吉林省白城市土地生态系统服务价值研究

王 敬，李秀霞

（吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林·四平 136000）

土地利用变化改变土地原有的生态服务价值和功能[1-2]，深入研究土地利用变化对其生态系统服务价值（ecosystem services value, ESV）的影响，对于理解人与自然的关系具有重要的意义[3]。自1997年Costanza在《Nature》提出ESV估算原理及方法后[4]，国内外就生态系统服务价值的评估方法开展了大量的研究工作[5-7]，但尚未形成统一的评估体系[8-9]。国内生态系统服务价值核算大致分为三类，即以谢高地等为代表的基于单位面积价值当量因子的方法[10-11]，以欧阳志云等为代表的基于单位服务功能价格的方法[12-14]以及以徐中民等为代表的生态系统服务的支付意愿法(WTP)[15]。此后国内许多学者针对城市、湿地、农田、流域等不同生态系统进行了生态服务价值的评估[16-22]。目前尚缺少针对农牧交错带生态脆弱地区生态系统服务价值测算。

吉林省西部属于农牧交错带生态脆弱地区，其土地利用变化对区域生态环境产生重要影响，具有代表性和典型意义。为此，本文以吉林西部典型生态脆弱区——白城市为研究对象，利用1985年Landsat TM、2000年Landsat TM和2015年Landsat OLI遥感影像为数据源，分析其土地利用变化特征；采用 Costanza 估算生态服务价值方法，基于谢高地的生态服务价值当量因子表，定量评价白城市土地利用变化生态服务价值系数表，测算白城市土地生态服务功能价值，分析其转移变化规律与原因；提出优化决策，以期为该市社会经济发展政策的制定提供科学的技术支撑。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

白城市地处吉林省西北部，嫩江平原西部，科尔沁草原东部，是吉林省所辖的地级市，位于121º00'38''～124º22'00''E 44º13'57''～ 46º18'00'' N，包括洮北区洮南市 大安市 镇赉县 通榆县。西北部为低山和丘陵，东北、东南部为平原，西南部广泛分布西北至东南走向的沙垄，是潜化沙漠区。属温带大陆性季风气候，光照充足，降水变率大，年均降水量399.9mm，旱涝灾害严重。总人口203.2万，总面积2.6万km2，包括世界A级湿地、国家级自然保护区——向海，盐碱地、沼泽地等未利用土地占全市土地总面积的17%。近30年土地利用变化剧烈。

1.2 数据来源与处理

本研究的数据来源为1985年Landsat TM 2000年Landsat TM 2015年Landsat OLI三个时期遥感影像数据，其空间分辨率为30m×30m。利用高斯克里格投影和西安1980坐标系统对图像进行辐射标定和几何纠正处理，并以1:10万地形图为底图，进行两个图的纠正，将误差控制在一个像元以内。参照我国CB/T 21010-2007的土地利用分类标准，结合研究目的，确立研究区的土地利用分类为：耕地、林地、草地、水域、居民用地、盐碱地、沼泽地7种土地利用类型。再利用ArcGIS 10.2软件制作矢量图，并对三个时期的遥感图像进行分类提取，生成土地利用类型图（图1）。

2 研究方法

2.1 Costanza 模型

图1 不同时段白城市土地利用格局Fig.1 Land use pattern of Baicheng city in different period

利用 Costanza 提出的生态系统服务价值计算公式，计算研究区土地生态服务价值：

式中：ESV为年生态系统服务总价值(元/a)；Ai为研究区域内第i种用地类型的面积(hm2)；Vci为第i种用地类型的生态系统服务价值总系数(元/ hm2·a)

2. 2 生态系统服务价值评估单价体系

谢高地等结合我国实际情况及生态环境，对Costanza方法进行了修正，制定了“中国生态系统服务价值当量因子表”（见表1）。定义了1hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值为1，其他生态系统服务价值当量因子是指该生态服务相对于农田食物生产服务的贡献大小。

表1 中国生态系统服务价值当量因子Table 1 The equivalents of ecosystem service value in China

考虑到没有人力投入情况下，自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田提供的食物生产服务价值的1/7，本文根据白城市种植面积较大的农作物（包括稻谷、小麦、玉米、大豆、马铃薯）的单位面积产值的1/7来计算农田生态系统服务价值当量，利用下列公式，得到白城市农田生态系统每个当量的生态服务价值1639.52(元/hm2·a)。

式中：Ea为单位农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值(元 /hm2·a)，i为作物种类，pi qi和 mi分别为第i种粮食作物全国平均价格(元/kg) 单产(kg)和面积(hm2)，M为粮食作物总面积。

参照谢高地构建的中国陆地生态系统服务价值当量因子表，将白城市的各种土地类型与最接近的生态系统类型联系起来，耕地对应农田，林地对应森林，水域对应河流，沼泽地对应湿地，盐碱地对应荒漠，其中居民用地单位面积的生态价值视为0，编制出符合白城市实际情况的土地生态系统单位面积生态系统服务价值系数表（表2）。

表2 白城市单位面积土地生态服务价值系数表（元/hm2·a）Table 2 Land ecological service values per unit area in Baicheng city

3 结果与分析

3.1 1985-2015年白城市生态系统服务价值测算

（1）利用ArcGIS 10.2软件分类提取1985、2000、2015年三个时期遥感影像，生成土地利用类型图，运用ArcGIS面积统计工具得出，1985、2000、2015年白城市土地利用类型数据变化（表3）。

表3 1985-2015年白城市土地利用基础数据Table 3 Basic data of land use in Baicheng city from 1985 to 2015

由表3可知， 1985、2000、2015年三个时期白城市土地利用总体结构特征以耕地为主且增长迅速，1985年白城市耕地面积占35.87%，到2015年占51.54%，每年以9%的速度增长，其次居民用地也呈现出不断增加的趋势；而林地、盐碱地呈现出波动式变化，其中，1985-2000年林地从1.57%增加到5.09%，2000-2015年林地下降为4.56%，但与1985年相比还是呈增加的趋势；1985-2000年盐碱地从21.88%减少到21.58%，2000-2015年盐碱地增加到22.26%；而草地、水域、沼泽、呈现出逐年减少的趋势。

（2）利用Costanza 估算生态服务价值方法，基于谢高地的生态服务价值当量因子表，定量白城市土地生态服务价值当量因子表2，计算1985-2015白城市土地生态系统价值变化（表4）。

表4 1985-2015年白城市各土地利用类型生态服务价值Table 4 Ecological service value of land use types in Baicheng city from 1985 to 2015

由表4可见，1985、2000、2015 年白城市生态系统服务总价值分别为590.03亿元、564.00亿元、451.19亿元，说明1985-2015年白城市土地生态系统服务总价值呈现出不断下降趋势，变化幅度呈现波动式。1985-2000年白城市土地生态系统服务总价值减少了26.03亿元，年变化率为0.29%，主要原因是草地、水域和沼泽等面积减少，导致生态服务价值下降，特别是草地，以每年3.2亿元的速度下降。2000-2015年白城市生态系统服务总价值以1.33%的速度再次下降，减少了112.81亿元，平均每年减少7.52亿元，平均1hm2土地生态服务价值年净减少量为291.76元。沼泽减少67.43亿元，水域减少49.49亿元，草地减少12.56亿元，林地减少6.33亿元，耕地增加22.61亿元，盐碱地增加0.38亿元。

3.2 白城市生态系统优化决策

土地开发利用状态反映了决策者的愿望，并通过土地利用结构变化来实现决策的期望。为此提出科学合理的优化决策如下：

（1）因地制宜优化农业结构。为改善生态农牧业交错地带生态脆弱地区生态环境，必须坚持“生态优先”的原则，优化农业生产结构，转变农业生产方式，做到生态—经济－农业复合系统协调发展。

（2）提高城市土地利用率控制城市规模。为控制白城城市规模盲目扩张，必须节约集约用地，挖掘城市存量土地，提高土地利用率。转变粗放的土地利用方式，走节约集约利用土地的城市化道路。

（3）保护生态用地优化生态环境。加快退耕还林还草工程建设，加大对沼泽地的保护力度，加快生态屏障建设步伐，加强草原管理，恢复草原生态，增强环保意识，加大环境污染治理力度，从而实现白城市经济发展和生态环境相统一[23]。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文利用1985年Landsat TM、2000年Landsat TM和2015年Landsat OLI遥感影像为数据源，分析土地利用变化特征；采用 Costanza 估算土地生态服务价值方法，基于谢高地的生态服务价值当量因子表，定量白城市土地利用变化该项生态服务价值系数表，对白城市土地生态服务功能价值进行了测算。

（1）1985-2015年白城市土地生态系统服务总价值呈现出不断下降趋势，变化幅度呈现波动式。1985-2000年减少了26.03亿元，年变化率为0.29%；2000-2015年以1.33%的速度再次下降，减少了112.81 亿元。

（2）1985-2015年白城市生态系统服务价值减少原因，主要是沼泽地、水域、草地、林面积持续减少，而耕地、居民用地面积呈现较快增长趋势。

（3）提出了因地制宜优化农业结构、提高城市土地利用率控制城市规模、保护生态用地优化生态环境等优化决策。

4.2 讨论

土地生态系统服务价值受政策、经济、社会等多因素的影响，本文仅用土地利用变化数据为基础进行测算，为更精确地测算土地生态系统服务价值，今后应考虑政策、经济、社会等影响因素做进一步研究。