基于生态系统服务价值的土地生态敏感性研究

王振鹏 蒲泓君

(成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059)

引言

现代以来，中国的社会经济水平的发展之快，使得人们对土地的需求量大大增加，以便获得更快的发展经济和更好的生活水平。而过度的土地开发造成的土地利用变化会造成自然生态环境的变化[1]，同时也会使土地生态敏感度发生改变。土地生态敏感性与其它一般的生态敏感性有很大的区别，主要在于土地生态敏感性是从土地利用方面入手的，土地生态敏感性主要研究植被覆盖类型变化、土壤流失、水域变化、气候和人类社会活动等带来的影响，也将生态学、自然地理学以及自然经济学结合起来，使结果更加具有说服力。

1935年英国生态学家坦斯利首次提出了生态系统，此后国外的众多学者开始关注生态敏感性问题。如，Suming R等为了研究生态敏感性指数干扰程度，利用景观多样性和生态系统年龄进行研究[3]；张伟等人以典型山地城市谷城县为研究区域，根据山地生态系统特征，选取坡度、地质灾害、高程、植被覆盖、河流水库缓冲区5个因子，进行分别因子分析，利用AHP确定因子权重,结合GIS空间分析技术,得到综合生态敏感性空间分布图，得出结论并对研究区提出相应的科学保护措施[4]。2019年刘昶、李永树等人，利用ArcGIS软件空间分析功能以获得实验区的生态敏感性区域分布状况以及相关统计分析数据，并根据城镇近郊区生态敏感性来得出相应的结论与建议[6]。

1 研究区概况

万州区隶属重庆市，位于重庆市东北边缘，坐标为E107°55′22″～108°53′25″，N30°24′25″～31°14′58″，行政面积达345700hm2，常住人口约为165万人，气候条件为亚热带季风湿润气候，常年日照充足，雨水充沛。自三峡大坝蓄水以来，万州区更是作为三峡移民的重要据点，土地利用变化速度日益提高。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究土地利用数据在监督类型的基础上，人工目视修正，将土地类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6种类型；源数据Landsat8和DEM数据来自地理空间数据云(http://www.gscloud. cn/home)；其它数据来自重庆市统计局官网的《重庆市统计年鉴》。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用强度指数

土地利用变化的幅度强弱可以由土地利用强度指数表示[7]，数学模型：

(1)

式中，Gi是某种土地利用类型的强度等级值；Si代表某种土地利用类型面积占研究区总面积的比例；n是土地类型的数量。参考王秀梅等研究成果[8],并结合本次研究，根据自然状态下被人为干扰的程度对土地利用类型进行分级。一级是未利用地，二级是林地、草地和水域，三级是耕地，四级是建设用地，等级数值越高说明土地受到的干扰越强。

2.2.2 生态系统服务价值计算

通过生态系统服务价值评估将区域大气气候、土壤情况、水文等变化综合到一起，在宏观层次上解决生态系统受到土地利用变化的影响[9]，参考其研究建设用地归入人工生态系统不作研究。公式：

(2)

式中，ESV为生态系统服务价值;Ai为某种土地利用类型的分布面积;VCi为某种土地利用类型单位面积的生态系统服务价值系数。根据高莉洁等研究方法[10],利用公式(3)计算出研究区粮食产量经济价值，再基于谢高地等人构建的中国生态系统服务价值当量表[11]和参考资料[12]可以得出单位面积的生态系统服务价值系数VCi。

(3)

式中，V为单位面积粮食价值；q为粮食多年平均单产；p为多年平均粮食产值；n为多年平均粮食作物产量。

2.2.3 土地生态敏感性评价

据黄静等学者的研究成果[13]，可以得出土地利用变化下的生态敏感性指数的数学模型。利用生态系统服务价值变化率与土地利用强度变化率的比值，反映在土地利用变化下的土地敏感性响应敏感程度：

(4)

式中，ESj代表第j年生态系统服务价值；ESj-1代表第j-1年生态系统服务价值；LUj代表第j年土地利用强度；LUj-1代表第j-1年土地利用强度。以j-1年作为研究基准年。

3 基于生态系统服务价值的土地生态敏感性分析

3.1 土地利用总体分析

运用ArcGIS软件的空间解译和作图功能，得到万州区2000年、2007年和2014年土地利用现状图和土地利用现状表。如图1-3和表1所示。

图1 2000年土地利用现状图

图2 2007年土地利用现状图

图3 2014年土地利用现状图

由图1-3可以看出，万州区中部有长江穿过，耕地和林地占绝大部分，长江以北耕地居多，也主要环绕在建设用地周围，长江以南林地居多，这种现象也是由万州区独特的地理条件决定的，还可以看出建设用地和水域在不同时期都有向外扩张。虽然扩张不多，但是足以说明万州区在不断发展中，而且扩张的程度越来越大。

3.2 土地利用强度分析

按照公式(1)可计算出万州区土地利用强度，如图4所示。

图4 土地利用强度折线图

从图4可以明显看出，2000年、2007年和2014年土地利用强度分别为2.477、2.482、2.486，每年逐步增加，这是由于建设用地土地利用强度等级较高，结合土地利用转移矩阵知每年主要转入建设用地的面积占比最大，而相较于建设用地土地利用强度等级较小的耕地、草地、林地以及未利用地面积逐步减少，所以土地利用强度会增加。

3.3 生态系统服务价值分析

为了使研究更加准确，根据万州区实际情况，把《中国生态系统单位面积生态服务价值当量表》中的荒漠看作未利用地，而建设用地属于人工生态系统中的本文不作研究，可以得到万州区生态系统单位面积生态服务价值当量表，如表1所示；在重庆市统计信息网收集的万州区粮食产值、粮食产量和粮食播种面积具体数据由表3所示，并根据公式(3)算出万州区粮食产量经济价值为2985.39hm2·a-1,所以万州区不同土地类型单位面积生态系统服务价值系数也可以算出，如表3所示。最后由公式(2)，万州区生态系统服务价值同样也可以被算出，如图5所示。

表1 万州区生态系统单位面积生态服务价值当量表

表2 万州区粮食数据表

表3 万州区不同土地类型单位面积生态系统服务价值系数表

图5 万州区生态系统服务价值

从图5可以得知，生态系统服务价值2000—2007年增加约0.2亿元，主要是由于三峡库区的蓄水量增加导致的水位上升。因为耕地面积的减少，林地和草地面积减少，生态系统服务价值分别减少了3800万元、3300万元和100万元。由于水域本身价值系数较大，且面积增加了677.15hm2，所以生态系统服务价值增加了约1.07亿元，也是增加幅度较大的。2007—2014年水域面积增加量是前一研究时段的1倍，所以水域生态系统服务价值增加了2.04亿元。其中，耕地、草地和林地的生态系统服务价值分别减少了5700万元、100万元和4900万元，2007—2014年总体来说，生态系统服务价值增加了0.97亿元，也是土地类型之间相互作用，受人类社会活动影响的结果。

3.4 土地生态敏感性分析

根据公式(4)，可以计算出2000—2014年万州区土地利用变化下的土地生态敏感性指数，如表4所示。根据本研究需要，规定2000年为基准年，可以计算出2007年生态敏感性指数，所以2000年的生态敏感性指数为1。同理计算2014年生态敏感性指数时，以2007年为基准年。由表4知，2007年和2014年生态敏感性指数分别为0.63和3.67，2000—2007年相比减少了0.37，主要是由于期间土地利用类型变化幅度不大，不受人类干扰的土地较多，生态系统与人类社会处于一个较平衡状态，所以生态敏感性指数较小；但在2007—2014年由于三峡库区蓄水，更多淹没周边土地变成水域，且万州区在此期间经济发展较快，生态系统服务价值总体提升以及土地利用类型变化较大，虽然各方面得到快速发展，但是同样的土地受到的人为干扰较大，所以相应的生态敏感性指数增加。说明生态系统和人类社会的平衡比前一个研究区更差，使2014年的土地生态敏感性高于前期土地生态敏感性。

表4 土地利用下的生态敏感性指数

4 结论

基于过往学者的研究，将土地利用变化与土地生态敏感性相结合，可以更全面、更综合地反映人类社会对环境的影响。研究结论如下。

通过提取土地利用现状数据，分别以2000年、2007年和2014年为节点，得知万州区土地利用类型在此期间变化很大，三峡库区蓄水导致水域面积增加，扩张建设用地面积以满足人们的土地需求量，除此之外其余土地类型均减少。

2000年、2007年和2014年的土地利用强度分别为2.477、2.482和2.486，逐年增加，而万州区的生态系统服务价值也在2000—2014年间逐渐增加。到2014年，生态系服务价值已达到157.58亿元。根据土地利用强度和生态系统服务价值的比值，得出2000年、2007年和2014年土地生态敏感性分别为1、0.63和3.67，数值大幅度增加，表现出生态系统对土地利用变化的反应越来越强，受到外界干扰的程度越来越大。