甘州區土地利用與生態系統服務價值關系的實證研究

魏陽陽

摘要?分析土地利用與生態系統服務價值的關系，可以為土地規劃和資源可持續利用提供科學依據。以甘肅省張掖市甘州區為例，研究了2010—2016年該區土地利用變化情況，同時建立與生態系統服務價值的空間聯系，以期為緩和該地經濟發展與生態環境之間的矛盾提供科學依據。結果發現，甘州區土地利用隨著城市化進程的推進變化顯著，其中建設用地變化率最大，主要由耕地和水域轉入。未利用地主要轉化為耕地，面積逐年下降。耕地面積總體有所增加，呈先增后減的特點。林地、草地、園地和水域面積變化幅度較小，且均呈下降趨勢;土地利用變化對生態系統服務價值影響強烈，土地生態系統服務價值總體逐漸降低，主要由建設用地面積快速增加和水域面積減少所致。因此，政府應合理利用土地，協調好經濟發展與環境的關系。

關鍵詞?土地利用變化;生態系統服務價值;實證研究;甘州區

中圖分類號?F301.2?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2020）14-0057-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.016

Abstract?Analysis of the relationship between land use and ecosystem service value can provide a scientific basis for land planning and sustainable resource use. Ganzhou District of Zhangye City， Gansu Province was taken as an example to research?land use change from 2010 to 2016，at the same time， using the data obtained to establish a spatial connection between land use change and ecosystem service value，in order to provide a scientific basis for easing the contradiction between economic development and ecological environment.Research indicated that with the advancement of urbanization，land use in Ganzhou District of Zhangye City has changed significantly，the construction rate was the largest，transferred to land was mainly cultivated land and waters.Unutilized land was mainly converted into cultivated land，and the area was decreasing year by year.The total area of cultivated land has increased，presenting the characteristics of increasing first and then decreasing.The range of change of forest， grassland， garden and water area were small ，and all showed a downward trend.Land use change had a strong impact on the value of ecosystem services，the value of land ecosystem services was overall reduction，the main factors were the increase of construction land area and the reduction of water area. Therefore， the government should make rational use of land and coordinate the relationship between economic development and the environment.

Key words?Land use change;Value of ecosystem services;Empirical study;Ganzhou District

土地資源是人類賴以生存的基礎，是人類活動的重要載體，離開土地，任何生物都無處可去，人類也失去了發展的基礎。對土地進行開發利用是人類開發和改造自然系統的重要標志，是人類與自然系統關系的最直接體現。土地利用變化帶動了社會經濟的增長，創造了物質財富，但同時對生態系統也產生了較大影響。近年來，城市周邊的農用地由于城鎮化發展而被大量侵占的問題時有發生，既增加了生態風險，又導致農業生態系統服務功能不斷下降，環境壓力巨大。因此，處理好土地利用和生態系統服務之間的關系是當前亟待解決的問題。

自20世紀70年代，隨著全球環境問題的凸顯以及人類需求的增加，生態系統服務價值成為研究熱點。國外在該領域的研究較早，Costanza等[1]最先利用經濟學和生態學的方法對生態系統價值進行了量化，該研究成果引起了國內外的廣泛關注。我國學者對生態系統服務價值的研究始于20世紀80年代，謝高地等[2]基于Costanza等[1]提出的量化生態系統服務價值的方法，提出了我國陸地生態系統服務價值當量表，該研究被認為是我國土地生態系統服務價值研究的基礎。隨后，我國很多學者對我國土地生態系統服務價值進行了研究，楊璐等[3]以鄒城市為例，研究了礦糧復合區土地利用變化及生態系統服務價值;李勝男等[4]研究了農田生態系統服務及其價值量化;楊俊等[5]對南四湖濕地土地利用格局演變與生態效應進行了研究。尤其近年來我國學者在生態系統的不同領域開展了大量的研究[6-15]，取得了較大的成就。

甘州區是張掖市主要的旅游開發區和城市集中區，近年來土地利用強度不斷加大，由土地利用變化而引發了嚴重的生態環境問題，甚至波及到祁連山的生態平衡。盡管已有學者對甘肅省土地利用情況進行研究，但大多集中于土地利用程度和結構的變化[16-19]，針對具體的區域土地利用變化及其與生態系統服務價值的關系方面的研究較少。因此，筆者利用2010—2016年甘肅省張掖市甘州區的土地資料，對甘州區土地利用和土地生態服務價值的動態變化進行定性和定量分析，以求結果更加直觀、更加具有實際意義，以期找到適合甘州區的土地利用模式，進而為該區土地利用科學管理提供理論依據。

1?研究區概況與研究方法

1.1?研究區概況

甘肅省張掖市甘州區地處100°04′22″～100°52′E、38°33′～39°25′N，位于河西走廊中部，屬于明顯的大陸性荒漠氣候。甘州區總面積3 660.98 km2，主要土地利用類型有耕地、林地、水域、建設用地和未利用地等。該區南北兩面環山，黑河橫貫全境，地貌以高山、低山和平原為主，且南北差異較大。全年降雨量約130.2 mm，蒸發量約2 048.4 mm，年日照時數約3 086 h，降雨稀少而蒸發強烈。土壤類型主要為灰棕漠土、鹽土和風沙土，灰棕漠土面積占全區的47%以上。區內有5條內陸河流和25條季節性小河，均為黑河水系，年徑流量約24.3億m3。2016年末常駐人口51.60萬，城鎮化率48.79%，較2015年增加1.28百分點;2016年全區生產總值168.8億元，三次產業結構比重為22.3∶23.2∶54.5。

1.2?研究方法

1.2.1?土地利用動態度。

應用土地利用動態度指標可以很好地反映研究區土地利用類型在某時間段內的變化劇烈程度和變化數量等，同時可以為預測未來土地利用變化趨勢提供重要的參考。計算公式：

式中，K為某種地類的動態度;Va、Vb分別為研究初、末期對應地類的數量;T為研究時段。

1.2.2?生態系統服務價值。

1.2.2.1?生態系統服務價值的計算。

以謝高地等[20]的研究作為基礎，結合張掖市甘州區的實際情況，依據甘州區統計局提供的資料，適當調整當量因子，將生態系統中的農田、河流/湖泊、荒漠、農田、森林和草地依次對應土地利用類型的耕地、水域、未利用地、園地、林地和草地。生態系統服務價值反映的是滿足人類的需求程度，為正效用，而建設用地對生態環境破壞較大，對生態環境具有明顯的負效應，因此其生態服務價值未計入核算。以研究期內甘州區糧食的平均產量8 324.49 kg/hm2為基準單產，以2016年甘州區糧食平均市場價格1.99元/kg計算，得出甘州區各個生態服務價值當量因子的經濟價值為2 051.23元/hm2，然后確定甘州區土地利用的生態系統服務價值系數（表1）。最后根據公式（2）、（3）得出甘州區土地利用的生態服務價值。

式中，ESV為生態系統服務總價值，?Bk為第k種?地類的面積，VC?k?為生態價值系數，ESV?f?代表單項服務價值，VC?kf?代表單項服務價值系數。

1.2.2.2?生態系統服務價值流向。

不同地類在同等面積上的服務價值不同，土地類型一旦發生轉變其服務價值一定會發生流動，因此可以通過計算得到各土地類型的轉化數據，然后計算出受到地類轉化引起的生態服務價值損益，根據得出的損益情況可以分析服務價值受到的影響。計算公式：

式中，PL?jk表示第j類土地類型轉化為第k類土?地類型后的服務價值損益，VC?k?和VC?j分別表示第k類和第j類土地類型的服務價值系數，Ajk表示第j類土地類型轉化為第k類土地類型的面積。

1.2.2.3?灰色關聯度分析方法。

該分析方法是基于灰色系統理論，利用該方法可以定量描述系統的變化趨勢。該方法對樣本量的大小無要求，可用幾何接近程度來確定各因素之間的關聯度，計算較為方便。因此，利用灰色關聯度分析方法來確定土地類型轉變與生態服務價值之間的聯系。

1.3?數據來源

研究數據為土地利用變更統計獲得，其中以張掖市國土資源局甘州區分局和甘州區統計局提供的2010—2016年甘州區土地利用變化矢量數據作為數據源，選擇2年跨度，即2010、2012、2014和2016年。基于張掖市甘州區2010、2016年遙感解譯數據和《張掖統計年鑒2017》，依據土地分類標準，將甘州區土地利用類型分成耕地、水域、未利用地、園地、林地、草地、建設用地7個類型。

2?結果與分析

2.1?土地利用現狀

基于張掖市國土資源局甘州區分局和甘州區統計局提供的數據，統計了2010—2016年甘州區7種土地利用類型的面積。由圖1可知，甘州區2010—2016年的主要土地利用類型為未利用地，未利用地在2010、2012、2014和2016年的占比分別達59.40%、58.98%、58.34%和58.27%，主要分部在甘州區的中部和西部，且面積呈持續減少的趨勢，2010—2016年凈減少面積為4 278.74 hm2。耕地是該時期內第二大土地利用類型，主要分部在甘州區的中部，面積呈先增加后減少的特點，從2010年的101 600.01 hm2增加到2014年的103 440.01 hm2，且持續增加，至2016年下降至103 218.98 hm2，雖然面積有所減少但總體為增加的趨勢。建設用地面積呈快速增加的趨勢，由2010年的14 687.98 hm2持續增加到2016年的18 146.01 hm2，主要是由于大規模旅游景區的開發和城鎮化進程的加快導致的。園地、草地、林地和水域的面積變化幅度均較小，但均呈減少趨勢。

2.2?土地利用變化動態度

基于2010—2016年甘州區土地利用類型數據，分析甘州區土地利用變化趨勢，根據公式（1）

得出研究期內的土地利用變化動態度。由表2可知，2010—2016年，甘州區內除建設用地和耕地面積總體增加，其他地類面積均有不同程度的減少，其中變化動態度最大的是建設用地，其次分別是水域、園地、林地、未利用地、耕地、草地。建設用地在3個時間段內的動態度分別為5.60%、3.63%、1.79%，變化動態度逐年減小;耕地面積在3個時間段內的動態度分別為0.12%、0.78%和-0.11%，先增加后減小，其中2012—2014年的動態度最大;園地和林地在研究期內的動態度總體呈逐漸減小的趨勢;草地在3個時間段內的動態變化度均較小;水域和未利用地在整個研究期內的動態度均呈先增加后減少的趨勢，且均在2012—2014年的動態度最大。

總體來看，2010—2016年甘州區建設用地面積呈快速擴張趨勢，主要是占用未利用地和耕地。耕地面積總體有所增加，主要是由于政府實施了土地整治和占補平衡等政策，使得耕地面積得到保障。甘州區正處于經濟快速發展期，受到旅游業和基礎設施建設等影響，土地利用類型發生較大變化，導致土地利用系統的壓力不斷增加。

2.3?生態系統服務價值

2.3.1?各土地類型生態系統服務總價值變化。

根據表1和圖1數據，由公式（2）可以計算出甘州區各土地類型的生態系統服務總價值。由表3可知，甘州區各土地類型的生態系統服務價值占比雖有不同，但總體結構仍處于基本穩定的狀態，生態系統服務價值表現為耕地>水域>林地>未利用地>草地>園地>建設用地。耕地的生態系統服務價值大于40%，遠大于其他土地類型的服務價值，且呈上升趨勢，表明耕地是整個生態系統服務價值的主要成分。水域面積雖然有所減少，但其生態系統服務價值較高，占總價值的比重超過28%，僅次于耕地。

從各土地類型生態系統服務價值變化的百分比來看，2010—2016年，甘州區土地利用總生態系統服務價值呈下降趨勢，其中耕地和建設用地面積呈增加趨勢，其服務價值也相應增加。其他用地的面積均不同程度下降，導致其服務價值也相應減少，其原因主要是甘州區旅游業、社會經濟發展快速，建設用地大量占用其他地類，建設用地面積快速擴張。由此可知，甘州區土地利用類型的面積與生態系統服務價值是同向變化的，因此可認為土地利用結構決定生態系統服務的價值。

2.3.2?單項生態系統服務價值變化。

根據表1和圖1數據，由公式（3）得出甘州區土地利用單項生態系統服務價值。由表4可知，廢物處理功能和生物多樣性保護功能始終處于第1、2位，水文調節功能由第3位降低為第4位，土壤保持功能由第4位上升為第3位，原因主要是甘州區耕地分布面積大且較為集中，具有較高的廢物處理、水文調節、土壤保持和生物多樣性保護功能。食物生產、提供美學景觀和原材料生產這3項功能始終位居第7、8、9位，由此可知，在研究期內甘州區生態系統的調節和支持功能較其他功能高。

從表4可以看出，2010—2016年，除食物生產功能和土壤保持功能的服務價值升高外，其他功能的服務價值均有不同程度降低，其中降低最明顯的是水文調節功能，說明甘州區生態系統水文調節功能受土地利用類型變化的影響較大;其次是廢物處理功能。原因主要是建設用地面積的快速擴張增加了對水文調節功能和廢物處理功能的負效應，而耕地面積的增加提升了食物生產功能和土壤保持功能的服務價值。其他功能的服務價值雖均不同程度降低，但變化不明顯。

2.3.3?生態系統服務價值流向分析。

根據表1、表2和圖1數據，利用公式（4）可以計算出甘州區土地生態系統服務價值的損益。由表5可知，2010—2016年甘州區生態系統服務價值逐漸減少，由水域轉出造成的價值流失居首位，高達4 997.78萬元。水域轉化為其他地類中，轉化為建設用地的價值流失最大，為3 997.16萬元;耕地轉出造成的價值損失居第2位，為4 940.64萬元，其中轉化為建設用地的價值流失為4 604.65萬元;林地轉出造成的價值流失為1 299.77萬元，居第3位;草地、園地和未利用地轉化成其他地類造成的價值流失合計為-615.89萬元。由此可知，各地類價值主要流向為建設用地。

2.4?灰色關聯度分析

參考張文君[21]的研究方法，計算出各地類對生態系統服務價值的關聯度。結合上述分析結果和關聯度可以看出，在各地類中，生態系統服務價值受建設用地和水域面積變化的影響最大，關聯度分別為0.99、0.90;其次是未利用地，關聯度為0.87，原因主要是未利用地面積較大，超過甘州區地類總面積的50%以上，地類浮動較大;園地、草地和林地與生態系統服務價值的關聯度分別為0.84、0.80、0.85，此3類用地的面積雖然較小，但生態系統服務價值系數均較高，因此對生態系統服務價值的影響較大;耕地與生態系統服務價值的關聯度最小，為0.42。

3?結論與建議

3.1?結論

（1）2010—2016年甘州區土地利用具有顯著變化，其中建設用地變化最為顯著，呈迅速擴張的態勢，主要由耕地和水域轉入;未利用地面積持續下降，轉化地類主要為耕地;耕地面積呈先增加再減少的趨勢，但總體上升，主要轉出為建設用地;其他4種地類的面積變化幅度均較小，且總體均呈下降趨勢。

（2）土地利用變化對甘州區生態系統服務價值影響較大，研究期內甘州區生態系統服務價值減少量高達1.16億元。耕地和水域在甘州區生態服務系統中具有非常重要的地位，耕地在研究期內的生態系統服務價值均占總價值的40%以上，是生態系統服務價值的主體;其次是水域，水域在研究期內的生態系統服務價值均占總價值的28%以上，由水域面積減少導致的生態系統服務價值的流失最大。各地類價值主要流向建設用地。

（3）2010—2016年，甘州區土地單項生態系統服務價值僅食物生產功能和土壤保持功能的價值升高，其他功能的服務價值均有不同程度降低。其中降低最明顯的是水文調節功能，說明土地利用變化會對甘州區生態系統水文調節功能產生很大影響。

（4）水域和建設用地與生態系統服務價值的關聯度最大，園地、草地和林地面積雖然較小，由于生態系統服務價值系數均較高，因此與生態系統服務價值的關聯度較大;耕地與生態系統服務價值的關聯度最小。

3.2?建議

（1）甘州區耕地和水域的生態系統服務價值較高，因此甘州區實現健康可持續發展一定要抓住這兩大基石。結合區內的森林、濕地，利用甘州區內的河流和交通要道打造出具有生態和休閑服務功能的綠色網絡。協調好工礦、市政等建設用地，堅守不占或少占耕地的原則，確保達到耕地保有量指標。要優化建設用地結構，集中建設，嚴禁盲目擴張，同時加快舊城改造的步伐，推進城市集約化用地。

（2）相關單位要高度重視甘州區的生態建設，不斷加大生態治理的力度，綜合整治山、水、林、田，加快水土流失治理和損毀土地的復墾。合理安排土地開發利用，優化合理布局，嚴禁占用耕地和水域。

（3）協調好土地利用和生態環境保護的關系，要重視對區內森林和河流的保護。在進行土地開發時，要在保護生態環境的前提下統籌安排。對于在土地開發過程中已遭到破壞的土地或其他資源，要及時停止破壞，并盡快采取措施加以整治。

（4）當地政府部門要加強對土地資源的管制，既要從制度上嚴格要求，也要加強制度的落實，嚴格把控各地類的轉化。要從土地利用的源頭著手，結合當地實際，因地制宜地制定土地利用管理制度。同時要充分發揮土地管理部門的作用，通過統一管理體制、加大行政管理等手段控制土地利用。

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