龐 莎,劉 康,冀文慧

(1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710127;2.陜西省水土保持局,陜西西安 710004)

土地利用變化對延安市生態(tài)服務(wù)價值的影響

龐 莎1,劉 康1,冀文慧2

(1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710127;2.陜西省水土保持局,陜西西安 710004)

利用延安市 2001-2007年土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù),計算土地利用動態(tài)度,并在Costanza生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值理論基礎(chǔ)上,結(jié)合謝高地等的中國生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表,計算出延安不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值。并依此嘗試計算延安市 2001年至 2007年延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量。研究發(fā)現(xiàn),2007延安市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值將達(dá)到 424.28億元,比 2001年增加 28.79億元,增長率為 7.28%;各種土地利用方式的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的敏感性指數(shù)(CS)均小于 1,表明其對生態(tài)系統(tǒng)的價值變化是缺乏彈性的。

土地利用;土地覆被變化;生態(tài)服務(wù)價值;敏感性指數(shù)

0 引言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)[1]。土地利用作為人類最基本的實(shí)踐活動,與土地生態(tài)系統(tǒng)及其功能密切相關(guān)[2]。人類通過土地利用活動改變地表覆被狀況,引起生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變,從而引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化。因此,土地利用/覆蓋變化過程對維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能起著決定性的作用[3],研究土地利用/土地覆蓋變化情況下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化具有重要意義。本文通過對延安市 2001～2007年的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開展調(diào)查統(tǒng)計分析,運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值理論,嘗試量化計算延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量。從而分析在土地利用變化的條件下,生態(tài)基金項(xiàng)目:西北大學(xué)研究生創(chuàng)新教育項(xiàng)目(09YJC15)系統(tǒng)服務(wù)價值是如何對此作出相應(yīng)的。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

延安市位于黃河中游,南北分屬黃土高原溝壑區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū),介于北緯 35°21′～ 37°31′,東經(jīng) 107°41′～ 110°31′之間。全市總面積 37 037 km2,共轄 1區(qū) 12縣,總?cè)丝?93.88萬,市府駐寶塔區(qū)。延安市氣候?qū)俑咴箨懶约撅L(fēng)氣候,北部屬半干旱地區(qū),南部屬半濕潤地區(qū)。四季分明、日照充足、晝夜溫差大,年均氣溫 7.7℃～10.6℃,年均日照數(shù)2300～2700 h,年均降水量 500 mm左右。地貌類型以黃土塬、梁、峁、溝壑等特有的黃土地形為主。土壤分布從南到北表現(xiàn)為褐土、黃綿土和黑壚土交錯分布以及風(fēng)沙土的地帶特征。主要植被類型有暖溫帶落葉林、暖溫帶針葉林、溫暖帶灌叢群落。該市從 1999年起實(shí)施退耕還林,整個區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況已經(jīng)得到一定改善。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用動態(tài)度

土地利用變化的速度可以通過土地利用類型的動態(tài)度 K來描述,它直接反映了某一區(qū)域在一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型數(shù)量的變化情況。該指標(biāo)對比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測未來的變化趨勢均具有重要的作用[4],其公式為

式中:Ua,Ub分別為研究初期及研究末期某一種土地利用類型的數(shù)量;T為研究時段,當(dāng) T的時段設(shè)定為年時,K值就是該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率。

本文依據(jù)延安市 2001～2007年土地利用類型統(tǒng)計數(shù)據(jù)來進(jìn)行土地利用動態(tài)分析,數(shù)據(jù)來源于《陜西省土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)集(2001年 ～2007年)》。

1.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價方法

(1) 單位面積生態(tài)服務(wù)價值的確定

謝高地[5],陳仲新[6]在 Costanza的基礎(chǔ)上,總結(jié)了氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、土壤形成、廢物處理、生物多樣性維持、食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)和娛樂文化等在內(nèi)的 9項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,并對我國 200位生態(tài)學(xué)者進(jìn)行問卷調(diào)查,得到了“中國生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表”。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子是指生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)的相對貢獻(xiàn)大小的潛在能力,定義為1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值為1,其它當(dāng)量因子是指相對于農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)的貢獻(xiàn)大小[4]。本文采用該當(dāng)量因子表,但針對研究區(qū)的具體情況對單位面積農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值作了如下修改:2001～2007年平均糧食產(chǎn)量 3157 kg/hm2為基準(zhǔn)單產(chǎn)[7],糧食單價按 2007年陜西省5種糧食作物平均出售價格 1.66元/kg(陜西省物價局)計算,根據(jù)在沒有人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值的 1/7[8],得出延安單位面積農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值為 749元/hm2·a。

依據(jù)以上方法制定出了延安不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表,見表 1。以此分析研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化。延安市土地利用中,耕地對應(yīng)農(nóng)田,園地取森林和草地的平均值,未利用地對應(yīng)荒漠[9],對居民點(diǎn)及工礦用地生態(tài)服務(wù)價值參照徐中春等[10]人的研究結(jié)果取 3245.76元//hm2·a,交通用地按照 Costanza等學(xué)者的估算方法,不估算其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價值。

表1 延安不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值 (元/hm2·a)

生物多樣性保護(hù) 531.79 2 441.741 629.075 816.41 1 865.01 254.66食物生產(chǎn) 749 74.9 149.8 224.7 74.9 7.49原材料生產(chǎn) 74.9 1947.4 992.425 37.45 7.49 0休閑娛樂 7.49 958.72 494.34 29.96 3 250.66 7.49總 計 5 175.59 16 365.65 10 894.205 5 422.76 34 431.53 314.58

(2) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值綜合評價方法

以表 1為基礎(chǔ),進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算,計算公式[1,11]為:

式中,ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值(元);VCi為第 i類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價值系數(shù)(元/hm2);Ai為研究區(qū)內(nèi)第 i類土地利用類型的面積(hm2);n為土地利用類型數(shù)目;VCi采用表 1計算出的數(shù)據(jù)。

1.2.3 敏感性分析方法

本文借用經(jīng)濟(jì)學(xué)中常用的彈性系數(shù)來計算價值系數(shù)的敏感性指數(shù)[12,13](coefficient of sensitivity,CS),以確定 ESV隨時間變化對 VC變化的依賴程度。彈性系數(shù)是指因變量變化的百分比與自變量變化的百分比的比值。如果彈性系數(shù)＞1%,表明 1%的自變量變動引起因變量大于 1%的變動;如果彈性系數(shù) ＜1%,則 1%的自變量變動會引起因變量小于1%的變動。本文將各類土地利用類型的價值系數(shù)分別調(diào)整50%,來衡量總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況。敏感性指數(shù)計算公式如下:

式中:Esv為估算的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;V c為生態(tài)價值系數(shù),i和 j代表初始總價值和生態(tài)價值系數(shù)調(diào)整以后的總價值,k代表土地利用類型。如果 Cs＞1,表明對于 Vc,估算的 Esv是富有彈性的;如果 Cs＜1,ESV被認(rèn)為是缺乏彈性的;比值越大,表明生態(tài)價值系數(shù)的準(zhǔn)確性越關(guān)鍵。

2 結(jié)果分析

2.1 土地利用變化分析

根據(jù)研究需要,將延安市各年份的土地利用類型統(tǒng)一化為八大類,即耕地、園地、林地、牧草地、居民點(diǎn)及工礦用地、水域和未利用土地。,結(jié)合公式(1),2001年至 2007年各種類型土地面積變化情況,如表 2所示。

表2 延安市各類土地利用類型面積變化及變化率 hm2

由表 2可以看出,從 2001年到 2007年,林地、牧草地的面積始終在土地總面積中占據(jù)重要比例。隨著時間推移,耕地、牧草地減少趨勢明顯;園地,林地增加趨勢明顯。耕地共計減少 195 555公頃,變化率為 33.15%,動態(tài)度為 5.52%;牧草地減少 94 523公頃,變化率為 8.46%,動態(tài)度為 1.41%。園地共計增加 4 0941公頃,變化率為 21.64%,動態(tài)度為 3.61%;林地增加 24 1162公頃,變化率為 14.54%,動態(tài)度為 2.42%。交通運(yùn)輸用地總共增加了 1 357公頃,變化率為 8.45%,動態(tài)度為 1.41%。居民點(diǎn)及工礦用地、水域的變化不大,但都表現(xiàn)出增加的趨勢。未利用土地在 2003年出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點(diǎn),2001至 2003年都在增加,2003至 2007逐漸減少。延安市減少的用地主要是向林地轉(zhuǎn)換,這與近些年延安實(shí)施的退耕還林有很大關(guān)系。退耕還林過程中,經(jīng)濟(jì)林的建設(shè)是導(dǎo)致園地面積增加的一大原因。

2.2 土地生態(tài)服務(wù)價值分析

根據(jù)表 2中得出的延安市各種土地利用類型面積,結(jié)合延安不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式(式 2),估算了延安市 2001年至 2007年各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,變化結(jié)果見表 3。

表3 延安市各土地利用類型生態(tài)價值的變化及變化率 (億元)

由表 3可以看出,構(gòu)成延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要土地利用類型是林地,牧草地;其次為園地和耕地。延安市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從 2001年的 395.49億元增加到 2007年的 424.28億元 。

2001年至 2007年,延安市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加了28.79億元,變化率為 7.28%,年變化率為 1.21%。其中,林地的生態(tài)服務(wù)價值增加了 39.47億元,變化率為 14.54%,年變化率為 2.42%;園地的生態(tài)服務(wù)價值增加了 4.46億元,變化率 21.64%,年變化率 3.61%。耕地生態(tài)服務(wù)價值減少了10.12億元,變化率為 33.15%,年變化率 5.52%;牧草地的生態(tài)服務(wù)價值減少了 5.13億元,變化率為 8.46%,年變化率1.41%。水域用地雖然單位面積生態(tài)服務(wù)價值很高,但由于在總用地面積中的比例較小,所以在總的生態(tài)服務(wù)價值中占得比例不大。居民點(diǎn)及工礦用地和未利用土地生態(tài)服務(wù)價值均有增加,但在總的變化量中所占比例很少?？傮w上看,延安市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化是比較大的,這與延安市土地利用變化的轉(zhuǎn)變是分不開的。

2.3 生態(tài)服務(wù)敏感性分析

根據(jù)上文敏感性指數(shù)的計算公式(式 3),本文將各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù) V c分別上下調(diào)整 50%,以調(diào)整后的價值系數(shù)來估算延安 2001年和 2007年總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以及敏感性指數(shù),見表 4。結(jié)果表明,延安所有土地利用類型的 ESV對 Vc的敏感程度指數(shù) Cs均小于 1,表現(xiàn)為林地 ＞牧草地 ＞園地 ＞耕地 ＞水域 ＞居民點(diǎn)及工礦用地＞未利用地,說明研究區(qū)的 ESV對 Vc是缺乏彈性的。在不考慮林地調(diào)整后的 ESV變化率的前提下,7年間的 ESV變化率從 5.78%到 8.90%,與調(diào)整價值系數(shù)之前的 ESV變化率7.28%相差不大。說明對于這幾類用地的生態(tài)價值系數(shù)選值是可信且合理的。

林地的 ESV變化率為 9.14%和 3.49%,和調(diào)整前的變化率 7.28%有些出入,說明林地的單位面積生態(tài)服務(wù)價值確定存在誤差,這主要是因?yàn)檠影矎?1999年才剛開始實(shí)施退耕還林工作,林地生所提供服務(wù)價值低于普遍水平,隨著時間的推進(jìn),2007年林地發(fā)育逐漸成熟,此時林地提供服務(wù)價值必然高于 2001年水平。此段時間內(nèi),林地生態(tài)價值系數(shù)不能同一而論。

林地、園地的敏感性指數(shù)增大,其余土地利用類型的敏感性指數(shù)均減小,表明這兩類用地的生態(tài)價值系數(shù)的變化會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值產(chǎn)生放大作用,尤以林地為主。由表4還可知,居民點(diǎn)及工礦用地和未利用地的敏感性指數(shù)都很小,分別為 0.0004和 0.004,表明居民點(diǎn)及工礦用地草地和未利用地的生態(tài)價值系數(shù)變化對延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的變化影響不大。

表4 調(diào)整價值系數(shù)后總生態(tài)價值的變化及敏感性指數(shù)

林地VC-50% 259.79 268.84 9.06 3.49% -34.31% —— -36.63% ——牧草地VC+50% 425.78 452.01 26.23 6.16% 7.66% 0.153 6.54% 0.131牧草地VC-50% 365.20 396.55 31.35 8.59% -7.66% —— -6.54% ——居民點(diǎn)及工礦用地VC+50%396.38 425.18 28.80 7.27% 0.22% 0.004 0.21% 0.004居民點(diǎn)及工礦用地VC-50%394.60 423.38 28.78 7.29% -0.22% —— -0.21% ——水域VC+50% 400.70 429.53 28.83 7.19% 1.32% 0.026 1.24% 0.025水域VC-50% 390.27 419.03 28.76 7.37% -1.32% —— -1.24% ——未利用土地VC+50% 395.56 424.36 28.80 7.28% 0.02% 0.0004 0.02% 0.0004未利用土地VC-50% 395.41 424.19 28.78 7.28% -0.02% —— -0.02% ——

3 結(jié)論與討論

(1)延安市從 2001年到 2007年,其土地利用 /覆蓋變化較大。耕地逐步減少,林地逐步增加;耕地年減少率為 4.06%,林地年增加率為 2.16%,這主要是延安市自 1999年開始實(shí)施退耕還林的原因。延安市減少的耕地主要是將不利于耕作的土地還為林地,當(dāng)然還有部分減少的耕地是因?yàn)槌鞘谢M(jìn)程的原因,耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地,這反映了退耕還林后土地利用變化格局的總體趨勢。

(2)土地利用變化使得延安市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也發(fā)生了變化。2001年到 2007年,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值持續(xù)增加,增加 28.79億元,平均每年以 1.21%的速率增加。其中,林地生態(tài)服務(wù)價值增幅最大,平均每年以 1.16%速率變化著;園地生態(tài)服務(wù)價值則以平均每年 1.60%的速率增加。耕地生態(tài)服務(wù)價值減少速率較快,年變化率到達(dá) 3.88%;牧草地生態(tài)服務(wù)價值年減少率則為 1.86%。生態(tài)服務(wù)價值的變化趨勢與土地利用/覆蓋的變化保持一致。

(3)本文制定的延安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表經(jīng)敏感性指數(shù)分析,研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值對于生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)的敏感性值均小于 1,表明研究結(jié)果可信,可為延安市制定土地利用規(guī)劃、調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)提供借鑒和參考。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的大小除了與生態(tài)系統(tǒng)的種類、結(jié)構(gòu)、生物多樣性等有關(guān)外,還與生態(tài)系統(tǒng)的生物量有很大關(guān)系,本文 2001年和2007年延安市森林生態(tài)系統(tǒng)的價值系數(shù)就不可以同等對待。

根據(jù)本文研究,延安市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值逐步增加,說明延安市的土地利用結(jié)構(gòu)是比較合理的。退耕還林政策的實(shí)施,在改變黃土高原地生態(tài)環(huán)境的同時,也為生態(tài)服務(wù)價值的提高起著重要作用。因此,做好延安市的土地利用規(guī)劃與調(diào)整工作,繼續(xù)提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是延安生態(tài)建設(shè)的重要任務(wù),是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

[1]Costanza R,A rge R,GrootR,et al.The value of the world'secosystem services and natural capital[J].Nature.1997,386:253～260.

[2]Semwal R L,Naytiyal S,Senk K,et al.Patterns and eco-logical implications of agricultural land-use changes:A case study from central Himalaya,India[J].Agriculture Ecosystems＆Environment,2004,102:81-92.

[3]Lambin E F,Baulies X,Bockstael N,et al.Land-use and landcover change,implementation strategy[R].IGBP Report No.48/IHDP Report No.10.Stockholm:IGBP,1999.

[4]任志遠(yuǎn),張艷芳.2003.土地利用變化與生態(tài)安全評價[M].北京:科學(xué)出版社,27-29

[5]謝高地,魯春霞.青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估[J].2003,21(1):50-55.

[6]陳仲新,張新時.中國生態(tài)系統(tǒng)效益的價值[J].科學(xué)通報,2000,45(1):17-22.

[7]延安市統(tǒng)計局.延安市 2008年統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2008.

[8]謝高地,魯春霞,冷允法,等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估[J].自然資源學(xué)報,2002,18(2):189-196.

[9]莫宏偉,任志遠(yuǎn),謝紅霞.榆陽區(qū)土地利用和生態(tài)效應(yīng)變化分析[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,33(1):110-114.

[10]徐中春,謝永生,王恒俊,等.延安市城郊農(nóng)村土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[J].水土保持通報,2009,29(3):50-55.

[11]葉延瓊,章家恩.廣州市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響研究[J].生態(tài)科學(xué),2008,27(2):119-123.

[12]王宗明,張柏,張樹清.吉林說呢個生態(tài)服務(wù)價值變化研究[J].自然資源學(xué)報,2004,19(1):55-61.

[13]徐立,劉少博,劉云國,等.湘中紅壤丘陵區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響——以長沙市為例[J].2009,29(8):1788-1792.

Effects of Land-used Change on Ecosystem Service Value in Yan'an City

PANG Sha1,LIU Kang1,JIW en-hui2
(1.Departmento f Urban and Resources,Northwestern University,Xi'an710127,Shaanxi 2.Soil and water conservation bureau,Xi'an 710004 Shaanxi)

The article is based on the land-used basic data in Yan'an city from 2001 to 2007 and calculates the Landused dynam ic degree.It is also based on Costanza's theory o f ecosystem services value,combining with Xie gaodi's ecosystem service value equivalent factor table,calculated differentecosystem s'ecosystem service value perunit area in Yan'an.And according to the above,it has a try for calculating the ecosystem service value in Yan'an from 2001 to 2007.The study shows that the total ecosystem services value in 2007 will reach 42.428 billion RMB,an increase of 2.879 billion RMB more than 2001,and the grow th rate is 7.28%.For the various land use patterns,the coefficients of sensitivity(CS)of theirecosystem service value are all less than 1,which indicates that the changes in the value of ecosystems is lack of flexibility.

Land use/cover change;Ecosystem service value and coefficients of sensitivity

X 826

A

1004-1184(2011)01-0154-04

2010-07-30

西北大學(xué)研究創(chuàng)新教育項(xiàng)目(09YJC 15)

龐莎(1985-),女,碩士,陜西西安人,主要從事生態(tài)規(guī)劃與生態(tài)環(huán)境評價研究。