冉玉菊, 雷冬梅, 劉 林, 高麗萍

(云南財經(jīng)大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 云南 昆明 650221)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為人類提供其生存和發(fā)展所需的環(huán)境條件及效用，一方面包括食物、水資源和原材料等有形的物質(zhì)產(chǎn)品供給，另一方面包括氣候調(diào)節(jié)、空氣凈化和美學(xué)景觀等無形的服務(wù)供給，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能否有效提供關(guān)系著全人類福祉[1-2]。土地利用/覆被變化(land use/cover change， LUCC)是人類社會與自然界長期相互作用、相互影響的結(jié)果，在全球環(huán)境變化中起關(guān)鍵作用[3]。研究表明，LUCC除了會引起地球表層結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，還會通過改變區(qū)域的氣候、水文、土壤、地質(zhì)地貌和生物地球化學(xué)循環(huán)過程來影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力[4-5]，帶動生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ecosystem services value， ESV)作出各種正面或負(fù)面的響應(yīng)[6-8]。因此，定量評估區(qū)域LUCC對ESV的影響對于促進(jìn)區(qū)域土地可持續(xù)利用和改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有重要意義[9]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于LUCC與ESV的研究主要集中于數(shù)量和空間兩個方面的研究。數(shù)量方面的研究主要包括土地利用及ESV的時空演化特征[10-12]、ESV對LUCC的響應(yīng)[13-15]以及LUCC對ESV的影響[16-20]等方面，該部分研究雖考慮了土地利用和ESV的數(shù)量關(guān)系以及它們的變化情況，但忽略了LUCC與ESV的空間作用關(guān)系?？臻g方面的研究主要是結(jié)合一些空間統(tǒng)計工具探尋LUCC和ESV變化的空間分異特征以及兩者之間的空間作用關(guān)系[21-23]，但大多僅單獨考慮ESV的空間變化，未深入分析土地利用類型之間的空間轉(zhuǎn)換對ESV變化的影響，且鮮少結(jié)合研究區(qū)域的自然地理條件分析LUCC對ESV的影響。地形作為自然地理環(huán)境的重要組成要素，很大程度上決定了土地利用格局以及ESV的空間分布，目前基于地形視角開展的LUCC與ESV的已有研究中，多從坡度、高程、地形位指數(shù)和地形起伏度等方面論述土地利用或者ESV在地形梯度上的分布特征[24-26]，基于地形梯度從空間上解析LUCC對ESV影響的相關(guān)研究鮮有報道。土地利用變化圖譜能夠映射土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換方式以及發(fā)生轉(zhuǎn)換的空間位置，熱點分析工具能夠有效識別ESV在空間上的變化特征并對其進(jìn)行可視化表達(dá)。因此，在考慮地形梯度的基礎(chǔ)上結(jié)合土地利用變化圖譜和熱點分析能從空間上更好地探究區(qū)域LUCC對ESV的影響。滇中城市群作為國家重點培育的19個城市群之一，位于中國的西南部，是典型的喀斯特地貌區(qū)，其山地多，地形起伏大，地形條件對于區(qū)域的土地利用格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮影響顯著。它不僅是促進(jìn)云南發(fā)展的強(qiáng)大引擎，同時也承載著極重要的生態(tài)功能。

隨著近些年滇中城市群城鎮(zhèn)化加快，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對自然資源需求不斷增長，導(dǎo)致土地利用方式轉(zhuǎn)變頻繁，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力不斷弱化。因此，本研究基于地形梯度分析滇中城市群LUCC和ESV變化特征，結(jié)合熱點分析工具對ESV的變化進(jìn)行可視化表達(dá)，并利用土地利用變化圖譜和ESV損益表探究LUCC對ESV的影響，以期為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)土地可持續(xù)利用提供理論借鑒和科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

滇中城市群是位于云南省中部最發(fā)達(dá)區(qū)域的城市集群，涵蓋昆明、曲靖、玉溪、楚雄4個州市及紅河州北部7個縣市，共49個縣(市、區(qū))，總面積約1.11×107hm2，占云南省總面積的28.3%(見封2附圖2)。滇中城市群是典型的喀斯特地貌區(qū)，屬于低緯度高海拔地區(qū)，境內(nèi)地形差異較大，立體氣候特征明顯，生物資源豐富，森林覆蓋率超過50%，河流水系發(fā)達(dá)，是區(qū)域重要的生態(tài)屏障。2019年末常住人口2 143.76萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值1.41萬億元，分別占全省的44.1%，60.7%，城鎮(zhèn)化率58.94%，比全省平均水平高10%，乃云南省最重要、最具發(fā)展活力的區(qū)域。近些年隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對自然資源需求不斷增長，生態(tài)用地與建設(shè)需求的矛盾愈發(fā)突顯，區(qū)域正面臨城鎮(zhèn)化快速發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的雙重壓力。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究涉及的土地利用數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心和自然資源部研制的2000，2010年和2020年3個時期的30 m空間分辨率全球地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobeLand30(http:∥www.globallandcover.com/)，所使用的分類影像主要包括美國Landsat的TM5，ETM+，OLI多光譜影像和中國HJ-1多光譜影像，2020年的數(shù)據(jù)還使用了16 m分辨率的GF-1多光譜影像，其中2000年和2010年數(shù)據(jù)總體精度為83.50%，kappa系數(shù)0.78，2020年數(shù)據(jù)總體精度為85.72%，kappa系數(shù)0.82。DEM數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn/)。通過鑲嵌和裁剪等預(yù)處理獲得研究區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)，為了便于后期ESV分析，將滇中城市群土地利用類型重分類為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6大類。其他數(shù)據(jù)來源于《云南省統(tǒng)計年鑒(2000—2020年)》《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益統(tǒng)計資料匯編(2000—2020年)》。

2.2 研究方法

2.2.1 地形梯度測算方法 采用地形位指數(shù)來度量滇中城市群的地形梯度。地形位指數(shù)是在提取研究區(qū)的高程和坡度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上由ArcGIS軟件中的柵格計算器計算所得，利用自裂法將計算得到的結(jié)果從低到高劃分為5個梯度(見封2附圖2)，依次為0.07～0.85(梯度1)，0.85～1.18(梯度2)，1.18～1.45(梯度3)，1.45～1.69(梯度4)和1.69～2.87(梯度5)，從而定量分析不同地形梯度下土地利用和ESV的分布特征[24]，計算公式為：

(1)

2.2.2 土地利用變化測算方法

(1) 土地利用動態(tài)度。土地利用動態(tài)度能有效反映各土地類型面積在一定時期內(nèi)發(fā)生變化的幅度[27]。本研究通過測算各地類的單一土地利用動態(tài)度來分析研究區(qū)LUCC特征，公式為：

(2)

式中：K為某土地類型的單一土地利用動態(tài)度(%);Ua,Ub分別為某土地類型在研究期開始和結(jié)束時的面積(hm2);T為研究時段。

(2) 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是分析某區(qū)域各土地類型在研究期間相互轉(zhuǎn)化情況的有效方法。本研究通過ArcGIS軟件中的柵格計算器得到研究區(qū)2000—2010年和2010—2020年兩期土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[28]，從而探究地類的轉(zhuǎn)移情況。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算方法 本研究以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能衡量相應(yīng)土地利用類型的ESV，建立LUCC與ESV之間的關(guān)聯(lián)。謝高地結(jié)合中國國情對Costanza等[29]提出的全球ESV評估模型進(jìn)行改進(jìn)，提出了當(dāng)量因子法——中國目前應(yīng)用范圍最廣的ESV評估方法，本文采用2015年最新改進(jìn)的單位面積ESV當(dāng)量表[30]，并結(jié)合滇中城市群單位面積農(nóng)田糧食生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價值量[31]和云南省生物量因子(0.64)[32]對ESV當(dāng)量表進(jìn)行修正得到研究區(qū)ESV系數(shù)表。此外，由于謝高地等并未對建設(shè)用地進(jìn)行ESV當(dāng)量賦值，但人類活動可能會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值產(chǎn)生各種正面或負(fù)面的影響，為更好地表征研究區(qū)城市化的快速發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，本研究參考鄧舒洪[33]對建設(shè)用地價值當(dāng)量的賦值來修正研究區(qū)ESV當(dāng)量表。

1個ESV當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值等同于研究區(qū)本年度平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7[31]，鑒于本研究探討的是土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，為方便不同時期的對比研究，要避免農(nóng)作物價格波動對總價值量的影響，因此選取研究區(qū)2000—2018年3種主要農(nóng)作物(稻谷、小麥和玉米)的播種面積、產(chǎn)量以及近20 a間3種作物的平均價格作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由下列公式計算出研究區(qū)單位面積農(nóng)作物生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價值為1 214.87(元/hm2)。

(3)

式中：En為研究區(qū)單位面積農(nóng)作物生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價值(元/hm2);i為農(nóng)作物種類;oi,pi和qi分別為i種農(nóng)作物的播種面積(hm2)、單產(chǎn)(kg/hm2)和平均價格(元/kg);M為3種農(nóng)作物(稻谷、小麥和玉米)的總面積。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)價值量和云南省生物量因子得到研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表(表1)。其中，結(jié)合研究區(qū)土地資源現(xiàn)狀和已有研究[34]，耕地取旱地和水田的均值；林地取針葉林、針闊混交林、闊葉林和灌木四者均值；草地取草原、灌草叢、草甸三者均值；水域?qū)?yīng)水系；未利用地取荒漠和裸地二者均值；建設(shè)用地當(dāng)量賦值參考鄧舒洪[33]的研究。

表1 滇中城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù) 元/(hm2·a)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式如下：

ESV=∑(Ai·VCi)

(4)

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;Ai是第i種土地類型的面積; VCi是第i種土地類型的ESV系數(shù)。

2.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值熱點分析 熱點分析工具能夠用來觀測研究區(qū)ESV變化在空間上形成的高值聚類(熱點)和低值聚類(冷點)的分布格局[23]，公式為:

(5)

(6)

(7)

2.2.5 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響測算 結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)移矩陣測算不同地類之間的轉(zhuǎn)化帶來的ESV損益，由此分析LUCC對ESV的影響。ESV損益計算公式為[35]：

PLij=(VCj-VCi)×Aij

(8)

式中：PLij為i種地類轉(zhuǎn)為j種地類導(dǎo)致的ESV損益; VCi，VCj分別為第i,j種地類的ESV系數(shù);Aij為i種地類轉(zhuǎn)為j種地類的面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 土地利用數(shù)量變化 對3期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和計算，得到滇中城市群研究期內(nèi)各地類的面積和土地利用動態(tài)度(表2)。從面積變化來看，耕地、林地和建設(shè)用地變化顯著，耕地先增后減，2000—2020年共減少1.21×105hm2；林地持續(xù)遞減，但減少幅度放緩，2000—2010年減少9.50×104hm2，2010—2020年減少2.43×104hm2；建設(shè)用地大幅增加，共增加2.16×105hm2。從地類結(jié)構(gòu)來看，研究區(qū)內(nèi)林地分布最為廣泛，其次是耕地和草地，三者占比總和超過95%。從動態(tài)度來看，變化最劇烈的是建設(shè)用地，其動態(tài)度由1.58%變?yōu)?7.32%。發(fā)生上述變化的主要原因有：2000—2010年，紅河州實施土地整治項目，導(dǎo)致耕地增加；2010—2020年，由于建設(shè)用地的侵占又導(dǎo)致耕地減少。近年來政府加大對旅游基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的投資，鼓勵建設(shè)小集鎮(zhèn)，導(dǎo)致建制鎮(zhèn)、村莊居民點等建設(shè)用地面積增加；研究期正處于國家積極推行退耕還林還草政策時期，受政策影響林地減少速度有所放緩但依然處于減少趨勢，主要是由于云南省將80%退耕還林還草任務(wù)分配給貧困區(qū)縣用來助力地區(qū)增收，研究區(qū)并非退耕還林還草項目實施的重點區(qū)域，受政策影響增加的林地面積還不足以平衡因建設(shè)用地擴(kuò)張侵占的林地面積。

表2 2000-2020年滇中城市群土地利用變化

3.1.2 土地利用的地形梯度分異 滇中城市群不同土地利用類型在地形梯度上的分布有所差異(圖1)。①耕地、水域和建設(shè)用地的面積隨地形梯度增大而減少，主要是因為海拔低、坡度小的區(qū)域有利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展，這直接決定了耕地的分布格局，耕地的分布狀況往往代表了人口的集聚程度，人口的集聚程度又決定了建設(shè)用地的分布，水域更宜在低地形梯度積聚，地形梯度越低，水域面積越大； ②林地面積隨著地形梯度增大而增大，主要是因為海拔高、坡度大的區(qū)域由于氣候條件限制和人為干擾較少，側(cè)面保護(hù)了林地的生長環(huán)境； ③草地面積在各梯度上分布較均勻，主要是因為草地的生長對地形梯度的適宜性較強(qiáng)； ④未利用地面積所占比重過小，無明顯變化。

圖1 滇中城市群土地利用的地形梯度分異

3.2 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 根據(jù)滇中城市群ESV系數(shù)(表1)和各地類面積(表2)，計算得到滇中城市群不同服務(wù)類型(表3)和不同地類的ESV(表4)及49個區(qū)縣各地類的ESV分布(表5)。可以看出，研究期內(nèi)ESV總量呈持續(xù)下降趨勢，2000—2010年下降29.48億元，2010—2020年下降29.43億元。 ①從服務(wù)類型來看(表3)，各項服務(wù)的ESV從高到低依次為：調(diào)節(jié)服務(wù)>支持服務(wù)>供給服務(wù)>文化服務(wù)，其中調(diào)節(jié)服務(wù)在研究區(qū)整個生態(tài)系統(tǒng)中處于優(yōu)勢地位，貢獻(xiàn)最大的為水文調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)，兩者價值量總占比超過50%。主要原因是調(diào)節(jié)服務(wù)的主要供給源為林地和水域，研究區(qū)內(nèi)林地為主要地類，且還有“三江六湖”等豐富的水資源。但值得注意的是，調(diào)節(jié)服務(wù)的ESV減少幅度也很明顯，2000—2020年共減少32.53億元。為了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)重點保護(hù)在提供ESV中占重要地位的林地、草地和水域等土地利用類型。 ②從土地類型來看(表4)，各地類的ESV總量從高到低依次為：林地>草地>水域>耕地>未利用地>建設(shè)用地，其中林地和建設(shè)用地的ESV持續(xù)減少，且建設(shè)用地是唯一一種對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響的地類，減少的原因主要是因為建設(shè)用地擴(kuò)張侵占了其他土地利用類型，且建設(shè)用地依然有持續(xù)增加的態(tài)勢，應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)用地的無節(jié)制擴(kuò)張。 ③從各行政區(qū)土地類型的ESV來看(表5)，耕地、林地、草地和水域價值量最高的區(qū)域分別是宣威市、楚雄市、會澤縣、澄江市，建設(shè)用地產(chǎn)生負(fù)價值最多的區(qū)域是官渡區(qū)，這與各行政區(qū)內(nèi)的地類面積大小相關(guān)。

表3 滇中城市群不同服務(wù)類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

表4 滇中城市群不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時間變化的地形梯度分異 滇中城市群各服務(wù)類型和各地類的ESV在地形梯度上的分布如圖2—3所示。

由圖2—3可知：①從服務(wù)類型來看(圖2)，水文調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)服務(wù)的ESV處于領(lǐng)先地位，2000—2010年變化最明顯的服務(wù)類型是水文調(diào)節(jié)，其ESV減少量主要分布在低地形梯度；2010—2020年ESV發(fā)生變化的服務(wù)類型數(shù)量增多，其中水文調(diào)節(jié)是唯一一種ESV呈正向變化的服務(wù)類型，其ESV變化量隨地形梯度增大而減少?？偟膩砜?，各服務(wù)類型的ESV變化量均呈負(fù)向變化，且ESV減少量隨地形梯度增大而減少。 ②從土地類型來看(圖3)，林地、水域和建設(shè)用地的ESV在地形梯度上的變化顯著，林地的ESV隨地形梯度增大而增大，水域隨地形梯度增大而減小，林地的變化主要集中在高地形梯度，水域和建設(shè)用地的變化主要集中在低地形梯度。2000—2020年ESV總量變化呈負(fù)向變化，變化量隨地形梯度增大而減小，水域和建設(shè)用地的ESV減少是導(dǎo)致ESV總量呈負(fù)向變化的主要源頭，表明低地形梯度區(qū)域的ESV更易遭到人類活動的干擾，因此嚴(yán)格控制建設(shè)用地增量的同時還應(yīng)最大程度地保護(hù)江河湖泊等水域不被破壞。

圖3 滇中城市群不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及總值的地形梯度分異

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間變化的地形梯度分異 將ESV分布圖和地形梯度圖疊加分析，得到滇中城市群49個區(qū)縣ESV的地形梯度分異圖(圖4)。從ESV總量分布來看，研究區(qū)ESV空間分異特征較顯著，中部和南部區(qū)域的ESV相對較低，生態(tài)重心逐漸向楚雄市和曲靖市等西部和北部區(qū)域轉(zhuǎn)移，這與區(qū)縣的地形梯度分布相吻合，高地形梯度區(qū)域擁有較高ESV，低地形梯度區(qū)域則與之相反，由此可見ESV一定程度上受地形梯度的影響。主要是因為ESV高值區(qū)域本身就處于海拔高，坡度大的地段，森林覆蓋率高，具有良好的自然生態(tài)本底，人類活動干擾小，平衡了其人造地表擴(kuò)張所帶來的價值量的損失，而ESV低值區(qū)海拔低、坡度小、易開發(fā)，人口密集導(dǎo)致城市開發(fā)強(qiáng)度相對也較高、較密。

圖4 滇中城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的地形梯度分異

3.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的熱點分析 將ESV變化熱點分析圖與地形梯度圖疊加分析，得到滇中城市群ESV變化冷熱點區(qū)的空間分布圖(圖5)。圖5顯示，2000—2010年，ESV變化的熱點和冷點區(qū)域數(shù)量相對較少，說明該時間段內(nèi)ESV變化不劇烈，增值熱點區(qū)主要分布在曲靖市的馬龍區(qū)和沾益區(qū)，冷點區(qū)主要分布在紅河州的建水縣、開遠(yuǎn)市、個舊市和蒙自市；2010—2020年，研究區(qū)ESV冷熱點區(qū)分布范圍變廣，增值熱點區(qū)主要分布在石屏縣、建水縣、通?？h、峨山彝族自治縣和元江哈尼族彝族傣族自治縣，損失冷點區(qū)主要分布在昆明市中部的部分區(qū)縣。值得注意的是，ESV變化的冷熱點區(qū)主要集中在低地形梯度區(qū)域，西部和北部等高地形梯度區(qū)域未發(fā)現(xiàn)冷熱點區(qū)，主要原因是低地形梯度區(qū)域人口和經(jīng)濟(jì)資源集聚，城鎮(zhèn)擴(kuò)張不斷侵占其他生態(tài)用地，導(dǎo)致大量ESV較高的地類逐漸流失。因此有必要嚴(yán)格控制滇中城市群冷點區(qū)域范圍，結(jié)合地形梯度分異規(guī)律對生態(tài)系統(tǒng)展開監(jiān)測、保護(hù)和修復(fù)等工作。

圖5 滇中城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化冷熱點區(qū)的空間分布格局

3.3 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣得到ESV損益表(表6—7)。結(jié)果表明：2000—2010年，耕地轉(zhuǎn)林地、草地和水域以及草地轉(zhuǎn)林地是導(dǎo)致ESV增值的主要類型，林地轉(zhuǎn)耕地和草地以及水域轉(zhuǎn)耕地、林地和草地是導(dǎo)致ESV損失的主要類型；2010—2020年，耕地和草地轉(zhuǎn)林地是導(dǎo)致ESV增值的主要類型，耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地以及林地轉(zhuǎn)耕地和草地是導(dǎo)致ESV損失的主要類型。其中耕地轉(zhuǎn)林地對ESV增值貢獻(xiàn)最大，2000—2010年和2010—2020年分別使ESV增值13.48億元和18.28億元，林地轉(zhuǎn)耕地對ESV損失貢獻(xiàn)最大，2000—2010年和2010—2020年分別使ESV損失17.08和18.18億元，此外，各地類向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的ESV損失也不容忽視，尤其在2010—2020年造成ESV共損失43.85億元。由此可見，林地和水域的轉(zhuǎn)出以及耕地和建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入是造成研究區(qū)ESV損失的主要原因，相反林地和水域等生態(tài)價值系數(shù)較高的地類的轉(zhuǎn)入則會導(dǎo)致研究區(qū)ESV增值。

表6 2000-2010年滇中城市群土地利用轉(zhuǎn)移和ESV損益矩陣

選取對研究區(qū)ESV損益貢獻(xiàn)最大的幾種土地利用轉(zhuǎn)移類型制成土地利用變化圖譜，將其與地形梯度圖疊加，得到滇中城市群ESV損益的空間分布圖(圖6)。

從圖6可以看出，2000—2010年，ESV增值區(qū)主要分布在師宗縣和元江哈尼族彝族傣族自治縣，得益于區(qū)域內(nèi)各地類向水域和林地的轉(zhuǎn)移。ESV損失區(qū)主要分布在麒麟?yún)^(qū)、昆明市中部和紅河州北部的部分區(qū)縣，損失的原因主要是建設(shè)用地的占用；2010—2020年，ESV增值區(qū)范圍變大，主要分布在會澤縣、宣威市、富民縣、師宗縣和紅河州北部，主要是受益于退耕還林還草政策的實施。昆明市中部區(qū)域由于城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展對ESV產(chǎn)生了一系列負(fù)面影響，依然是ESV損失區(qū)。分析可知，近20 a來，中部區(qū)域由于海拔低、坡度小，人口密集且建設(shè)用地迅速擴(kuò)張導(dǎo)致ESV受損嚴(yán)重，為有效改善滇中城市群生態(tài)環(huán)境，可以采取相應(yīng)的人工措施或限制性政策，如通過改造低效林草地、優(yōu)化林相結(jié)構(gòu)、復(fù)綠裸地或難利用地以及深入推進(jìn)新一輪退耕還林還草政策等來提升研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

表7 2010-2020年滇中城市群土地利用轉(zhuǎn)移和ESV損益矩陣

圖6 滇中城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損益空間分布格局

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

本研究以位于典型高原喀斯特地貌區(qū)的滇中城市群為例，結(jié)合其特殊的地域背景引入地形位指數(shù)，探討2000—2020年期間研究區(qū)土地利用和ESV在地形梯度上的分布特征及LUCC對ESV的影響。研究結(jié)果顯示： ①土地利用和ESV在地形梯度上的分布差異顯著。這種差異分布是由自然、社會經(jīng)濟(jì)和相關(guān)政策共同影響的結(jié)果。自然因素主要體現(xiàn)為地形初步?jīng)Q定了研究區(qū)的土地利用方式和ESV水平，高地形梯度區(qū)域植被類型豐富，導(dǎo)致ESV較高，這與楊鎖華等[26]研究結(jié)論類似；社會經(jīng)濟(jì)因素主要是通過人口分布和城市發(fā)展逐漸改變區(qū)域土地利用狀況進(jìn)而直接或間接地影響ESV水平，表現(xiàn)為低地形梯度區(qū)域由于人類活動干擾大，逐步演變成農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)發(fā)展的重點區(qū)域，導(dǎo)致ESV較低，這與陳奕竹等[24]研究結(jié)論相類似；政策因素主要體現(xiàn)為地方政府以生態(tài)保護(hù)為目標(biāo)采取了一系列的退耕還林、還草、還湖等相關(guān)措施。值得注意的是，相關(guān)政策雖然對林草地和水域等ESV系數(shù)較高的地類起到了一定的保護(hù)作用，但滇中城市群作為城鎮(zhèn)化快速發(fā)展中的區(qū)域，受政策影響增加或保護(hù)的生態(tài)用地面積不足以平衡建設(shè)擴(kuò)張侵占的面積。因此，今后在制定生態(tài)保護(hù)政策時應(yīng)遵循研究區(qū)地形的層級性分布規(guī)律因地制宜地實施相關(guān)措施。低地形梯度區(qū)域不僅是城鎮(zhèn)發(fā)展區(qū)，更是研究區(qū)耕地和“三江六湖”等水域的重點分布區(qū)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時要重點保護(hù)耕地和水域。高地形梯度區(qū)域林地和草地分布較為廣泛，但因自然條件限制，生態(tài)環(huán)境較敏感脆弱，要嚴(yán)格限制人類活動對生態(tài)環(huán)境的破壞。 ②滇中城市群LUCC對ESV影響顯著。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，直接影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。林地、草地和水域作為研究區(qū)構(gòu)成ESV的主體，對氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)以及生物多樣性保護(hù)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有關(guān)鍵作用，它們的下降將導(dǎo)致研究區(qū)ESV損失，從而對區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展造成不良影響。因此，林地、草地和水域?qū)τ诰S護(hù)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有十分重要的作用，今后在土地利用規(guī)劃中需重點保護(hù)林地、草地和水域。還需注意的是，應(yīng)重點關(guān)注研究區(qū)ESV變化的冷點區(qū)和熱點區(qū)。就ESV增值熱點區(qū)而言，要盡可能地維持和提升其ESV，充分利用生態(tài)保護(hù)政策進(jìn)一步提升其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力；就ESV損失冷點區(qū)而言，主要任務(wù)為協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的矛盾，嚴(yán)格控制建設(shè)用地規(guī)模，提高建設(shè)用地的集約利用程度，并繼續(xù)深入推進(jìn)農(nóng)村居民點整治和城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤工作。本研究從數(shù)量和空間兩個角度度量LUCC對ESV的影響，不僅能夠從宏觀上掌握區(qū)域ESV對LUCC的響應(yīng)情況，還能夠為有關(guān)部門進(jìn)行土地利用空間調(diào)控，因地制宜地提升區(qū)域ESV提供決策依據(jù)[23]。

本研究采用謝高地等[30]提出的基于單位面積價值當(dāng)量因子的方法計算研究區(qū)內(nèi)的ESV，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合滇中城市群快速城鎮(zhèn)化的背景，引入建設(shè)用地價值當(dāng)量[33]，對研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表進(jìn)行了修正。與其他方法相比，該方法計算簡單且評估較全面，是目前中國適用范圍最廣的方法，研究結(jié)果客觀，具有很好的代表性，可為滇中城市群土地利用與生態(tài)文明建設(shè)提供理論參考和借鑒。但需指出的是，本研究在對單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量賦值時，僅對一級地類進(jìn)行賦值，今后的研究可以考慮進(jìn)一步細(xì)分到二級地類，將每一種地類賦予與其生態(tài)功能相一致的價值系數(shù)，從而提高ESV測算結(jié)果的精確度。

4.2 結(jié) 論

(1) LUCC方面，滇中城市群2000—2020年期間各土地利用類型均有不同程度的變化且在地形梯度上呈差異分布。從數(shù)量上來看，耕地、林地和水域減少，草地、建設(shè)用地和未利用地增加，建設(shè)用地面積變化最為劇烈，增加了2.16×105hm2；從轉(zhuǎn)移上來看，2000—2020年，地類之間的轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在耕地、林地和草地之間，其次是耕地、林地和草地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移，其中建設(shè)用地總轉(zhuǎn)入面積由2.57×104hm2增加到21.08×104hm2；從地形梯度來看，耕地、水域和建設(shè)用地主要分布在低地形梯度區(qū)域，林地主要分布在高地形梯度，草地在各地形梯度均有分布。

(2) ESV方面，滇中城市群ESV空間分異特征較顯著，ESV高值區(qū)主要位于海拔高且坡度大的西部和北部區(qū)域，ESV低值區(qū)則主要位于低海拔、坡度小的中部和南部區(qū)域。2000—2010年，馬龍區(qū)和沾益區(qū)為主要的ESV增值熱點區(qū)，紅河州的建水縣、開遠(yuǎn)市、個舊市和蒙自市為主要損失冷點區(qū)；2010—2020年冷熱點區(qū)域發(fā)生變化，ESV增值熱點區(qū)主要分布在紅河州和玉溪市交界處的部分區(qū)縣，損失冷點區(qū)主要分布昆明市中部?？偟膩砜?，ESV變化區(qū)域主要位于低地形梯度。

(3) LUCC對ESV的影響方面，其他地類向林地和水域的轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致滇中城市群ESV增值的主要原因，而林地和水域的流失以及建設(shè)用地對耕地的侵占則導(dǎo)致滇中城市群ESV損失巨大。林地和水域作為滇中城市群主要的生態(tài)用地，生態(tài)價值系數(shù)最高，應(yīng)重點保護(hù)，還要嚴(yán)格控制建設(shè)用地規(guī)模，加強(qiáng)對建設(shè)用地的動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警。