趙志剛　王凱榮　謝小立

摘要：對湖南桃源縣區(qū)1996～2006年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行定量評估與分析，并通過相關(guān)分析探討其與社會經(jīng)濟因子的關(guān)系。結(jié)果表明，此期間桃源縣的各單項指標(biāo)中，水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持和生物多樣性價值較高；其幾項總價值比重達到74.6%。研究年份間，不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值排序未發(fā)生變化，排列順序依次為：林地、耕地、水域、園地、未利用地與建設(shè)用地；地類與總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量的關(guān)聯(lián)度排序為林地>建設(shè)用地>耕地>草地>未利用地>水域；農(nóng)業(yè)人口變化是導(dǎo)致地類面積改變的重要原因之一，同時，農(nóng)村經(jīng)濟水平的提高對于增加林地面積、城鎮(zhèn)化發(fā)展有推動作用，水域及未利用地與社會經(jīng)濟因子相關(guān)性不強；對于總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提高也可通過合理配置土地資源類型來實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：桃源縣；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；土地利用類型；相關(guān)性

中圖分類號：F301.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）06-1474-05

Assessment on Ecosystem Services Value of Foothills County

——Taking Taoyuan County of Hunan Province as an Example

ZHAO Zhi-gang1，WANG Kai-rong2，XIE Xiao-li3

（1. College of Life Science and Resources and Environment， Yichun University， Yichun 336000， Jiangxi， China；

2.Eco-Institute of Agricultural and Environmental Health， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， Shandong， China；

3.Institute of Subtropical Agriculture， The Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， China）

Abstract： The value of ecosystem services of Taoyuan county from 1996 to 2006 was quantitativly assessed and analyzed， and its relationship with socio-economic indicators was investigated by canonical correlation analysis in this paper. The results show that： during the period of 1996～2006， among the individual indicators， the value of water conservation， gas regulation， climate regulation， soil conservation and biodiversity is relatively high and has a proportion of 74.60% of the total value. The rank of different types of ecosystem services value remains unchanged in different years， arranged in the order （from high to low）： woodland， farmland， water area， garden plot， unused land and construction land； The order of the correlation of land use types relative to the total ecosystem services value is： woodland> construction land > farmland> garden plot > unused land >water area. The proportion of agricultural population has a strong correlation with different land use types. The improvement of rural economics level will drive the protection of area ecological environment and urbanization development. The water area and unused land are irrelevant to multiple socio-economic indicators. The overall value of ecosystem services can be improved through reasonable allocation of land resource types.

Key words： Taoyuan county； value of ecosystem services； land use types； correlation analysis

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為生態(tài)學(xué)的一個分支學(xué)科，近年來得到了快速發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不僅是指生態(tài)系統(tǒng)為人類提供食物、醫(yī)藥及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原料方面的價值，更包括其在支撐與維持地球生命支持系統(tǒng)，維持生命物質(zhì)的生物地化循環(huán)與水文循環(huán)，維持生物物種與遺傳多樣性，凈化環(huán)境，維持大氣化學(xué)平衡與穩(wěn)定等方面的作用[1]。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是生態(tài)系統(tǒng)形成和所維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用，是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[2，3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估就是將生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成要素及其服務(wù)功能的價值貨幣化，是人類對自然與生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)識成果應(yīng)用于經(jīng)濟決策的一種技術(shù)方法[4]。在研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值變化過程中，對區(qū)域環(huán)境因子的相關(guān)性進行科學(xué)分析至關(guān)重要。在對環(huán)境問題進行分析研究時，首先需要確定相關(guān)指標(biāo)，再分析各相關(guān)指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值變化之間的相互關(guān)系與作用。本研究選擇了具有代表性的亞熱帶丘陵縣域生態(tài)系統(tǒng)——湖南省桃源縣，通過分析其區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值動態(tài)發(fā)展過程，探討土地利用類型與社會經(jīng)濟指標(biāo)的相關(guān)性，為揭示中國江南丘陵區(qū)域的生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展方向、探討該區(qū)域未來的空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)演變、促進生態(tài)環(huán)境保護及實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境資源的可持續(xù)利用都具有積極的價值與意義。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

桃源縣位于湖南省西北部，下轄40個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，地處雪峰山和武陵山脈的交匯處，地理位置介于110°51′-111°36′E，28°24′-29°24′N之間，縣域總面積約44.6萬hm2，人口約97.6萬。該縣為山地、丘陵和平原多種地貌組合類型，以丘陵地貌為主。雪峰山和武陵山兩山脈的余脈在縣境內(nèi)交接，形成三面環(huán)山，一方開口，中間凹陷，形似“撮箕”。這里氣候四季分明，干濕兩季明顯，屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的季風(fēng)性濕潤氣候帶。年平均氣溫約為16.5 ℃，無霜期約283 d，年平均日照時數(shù)約1 531.4 h，年平均降水量約1 447.9 mm，光、熱、水資源豐富。

1.2 土地利用分類及數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)各地類可歸并為6個一級類型，分別為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地，不同土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值參考謝高地等[5]、程江等[6]文獻，并做適當(dāng)調(diào)整。社會經(jīng)濟指標(biāo)來自湖南省統(tǒng)計年鑒與桃源縣1997～2007年統(tǒng)計年鑒，1996～2006 年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)來源于桃源縣國土資源局（表1）。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估指標(biāo)的選取是以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為基礎(chǔ)。本研究參照Daily[7]、聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估（MA）[8]和謝高地等[9]的方法，將桃源縣生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能劃分為產(chǎn)品服務(wù)和生命支持服務(wù)2個層面，服務(wù)類型包括供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)3大類型，形成食物生產(chǎn)、原材料、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、廢物處理、土壤保持、生物多樣性保護、娛樂文化等9項評估指標(biāo)。

中國幅員遼闊，地形氣候多變，使用全國平均尺度值來研究局部區(qū)域往往誤差較大，尤其與地形氣候關(guān)系密切的耕地、草地與林地等生態(tài)系統(tǒng)。因此，筆者依據(jù)湖南省地區(qū)數(shù)據(jù)與全國數(shù)據(jù)的比例計算耕地、草地與林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的調(diào)節(jié)系數(shù)值（表2）。其中，食物生產(chǎn)、原材料、生物多樣性所需數(shù)據(jù)來源于《湖南統(tǒng)計年鑒（2007）》、《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒（2007）》、《中國林業(yè)年鑒（2007）》；生物多樣性保護采用Shannon-Wiener指數(shù)法評估[10]；氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、廢物處理、土壤形成與保護的服務(wù)功能計算數(shù)據(jù)來源于參考文獻[12-14]。研究區(qū)域服務(wù)價值結(jié)果詳見表3。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估是以Costanza的研究方法[15]為基礎(chǔ)，具體公式為：

ESVi=■Vcij×Ai （1）

ESV=■ESVi （2）

式（1）中，ESVi是第i種土地利用自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值（元）；Vcij是第i類生態(tài)系統(tǒng)的第j種土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型單位面積價值（元/hm2·年）；Ai為第i類土地利用類型的面積；式（2）中，ESV為研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)總生態(tài)服務(wù)價值。

1.4 相關(guān)性分析方法

生態(tài)服務(wù)價值與土地利用類型的面積直接相關(guān)，因此本研究通過土地利用類型面積的變化間接反映生態(tài)服務(wù)價值的變化?？紤]到短期內(nèi)人類活動對研究區(qū)域土地利用面積變化的影響，研究以社會經(jīng)濟因素為主。研究選取的指標(biāo)應(yīng)與研究區(qū)土地變化相關(guān)性較大，能反映土地利用變化的大體趨勢；并且考慮到數(shù)據(jù)資料的可獲取性，可以通過統(tǒng)計資料與實地調(diào)查獲得；給予指標(biāo)定量化才能進行模型運算，因此還需指標(biāo)有賦予數(shù)據(jù)；所選取的驅(qū)動因子之間具有非關(guān)聯(lián)性或弱關(guān)聯(lián)性，能夠從不同角度反映生態(tài)服務(wù)價值變化的驅(qū)動因素。

根據(jù)以上特點，結(jié)合桃源生態(tài)環(huán)境特點和土地利用結(jié)構(gòu)的變化情況，以研究區(qū)總?cè)丝跀?shù)（X1）、農(nóng)業(yè)人口數(shù)（X2）、糧食總產(chǎn)量（X3）、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（X4）、人均GDP（X5）、農(nóng)業(yè)機械總動力（X6）、農(nóng)民人均純收入（X7）、化肥施用量（X8）、農(nóng)村用電量（X9）和固定資產(chǎn)投資額（X10）10個因子的變化量作為影響土地利用變化的社會經(jīng)濟關(guān)聯(lián)因子，即自變量組。同時，為避免計算結(jié)果受變量量綱和數(shù)量級不同的影響，保證其科學(xué)性和客觀性，在進行多元分析之前，首先將原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，具體處理方法見參考文獻[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖南省桃源縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV）的年度變化

從圖1可知， 桃源縣域生態(tài)系統(tǒng)各單項的生態(tài)服務(wù)價值差異很大， 其中水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性保護及氣候和氣體調(diào)節(jié)的服務(wù)價值均較高， 它們在研究年份的總貢獻率中的所占比例為74.6%，這與桃源縣的林地等林地植被保護較好有關(guān)；生態(tài)系統(tǒng)的食物生產(chǎn)服務(wù)價值最低， 其總貢獻率所占比例僅為3.7%，這主要是該區(qū)域的耕地面積比例較低。研究時間段內(nèi)，桃源縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的總體格局及多數(shù)單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化幅度均不顯著，系統(tǒng)的氣候和氣體調(diào)節(jié)、土壤保持與娛樂文化功能價值有緩慢增加、食物生產(chǎn)呈逐步降低的趨勢；水源涵養(yǎng)和廢物處理功能價值則在1996～2000年間相對增高，后期又出現(xiàn)了回落，但研究年份間總體增加。

表4為湖南省桃源縣不同年份各類型生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值量與所占比例，數(shù)據(jù)顯示，不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值差別較大，由近10年的平均數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，林地系統(tǒng)價值最高，占系統(tǒng)總服務(wù)價值的76.47%；其次分別是耕地、水域、草地、未利用地和建設(shè)用地。各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值經(jīng)歷了不同的變化趨勢和幅度：林地、水域、建設(shè)用地和未利用地系統(tǒng)經(jīng)歷持續(xù)增加的變化過程；耕地、草地生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷持續(xù)減少的變化過程；水域與未利用地生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)先增加后減少的變化過程。1996～2006年間，不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值排序未發(fā)生變化，排列順序依次為：林地、耕地、水域、草地、未利用地與建設(shè)用地。

2.2 土地類型與總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)聯(lián)度

以生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值為參考序列，以耕地、草地、林地、建設(shè)用地、水域、未利用地服務(wù)價值做為比較序列，？籽取0.5，依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度法[17]計算出各關(guān)聯(lián)度值為0.64、0.65、0.95、0.85、0.49和0.63。由此可知各類型關(guān)聯(lián)度排序為林地>建設(shè)用地>耕地>草地>未利用地>水域。

2.3 地類面積與社會經(jīng)濟因子相關(guān)性分析

以上述標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣為基礎(chǔ)，運用SPSS 14.0軟件的Analyze Correlate模塊，進行地類面積變化與社會經(jīng)濟因子之間的相關(guān)分析，得到相關(guān)系數(shù)表（表5）。

由表5數(shù)據(jù)分析可知，與耕地面積呈顯著正相關(guān)的因子是農(nóng)業(yè)人口數(shù)、負(fù)相關(guān)的是人均GDP與農(nóng)民人均純收入。農(nóng)業(yè)人口的減小是耕地面積降低的主要因素之一，桃源縣地處丘陵區(qū)域，可耕地面積相對較少，農(nóng)耕并不是經(jīng)濟的主要來源與增長方式，因此盡管耕地面積降低、人均GDP與農(nóng)民收入仍逐步升高。與草地面積呈顯著正相關(guān)的因子是農(nóng)業(yè)人口數(shù)、負(fù)相關(guān)的是人均GDP與農(nóng)民人均純收入。農(nóng)業(yè)人口的減少導(dǎo)致草地面積的降低，與耕地類似，桃源縣牧業(yè)不發(fā)達，面積的降低的并不影響農(nóng)民收入的穩(wěn)步升高。農(nóng)業(yè)機械總動力與農(nóng)村用電量是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平提高的指標(biāo)，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高，部分荒草地被開發(fā)致使草地總量減少；與林地面積呈顯著正相關(guān)的因子是農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、人均GDP、農(nóng)業(yè)機械總動力、農(nóng)民人均純收入和農(nóng)村用電量，負(fù)相關(guān)的是農(nóng)業(yè)人口數(shù)。說明農(nóng)村人口減少對林地面積的保護是有益的，影響林地變化的另一個主要因素是區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平，上述影響林地的指標(biāo)反映了經(jīng)濟發(fā)展情況，表明經(jīng)濟條件好會促進丘陵區(qū)林地的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，同時對退耕還林政策的執(zhí)行有所幫助。與建設(shè)用地面積呈顯著正相關(guān)的因子是農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)機械總動力、農(nóng)民人均純收入、農(nóng)村用電量和固定資產(chǎn)投資額，負(fù)相關(guān)的是農(nóng)業(yè)人口數(shù)。農(nóng)村人口的流動推動縣域城鎮(zhèn)化的進程，促使建設(shè)用地規(guī)模擴大，經(jīng)濟發(fā)展與資產(chǎn)投資也是建設(shè)用地面積增加的動力，投資尤其是政府固定資產(chǎn)投資的增長將推動工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的進程，增加用地規(guī)模；水域與未利用地面積未見顯著相關(guān)性因子，說明近年來桃源縣的社會經(jīng)濟發(fā)展未對其造成顯著影響。

3 結(jié)論與討論

桃源縣位于湖南省西北部，具有典型的丘陵地貌及亞熱帶氣候特征，因此研究桃源縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值及其變化趨勢，對于丘陵區(qū)生態(tài)服務(wù)價值評估和促進地區(qū)的經(jīng)濟、社會與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

1）研究發(fā)現(xiàn)，1996～2006年間，桃源縣生態(tài)服務(wù)價值總體呈現(xiàn)增長，其中單項價值的水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性保護及氣候和氣體調(diào)節(jié)的服務(wù)價值均較高，這與桃源縣林地、水域等自然環(huán)境較好有關(guān)；不同類型生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值變化不同，這主要是由于各類型面積的變化引起的，面積的變化往往與人類活動有很大的關(guān)系。林地類型與研究區(qū)域總生態(tài)服務(wù)價值關(guān)聯(lián)度最高，這與丘陵區(qū)域地形地貌的自然環(huán)境有關(guān)，并且林地單位面積的生態(tài)服務(wù)價值量也較高，因此林地價值在系統(tǒng)總價值中占有絕對優(yōu)勢。

2）由社會經(jīng)濟指標(biāo)對地類面積變化的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)人口比重的變化是導(dǎo)致地類面積改變的主要原因之一，隨著人口性質(zhì)改變其社會活動發(fā)生變化，必然引起土地利用類型的面積也發(fā)生改變；反映農(nóng)民經(jīng)濟的指標(biāo)與耕地、草地呈反比，與林地、建設(shè)地呈正比，說明桃源縣農(nóng)民經(jīng)濟增長并不是依靠農(nóng)耕業(yè)與牧業(yè)，而主要是與林業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)為中心；農(nóng)村經(jīng)濟水平的提高對于保護地區(qū)生態(tài)環(huán)境、促進城鎮(zhèn)化發(fā)展有推動作用，但要注意城鎮(zhèn)化的過快發(fā)展會占用其他土地，由于建設(shè)用地單位生態(tài)服務(wù)價值量較低，因此會降低系統(tǒng)的總生態(tài)服務(wù)價值量。水域及未利用地等表現(xiàn)出與社會經(jīng)濟因子相關(guān)性不強，這或許是其所在地理位置與研究時間段等因素所導(dǎo)致的。

3）生態(tài)服務(wù)價值的增加也可以通過提高單位面積各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值來實現(xiàn)，課題組曾以湖南省桃江縣（該縣與桃源縣毗鄰，面積小于桃源縣，但地貌類型和土地利用結(jié)構(gòu)與桃源縣相似）為案例研究發(fā)現(xiàn)，依據(jù)資源特點對區(qū)域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，可顯著提高單位面積耕地、水域、林地等系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值，由于南方紅壤丘陵農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)，50%以上的土地為低丘崗地類型，光、熱、水和生物資源豐富，氣候生產(chǎn)潛力高，而長期以來，該區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營大多集中在河湖沖積平原和丘陵谷底，80%以上的農(nóng)業(yè)投入集中在不到20%的耕地上，是典型的“溝谷農(nóng)業(yè)”經(jīng)營帶。因此注重合理配置土地資源類型，既提高區(qū)域系統(tǒng)社會功能和生態(tài)功能，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，又對縣域生態(tài)系統(tǒng)總的服務(wù)價值有重要貢獻[18，19]。

通過對湖南省桃源縣域生態(tài)系統(tǒng)及各子系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價值的分析，可以看出桃源縣現(xiàn)有的人類活動與發(fā)展對系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值是有促進作用的。林地、水域等類型面積的保護對中國江南丘陵區(qū)域的生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展是有重要的價值與意義；在保護現(xiàn)有自然區(qū)域結(jié)構(gòu)的同時，可對人為干擾較多區(qū)域空間（如耕地等）結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，如調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效復(fù)合經(jīng)營模式等來進一步提高單位面積生態(tài)價值。研究主要通過對近些年生態(tài)系統(tǒng)整體價值評估測算，并對社會經(jīng)濟等方面的驅(qū)動力進行分析，為政府相關(guān)部門在生態(tài)環(huán)境保護的量化評價、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展方面提供了部分科學(xué)依據(jù)。

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[18] 孫 葭，王凱榮，謝小立.湖南桃江農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的土地利結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].山地學(xué)報，2005，23（2）：203-208.

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[5] 謝高地，甄 霖，魯春霞，等.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、消費和價值化[J]. 資源科學(xué)，2008，30（1）：93-99.

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