楊鎖華, 胡守庚, 瞿詩進

(1.中國地質(zhì)大學(武漢) 公共管理學院, 武漢430074; 2.國土資源部 法律評價工程重點實驗室, 武漢430074)

當前，我國正處在城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速推進時期，由傳統(tǒng)低效發(fā)展模式所導致的生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性維持能力下降、氣候調(diào)節(jié)能力減弱等問題日益凸顯[1-2]，生態(tài)系統(tǒng)服務作為生態(tài)系統(tǒng)能提供的生命支持產(chǎn)品和服務[3]，評估其價值大小在一定程度上能反映生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)。

近年來，國內(nèi)外學者圍繞生態(tài)系統(tǒng)服務價值開展了廣泛研究[4-6]。其中，以Costanza[5]提出的“全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表”及生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析模型影響最為深遠，由于生態(tài)系統(tǒng)具有復雜性、異質(zhì)性[7-8]等特點，謝高地等[3,9]在其基礎(chǔ)上結(jié)合我國實際情況制定了“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值當量表”，受到國內(nèi)學者廣泛應用[10-12]。值得注意的是，國內(nèi)已有研究多著眼于生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空變化特征[13-15]，對不同生態(tài)服務功能價值的時空分異格局關(guān)注較少，而人口高速增長、城市快速擴張等社會經(jīng)濟發(fā)展均會導致不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的時空變化特征較為復雜[16]。相關(guān)研究的開展有助于了解區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的各項產(chǎn)品和服務提供能力的強弱性、空間分布差異及變化趨勢等特征，可為細致定量地認識區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況并有針對性地制定生態(tài)保護措施提供背景資料和理論支持。

因此，本文以長江中游經(jīng)濟帶為例，基于區(qū)域?qū)嶋H情況修正后的“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值當量表”，采用Constanza的生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析模型測算1990—2014年區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值及不同功能價值，選取敏感性指數(shù)[17]檢驗測算結(jié)果的科學性，并以動態(tài)度[18]衡量其變化速度，以期為促進土地資源合理利用、生態(tài)環(huán)境保護提供基礎(chǔ)信息和決策支持。

1　研究區(qū)概況

長江中游經(jīng)濟帶包含湖南、湖北和江西三省，下轄325個縣級行政單元，1990—2014年人口增加了1 718.4萬人，GDP增長18.12倍，建設用地面積擴大60 166.69 km2，城鎮(zhèn)化率從16.83%增長到51.70%。區(qū)域土地總面積為56.47萬km2，耕地、林地、水系較為豐富，是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)關(guān)鍵區(qū)。區(qū)內(nèi)兼有山地、丘陵、平原等多種地貌類型，為便于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間分布及變化的區(qū)位描述，基于縣域地形地貌特征將區(qū)域劃分為11個地貌類型區(qū)，各地貌類型區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)(2014年)見表1。

表1　2014年長江中游經(jīng)濟帶各地貌類型區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)　%

2　數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1　數(shù)據(jù)來源

長江中游經(jīng)濟帶1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2014年的土地利用現(xiàn)狀圖通過人機交互式解譯Landsat影像得到，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、濕地、建設用地、未利用地7類。糧食產(chǎn)量、播種面積、糧食價格數(shù)據(jù)來自于《湖南統(tǒng)計年鑒》(1991—2015)、《湖北統(tǒng)計年鑒》(1991—2015)、《江西統(tǒng)計年鑒》(1991—2015)和《中國農(nóng)產(chǎn)品價格調(diào)查年鑒》(2015)(表2)。

表2　1990-2014年長江中游經(jīng)濟帶土地利用情況　km2

2.2　研究方法

2.2.1長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)表本文基于謝高地等修訂的“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量(2007年)”[9]，結(jié)合長江中游經(jīng)濟帶實際情況修正生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)。1個標準單位生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子定義為1 hm2研究區(qū)平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值，經(jīng)比較分析得出其等于平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7[3]。長江中游經(jīng)濟帶的主要糧食作物為稻谷、小麥、玉米，將小麥、玉米產(chǎn)量修正到標準糧(稻谷)產(chǎn)量，以區(qū)域稻谷均價作為平均糧食價格，經(jīng)統(tǒng)計，1990—2014年單位面積耕地糧食產(chǎn)量為6 238.61 kg/hm2，2014年平均糧食價格為2.70元/kg，當量因子為2 406.32元/hm2，最終得到長江中游經(jīng)濟帶單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)表。

表3 長江中游經(jīng)濟帶單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)表　元/hm2

計算長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值及各生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值采用Costanza提出的生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析模型，如公式(1)、公式(2)。

ESVp=∑Sp×VCp

(1)

(2)

式中：ESV表示生態(tài)系統(tǒng)服務價值(元)；ESVp為研究區(qū)第p種土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，元；Sp為第p種土地類型的面積(hm2)；VCp為第p種土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)(元/hm2)。

2.2.2敏感性指數(shù)本文選用敏感性指數(shù)(coefficient of sensitivity,CS)驗證生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化對價值系數(shù)的依賴程度，計算式如(3) 所示。若CS<1，表明估算結(jié)果可靠，CS值越大，則該地類的價值系數(shù)對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響越大，其準確性越關(guān)鍵；若CS>1，估算結(jié)果的可信度低。

(3)

式中：CS為敏感性指數(shù)；ESVi，ESVj分別代表初始和調(diào)整價值系數(shù)后的生態(tài)系統(tǒng)服務價值(元/hm2)；VCiP，VCjP分別代表初始和調(diào)整后的第p種土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)(元/hm2)。

2.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)度本文選用生態(tài)服務價值動態(tài)度描述一定時期內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務價值/不同功能價值的變化速度及趨勢，可有效消除土地面積及標準當量不同對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響[7]，計算公式如(4) 所示。

(4)

式中：K是動態(tài)度；Ea，Eb分別為研究初期和末期的地均生態(tài)系統(tǒng)服務價值/生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值，元/hm2；Ta，Tb為研究初期和末期。

3　結(jié)果與分析

為便于分析1990—2014年長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間分布及變化特征，本文采用6個研究時點的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的均值表征區(qū)域間的價值差異，通過AcrGIS中的自然間斷點分級法(Jenks)將生態(tài)系統(tǒng)服務價值及不同功能價值劃分為5個等級：低，較低，中等，較高，高；此外，將生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)度分為3個級別，即下降(小于-0.1%)、平穩(wěn)(-0.1%～0.1%)、升高(大于0.1%)。

3.1　生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空變化特征

3.1.1時序變化特征總體來看，長江中游經(jīng)濟帶的生態(tài)系統(tǒng)服務價值經(jīng)歷了先升后降的變化過程，整體呈小幅上升趨勢。1990—2010年、2010—2014年分別上升251.06億元、下降137.23億元，1990—2014年增加113.84億元，增幅為0.391%，年均增長0.016%(表4)。25 a間，雖然區(qū)域內(nèi)建設用地面積增加7 495.38 km2，導致生態(tài)系統(tǒng)服務價值大量損失，但受退耕還湖、還林等生態(tài)退耕行為的影響，耕地向濕地、林地等更高生態(tài)系統(tǒng)服務價值用地類型轉(zhuǎn)換，生態(tài)服務價值整體上升。

從不同地類來看，耕地、林地、草地、未利用地的生態(tài)服務價值下降，而水域、濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值有所增加，以濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值增量最大，高達300.66億元。從變化過程來看，耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值持續(xù)下降，共減少153.31億元；林地生態(tài)系統(tǒng)服務價值先增后減，于2005年達到最大值22 414.63億元；濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈波動上升趨勢，在2010年達到最大值1 774.59億元，其他地類的變化不大。

3.1.2空間分布特征從空間分布格局來看，長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間分異性明顯，總體呈現(xiàn)“山區(qū)>丘陵區(qū)>平原區(qū)”的分布特征(圖1)。其中，地均生態(tài)服務價值的高值依托山脈呈“山”字形分布，較高值主要位于丘陵區(qū)、山區(qū)，而中值、低值、較低值集中分布在沿江平原區(qū)。

從動態(tài)度來看，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)度變化以平穩(wěn)為主，變化較為劇烈的區(qū)域主要集中于平原區(qū)(圖2)，丘陵區(qū)、山區(qū)主要呈點狀分布。升高區(qū)主要集中在江漢平原南部和洞庭湖平原西部，下降區(qū)集中于“石首市—渝水區(qū)—九江縣”(以下簡稱“石渝九”)沿線以及零星分布的諸多市區(qū)。雖然各區(qū)縣建設用地面積均有不同程度增加，但生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化趨勢卻不盡相同，說明建設用地擴張損耗的生態(tài)服務價值可以通過低生態(tài)系統(tǒng)服務價值用地向高生態(tài)系統(tǒng)服務價值用地的轉(zhuǎn)換彌補，為區(qū)域生態(tài)服務價值保持及提升提供了重要的可實現(xiàn)途徑。

表4　1990-2014年長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值時序變化　億元

圖1　1990-2014年長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間分布格局

圖2　1990-2014年長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間動態(tài)度空間格局

3.2　敏感度分析

本文將各土地類型的生態(tài)價值系數(shù)上下調(diào)整50%，得出各土地類型的敏感型指數(shù)(表5)。長江中游經(jīng)濟帶的所有地類敏感性指數(shù)均小于1，表明即使價值系數(shù)具有不確定性，本文的估算結(jié)果仍然可靠。其中，林地由于面積大、生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)高，其敏感性指數(shù)高達0.76(2014年)，表明若林地的生態(tài)價值系數(shù)上升1%，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值將上升0.76%；耕地由于面積較大，其敏感性指數(shù)僅次于林地；其他地類的CS趨近于0，表明其他地類的價值系數(shù)變化對區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值影響較小。

表5　1990-2014年長江中游經(jīng)濟帶各土地利用類型生態(tài)服務靈敏度

3.3　不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值時空變化特征

3.3.1時序變化特征1990—2014年，長江中游經(jīng)濟帶的4種生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值變化趨勢不盡相同(表6)，總體來看，供給服務、支持功能價值分別下降28.08，35.55億元，調(diào)節(jié)服務、文化服務價值分別上升156.90，20.57億元?？梢园l(fā)現(xiàn)，雖然生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失可以通過中低生態(tài)系統(tǒng)服務價值用地向高生態(tài)系統(tǒng)服務價值用地轉(zhuǎn)化彌補，但由于土地類型面積變化導致的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值變化卻難以補償。從變化過程來看，4種生態(tài)系統(tǒng)服務價值均呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，所不同的是，供給服務、支持服務價值在1990—2000年上升，2000—2014年下降；調(diào)節(jié)服務、文化服務價值在1990—2010年期間持續(xù)上升，2010—2014年期間則下降。從生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值構(gòu)成上分析，調(diào)節(jié)服務與支持服務是長江中游經(jīng)濟帶的主要服務功能，占整體的81.80%(2014年)，這與研究區(qū)內(nèi)森林覆蓋率高、耕地資源豐富、水系發(fā)達密不可分。

表6　1990-2014年長江中游經(jīng)濟帶單項生態(tài)系他服務價值時序變化　億元

3.3.2空間分布特征從空間分布格局來看，不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的空間分布特征有所不同(圖3)。供給服務、支持服務價值的高值、較高值主要集中于山區(qū)，即鄂西山區(qū)、湘西山區(qū)、鄂湘贛山區(qū)、南嶺山區(qū)、贛東山區(qū)，低值、較低值主要位于平原區(qū)，以江漢平原的低值范圍較大。文化服務價值的分布特征總體與供給服務價值接近，但高值與低值范圍較供給服務價值小，較低值范圍較大。調(diào)節(jié)服務價值的低值與高值均主要分布于平原區(qū)，較低值主要分布于部分平原及丘陵地區(qū)，而中值、較高值主要位于山區(qū)。究其原因，生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值與土地利用結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。山區(qū)的供給服務、支持服務、文化服務價值總體較高，主要由于其森林資源豐富，林地與上述三項生態(tài)服務功能呈較強的正向相關(guān)；在平原、丘陵地區(qū)，供給服務、支持服務、文化服務價值較低，而調(diào)節(jié)服務高值、低值兼有，由于該地區(qū)耕地、水域、濕地資源較為豐富，耕地的各項生態(tài)服務功能相對較弱，濕地、水域的調(diào)節(jié)服務功能較強，導致耕地豐富區(qū)的各生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值水平較低，水域、濕地豐富區(qū)具有高調(diào)節(jié)服務價值。

圖31990-2014年長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值空間分布格局

從動態(tài)度來看，長江中游經(jīng)濟帶1990—2014年的4種生態(tài)服務功能價值動態(tài)度的發(fā)生區(qū)域與生態(tài)系統(tǒng)服務價值的動態(tài)度分布接近，但變化特征卻不盡相同(圖4)，受耕地大量減少、濕地增加的影響，總體來看，供給服務、支持服務價值以下降為主，調(diào)節(jié)服務、文化服務價值上升與下降兼有。從動態(tài)度不同等級的縣級單位數(shù)量上看，供給服務價值的上升、平穩(wěn)、下降各有5，217，103個；調(diào)節(jié)服務價值各有45，210，70個；支持服務價值各有15，227，83個；文化服務價值各有49，209，67個。從動態(tài)度的空間分異來看，4種生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值在“石渝九”沿線均呈現(xiàn)下降趨勢；在其他地區(qū)呈現(xiàn)不同的變化趨勢，在江漢平原南部，供給服務價值下降，調(diào)節(jié)服務、文化服務價值上升，支持服務在其西南部上升、東南部下降，在洞庭湖平原西部，供給服務、支持服務價值處于平穩(wěn)，而調(diào)節(jié)服務、文化服務價值上升，在其他地貌類型區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化呈零星分布且略有差異，如北湖區(qū)的供給服務、調(diào)節(jié)服務、支持服務價值下降，文化服務價值平穩(wěn)，秭歸縣的調(diào)節(jié)服務、文化服務價值上升，供給服務、支持服務平穩(wěn)。總體上看，“石渝九”沿線由長沙、南昌兩市的鐵路連線以及洞庭湖、鄱陽湖周邊部分縣組成，由于社會經(jīng)濟發(fā)展導致的城市建設用地擴張侵占耕地以及圍湖造田等行為，導致該沿線4種生態(tài)系統(tǒng)服務價值均下降，江漢平原南部及洞庭湖平原西部的變化主要由耕地減少、濕地增加導致。值得注意的是，長江中游經(jīng)濟帶屬于我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，其供給服務功能十分重要，然而在研究期內(nèi)出現(xiàn)大范圍下降(主要集中在江漢平原南部地區(qū))，為保障國家及區(qū)域糧食安全，未來應繼續(xù)嚴格執(zhí)行保護耕地的基本國策，堅決實施占耕地占補平衡、城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤等制度。

圖41990-2014年長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)服務功能價值動態(tài)度空間分異

4　結(jié)論與討論

(1) 1990—2014年長江中游經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值在時序上整體呈小幅上升趨勢，增加113.84億元，增幅為0.391%，年均增長0.016%，在空間上呈“山區(qū)>丘陵區(qū)>平原區(qū)”的分布格局；此外，生態(tài)系統(tǒng)服務價值在江漢平原南部及洞庭湖平原西部上升，在“石首市—渝水區(qū)—九江縣”沿線及諸多市區(qū)呈下降趨勢。

(2) 從不同功能價值來看，1990—2014年長江中游經(jīng)濟帶的生態(tài)系統(tǒng)供給、支持服務價值下降28.08，35.55億元，調(diào)節(jié)、文化服務價值上升156.90，20.57億元；供給、支持、文化服務價值在空間上呈山區(qū)高、平原低的分布格局，調(diào)節(jié)服務價值高值、低值區(qū)均集中于平原；在空間變化上，4種生態(tài)功能價值下降區(qū)主要沿“石首市—渝水區(qū)—九江縣”分布，調(diào)節(jié)、文化服務價值在江漢平原南部和洞庭湖平原西部上升，支持服務價值在江漢平原西南部上升，供給服務價值無上升集中區(qū)。

生態(tài)系統(tǒng)服務價值由4種生態(tài)功能價值組成，其變化與國家政策的頒布實施均有密切聯(lián)系。受城市化以及退耕還林、還湖等政策影響，長江中游經(jīng)濟帶在1990—2014年耕地(8 075.06 km2)大量減少、建設用地(7 495.38 km2)和濕地(2 281.30 km2)增加，在生態(tài)系統(tǒng)服務價值整體上升的情況下，調(diào)節(jié)、文化服務價值上升，供給、支持服務價值降低。長江中游經(jīng)濟帶作為全國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，其供給服務功能極其重要，為保障國家糧食安全，未來應更為嚴格地執(zhí)行保護耕地的基本國策，堅決實施耕地占補平衡、城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤等制度?？梢姡治錾鷳B(tài)系統(tǒng)服務價值并深入剖析各生態(tài)功能價值的變化可為制定科學合理的生態(tài)政策、實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

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