李 輝, 張曉媛, 國洪磊

(1.生態(tài)環(huán)境空間信息數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)集成重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 401320;2.重慶財經(jīng)學(xué)院, 重慶 401320; 3.南京師范大學(xué) 虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210023)

土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1-6]。土地利用/覆被變化(LUCC)是全球氣候變化的主要原因并且與人類活動有著非常緊密的聯(lián)系，因此，對土地利用或覆被變化的研究是全球十分熱點(diǎn)的研究內(nèi)容之一[7-8]。隨著我國發(fā)展的需要，造成人地矛盾越來越突出，越來越重視對土地利用的研究。根據(jù)土地利用的研究，我們可以對人類活動對全球環(huán)境變化產(chǎn)生的影響進(jìn)行定性和定量的評價，從而為資源環(huán)境的可持續(xù)開發(fā)利用提供依據(jù)[9]。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)，是人類社會的關(guān)鍵自然資本，維持和保育生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[10]。土地利用/覆蓋變化(LUCC)能改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[11]。當(dāng)前全球所面臨的生態(tài)環(huán)境危機(jī)的本質(zhì)是由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能被破壞的后果。目前，國內(nèi)外在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估方法上都開展過大量的研究，但統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估體系尚未形成[12]?？傮w來說，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估可以歸納為兩大類，一是基于單位服務(wù)功能價格方法，二是基于單位面積價值當(dāng)量因子方法，前者所采用的評估方法涉及的參數(shù)較多且計算繁瑣，同時標(biāo)準(zhǔn)無法統(tǒng)一，因此在具體理論及方法上尚未形成突破[13]；后者在評估方法的選取上充分借鑒了Costanza相關(guān)研究的成果，相對于前者而言，當(dāng)量因子法相對直觀、數(shù)據(jù)量少、評估比較全面且可比性高，特別適用于區(qū)域和全球尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估。我國學(xué)者謝高地等[14]在Costanza評價模型基礎(chǔ)上改進(jìn)并計算得到中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的基礎(chǔ)當(dāng)量，被大多數(shù)學(xué)者和研究人員借鑒并廣泛應(yīng)用于評估國家、省市縣、城市群、流域等不同空間尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。目前，對于土地利用/覆被變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間關(guān)系的研究相對較少，如韓增林等[15]運(yùn)用地統(tǒng)計學(xué)方法及地理加權(quán)回歸模型對遼東灣北部區(qū)近30 a的土地利用強(qiáng)度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空關(guān)系進(jìn)行了分析；但從長時間序列和土地利用角度對三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行全面研究還相對較少。

三峽庫區(qū)擁有十分獨(dú)特而脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，是長江經(jīng)濟(jì)帶乃至全國重要的生態(tài)寶庫，在當(dāng)前及今后相當(dāng)長的時期內(nèi)三峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境在長江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展中將始終占據(jù)著十分重要的地位[16]。隨著長江上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和三峽大壩的建設(shè)及蓄水，使得庫區(qū)土地利用格局發(fā)生了較大變化，大量生態(tài)用地被淹沒，建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)大，使得區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也發(fā)生了一定的變化。本文利用RS和GIS技術(shù)，提取三峽庫區(qū)1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年的各類土地利用的數(shù)量以及空間演變情況，進(jìn)而對研究區(qū)1986—2018年的土地利用變化規(guī)律進(jìn)行時空演變的分析，并通過相關(guān)模型對研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空演變特征進(jìn)行探究和分析，為庫區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)的地理位置位于東經(jīng)106°20′—110°30′，北緯29°00′—31°50′(長江中上游地區(qū))，并與四川盆地的相互連接，南北兩面分別為川鄂高原和大巴山，其包括巴南區(qū)、江津區(qū)、長壽區(qū)、石柱縣、巫山縣、渝中區(qū)、武隆縣、巫溪縣、北碚區(qū)、豐都縣、奉節(jié)縣、沙坪壩區(qū)、南岸區(qū)、云陽縣、渝北區(qū)、涪陵區(qū)、開縣、九龍坡區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、萬州區(qū)和忠縣22個重慶市所轄的區(qū)縣以及湖北省的4個區(qū)縣(夷陵區(qū)、秭歸縣、興山縣和巴東縣)(圖1)。亞熱帶季風(fēng)氣候是三峽庫區(qū)的主要?dú)夂蝾愋?，每年各個地區(qū)的降水量幾乎相同，總量為1 000～1 800 mm。在庫區(qū)內(nèi)水土流失嚴(yán)重，滑坡、泥石流、崩塌以及地震經(jīng)常發(fā)生。隨著三峽工程的修建，庫區(qū)蓄水，從而改變了庫區(qū)的氣候環(huán)境，擴(kuò)大了水域面積，減小了日夜溫差。因此，對三峽庫區(qū)土地利用變化特征的研究具有重大意義。三峽庫區(qū)幅員面積大，其土地資源的總量大而耕地少，人均耕地嚴(yán)重不足。研究區(qū)以紫色土、粗骨土、石灰土以及水稻土作為主要的土壤類型，植被種類多樣，自然資源儲存量豐富。三峽庫區(qū)土地類型相對單一，主要分類類型為山地及丘陵，山地面積占庫區(qū)總面積的76%，丘陵其次，占庫區(qū)總面積的15%，地形起伏大、地貌類型多樣，林地在農(nóng)用地中占比較大，耕地以坡耕地為主，零散分布，旱地居多；可利用率的建設(shè)用地很低，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成本高、投資大，各土地利用類型分布特點(diǎn)各異，土地利用水平空間上的差異較大，是典型的大庫區(qū)、大山區(qū)。

圖1 研究區(qū)概況及評價單元格劃分

2 數(shù)據(jù)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

文章以軌道號為125038，125039，126038，126039，126040，127038，127039，127040，128039，128040的三峽庫區(qū)1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年的Landsat TM/Landsat 8 OLI遙感影像作為原始數(shù)據(jù)源(從影像的獲取質(zhì)量選取年份)。對于所獲取的所有遙感圖像均以ALBERS投影進(jìn)行投影，使用中央經(jīng)線為東經(jīng)110°，分別使用北緯25°和47°作為雙標(biāo)準(zhǔn)緯線，其中獲取的三峽庫區(qū)TM影像數(shù)據(jù)的1—5及7波段的空間分辨率為30 m，第6波段的空間分辨率為120 m。文中所涉及到的地理空間矢量行政區(qū)數(shù)據(jù)的來源為《地理國情監(jiān)測云平臺》(http:∥www.dsac.cn/)，其他相關(guān)數(shù)據(jù)源自研究區(qū)歷年統(tǒng)計公報，如重慶市統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)和湖北省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)和各年全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

由于遙感傳感器自身就具有一定的誤差，再加上輻射受大氣的影響，所以對獲取到存在幾何畸變和輻射畸變等問題的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了一定的遙感技術(shù)處理，如對遙感影像進(jìn)行判讀前，需要使用Erdas 9.1對遙感影像進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?輻射和幾何)以及鑲嵌處理，并對影像進(jìn)行增強(qiáng)處理，使影像更為清晰，解譯標(biāo)志更為明顯[17-18]。而后對遙感影像進(jìn)行解譯，得到需要的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。本研究將計算機(jī)圖像處理和目視解譯的方法結(jié)合起來對1986年、1995年、2000年、2007年、2010年、2018年的TM遙感影像圖進(jìn)行解譯，從而獲得對應(yīng)年份的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

2.3 研究方法

2.3.1 土地利用數(shù)量變化研究 本文從研究區(qū)各類土地利用的數(shù)量變化和空間分布狀況的演變以及土地利用程度的變化等情況進(jìn)行量化分析，以揭示區(qū)內(nèi)土地利用特征[19-22]。引入GIS等手段，運(yùn)用軟件空間統(tǒng)計分析功能、制圖功能等將三峽庫區(qū)1986年、1995年、2000年、2007年、2010年、2018年的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計，并對在時間與空間上對其進(jìn)行分析。

2.3.2 土地利用動態(tài)指數(shù)模型 文章引入單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度，并運(yùn)用土地利用動態(tài)指數(shù)模型，分別對研究區(qū)各類土地利用類型的數(shù)量變化和速度的變化進(jìn)行分析，同時對整個研究區(qū)各類土地利用的數(shù)量和速度變化進(jìn)行研究分析，土地利用動態(tài)指數(shù)模型如下[23-24]：

(1) 單一土地利用動態(tài)度

(1)

式中:K為某一種土地利用類型在研究年限內(nèi)的動態(tài)度;ua,ub為要研究的起始期以及研究的結(jié)束期某一種土地利用類型的數(shù)量;T為研究的時間跨度(單位為a);K為某一土地利用類型在研究時間跨度內(nèi)的變化速率[25]。

(2) 綜合土地利用動態(tài)度

(2)

式中:Lui為起始期第i類土地利用類型的面積;ΔLui-j為研究期內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)化為非i類土地利用類型的面積的絕對值;T為研究的時間跨度(單位為a);Lc為整個研究區(qū)的土地利用綜合變化速率。

2.3.3 土地利用程度指數(shù)模型 土地利用的廣度和深度主要以土地利用程度進(jìn)行測算[26]，體現(xiàn)出土地收到其自然屬性以及人類活動的雙向影響程度。本文引入劉紀(jì)遠(yuǎn)等[27]提出的土地利用程度綜合分析方法，并充分結(jié)合三峽庫區(qū)的現(xiàn)實(shí)情況，將研究區(qū)的土地利用程度劃分為4個等級，土地利用程度的分級指數(shù)見表1，可以通過計算得到研究區(qū)的土地利用程度指數(shù)，具體計算公式如下:

(3)

式中:L為整個研究區(qū)的土地利用程度指數(shù);Ai為研究區(qū)內(nèi)第i級土地的土地利用程度分級指數(shù);Ci為研究區(qū)內(nèi)第i級土地面積占整個研究區(qū)面積的百分比;n為土地利用程度的分級數(shù)。

Ci=CCi/HJ

(4)

式中:CCi為第i級土地利用類型的總面積;HJ為整個研究區(qū)土地的總面積。

(5)

式中:Ia,Ib分別為研究初始期及研究終止期的土地利用程度指數(shù);Ai為第i級土地利用程度分級指數(shù);Cib,Cia分別為研究初始期及研究終止期第i級土地利用程度的面積。

表1 土地利用程度指數(shù)

2.3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型 本文借鑒謝高地等[14]2007年所修訂的生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量核算因子表，標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量為單位(1 hm2)面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的凈利潤作為1個標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量。研究區(qū)以旱地和水田作為主要的耕地類型，大部分種植水稻及玉米；有林地、灌木林地和針闊葉混交林為主要的林地類型；鹽堿地和灘涂為未利用地主要類型。本文研究尺度相對較小，區(qū)域自然地理特征相對一致，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式無大差異，生態(tài)系統(tǒng)屬性基本一致，能夠運(yùn)用當(dāng)量賦值的方法對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行核算。在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合三峽庫區(qū)真實(shí)狀況對標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量的系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男抻?，具體修正模型如下：

ESVk=∑Ak×VCk

(6)

(7)

式中: ESVk和ESV分別為研究區(qū)第k類型的服務(wù)價值和總服務(wù)價值;Ak為第k類型的總面積;VCk為價值系數(shù),是第k類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

本文所運(yùn)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)和重慶市統(tǒng)計年鑒以及湖北省統(tǒng)計年鑒，并參考了全國各年農(nóng)產(chǎn)品成本收益相關(guān)資料的匯編，部分?jǐn)?shù)據(jù)在參看數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上，通過一定的計算獲得。根據(jù)三峽庫區(qū)的真實(shí)狀況，借鑒和參考謝高地等[28]的相關(guān)研究成果，修正了研究區(qū)各類型的生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值系數(shù)，以三峽庫區(qū)1986年、1995年、2000年、2007年、2010年以及2018年6年的糧食平均產(chǎn)量(4 468 kg/hm2)以及平均價格(1.46元/kg)為研究區(qū)基準(zhǔn)單產(chǎn)和價格基準(zhǔn)，核算出了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子，具體數(shù)據(jù)為931.90元/hm2，利用公式(6)及公式(7)進(jìn)行計算，得到三峽庫區(qū)1986—2018年的生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值的平均值(表2)。

表2 1986-2018年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值平均值 元/hm2

3 結(jié)果與分析

3.1 三峽庫區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)分析

在RS和GIS的技術(shù)支撐下，對1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年三峽庫區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計，進(jìn)而得到各年對應(yīng)各類土地利用類型面積和比例，結(jié)果見表3；運(yùn)用ArcGIS 10.1軟件的制圖功能，得到了三峽庫區(qū)1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年6期的土地利用類型空間分異圖(圖2)。

表3 1986-2018年三峽庫區(qū)各土地利用類型面積及占比

圖2 1986-2018年三峽庫區(qū)土地利用類型空間分異

通過表3和圖2我們可以看出三峽庫區(qū)1986—2018年土地利用的情況，總體來看，三峽庫區(qū)土地利用的主要類型是林地和耕地，耕地在庫區(qū)的中上游段分布居多。庫區(qū)的下游段和重慶都市區(qū)的4條平行山脈(縉云山、中梁山、銅鑼山和明月山)以林地為主要的土地利用方式；草地零星地分布在三峽庫區(qū)的部分區(qū)域；建設(shè)用地規(guī)模隨著時間地變化不斷變大。在研究年限內(nèi)，水域、建設(shè)用地和未利用地面積都呈現(xiàn)增多的狀態(tài)；草地、耕地和林地呈現(xiàn)減少的狀態(tài)，三峽庫區(qū)用地類型以林地與耕地為主。在近30 a的時間里，建設(shè)用地是三峽庫區(qū)所有土地利用類型中變化幅度最大的，其面積由234.59 km2增長到了1 861.99 km2，增加了2.84%，并呈現(xiàn)不斷增加的趨勢；其次是草地，面積由2 306.04 km2減少到1 396.06 km2，減少了1.59%；第三是耕地，面積由22 141.89 km2減少到21 340.44 km2，減少了1.4%，并呈現(xiàn)逐年減少的趨勢；水域面積從764.86 km2增加到了1 513.67 km2，這是由于三峽大壩工程的建設(shè)和使用，導(dǎo)致庫區(qū)水面面積不斷增加；林地面積由31 879.08 km2減少到31 206.16 km2；未利用地占三峽庫區(qū)總面積的比例本身比較小，變化不明顯，但在總量上有一定的增幅，其具體變化過程分為4個階段：先增加后減少，再次增加，再次減少。鑒于此，三峽庫區(qū)的國土管理部門需要有針對性的制定相關(guān)耕地和林地的保護(hù)政策并切實(shí)推行，以保障庫區(qū)的糧食和生態(tài)安全。

3.2 三峽庫區(qū)土地利用變化速度分析

引入單一土地利用動態(tài)度及綜合土地利用動態(tài)度對三峽庫區(qū)土地利用變化速率進(jìn)行分析，在利用1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年三峽庫區(qū)土地利用現(xiàn)狀分類數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用土地利用動態(tài)度的計算公式獲得各土地利用類型的單一土地利用動態(tài)度及綜合土地利用動態(tài)度，見表4。

從表4可以看出，三峽庫區(qū)近30 a來建設(shè)用地的土地利用變化速度最快，在1995—2000年時段變化率最明顯，增長率達(dá)到了38.596%；耕地在2010—2018年時段變化最明顯，減少率為0.259%；林地、水域、草地和未利用地在1995—2000年時段變化最明顯，林地減少率、水域增加率、草地減少率和未利用地增加率分別為0.157%，7.445%，7.674%，18.05%。

研究區(qū)土地利用綜合動態(tài)度最大的是1995—2000年時段，綜合動態(tài)度為0.421，由此可知，在整個研究期內(nèi)，三峽庫區(qū)土地利用的變化速度最快的時期在1995—2000年時段，變化率為0.421%；在這一時段水域、建設(shè)用地和未利用地都以較快的速度增長，而耕地、林地以及草地都以不同程度的變化速度減少，這是由于1997年重慶直轄，加快了三峽庫區(qū)的發(fā)展。三峽庫區(qū)在2010—2018年時段土地利用變化速度相對較快，變化率為0.175%，由此可見，建設(shè)用地和水域的增長速度加快，而其余類型的地類都以不同程度的速度減少。三峽庫區(qū)在2007—2010年時段和在1986—1995年時段土地利用變化率分別為0.099%，0.077%，水域、建設(shè)用地和未利用地都以不同程度的變化速度增長，耕地、林地以及草地都以不同程度的變化速度減少；三峽庫區(qū)在2000—2007年時段的土地變化率為0.052%，水域和建設(shè)用地都以不同程度的變化速度增長，耕地、林地、草地以及未利用地都以不同程度的變化速度減少。

綜上分析，水域和建設(shè)用地的土地利用變化率在5個時段均為正值，表明研究區(qū)近30 a來水域和建設(shè)用地的面積不斷增加；耕地、林地和草地的土地利用變化率在5個時段均為負(fù)值，表明其耕地、林地和草地的面積不斷減少；而未利用地的面積變化在這近30 a的5個時段中呈先增加后減少再增加又減少的趨勢。在1995—2000年時段三峽庫區(qū)土地利用變化率達(dá)到峰值，說明在該時段三峽庫區(qū)城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)力度較大。

3.3 三峽庫區(qū)土地利用程度分析

通過對研究區(qū)土地利用程度的計算和分析，能夠進(jìn)一步認(rèn)識土地利用變化的發(fā)展程度[11]，分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土地利用是否處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)。利用1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年三峽庫區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和土地利用程度的核算公式，本文得到了研究區(qū)各土地利用類型的土地利用程度和三峽庫區(qū)近30 a的土地利用程度綜合指數(shù)以及三峽庫區(qū)近30 a來土地利用程度變化量，見表5。

表5 三峽庫區(qū)1986-2018年各類土地利用程度綜合指數(shù)

三峽庫區(qū)在1986—2018年里耕地的土地利用程度是最高的，未利用地的土地利用程度是最低的；水域和建設(shè)用地的土地利用程度在1986—2018年近30 a里呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，而耕地、林地和草地的土地利用程度在1986—2018年近30 a里呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。從總體來看，未利用地的土地利用程度在1986—2018年期間呈現(xiàn)上升的趨勢，但其實(shí)際變化不明顯，這是由于未利用地面積本身基數(shù)較小造成的。

研究區(qū)在1986—1995年的土地利用程度變化量為0.003 1，1995—2000年的土地利用程度變化量為0.027 7，2000—2007年的土地利用程度變化量為0.001，2007—2010年的土地利用程度變化量為0.001 8，2010—2018年的土地利用程度變化量為0.009 1，由于該5個時段的土地利用程度變化量都大于0，因而在這5個時段研究區(qū)都處于發(fā)展期。由于研究區(qū)1995—2000年的土地利用程度變化量是最大的，在一定程度上可以說是發(fā)展速度最快，這是由于1997年重慶直轄加速了三峽庫區(qū)的發(fā)展。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演變分析

在GIS技術(shù)的支持下，結(jié)合三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表，得到了1986—2018年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算結(jié)果以及結(jié)構(gòu)變化情況表(表6)。通過對表6分析可知，研究區(qū)1986—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量由1 639.56億元持續(xù)增長到1 662.01億元，增長率1.37%；單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由28 596.02元/hm2增長到28 987.57元/hm2。研究區(qū)各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值占比大小依次為:林地>耕地>水域>草地>未利用地>建設(shè)用地；研究期內(nèi)耕地、林地和草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值持續(xù)減少，變化率分別為-3.62%，-2.11%，-39.45%；水域和未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值持續(xù)增加，變化率為97.91%，0.01%；耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減速逐漸降低；林地、草地和水域生態(tài)服務(wù)價值呈現(xiàn)先增后減趨勢；未利用地生態(tài)服務(wù)價值逐年增加。

表6 1986-2018年三峽庫區(qū)各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)及變化

本文通過計算評價單元格單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，引入中心點(diǎn)賦值法，運(yùn)用GIS軟件進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間插值，結(jié)合幾何間隔分類，采用GIS自然間斷點(diǎn)法，并充分考慮研究區(qū)的真實(shí)狀況，將研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價單元的價值劃分為低[0，2000)、較低[2000，4000)、中[4000，6000)、較高[6000，8000)、高[8000，∞)共5個價值等級，并得到研究區(qū)6期單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間格局分布圖(圖3)。

圖3 1986-2018年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間格局演變

從圖3可以看出，三峽庫區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要以較高和高兩個等級為主，其面積平均占比為53%，32.53%；高和中等級面積比例呈現(xiàn)減少趨勢；低、較低和較高生態(tài)服務(wù)價值面積占比呈現(xiàn)增加趨勢，所有等級的面積變化速率為先增后減；東北部、東南部山地以及長江沿岸區(qū)域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，主要為高級和較高等級分布區(qū)域，江津區(qū)、長壽區(qū)以及忠縣是中等級生態(tài)系統(tǒng)價值的主要分布區(qū)，重慶主城區(qū)和渝西地區(qū)是較低和低級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的集中區(qū)域。

3.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間自相關(guān)分析

從表7空間自相關(guān)分析結(jié)果顯示，研究區(qū)1986-2018年的6個時期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值全局Moran′sI值全部大于0，且p值全部低于0.001，說明三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布呈現(xiàn)出一定的正向自相關(guān)性，同時在空間上呈現(xiàn)出顯著的聚集性，其中高值區(qū)聚集明顯，中低值區(qū)分區(qū)域相鄰布局；研究區(qū)1986-2018年6個時期的全局Moran′sI指數(shù)總體上呈現(xiàn)上升的趨勢，在1986年的值最低，為0.012 8，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間自相關(guān)性持續(xù)增強(qiáng)，由于庫區(qū)的建設(shè)與區(qū)域發(fā)展等因素促使三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間聚集性持續(xù)加強(qiáng)。

表7 1986-2018年三峽庫區(qū)ESV空間自相關(guān)性

3.6 土地利用程度對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的影響分析

為了定量驗(yàn)證并進(jìn)一步分析土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)關(guān)系，本文計算出了研究區(qū)1986年、1995年、2000年、2007年、2010年以及2018年6個時期的土地利用程度綜合指數(shù)分別為2.394 2，2.397 3，2.425 1，2.426 1，2.427 8，2.436 9，再核算研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)系數(shù)，同時在Origin 2017軟件中生成二者關(guān)系的散點(diǎn)圖，并進(jìn)行線性擬合，結(jié)果見圖4。

圖4 三峽庫區(qū)土地利用程度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相關(guān)關(guān)系

研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)系數(shù)為0.815 7，表示二者關(guān)系為強(qiáng)相關(guān)，且擬合曲線顯示研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨土地利用程度的增加呈上升趨勢(圖4)，說明二者存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。

土地利用程度的加深表明人類對土地的勞動及資本投入增加，同時表明人類對生態(tài)系統(tǒng)干擾也越多。研究區(qū)土地利用程度的增加主要是由于庫區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，催生了對大量建設(shè)用地的需求，而建設(shè)用地的主要來源是耕地和林地，使得這兩種地類有所減少，但由于“天保工程”，“退耕還林”等生態(tài)保護(hù)政策的有效實(shí)施，又使得林地和耕地在大量轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的同時有一定的補(bǔ)償來源。另一方面，由于庫區(qū)的三次蓄水，使得庫區(qū)水平面有所上升，水域面積增加較為顯著。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的構(gòu)成中，林地和耕地的價值始終低于水域的價值，林地和耕地的減少導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的降低要低于水域增加的價值，最終使得研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

(1) 本文研究方法存在一定的局限性。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估存在許多主觀因素，同一區(qū)域在不同的評價方法、研究視角以及參數(shù)選擇等方面都會存在差異，從而影響評估結(jié)果，但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化趨勢不會有較大差異，不會對研究結(jié)果的比較產(chǎn)生影響。如王大菊等[29]采用替代花費(fèi)法、影子工程法、碳稅法、市場價值法和水量平衡法對三峽庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行量化評估的結(jié)果為2 027.59億元(2015年)；齊靜等[30]采用影響生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量狀況的生態(tài)參數(shù)修訂當(dāng)量因子并建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)估算模型對三峽庫區(qū)2000—2015年ESV進(jìn)行了核算，其結(jié)果為和3 781.16億元。本文采用修訂后的單位面積價值當(dāng)量因子法評估了三峽庫區(qū)1986—2018年近30 a的生態(tài)服務(wù)價值，得到的結(jié)果為2 106.6～2 185.7億元，與王大菊等[29]的評估結(jié)果相接近，但與齊靜等[30]相差較大。因此，參數(shù)修訂當(dāng)量因子法也存在一定的不足，相同研究區(qū)域修正方法和參數(shù)的不同都會使評價結(jié)果產(chǎn)生差異，而且局部的差異也難以用統(tǒng)一的參數(shù)來衡量。因此，迫切需要有精準(zhǔn)性更好地評估模型來提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量化評估的準(zhǔn)確性。

(2) 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響。三峽庫區(qū)作為我國重要的水源和生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，其30 a來土地利用發(fā)生劇烈變化。林地是研究區(qū)最主要的生態(tài)系統(tǒng)類型，占50%以上，林地面積逐年降低，在研究期始末降至54.74%；建設(shè)用地面積增加迅猛，由1986年的234.59 km2增至2018年的1 861.99 km2，增長率高達(dá)693.76%。土地利用主要表現(xiàn)為耕地、林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地和水域的變化特征，這也使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的協(xié)同改變。

(3) 通過對土地利用程度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空耦合關(guān)系分析可知，土地利用程度的增加在短期內(nèi)會帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，由于本文研究年限跨越三峽庫區(qū)的蓄水，才使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值未呈現(xiàn)減少，但長此以往，土地利用程度的無限增加會使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少，同時造成的生態(tài)經(jīng)濟(jì)損失將難以估量。鑒于此，在對土地進(jìn)行投資和使用時，慎重決定投資方式及建設(shè)力度，協(xié)調(diào)好各種土地利用類型的比例，構(gòu)建完善的土地利用類型結(jié)構(gòu)，尤其是研究區(qū)的渝西區(qū)域和湖北4縣地區(qū)。

(4) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化研究是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展相關(guān)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一，本文以三峽庫區(qū)為研究對象，對其30 a來土地利用格局時空變化特征和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行了評估和分析，研究可為三峽庫區(qū)國土開發(fā)政策制定和核算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提供參考。但由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究還處于發(fā)展階段，相關(guān)理論體系和研究方法有待進(jìn)一步完善和提升，如何更準(zhǔn)確地評估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以及分析其與土地利用之間的內(nèi)在聯(lián)系和變化機(jī)理將有待于進(jìn)一步探討。

4.2 結(jié) 論

(1) 林地和耕地是研究區(qū)最主要的土地利用類型，土地利用類型變化速度最快的是建設(shè)用地，最慢的是林地；建設(shè)用地、未利用地和水域呈現(xiàn)增加的狀態(tài)，草地、耕地和林地正好相反，呈現(xiàn)減少的狀態(tài)，建設(shè)用地、未利用地和水域以及草地、耕地和林地的變化程度和變化過程又存在著明顯的差異。因此，繼續(xù)保持耕地和林地作為研究區(qū)主要地類的優(yōu)勢地位依然重要。

(2) 三峽庫區(qū)土地變化速率均為正值的是水域以及建設(shè)用地，建設(shè)用地和水域用地面積持續(xù)增加；草地、耕地和林地正好相反，它們的變化速率為負(fù)值，耕地、林地和草地用地面積持續(xù)減少，這需要引起相關(guān)部門的重視，及時制定有效政策緩解生態(tài)用地的減少。

(3) 1986—2018年，研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要以較高和高兩個等級為主，空間分異特征比較明顯，其中庫區(qū)的東北部、東南部山地以及長江沿岸區(qū)域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，重慶主城區(qū)和渝西地區(qū)是較低和低級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的集中區(qū)域。因此，需要國土空間規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等部門加強(qiáng)城鎮(zhèn)建成區(qū)和擴(kuò)展新區(qū)生態(tài)服務(wù)功能的補(bǔ)償與維護(hù)。

(4) 1986—2018年，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的總量有所增加，生態(tài)安全狀況總體上有一定的改善，但局部地區(qū)還需特別加強(qiáng)保護(hù)，從土地利用角度制定科學(xué)合理的生態(tài)和環(huán)境保護(hù)政策。

(5) 1986—2018年，研究區(qū)6個時期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的全局Moran′sI值全部大于0，體現(xiàn)出明顯的空間正向自相關(guān)性，其中高值區(qū)聚集明顯，中低值區(qū)分區(qū)域相鄰布局；同時在時間上體現(xiàn)出差異性，主要是由于研究區(qū)特殊的地貌條件使得其優(yōu)勢地類的主要地位未發(fā)生變化。