铜仁市土地利用变化对生态服务价值的影响分析

王金艳，王雅敬

(铜仁市自然资源局，贵州 铜仁 554300)

土地利用变化是人类活动和自然环境相互作用的结果，是全球化研究的重点领域[1]。土地在人类活动影响下其结构和功能不断发生变化，在不同程度上改变和影响了原有土地生态系统的结构和功能，从而导致土地资源承载力和生态系统服务价值的变化[2]。生态系统服务功能是指生态系统与过程所形成并维持的人类赖以生存的自然环境条件与功能[3]，生态服务价值是生态系统服务功能的经济价值体现[4]，土地利用结构和功能的变化直接影响了生态系统所提供服务的种类和强度，从而造成生态服务价值的损益[5]。研究区域土地利用变化以及由此引起的生态服务价值变化，对于区域自然资源保护和指导土地利用规划具有重要意义[6-7]。

武陵山片区跨湖北、湖南、重庆、贵州四省市，集革命老区、民族地区和贫困地区于一体，是跨省交界面大、少数民族聚集多、贫困人口分布广的连片特困地区[8]，武陵山片区作为长江流域的重要生态安全屏障和国家扶贫攻坚的主战场之一，其发展与生态保护之间的矛盾备受关注。铜仁市是贵州省唯一一个全市行政面积划入武陵山片区的地级市，本研究就铜仁市土地利用变化对生态服务价值的影响进行分析研究，对于维持武陵山片区生态平衡，促进土地资源可持续利用等方面具有重要的现实意义，以期为地方政府部门制定合理的土地利用规划提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

铜仁市位于贵州省东北部，地处湘、渝、黔三省结合部，东邻湖南省怀化市，西邻遵义市，北与重庆市接壤，是连接中南地区与西南边陲的纽带，享有“黔东门户”之美誉。地跨东经107°45′～109°30′ 、北纬27°07′～29°05′ 之间。铜仁市地处云贵高原向湘西丘陵过度的斜坡地带，西北高，东南低，海拔多在500～1000 m之间，地貌以山地丘陵为主，占全市总面积的67.8%。全市地处中亚热带季风湿润气候区，冬无严寒，夏无酷暑，降雨量较为充沛，年平均温度在13.5～17.6 ℃，最热月(7月)平均气温24.1～28.1 ℃，最冷月(1月)平均气温1.8～6.3 ℃，降水量在1110～1410 mm之间。全市幅员面积1.8万km2，现辖10县区，2018年年末常住人口315万，国内生产总值969.86亿元，占贵州省生产总值的7.16%，聚居着苗、汉、侗、土家、仡佬等29个民族，少数民族占总人口的70.45%。

1.2 资料来源

研究所用基础数据包括土地利用类型数据、统计数据。其中，粮食产量、价格统计数据来源于《铜仁市统计年鉴》和《贵州省粮食和物资储备局》(http：//lshwzcb.guizhou.gov.cn/)，土地利用类型数据来源于铜仁市土地利用变更调查数据，考虑到全国第二次土地变更调查前后调查手段和分类标准的差异，为增强研究区数据的可分析性，根据研究区实际情况，将研究区3期土地利用类型合并为6个一级类[8]，分类具体情况见表1。

表1 土地利用分类Tab.1 Land use types

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用类型动态度

本研究用土地利用类型动态度来定量描述区域土地利用变化的速度快慢[9-10]，计算公式如下：

(1)

式中：K为研究期内某种土地利用类型的动态度；Ua、Ub分别为研究期初/末某种土地利用类型的面积；T为研究时长(年)。

1.3.2 生态服务价值计算

1)生态系统服务价值系数修正

基于Costanza等[11]的生态服务价值理论，我国学者谢高地等根据中国200名生态学者对生态系统服务价值的理解状况，得出了“中国生态系统服务价值当量因子表”，并确定1个生态系统服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7[12]。考虑到铜仁市由于地处山区，耕地破碎零散，粮食生产市场化、机械化水平较低的实际现状，用统计数据计算的粮食作物单价代替全国平均粮食价格。其计算公式为：

(2)

式中：Ea表示单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值(元/hm2)；i为作物种类，铜仁市主要作物为谷物、玉米、大豆、小麦、薯类；mi表示i种作物当地粮食平均价(元/t)；pi和qi分别表示i种粮食作物的播种面积(hm2)和单产(t/hm2)。

收集铜仁市2007年、2012年、2017年的主要作物产量、播种面积、粮食价格等数据，运用公式(2)先计算出每期的Ea值，用研究区3个研究时段的加权平均值作为最终的单位面积农田生态系统价值，结合“中国生态系统服务价值当量因子表(2007)”计算得出铜仁市各土地利用类型所对应的生态系统服务价值指数(表2)

表2 铜仁市各土地利用类型所对应的生态系统服务价值指数(元/hm2)Tab.2 Ecological service value coefficient corresponding todifferent land use types in Tongren City

2)生态服务价值计算

采用Costanza等学者的计算公式计算研究区各土地利用类型的生态系统服务价值，该公式如下：

ESV=∑(Ak×VCk)

(3)

式中：ESV为生态系统服务价值(元)；Ak为研究区k种土地利用类型的面积(hm2)；VCk为生态系统价值指数(元/hm2)。

3)敏感性指数计算

敏感性指数(coefficient of sensitive，CS)[13]也称弹性指数，是指生态系统服务功能价值指数(VC)升高或降低1%所引起生态系统服务价值(ESV)的变化情况，如果CS>1，表明ESV相对于VC是富有弹性的；如果CS<1，ESV则被认为是缺乏弹性的，比值越大，表明生态服务功能价值指数的准确性越关键[14]，计算公式如下：

(4)

式中：i、j分别表示调整前后的数值。

2 结果分析与讨论

2.1 土地利用变化

表3统计了铜仁市2007—2017年间的土地利用变化情况。结果表明，铜仁市2007年、2012年和2017年主要的土地利用类型为耕地和林地，两者的总和占铜仁市总面积的76.6%以上，林地的面积占比在3个研究时段内均超过了49%，由于林地的大面积存在，使得铜仁市拥有的生态功能具有重要意义。2007—2017年间，铜仁市土地利用变化的总体情况为：耕地、草地、未利用地减少，林地、建设用地和水域增加，从动态变化率来看，耕地、草地、未利用地为负值，表明其面积减少，林地、建设用地、水域面积为正值，表明其面积增加。

表3 铜仁市2007—2017年土地利用变化Tab.3 Land use changes in Tongren City from 2007 to 2017

2007—2012年间，铜仁市耕地面积减少，林地面积增加，耕地和林地变化的动态度分别是0.34%和0.95%，这主要受贵州省人民政府为落实好国家“退耕还林”政策出台《贵州省人民政府关于完善退耕还林政策的意见》相关资金补助政策和配套措施影响。2007—2017年间，铜仁市的草地和未利用地面积变化显著，草地和未利用地的面积分别减少了38018.37 hm2和26160.84 hm2，动态度分别为1.06%和1.89%。耕地和建设用地变化的动态度分别为0.22%和1.97%，和草地和未利用地的动态度相比，建设用地增长较快，耕地变化较慢，这与铜仁市大力实施的未利用地土地开发项目有关，据《农村土地整治监测监管系统》统计，2007—2017年间铜仁市通过未利用地开发获得新增耕地面积28064.29 hm2。结果表明铜仁市的土地利用方向为：一方面草地和未利用地被开发为耕地，另一方面，耕地向林地、园地、建设用地和水域方向扩张。

2.2 生态系统服务价值变化

研究区2007年的总生态服务价值(ESV)为307.75亿元，2012年和2017年的总ESV分别为326.73亿元和324.83亿元，2007—2012年间增加了18.98亿元，2012—2017年减少了1.9亿元，2007—2017年10年间增加了17.08亿元，变化率为5.55%，年均增加0.55亿元，各个土地利用类型提供的生态服务价值年变化率不是很大，但从各种土地利用类型在不同研究时期内占总ESV的比例来看，因各土地利用类型面积变化带来的影响还是比较大的。

表4 2007—2017年铜仁市生态系统服务总价值及价值构成变化Tab.4 Total ecological service value of Tongren Tity andchange of value composition from 2007 to 2017

从生态系统来看，林地提供的总服务价值最高，2007年、2012年和2017年林地的ESV占总价值的比例均超过了75%，其次是水域，2012年和2017年水域提供的生态服务价值均占总价值的9.71%，2007年水域的ESV较2012年和2017年偏低，主要是由于水域面积变化较大导致的，3个研究时段内未利用地提供的服务价值量最低，均在0.18%以下。

在研究时段内(2007—2017年)，由于研究区大力实施未利用地土地开发项目，导致未利用地和草地的面积减少较大，分别占面积变化总绝对值的22.37%和18.23%，其损失的ESV分别为0.11亿元和2.41亿元，损失的ESV占总变化绝对值的比例分别为0.47%和10.34%，耕地的减少导致ESV损失了0.6亿元，占总变化绝对值比例的2.57%，林地面积的增加使得ESV增加了10.14亿元，增加的ESV占总变化绝对值的比例为43.50%，林地增加的ESV远远大于耕地、草地和未利用地减少的ESV，这与研究区土地利用实际相吻合，一方面建设用地的不断扩张使得大量耕地、林地、草地等农用地被占用，而大力实施的未利用地土地开发项目补充了一定数量的耕地，另一方面，研究区“退耕还林”政策的实施以及农业产业结构的调整，使包括园地在内的林地面积增加，从而使林地提供的生态服务价值在研究区中具有明显的优势，表明研究区林地在生态系统中提供生态服务的重要性。

2.3 生态系统单项服务功能价值变化

从研究区生态服务价值构成的总体情况来看(表5)，因研究区土地利用类型变化导致各单项生态服务价值所占比例的大小依次为：土壤形成与保护>水源涵养>生物多样性保护>气候调节>原材料>废物处理>娱乐文化>食物生产>气体调节。2017年，土壤形成与保护的价值最大，占总价值的29.81%，其次是水源涵养、生物多样性保护、气候调节和原材料，分别占总价值的16.38%、14.74%、11.30%和8.23%，以上5种类型的价值占总ESV的80%以上，食物生产和气体调节所占的比例最低，食物生产占4.99%，气体调节仅占2.32%。

表5 2007—2017年铜仁市生态系统服务功能价值变化表Tab.5 Changes of ecological service value functions inTongren City from 2007 to 2017

2007—2017年间，总体上铜仁市各单项ESV均呈上升趋势，除水源涵养外，变化率在0.25%～5.08%之间，水源涵养的变化率较大，主要是由于水域的面积在两个研究时段内面积变化较大导致的。10年间，各单项生态服务价值变化增加了17.08亿元，除水源涵养因面积增加较大导致增幅较大外，其他各单项ESV增加较为缓慢，增量最大的为土壤形成与保护，10年间增加了2.75亿元，其次是原材料、娱乐文化、气候调节，增量分别为1.02亿元、0.92亿元和0.87亿元，增量最小的是食物生产，10年间仅增长了0.04亿元，在单项生态服务价值中，研究时段内水源涵养的ESV变化最大，食物生产的ESV变化最小，主要原因是水域和耕地面积变化的影响，水域是水源涵养生态服务价值最高的土地类型，而耕地是提供食物生产生态服务价值最高的土地类型。由此可见，在土地利用中注重保护林地、园地、水域，保持耕地、草地的数量和质量，节约集约利用建设用地，对维持区域生态系统的服务功能具有重要意义。

2.4 生态系统服务价值的敏感性分析

计算敏感性指数是为验证生态价值系数的准确性，根据徐丽芬等人[15]的研究，将土地利用类型的生态价值系数上下调整50%，以此来分析土地利用类型的生态价值系数变化对整体生态系统服务价值变化的影响程度。铜仁市2007年、2012年和2017年的生态系统服务价值敏感性指数计算结果见表6，结果表明，敏感性指数均小于1，本文采用的生态服务价值系数适合当地实际情况，所估算的生态系统服务价值是可信的，林地的敏感性指数最大，说明林地对生态系统服务价值的贡献最大。

表6 铜仁市生态系统服务价值的敏感性Tab.6 The sensitivity of ecological service value in Tongren City

3 结论

1)铜仁市2007—2017年间，耕地、草地、未利用地减少，林地、建设用地和水域增加，铜仁市的土地利用方向总体上为一方面草地和未利用地被开发为耕地，另一方面，耕地向林地、园地、建设用地和水域方向扩张。

2)铜仁市生态系统服务价值的敏感性指数均小于1，表明研究区生态系统服务价值对于生态系统服务价值指数而言是缺乏弹性的，本文的研究结果可信，林地的敏感性指数最大，说明林地对生态系统服务价值的贡献最大。

3)2007—2017年间，研究区总生态服务价值(ESV)增加了17.08亿元，变化率为5.55%，年均增加0.55亿元，各个土地利用类型提供的生态服务价值年变化率不是很大，但从各种土地利用类型在不同研究时期内占总ESV的比例来看，因各土地利用类型面积变化带来的影响还是比较大的；从研究区生态服务价值构成的总体情况来看，土壤形成与保护、水源涵养、生物多样性保护、气候调节和原材料5种类型的价值占总ESV的80%以上，在土地利用中注重保护林地、园地、水域，保持耕地、草地的数量和质量，节约集约利用建设用地，对维持区域生态系统的服务功能具有重要意义。