林 菲, 池澤龍, 楊 偉, 劉 庚, 馬小紅, 常 博

(太原師范學(xué)院 汾河流域科學(xué)發(fā)展研究中心, 山西 晉中 030619)

土地利用/覆被變化(land use/cover change， LUCC)是全球氣候變化的主要原因之一，是驅(qū)動(dòng)人類活動(dòng)和自然環(huán)境變化的關(guān)鍵因素，它通過(guò)改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[1-2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosystem services， ES)是指人類可直接或間接地從自然生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益，通常將這種惠益分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)[3-4]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ecosystem services value， ESV)量化評(píng)估有助于高效配置土地資源，優(yōu)化區(qū)域土地利用格局，實(shí)現(xiàn)土地集約化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展[5-7]。

因此LUCC對(duì)ESV影響的定量研究成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)，遙感、GIS等先進(jìn)技術(shù)手段與空間分析方法也逐漸融合到研究當(dāng)中[8-12]。土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究在我國(guó)許多流域已廣泛展開，湯潔等[13]研究發(fā)現(xiàn)，1989—2012年遼河流域ESV呈下降趨勢(shì)，耕地的開發(fā)導(dǎo)致濕地和水域的退化是下降的主要原因。何毅等[14]對(duì)1998—2018年漓江流域研究發(fā)現(xiàn)ESV先增加后減少，與林地面積變化基本一致。朱利英等[15]研究也發(fā)現(xiàn)，1980—2015年北運(yùn)河流域土地利用ESV先增加后減少，城鎮(zhèn)和水體的ESV貢獻(xiàn)率最大。因此，LUCC的時(shí)空格局變異直接影響ESV，相關(guān)研究的開展有助于了解流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力及空間分布差異和變化趨勢(shì)等特征，為針對(duì)性地制定生態(tài)保護(hù)措施提供背景資料和理論參考[16-17]。

近年來(lái)，在人類活動(dòng)強(qiáng)度不斷加大和全球氣候變化等因素的共同作用下，汾河流域植被減少退化，水質(zhì)污染，供需矛盾突出，水土流失問(wèn)題日益凸顯。學(xué)者在汾河流域開展了土地利用變化的研究工作，但這些研究多集中在部分河段或較短的時(shí)間序列[18-22]，針對(duì)整個(gè)流域LUCC長(zhǎng)時(shí)間時(shí)空變異對(duì)ESV影響的研究匱乏[23]。此外，2017年山西省全面啟動(dòng)了汾河流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作，這一工作的順利進(jìn)行，全面取決于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)的成效。因此，本文以汾河流域1980，1990，2000，2010年和2020年5個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的土地利用數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，分析1980—2020年汾河流域土地利用格局的變化，用修正的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值強(qiáng)度(ESVI)、動(dòng)態(tài)度(EV)表征流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的總價(jià)值的時(shí)空變化特征，通過(guò)馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣、價(jià)值損益流向表探討LUCC影響下ESV對(duì)土地利用方式的空間依賴性，這些問(wèn)題的探討為生態(tài)修復(fù)工程和土地利用調(diào)控提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

汾河是黃河的第二大支流，汾河流域地處山西省的中部和西南部，位于黃土高原東部，包括全省9個(gè)地市的51個(gè)市(縣、區(qū))，流域地形為一條地塹型縱谷，流域面積39 721 km2，占山西省國(guó)土面積的25.3%(110°30′—113°32′E，35°20′—39°00′N)。流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，為半干旱、半濕潤(rùn)氣候過(guò)渡帶，雨熱同季，光熱資源較為豐富。年均氣溫為10 ℃，多年均降水量為500 mm。主要的土壤類型為褐土、棕壤、淺色草甸土和淡褐土。汾河流域是山西省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)，人口密度最高、城鎮(zhèn)最集中區(qū)域，生態(tài)功能區(qū)域以及糧棉主要產(chǎn)區(qū)，在全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定中占有十分重要的地位[24]。但近年來(lái)，由于流域內(nèi)人口增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)度開采，使得大部分區(qū)域植被覆蓋率低，再加上黃土丘陵溝壑區(qū)造成的支離破碎的地形使得流域內(nèi)水土流失嚴(yán)重。在行政區(qū)劃上，汾河流經(jīng)忻州、太原、呂梁、晉中、臨汾、運(yùn)城6個(gè)地市，主要涉及35個(gè)縣域(涉及面積極小的縣域不統(tǒng)計(jì)在內(nèi))。按照流域自然地形特點(diǎn)和不同流域段河流水文狀況，將汾河分為上游(包括寧武縣、靜樂縣、嵐縣、婁煩縣和古交市)、中游(包括陽(yáng)曲縣、太原市市轄區(qū)、壽陽(yáng)縣、晉中市市轄區(qū)、交城縣、清徐縣、文水縣、太谷縣、祁縣、汾陽(yáng)市、平遙縣、孝義市、介休市、交口縣、靈石縣、汾西縣和霍州市)和下游(包括洪洞縣、古縣、臨汾市轄區(qū)、浮山縣、襄汾縣、翼城縣、曲沃縣、河津市、稷山縣、新絳縣、萬(wàn)榮縣、侯馬市和絳縣)3段[25]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1980，1990，2000，2010和2020年汾河流域土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)院數(shù)據(jù)中心，中國(guó)多時(shí)期土地利用/土地覆被遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集(CNLUCC)，空間分辨率為30 m(http:∥www.resdc.cn)[26]。其中1980年土地利用重建主要使用Landsat-MSS遙感影像數(shù)據(jù)，1990，2000和2010年各期數(shù)據(jù)的遙感解譯主要使用Landsat-TM/ETM遙感影像數(shù)據(jù)，而2020年土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)更新主要使用Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)。DEM(digital elevation model)數(shù)字高程數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，參照中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心土地分類系統(tǒng)，結(jié)合汾河流域土地利用類型特點(diǎn)，將研究區(qū)土地類型分為6種1級(jí)類型：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。社會(huì)與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于1990—2020年《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》等統(tǒng)計(jì)資料。

1.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣用于反映在研究時(shí)期初至末汾河流域各用地類型面積間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程[27]。計(jì)算公式為：

(1)

式中：S為面積(km2);n為汾河流域土地利用類型數(shù);i,j分別為研究初末期土地利用類型。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

在Costanza等[3]提出的ESV研究的基礎(chǔ)上，參考謝高地等[28-29]建立的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，其中建設(shè)用地采用李曉賽等[30]的研究結(jié)果來(lái)獲取汾河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項(xiàng)目的當(dāng)量因子(表1)。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子為單位面積糧食價(jià)值的1/7，結(jié)合研究區(qū)域具體情況，1980—2020年汾河流域平均糧食產(chǎn)量為3 537.72 kg/hm2，2020年平均糧食價(jià)格為2.35元/kg，因此修正得到汾河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子為1 187.66元/hm2。結(jié)合表1得到研究區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)項(xiàng)目?jī)r(jià)值系數(shù)。

表1 汾河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子

根據(jù)以下計(jì)算公式，得到各年份汾河流域土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)。

VCi=Fi·V

(2)

(3)

(4)

式中：Fi為第i類土地類型的當(dāng)量因子;V為修正后的單位當(dāng)量因子(元/hm2); VCi為i地類的ESV系數(shù)(元/hm2); ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(元);Ai為i地類的面積(hm2); ESVf為第f項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值(元); VCfi為i地類的第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(元)。

1.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度和強(qiáng)度

選取生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度(EV)用于描述1980—2020年汾河流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化趨向及其程度，計(jì)算方法參考前人研究結(jié)果[17]。用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值強(qiáng)度(ESVI)來(lái)表征研究區(qū)行政區(qū)劃單位流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值的空間分布[11,31]。

1.6 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流向分析

本研究利用馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣，來(lái)計(jì)算各土地利用類型轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)和不同地類之間相互轉(zhuǎn)化所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的損益，分析土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響[32-33]。

1.7 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析是用于衡量土地利用及ESV的空間分布是否具有集聚性，包含全局和局部空間自相關(guān)兩個(gè)方面[34]。Anselin[35]在此基礎(chǔ)上提出雙變量空間自相關(guān)，來(lái)揭示空間單元屬性值與鄰近空間上其他屬性值的相關(guān)性。本文空間自相關(guān)分析采用GeoDa 1.14.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化

1980—2020年汾河流域土地利用情況如圖1所示。由圖1可以看出，不同地類的比例差異明顯。汾河流域主要土地利用類型為耕地、林地和草地，分別占流域總面積的39.21%～41.75%，28.06%～28.61%和23.91%～25.70%，3者面積之和約占流域總面積的90%以上。汾河流域耕地和草地面積逐年減少，分別由1980年的41.75%和25.70%減少到2020年的39.21%和23.91%，面積分別減少了1 029.76和724.96 km2。林地的面積呈1980—2000年減少，2000—2020年總體增加的趨勢(shì)。水域總體減少，未利用地?zé)o變化。建設(shè)用地規(guī)模不斷外延，面積逐年增加，由1980年的3.49%增加到2 020年的7.69%，增加了1 703.64 km2。由圖1可知，汾河流域土地利用具有顯著的空間差異性。1980—2020年，太原盆地耕地減少最為顯著，主要因?yàn)樘璧貎?nèi)大面積的退耕還林還草和城市建設(shè)用地的擴(kuò)張。林地主要分布在呂梁山，太行山等山系。建設(shè)用地在各地級(jí)城市集中，2000—2010年擴(kuò)張明顯。1980—2020年耕地和草地持續(xù)減少，是所有土地利用類型中減少速度最快的兩類。4個(gè)時(shí)期的土地變化速率在2000—2010年較為強(qiáng)烈，建設(shè)用地動(dòng)態(tài)度最高，未利用地和水域次之。1980—1990年、1990—2000年、2010—2020年各地類動(dòng)態(tài)度遠(yuǎn)小于2000—2010年，說(shuō)明土地利用表現(xiàn)為先劇烈變化后趨于穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。

圖1 汾河流域1980—2020年土地利用類型

土地轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在耕地、林地、草地和建設(shè)用地之間。1980—2000年汾河流域的耕地面積減少270.4 km2，主要轉(zhuǎn)向建設(shè)用地，占比為79.63%。草地和水域面積的減少主要轉(zhuǎn)向耕地，占比分別為80.25%和68.47%。2000—2020年汾河流域耕地轉(zhuǎn)移面積為1 928.05 km2，遠(yuǎn)高于1980—2000年的270.4 km2，主要轉(zhuǎn)向建設(shè)用地和草地，占比分別為67.19%和22.06%；草地轉(zhuǎn)移面積為1 172.43 km2，主要轉(zhuǎn)向耕地、林地和建設(shè)用地，占比分別為53.13%，23.95%和22.03%；林地和水域均主要轉(zhuǎn)向耕地和建設(shè)用地。不同時(shí)期汾河流域土地利用變化不同，但2000—2020年比1980—2000年的土地變化范圍更大。由表2可知，整個(gè)研究期(1980—2020)內(nèi)，汾河流域耕地持續(xù)轉(zhuǎn)出，轉(zhuǎn)出面積為2 140.19 km2，69.48%轉(zhuǎn)向建設(shè)用地；接下來(lái)為草地轉(zhuǎn)向耕地。其次，以建設(shè)用地?cái)U(kuò)張為主，共有1 486.94 km2耕地，87.48 km2林地，274.71 km2草地，27.01 km2水域轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)間變化特征

根據(jù)公式計(jì)算出1980—2020年研究區(qū)各個(gè)土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和不同年份生態(tài)服務(wù)項(xiàng)目的ESV值(表3—4)。1980年汾河流域總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為528.327億元，隨后呈逐年減少的趨勢(shì)，至2020年ESV值為493.402億元。1980—2000年ESV減少1.184%，2000—2020年ESV減少5.491%。各地類ESV中，林地ESV占比最大，1980—2020年占比均大于56%，其次為耕地和草地，兩者平均占比分別為26.35%和16.91%。水域平均占比3.56%。根據(jù)圖1結(jié)果林地、耕地、草地和水域占流域總面積分別為28.06%～28.61%，39.21%～41.75%，23.91%～25.70%和0.73%～0.92%，其中，林地和水域以平均29%的面積占比貢獻(xiàn)了流域61%的ESV(表3)，說(shuō)明林地和水域?qū)Ψ诤恿饔蛏鷳B(tài)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)較大。1980—2020年，除了林地ESV增加1.10%，耕地、草地和水域ESV均減少。這與其土地利用面積占比變化趨勢(shì)一致。建設(shè)用地土地利用面積增加，但由于其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子為負(fù)值，因此其ESV減少。退耕還林政策的實(shí)施和城鎮(zhèn)化是導(dǎo)致這一變化的關(guān)鍵原因。自1978年改革開放以來(lái)，城市化進(jìn)程逐步加快。特別是2000年之后，建設(shè)用地加速擴(kuò)張。山西省城市化率由1990年的23.90%提升至2018年的58.41%。

表2 汾河流域1980—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表3 汾河流域1980—2020年各地類ESV時(shí)間變化

從表4可以看出，1980—2020年汾河流域4類一級(jí)ESV與總ESV變化一致，均為逐年減少(調(diào)節(jié)服務(wù)減少最多)，僅文化服務(wù)于2010年略有上升。一級(jí)服務(wù)類別中，占主要的為支持服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)，分別平均占總ESV的47.695%和36.268%。支持服務(wù)中以土壤形成與保護(hù)服務(wù)價(jià)值最高，平均占該類服務(wù)的42.896%；調(diào)節(jié)服務(wù)中以氣體調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最高，平均占該類服務(wù)的35.926%。各二級(jí)服務(wù)ESV中，水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值降幅最大，為29.116%；其次是廢物處理，為13.473%；原材料服務(wù)略有上升。

表4 汾河流域不同生態(tài)服務(wù)項(xiàng)目的ESV值 108元/a

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及動(dòng)態(tài)度空間分布特征

以縣為單元，對(duì)汾河流域所轄區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESVI)進(jìn)行空間分析，采用自然斷點(diǎn)法，將1980—2020年ESVI由低到高分為5個(gè)等級(jí)，將ESVI變化的動(dòng)態(tài)度(EV)分為快速下降(-0.827%～-0.539%)，較快下降(-0.539%～-0.216%)，緩慢下降(-0.216%～-0.065%)，緩慢下降至上升(-0.065%～0.017%)，平穩(wěn)上升(0.017%～0.233%)5個(gè)等級(jí)，結(jié)果如圖2所示。

汾河上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體處于較高水平，1980年除嵐縣ESVI為Ⅳ級(jí)外，其他4縣均處于Ⅴ級(jí)。2020年除嵐縣ESVI為Ⅲ級(jí)外，其余4縣為Ⅳ級(jí)。EV除嵐縣為較快下降，其余4縣為緩慢下降。汾河上游地處山區(qū)，林草覆蓋率較高，根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)圖(圖1)，上游林地和草地面積占比約66%，林草覆蓋率是中游的1.2倍，下游的1.9倍，但同時(shí)由于自然條件的限制，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，土地開發(fā)利用程度低，因此研究期內(nèi)ESVI和EV變化較緩。汾河中游17個(gè)縣，1980年有陽(yáng)曲縣、壽陽(yáng)縣、交城縣和交口縣ESVI為Ⅴ級(jí)，2020年只有交城縣ESVI為Ⅴ級(jí)，EV變化除汾西縣和陽(yáng)曲縣為緩慢下降至上升外，太原市市轄區(qū)、清徐縣、孝義市和介休市4個(gè)縣為快速下降，變化速度為平均水平的3倍，6個(gè)縣為較快下降，5個(gè)縣為緩慢下降。汾河中游地處太原盆地，地形平坦，人口密集，城鎮(zhèn)化水平較高，伴隨著建設(shè)用地面積的快速增加及耕地面積的減少，研究期內(nèi)ESVI和EV變化較多。汾河下游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體較低，1980年只有洪洞縣和古縣ESVI為Ⅳ級(jí)，2020年均為Ⅲ級(jí)及以下。13個(gè)縣中，9個(gè)縣EV的變化為下降。其余4個(gè)縣為緩慢下降至上升。汾河下游地勢(shì)較為平坦，交通便利，有利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但由于未科學(xué)合理地利用土地使得ESV較低。

通過(guò)相關(guān)分析可知，建設(shè)用地面積的變化是空間EV差異的主要影響因素(r2=0.42，p<0.001)，其次是耕地和水域面積的變化(r2=0.29，p<0.001；r2=0.15，p<0.01)?？焖俚墓I(yè)化和城市化導(dǎo)致汾河流域草地和水域等高價(jià)值地類的破壞，流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所下降，生態(tài)環(huán)境保護(hù)需求迫切。

2.4 土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

2.4.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流向特征 通過(guò)計(jì)算馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣得到1980—2020年研究區(qū)ESV損益流向(表5)，并分析LUCC對(duì)ESV的影響。分析結(jié)果表明，耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地和草地轉(zhuǎn)建設(shè)用地是ESV減少的主要原因，分別是ESV減少2 889.73和595.71萬(wàn)元，對(duì)ESV減少的貢獻(xiàn)率分別為59.59%和12.28%；草地轉(zhuǎn)林地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)耕地是主要的生態(tài)服務(wù)增值類型，分別使ESV增加了421.72和304.06萬(wàn)元，對(duì)ESV增加的貢獻(xiàn)率分別為32.47%和23.41%。其他土地利用類型向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移是研究區(qū)ESV下降的主要原因，而其他土地類型轉(zhuǎn)為林地和水域可使ESV價(jià)值升高，研究結(jié)果可以對(duì)制定改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的政策提供參考意見。

圖2 汾河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)及動(dòng)態(tài)度(EV)空間分布

表5 汾河流域1980—2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損益流向 萬(wàn)元

2.4.2 土地利用程度指數(shù)對(duì)ESVI的影響 為進(jìn)一步探究汾河流域各行政區(qū)土地利用程度與ESVI之間的空間關(guān)系，采用雙變量空間自相關(guān)分析結(jié)果顯示，Moran’I指數(shù)均小于0，表明土地利用程度與ESVI之間存在顯著的空間負(fù)相關(guān)關(guān)系。1980—2020年，局部Moran’I指數(shù)呈減少趨勢(shì)(1980年為-0.305 169；2000年為-0.302 468；2020年為-0.277 611)，體現(xiàn)了研究區(qū)局部空間負(fù)向自相關(guān)程度呈增加趨勢(shì)。在z檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上(p=0.05)繪制雙變量局部空間自相關(guān)LISA圖(圖3)，表征區(qū)域土地利用程度與其相鄰ESVI之間的局部空間關(guān)系。

由圖3可知，土地利用程度與ESVI呈高—高聚集的太原市；呈高—低集聚的區(qū)1980年是翼城和侯馬，2000年增加了新絳縣，到2020年只剩侯馬地區(qū)；呈現(xiàn)低—高聚集的區(qū)縣分布最為廣泛，主要分布在汾河中上游地區(qū)，包括寧武縣、靜樂縣、陽(yáng)曲縣、嵐縣、婁煩縣古交等地；呈低—低集聚的區(qū)只有絳縣，未發(fā)生空間分布變化。

1980—2020年研究區(qū)局部空間集聚存在明顯的相似性。汾河上游多是林地、草地分布區(qū)，林草地分布占所在區(qū)縣52%至76%，生態(tài)優(yōu)勢(shì)明顯。但是這些地區(qū)由于受到地形和交通的限制，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，因此空間上表現(xiàn)為低—高聚集特點(diǎn)。翼城、侯馬和新絳等地勢(shì)低平，多為黃土丘陵區(qū)。但交通便捷，發(fā)展規(guī)模較快，使得空間上表現(xiàn)為明顯的高土地利用程度—低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度的聚集格局。

圖3 汾河流域雙變量LISA分布及顯著性水平

3 討 論

本研究利用汾河流域1980—2020年5期Landsat-MSS/TM/ETM遙感影像解譯數(shù)據(jù)研究了流域土地利用變化特征，結(jié)果顯示1980—2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低。從2000年開始的退耕還林還草工程取得了一定成效，林地面積有所恢復(fù)，但整個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值并沒有呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，如何科學(xué)合理利用土地和協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展依然任重道遠(yuǎn)。此結(jié)論與伍博煒等[23]在研究汾河流域LUCC對(duì)ESV的影響時(shí)得出的2010—2016年汾河流域ESV呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)一致。從空間分布來(lái)看，汾河上游縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體高于中下游地區(qū)，但呈現(xiàn)低土地利用程度—高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值聚集的分布情況。汾河流域中下游地區(qū)地形平坦，人口密度高，城鎮(zhèn)化較高，建設(shè)用地快速擴(kuò)張對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了較大影響，使得區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)較低[36]。

本文在揭示土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空影響對(duì)該地區(qū)生態(tài)保護(hù)政策的制定具有一定意義，但限于數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)定的局限性，不能完全反映流域的變化情況。特別是有關(guān)建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法，因此關(guān)于建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算將是下一步的研究重點(diǎn)。在今后的研究中，應(yīng)進(jìn)一步識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化特征，描述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)的影響，為增加流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力制定措施。

4 結(jié) 論

(1) 1980—2020年，耕地、林地和草地在汾河流域土地利用中處于主導(dǎo)地位，土地利用整體變化主要表現(xiàn)為耕地和草地的減少，建設(shè)用地的擴(kuò)張。不同時(shí)期汾河流域土地利用變化不同，但2000—2020年比1980—2000年的土地變化程度更劇烈。

(2) 流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐年減少，由1980年的528.327億元減少至2020年的493.402億元，減少了6.611%。林地和水域?qū)Ψ诤恿饔蛏鷳B(tài)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)較大。一級(jí)服務(wù)中調(diào)節(jié)服務(wù)減少最多，二級(jí)服務(wù)中水源涵養(yǎng)價(jià)值降幅最大。

(3) 汾河流域ESVI空間分布總體上呈上游高，中下游低的趨勢(shì)。通過(guò)分析動(dòng)態(tài)度(EV)發(fā)現(xiàn)空間差異明顯，汾河中下游地區(qū)EV變化大于汾河上游。建設(shè)用地和耕地、水域面積的變化是空間EV差異的主要影響因素。

(4) 研究期間，耕地和草地轉(zhuǎn)建設(shè)用地是ESV減少的主要原因，不同土地利用程度與ESVI雙變量LISA聚集圖呈現(xiàn)出明顯的空間負(fù)相關(guān)性，且在不同時(shí)期異質(zhì)性程度變化不大，主要以汾河上游低土地利用程度與高ESVI聚集分布為主。