土地利用變化對延安市生態服務價值的影響

龐 莎,劉 康,冀文慧

(1.西北大學城市與環境學院,陜西西安 710127;2.陜西省水土保持局,陜西西安 710004)

土地利用變化對延安市生態服務價值的影響

龐 莎1,劉 康1,冀文慧2

(1.西北大學城市與環境學院,陜西西安 710127;2.陜西省水土保持局,陜西西安 710004)

利用延安市 2001-2007年土地利用基礎數據,計算土地利用動態度,并在Costanza生態系統服務價值理論基礎上,結合謝高地等的中國生態系統生態服務價值當量因子表,計算出延安不同生態系統單位面積生態服務價值。并依此嘗試計算延安市 2001年至 2007年延安市生態系統服務價值量。研究發現,2007延安市的生態系統服務價值將達到 424.28億元,比 2001年增加 28.79億元,增長率為 7.28%;各種土地利用方式的生態系統服務價值的敏感性指數(CS)均小于 1,表明其對生態系統的價值變化是缺乏彈性的。

土地利用;土地覆被變化;生態服務價值;敏感性指數

0 引言

生態系統服務是指通過生態系統的結構、過程和功能直接或間接得到的生命支持產品和服務[1]。土地利用作為人類最基本的實踐活動,與土地生態系統及其功能密切相關[2]。人類通過土地利用活動改變地表覆被狀況,引起生態系統結構和功能的改變,從而引起生態系統服務價值的變化。因此,土地利用/覆蓋變化過程對維持生態系統服務功能起著決定性的作用[3],研究土地利用/土地覆蓋變化情況下的生態系統服務價值的變化具有重要意義。本文通過對延安市 2001～2007年的土地利用基礎數據開展調查統計分析,運用生態系統服務價值理論,嘗試量化計算延安市生態系統服務價值量。從而分析在土地利用變化的條件下,生態基金項目:西北大學研究生創新教育項目(09YJC15)系統服務價值是如何對此作出相應的。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

延安市位于黃河中游,南北分屬黃土高原溝壑區和黃土丘陵溝壑區,介于北緯 35°21′～ 37°31′,東經 107°41′～ 110°31′之間。全市總面積 37 037 km2,共轄 1區 12縣,總人口193.88萬,市府駐寶塔區。延安市氣候屬高原大陸性季風氣候,北部屬半干旱地區,南部屬半濕潤地區。四季分明、日照充足、晝夜溫差大,年均氣溫 7.7℃～10.6℃,年均日照數2300～2700 h,年均降水量 500 mm左右。地貌類型以黃土塬、梁、峁、溝壑等特有的黃土地形為主。土壤分布從南到北表現為褐土、黃綿土和黑壚土交錯分布以及風沙土的地帶特征。主要植被類型有暖溫帶落葉林、暖溫帶針葉林、溫暖帶灌叢群落。該市從 1999年起實施退耕還林,整個區域生態環境狀況已經得到一定改善。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用動態度

土地利用變化的速度可以通過土地利用類型的動態度 K來描述,它直接反映了某一區域在一定時間范圍內某種土地利用類型數量的變化情況。該指標對比較土地利用變化的區域差異和預測未來的變化趨勢均具有重要的作用[4],其公式為

式中:Ua,Ub分別為研究初期及研究末期某一種土地利用類型的數量;T為研究時段,當 T的時段設定為年時,K值就是該研究區某種土地利用類型的年變化率。

本文依據延安市 2001～2007年土地利用類型統計數據來進行土地利用動態分析,數據來源于《陜西省土地利用現狀數據集(2001年 ～2007年)》。

1.2.2 生態系統服務價值評價方法

(1) 單位面積生態服務價值的確定

謝高地[5],陳仲新[6]在 Costanza的基礎上,總結了氣體調節、氣候調節、水分調節、土壤形成、廢物處理、生物多樣性維持、食物生產、原材料生產和娛樂文化等在內的 9項生態系統服務功能,并對我國 200位生態學者進行問卷調查,得到了“中國生態系統生態服務價值當量因子表”。生態系統生態服務價值當量因子是指生態系統產生的生態服務的相對貢獻大小的潛在能力,定義為1 hm2全國平均產量的農田每年自然糧食產量的經濟價值為1,其它當量因子是指相對于農田食物生產服務的貢獻大小[4]。本文采用該當量因子表,但針對研究區的具體情況對單位面積農田每年自然糧食產量的經濟價值作了如下修改:2001～2007年平均糧食產量 3157 kg/hm2為基準單產[7],糧食單價按 2007年陜西省5種糧食作物平均出售價格 1.66元/kg(陜西省物價局)計算,根據在沒有人力投入的自然生態系統提供的經濟價值是現有單位面積農田提供的食物生產服務經濟價值的 1/7[8],得出延安單位面積農田每年自然糧食產量的經濟價值為 749元/hm2·a。

依據以上方法制定出了延安不同生態系統單位面積生態服務價值表,見表 1。以此分析研究區域生態系統服務價值變化。延安市土地利用中,耕地對應農田,園地取森林和草地的平均值,未利用地對應荒漠[9],對居民點及工礦用地生態服務價值參照徐中春等[10]人的研究結果取 3245.76元//hm2·a,交通用地按照 Costanza等學者的估算方法,不估算其生態系統服務功能經濟價值。

表1 延安不同生態系統單位面積生態服務價值 (元/hm2·a)

生物多樣性保護 531.79 2 441.741 629.075 816.41 1 865.01 254.66食物生產 749 74.9 149.8 224.7 74.9 7.49原材料生產 74.9 1947.4 992.425 37.45 7.49 0休閑娛樂 7.49 958.72 494.34 29.96 3 250.66 7.49總 計 5 175.59 16 365.65 10 894.205 5 422.76 34 431.53 314.58

(2) 生態系統服務價值綜合評價方法

以表 1為基礎,進行生態系統服務價值的計算,計算公式[1,11]為:

式中,ESV為研究區生態系統服務總價值(元);VCi為第 i類土地利用類型單位面積的生態功能總服務價值系數(元/hm2);Ai為研究區內第 i類土地利用類型的面積(hm2);n為土地利用類型數目;VCi采用表 1計算出的數據。

1.2.3 敏感性分析方法

本文借用經濟學中常用的彈性系數來計算價值系數的敏感性指數[12,13](coefficient of sensitivity,CS),以確定 ESV隨時間變化對 VC變化的依賴程度。彈性系數是指因變量變化的百分比與自變量變化的百分比的比值。如果彈性系數＞1%,表明 1%的自變量變動引起因變量大于 1%的變動;如果彈性系數 ＜1%,則 1%的自變量變動會引起因變量小于1%的變動。本文將各類土地利用類型的價值系數分別調整50%,來衡量總生態系統服務價值的變化情況。敏感性指數計算公式如下:

式中:Esv為估算的總生態系統服務價值;V c為生態價值系數,i和 j代表初始總價值和生態價值系數調整以后的總價值,k代表土地利用類型。如果 Cs＞1,表明對于 Vc,估算的 Esv是富有彈性的;如果 Cs＜1,ESV被認為是缺乏彈性的;比值越大,表明生態價值系數的準確性越關鍵。

2 結果分析

2.1 土地利用變化分析

根據研究需要,將延安市各年份的土地利用類型統一化為八大類,即耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、水域和未利用土地。,結合公式(1),2001年至 2007年各種類型土地面積變化情況,如表 2所示。

表2 延安市各類土地利用類型面積變化及變化率 hm2

由表 2可以看出,從 2001年到 2007年,林地、牧草地的面積始終在土地總面積中占據重要比例。隨著時間推移,耕地、牧草地減少趨勢明顯;園地,林地增加趨勢明顯。耕地共計減少 195 555公頃,變化率為 33.15%,動態度為 5.52%;牧草地減少 94 523公頃,變化率為 8.46%,動態度為 1.41%。園地共計增加 4 0941公頃,變化率為 21.64%,動態度為 3.61%;林地增加 24 1162公頃,變化率為 14.54%,動態度為 2.42%。交通運輸用地總共增加了 1 357公頃,變化率為 8.45%,動態度為 1.41%。居民點及工礦用地、水域的變化不大,但都表現出增加的趨勢。未利用土地在 2003年出現一個轉折點,2001至 2003年都在增加,2003至 2007逐漸減少。延安市減少的用地主要是向林地轉換,這與近些年延安實施的退耕還林有很大關系。退耕還林過程中,經濟林的建設是導致園地面積增加的一大原因。

2.2 土地生態服務價值分析

根據表 2中得出的延安市各種土地利用類型面積,結合延安不同生態系統單位面積生態服務價值和生態系統服務價值的計算公式(式 2),估算了延安市 2001年至 2007年各類生態系統服務價值,變化結果見表 3。

表3 延安市各土地利用類型生態價值的變化及變化率 (億元)

由表 3可以看出,構成延安市生態系統服務價值的主要土地利用類型是林地,牧草地;其次為園地和耕地。延安市的生態系統服務價值從 2001年的 395.49億元增加到 2007年的 424.28億元 。

2001年至 2007年,延安市的生態系統服務價值增加了28.79億元,變化率為 7.28%,年變化率為 1.21%。其中,林地的生態服務價值增加了 39.47億元,變化率為 14.54%,年變化率為 2.42%;園地的生態服務價值增加了 4.46億元,變化率 21.64%,年變化率 3.61%。耕地生態服務價值減少了10.12億元,變化率為 33.15%,年變化率 5.52%;牧草地的生態服務價值減少了 5.13億元,變化率為 8.46%,年變化率1.41%。水域用地雖然單位面積生態服務價值很高,但由于在總用地面積中的比例較小,所以在總的生態服務價值中占得比例不大。居民點及工礦用地和未利用土地生態服務價值均有增加,但在總的變化量中所占比例很少。總體上看,延安市的生態系統服務價值變化是比較大的,這與延安市土地利用變化的轉變是分不開的。

2.3 生態服務敏感性分析

根據上文敏感性指數的計算公式(式 3),本文將各土地利用類型的生態服務價值系數 V c分別上下調整 50%,以調整后的價值系數來估算延安 2001年和 2007年總的生態系統服務價值以及敏感性指數,見表 4。結果表明,延安所有土地利用類型的 ESV對 Vc的敏感程度指數 Cs均小于 1,表現為林地 ＞牧草地 ＞園地 ＞耕地 ＞水域 ＞居民點及工礦用地＞未利用地,說明研究區的 ESV對 Vc是缺乏彈性的。在不考慮林地調整后的 ESV變化率的前提下,7年間的 ESV變化率從 5.78%到 8.90%,與調整價值系數之前的 ESV變化率7.28%相差不大。說明對于這幾類用地的生態價值系數選值是可信且合理的。

林地的 ESV變化率為 9.14%和 3.49%,和調整前的變化率 7.28%有些出入,說明林地的單位面積生態服務價值確定存在誤差,這主要是因為延安從 1999年才剛開始實施退耕還林工作,林地生所提供服務價值低于普遍水平,隨著時間的推進,2007年林地發育逐漸成熟,此時林地提供服務價值必然高于 2001年水平。此段時間內,林地生態價值系數不能同一而論。

林地、園地的敏感性指數增大,其余土地利用類型的敏感性指數均減小,表明這兩類用地的生態價值系數的變化會對生態系統服務總價值產生放大作用,尤以林地為主。由表4還可知,居民點及工礦用地和未利用地的敏感性指數都很小,分別為 0.0004和 0.004,表明居民點及工礦用地草地和未利用地的生態價值系數變化對延安市生態系統服務總價值的變化影響不大。

表4 調整價值系數后總生態價值的變化及敏感性指數

林地VC-50% 259.79 268.84 9.06 3.49% -34.31% —— -36.63% ——牧草地VC+50% 425.78 452.01 26.23 6.16% 7.66% 0.153 6.54% 0.131牧草地VC-50% 365.20 396.55 31.35 8.59% -7.66% —— -6.54% ——居民點及工礦用地VC+50%396.38 425.18 28.80 7.27% 0.22% 0.004 0.21% 0.004居民點及工礦用地VC-50%394.60 423.38 28.78 7.29% -0.22% —— -0.21% ——水域VC+50% 400.70 429.53 28.83 7.19% 1.32% 0.026 1.24% 0.025水域VC-50% 390.27 419.03 28.76 7.37% -1.32% —— -1.24% ——未利用土地VC+50% 395.56 424.36 28.80 7.28% 0.02% 0.0004 0.02% 0.0004未利用土地VC-50% 395.41 424.19 28.78 7.28% -0.02% —— -0.02% ——

3 結論與討論

(1)延安市從 2001年到 2007年,其土地利用 /覆蓋變化較大。耕地逐步減少,林地逐步增加;耕地年減少率為 4.06%,林地年增加率為 2.16%,這主要是延安市自 1999年開始實施退耕還林的原因。延安市減少的耕地主要是將不利于耕作的土地還為林地,當然還有部分減少的耕地是因為城市化進程的原因,耕地轉化為建設用地,這反映了退耕還林后土地利用變化格局的總體趨勢。

(2)土地利用變化使得延安市的生態系統服務價值也發生了變化。2001年到 2007年,生態系統服務價值持續增加,增加 28.79億元,平均每年以 1.21%的速率增加。其中,林地生態服務價值增幅最大,平均每年以 1.16%速率變化著;園地生態服務價值則以平均每年 1.60%的速率增加。耕地生態服務價值減少速率較快,年變化率到達 3.88%;牧草地生態服務價值年減少率則為 1.86%。生態服務價值的變化趨勢與土地利用/覆蓋的變化保持一致。

(3)本文制定的延安市生態系統服務價值表經敏感性指數分析,研究區生態服務價值對于生態服務價值系數的敏感性值均小于 1,表明研究結果可信,可為延安市制定土地利用規劃、調整土地利用結構提供借鑒和參考。生態系統服務價值系數的大小除了與生態系統的種類、結構、生物多樣性等有關外,還與生態系統的生物量有很大關系,本文 2001年和2007年延安市森林生態系統的價值系數就不可以同等對待。

根據本文研究,延安市的生態系統服務價值逐步增加,說明延安市的土地利用結構是比較合理的。退耕還林政策的實施,在改變黃土高原地生態環境的同時,也為生態服務價值的提高起著重要作用。因此,做好延安市的土地利用規劃與調整工作,繼續提高生態系統服務價值是延安生態建設的重要任務,是實現可持續發展的必由之路。

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Effects of Land-used Change on Ecosystem Service Value in Yan'an City

PANG Sha1,LIU Kang1,JIW en-hui2
(1.Departmento f Urban and Resources,Northwestern University,Xi'an710127,Shaanxi 2.Soil and water conservation bureau,Xi'an 710004 Shaanxi)

The article is based on the land-used basic data in Yan'an city from 2001 to 2007 and calculates the Landused dynam ic degree.It is also based on Costanza's theory o f ecosystem services value,combining with Xie gaodi's ecosystem service value equivalent factor table,calculated differentecosystem s'ecosystem service value perunit area in Yan'an.And according to the above,it has a try for calculating the ecosystem service value in Yan'an from 2001 to 2007.The study shows that the total ecosystem services value in 2007 will reach 42.428 billion RMB,an increase of 2.879 billion RMB more than 2001,and the grow th rate is 7.28%.For the various land use patterns,the coefficients of sensitivity(CS)of theirecosystem service value are all less than 1,which indicates that the changes in the value of ecosystems is lack of flexibility.

Land use/cover change;Ecosystem service value and coefficients of sensitivity

X 826

A

1004-1184(2011)01-0154-04

2010-07-30

西北大學研究創新教育項目(09YJC 15)

龐莎(1985-),女,碩士,陜西西安人,主要從事生態規劃與生態環境評價研究。