段寶玲，卜玉山

（1.山西農業(yè)大學林學院，山西太谷 030801；2.山西農業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷 030801）

生態(tài)系統(tǒng)服務是人類直接或者間接從生態(tài)系統(tǒng)得到的所有收益[1]。千年生態(tài)系統(tǒng)評估表明，60%的生態(tài)系統(tǒng)服務正在退化，將對人類福祉產生重要影響，直接威脅區(qū)域乃至全球的生態(tài)安全[2]。因此，世界各國對生態(tài)系統(tǒng)服務的關注度不斷提升，生態(tài)系統(tǒng)服務已經成為當前國際上生態(tài)學與地理學研究的熱點領域和重點方向[3-5]。

土地利用變化是人類活動最直觀的體現(xiàn)，是全球生態(tài)系統(tǒng)決定性因素之一。土地利用影響生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務變化[6-8]。土地利用變化主要表現(xiàn)為類型轉換、結構簡化、自然組分減少、物質循環(huán)路徑改變、生境破碎化[9]。但是生態(tài)恢復項目（如退耕還林）引起的土地利用變化能夠在一定程度上逆轉這種趨勢[7，10-12]?？傊?，土地利用變化對支持服務[13]、供給服務[14]、調節(jié)服務[15]與文化服務[6]都存在顯著影響。

忻州市森林資源豐富，主要分布于管涔山、五臺山等山系，河流水系發(fā)達，包括汾河、滹沱河等水系。但是，忻州市同時面臨生態(tài)環(huán)境脆弱、水土流失嚴重、水體污染與破壞嚴重、城市擴張與經濟發(fā)展緩慢等自然與社會經濟問題[16]。

本研究探究2000—2010年忻州市土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化，旨在為未來忻州市自然資源保護、生態(tài)恢復、土地利用規(guī)劃提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

忻州地區(qū)位于山西省中北部，東靠太行山，西接黃河，橫跨山西省東西部，是山西省面積最大的地區(qū)。忻州地區(qū)山岳縱橫、地貌多樣、水系發(fā)達。山系包括五臺山、管涔山、恒山、蘆芽山、云中山等，水系包括汾河與滹沱河等，平川主要分布于忻定盆地和五寨盆地。忻州地區(qū)四季分明，屬于溫帶大陸性季風氣候。忻州地區(qū)包括忻府、原平、岢嵐、五臺等13個縣區(qū)（圖1）。

1.2 數據來源

2000，2010年忻州市土地利用圖（30 m×30 m）來自國家基礎地理信息中心全球地表覆蓋數據。糧食產量與價格數據來自《忻州統(tǒng)計年鑒》。生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表參考謝高地等[17]的研究成果。

1.3 土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算

利用ArcGIS的疊加分析功能計算2000—2010年的土地利用轉移矩陣。利用忻州市主要糧食作物產量、播種面積與價格，計算耕地提供食物生產服務的價值，為5 833.3元/hm2。研究認為，沒有人力投入的自然條件下提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值是現(xiàn)有耕地提供食物生產服務價值的1/7[18]，因此，忻州市一個生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量的經濟價值為833.3元/hm2。利用ArcGIS的面積制表與分區(qū)統(tǒng)計工具，分別計算忻州市各縣區(qū)土地利用比例與生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

1.4 數據分析

利用SPSS 20軟件，采用各區(qū)縣土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務變化數據（2010年與2000年差值），采用逐步回歸分析消除多重共線性，揭示土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響。

2 結果與分析

2.1 忻州市土地利用變化特征

從表1可以看出，忻州市土地利用類型以草地、耕地與林地為主，三者占比約為97.8%。2000—2010年忻州市土地利用變化整體表現(xiàn)為耕地與濕地減少，林地、草地、水體與建設用地增加的趨勢，其中，耕地的降低幅度與草地的增加幅度最大。從土地利用轉移矩陣來看，耕地主要轉變?yōu)椴莸?，其次為建設用地與林地；林地主要轉變?yōu)椴莸嘏c耕地；草地主要轉變?yōu)榱值嘏c耕地；濕地與水體主要轉變?yōu)楦兀唤ㄔO用地主要轉變?yōu)楦?；可以看出，退耕還林還草政策實施、城市化占用耕地、河灘附近造地與工礦區(qū)土地復墾是忻州市土地利用變化的主要原因。

表1 忻州市2000—2010年土地利用轉移矩陣 km2

從各縣區(qū)土地利用變化情況（表2）來看，耕地在各區(qū)縣以降低為主，其中，繁峙、靜樂、寧武、忻府與原平的降低幅度較大，而代縣與五臺的耕地略有增加。各區(qū)縣間林地變化差異較大，其中，靜樂與岢嵐的降低幅度最大，而忻府與原平的增加幅度最大。相反，忻府與原平的草地面積降低幅度最大，而靜樂、岢嵐、寧武與繁峙的草地增加幅度最大。靜樂與寧武的濕地減少量最大，而忻府表現(xiàn)為輕微增加。靜樂與原平的水體減少量相對較大，而偏關的增加量最大。建設用地以增加為主，忻府、原平與河曲的增加量最大，而代縣減低幅度最大。

表2 各縣區(qū)土地利用變化情況 km2

2.2 忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務變化

2.2.1 忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化 2000年忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為296.0億元，2010年則為296.8億元，10 a增加了0.8億元，增加幅度不大。2期忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務總價值空間分布相似（圖2），生態(tài)系統(tǒng)服務高值區(qū)主要分布于東部與西南部，而低值區(qū)主要分布于中部（忻府與原平兩地）。從生態(tài)系統(tǒng)服務變化的空間分布來看，中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務集中增加，西南部集中降低，東部地區(qū)變化較小，而西部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務增加與降低呈現(xiàn)交錯分布。生態(tài)系統(tǒng)服務降低的區(qū)域占忻州市總面積的1.66%，而增加的區(qū)域占2.45%，大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務保持不變。

從各個服務大小來看，忻州市調節(jié)服務與支持服務價值較大，而供給服務與文化服務價值較小，整體表現(xiàn)為土壤保持＞維持生物多樣性＞氣候調節(jié)＞水文調節(jié)＞氣體調節(jié)＞廢物處理＞原材料生產＞提供美學景觀＞食物生產（表3）。從各個生態(tài)系統(tǒng)服務變化來看，只有食物生產和廢物處理服務降低，其他服務類型均表現(xiàn)為增加趨勢，其中，氣體調節(jié)、土壤保持與維持生物多樣性的增加幅度最大，這與研究區(qū)林地與草地增加有關，歸功于研究區(qū)的生態(tài)恢復活動。

表3 2000—2010年忻州市各生態(tài)系統(tǒng)服務變化 億元

2.2.2 各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務變化 從表4可以看出，代縣、岢嵐與五臺的食物生產增加，其他縣區(qū)均降低，這與研究區(qū)耕地的整體下降有關。代縣、繁峙、偏關、五臺、忻府與原平的原材料生產增加（忻府與原平增加幅度最大），其他縣區(qū)降低（靜樂與岢嵐的降低幅度最大），變化趨勢和幅度與各區(qū)縣林地變化一致。

表4 2000—2010年供給服務變化 元/hm2

從表5可以看出，2000—2010年，代縣、繁峙、寧武、偏關、五臺、忻府與原平的氣體調節(jié)服務增加，其他區(qū)縣降低。這與林地的變化趨勢基本一致，不同的是寧武縣林地略有降低，但是草地增加幅度較大，能夠減輕林地降低的負效應。繁峙、偏關、五臺、忻府與原平的氣候調節(jié)服務增加，其他縣區(qū)降低，這同樣與林地變化趨勢和幅度一致。水文調節(jié)服務變化的方向與氣候調節(jié)相同，不同的是偏關水文調節(jié)10 a間增加26.1元/hm2，而氣候調節(jié)僅增加3.5元/hm2，這是因為偏關水體面積增加幅度最大（2.7 km2），帶來水文調節(jié)服務的增加。偏關、五臺、忻府與原平的廢物處理服務增加，其他縣區(qū)降低，這由林地、水體及草地的共同變化引起。

表5 2000—2010年調節(jié)服務變化 元/hm2

由表6可知，代縣、繁峙、寧武、五臺、忻府與原 平的土壤保持服務增加，其他縣區(qū)降低，這與林地和草地的增減相關。維持生物多樣性與土壤保持需要相似的生態(tài)環(huán)境條件，因此，其變化趨勢和幅度與土壤保持一致。對于提供美學價值（表7）來說，2000—2010年，繁峙、寧武、偏關、五臺、忻府與原平增加，其他縣區(qū)降低，林地、草地與水體的變化均對其存在影響?？傮w來看，代縣、繁峙、偏關、五臺、忻府與原平的生態(tài)系統(tǒng)服務表現(xiàn)為增加趨勢（忻府與原平增加幅度最大），其他縣區(qū)表現(xiàn)為降低趨勢（靜樂與岢嵐降低幅度最大），對于服務降低嚴重的區(qū)域應引起重視。盡管如此，2000年各區(qū)縣單位面積總生態(tài)系統(tǒng)服務價值表現(xiàn)為五臺＞岢嵐＞寧武＞繁峙＞代縣＞靜樂＞保德＞定襄＞五寨＞原平＞河曲＞偏關＞神池＞忻府，2010年表現(xiàn)為五臺＞岢嵐＞寧武＞繁峙＞代縣＞靜樂＞保德＞定襄＞原平＞忻府＞五寨＞河曲＞偏關＞神池。可見，盡管靜樂與岢嵐在各區(qū)縣中生態(tài)系統(tǒng)服務價值比較靠前，但降低程度較大，而忻府與原平從原來的倒數第1和第5上升為倒數第5和第6，忻府與原平的生態(tài)系統(tǒng)服務價值相對靠后，但增加程度較大。

表6 2000—2010年支持服務變化 元/hm2

表7 2000—2010年文化服務變化 元/hm2

2.3 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響

由表8可知，食物生產主要由耕地、建設用地與草地的變化引起，耕地與草地變化對食物生產具有正效應，而建設用地具有負效應。原材料生產主要受林地控制。氣體調節(jié)變化主要受林地與草地變化控制，這是因為林草自然植被具有較強的固碳釋氧能力。而氣候調節(jié)主要受林地、濕地與草地控制，這是因為三者的固碳與降溫增濕作用。水文調節(jié)主要受林地與水體控制，這是因為林地具有較強的攔截降雨、徑流調控與涵養(yǎng)水源功能[19]，同樣，水體本身具有較好的洪水調控功能[20]。廢物處理主要受濕地、水體與林地控制，這是因為三者具有較強的污染物吸收與消納能力。土壤保持主要受林地、草地與建設用地控制。林地和草地一般植被覆蓋情況較好，增加林草能夠提高土壤保持能力[21]，但是建設用地增加往往以破壞天然植被為代價，因此，建設用地增加會降低土壤保持服務。類似，生物多樣性維持需要較好的生境條件，林地與草地本身植被資源相對豐富，同時為動物生存提供良好的棲息地，有利于維持生物多樣性，其中，林地的作用要大于草地。林地與水體對景觀美學價值具有正效應，而耕地具有負效應。

因此，對于忻州地區(qū)應加強耕地保護與利用，保證現(xiàn)有耕地面積不變的情況下提高單產，引入生態(tài)農業(yè)技術，減輕耕地帶來的土壤侵蝕與面源污染等負效應，增加食物生產服務的同時提高其他服務能力。林地是提高生態(tài)系統(tǒng)服務價值的重要保障，忻州地區(qū)管涔山、五臺山等山系森林覆蓋率高，是研究區(qū)水源涵養(yǎng)、維持生物多樣性的重要生態(tài)功能區(qū)，應注意嚴格保護。忻州地區(qū)包含了汾河、滹沱河、偏關河等水系，其形成的濕地與水體在氣候與水文調節(jié)、淡水供給及維持生物多樣性方面發(fā)揮著重要作用，但是相關水系的破壞與污染嚴重，亟待加強保護，恢復其生態(tài)功能，提升相應生態(tài)系統(tǒng)服務價值。忻州地區(qū)西部的黃土高原土壤侵蝕嚴重，溝壑縱橫，應繼續(xù)開展退耕還林還草，提高土壤保持服務。此外，忻府與原平建設用地擴張較快，盡管林地增加較多，總體上生態(tài)系統(tǒng)服務增加，仍然應該重視土地利用規(guī)劃，保證城市合理擴張，實現(xiàn)多項生態(tài)系統(tǒng)服務協(xié)調。

表8 生態(tài)系統(tǒng)服務變化與土地利用變化逐步回歸分析

3 結論

忻州市土地利用類型以草地、耕地與林地為主。2000—2010年土地利用變化表現(xiàn)為耕地與濕地減少，林地、草地、水體與建設用地增加的趨勢。耕地主要轉變?yōu)椴莸亍⑵浯螢榻ㄔO用地與林地。林地主要轉變?yōu)椴莸?、耕地。草地主要轉變?yōu)榱值嘏c耕地。濕地與水體主要轉變?yōu)楦亍８卦诟鲄^(qū)縣以降低為主，其中，繁峙、靜樂、寧武、忻府與原平降低幅度較大。各區(qū)縣林地變化差異較大，其中，靜樂與岢嵐降低幅度最大，而忻府與原平增加幅度最大。相反，忻府與原平的草地面積降低幅度最大，而靜樂、岢嵐、寧武與繁峙草地增加幅度最大。

2000，2010年忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務總價值分別為296.0億，296.8億元。生態(tài)系統(tǒng)服務降低的區(qū)域（集中于西南部）占忻州市總面積的1.66%，而增加的區(qū)域（集中于中部）占2.45%，大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務保持不變。忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務整體表現(xiàn)為土壤保持＞維持生物多樣性＞氣候調節(jié)＞水文調節(jié)＞氣體調節(jié)＞廢物處理＞原材料生產＞提供美學景觀＞食物生產。代縣、繁峙、偏關、五臺、忻府與原平生態(tài)系統(tǒng)服務表現(xiàn)為增加趨勢（忻府與原平增加幅度最大），其他縣區(qū)表現(xiàn)為降低趨勢（靜樂與岢嵐降低幅度最大）。

土地利用變化引起了生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化。食物生產主要由耕地、建設用地與草地的變化引起。原材料生產主要受林地控制。氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、水文調節(jié)、廢物處理、土壤保持、維持生物多樣性、景觀美學價值變化主要受林地、草地、濕地與水體變化控制?？梢?，未來應加強耕地保護，提高其生產功能；加強自然保護區(qū)管理，繼續(xù)維持森林的生態(tài)功能；加強河流水系的保護，恢復水體與濕地的生態(tài)功能；繼續(xù)實施退耕還林（草）政策，提高土壤保持功能，促進忻州市各項生態(tài)系統(tǒng)服務的平衡發(fā)展。