丁麗蓮,王 奇,陳 欣,唐建軍

浙江大學(xué),生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)研究所,杭州 310058

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)及其物種組成用以滿足和維持人類生存、生活的條件和過程[1]。地形條件、土地利用/土地覆被(Land Use/Land Cover, LULC)和氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的形成與分配具有重要作用[2],其中LULC的不恰當(dāng)變化可能導(dǎo)致當(dāng)?shù)匚锓N絕滅,自然棲息地和生態(tài)系統(tǒng)功能減少,從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供[3- 6],如碳儲存[7- 8]、水文調(diào)節(jié)[9]、授粉[10- 11]等。千年生態(tài)系統(tǒng)評估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)指出全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正在退化,并強(qiáng)調(diào)了將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(Ecosystem Service Value, ESV)分析納入決策制定的重要性[12]。量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和分析其價值變化是土地可持續(xù)利用的重要決策支持工具[13],它為全面評估替代土地利用方案之間的權(quán)衡提供了有用的工具[14- 15]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的估價方法主要包括顯示偏好法(如市場價值法和旅行費(fèi)用法)、陳述偏好法(如條件價值法和選擇實(shí)驗(yàn)法)、基于成本估算(如可避免成本法和替代成本法)和效益轉(zhuǎn)移法[16]。其中,效益轉(zhuǎn)移法(Benefit Transfer Method, BTM)是一種二次評估方法,它將已有的環(huán)境評價結(jié)果轉(zhuǎn)移到具有相似人口、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)特征的其他地區(qū)[17]。隨著近年來國外一些學(xué)者對效益轉(zhuǎn)換法的不斷探索,BTM能夠在大尺度研究中實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的價值估算結(jié)果,成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算中較為前沿的領(lǐng)域。Costanza等通過使用BTM推斷了由16個主要生物群落提供的17種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的全球經(jīng)濟(jì)價值,并基于全球300多個案例再次更新了估價[18- 19]。我國學(xué)者謝高地等[20]在Costanza得出當(dāng)量因子的基礎(chǔ)上,根據(jù)中國生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)一步修正。國內(nèi)外已有研究基于BTM方法,通過制圖及時空演變分析,進(jìn)行了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算并研究其對土地利用變化的響應(yīng)。當(dāng)前研究中,土地利用面積、方式和空間分布格局變化均成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的影響因子[21],Estoque等[22]、李哲等[23]指出具有較高價值系數(shù)的LULC面積減少往往是導(dǎo)致區(qū)域ESV減少的主要原因。劉海等[24]、魏慧等[25]指出城市化進(jìn)程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失的主要原因是森林、水體和濕地面積的大量減少。陳陽等[26]認(rèn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中LULC變化會造成區(qū)域單項(xiàng)ESV之間的沖突,如濕地向耕地轉(zhuǎn)移,加強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品供給服務(wù)價值,但弱化了其在廢物處理和氣候調(diào)節(jié)方面的調(diào)節(jié)服務(wù)價值。王航等[27]研究表明,ESV與景觀豐度和地類聚集度均存在顯著正相關(guān)。然而,大多研究僅將LULC作為ESV變化的自變量,由于自然與社會經(jīng)濟(jì)等諸多因素均對ESV產(chǎn)生影響,并且驅(qū)動因素之間可能存在錯綜復(fù)雜的聯(lián)系[25],因此結(jié)合自然和社會經(jīng)濟(jì)等驅(qū)動因素研究ESV對于LULC響應(yīng)及其演變規(guī)律具有重要的科學(xué)意義。另外,少有研究從長時間序列和轉(zhuǎn)換空間尺度對區(qū)域ESV變化作進(jìn)一步分析,難以明確LULC、氣候因素和社會經(jīng)濟(jì)因素對于ESV變化的作用機(jī)制。

淀山湖地區(qū)是上海重要水源地,由蘇州和上海同時分管。國家發(fā)展改革委在《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》中指出跨界水體聯(lián)保行動的重要性[28],并將淀山湖放在名錄首位。明晰淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對于LULC響應(yīng)及其驅(qū)動力,對于深化跨區(qū)域生態(tài)環(huán)境聯(lián)防聯(lián)治具有指導(dǎo)性作用。改革開放以來大力發(fā)展的30年,由于不同階段的發(fā)展戰(zhàn)略和存在問題不同,本文將其分為3個階段進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析。因此,本研究以淀山湖地區(qū)為研究對象,對該區(qū)域1984—2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評估,試圖揭示過去30年間淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空變化特征及LULC變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響,探討人類活動和自然因素對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響,為淀山湖地區(qū)中長期規(guī)劃提供理論依據(jù),對淀山湖地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、跨界水體聯(lián)保具有理論和實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

淀山湖地區(qū)(30°56′—31°20′N,120°43′—121°10′E)包括上海市青浦區(qū)的朱家角鎮(zhèn)、金澤鎮(zhèn),以及蘇州市昆山市的錦溪鎮(zhèn)、淀山湖鎮(zhèn)、周莊鎮(zhèn)、汾湖鎮(zhèn)和張浦鎮(zhèn)共7鎮(zhèn),總面積901 km2[29]。淀山湖地區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,氣候溫和,年均氣溫15.5℃；雨量充沛,年均降水量1037.7 mm[30]。淀山湖地區(qū)屬于太湖流域,地處黃浦江主要取水口的上游,是上海重要的水源保護(hù)地和生態(tài)保護(hù)區(qū),也是長三角最具水鄉(xiāng)特色的區(qū)域之一。其中主要湖泊淀山湖是太湖平原地區(qū)的一個吞吐性淺水湖泊,水域面積62 km2,平均水深約2.1 m,最大水深3.6 m。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

淀山湖地區(qū)1984年、1993年、2006年Landsat TM遙感影像和2014年Landsat 80LI遙感影像(數(shù)據(jù)來源于http://earthexplorer.usgs.gov/),軌道號為138/38、138/39、139/38和139/39。江蘇省、上海市鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃矢量圖來自地理國情監(jiān)測云平臺(http://www.dsac.cn/)；使用《昆山鄉(xiāng)鎮(zhèn)1949—2015年鑒》(http://www.hssjzx.com/)以及《青浦區(qū)1985—2015年鑒》(http://qpsz.shqp.gov.cn/)計(jì)算研究區(qū)糧食作物單位面積產(chǎn)值。在可視化圖像環(huán)境(The Environment for Visualizing Images,ENVI)支持下,對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,根據(jù)野外調(diào)查及統(tǒng)計(jì)年鑒,建立影像中地物的判讀標(biāo)志,將淀山湖地區(qū)土地利用類型分為耕地、水體、草地、林地、建筑用地和未利用地共6類?；诨煜仃嚪椒ㄟM(jìn)行解譯精度評價,4期遙感影像解譯精度均達(dá)到90%以上。

2.2 分析方法

2.2.1土地利用變化動態(tài)指標(biāo)

(1)單一土地利用動態(tài)度 單一土地利用動態(tài)度是刻畫不同土地利用類型在一定時間段內(nèi)的變化速度和幅度的指標(biāo)[31],反映人類活動對單一土地利用類型的影響。其公式為:

(1)

式中,Ki為t1到t2時段內(nèi)i類土地利用類型動態(tài)度；Sit1、Sit2分別表示t1、t2時間i類土地利用類型面積。

(2)綜合土地利用動態(tài)度 土地利用綜合動態(tài)度是刻畫土地利用類型變化速度區(qū)域差異的指標(biāo),反映人類活動對流域土地利用類型變化的綜合影響[32]。其公式為：

(2)

式中,S為與t時段對應(yīng)的研究區(qū)土地利用綜合動態(tài)度,ΔSij為監(jiān)測開始至監(jiān)測結(jié)束時段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)換為其他類土地利用類型面積總和,Si為監(jiān)測開始時間第i類土地利用類型總面積；t為土地利用變化時間段。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計(jì)算

謝高地等[33- 34]在Costanza[18]的評價模型基礎(chǔ)上,依據(jù)中國的實(shí)際情況,得出了中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表。該表定義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。在淀山湖區(qū)域各糧食作物單產(chǎn)、播種面積、各糧食作物全國平均價格的基礎(chǔ)上(2000年不變價),根據(jù)公式計(jì)算：

(3)

式中,Ea為1 hm2農(nóng)田每年糧食作物的經(jīng)濟(jì)價值(元/hm2)；i為作物種類,淀山湖地區(qū)的主要作物有水稻、小麥、玉米和大豆；pi為i種糧食作物全國平均價格(元/t)；qi為i種糧食作物單產(chǎn)(t/hm2)；mi為i種糧食作物面積(hm2)；M為n種糧食作物總面積(hm2)；1/7是指單位面積生態(tài)服務(wù)價值為研究區(qū)當(dāng)年主要糧食作物單位面積產(chǎn)值的1/7。

淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計(jì)算公式為：

ESV=∑AkΔVCk

(4)

ESVf=∑AkΔVCfk

(5)

式中,ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Ak為研究區(qū)第k類土地利用類型的分布面積(hm2)；VCk為生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)(元 hm-2a-1)；ESVf為第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值；VCfk是土地利用類型k的第f項(xiàng)服務(wù)功能價值系數(shù)(元 hm-2a-1)。

本文通過統(tǒng)計(jì)1984—2014年淀山湖地區(qū)水稻、小麥、玉米及大豆的價格(2000年不變價)、單產(chǎn)、播種面積等數(shù)據(jù)(表1),得到淀山湖地區(qū)一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子為1635.28元/hm2,由此得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)(表2)。

表1 淀山湖地區(qū)1984年、1993年、2006年和2014年主要農(nóng)作物單產(chǎn)、作物價格和播種面積

表2 淀山湖區(qū)域土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)

2.2.3敏感性分析

利用敏感性指數(shù)(Coefficient of Sensitivity,CS)[35]來確定不同土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨著時間變化對價值系數(shù)的依賴程度。如果CS>1,則預(yù)估ESV對變異系數(shù)(Valuation Coefficient,VC)即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)具有彈性,VC變動1%會引起CS大于1%的變動,則其準(zhǔn)確度差、可信度低；如果CS<1,則說明ESV對VC是缺乏彈性的,結(jié)果是可信的。敏感性指數(shù)計(jì)算公式如下：

(6)

式中：ESV、VC、k的含義同前,i和j代表初始價值和生態(tài)價值系數(shù)調(diào)整以后的價值。

3 結(jié)果分析

3.1 淀山湖地區(qū)土地利用變化分析

根據(jù)淀山湖地區(qū)土地利用類型分布圖(圖1),研究區(qū)耕地所占面積最大,為主要土地利用類型,其次是水體和建筑用地,林地、草地和未利用地所占比例較小。根據(jù)1984—2014年淀山湖地區(qū)土地利用變更數(shù)據(jù),計(jì)算得到各土地利用類型結(jié)構(gòu)(圖2)和土地利用動態(tài)度(表3)。

圖1 淀山湖地區(qū)1984、1993、2006、2014土地利用類型Fig.1 Land-use types of Dianshan Lake area in 1984, 1993, 2006 and 2014

圖2 1984—2014年淀山湖地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu) Fig.2 Land-use component in Dianshan Lake area during 1984—2014

研究區(qū)水體面積在1984—1993和1993—2006年間減少,轉(zhuǎn)換為耕地和建筑用地,但在2006—2014水體面積有所增加。耕地面積先增加后減少,前期(1984—1993年)增加了6.97%,后期(1993—2006、2006—2014年)分別減少了13.34%及14.51%。由于生態(tài)環(huán)境治理的改善以及耕作技術(shù)的提高[34],耕地逐漸向林地、草地轉(zhuǎn)移。林地面積自1993年開始呈現(xiàn)增加的趨勢,1993—2006年間,單一土地利用動態(tài)度達(dá)到38.93%。草地面積占比不斷提高,在4個時期分別為0.26%,0.59%,0.86%和1.89%。隨著城市化進(jìn)程加快,建筑用地快速擴(kuò)張,占比從8.99%增加到26.85%。1984—1993年綜合土地利用動態(tài)度為2.31%,淀山湖地區(qū)用地空間整體變化不大；1993—2006年和2006—2014年,綜合土地利用動態(tài)度高達(dá)48.12%和28.87%。

表3 1984—2014年間淀山湖地區(qū)土地利用動態(tài)度/%

3.2 淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析

3.2.1各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化總體特征

由表4可知,淀山湖地區(qū)ESV在30年間減少1.81億元。1984年、1993年、2006年和2014年分別為26.76億元,22.94億元,20.79億元和24.95億元,呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。從各地類ESV占比來看,水體ESV所占比例最高,其次為耕地。1984年,耕地ESV為6.58億元,占總價值的24.58%；1993—2006年耕地和水體ESV銳減,與此同時,林地和草地ESV增加,尤其是林地,動態(tài)度高達(dá)38.90%；2006—2014年林地、草地ESV進(jìn)一步增加,水體ESV出現(xiàn)V型增長,但相比于1984年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,仍減少11.30%；未利用地ESV在1984—2014年減少0.04億元,動態(tài)度為-0.11%。

分析發(fā)現(xiàn),淀山湖地區(qū)ESV分為“減少”和“增加”兩個階段：“減少”與單位面積ESV較高的水體大量減少有關(guān),由于人口增長帶來的城市土地?cái)U(kuò)張[36],前期(1984—2006年)水體向建筑用地轉(zhuǎn)移,水體ESV減少6.97億元；“增加”是由于后期(2006—2014年)政策和生態(tài)工程的實(shí)施,淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能開始逐漸恢復(fù),由于林地與水體在氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和廢物處理等調(diào)節(jié)服務(wù)中發(fā)揮重要作用,林地和水體面積擴(kuò)大使其ESV激增。特別地,由于《黃浦江上游水源保護(hù)條例實(shí)施細(xì)則》[37]等環(huán)保政策的實(shí)施,淀山湖東南沿岸、攔路港沿岸種植了大量水源涵養(yǎng)林,林地ESV在1993—2006年間增幅迅速,盡管如此,由于期間耕地面積和水體面積的銳減,研究區(qū)總ESV仍呈現(xiàn)下降趨勢。

表4 1984—2014年淀山湖地區(qū)各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

3.2.2生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)價值變化特征

由公式(5)計(jì)算得出各單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(表5)。淀山湖地區(qū)提供的水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能最大,其次為廢物處理功能,水體成為價值提供主體。1984—2014年間,除原材料生產(chǎn)和氣體調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加,食物生產(chǎn)、廢物處理、水文調(diào)節(jié)、保持土壤、提供美學(xué)景觀和維持生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均減少,氣候調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值基本保持不變。隨著農(nóng)業(yè)用地的銳減,其提供的食物生產(chǎn)功能也隨之降低,1984—2014年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少了2.41億元；林地面積的快速增加,導(dǎo)致其提供的原材料生產(chǎn)和氣體調(diào)節(jié)服務(wù)價值在1984—2014年間分別增加22.03%和18.37%,林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加了2.50億元。

表5 1984—2014年淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組成構(gòu)變化

3.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布

1984—2014年間,淀山湖地區(qū)各鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢 (圖3)。由于地處湖區(qū)且平原河網(wǎng)密集,汾湖鎮(zhèn)和朱家角鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值顯著高于其他地區(qū),但汾湖鎮(zhèn)對于研究區(qū)總ESV增加沒有貢獻(xiàn),其ESV在30年間減少了5.62%。1984—2014年,朱家角鎮(zhèn)和錦溪鎮(zhèn)的ESV呈現(xiàn)凈增長(1.06%和25.76%),其余幾鎮(zhèn)的ESV呈負(fù)增長,其中張浦鎮(zhèn)的ESV減少幅度最大(-38.43%)。前期(1984—1993年),僅錦溪鎮(zhèn)的ESV增加；后期(1993—2014年),由于退耕還林還草政策、黃浦江上游水源保護(hù)條例的實(shí)施,除周莊鎮(zhèn)外,其余6鎮(zhèn)的ESV均有增加,其中對總ESV增加貢獻(xiàn)最大的分別是張浦鎮(zhèn)、金澤鎮(zhèn)和朱家角鎮(zhèn)。

圖3 淀山湖地區(qū)1984—2014各鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組成構(gòu)空間分布Fig.3 The spatial distribution of ESV changes in each towns in Dianshan Lake area during 1984—2014

將空間尺度擴(kuò)展到省市級管轄區(qū)域(圖4),1984—2014年間,江蘇省境內(nèi)總地均ESV減少3076.4元/hm2,單項(xiàng)地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均減少,其中,廢物處理地均ESV下降幅度最大(-876.61元/hm2),水文調(diào)節(jié)、食物生產(chǎn)和土壤保持地均ESV下降幅度次之。上海市境內(nèi),總地均ESV增加216.91元/hm2,單項(xiàng)地均ESV升高的有氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和原材料生產(chǎn)3項(xiàng)服務(wù),分別增長638.80、453.49元/hm2和400.52元/hm2,廢物處理和水文調(diào)節(jié)兩項(xiàng)地均ESV分別減少1110.31元/hm2和705.12元/hm2。在單項(xiàng)地均ESV減少的區(qū)域內(nèi),除了水文調(diào)節(jié)和廢物處理兩項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),江蘇省境內(nèi)的地均ESV下降幅度均大于上海市境內(nèi)的地均ESV。

通過對比ESV在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)空間分布和省市級區(qū)域分布情況,上海市金澤鎮(zhèn)和朱家角鎮(zhèn)在1993—2014年間總ESV的增加得益于原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、保持土壤和維持生物多樣性ESV的增加,這5項(xiàng)服務(wù)也是林地在9個單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中價值系數(shù)較高的；相比于金澤鎮(zhèn)和朱家角鎮(zhèn),江蘇省境內(nèi)的5鎮(zhèn)在這5項(xiàng)服務(wù)的地均ESV均減少。因此,近30年淀山湖地區(qū)林地面積增加并沒有對江蘇省境內(nèi)的ESV有更多貢獻(xiàn),而上海市通過構(gòu)建水源涵養(yǎng)林、退耕還林等措施對于黃浦江上游的保護(hù)更到位。

圖4 淀山湖地區(qū)所在省市級行政區(qū)(江蘇、上海)地均ESV變化分布圖Fig.4 The spatial distribution of ESV changes per unit area in Jiangsu and Shanghai region of Dianshan Lake area

3.3 敏感性分析

根據(jù)敏感系指數(shù)的計(jì)算公式,將各地類VC分別上下調(diào)整50%,計(jì)算出淀山湖地區(qū)1984、1993、2006和2014年的敏感性指數(shù)CS(表6)。結(jié)果表明,4個時期不同土地利用類型的CS均小于1,最高值為水體的CS值0.7108,及當(dāng)水體的VC增加1%,總價值增加0.7108%；最低值為未利用地的CS值0.0009。1984—2014年間,草地CS逐步增加,這與草地面積一直增加有關(guān)。自1993年起,由于林地面積的增加,林地CS呈現(xiàn)增長趨勢,而由于耕地面積銳減,耕地CS也隨之下降。水體面積自2006年開始增加,其敏感度也隨之增加。相對于水體和林地,耕地ESV系數(shù)較低,但是耕地CS均大于林地,這是由于耕地面積始終大于林地面積。CS敏感性分析表明,相對于VC而言,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是缺乏彈性的,即使VC具有一定的不確定性,研究區(qū)域ESV計(jì)算結(jié)果也是穩(wěn)定的,研究結(jié)果是可信的。

表6 不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感度

4 討論與建議

圖5 1984—2014年淀山湖地區(qū)所在省市級行政區(qū)(江蘇、上海)土地利用結(jié)構(gòu)Fig.5 Land-use component in Jiangsu and Shanghai region of Dianshan Lake area during 1984—2014

圖6 2014年淀山湖地區(qū)所在省市級行政區(qū)(江蘇、上海)各單項(xiàng)地均ESV結(jié)構(gòu)分布圖Fig.6 Structure of components of ESV per unit area in Jiangsu and Shanghai region of Dianshan Lake area in 2014

淀山湖地區(qū)以耕地和水體這兩個土地利用類型為主體。由于對生態(tài)環(huán)境治理的重視度加強(qiáng)以及耕作技術(shù)的提高[38],耕地逐漸向林地、草地轉(zhuǎn)移。耕地主要提供食物生產(chǎn)、廢物處理、氣候調(diào)節(jié)、保持土壤和維持生物多樣性等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),雖然耕作技術(shù)的提高使糧食增產(chǎn),但耕地的大幅縮減使得廢物處理和保持土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值銳減,因而凈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為負(fù),30年間減少了2.41億元。這表明決策者在繼續(xù)履行退耕還林還草、退耕還湖的同時,還要盡量減少建筑用地對農(nóng)業(yè)用地的侵占。在進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)規(guī)劃中,不僅需要重視生態(tài)用地的增加與保護(hù),也要注重耕作技術(shù)改良和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,變革低產(chǎn)田、再造優(yōu)質(zhì)田,以期提高整個地區(qū)廢物處理、土壤保持和生物多樣性保持等服務(wù)。本研究證實(shí),盡管建筑用地面積增長因城市擴(kuò)張并未停滯[39],但通過權(quán)衡不同土地利用方式,增加有較高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的林地面積,就能提高原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、保持土壤和維持生物多樣性服務(wù)功能,進(jìn)而提升總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。Li[40]也在研究保護(hù)和人類發(fā)展政策對利益相關(guān)者的影響時指出,生態(tài)工程可能在短期內(nèi)有高昂的初始成本,但從長遠(yuǎn)利益來看,無論是當(dāng)?shù)卣€是人與環(huán)境,都能獲得凈收益。政府在探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間配置的同時,還應(yīng)重視多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、生物多樣性保護(hù)以及給予土地?fù)碛姓呤袌龌貓?bào)之間的權(quán)衡[41]。

通過轉(zhuǎn)換空間尺度,本研究還發(fā)現(xiàn)淀山湖地區(qū)跨省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的不平衡。進(jìn)一步分析1984—2014年淀山湖地區(qū)所在江蘇省和上海市土地利用結(jié)構(gòu)動態(tài)變化(圖5)得出,1984—2014年,兩地建筑用地?cái)U(kuò)張趨勢截然不同,江蘇省境內(nèi)淀山湖地區(qū)的建筑用地增加幅度顯著高于上海境內(nèi)；同時段上海境內(nèi)的林地比例均高于江蘇省境內(nèi),且兩者差值有增大趨勢；對比2014年兩者單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(圖6),除廢物處理外,研究區(qū)上海境內(nèi)單項(xiàng)ESV均高于江蘇省境內(nèi),這與高達(dá)15.97%的林地面積密不可分。因此,政府部門亟需加強(qiáng)環(huán)淀山湖地區(qū)省際合作,通過增加環(huán)湖涵養(yǎng)水林、城市綠地建設(shè),提高建設(shè)用地集約利用水平,嚴(yán)格控制建設(shè)用地隨意擴(kuò)張,來改善跨省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值不平衡的現(xiàn)狀。

進(jìn)一步,本研究從自然和社會經(jīng)濟(jì)因素兩方面討論了影響研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的驅(qū)動因素。自然因素包括氣候、地理環(huán)境等因子,氣候因子通過影響生態(tài)系統(tǒng)功能而改變生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[42],地理環(huán)境如地形因子通過不同生態(tài)用地的地形梯度效應(yīng)決定不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供[43]。由于淀山湖地區(qū)地處太湖平原,地形平坦,因此本文主要探究氣候因子對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響。通過獲取國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù),在Arcgis中進(jìn)行克里金空間插值,得到淀山湖地區(qū)1984—2014年均溫和年降水量,并將兩者間的相關(guān)性進(jìn)行回歸分析(圖7)。結(jié)果表明,年均溫呈顯著增長趨勢(r=0.86,R2=0.65),年降水量呈減少趨勢(r=-0.27,R2=0.04),氣候呈現(xiàn)的暖干化發(fā)展趨勢可能導(dǎo)致水體面積萎縮[44]。由于水體在水文調(diào)節(jié)和廢物處理等調(diào)節(jié)服務(wù)中起重要作用,具有極高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù),因此在1984—2006年間,以水體為主要土地利用類型的研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨著水體面積減少而下降。

圖7 淀山湖地區(qū)年均氣溫變化和年降水量變化Fig.7 The curves of mean annual temperature and annual precipitation in Dianshan Lake area

以研究區(qū)各鎮(zhèn)不同年份的人口、經(jīng)濟(jì)等因素為基礎(chǔ),對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[45],采用Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和社會經(jīng)濟(jì)因素之間的相關(guān)性(表7)。結(jié)果表明,淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與人口密度呈極顯著負(fù)相關(guān),說明人口激增會導(dǎo)致ESV下降。這主要是由于人口的大量增加使建筑用地需求增加,促使其他土地利用類型向建筑用地轉(zhuǎn)移,特別是ESV系數(shù)較高的水體、林地、草地和耕地；另外,人口激增使食品和原材料的需求增加,并增加廢棄污染物的排放,最終導(dǎo)致ESV的降低。結(jié)果還表明,淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與生產(chǎn)總值(GDP)呈顯著正相關(guān),說明在如退耕還林還草、黃浦江上游水源地保護(hù)等環(huán)保政策開展的前提下,經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升可以并行。

表7 淀山湖地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相關(guān)性分析

驅(qū)動力分析表明,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平可以協(xié)同提升。淀山湖地區(qū)作為黃浦江上游重要水源保護(hù)地,水體保護(hù)關(guān)系到下游千萬人口的飲用水安全。該地區(qū)隨著人口的增長,多項(xiàng)供給、調(diào)節(jié)服務(wù)需求會持續(xù)增加。因此提高林地覆蓋、保護(hù)耕地與水域面積對于淀山湖地區(qū)的中長期發(fā)展是十分重要的。林地作為水體潛在污染物的“匯”,其重要性不可忽視。因此對于林地為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型區(qū),要推進(jìn)公益林建設(shè),重點(diǎn)加強(qiáng)綠化和農(nóng)田林網(wǎng)建設(shè),加強(qiáng)對天然林資源的保護(hù)；對于耕地為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型區(qū),要推廣種植綠肥輪休耕作制度,鼓勵使用有機(jī)肥；對于水體為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型區(qū),要提高污水收集、處理能力,嚴(yán)格限制氮、磷排放企業(yè)進(jìn)入本區(qū)域,建立水質(zhì)實(shí)時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)預(yù)防富營養(yǎng)化。此外,要加強(qiáng)省際合作,深化跨區(qū)域聯(lián)防聯(lián)治,實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境持續(xù)優(yōu)化、基礎(chǔ)設(shè)施全面改善,使淀山湖地區(qū)逐步進(jìn)入保護(hù)與發(fā)展相互促進(jìn)的可持續(xù)發(fā)展軌道。

5 結(jié)論

本文結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,校正生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子,從時間和空間兩個尺度估算淀山湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,探討了研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值對土地利用變化的響應(yīng)變化與驅(qū)動因子,主要結(jié)論如下：

(1)1984—2014年,淀山湖地區(qū)土地利用/覆被變化明顯。淀山湖地區(qū)林地面積和建筑用地面總體呈增加趨勢,而耕地面積和水體面積呈下降趨勢。ESV結(jié)果顯示,1984—2014期間水體ESV減少了2.15億元,耕地的ESV減少了2.41億元,林地的ESV增加了2.50億元。各土地利用類型ESV敏感性指數(shù)均小于1,說明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是缺乏彈性的。

(2)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度,淀山湖地區(qū)各鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢,僅朱家角鎮(zhèn)和錦溪鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)凈增長；在省市級尺度,江蘇省境內(nèi)的總土地單位面積ESV減少,而上海市境內(nèi)的總土地單位面積ESV增加,跨區(qū)域聯(lián)防聯(lián)治需要進(jìn)一步深化。

(3)驅(qū)動因素表明,自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素均對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生影響,人口密度、區(qū)域總產(chǎn)值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值存在顯著相關(guān)性。保護(hù)與發(fā)展相互促進(jìn)下,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可以協(xié)同提升。