基于土地利用的云南省縣域生態系統服務價值時空演變

羅仁娟,陳 新,張林波,楊旺舟

(1.云南師范大學地理學部,云南昆明 650500；2.云南師范大學經濟與管理學院,云南昆明 650500；3.山東大學人文社科青島研究院,山東青島 266237)

生態系統服務是人類直接或間接從生態系統中所得到的各種惠益[1]。形成維持人類生存發展的環境以滿足生存、健康、福祉等需求[2-3]。土地利用/覆蓋變化(land use and land cover change,LUCC) 是人類活動作用于生態系統的重要方式[4]。1997年,Costanza等[1]利用LUCC和生態系統服務當量,計算了全球生態系統服務價值。同年Daily[5]系統地介紹了生態系統服務功能的概念、研究簡史、服務價值評估等。我國學者謝高地等[6-7]根據 Costanza等[1]的方法構建了符合我國國情的生態系統服務價值當量表,獲得學術界的廣泛認可,國內眾多學者根據此當量表開展研究。

云南省位于我國西南邊疆地區,總面積38.31萬km2,下轄8個地級市和8個自治州,129個縣(市)。有北熱帶、南亞熱帶、暖溫帶和高原氣候區等溫度帶氣候類型,多山地,地形縱橫起伏、海拔落差大。在全國生態區劃中主要屬于“南部濕潤生態大區”中的“云貴高原生態地區”,滇西北部分屬于“青藏高原生態大區”中的“橫斷山區生態地區”[8],境內陸生生態系統幾乎包括地球上所有的生態系統類型,豐富的生態資源對云南省社會經濟發展起著重要的支撐作用[9]。基于土地利用的云南省縣域生態系統服務價值時空演變研究,對云南省踐行生態文明思想、助力“兩山”理論、推動生態產品價值實現具有一定的實踐意義和價值。

1 資料與方法

1.1 數據來源該研究樣本為云南省 129 個縣(市、區),研究期為 2005、2010、2015和2018 年4個時段。土地利用類型數據來自中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn),分辨率為 30 m×30 m,解譯精度達 90%以上。數據將土地利用類型劃分為一級分類( 耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6種類型) 和二級分類(旱地、水田、有林地、灌木林等25種類型),該研究根據謝高地等[10]生態系統分類體系,將土地利用數據重分類為旱地、水田、森林、草地、濕地、荒漠、裸地、水域、冰川、建設用地10類生態系統類型。其他社會經濟數據來自《云南統計年鑒》《全國農產品成本收益統計資料匯編》及《中國農產品價格調查年鑒》。

1.2 研究方法參考謝高地等[10]制訂的中國陸地生態系統服務價值當量因子表。生態系統服務1個基礎當量因子的經濟價值量相當于研究區本年度平均糧食單產市場價值的1/7[11]。考慮各年份間農作物價格波動對總價值量的影響,選取與土地利用數據相對應的2005、2010、2015 和 2018 年4個時期云南省水稻、小麥和玉米3種主要糧食作物的產量、價格、播種面積作為基礎數據進行基礎當量因子價值核算。公式如下：

式中,En為云南省農田生態系統提供食物生產能力的經濟價值(元/hm2)；i為作物類別；oi為第i種糧食作物面積(hm2)；pi為第i種糧食作物單產(kg/hm2)；qi為第i種糧食作物的平均價格(元/kg)；M為3種糧食作物總面積。詳見表1。

表1 云南省主要糧食作物產量、價格、農作物統計Table 1 Statistics of output,price and crops of main grain crops in Yunnan Province

表1的統計數據根據核算公式計算出研究區不同土地利用類型1個基礎當量因子的經濟價值約為2 400.07元/hm2。結合謝高地等[10]制定的單位面積生態系統服務價值當量表,得到云南省單位面積生態系統服務功能價值(表2)，其中建設用地生態系統服務價值量為0，即無價值量。

表2 云南省單位面積生態系統服務價值Table 2 Ecosystem service value per unit area in Yunnan Province 元/(hm2·a)

2 結果與分析

2.1 土地利用變化分析對土地利用數據進行統計,得到云南省各土地利用類型面積并進行百分比統計。從表3可以看出，2005—2018 年云南省土地利用結構以森林為主,其次是草地、旱地,這3種用地類型占云南省總面積的93%,而荒漠、冰川、濕地、裸地、水域5種用地類型合計僅占總面積的1%。變化幅度較大的是建設用地、水域和草地,建設用地增加了1 164.83 km2,水域增加了899.16 km2,草地減少了746.14 km2。荒漠在2015年消失。

表3 2005—2018年云南省土地利用面積百分比和面積變化統計Table 3 Statistics of percentage of land use area and area change in Yunnan Province from 2005 to 2018

2.2 生態系統服務價值核算及變化以云南省129個縣(市、區)為研究單元,基于4個時期研究區土地利用數據的10類生態系統,去除無價值量的建設用地,將表2所示的9類生態系統服務價值匹配到各縣(市、區),核算出云南省各縣域的生態系統服務價值,限于篇幅,該研究僅展示云南省16個地州(市)的核算結果,各地州(市)生態系統服務價值及變化見表4。

表4 云南省各地州研究期生態系統服務價值及變化Table 4 Ecosystem service value and change in various prefectures of Yunnan Province during the study period

從表4可以看出,云南省研究期內生態系統服務價值呈現緩慢增長態勢,2005—2018年增長比例最大的為德宏州,其次為楚雄州、曲靖市；呈負增長的為普洱市。生態系統服務價值總量最低的為德宏州,最高的為楚雄州,這主要與州市所轄面積大小相關。

2.3 生態系統服務價值空間格局演變特征為更客觀地刻畫云南省各縣(市、區)生態系統服務價值的變化,該研究從生態系統服務價值單位面積和人口2個變量進行空間格局演變研究,并利用ArcGIS軟件可視化表達。

2.3.1單位面積生態系統服務價值空間格局。云南省單位面積生態系統服務價值核算結果顯示,研究期內單位面積價值量最高為玉溪澄江市(7.84 萬元/hm2),最低為曲靖市羅平縣(2.58萬元/hm2)。采用ArcGIS軟件分類的幾何間斷法將云南省生態系統服務價值分為5個等級：高(>5.31萬元/hm2)、偏高(>4.07～5.31萬元/hm2)、中(>3.47～4.07萬元/hm2)、偏低(>3.18～3.47萬元/hm2)、低(≤3.18萬元/hm2)。

圖1 云南省單位面積生態系統服務價值空間演變(單位：萬元/hm2)Fig.1 Spatial evolution of ecosystem service value per unit area in Yunnan Province

從圖1可以看出,研究期內云南省單位面積生態系統服務價值呈現出西高東低、中西部地區偏低的總體特征。單位面積價值量高的地區集中在云南省西北地區和西南地區,西北地區為怒江州、迪慶州及麗江市所屬大部分縣區；西南地區為西雙版納、普洱市的部分縣區,中部的昆明市西山區、呈貢區、玉溪市的澄江市、江川區等。價值量低的縣域主要集中在中西部地區的昆明市、曲靖市的大部分縣區,東北地區的昭通市的大部分地區及紅河州的部分地區,零散分布于臨滄州和大理市的少部分縣區。各年間生態系統服務價值變化不大,呈微弱增長態勢,如臨滄州的鳳慶縣、昭通市的永善縣和魯甸縣單位面積價值量在2010—2015年由低轉為中；大理州彌渡縣、楚雄州的元謀縣單位面積價值量在2010—2015年由低轉為偏低。

2.3.2人均生態系統服務價值空間格局。云南省人均生態系統服務價值核算結果兩極化極為嚴重,研究期內人均生態系統服務價值量最高的為迪慶州德欽縣(49.00萬元/人),其次為迪慶州維西縣(44.00萬元/人)、迪慶州香格里拉市(29.00萬元/人),其余縣區的人均生態系統服務價值量都在13.00萬元/人以下；價值量較低的3個縣區分別為昆明市五華區(0.12萬元/人)、盤龍區(0.17萬元/人)和官渡區(0.41萬元/人)。采用ArcGIS軟件分類的幾何間斷法將云南省生態系統服務價值分為5個等級：高(>12.60萬元/人)、偏高(>4.30萬～12.60萬元/人)、中(>2.42萬～4.30萬元/人)、偏低(>2.00萬～2.42萬元/人)、低(≤2.00萬元/人)。

圖2 云南省人均生態系統服務價值空間演變(單位：萬元/人)Fig.2 Spatial evolution of per capita ecosystem service value in Yunnan Province

由圖2可知,研究期云南省人均生態系統服務價值呈現出西高東低、南北中部地區偏低的總體特征。單位價值量高的地區集中在云南省西北地區的迪慶州和怒江州；價值量低的地區主要集中在中西部地區的昆明市、曲靖市的大部分縣區,東北地區的昭通市、東南部地區的紅河州、文山州的部分地區,零散分布于大理市、保山市的少部分縣區。各年間生態系統服務價值變化不大,呈微弱降低態勢,主要是人口增長超過單位面積價值量增長速率導致。

結合圖1和圖2可知,部分地區在以單位面積為變量時,屬于價值量高的地區,而以人均為變量時,屬于價值量低的地區,如云南省中部的昆明市西山區、呈貢區、玉溪市的澄江市、江川區,這是由于西山區、官渡區、五華區、盤龍區、呈貢區擁有滇池水域,澄江市、江川區擁有撫仙湖水域,水域的生態服務價值當量極高,所以相關區域的單位面積價值量就高,而這些地區人口集聚度高、人口密度大導致以人均為變量時價值量低。部分地區以單位面積為變量時,屬于價值量中等的地區,而以人均為變量時,屬于價值量極高的地區,如怒江州貢山獨龍族怒族自治縣、迪慶州德欽縣和香格里拉市,此現象的原因是該地區人口集聚度低、人口密度小所導致。

3 結論與討論

該研究對云南省2005、2010、2015、2018年4期的土地利用數據進行分析,在此基礎上對云南省生態系統服務價值進行核算和分析。結果表明，云南省土地利用類型中森林、草地及旱地占所有土地利用類型的絕大部分；研究期整體結構變化較小,建設用地及水域呈持續增加態勢。云南省2005—2018年生態系統服務價值持續緩慢增長。單位面積生態系統服務價值時間上呈微弱增長態勢,空間上呈現西高東低、中西部地區偏低的特征。人均生態系統服務價值時間上呈微弱下降態勢,空間上呈現西高東低、南北中部地區偏低的特征。

土地利用變化是生態系統服務價值結構變化的直接原因。其中水域面積增大,是研究區生態系統服務價值整體增大的主要原因。旱地和水田的土地利用類型轉化為建設用地是生態系統服務價值降低的主要原因,政府應該嚴格控制建設用地的擴張,加強土地集約利用。

該研究采用直觀易用的當量因子法對云南省生態系統服務價值進行估算時,固定當量因子的價值,加強了生態系統服務價值時間序列上的可比性。目前研究仍具有一定局限性,如羅平縣生態系統服務的單位面積和人均價值量均很低,與客觀情況不相符,羅平縣旱地種植油菜花引領的旅游系列產品,其文化服務的價值被遠遠低估,在后續研究中需要考慮一些特殊情況。建設用地的生態系統服務價值也是下一步研究的重點。