江西省生態服務價值時空特征研究

鄭思遠　陳江?！≈旒t偉

摘要：生態服務功能價值評估可以為生態系統的良性開發利用，尤其是土地利用規劃、管理和決策提供科學依據。基于江西省2015～2018年土地利用數據，開展了土地利用轉型空間格局分析，采用空間修正的當量因子法估算生態服務價值，并結合空間冷熱點分析，進一步探究了江西省生態服務價值的時空變化特征。研究表明：江西省耕地、林地面積逐年有所減少，城鎮擴張區域主要集中在中部及北部，水域擴張區域主要分布在鄱陽湖周圍。同時，廢物處理服務價值有所上升，其余各單項生態服務價值及總生態服務價值有所下降，整體呈現東、西、南側高，中部、北側低的空間格局。研究還發現江西省生態服務價值空間冷熱點集聚性較明顯，熱點區以林地、水域為主，冷點區主要分布在耕地、建設用地。根據江西省生態經濟發展相對不協調問題的分析，分區提出協調土地保護和開發利用的建議。研究成果對于維護江西省生態環境安全，推動長江大保護以及長江經濟帶高質量發展具有重要意義。

關鍵詞：生態服務價值; 土地利用; 時空特征; 空間冷熱點分析; 江西省

中圖法分類號： F301.24;X37

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.011

0引 言

生態系統為人類生存提供必不可少的物質資源以及多種類型的生態系統服務[1]，而人類日益頻繁的開發利用活動使自然生態環境遭到破壞，生態系統及其服務功能不斷退化。Constanza等[2]1997年首次對生態服務功能的價值量進行了評價，引發了全球生態服務價值評估研究的熱點，為生態系統服務的定量化分析提供了研究基礎。國內的研究也多借助于Costanza的成果，不同尺度[3-5]及不同生態系統[6-8]的服務功能價值量得到了廣泛的評估。

當前定量化的生態系統服務研究側重于生態系統服務時空演變規律及其同土地利用的關聯性分析[9-11]。隨著城市化進程的加快，林地、水域、草地等以自然為主導的土地利用類型逐漸被耕地、建設用地等以人類為主導的土地利用類型所取代，不同地類側重不同的生態服務功能，而具有較高生態服務價值的土地利用類型面積減少會導致生態系統服務價值的顯著降低[12]。魏慧等[13]研究發現德州市2006～2014年林地和水域面積的減少主要導致了其生態服務價值的減少。秦方[14]發現河南新鄭市2000～2018年生態服務價值的下降主要是由于生態空間向生活生產空間的轉變。但隨著生態環境保護工作的持續推進，研究越來越注重土地的開發利用活動與自然過程的協調統一，而生態服務功能價值評估可以為生態系統的良性開發利用，尤其是土地利用規劃、管理和決策提供科學依據。Liang等[15]針對長沙預測了基于歷史演變規律、土地規劃主導以及生態保護主導的3種土地變化情況，通過估算各種情景下的生態服務價值，為土地利用規劃的制定提供指導。

江西省位于長江經濟帶中游，具有重要的生態功能區位，隨著社會經濟的快速發展，對長江流域的生態系統造成一定的脅迫。自2016年，長江經濟帶發展明確了生態優先、綠色發展之路。2018年，江西省九江市作為長江大保護第一批試點城市，率先開展大保護工作。針對江西省生態服務功能演變開展相關研究，對于維護長江中下游生態環境安全，推動長江經濟帶高質量發展具有重要意義。本次研究基于江西省2015～2018年土地利用分布，開展生態服務價值時空特征分析及其同土地利用的關聯性分析，為區域開發及生態保護提供決策依據。

1材料與方法

1.1研究區域概況

江西省位于長江中下游南岸，是長江經濟帶的重要組成部分，具有重要的生態功能區位。全省共11個地級市，陸域總面積16.69萬km2，地勢整體由南向北傾斜，地形復雜，全省東、西、南三面山地環繞，中部丘陵分布，北部以平原為主，全省地形以山地丘陵為主，山地丘陵區占全省國土面積的78%。江西屬亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫18 ℃，年均降水量1 675 mm。

1.2研究方法

1.2.1生態服務價值評估方法

（1） 生態服務價值計算方法。

江西省生態服務價值評估主要基于謝高地等制定的中國生態服務價值當量因子表[16]，1當量因子為1 hm2耕地自然糧食產量的經濟價值，等于當年江西省平均糧食單產經濟價值的1/7[17]。根據江西省2015年和2018年國民經濟和社會發展統計公報，江西省糧食單產5 842.72 kg/hm2，糧食單價按國家糧食和物資儲備局公布2018年稻谷平均最低收購價2.4元/kg，得到江西省9類不同生態系統單位面積的生態服務價值（見表1）。

（2） 生態服務價值空間修正。

當量因子法反映了不同土地利用類型生態服務價值的高低，但其空間異質性不強，相同土地利用在不同地理環境下的生態服務價值也存在差異[18]，因此需要對其進行空間修正。而生物量反映了生態系統的原料生產能力，其形成和累積過程也影響了生態系統其他服務功能，反映不同區域生態服務功能的差異[19]，因此本次研究采用歸一化植被指數（NDVI）對林地、耕地、草地的生態服務價值評估進行空間修正。

|CS|1則表明ESV的評估結果準確度差、可信度低[20]。|CS|越大，表明該評估系數的準確性對于ESV的評估越為重要。將各土地利用類型的評估系數上下調整50%，計算相應的敏感性指數。

1.2.3生態服務價值空間冷熱點

結合空間冷熱點分析，進一步對各類生態服務價值的空間集聚特征進行分析[21]?？臻g冷熱點分析采用ArcGIS的Hot Spot Analysis（Getis-Ord Gi*），如果GiZScore為正，表明該點周圍值相對高于均值，為熱點區，反之，如果GiZScore為負則為冷點區，分別將GiZScore=±1.65，±1.96，±2.58作為較熱（冷）點、熱（冷）點、極熱（冷）點的分界閾值[22]。

1.2.4生態經濟協調發展分析

采用生態經濟協調度（EEH），即生態服務價值變化率和GDP變化率之比[11]，開展江西省2015～2018年生態經濟協調發展分析。

式中：ESpr為生態服務價值變化率，GDPpr為GDP變化率，EEH≥1表明生態服務價值增長速度不低于經濟增長速度;0

1.3數據來源

江西省生態服務價值評估采用的數據主要包括2015，2018年江西省土地利用類型圖（1 km×1 km）和歸一化植被指數（1 km×1 km），數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心（http：∥www.resdc.cn）。本研究對江西省土地利用類型重新分類，分為耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地6大類。研究采用的社會經濟數據主要來源于2015，2018年江西省國民經濟和社會發展統計公報。

2結果與分析

2.1敏感性分析

當各類土地利用的生態服務價值系數上下調整50%，敏感性指數絕對值均小于1（見表2），表明所得到的生態服務價值評估結果是可靠的，所采用的當量因子可用于研究區域生態服務價值的評估。表2顯示各土地利用類型的敏感性由高到低依次是林地、耕地、水域、草地、未利用地、建設用地，林地的敏感性指數明顯高于其他土地利用類型，表明林地評估因子的準確性對于生態服務價值評估結果的可靠性具有較大的影響。

2.2土地利用變化特征

2015～2018年期間，江西省土地利用總體變化特征如下：耕地、林地以及未利用地的面積減少，其中耕地和林地面積減少較多，分別為0.06萬km2和0.07萬km2，未利用地也有0.02萬km2被開發;水域和建設用地的面積增加，尤其是建設用地的面積增加較為明顯，為0.13萬km2 ，面積變化率達30.95%，水域面積增長量相對較小，為0.02萬km2;草地面積較為穩定（見表3）。

以10 km×10 km 的網格為基本單元對各土地利用變化類型進行統計，將數量最多的地類轉換類型作為該單元的主導土地利用變化類型，以此探究2015～2018年江西省土地利用的空間格局變化，主要可以分為城鎮擴張型、水域擴張型、耕地轉林地、林地轉耕地以及其他類型（見圖1）。城鎮擴張型在各地級市均有分布，主要集聚在中部及北側，以南昌市為主;水域擴張型主要分布在鄱陽湖周圍;林地和耕地之間的相互轉換在各地級市均有分布。

2.3生態服務價值特征

江西省2015～2018年ESV總體呈下降趨勢（見表4），由7 519.08億元下降到7 475.47 億元，減少了0.58%。從單項ESV來看，水文調節的價值最大，約占總ESV的16 %，食物生產的價值最低，約占總ESV的2%。2015～2018年，江西省廢物處理的價值由于水域擴張增加了0.77 億元，其余各項服務價值均下降，原材料生產、氣體調節、保持土壤的價值變化率相對較大，這與林地面積的減少具有較高的相關性，水文調節的價值變化較小，減少了0.15%。

將空間區域按總ESV分成低值區（<20 000萬元）、較低值區（20 000～30 000萬元）、中值區（30 000～40 000萬元）、較高值區（40 000～50 000萬元）、高值區（>50 000萬元）。從總ESV空間分布來看，高值區主要分布整個江西省的東、西、南側，以林地和水域為主，低值區主要分布在整個省域的中部及北側，以耕地和建設用地為主（見圖2）。

從各市地均ESV來看，南昌市、新余市的地均生態服務價值較低，贛州市的地均生態服務價值較高。江西省11市中，2018年同2015年相比較，九江、鷹潭、上饒、撫州的ESV有所上升，主要是由于水域面積的擴張，而景德鎮、南昌、宜春、新余、吉安、萍鄉、贛州的ESV下降，尤其是新余、南昌、宜春、贛州ESV下降較為明顯，主要是城鎮擴張引起了ESV的下降（見表5）。

2.4空間冷熱點分布格局

江西省總ESV的空間冷熱點分布格局中：熱點區主要分布在九江市南側，包括九嶺山、廬山、鄱陽湖，以林地、水域為主;吉安、贛州、撫州交界處，撫州、鷹潭、上饒連線處以及贛州南部，包括雩山、武夷山等，以林地為主。冷點區主要分布在南昌、宜春、新余連線，位于中部及北部的平原區，以耕地、建設用地為主。

調節服務和文化服務冷熱點區分布與總ESV相似，但冷熱點區面積有所差異，文化服務冷熱點區面積相對較大，調節服務冷熱點區面積相對較小。供給服務和支持服務冷熱點區分布與總ESV略有差異，差異主要在于鄱陽湖周圍也是其冷點分布所在，冷點區用地以耕地、建設用地以及水域為主，而熱點區的用地以林地為主（見圖3）。

2.5生態經濟協調發展分析

2015～2018年，江西省GDP增加了5 261億元，增長率為31.45%，生態服務價值減少了43.61 億元，下降率為0.58%，生態經濟協調發展指數為-0.02，表明經濟社會的發展對生態環境產生了負面影響。

江西省生態系統以林地和耕地系統為主，且林地的調節、支持和文化服務價值均較高，耕地具有較高的糧食供給服務價值，因此，林地和耕地系統對于維持江西省生態服務價值穩定具有顯著的作用。2015～2018年，江西省社會經濟快速發展，人口增長約82萬，城鎮化率增長4.4%，城鎮化進程加快，城鎮建設空間的需求引起林地和耕地生態系統的縮減，從而導致生態服務價值的整體下降。尤其是長江中游城市群和鄱陽湖生態經濟區的建設發展，城鎮化的快速擴張侵占大量土地，導致江西省特別是南昌市生態服務價值顯著下降，生態服務價值的冷點區也多位于此。