尹登玉, 張全景,2, 翟騰騰

(1.曲阜師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 山東 日照 276826; 2.曲阜師范大學(xué) 土地研究中心, 山東 日照 276826)

土地利用變化作為全球環(huán)境變化的重要內(nèi)容，對(duì)土地資源的合理配置、生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)展、人類(lèi)生產(chǎn)生活等都帶來(lái)很大的影響[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能指的是生態(tài)系統(tǒng)用來(lái)維持人類(lèi)生存與發(fā)展所需要的各種環(huán)境條件和效益[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與土地利用實(shí)質(zhì)上是相互制約和影響的矛盾統(tǒng)一體[3]，因此通過(guò)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，將兩者聯(lián)系起來(lái)，對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)、區(qū)域可持續(xù)利用都具有重要的意義。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為對(duì)區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[4]。國(guó)外學(xué)者最早開(kāi)展了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究，主要集中在相關(guān)理論、生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算方法等方面。Coatanza等[5]主要研究了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算方法，系統(tǒng)分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化；Carpenter等[6]研究認(rèn)為土地利用方式的不同會(huì)改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過(guò)程，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；Ronnback[7]和Bolund等[8]揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念，并對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的估算方法進(jìn)行了完善。自20世紀(jì)80年代末起，國(guó)內(nèi)學(xué)者借鑒國(guó)外學(xué)者的相關(guān)研究成果，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值展開(kāi)了研究。謝高地等[9]認(rèn)為Coatanza在估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)有很多缺點(diǎn)，在參考相關(guān)有益成果之上，經(jīng)過(guò)大量調(diào)查，測(cè)算出中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；歐陽(yáng)志云等[10]主要對(duì)中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估；李全等[11]以遙感影像和梯度分析為基礎(chǔ)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布格局特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析；陳婧祎等[12]分析了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的時(shí)空變化特征，并結(jié)合空間自相關(guān)分析方法探討兩者的空間自相關(guān)關(guān)系。

綜上所述，諸多學(xué)者選擇從不同的研究視角，對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的特征做出大量分析。但對(duì)于從省級(jí)尺度和考慮建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值角度進(jìn)行研究的較少，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空格局演變特征也缺乏綜合考慮[13]。山東省是中國(guó)重要的沿海城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，土地利用程度高，生態(tài)系統(tǒng)有多種類(lèi)型，但由于人類(lèi)活動(dòng)的增加使得土地利用變化對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生很大影響，出現(xiàn)土壤侵蝕、土地退化、水土流失等生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)象，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能帶來(lái)負(fù)影響。因此，本文擬參考Costanza和謝高地等人的研究，利用GIS技術(shù)獲取1995，2005，2015年土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)，結(jié)合山東省實(shí)際生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，分析區(qū)域土地利用變化下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變特征，以期為優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、提高生態(tài)效益、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

山東省地理位置位于北緯34°22.9′—38°24.1′，東經(jīng)114°47.5′—122°42.3′，山東省土地總面積約為1.57×107hm2，占全國(guó)土地總面積的1.63%左右。其地勢(shì)較為復(fù)雜，中部多為山地、東部為丘陵，西部和北部為平原。省內(nèi)氣候?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，降水多集中在夏季，春秋比較短暫，冬夏時(shí)間長(zhǎng)。全省現(xiàn)轄濟(jì)南、青島、淄博、濱州等17個(gè)地級(jí)市，31個(gè)縣級(jí)市，49個(gè)市轄區(qū)。山東省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)并且發(fā)展迅速，在全國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。截至2015年末，山東省常住人口達(dá)到9.85×107人，生產(chǎn)總值為6.30×1012元，人均生產(chǎn)總值約63 981.24元。全省城鎮(zhèn)化、工業(yè)化水平比較高，人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致土地結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，勢(shì)必會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局影響重大。因此分析山東省土地利用結(jié)構(gòu)變化及其帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題對(duì)于中國(guó)和區(qū)域生態(tài)安全、糧食安全等都具有重要意義。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

山東省1995年，2005年，2015年土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)，數(shù)據(jù)的生產(chǎn)主要以各期Landsat TM/ETM遙感影像為數(shù)據(jù)源，通過(guò)人工目視解譯生成1 km的土地利用數(shù)據(jù)。首先用reclassify 工具對(duì)土地利用類(lèi)型進(jìn)行重分類(lèi)，對(duì)于提取的地類(lèi)賦值為1，其他地類(lèi)賦值為Nodata。按照不同的分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出山東省17個(gè)地市的地類(lèi)數(shù)據(jù)。綜合考慮研究區(qū)狀況，將土地利用類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)，共有耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地等6類(lèi)土地。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 研究方法

2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度

為能更好的衡量區(qū)域土地利用類(lèi)型的變化，本文引入單一土地利用動(dòng)態(tài)度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度可以定量描述研究區(qū)一定時(shí)期內(nèi)某種土地利用類(lèi)型的數(shù)量變化[14]，其值越低，表明土地系統(tǒng)內(nèi)部越穩(wěn)定，其表達(dá)式為：

(1)

式中：K——某種地類(lèi)在研究期內(nèi)的動(dòng)態(tài)度；Ua，Ub——某種用地類(lèi)型在研究初期和期末的數(shù)量；T——研究時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)T為具體某一年份時(shí)，K為某種地類(lèi)在該年的變化率。

2.2 土地利用程度綜合指數(shù)

本研究主要是依照劉紀(jì)遠(yuǎn)提出的土地利用程度分類(lèi)方法，將土地利用程度分為若干等級(jí)，并對(duì)等級(jí)指數(shù)進(jìn)行賦值[15]，計(jì)算出土地利用程度綜合指數(shù)，其公式如下：

(2)

式中：L——研究區(qū)內(nèi)土地利用程度綜合指數(shù)；A——研究區(qū)域內(nèi)土地利用類(lèi)型的分級(jí)指數(shù)；C——第i種地類(lèi)面積所占總面積的比例(%)；i——研究區(qū)域內(nèi)土地利用程度分級(jí)的個(gè)數(shù)。下同。

2.3 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度

土地利用信息熵值的大小主要用來(lái)衡量土地利用結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和有序狀況[16]，其中，信息熵的值越低，代表土地利用系統(tǒng)的有序度越高，反之，有序度則越低。

(3)

式中：pi——第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積占土地總面積的比例(%)。

為了能更好的反映研究區(qū)內(nèi)土地利用的結(jié)構(gòu)與規(guī)模變化的基本規(guī)律，本文在信息熵的基礎(chǔ)上引入了均衡度這個(gè)概念，并建立區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度計(jì)算模型如下：

(4)

式中：E——土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度;m——土地利用類(lèi)型的數(shù)量，E值的取值范圍在0～1之間。

2.4 土地利用生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算方法

(1) 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算。Costanza等[17]提出的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法存在很多缺點(diǎn)，并不適合一些地區(qū)某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究。因此，本研究參考謝高地等[9]基于問(wèn)卷調(diào)查的中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表，根據(jù)山東省實(shí)際情況對(duì)系數(shù)進(jìn)行修正，以方便下一步對(duì)生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行分析。修正過(guò)程如下：依據(jù)山東省統(tǒng)計(jì)年鑒可以計(jì)算出山東省1995—2015年糧食平均產(chǎn)量為5 655.86 kg/hm2，根據(jù)山東省糧油交易中心糧食價(jià)格統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，估算出2015年山東省糧食收購(gòu)價(jià)格為2.72元/kg，生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是在沒(méi)有人力投入的情況下單位面積農(nóng)田提供的糧食生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的1/7[18-20]，計(jì)算出山東省一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子所提供的農(nóng)田糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為2 197.71元/hm2。表1為修正后計(jì)算得出的符合區(qū)域發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。

表1 山東省不同土地利用類(lèi)型單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 元/(hm2·a)

(2) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)算。本文主要按照以下對(duì)應(yīng)方式確定山東省生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子：耕地、林地和草地分別與農(nóng)田、森林、草地相對(duì)應(yīng)，水域?qū)?yīng)河流和湖泊，未利用地與荒漠對(duì)應(yīng)[21]。同時(shí)，本文綜合考慮了建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，主要根據(jù)彭文甫等[22]和段瑞娟等[23]的研究成果，確定建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，生態(tài)服務(wù)價(jià)值表達(dá)公式如下[23-25]：

(5)

(6)

式中：ESVi——研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值〔元/(hm2·a)〕； ESVf——研究區(qū)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值〔元/(hm2·a)〕；Pi——用地類(lèi)型的面積(hm2)；Ai——單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Afi——單位面積單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值〔元/(hm2·a)〕；i——研究區(qū)內(nèi)土地利用數(shù)據(jù)的類(lèi)型。

土地利用變化的結(jié)果對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響存在很大差異，因此本文引入貢獻(xiàn)率來(lái)量化影響程度，其計(jì)算公式為：

(7)

式中：SKT——第K種地類(lèi)在T時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的ESV變化的絕對(duì)值占到所有土地利用類(lèi)型產(chǎn)生的ESV變化的總絕對(duì)值的比例； ΔESVKT——某種土地利用類(lèi)型在T時(shí)段內(nèi)發(fā)生的變化引起的ESV變化量。

2.5 敏感性分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)是否準(zhǔn)確，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。本文引入了敏感性指數(shù)(CS)來(lái)衡量生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響，敏感性指數(shù)計(jì)算公式如下[26]：

(8)

式中：VC——生態(tài)價(jià)值系數(shù)；i，j——調(diào)整前后的總價(jià)值；k——土地利用類(lèi)型。

若CS>1，表明生態(tài)價(jià)值評(píng)估的結(jié)果是富有彈性的，且CS的值越大，表明VC的準(zhǔn)確性相對(duì)來(lái)說(shuō)越重要，所修正的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)不可信；相反，若CS<1，則表明生態(tài)價(jià)值評(píng)估的結(jié)果被認(rèn)為是缺乏彈性的，并且計(jì)算的生態(tài)服務(wù)價(jià)值是可靠的。本研究將生態(tài)價(jià)值系數(shù)分別增加(或減少)50%，對(duì)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析與研究。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用格局變化分析

3.1.1 土地利用總體變化 山東省的土地利用分布情況如圖1所示。1995—2015年，耕地是山東省面積比例最多的地類(lèi)，建設(shè)用地和草地面積次之，所占比例最小的是未利用地。研究期間，土地利用變化表現(xiàn)為耕地、林地、草地和未利用地減少，水域和建設(shè)用地增加的狀態(tài)，1995—2005年比2005—2015年各土地利用類(lèi)型變化的更為劇烈。整個(gè)研究期間，建設(shè)用地面積逐年增加，1995年山東省建設(shè)用地面積占全省總面積的12.34%，2015年增加至總面積的14.70%，增加了3.644×105hm2，從各種土地利用類(lèi)型面積增加的狀態(tài)來(lái)看，山東省建設(shè)用地面積的增加是最快的，也是最多的。在1995—2015年，水域面積總體上也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但增加的速率較慢，近20 a增加了2.91×104hm2?？傮w來(lái)看，山東省的土地主要以耕地、建設(shè)用地和草地為主，這三者的面積之和約占總面積的88%以上，水域和未利用地相對(duì)較少。

對(duì)于山東省各地市而言，土地利用變化的趨勢(shì)與研究區(qū)整體變化基本相似。其耕地、林地、草地明顯減少，2005—2015年減少的面積明顯大于1995—2005年減少的面積。建設(shè)用地面積增加明顯，其中青島、濰坊、煙臺(tái)和濱州等地增加的面積較多，表明這些地市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張比較明顯。對(duì)于水域面積而言，除了東營(yíng)、濰坊、淄博和威海這4個(gè)地市的水域面積減少，其他各個(gè)地市的水域面積都有所增加，其中濱州的水域面積增加的最多，菏澤和臨沂次之。萊蕪、日照和濟(jì)寧的未利用地面積增加，其他各個(gè)地市的未利用到面積減少，其中東營(yíng)和濱州的未利用地面積減少的最多?？傮w來(lái)看，建設(shè)用地的面積變化的最為明顯，建設(shè)用地的快速擴(kuò)張?jiān)谝欢ǔ潭壬险加昧似渌恋仡?lèi)型的空間，主要由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動(dòng)了城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，城鎮(zhèn)化水平的提高使得建設(shè)用地的面積迅速增加，進(jìn)而影響了其他土地類(lèi)型的變化。

圖1 1995-2015年山東省各土地利用類(lèi)型面積

3.1.2 土地利用轉(zhuǎn)移特征與動(dòng)態(tài)度 如表2所示，1995—2015年山東省耕地增加了1.75×106hm2，主要由建設(shè)用地和草地轉(zhuǎn)換而來(lái)，而耕地面積的去向主要是轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地，研究期間建設(shè)占用耕地面積為1.20×106hm2，占所有轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地總面積的87.79%，說(shuō)明山東省通過(guò)大量占用耕地進(jìn)行擴(kuò)張。林地的增加主要由草地轉(zhuǎn)移而來(lái)，1995—2015年有1.78×105hm2草地變?yōu)榱值兀瑴p少的林地主要復(fù)墾為耕地。草地和水域主要由耕地轉(zhuǎn)變而來(lái)，相應(yīng)的減少的面積主要開(kāi)墾為耕地。未利用地主要用于耕地的復(fù)墾以及建設(shè)用地的擴(kuò)張。

表2 1995-2015年山東省各地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移 hm2

為了更好的分析各地市土地利用轉(zhuǎn)移特征，本文將山東省17地市劃分為魯東地區(qū)(青島、煙臺(tái)、威海)、魯中地區(qū)(濟(jì)南、萊蕪、濰坊、淄博、泰安)、魯南地區(qū)(濟(jì)寧、菏澤、棗莊、臨沂、日照)和魯西北地區(qū)(德州、聊城、濱州、東營(yíng))。分區(qū)域來(lái)看，各個(gè)地區(qū)耕地減少的主要去向轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。整個(gè)研究期間，魯東、魯中、魯南和魯西北地區(qū)分別有1 876，3 011，4 062，3 048 hm2的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，而分別只有1 970，1 987，2 437，940 hm2的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋仡?lèi)型。耕地的主要來(lái)源主要是對(duì)建設(shè)用地和草地的開(kāi)墾，這一現(xiàn)象與研究區(qū)整體變化相似，其中魯中地區(qū)對(duì)于草地的開(kāi)墾較多。

1995—2015年魯中地區(qū)水域面積呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，其他各個(gè)地區(qū)水域面積均有所擴(kuò)張。各個(gè)地區(qū)的林地和未利用面積均減少，主要表現(xiàn)為林地轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾筒莸?，未利用轉(zhuǎn)變?yōu)楦?表2)。

在分析山東省1995—2015年土地利用分布數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用公式(1)可以得出在此期間山東省單一土地利用動(dòng)態(tài)度如圖2所示。

圖2 2005-2015年各土地利用類(lèi)型變化率及動(dòng)態(tài)度

由圖2可知，1995—2015年，土地利用變化率與動(dòng)態(tài)度變化狀態(tài)一致。土地利用變化率表現(xiàn)為未利用地的變化率最大，為-32.29%，建設(shè)用地的變化率次之，變化率為19.26%，耕地的變化率最小，僅為-1.74%，說(shuō)明耕地的變化較為穩(wěn)定。研究期內(nèi)，各土地利用類(lèi)型的單一土地利用動(dòng)態(tài)度差異明顯。其中，土地利用動(dòng)態(tài)度為正值的包括水域和建設(shè)用地，表明其面積是增加的，而耕地、林地、草地和未利用地的動(dòng)態(tài)度是負(fù)數(shù)，表現(xiàn)為這些土地利用類(lèi)型的面積是減少的。土地利用類(lèi)型面積增加較快的是建設(shè)用地，其動(dòng)態(tài)度為0.96%，其次為水域用地，動(dòng)態(tài)度為0.27%；土地利用類(lèi)型面積減少最快的是未利用地，動(dòng)態(tài)度為-1.61%，其次是草地，動(dòng)態(tài)度為-0.34%。1995—2015年山東省土地利用程度綜合指數(shù)較高，變化幅度不大，總體呈上升的趨勢(shì)。同期，各個(gè)地市的土地利用程度綜合指數(shù)也呈上升態(tài)勢(shì)，與整個(gè)研究區(qū)變化情況差別不大。

3.1.3 土地利用結(jié)構(gòu)變化 本研究在分析土地利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用公式(3)和(4) 分別計(jì)算出信息熵與均衡度(圖3)。結(jié)果表明，從整體變化上看，1995—2015年，研究區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵總體上呈上升的趨勢(shì)，信息熵最大值為1.112，最小值為1.090，表明在近20 a間，山東省土地利用系統(tǒng)內(nèi)部處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，整體來(lái)看有序度在降低。分時(shí)段來(lái)看，1995—2005年信息熵呈緩慢下降的態(tài)勢(shì)，2005—2015年信息熵迅速增加，系統(tǒng)不穩(wěn)定性增加。同時(shí)，研究期間均衡度與信息熵值變化規(guī)律大致相同，也呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，表明土地利用系統(tǒng)的均質(zhì)性增強(qiáng)?？傮w上來(lái)看，近10 a來(lái)山東省均衡度的最大值為0.6左右，表明土地利用結(jié)構(gòu)處于不均衡的狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。

圖3 1995-2015年山東省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度

3.2 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空格局特征

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化 由表3可知，1995—2015年，整個(gè)研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐漸減少，由1995年的3.20×1011元減少到2015年的3.14×1011元，整個(gè)研究期間減少了6.62×109元，變化率為-2.07%，表明山東省生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。山東省生態(tài)服務(wù)價(jià)值主要來(lái)源于耕地、水域和林地，這三者的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占全省的90%以上，雖然水域面積占總面積的比例較少，僅為3.6%左右，但其產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較大，貢獻(xiàn)率達(dá)到38%；其次是草地，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是逐漸減少的，主要由于其面積減少所致；所占比例最少的是未利用地，表明未利用地的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響最小，建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為負(fù)值，對(duì)山東省的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)負(fù)效應(yīng)，建設(shè)用地面積的增加是山東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值減少的一個(gè)主要原因。

由表3還可以看出，在不同時(shí)間段內(nèi)，研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化呈現(xiàn)出不同的變化狀況，貢獻(xiàn)率的變化也不同。1995—2005年，草地和林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的較大，耕地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的最?。?005—2015年耕地和水域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的較大，而林地和未利用地的變化量較小，這與1995—2015年總體的變化趨勢(shì)相同。就貢獻(xiàn)率來(lái)看，1995—2005年，草地的貢獻(xiàn)率最大，其次為林地和水域；2005—2015年，耕地的貢獻(xiàn)率最大，其次為水域。總體來(lái)看，1995—2015年，耕地和水域的貢獻(xiàn)率較大，其次是草地和林地，表明這些土地利用類(lèi)型的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化帶來(lái)的影響較大。

3.2.2 單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化 1995—2015年，水文調(diào)節(jié)生態(tài)服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)出增長(zhǎng)的狀態(tài)，其他單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值均表現(xiàn)出持續(xù)減少的態(tài)勢(shì)(表4)。其中，氣體調(diào)節(jié)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少的最快，變化率為-17.86%，其次是氣候調(diào)節(jié)，變化率為-4.84%，這兩者的生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少主要是由于價(jià)值系數(shù)較高的林地面積減少所致；原材料生產(chǎn)、維持生物多樣性和保持土壤的生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少的相對(duì)較慢，廢物處理減少的最慢，其變化率僅為-0.04%。各單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中，水文調(diào)節(jié)、廢物處理和保持土壤是山東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的主體，這三者之和占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的55%以上，而原材料和娛樂(lè)文化的生態(tài)服務(wù)價(jià)值僅占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的6%左右，對(duì)總的生態(tài)效應(yīng)影響較小。雖然山東省是農(nóng)業(yè)大省，但食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值并不高，這主要是由于食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值系數(shù)與其他生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)相比比較低，即使在耕地中，其價(jià)值系數(shù)也低于廢物處理和保持土壤的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。因此，研究區(qū)內(nèi)雖然耕地所占比例較高，并且食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值主要由耕地產(chǎn)生，但是食物生產(chǎn)所產(chǎn)生的單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值仍然較低。

表3 山東省各土地利用類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值(ESV)變化及貢獻(xiàn)率

表4 山東省單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間演變 根據(jù)山東省不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表(表1)和提取的山東省各個(gè)地市的土地利用變化數(shù)據(jù)，運(yùn)用公式，通過(guò)計(jì)算得到山東省各地市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其變化情況(表5)。

表5 山東省生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間變化 108元/a

分地市來(lái)看，山東省17個(gè)地市中，臨沂市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，1995，2005，2015年分別為3.82×1010,3.83×1010和3.82×1010元，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的11.93%，12.10%和12.19%；其次，煙臺(tái)市和濰坊市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也較高，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的比例都在9.51%以上；威海、日照和棗莊市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值比較低，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的比例都在4%以下；萊蕪市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低，僅占地區(qū)總價(jià)值的1.83%左右。

研究期內(nèi)，東營(yíng)市、濱州市和臨沂市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐漸增加，其他各地市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均呈減少的趨勢(shì)，且變化的幅度也有較大差異。濱州市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加的相對(duì)較多，20 a間增加了2.81×108元，變化率為2.0%，主要原因在于水域的大量增加，其次是東營(yíng)市，主要是由于耕地和林地面積增加所致，臨沂市增加的較少，僅為1.40×107元，變化率為0.04%，水域面積的增加以及林地面積的略微增加使得臨沂市的生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加；濰坊市、煙臺(tái)市和青島市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少的較多，分別為1.31×109，9.64×108，9.26×108元，主要由于耕地和林地面積的大量減少導(dǎo)致的，萊蕪市和日照市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別減少了7.30×107，4.90×107元，對(duì)總價(jià)值來(lái)說(shuō)影響不大。

經(jīng)過(guò)上述分析得知，不同土地利用類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值發(fā)生變化，為了更好的對(duì)山東省各地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布格局演變進(jìn)行分析，本文引入了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值圖譜，圖譜中定義為3種區(qū)域，分別為生態(tài)保值區(qū)、生態(tài)增值區(qū)、生態(tài)減值區(qū)(圖4)[27]。將山東省1995，2005，2015年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類(lèi)處理，然后分別將兩期的柵格數(shù)據(jù)運(yùn)用地圖代數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，得到這兩個(gè)時(shí)期的土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移圖譜，再乘以轉(zhuǎn)移后的土地利用類(lèi)型所產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值差值，得到研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化圖譜。結(jié)合表5和圖4分析可得，20 a間山東省生態(tài)保值區(qū)分布最為廣泛，而生態(tài)減值區(qū)表現(xiàn)出較為顯著的空間分布格局，生態(tài)增值區(qū)主要集中在魯北和魯南地區(qū)，這一變化情況與土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)移相適應(yīng)。分時(shí)段來(lái)看，1995—2005年生態(tài)增值區(qū)范圍較大，主要集中在魯西北和魯南地區(qū)，生態(tài)減值區(qū)的范圍較廣，主要分布在魯中、魯東地區(qū)。2005—2015年生態(tài)增值區(qū)的范圍變小，生態(tài)減值區(qū)的范圍擴(kuò)大，特別是山東省東部沿海地區(qū)生態(tài)減值區(qū)表現(xiàn)的最為顯著。山東省北部地區(qū)尤其在東營(yíng)、濱州的河口地區(qū)和沿岸地帶的生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加較多，這主要由于其他土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，?dǎo)致水域面積增加所致，而這種變化在1995—2005年表現(xiàn)的最為強(qiáng)烈。山東省沿海地區(qū)、萊州灣地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少的主要原因在于港口碼頭、居民點(diǎn)、鹽田等建設(shè)用地的增加，建設(shè)用地對(duì)生態(tài)環(huán)境具有負(fù)影響，使得該地區(qū)生態(tài)效應(yīng)降低。

圖4 山東省不同時(shí)段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

3.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性分析 利用敏感性指數(shù)的計(jì)算方法，將各類(lèi)用地的生態(tài)價(jià)值系數(shù)在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加(或減少)50%，計(jì)算出山東省研究期間各土地利用類(lèi)型的敏感性指數(shù)(圖5)。分析圖5可知：價(jià)值系數(shù)在分別上下調(diào)整50%的后，CS的值都比1小，并且各年份之間變化不大；CS的最小值為0.002，即當(dāng)未利用土地的VC增加1%時(shí)，對(duì)應(yīng)的ESV值增

加0%～0.002%，對(duì)研究區(qū)的ESV影響很小；CS的最大值為0.563，即當(dāng)耕地的VC增加1%時(shí)，對(duì)應(yīng)的ESV增加0.563%，對(duì)研究區(qū)的ESV影響較大；同時(shí)，調(diào)整后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化率與調(diào)整前的變化率相差不大，相差0.021%～1.356%。這些都說(shuō)明研究區(qū)的ESV相對(duì)于VC是缺乏彈性的，即本研究區(qū)計(jì)算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)是可靠的。

圖5 1995-2015年山東省不同土地利用類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)變化

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

(1) 1995—2015年，研究區(qū)耕地、林地、草地和未利用地面積減少，建設(shè)用地和水域面積逐漸增加。耕地的減少主要用于建設(shè)用地的擴(kuò)張，小部分轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，另外草地和未利用地也變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，多種來(lái)源使得建設(shè)用地在大范圍內(nèi)迅速擴(kuò)張。各種土地利用類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)移，在一定程度上造成了土地利用結(jié)構(gòu)有序度降低、均衡度變差，土地利用系統(tǒng)不穩(wěn)定。

(2) 1995—2015年山東省土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈減少的狀態(tài)。從單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值來(lái)看，水文調(diào)節(jié)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值逐漸增加，其它各單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均減少，水文調(diào)節(jié)、廢物處理和保持土壤是山東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的主要構(gòu)成；從空間上來(lái)看，1995—2015年山東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間差異比較明顯，呈現(xiàn)出魯東、魯南地區(qū)高，魯中和魯西北地區(qū)低的空間分布規(guī)律。生態(tài)增值區(qū)主要集中在魯北沿岸地帶和河口地區(qū)以及魯中南低山丘陵地區(qū)，而生態(tài)減值區(qū)分布范圍較廣，在山東省各個(gè)地區(qū)均有分布且面積逐漸擴(kuò)張，這與土地利用結(jié)構(gòu)有序度降低、均衡度變差、土地系統(tǒng)不穩(wěn)定密切相關(guān)。2005—2015年生態(tài)減值區(qū)的范圍比1995—2005年更廣泛，土地利用變化帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐漸減少，所以山東省的生態(tài)效應(yīng)問(wèn)題值得關(guān)注。

(3) 山東省各土地利用類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)的值都小于1，并且每年的變化幅度較小，總體上比較穩(wěn)定。這些都表明，研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)于價(jià)值系數(shù)來(lái)說(shuō)是缺乏彈性的，即估算的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)對(duì)于研究區(qū)來(lái)說(shuō)是合理的，與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況相符。

綜上分析，土地利用類(lèi)型面積發(fā)生變化，其產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值與地類(lèi)面積變化趨勢(shì)一致。雖然水域面積是增加的，但仍然不能彌補(bǔ)耕地、林地和草地等面積減少所帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減損。耕地作為山東省的主體，近20 a來(lái)呈現(xiàn)出減少的態(tài)勢(shì)，減少耕地大部分轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，使得食物生產(chǎn)等生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少，因此需要加強(qiáng)對(duì)耕地的保護(hù)。同時(shí)也要保護(hù)好濕地灘涂、水域和林地等地類(lèi)，因?yàn)閮烧咴趨^(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中同樣占有較大的比重。

4.2 討 論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)存在很多影響因素，如若采用的評(píng)價(jià)方法不同，會(huì)使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的絕對(duì)量相差很大，但是不影響其時(shí)空變化規(guī)律。本文在Costanza和謝高地等人的研究基礎(chǔ)之上，基于1995，2005，2015年3期土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用一種廣泛適用的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法，對(duì)研究區(qū)土地利用變化以及產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。本方法雖然在一定程度上能揭示區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空分布格局演變特征，但依舊存在一些不足之處，需要進(jìn)一步研究和探討。

(1) 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值受多種因素的影響。本文雖然對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行了完善，得出的結(jié)果具有一定的參考價(jià)值。但本研究只是從土地利用變化的角度，分析了研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空演變規(guī)律，缺乏對(duì)其他影響因素的綜合考慮。

(2) 本文通過(guò)參考相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了賦值，得出建設(shè)用地的面積迅速增加，是研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值減少的一個(gè)重要原因；但由于建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)功能比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)獲取也有限，對(duì)于其影響的范圍和程度也難以界定。對(duì)于這些，本文沒(méi)有作深入的分析，存在不足之處，需要今后做進(jìn)一步的研究。