為相應(yīng)的年變化率。

2.2.2 生態(tài)服務(wù)功能價值

謝高地[13]提出糧食生產(chǎn)的單位面積價值量為884.9元·hm-2, 安徽省的修正因子為1.17,修正得到合肥市1個當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值量為1035.33元。各類土地利用類型在計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時按以下原則： 耕地對應(yīng)農(nóng)田, 林地對應(yīng)森林, 園地對應(yīng)草地,水域?qū)?yīng)河流與湖泊, 未利用地對應(yīng)荒地, 將建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價值賦值為0, 進(jìn)而編制出合肥市生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)功能價值核算表(表2)。

利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算表, 應(yīng)用 Costanza等[2]提出的估計研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的估算公式, 計算公式如下：

表2 合肥市生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)功能價值核算表(元·hm)Tab. 2 Hefei ecological system unit area service function value accounting table

表2 合肥市生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)功能價值核算表(元·hm)Tab. 2 Hefei ecological system unit area service function value accounting table

生態(tài)服務(wù)類型 耕地 林地 園地 水域 未利用地氣體調(diào)節(jié) 745.44 4472.63 1553.00 528.02 62.12氣候調(diào)節(jié) 1004.27 4213.79 1615.11 2130.78 134.59水源涵養(yǎng) 797.20 4234.50 1573.70 19433.14 72.47土壤形成與保護(hù) 1521.94 4162.03 2319.14 424.49 176.01廢物處理 1439.11 1780.77 1366.64 15374.65 269.19生物多樣性保護(hù) 1056.04 4669.34 1936.07 3551.18 414.13食物生產(chǎn) 1035.33 341.66 445.19 548.72 20.71原材料 403.78 3085.28 372.72 362.37 41.41娛樂文化 176.01 2153.49 900.74 4596.87 248.48總計 8179.11 29113.48 12082.30 46952.22 1439.11

式2中,ESV表示探究領(lǐng)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的總價值;Ak表示的是探究領(lǐng)域內(nèi)第k種用地類型的面積;VCk表示的是第k種用地類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;k=l,2,…,n,表示土地利用類型。

突出提升飲水安全水質(zhì)保障能力這個環(huán)節(jié)。針對前些年實施的部分農(nóng)村飲水安全工程未按規(guī)范要求配套凈化消毒設(shè)施、水質(zhì)檢測設(shè)備和能力不足、未合理劃定水源保護(hù)區(qū)和飲水安全工程保護(hù)范圍等問題，水利部聯(lián)合國家發(fā)展改革委、衛(wèi)生計生委和環(huán)境保護(hù)部下發(fā)了《關(guān)于加強農(nóng)村飲水安全工程水質(zhì)檢測能力建設(shè)的指導(dǎo)意見》，從能力建設(shè)任務(wù)、量化考核指標(biāo)、檢測頻次、運行經(jīng)費等方面提出明確要求。指導(dǎo)各省編制了總體建設(shè)方案，2014年將啟動第一批縣級水質(zhì)檢測中心建設(shè)，為保障水質(zhì)安全奠定基礎(chǔ)。開展了農(nóng)村生活排水專題調(diào)研。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)敏感性分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)[14](The coefficient of sensitivity, CS)是為了驗證生態(tài)系統(tǒng)類型對于土地利用類型的代表性以及生態(tài)價值系數(shù)的準(zhǔn)確性而引入的。CS數(shù)值越大, 則說明VC對ESV影響程度越大,ESV對于VC的變化越敏感。當(dāng)CS＜1, 表明 l%的自變量變動將引起因變量小于 1%的變動,則生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值缺乏彈性, 其結(jié)果可信; 當(dāng)CS＞1, 表明l%的自變量變動將引起因變量大1%的變動, 則生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值富有彈性, 則結(jié)果準(zhǔn)確度較差和可信度較低。本文將合肥市各種土地利用類型的VC分別上下調(diào)整50%來計算CS, 從而剖析合肥市VC對ESV的影響程度。具體公式如下：

CS為敏感性指數(shù);ESVi為初始生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值;ESVj為調(diào)整后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值;VCik為研究區(qū)第K種用地類型的初始價值系數(shù);VCjk為研究區(qū)第K種用地類型調(diào)整后的價值系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 合肥市土地利用變化分析

2004—2014年合肥市各種土地利用類型面積的變化如表 3所示, 土地利用格局變化顯著, 主要表現(xiàn)為“1減5增”。耕地面積以年均0.06%的速度減少了 3112 hm2, 是唯一減少的用地類型。林地、園地、水域、建設(shè)用地和未利用地呈增長態(tài)勢; 其中園地面積增長幅度最大, 凈增加了11490 hm2, 年均增長 19.24%; 建設(shè)用地面積增加最多, 共增加了96051 hm2, 年均增長8.38% ; 林地的比重有所下降,動態(tài)度為 1.7%; 未利用地增加了 33242 hm2, 動態(tài)度為4.56%。

從以上分析可以看出, 10年間合肥市處于擴張階段, 用地面積不斷增加。由于合肥市人口和經(jīng)濟不斷集聚, 建設(shè)用地增加顯著, 主要由耕地轉(zhuǎn)化而來。水域面積10年間凈增加3575 hm2,主要是因為新建成大房郢水庫所致; 另一方面在郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)開挖一些坑塘和小型水庫用來蓄水灌溉。合肥市城市園林綠地增加明顯, 體現(xiàn)了合肥市在城市建設(shè)時重視城市綠化與環(huán)境改善工作。而林地的大幅增加與全社會參與的大量的植樹造林工程密不可分,使生態(tài)城市建設(shè)的工作取得顯著成效。

3.2 合肥市生態(tài)服務(wù)價值變化分析

表3 2004—2014年合肥市土地利用變化Tab. 3 Urban land use change in Hefei from 2004 to2014

由表 4可以看出, 唯有耕地的生態(tài)服務(wù)價值在下降, 這是由耕地面積減少導(dǎo)致, 但耕地展總面積一半以上, 因此其提供的生態(tài)服務(wù)價值仍為第一;水域面積凈增3575 hm2, 且其單位面積生態(tài)服務(wù)價值最大, 水域的生態(tài)服務(wù)價值增加到 1678.54×105元; 林地單位面積生態(tài)服務(wù)價值僅次于水域, 由面積增加所帶來的收益達(dá) 1664.71×105元; 園地的生態(tài)服務(wù)價值增了 1388.25×105元, 則是園地用地面積的大幅度增長帶來的; 建設(shè)用地增量巨大, 占用了大量生態(tài)用地, 導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值總體增長較為緩慢。

表4 各用地類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Tab. 4 Various types of land ecosystem service value change

表5 各生態(tài)服務(wù)類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Tab. 5 Various type of ecosystem service value of ecosystem services change

上述分析可知, 耕地、水域和林地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值占 96%以上, 耕地所帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值始終最大, 說明合肥市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較單一, 在保護(hù)耕地的基礎(chǔ)上調(diào)整用地結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的增長量主要是由水域、林地和園地帶來的, 但水域、林地和園地面積比例都比較小, 所以生態(tài)服務(wù)價值總量遠(yuǎn)不及耕地, 表明合肥市在今后發(fā)展過程中,還需要提高綠化率,加強河流、湖泊濕地的保護(hù), 擴大水域用地面積, 讓合肥市生態(tài)服務(wù)總價值不斷提高。

通過表5可知, 合肥市單項生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值都在增長,其中水源涵養(yǎng)的服務(wù)價值量增加最多; 食物生產(chǎn)提供的服務(wù)價值增長最少。從比重看,水源涵養(yǎng)、娛樂文化和生物多樣性保護(hù)增幅較大, 食物生產(chǎn)、土壤形成與保護(hù)和氣候調(diào)節(jié)比重下降較大,其他生態(tài)服務(wù)類型比重變化不大。廢物處理、土壤形成與保護(hù)和水源涵養(yǎng)對生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值貢獻(xiàn)最大, 其次是生物多樣性保護(hù)和氣候調(diào)節(jié)。

據(jù)此可知, 土地利用變化與生態(tài)服務(wù)價值有明顯的關(guān)聯(lián)性。水域?qū)λ春B(yǎng)和廢物處理的生態(tài)服務(wù)價值起決定作用, 林地對原材料的生態(tài)服務(wù)價值其決定作用; 氣體調(diào)節(jié)和土壤形成與保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價值主要取決于林地和園地面積的變化, 娛樂文化的生態(tài)服務(wù)價值主要取決于水域和林地的面積變化;氣候調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價值變化則是林地、水域和園地三者共同作用的結(jié)果; 食物生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價值主要來源于耕地, 因此其生態(tài)服務(wù)價值增加最少。

3.3 敏感性分析

通過表 6可知, 合肥市生態(tài)系統(tǒng)對各類用地的敏感性指數(shù)均小于 1, 表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)是缺乏彈性的, 也證明了研究結(jié)果是可信的。敏感性指數(shù)依次為耕地＞林地＞水域＞園地＞未利用地, 其中園地的敏感性指數(shù)變化最大, 當(dāng)其生態(tài)價值系數(shù)增加1%時, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化由2004年增加1.08%到2014年增加2.95%; 耕地的敏感性指數(shù)最高, 這主要是由于耕地面積最大和較高的單位面積生態(tài)服務(wù)價值; 敏感性指數(shù)的最低的為未利用地, 這表明未利用地生態(tài)價值系數(shù)的變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的影響較小。

對敏感性分析表明, 園地、水域和林地生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)的改變會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值產(chǎn)生明顯的放大作用, 這與合肥市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化是相對應(yīng)的; 耕地的敏感性指數(shù)下降, 則由于表明耕地面積逐年減少。

表6 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性分析Tab. 6 Analysis of sensitivity of ecosystem service value

4 結(jié)論與討論

(1)2004—2014年合肥市土地利用結(jié)構(gòu)有所變化, 耕地小幅度減少, 其他用地都有所增加。其中建設(shè)用地面積增加最為顯著, 這反映了10年間合肥市由于經(jīng)濟發(fā)展和人口積聚等因素推動城市用地規(guī)模不斷擴大, 建設(shè)用地大量增加以滿足社會的用地需求。林地和園地面積持續(xù)增加, 這與合肥市實施退耕還林、大力開展植樹造林工程、增加園林綠地打造綠色城市和生態(tài)城市有關(guān)。水域面積的增加主要因為水庫建設(shè)造成的。

(2)區(qū)域土地利用變化不僅改變了土地利用類型、結(jié)構(gòu)和數(shù)量, 還將對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。從用地類型看, 單位面積耕地能提供較多的生態(tài)服務(wù)價值,今后應(yīng)注重對耕地的保護(hù)與合理變更; 未利用地對生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)最小, 對此要加快向林地、園地轉(zhuǎn)變,以提高總的生態(tài)服務(wù)價值; 鑒于水域?qū)ι鷳B(tài)服務(wù)功能的強大貢獻(xiàn), 可以合理擴大水域用地面積。

(3)從單項生態(tài)服務(wù)類型看, 水源涵養(yǎng)和廢物處理所提供的生態(tài)服務(wù)價值較大, 在合理擴大水域面積的同時注重改善水質(zhì), 避免水域的生態(tài)服務(wù)功能下降; 建設(shè)用地大量占用生態(tài)用地, 致使城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降, 因此土地利用要更加集約,推動園林城市和生態(tài)城市建設(shè), 維持生物多樣性保護(hù)和土壤形成于保護(hù)的生態(tài)功能; 娛樂文化的服務(wù)價值在城市生態(tài)系統(tǒng)中還有提高的潛在可能, 如在城市近郊推行農(nóng)村生活體驗的方式來提高耕地在娛樂文化生態(tài)服務(wù)中的生態(tài)價值。

(4)敏感性指數(shù)都小于 1, 表明研究結(jié)果可信,能夠為城市的土地規(guī)劃和利用提供指導(dǎo)。因此要注重對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究, 為土地利用規(guī)劃提供科學(xué)指導(dǎo), 確保城市在經(jīng)濟發(fā)展的同時改善生態(tài)環(huán)境, 實現(xiàn)經(jīng)濟、社會與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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