大熊貓國家公園岷山片區生態系統服務價值的時空演變

汪 琳，付 瀟，朱創業

（成都理工大學旅游與城鄉規劃學院，成都 610059）

生態系統服務指人類從生態系統功能中獲得的收益，包括能被人類直接或間接利用的生態系統結構、過程或功能，分為支持服務、調節服務、提供服務、文化服務四大類［1］。生態系統服務價值可對人類獲取生態系統服務能力與生態效益大小進行評價［2］。生態系統服務價值核算能夠對自然資源和生態系統服務功能進行價值量化，是環境經濟核算和生態補償等決策的重要依據［3］。學者多采用功能價值法和當量因子法對生態系統服務價值進行核算。功能價值法由于設置參數多、計算過程復雜，對每種服務價值的評價方法和參數標準難以統一，結果具有不確定性［4，5］。Costanza等［6］提出當量因子法，謝高地等［7，8］在此基礎上，得出了基于專家知識的生態系統服務評估單價體系。之后對單位面積價值當量因子靜態評估方法進行了修正，構建了基于單位面積價值當量因子法的中國陸地生態系統服務價值的動態評估方法，被廣泛用于生態系統服務價值核算［9，10］。

關于大熊貓國家生態系統服務價值的研究較少，研究內容主要是評估體系的建立［11，12］和生態服務價值的估算［13，14］。胥媛媛［14］運用當量因子法，以寶興縣和石棉縣大熊貓棲息地為研究區，劃分出9種土地利用類型和11種生態系統服務功能，在計算研究區2010年生態系統服務價值的基礎上，比較研究區大熊貓棲息地、自然保護區和縣域尺度生態系統服務價值平均水平之間的差異［14］。鮮見大熊貓國家公園生態系統服務價值時空演變特征分析。本研究采用當量因子法，計算大熊貓國家公園岷山片區生態系統服務功能，分析其時空演變特征，以期為大熊貓國家公園的規劃和建設提供參考。

1 研究材料

1.1 研究區概況

大熊貓國家公園岷山片區（圖1）位于岷山山系的中部，與甘肅省白水江片區相接，范圍涉及平武、青川、松潘等12個縣市區，總面積約為10 013 km2，占大熊貓國家公園總面積的36.9%。區域動植物資源豐富，有野生熊貓局域種群12個656只，是局域種群數、大熊貓數最多的片區；區內還分布著川金絲猴、云豹、羚牛、紅豆杉等國家級重點保護野生動植物，是全球25個生物多樣性熱點地區之一［15］。研究區內水系發達，主要屬岷江、嘉陵江水系；整體地勢西高東低，以山地為主，最低處海拔633 m，最高處5 258 m。

圖1 大熊貓國家公園岷山片區范圍

1.2 數據來源

1）2000、2010、2020年3個時期的土地利用數據來源于自然資源部國家基礎地理信息中心全球地表覆蓋數據產品服務網站（http：//www.globallandcover.com/），分辨率為30 m×30 m。根據《土地利用現狀分類》（GB/T 21010—2017）的分類依據和生態系統服務評價標準，將土地覆蓋類型分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6個類別。

2）大熊貓國家公園岷山片區范圍來自國家林業和草原局《大熊貓國家公園總體規劃》征求意見稿。

3）統計數據來自《全國農產品成本收益資料匯編》《四川統計年鑒》以及各縣市區統計資料。

2 研究方法

2.1 土地利用轉移矩陣

土地利用變化是引起生態服務價值變化的關鍵因素，其變化能夠影響生態系統的結構、過程和功能［16］。土地利用轉移矩陣用于反映研究期初至研究期末區域內各用地類型之間面積轉移情況及轉移速率的動態變化過程［17］，以此進一步反映生態系統服務價值的變化情況。

式（1）中，A為轉移面積；n為地類數量；i、j分別為初期、末期情況。

2.2 生態系統服務價值核算

價值當量因子構建采用生物量因子修正法［18］，構建價值當量因子（表1）；當量因子價值量確定由研究區內各縣市當年糧食播種面積及糧食價格決定。1標準單位為生態系統服務總價值（ESV）當量因子定義為1 hm2全國平均產量的農田每年糧食的經濟價值的1/7［4］。綜合考慮糧食播種面積的變化及通貨膨脹對糧食價格的影響，糧食播種面積及價格取2000—2020年的平均值，由此計算出ESV當量因子價值為1 744元/hm2。

表1 研究區生態系統生態服務價值當量系數 ［單位：元/（hm2·年）］

式（2）中，ESV為生態系統服務總價值（元），Ai為i類土地利用類型的面積，VCi為土地利用類型i的生態系統服務價值系數，n為土地利用類型數量；式（3）中，ESVf為第f項服務總價值，Ai為i類土地利用類型的面積，VCfi為第i類土地利用類型的第f項服務價值系數。

2.3 敏感性分析

利用敏感性指數分析采用當量因子法計算的ESV對系數變化的依賴程度，可以驗證ESV的準確性［19］。對ESV分別上調50%和下調50%，計算敏感性指數（CS），如果CS＞1，說明ESV對VC具有彈性，表明其準確度差、可信度較低；如果CS＜1，則說明ESV對VC缺乏彈性，研究結果可信度高。計算式如下［20］。

式中，ESVi、ESVj分別為調整前后生態系統服務總價值；VCik、VCjk分別為k類土地利用類型對應生態系統第i和第j項的服務價值系數。

3 結果與分析

3.1 土地利用結構變化

根據研究區2000—2020年土地利用情況（表2）可知，2000—2020年研究區土地利用類型以林地為主，占比高達87%，其次是草地和耕地，建設用地占比最少。2008年區域內發生汶川地震，使各類土地面積產生短期波動，但20年總體結構并未發生變化，單一土地利用結構類型變化較為突出。其中以建設用地增加最為突出，建設用地面積增加了2.15 km2，增長率達4 300.00%，其次是水域面積，增加6.05 km2，增長率達390.32%。耕地減少，是因為地震對耕地造成損毀，表明區域經濟發展對農業生產依賴程度降低；林地面積先小幅減少再增加，地震對林地造成損壞、毀壞是可逆的，加上人工保護，林地面積逐步增加；草地和水域面積先增加后減少，草地經歷地震損毀后，在短時間自然生長情況下易恢復，當外部環境穩定時，草地又易被其他地類所侵蝕；水域增加，是因為區域海拔高、坡度大，地震后易發地質災害，形成堰塞湖，增加水域面積，當地質條件穩定時，部分沒有安全隱患的堰塞湖通過人工爆破排泄；近20年城鎮化率加快，建設用地的需求量增加，建設用地面積持續增加；未利用地主要是海拔較高的冰川及部分地區裸地，人類活動在這些地區的減少也使其面積增長。

表2 研究區2000—2020年土地利用情況

3.2 土地利用轉移方向

由2000—2020年土地利用轉移面積情況（表3）可見，研究區耕地主要向林地和建設用地轉移，轉移面積分別為41.61、1.17 km2；林地主要向草地、耕地、水域轉移，轉移面積分別為46.98、22.06、3.58 km2；草地主要向林地、耕地、水域轉移，轉移面積分別為50.50、15.49、2.89 km2；其余地類轉出面積不明顯。建設用地轉入主要來源是耕地和林地，轉入面積分別為1.17、0.76 km2；林地和草地存在動態互相轉入，且轉入數量大致相當；以冰川為主的未利用地無轉出，轉入則主要來自草地和林地。通過對土地面積轉移矩陣分析可知，林地、水域、建設用地、未利用地4類用地為凈轉入。林地轉入主要來自耕地、草地，說明研究期內退耕還林、植樹造林等生態保護措施得到了較好落實；水域的轉入主要來自林地、草地及部分耕地；水域面積凈增加，主要是因為2008年大地震后，形成眾多堰塞湖；未利用地轉入主要來自部分海拔較高的草地；耕地與草地處于凈轉出狀態，主要轉入到林地。

表3 2000—2020年土地利用轉移面積情況（單位：km2）

3.3 生態系統服務價值時間變化

計算得到研究區2000—2020年生態系統服務價值情況（表4）。整體來看，各地類生態系統服務總價值持續增長，但增長速率不同。2000—2010年受汶川地震影響，增長速率較慢，總量僅增加0.232 6億元，林地、耕地價值減少，其中以林地減少最多，為0.281 0億元，水域和草地為主要增量來源，水域增加最多，為0.503 8億元，其次是草地，增加0.060 5億元。2010—2020年，在嚴格的保護措施和自然恢復的雙重作用下，ESV總量增加0.626 7億元，增速是上一階段的269%。其中林地和未利用地的ESV增加，林地增加最多，為1.218 2億元，其余地類均減少，草地減少最多，為0.541 0億元。由于建設用地不具有正向的生態服務功能，所以價值為負數。

總體來看，研究區內各土地類型ESV結構較為穩定，林地是穩定的ESV的主要供應者，最高占比達95.51%，其次是草地，最高占比為4.78%；耕地和草地服務價值較低且持續減少，建設用地的生態價值最小。因此，未來在關注林地問題的同時，防止草地過度退化和限制建設用地擴張也尤為重要。

3.4 生態系統服務價值空間變化

計算得到2000—2020年生態系統服務價值空間演變（圖2）。研究區大部分區域ESV價值較高，ESV低值區較少，且分布相對集中。ESV低值區主要分布在研究區的南北部，北部高海拔地區分布大量草地和部分冰川凍土，主要是平武縣與松潘縣交接的東部和北部地區。南部靠近成都平原，分布了部分草地，耕地面積大，主要是什邡市中北部、都江堰、彭州北部以及什邡和茂縣交接處的南北部區域。2000—2020年，ESV總體空間分布格局未發生明顯變化，但片區中東部的什邡和綿竹東西相接區域以及北川縣變化顯著，該地區ESV顯著提高。該地大力植樹造林，將較大面積的草地轉變為林地，且林地是該地區生態價值貢獻最大的地類，因此ESV增加最明顯。ESV減少的區域主要集中在西北和東部，其中位于西北部的松潘、平武縣接壤的高海拔地區，由于冰川對草地的侵蝕和高海拔地區林地受自然災害損毀后不易恢復，ESV減少。東部的青川縣，因為伐木破壞林地，林地退化為草地，ESV減少。

圖2 2000—2020年生態系統服務價值空間演變

3.5 敏感性分析

根據敏感性指數計算方法，將各地類ESV當量系數上下調整50%，得到各個時期敏感性指數（表5），其結果均小于1。林地敏感性系數最高，達0.944 8，說明林地價值系數每增加或減少50%時，ESV增加或減少0.944 8%。主要原因是林地面積較大，占總面積的87.24%。建設用地和未利用地的敏感性系數小，表明ESV受其價值系數變化的影響有限。采用的價值系數適合大熊貓國家公園岷山片區的實際情況，其研究結果準確、可信。

表5 大熊貓國家公園岷山片區2000—2020年生態系統服務價值敏感性指數

4 結論

1）大熊貓國家公園岷山片區土地利用類型以林地、草地為主。2000—2010年，汶川地震對單一土地利用類型造成影響，水域和草地面積增多，林地面積略微減少。城鎮化速度較慢，建設用地面積增長較慢。2010—2020年，城鎮化速度加快，建設用地快速增長，在自然恢復和生態保護政策的雙重作用下，林地面積增加，水域總體保持穩定，耕地和草地向林地轉移。

2）在ESV總量研究期內保持持續增長，主要貢獻來源于林地，其次是草地。2000—2010年受汶川地震影響，ESV增速放緩，主要是由于林地的破壞。雖然地震形成堰塞湖使水域面積擴大，其EVS也隨之增大，但不足以彌補林地被破壞帶來的價值減少。2010—2020年，在自然恢復和人工保護的雙重作用下，尤其是大熊貓國家公園體制試點工作的開展，EVS總量增速提升。

3）在空間分布格局上，大部分土地ESV較高，ESV低的土地較少，且分布相對集中，ESV低值區主要分布在研究區的南、北部。2000—2020年，ESV總體空間分布格局未發生明顯變化，但中東部地區ESV顯著提高。

4）各時期敏感性指數均小于1，表明各時期ESV對選擇的生態服務價值當量系數缺乏彈性，研究結果可靠。其中林地敏感性指數最高，建設用地和未利用地敏感性指數較低。