河南省土地利用变化及生态系统服务价值研究

高雪梅

（长安大学土地工程学院，陕西 西安 710054）

0 引言

土地资源是人类维系生产生活的基本物质资料，土地利用变化不仅影响经济社会的发展，也在不同尺度上影响生态系统的功能和价值。生态系统服务价值是指陆地生态系统为人类提供的自然条件及效益，是衡量区域生态系统功能的依据［1］，土地利用变化是导致其变化的重要因素之一。研究土地利用变化及其生态系统服务价值，可以了解区域土地覆被变化趋势以及对生态环境的影响，对区域土地的规划利用和城市健康发展也具有深刻的指导意义。随着城镇化、工业化以及农业现代化的推进，河南省经济蓬勃发展，综合实力显著提升，同时快速发展带来的人地矛盾和生态环境问题也日益凸显。探讨河南省土地利用变化的生态环境效应评价，对土地利用结构合理调整和区域可持续发展具有重要的现实意义，也可为今后的土地政策和相关规划的制定提供科学依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

河南省位于华北平原南部的黄河中下游地区，其地理位置为北纬31°23′N—36°22′N，110°21′E—116°39′E，东接安徽、山东，北接河北、山西，西连陕西，南临湖北，总面积16.7万km2。河南省地势西高东低，北、西、南三面有太行山、伏牛山、桐柏山、大别山分布；中东部为黄淮海冲积平原；西南部为南阳盆地。河南省地处暖温带和亚热带过渡区，四季分明、雨热同期。河南省下辖17 个地级市，1 个省直辖县级市、21 个县级市、83 个县、53 个市辖区。截至2021年末，河南省常住人口为9 883万人。

1.2 数据来源

本研究使用的河南省2000 年、2010 年和2020年的土地利用数据来源于中国科学院资源环境数据中心（http：//www.resdc.cn/）获取的河南省土地利用烟感检测数据，根据中国科学院LUCC 分类标准进行重分类，最终分为6 类，即耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地。研究区统计数据来源于《河南省统计年鉴》《中国农产品价格调查年鉴》。

2 研究方法

2.1 土地利用动态度分析

单一土地利用动态度反映的是某种土地利用类型在某时间段内数量的变化情况［2］，它可以反映某地类在一定时期内的变化速度和幅度［3］。通过土地利用动态度指数可以观测不同地类土地利用变化的幅度，从而发现变动较为明显的土地利用类型。其表达式如式（1）。

式中：K为某种地类单一土地利用动态度；Ub为研究期末某地类的面积；Ua为研究期初某地类的面积；T为研究时段。

2.2 生态系统服务价值评价方法

继Robert等［4］对全球ESV进行评估和货币化表达后，我国学者谢高地等［5］根据中国土地利用状况和生态系统服务的相关资料得到中国的生态系统服务价值当量。生态系统服务价值当量因子是指生态系统产生生态系统服务价值大小的潜力，表示每年1 hm2全国平均产量的农田所生产粮食的市场价值［6］。参考谢高地等的研究并利用河南省单位面积农田粮食生产的经济价值量［6］和区域修正系数（1.39）对生态服务价值当量进行修正，排除建设用地对生态系统的影响，并参考相关文献［7-9］，最终得到河南省生态系统服务单位价值表。

生态系统服务价值计算公式如式（2）。

式中：ESV为研究区生态系统服务总价值，元；VCi为第i类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数，元/hm2；Ai为第i种土地利用类型的分布面积，hm2；n为土地利用类型数。

2.3 生态服务价值敏感性指数

生态价值敏感性指数用于说明在某个时间段内生态系统服务价值对于生态系统服务价值系数的依赖程度，指VC变化1%时对ESV造成的影响［10］。本研究把各种土地利用类型VC上调50%，来研究陆地生态系统ESV的变化。生态服务价值敏感性指数（CS）计算如式（3）。

式中：CS为生态服务价值敏感性指数；ESV为研究区总生态系统服务价值；VC为生态价值系数；i为最初价值系数；j为调整后的价值系数；k为某种土地利用类型。当CS＞1 时，表明某地类的生态系统服务价值对其生态价值系数来说是富有弹性的；当CS＜1 时，表明某地类的生态系统服务价值对其生态价值系数来说是相对缺乏弹性的［11］。

3 研究结果

3.1 土地利用变化分析

根据表1 可知，河南省主要的土地利用类型是耕地，占比高达60%以上，主要分布在河南省的东部和中部平原地区；其次是林地、建设用地，林地主要分布在河南省的西部和南部，建设用地面积大幅增加，在平原区分布广泛；草地、水域和未利用地面积占比较小。整体来看，2000—2020 年，河南省未利用地、建设用地、水域和耕地等面积变化明显，主要与城市和经济发展、农业用地结构和不合理的开发利用有关。从动态度方面来看，20 年间未利用地的动态变化最为明显，其动态度为-3.83%，说明未利用地面积减少的幅度最大。草地和耕地年均单一土地利用动态度均为负值，其土地利用面积也一直不断减少。建设用地年均动态度最大为1.47%，建设用地面积快速增加，20 年间共增加了4 992.08 km2；其次是水域，水域面积增加较为显著；林地面积变化较小，其动态度也很小。分析原因主要是城市化建设和经济的快速发展占用了大量的耕地、未利用地和草地，同时由于气候变化和生态环境建设，水域和林地面积都有所增加。

表1 2000—2020年河南省土地利用变化情况

3.2 生态系统服务价值分析

通过计算可得到河南省生态系统服务价值变化，如表2 所示。从整体上来看，河南省2000—2020年的生态服务价值呈现先增后减的变化趋势，在2010年达到最高值为307.143亿元，在2020年降为303.332亿元。耕地和林地对生态系统服务价值的贡献比较大，两者对河南省生态系统服务价值的贡献率加起来高达80%以上。主要是因为这两种土地利用类型总面积占比较大，同时林地的VC值相对较大。水域的ESV近年来缓慢增长，草地和未利用地ESV相对较小，其中未利用地的生态系统服务价值20年来均未超过1亿元。2000—2020年，河南省ESV变化量最大的水域和耕地，水域增加了4.46亿元，耕地减少了4.71亿元；ESV变化率最高的是水域和未利用地，其次是耕地和草地，林地变化率相对较小，主要是因为未利用地和水域基数小，耕地和草地面积明显减少。

表2 2000—2020年河南省生态系统服务价值变化情况

河南省单项生态系统服务价值变化情况如图1所示，由图1可以看出，河南省单项生态系统服务价值最高的为土壤保持、水文调节与废物处理，其次为生物多样性保护、气候调节、气体调节和原材料，最后为食物生产和提供美学景观。20年间土壤保持单项服务价值均超过45亿元，其次贡献较大的是水文调节，2020年达46.07亿元；废物处理的服务价值也在波动上升，由2000年的42.32亿元增加到2020年的42.98亿元。食物生产服务价值变化不大，一直稳定在19亿元左右，提供美学景观服务价值最小。根据研究可知，河南省总ESV变化幅度相对不大，20年间单项生态系统服务价值变化趋势也相对平稳。研究区土壤保持、水文调节与废物处理服务功能较强，但气体调节、气候调节和生物多样性保护等功能有所减少，在经济发展的同时要注重生态环境的保护。

图1 2000—2020年河南省单项生态系统服务价值变化（亿元）

3.3 敏感性指数分析

根据式（3）计算得到河南省各土地利用类型的生态价值敏感性指数。其中生态系统敏感性指数最大的是耕地和林地，其次是水域、草地和未利用地，耕地的敏感性指数平均值约为0.44，其意义为当耕地VC增加1%时，河南省总ESV会增加0.44%，生态系统服务价值的波动对耕地面积变化的敏感性程度最大。林地的敏感性指数一直在0.40左右，且变化幅度最为平稳。水域和草地的敏感性指数分布在0.05～0.11，未利用地的敏感性指数平均约为0.000 1，表明河南省生态系统服务总价值随之变动的幅度相对较小。整体来看，河南省所有用地类型的CS均小于1，说明河南省生态服务价值系数缺乏弹性，生态系统服务价值对各地类生态系统服务价值系数的敏感性较小。

4 结语

①河南省的主要土地类型是耕地，其实是林地和建设用地。从面积变化上来看，建设用地面积增加最多，耕地面积减少最多；从动态度来看，未利用地变化最为明显，其次是建设用地、水域、草地和耕地，林地土地利用类型动态度最小。表明河南省20年间经济建设占用了大量其他土地，同时也比较注重林地的建设和保护。

②区域土地利用方式影响其生态系统服务总价值的大小。河南省耕地和林地的ESV最大，二者对河南省生态系统服务价值的贡献巨大，很大程度上减少了建设用地的增加对生态系统服务价值的削减。单项生态系统服务价值中，土壤保持、水文调节和废物处理等服务功能较强。

③河南省生态敏感性最高的地类为耕地，其平均值约为0.44，其次为林地和水域；未利用地的敏感性指数最低。河南省不同地类对应的生态敏感性指数均小于1，说明河南省生态系统服务价值对其生态系统服务价值系数的敏感性较小。在经济建设发展的同时，应该注重耕地的保护和林地草地等的建设，提高其生态系统服务价值。