古璠，黃義雄

(福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350007)

基于土地利用變化的福建省自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究

古璠，黃義雄

(福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350007)

以福建省自然保護區(qū)為例，依據(jù)2000年、2005年和2010年福建省土地利用數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件分析各類型土地利用的面積及其變化特點，并參照謝高地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算方法，分析了福建省自然保護區(qū)內(nèi)土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值之間的關(guān)系。結(jié)果表明：(1)2000—2010年，土地利用發(fā)生了較大的變化，各類型之間轉(zhuǎn)換比較頻繁，且林地面積逐漸在減少，園地和建設用地面積逐漸在增加，其他土地類型面積先增加后減少；(2)2000—2010年，林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地和耕地，園地主要由林地和草地轉(zhuǎn)換而來，林地為自然保護區(qū)最主要的土地利用類型；(3)2000—2010年，自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值逐漸減少，且土地利用變化與各類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化相對一致。

土地利用；生態(tài)系統(tǒng)服務價值；變化；自然保護區(qū)

生態(tài)系統(tǒng)服務功能是指生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過程所形成及所維持的人類生存所必需的環(huán)境條件和效用[1]。1997年，Costanza將生態(tài)系統(tǒng)服務功能分為氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、干擾調(diào)節(jié)等17類[2]。傅伯杰等人在《景觀生態(tài)學原理及應用》書中將生態(tài)系統(tǒng)服務功能劃分為4個層次：生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)功能、基本功能、環(huán)境效益和娛樂功能等[3]。生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估意義重大，各國學者一直致力于生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估。Costanza提出生態(tài)系統(tǒng)服務當量因子，對全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行了計算[2]。Brander等在研究濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值時，建立生態(tài)系統(tǒng)服務價值回歸方程，并對該方程的可行性進行了探討[4]。我國學者在生態(tài)系統(tǒng)價值研究方面也取得了很大的進展，歐陽志云等利用市場價值法、市場替代法等方法對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行了評估[5]。謝高地和魯春霞等對Costanza的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子進行修訂，提出中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子，基于此評估出青藏高原地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值[6]。謝高地與肖玉等對我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行了估算，并提出我國不同省份的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)當量因子[7]。趙景柱等從物質(zhì)量和價值量兩個角度評估生態(tài)系統(tǒng)服務價值，對兩種不同結(jié)果進行分析，兩種方法區(qū)別很大，但也能相互補充使用[8]。

由于土地利用類型狀況會直接影響到生態(tài)系統(tǒng)服務價值，社會的快速發(fā)展使得土地利用類型發(fā)生了很大的變化，各地區(qū)各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值也隨之發(fā)生變化。目前我國學者在土地利用類型變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值影響方面的研究比較廣泛[9-13]。

自然保護區(qū)擁有豐富的生物資源，是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類研究生態(tài)的天然平臺，并且在涵養(yǎng)水源、保持水土、改善生態(tài)環(huán)境及保持生態(tài)穩(wěn)定和生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著積極作用，提供著比較高的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。然而社會的高速發(fā)展，人口的不斷增加，城鎮(zhèn)化不斷推進，自然保護區(qū)遭到越來越嚴重的破壞，生物多樣性逐漸減少，生態(tài)系統(tǒng)服務功能和價值逐漸降低。

本文以福建省自然保護區(qū)為研究對象，分析其土地利用變化狀況，并對其生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行評價，旨在研究隨著土地利用的變化，自然保護區(qū)生態(tài)服務功能和價值變化規(guī)律，以期為自然保護區(qū)管理提供支持。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)范圍

根據(jù)《中華人民共和國自然保護區(qū)條例》(1994)，自然保護區(qū)是指“對有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布區(qū)、有特殊意義的自然遺跡等保護對象所在的陸地、陸地水體或者海域，依法劃出一定面積予以特殊保護和管理的區(qū)域”[14]。截至2014年底，福建省各級自然保護區(qū)共有90處，其中國家級自然保護區(qū)16個，省級自然保護區(qū)21個。研究內(nèi)容為2010年的情況。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于2000年、2005年福建省土地利用類型圖，“福建省生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估”項目中的2010年福建省土地利用類型數(shù)據(jù)。自然保護區(qū)信息來源于中華人民共和國環(huán)境保護部和福建省林業(yè)廳。

圖1 自然保護區(qū)分布圖

2 土地利用變化分析

2.1 各時期土地利用變化分析

首先對三期土地利用類型圖分析整理，利用ArcGIS軟件與自然保護區(qū)結(jié)合，得到福建省自然保護區(qū)三期土地利用現(xiàn)狀圖(圖2)，并對各期的土地利用面積進行統(tǒng)計分析，見表1。

由表1可知，2000—2010年福建省自然保護區(qū)土地利用類型以林地為最主要類型,所占比例在84%以上。在其他的土地利用類型中，耕地面積最多，所占比例最大；其次為園地?？傮w上來看，福建省自然保護區(qū)土地利用中林地、草地面積持續(xù)減少，林地面積減少最多，達2 840.741 8 hm2；耕地和濕地面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，最終2010年比2000年耕地面積減少606.805 3 hm2，濕地面積減少60.276 2 hm2；園地和建設用地面積持續(xù)增加，分別增加2 702.368 4 hm2和2 447.206 3 hm2；裸地面積先增加后減少，但整體上增加38.639 3 hm2；其中園地增加面積最多。因此可以得出，2000—2010年，林地面積減少幅度最大，園地面積增加幅度最大。

2.2 各時期土地利用轉(zhuǎn)移分析

使用ArcGIS分析工具，計算提取土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析自然保護區(qū)內(nèi)土地利用變化狀況(見表2和表3)。

由表2可見，2000—2005年，自然保護區(qū)內(nèi)林地面積減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?、園地和耕地；草地面積減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾蛨@地。耕地面積增加，主要來源于林地、草地和濕地；園地面積增加，主要來源于林地、耕地和草地；建設用地面積增加，主要來源于耕地和林地；裸地面積增加，主要來源于林地。

表2 2000—2005年各土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

注：行表示2000年某一減少的土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)?005年的各類型的面積；列表示2005年某一增加的土地利用類型來源于2000年的各類型的面積。

由表3可知，2005—2010年，林地面積持續(xù)減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地和耕地；草地面積減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地和建設用地；耕地面積減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地和建設用地；濕地面積減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾徒ㄔO用地。園地面積增加，主要來源于林地和草地；建設用地面積增加，主要來源于耕地、林地和草地。

表3 2005—2010年各土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

注：行表示2005年某一減少的土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)?010年的各類型的面積；列表示2010年某一增加的土地利用類型來源于2005年的各類型的面積。

綜合分析表2和表3，2000—2010年耕地和草地面積持續(xù)減少，建設用地和園地面積持續(xù)增加。2000—2005年和2005—2010年各土地類型轉(zhuǎn)換比較頻繁，變化規(guī)律相對一致。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子

參考謝高地提出的中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表[6,15]，將生態(tài)系統(tǒng)服務功能分為供給服務、調(diào)節(jié)服務、支持服務和文化服務等4個一級類型和食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀等9個二級類型。謝高地將一個當量因子的價值定義為當年全國平均糧食產(chǎn)量的1/7。取林地和耕地的平均值作為園地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的當量因子；由于將水域劃為濕地類型，取原表中濕地與河流(湖泊)的均值作為本文中濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子(見表4)。

表4 生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表

3.2 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值量

根據(jù)謝高地[16]計算的全國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的經(jīng)濟價值為884.9元hm-2，與中國不同省份農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子，得到福建省不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務當量因子的經(jīng)濟價值為1 380.44元hm-2，最后計算出單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務價值量(見表5)。

表5 福建省自然保護區(qū)內(nèi)各土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值量(元)

3.3 自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化分析

根據(jù)各土地利用類型的面積和單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務價值量，計算自然保護區(qū)生態(tài)服務總價值為：

式中：ET為生態(tài)系統(tǒng)服務總價值(元a-1)；Si為i類土地利用類型面積(hm2)；Cij為單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值[元(hm2a)-1]。[17]

表6 2000—2005年自然保護區(qū)各土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值變化

表7 2005—2010年自然保護區(qū)各土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值變化

由表6和表7可以看出，2000—2005年，林地和草地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值都在降低，其他土地類型的服務價值都呈小幅度的提高，其中園地服務價值增加最大，2005年的生態(tài)系統(tǒng)服務總價值比2000年降低了3.900 5×108元。2005—2010年，林地、草地、濕地、耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值都在降低，林地降低值最大；只有園地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值在增加；2010年生態(tài)系統(tǒng)服務總價值比2005年減少了0.139 3×108元。從2000—2010年，福建省自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值在持續(xù)降低，從2000年的140.272 3×108元降低到2010年的135.624 1×108元；總體上林地、草地、濕地、耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值在降低，園地和裸地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值在增加；林地、濕地、耕地、園地生態(tài)系統(tǒng)服務價值所占比例在提高，而草地服務價值比例在降低；三期中林地所占比例都為最高，其次為濕地、園地、耕地。因此得出，林地為自然保護區(qū)最重要的生態(tài)系統(tǒng)服務價值構(gòu)成部分。并且，各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化與各面積的變化情況相對一致。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)2000—2010年，福建省自然保護區(qū)內(nèi)各土地利用類型中，林地、草地、濕地和耕地面積減少，園地、建設用地和裸地面積在增加。其中，林地減少面積最大，園地增加面積最大。林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地和耕地，草地主要轉(zhuǎn)換為園地、建設用地和耕地。園地面積主要由林地和草地轉(zhuǎn)換而來，建設用地主要由耕地和林地轉(zhuǎn)換而來。

(2)2000—2010年，福建省自然保護區(qū)各土地利用類型中，林地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值最高，其次為濕地和園地。說明林地、濕地和園地作為自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的重要構(gòu)成，其中林地最為重要。但是林地和濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值在降低，園地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值在增加。且各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值量的變化與其面積變化相對一致。

4.2 討論

本文采用的生態(tài)系統(tǒng)服務價值是根據(jù)當年全國平均產(chǎn)量的1 hm2農(nóng)田每年產(chǎn)生的糧食的經(jīng)濟價值作為當量因子的價值來進行計算，而由于各地區(qū)土地利用類型差異很大，社會經(jīng)濟狀況不同，生態(tài)系統(tǒng)服務價值還會受到土地利用類型、地域和社會經(jīng)濟狀況的影響[4,18，19]。這在本文中并沒有考慮到，得到的自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值結(jié)果會有偏頗。

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Ecosystem Service Value of Nature Reserves in Fujian Province Based on Land Use Change

Gu Fan, Huang Yixiong

(School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China)

Based on land use data in 2000, 2005 and 2010, land use area and its variation characteristics of nature reserves in ArcGIS were investigated in Fujian Province.The relationship between land use change and ecosystem service value in Fujian nature reserve was analyzed with Xie Gaodi’s method.Result shows that:(1)The land use change a lot,the conversion of land use types is frequent from 2000 to 2010. And the area of forest land decrease gradually, the garden land and construction land increase.(2)From 2000 to 2010, the forest land was transformed into garden and cultivated land, and the land was mainly converted from forest land and grassland. Forest land is the main land use type in nature reserve.(3)The value of ecosystem services in nature reserve gradually reduce, and the change of land use and ecosystem services value of various types of ecosystem service value change is relatively consistent from 2000 to 2010.

land use; ecosystem service value; change; nature reserve

1005-5215(2017)01-0014-05

2016-11-30

古璠(1992-)，女，河南駐馬店人，碩士研究生，從事生態(tài)與環(huán)境研究，Email:872584123@qq.com

黃義雄(1960-),男，福建福州人，博士，主要從事景觀生態(tài)方面研究，Email:yxhuang@fjnu.edu.cn

S759.9

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.01.004