生態系統服務價值及影響因素演變動態：以黔東南州為例

賀 祥， 陳玉梅

(1.貴州財經大學 管理科學與工程學院， 貴州 貴陽 550025； 2.凱里學院 旅游學院， 貴州 凱里 556011； 3.貴州財經大學 文法學院， 貴州 貴陽 550025)

生態系統服務(Ecological Services)是指通過生態系統的結構、過程和功能，直接或間接得到生命支持產品和服務[1-3]。目前，學者們對生態系統服務理論、生態系統服務價值評價指標體系與影響因素，以及生態系統服務的協同與權衡等方面展開大量研究。DAILY等[1-2]研究了生態系統服務理論與評價方法；歐陽志云等[4]研究了生態系統服務功能的內涵；SUTTON等[5]研究了生態系統服務的市場與非市場價值；千年生態系統評估計劃(Millennium Ecosystem Assessment)[6]把生態系統服務類型分為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務；HAINES等[7]構建并逐步完善了生態系統結構、過程、功能、服務與價值的級聯式框架;VERBURG等[8-10]運用InVEST與CLUE模型分析流域的生態系統服務價值；徐麗芬等[11-12]研究了土地利用變化及類型轉型等對生態系統服務價值的影響；李雙成等[13]分析了基于生態系統服務理論的人類收益與福祉；戴爾阜等[14-15]研究了生態系統服務的權衡與集成方法、模型和框架；吳健生等[16]基于生態系統服務價值對生態安全格局的構建進行了研究；孫藝杰等[17]分析了關中盆地和漢中盆地生態系統服務協同與權衡的時空差異；彭建等[18]梳理了生態系統服務權衡的空間、時間和可逆性特征；石龍宇等研究提出人類生產及土地利用活動對各類生態系統類型、面積以及空間分布格局變化具有影響[19]，也對生態系統服務功能變化有顯著驅動作用；李屹峰等[20]密云水庫為例，對土地利用變化引起生態系統服務價值變化進行了分析；熊善高等[21]對土地利用變化導致各類生態系統服務價值變化及其時空分異特征進行研究；張騫等[22]研究了區域生態用地空間結構及其生態系統服務價值變化；鄒淑燕等[23]對渭南市運用定量分析方法對其固碳釋氧價值、涵養水源價值和土壤保持價值與土地利用轉移流的耦合效應進行研究。

雖然國內外學者對生態系統服務的理論、評價體系與模型方法，以及生態系統服務價值與土地利用變化間相關性等進行了大量研究，但對生態系統服務價值受多因素綜合影響過程與機理的研究還非常欠缺。貴州省黔東南州為生態脆弱喀斯特地區，近年全州土地利用變化與生態系統受人類活動影響較顯著，鑒于此，從工農業生產、社會經濟結構、自然環境特征、環境污染等方面構建生態系統服務價值的綜合評價指標體系，運用灰色關聯模型方法與GIS軟件等，分析2010年與2015年黔東南州16個縣(市)的生態系統服務價值，研究影響因素對其生態系統服務價值演變的影響，以提高對生態系統服務價值演變驅動過程與機制的認識，并為生態系統服務價值協同與權衡等方面的深入研究提供理論參考。

1材料與方法

1.1研究區概況

黔東南州位于貴州省東南部，地處貴州高原向東南傾斜下降的過渡地帶，森林資源豐富，森林覆蓋率高。境內溝壑縱橫、地形起伏較大。山地面積比重高達72.8%，大于25°坡地面積占31.2%，生態環境較脆弱，有重大生態屏障建設需求。境內有清水江、舞陽河和都柳江三大干流通過，是長江、珠江上游地區的重要生態屏障區。屬亞熱帶季風氣候，糧食種植面積較大。共轄16個縣(市)，2015年末，戶籍人口473.54萬人，少數民族人口占總人口的80.2%。常住人口密度較低，但鄉村從業人口比例高，農村貧困率居貴州省首位。

1.2數據來源

2010年與2015年黔東南州各縣(市)土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http：//www.resdc.cn)，是以Landsat TM/ETM遙感影像為主要數據源，在1∶10萬比例尺土地利用現狀遙感監測數據基礎上通過矢量數據柵格化生成的1 km柵格數據。2010年與2015年各縣(市)主要糧食作物產量、糧食價格數據來源于黔東南州社會經濟統計年鑒和農業統計年鑒；人口與社會經濟生產等數據來源于各縣(市)的國民經濟與社會發展統計公報、社會經濟統計年鑒；污染物排放量與工業用水量數據來源于各縣(市)環境質量公報。

1.3研究方法

1.3.1生態系統服務價值

1) 單位面積生態系統服務功能的經濟價值。為消除價格波動對生態系統服務價值量的影響，以2010年全國農作物平均價格為基準，結合黔東南州各縣(市)不同年份主要糧食作物(水稻、小麥、玉米和大豆)的播種面積和產量，計算黔東南州2010年與2015年各縣(市)單位生態系統服務功能的經濟價值?？紤]物價等影響因素，為消除價格變化對生態系統服務價值計算的影響，從而對生態系統服務價值的邊際差別進行分析，計算公式[24]如下。

(1)

式中：Ea是農田生態系統提供生產服務功能的經濟價值(純收益)(元/hm2)；i為作物種類；Pi是i種糧食作物黔東南州平均價格(元/t)；Qi是i種糧食作物的總產量(t)；A為糧食作物總種植面積(hm2)。

2) 生態系統服務價值系數。參照謝高地等[25]提出的中國生態系統服務價值當量因子值，結合黔東南州土地分類，計算耕地、旱地、有林地、灌木林地、草地、水域、建設用地(包括未利用地)等7類土地利用類型生態系統服務價值的系數，計算公式如下。

γij=VijEa…(i，j=1，2，…，n)

(2)

式中：γij為i種生態系統j種生態系統服務功能的價值系數(元/hm2)；Vij為i種生態系統j種生態服務功能相對于單位農田生態系統提供食物生產的生態服務功能，即生態系統價值當量因子；i為生態系統類型；j為生態系統服務功能。

3) 生態系統服務價值。根據各類土地生態系統面積和單位面積生態系統服務價值，計算區域生態系統服務總價值，計算公式[2]如下。

ESV=∑(Ai×γi)

(3)

ESVj=∑(Ai×γi)

(4)

式中，ESV為生態系統服務價值(元/a)；Ai是土地利用類型i的面積(hm2)；γi是i土地利用類型的生態系統服務價值系數[元/(hm2·a) ]；ESVj是生態系統第j項服務功能價值(元/a)；γij是土地利用類型i的第j項服務功能的價值系數[元/(hm2·a) ]。

1.3.2熵值法確定權重系數 對黔東南州2010年、2015年生態系統服務價值及影響因素的原數據進行無量綱化處理，得到標準化數據，然后運用熵值賦權法計算得到影響生態系統服務價值變化的指標層與指標因素的權重值。熵值反映信息的無序化程度，可度量信息量的大小，某項指標攜帶的信息越多，表示該指標對決策的作用越大[26]。

1.3.3灰色關聯分析參照鄧聚龍[27]和劉思峰[28]提出的灰色關聯方法，計算各影響因素與生態系統服務價值間關聯度、影響因素指標層與生態系統服務價值間綜合關聯度。灰色關聯度(R)值越大，表示影響因素對生態系統服務價值影響作用越強，貢獻作用越顯著，反之亦然。依據關聯度值大小對影響生態系統服務價值指標層及指標因素間按強弱進行排序：當0

1.4生態系統服務價值影響指標體系的構建

生態系統服務功能不僅受自然環境因素影響，還受土地利用類型變化、人口數量、農業生產、工業活動、環境污染及城市化等社會經濟活動的綜合影響，從而影響其生態系統服務價值。因此，依據黔東南州生態系統服務功能與價值演變的影響因素，構建3個評價指標層，共包含21個影響因素的綜合評價指標體系。

1.4.1社會生產與產業結構指標層包括7個指標因子：第一產業比重、第二產業比重、第三產業比重、鄉村從業人員在第一產業從業比重、鄉村從業人員在第二產業從業比重、鄉村從業人員在第三產業從業比重和人均農林牧業總產值，其中第一產業比重和鄉村從業人員在第一產業從業比重為負向型指標，其他為正向型指標。產業比重值表征農業、工業和第三產業的生產狀況，反映生態系統服務功能價值受工農業與第三產業的影響程度；第一產業比重越大，表明以土地耕種等生產活動強度越高，對生態系統服務功能負面影響越顯著，生態系統服務價值越??；鄉村勞動力在各產業的從業比重反映鄉村人口在各產業比重變化對生態系統服務功能價值的影響，其中鄉村從業人員在第一產業從業比重越高，人口對于土地的壓力越大，生態系統服務功能受人類活動影響越強，生態系統服務價值越?。蝗司r林牧業總產值反映生態系統受農林牧生產過程的影響程度，總產值越高，表征生態系統服務的供給與支持等價值越高。

1.4.2人口壓力與經濟收入指標層包括7個指標因子：人口密度、外出務工人口比重、貧困發生率、農村常住居民人均可支配收入、人均旅游總收入、人均糧食產量和人均地區生產總值，其中人口密度和貧困發生率為負向型指標，其他為正向型指標。人口密度指標反映生態系統服務功能價值受單位面積人口數量的影響程度，人口密度越大，生態系統服務功能受負面影響越大，生態系統服務價值減??；貧困發生率越高，表明村民從生態系統中獲得的供給、支持與調節生態系統服務功能價值越低；黔東南州民族文化特色與村寨自然風景資源豐富，人均旅游總收入越高，其生態系統文化服務功能價值越高；外出務工人口比重表征當地對生態系統服務功能有顯著影響的勞動力，外出務工人口比重越高，生態系統服務功能受人為生產活動越小，生態系統服務的文化、服務與調節功能價值越高；農村常住居民人均可支配收入、人均糧食產量和人均地區生產總值等表征村民在生態環境中的生產活動過程及其收入狀況，反映村民在生態系統中獲得的生態系統服務的支持、調節和供給等功能價值的高低。

1.4.3工業生產與自然要素指標層包括7個指標因子：二氧化硫排放濃度、二氧化氮排放濃度、工業增加值用水量、路網密度、25°以上坡地面積比重、平均降雨量和森林覆蓋率，其中平均降雨量和森林覆蓋率為正向型指標，其他均為負向型指標。二氧化硫排放濃度與二氧化氮排放濃度表征工業生產等社會經濟活動排放污染物對生態環境系統的影響程度，進而對喀斯特地區生態系統的調節、支持與文化等服務功能價值產生影響；工業增加值用水量和路網密度表征工業生產消耗水資源、交通排放尾氣與噪聲污染等對生態環境系統的影響，進而對生態系統的供給、支持與調節服務功能價值產生影響；25°以上坡地面積比重、平均降雨量和森林覆蓋率表征生態系統具有的供給、支持與調節等服務功能的強弱。

2結果與分析

2.1黔東南州生態系統服務價值變化特征

2.1.1服務價值系數2010-2015年各土地利用類型生態系統服務價值系數及所有生態系統服務功能價值系數均呈降低趨勢，其中，供給服務的糧食生產、原料生產和水資源供給等生態服務功能價值系數，降低約17%；支持服務中，土壤保持降低59.21%，維持養分循環降低11.25%，生物多樣性降低16.84%；調節服務中，氣體調節降低17%，氣候調節降低11.25%，凈化環境降低20.38%，水文調節降低11.78%；文化服務功能中的美學景觀降低12.43%。

2.1.2服務總價值從表1可知，黔東南州生態系統服務總價值呈負增長，2010年656.53 億元，2015年548.35 億元，降比為16.48%。其中，僅建設用地(含未利用地)的生態系統服務價值呈逐漸增加趨勢，增加率達66.67%；其余土地利用類型生態系統服務價值均呈降低趨勢，其中水域降低率最低(4.47%)。

表1黔東南州2010年和2015年各類用地生態系統服務價值及其變化率

2.1.3單項服務價值從表2可知，2010-2015年黔東南州水資源供給增加1.65%，表明生態系統的水資源供給功能逐漸增強。但水資源供給服務價值為負數，說明農田等生產需水量較大，導致水系、林地等生態系統供給水資源低于農業生產對水資源的需求量。除維持養分循環降低0.78%外，其余各項生態系統服務功能價值降低3.5%～19.46%。其中，氣候調節、凈化環境、水文調節和土壤保持等生態系統服務功能分別降低18.81%、17.39%、19.46%和18.46%，氣體調節與生物多樣性的生態系統服務功能價值分別降低11.93%和12.06%。糧食生產與原料生產的生態系統服務功能價值降低，說明近年土地利用開發，造成大量耕地面積流失和耕地質量下降，從而造成生態系統的糧食與原料供給服務價值下降。

從表2可知，2010-2015年黔東南州生態系統服務功能的生態系統服務價值構成變化：氣候調節和水文調節的生態系統服務功能價值占總價值均在20%以上；土壤保持、氣體調節、凈化環境和生物多樣性等生態系統服務功能價值分別占總價值的10%左右，以上六大生態系統服務功能均占總服務功能價值的89%以上(2010年和2015年占比分別為89.67%和89.47%)。表明，雖然黔東南州土地面積廣大，地形崎嶇，生態環境較脆弱，但其生態環境整體狀況較好，森林面積較大，森林覆蓋率較高，所以其生態系統的氣候調節和水文調節等服務功能價值較高，具有較強的土壤保持、氣體調節和凈化環境等生態系統服務功能。

表2黔東南州2010年和2015年生態系統服務功能價值的結構

2.2生態系統服務價值與影響因素間的關聯度

2.2.1關聯度時間演化 從表3可知，2010年和2015年黔東南州生態系統服務價值與影響因素的相關性較強，關聯度在中度以上，表明各指標因素對生態系統服務價值均有重要影響，各指標因素選擇較合理。2010年，與生態系統服務價值呈中度關聯的有4個指標：第三產業比重、鄉村從業人員在第一產業從業比重、二氧化氮排放濃度和25°以上坡地面積比重；與生態系統服務價值呈極強度關聯的有2個指標：貧困發生率和人均地區生產總值；其余15指標因素與生態系統服務價值呈強度關聯。2015年，與生態系統服務價值呈中關聯的有6個指標：第三產業比重、鄉村從業人員在第二產業從業比重、人口密度、二氧化硫排放濃度、二氧化氮排放濃度和工業增加值用水量；與生態系統服務價值呈極強度關聯的有1個指標：鄉村從業人員在第三產業從業比重；其余14個指標因素與生態系統服務價值呈強度關聯。

表32010年和2015年黔東南州生態系統服務價值與影響因素的關聯度

2.2.2生態系統服務價值與影響因素指標層間關聯度的空間演化從表4可知，2010年與2015年黔東南州各縣(市)影響因素指標層與生態系統服務價值綜合關聯度均在中度及以上相關聯。2010年，在3個指標層中與生態系統服務價值的關聯度，社會生產與產業結構指標層：呈中度關聯的有凱里市、三穗縣、鎮遠縣、黎平縣和丹寨縣，其余城市均呈強度關聯；人口壓力與經濟收入指標層：施秉縣、天柱縣、從江縣和雷山縣呈強度關聯，凱里市、黎平縣和榕江縣則呈中度關聯，其余城市均呈極強度關聯；工業生產與自然環境指標層：施秉縣和天柱縣呈極強度關聯，黃平縣、黎平縣、雷山縣和丹寨縣呈中度關聯，其余縣(市)呈強度關聯。2015年，在3個指標層中與生態系統服務價值的關聯度，社會生產與產業結構指標層：呈中度關聯的是凱里市和黎平縣，其余縣市呈強度關聯度；人口壓力與經濟收入指標層：鎮遠縣、岑鞏縣、從江縣、雷山縣和麻江縣呈強度關聯，凱里市、天柱縣、黎平縣和榕江縣則呈中度關聯，其余城市均呈極強度關聯；工業生產與自然環境指標層：黎平縣、榕江縣、雷山縣和丹寨縣呈中度關聯，其余縣(市)呈強度關聯。

2015年，凱里市生態系統服務價值均與社會生產與產業結構指標層、人口壓力與經濟收入指標層的所有影響因素均呈中度關聯，與工業生產與自然環境指標層因素呈強度關聯；黃平縣、施秉縣、三穗縣、錦屏縣、劍河縣和臺江縣的生態系統服務價值均與社會生產與產業結構指標層、工業生產與自然環境指標層影響因素呈強度關聯，與人口壓力與經濟收入指標層因素呈極強度關聯；鎮遠縣、岑鞏縣、從江縣和麻江縣的生態系統服務價值與各指標層因素均呈強度關聯；黎平縣生態系統服務價值與社會生產與各指標層因素均呈中度關聯；榕江縣生態系統服務價值與社會生產與產業結構指標層因素呈強度關聯，同人口壓力與經濟收入指標層、工業生產與自然環境指標層因素呈中度關聯；雷山縣生態系統服務價值與社會生產與產業結構指標層、人口壓力與經濟收入指標層因素呈強度關聯，同工業生產與自然環境指標層因素呈中度關聯；丹寨縣生態系統服務價值與社會生產與產業結構指標層因素呈強度關聯，同人口壓力與經濟收入指標層因素呈極強度關聯，同工業生產與自然環境指標層因素呈中度關聯；天柱縣生態系統服務價值與社會生產與產業結構指標層、工業生產與自然環境指標層因素呈強度關聯，同人口壓力與經濟收入指標層因素呈中度關聯。即：黃平縣、施秉縣、三穗縣、錦屏縣、劍河縣、臺江縣、鎮遠縣、岑鞏縣、從江縣和麻江縣，受各指標層因素影響均較顯著；凱里市受工業生產與自然環境指標層的因素影響相對較顯著；天柱縣受社會生產與產業結構指標層和工業生產與自然環境指標層的因素影響更加顯著；雷山縣、丹寨縣受社會生產與產業結構指標層和人口壓力與經濟收入指標層的因素影響更加顯著；榕江縣受社會生產與產業結構指標層的因素影響相對更加顯著。

表4 黔東南州各城市生態系統服務價值與影響因素指標層間綜合關聯度

總體上看，不同縣(市)因為生態環境特征分異，工業、農業生產活動及社會經濟等方面的差異，其生態系統服務價值受影響因素的驅動作用程度也存在顯著差異。

3結論與討論

3.1生態系統服務價值時空變化

黔東南州生態系統服務總價值總體呈降低趨勢，其中僅建設用地的生態系統服務價值增加了66.67%。單項生態系統服務價值中，水資源供給增加1.65%，維持養分循環降低幅度較小(0.78%)，但氣候調節、凈化環境、水文調節、土壤保持、氣體調節和生物多樣性等6項生態系統服務功能價值降低幅度較大。糧食生產與原料生產的生態系統服務價值降低，表明土地利用開發造成大量耕地面積流失和耕地質量下降，導致生態系統服務的供給服務能力下降。氣候調節、水文調節、土壤保持、氣體調節、凈化環境和生物多樣性等生態系統服務功能價值約占總生態系統服務功能價值的89%，這與黔東南州山地廣大，森林覆蓋率較高，生態系統在氣候與水文調節服務功能、土壤保持與凈化環境能力等方面具有較高的生態系統服務價值特征相一致。

3.2生態系統服務價值與影響指標因素關聯度的時空動態演化

2010-2015年，黔東南州生態系統服務價值與影響指標因素間相關性較高，關聯度均在中度及上；僅第三產業比重、二氧化硫排放濃度、鄉村從業人員在第二產業從業比重、二氧化氮排放濃度等影響因素的關聯度為中度，其他指標與生態系統服務價值呈強度或極強度相關。所有縣(市)的3個指標層與生態系統服務價值間關聯度均在中度以上，2010-2015年，社會生產與產業結構指標層因素與生態系統服務價值關聯度：丹寨縣、鎮遠縣和三穗縣由中度演變為強度，其余縣(市)關聯程度沒有顯著變化；人口壓力與經濟收入指標層因素與生態系統服務價值關聯度：施秉縣由強度演變為極強度，鎮遠縣、岑鞏縣、麻江縣和天柱縣由極強度演變為強度，其余縣(市)變化不顯著；工業生產與自然環境指標層因素與生態系統服務價值關聯度：黃平縣由中度演變為強度，施秉縣、天柱縣和榕江縣由極強度演變為強度，其余縣(市)變化不顯著。2015年，凱里市生態系統服務價值受工業生產與自然環境指標層因素影響更加顯著，黃平縣、施秉縣、三穗縣、錦屏縣、劍河縣、臺江縣、鎮遠縣、岑鞏縣、從江縣和麻江縣受3個指標層因素影響均較顯著，其中黃平縣、施秉縣、三穗縣、錦屏縣、劍河縣、臺江縣受人口壓力與經濟收入指標層因素影響更加顯著，榕江縣主要受社會生產與產業結構指標層因素的影響，雷山縣與丹寨縣受社會生產與產業結構指標層和人口壓力與經濟收入指標層因素影響更加顯著，天柱縣受社會生產與產業結構指標層和工業生產與自然環境指標層的因素影響更加顯著。表明，由于自然生態環境系統與工農業生產活動及社會經濟等方面的差異，導致不同區域生態系統服務價值受影響因素的驅動作用存在顯著差異。

綜上，運用灰色關聯等方法對貴州省黔東南州16個縣(市)生態系統服務價值及影響因素的時空動態演變進行的定量分析與評價是有效的，研究結果與黔東南州生態環境系統服務價值功能的特征基本一致，說明研究方法較好，研究結果具有較高可信度；對深入研究生態系統服務價值的演變驅動機制等方面具有助推意義。當然，研究中還存在需要改進和深入的地方，下一步需對生態系統服務功能價值影響指標體系進行改進與細化，對定量評價模型精度等方面進行深化與改進等。