探讨矿区土地利用变化对生态系统服务价值的影响

余玲儿

（山东农业大学资源与环境学院，山东泰安 271018）

0 引言

土地利用或土地覆被是人类追寻发展的重要方式，但同时活动的开展将导致景区的景观格局发生变化，缺乏可行的管控措施时，生态系统结构趋于异常，生态系统可提供的功能遭到制约。因此，深入探讨土地利用变化和生态系统服务价值变化极具必要性，从中摸索出规律，为生态环境恢复与重建提供参考，依托科学的方法推动生态环境和社会经济的协同发展。在对生态系统服务价值进行评估时，需着重从土地利用与覆盖变化的角度着手。

1 项目概况

某矿区东经113°15′13″，北纬39°04′55″。现场夏季湿润多雨，冬季寒冷干燥，属暖温带半干旱季风气候，最低气温32.5℃，最高气温35.5℃，多年平均气温6.9℃。降水集中在7～9月份，平均年降水量为565.8 mm；年日照2700～2800 h，无霜期120天，年蒸发量为1600～1700 mm。矿区面积2.68 km2，现场地形切割强烈，地势高低不平，以中性粗骨土和石灰性褐土两类土壤为主。

2 研究的技术路线

生态系统服务价值的研究持续深入，相继产生一系列成果。本研究以Costanza的估算模型为参考，综合考虑生态系统服务价值评估体系、社会经济数据、矿区土地利用数据，确定土地利用类型的生态系统服务价值系数，产生多元一次函数关系式，用于反馈区域生态系统服务价值。针对空间数据和属性数据，联合采用遥感影像、ArcGIS软件进行处理，构建生态系统服务价值评价数据库，更具直观性地评估生态系统服务价值变化，明确在生态系统价值中复垦规划在其中发挥出的作用。

3 生态系统服务功能分析

3.1 太阳能和水源

固定太阳能。植物光合作用可固定太阳能，经由绿色植物进入食物链，提供生命维持物质，对生态系统的发展有重要作用。涵养水源。土壤对雨水有强烈的渗透作用，而植物根系深入土壤中，可用于调节径流，尤其是在集水区内其优势更为明显。对比分析有无植被的裸地可以发现，有植被的地段径流更加均匀与缓慢，水源的涵养状态良好。

3.2 土壤与气候

保护土壤。地段的植被发育状态较佳时，地表覆盖一定量的植被，雨水对土壤的冲击作用相对有限，可减轻土壤遭侵蚀的问题，对维持土壤性质的稳定性有重要作用。调节气候。一套完善的生态系统具备调节气候的能力，例如，协调温度、降水、气流，主动规避极端气候的产生，以免对人类的生存与发展造成不利影响。

3.3 污染物与营养元素

净化污染物。部分生物可吸收和分解污染物，减轻对生态环境的污染，同时还有部分生物对污染物具有敏感性，可根据此类生物的特征进行环境污染程度的评估。贮存营养元素。营养元素经由大气、土壤等条件进入生物体内，提供营养供给，促进营养元素的循环。而在营养元素循环的方式下，生物和非生物环境间存在密切的元素交换活动，其对于维持生态的稳定性有重要作用。

3.4 维护地球生态系统的稳定性

纵观地球发展进程，地球早期的环境并不适宜人类的生存。在地球出现大量生物后，生存环境得以优化，生物和大气地理环境建立起联系，彼此间相互作用，逐步改善地球生态系统，并使此系统达到相对稳定的状态。生态系统提供自然环境的娱乐、社会文化科学等的价值，也升华了人类活动的内涵。

4 土地利用变化分析方法的应用

4.1 评价所需的数据及具体方法

首先，确定土地利用类型，包含耕地、林地、草地、水域等。其中水域面积包含水库、湖泊、河流、坑塘水面的面积总和，其他土地利用类型也有一定的细分项目。其次，选择合适的评价方法，考虑到便捷性、有效性的要求，综合应用生态系统服务价值评价、敏感性分析、土地利用变化动态度模型。从多角度着手做对比分析，结合矿区土地利用的特点评价其与生态系统的联系，从中摸索出可作为生态保护的参考依据。

4.2 单一土地利用动态度模型

某区域特定时间段某土地利用类型的数量变化，可用单一土地利用类型动态度（K）表示。为量化分析，需建立单一土地利用动态度模型，具体如下：

式中，Ua和Ub分别为研究初期和末期某种土地利用类型的数量；T为研究时段长。

4.3 生态系统服务价值评价方法

生态系统服务价值用服务价值（ESV）计算公式估算，具体如下：

式中，Ak为研究区第k种土地利用类型的面积；VCk为生态系统价值系数。

4.4 敏感性分析法

ESV随时间变化对生态系统价值系数（VC）变化的依赖程度用敏感性指数（CS）予以评价。分如下两种情况考虑：若CS＜1，表明ESV对VC缺乏弹性，因变量将由于1%的自变量变动而产生小于1%的变动；若CS＞1，表明CV富有弹性，因变量由于1%的自变量变动而产生超过1%的变动。根据规律，随着比值的增加，VC的准确性有所提升。在评价ESV对VC的敏感程度时，可以考虑下调1%的VC和上调1%的VC两种方法，经计算后根据结果予以评价。CS的计算公式如下：

式中，ESV的含义前文已经提出，VC为生态价值系数；i和j分别为初始总价值和生态价值系数调整后的总价值；k为各土地利用类型。

5 结果与分析

5.1 土地利用状况的分析

5.1.1 土地利用方式转变策略

项目区用地类型以草地和采矿用地居多，占比共计67.08%。排于后续的是裸地、林地、农村道路。此外，还存在村庄和耕地，但两者的占比偏小。根据2013～2028年的复垦方案规划，确定在此阶段的土地利用方式转变策略。

其它草地、采矿用地的面积分别减少31 hm2、12 hm2，裸地、其它林地的减少面积分别为0.3 hm2、3.5 hm2。人工牧草地、灌木林地、有林地的面积均增加，分别为36 hm2、6.8 hm2、4.8 hm2。按照规划方案，将已损毁土地作为重点优化对象，遵循复垦适宜性的原则，经生态手段后恢复为人工牧草地和林地。通过此策略的落实增加项目区生态绿地的面积，达到预期效果。

5.1.2 各阶段土地利用状况

1）2013～2019年：以土地占用为主，结合现场条件逐步铺开复垦工作，为满足开采需求，增加27 hm2的采用用地面积。由于部分土地被占用，部分用地的面积适当减小，旱地、裸地、其它林地、其它草地的减少量分别为0.2 hm2、0.3 hm2、3.5 hm2、31 hm2。经过此阶段的治理后，灌木林地、人工牧草地的面积分别增加0.2 hm2、7.7 hm2。

2）2019～2025年：着重采取复垦策略，在此进程中促进建设用地向生态用地的转变。复垦为人工牧草地面积14.7 hm2，采矿用地面积减少20.4 hm2，有林地、灌木林地面积分别增加2.3 hm2、3.4 hm2。

3）2025～2028年：在整个流程化发展进程中，此时间段属于复垦收官阶段，在前述阶段不懈努力的基础上持续发力，原本损坏的土地得到有效的恢复，逐步向农用地的层次迈进。采矿用地面积减少19.4 hm2，恢复人工牧草地13.4 hm2、灌木林地3.2 hm2、有林地面积2.5 hm2、旱地面积0.2 hm2。此时，采矿所致的土地损毁问题显著好转，人工牧草地的比重增加，成为重要的恢复类型。在阶段性的探索下，矿区植被覆盖面积有效增加。

5.2 生态系统服务价值分析

以2010～2012年为例，结合此阶段的数据探讨矿区土地利用类型对生态系统服务价值的影响。矿区粮食作物播种面积为3.65万hm2，年均产量为7.12万t，在确定生态系统服务价值当量因子后，根据关系，将全国全年平均粮食单产市场价值的1/7作为1个生态服务价值当量因子的经济价值量，并针对林地和草地的生态系统服务价值的系数进行修订，明确矿区1个生态服务价值当量因子的经济价值为807.4元。在此前提下，进一步考虑矿区单位面积生态服务价值，有助于对比分析生态系统服务价值单位面积在矿区复垦前、后的具体表现，更具直观性地评估生态系统服务价值，判断复垦方案的实施效果。

经过对复垦方案实施期间矿区生态系统服务价值的对比分析，明确具体变化特性。生态系统服务价值在2013～2028年的变化具有波动性，总体呈现先降低后增加的趋势。针对该变化规律做具体的分析，2013年由于矿区开采活动的持续开展，部分土地受损，矿区的生态环境总体状态欠佳，矿区生态系统服务价值总量偏低，此后实施复垦策略，经过不懈的努力后，以往粗放化的发展模式得以扭转，呈现出高生态服务价值土地利用类型的面积逐步增加的变化。

对于矿区生态系统服务价值，对比分析2013年、2018年可知，各自分别为110.7万元、131.1万元，有大幅度的提升。2013年、2028年的农田生态分系统服务价值，则由2.3%减至1.9%。生态系统服务价值增加的土地利用类型为林地，由原本的57.5%增至58.7%，增量为13.2万元。对于此方面价值增加的原因，可从两个方面进行解读。一是林地在当地具有最突出的生态系统服务功能。二是林地面积增加，其创造的价值优势更为突出。荒漠生态系统服务价值减少0.3 hm2，对应的是减少0.01万元，此现象的出现与荒漠生态面积减少有关。2013年，草地生态系统服务价值占比为39.6%，随着方案的逐步实施，该指标有先降低后增加的变化，到达2028年时，服务价值占比达到38.9%。农田生态系统服务价值占比增加，此现象的出现与复垦方案实施效果的显现有密切关联，可补充其他高生态价值地类。

6 结论

本次研究中，着重探讨的是土地利用类型在土地复垦方案实施后的具体变化特征。在2013～2028年整个时间段内，矿物土地类型由于复垦方案的实施而得到改善，呈现出由损毁土地向宜耕宜农土地的逐步蜕变，由于采矿而损毁的其他草地和采矿用地恢复为人工牧草地，土地服务价值得以提升。初期，由于各种地类的损毁而引起的土地利用类型在实施复垦方案后发生转变，逐步向生态系统恢复阶段迈进，具体表现为蜕变至旱地、林地、草地等，即复垦方案实施后土地的生态系统服务价值更高。而从此变化来看，也正好契合于国家对矿业用地恢复治理的理念，表明复垦方案在提高土地利用水平方面有着不可比拟的优势。同时，生态系统服务功能也将由于复垦方案的实施而得以良好发展。

实施矿区复垦方案后，矿区生态系统服务价值得到显著的提升，对比分析2013年、2028年的生态系统服务价值数据可知，由原本2013年的110.73万元增至2028年的131.1万元，年均增加1.4万元，此阶段的增幅达14.8%。不同土地类型对矿物生态系统服务价值的影响不尽相同，其中以林地最为突出，面积增加8.1 hm2，草地生态系统服务价值增加7.2万元。对比分析可知，其对矿物生态系统服务价值的贡献比减少0.66百分点，草地生态系统服务价值增加7.2万元。矿物生态系统服务价值得以充分提升的关键在于复垦策略的实施，其带来建设用地和受损坏荒漠生态恢复的效果，在联合采用技术、工程措施后，原本未利用地转变为农用地，部分单位面积生态系统服务价值低的建设用地得到改良，价值优势得到充分彰显。

在生态系统服务功能和价值评价活动中，基于时空动态监测评估属于重要方式，对推动区域生态系统服务价值评估工作的开展有重要意义。应用流程清晰，结果具有重要的参考价值，同时，可根据评估结果评价矿区土地复垦方案的可行性，进而作为方案优化的参考。根据评估结果揭示的不足进行细节调整，提升土地复垦方案的可行性。经过深入优化后，得到操作性良好且应用效果突出的复垦方案，分阶段逐步落实到位，发挥出复垦方案创造的价值优势。