黃耀文，張曉平

（東華理工大學測繪工程學院，江西·南昌 330013）

國家重點生態(tài)功能區(qū)指對國家，區(qū)域等存在生態(tài)安全意義的限制開發(fā)區(qū)，即在水源和水土保護，荒漠化防治，生物多樣性維護等四個方面具有關鍵作用的區(qū)域限制開發(fā)。自《國家重點生態(tài)功能區(qū)轉移支付辦法》等相關文件實施之后，轉移支付成為我國重點生態(tài)功能區(qū)補償?shù)某Ｓ梅绞胶捅匾侄?。生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估是重點生態(tài)功能區(qū)轉移支付績效評價和激勵約束的重要理論依據(jù)，是確立生態(tài)補償標準的價值基礎根本[1]。

迄今，對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究眾多。從研究內(nèi)容上看，有浙江省土地利用景觀格局演變對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響過程及機制研究[2]，有多山地丘陵的生態(tài)脆弱敏感區(qū)域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響研究[3]；有結合當量因子法、空間自相關分析、熱點分析等方法研究洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空變化，直接使用地理探測器工具探究生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間分異的驅動因素[4]；有分析長江經(jīng)濟帶周邊省份近年來的生態(tài)系統(tǒng)服務價值特征并采用灰色預測模型對生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行預測[5]；有利用CA-Markov模型預測未來不同情景下白洋淀流域土地利用變化情況，估算各情景下生態(tài)系統(tǒng)服務價值，并對生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行時空分析[6]。從研究方法上看，主要有兩種方法，一是功能價值法，如運用市場價值法、造林成本法、影子工程法、費用替代法等方法估算甘肅祁連山國家自然保護區(qū)山丹馬場草地生態(tài)系統(tǒng)的服務價值[7]；二是當量因子法，國內(nèi)學者謝高地等[8]結合我國實際情況在Costanza等[9]研究的基礎上進行修改，提出適合我國生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值表，并在后續(xù)進行了改進[10]。該改進成果在土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究中廣泛應用。從研究尺度上來看，涵蓋國家級[11]、省級[12]、市級[13]、城市群[14]、流域[15-16]、區(qū)域[17-18]等空間尺度。近年，有關研究拓展到微觀尺度，以格網(wǎng)為研究單元展開分析[19-20]。格網(wǎng)尺度的研究打破了行政區(qū)的研究范式[21]，可以更有效地獲取土地利用信息，更準確地判斷生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間變化關系。然而在格網(wǎng)尺度上，關于重點生態(tài)功能區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值量化分析較少。

江西省大余縣屬于南嶺山地森林及生物多樣性生態(tài)功能區(qū)，是重要的水源涵養(yǎng)區(qū)。隨著工業(yè)化城鎮(zhèn)化的推進，生態(tài)系統(tǒng)功能退化。因此，研究大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)保護具有重要意義。研究以大余縣為研究區(qū)，依據(jù)多時段土地利用覆被數(shù)據(jù)，修正生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，在格網(wǎng)尺度分析區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間變化特征，以期為國家重點生態(tài)功能區(qū)的生態(tài)政策制定提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

大余縣地處南嶺山地森林及生物多樣性生態(tài)功能區(qū)，主體功能定位是贛、粵、湘、桂4省重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，生態(tài)功能區(qū)位十分重要。

全縣位于江西省的西南角，與湖南、廣東交界，是江西前往廣東的重要通道之一，享有江西南邊門戶的稱謂。全境三面環(huán)山，東部平坦的西高東低地勢，呈現(xiàn)為東西長，南北寬的長條狀（圖1）。全縣共轄11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中山地、丘陵約占81.62%，平原約占18.38%。大余縣四季分明，溫和濕潤，屬于亞熱帶季風氣候。

圖1 研究區(qū)地貌形態(tài)Fig.1 Geomorphic morphology of the study area

研究中涉及的各期土地覆蓋數(shù)據(jù)（30 m年度土地覆蓋數(shù)據(jù)集，總體準確率達80%）來源于武漢大學遙感信息處理研究所（http://irsip.whu.edu.cn/）。為便于生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析，將大余縣土地利用類型劃分為草地、耕地、建設用地、林地、水域和未利用地（圖2）。水田旱地比例來源于大余縣自然資源局土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)。糧食作物播種面積、產(chǎn)量糧食作物和總產(chǎn)值來源于2020年《大余年鑒》，2020年《贛州統(tǒng)計年鑒》和國家統(tǒng)計局（https://data.stats.gov.cn/）。

圖2 大余縣各期土地利用現(xiàn)狀圖Fig.2 Current land use map for different periods in Dayu County

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法

以謝高地等[5]改進后當量表為基礎，并根據(jù)徐麗芬等[22]的地區(qū)修正公式（1）進行研究區(qū)地域修正。

式中：θ為研究區(qū)修正因子，Q和Q0分別為大余縣和全國單位面積平均產(chǎn)量，Ei表示i種地類修正后當量因子，Ei0表示謝高地等確定的同種地類當量因子。

2019年大余縣耕地單位面積糧食產(chǎn)量為5.606噸/公頃；與此同時，全國耕地單位面積糧食產(chǎn)量為5.720噸/公頃；根據(jù)公式(1)得到大余縣生態(tài)服務當量修正因子為0.98。根據(jù)贛州統(tǒng)計年鑒，2019年的糧食作物總產(chǎn)值為23786萬元，糧食總產(chǎn)量89613噸，估算大余縣2019年糧食價格為2654.30元/噸，現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務經(jīng)濟價值是在沒有人為干預情況下的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟價值的7倍[8]，由此估算大余縣1個生態(tài)服務價值量因子的經(jīng)濟價值量為2125.72元。

通過地區(qū)修正系數(shù)修訂得到大余縣各地類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)（表1）。其中，耕地中水田旱地的比例取自2013至2018年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)中水田旱地的平均比例，為0.905：0.095；水域采用朱增云等[23]的研究：取水系和濕地的均值；林地、草地、未利用地和建設用地借鑒冉玉菊等[14]的處理方法。

表1 大余縣各地類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)Table 1 Coefficient of ecosystem services value per unit area over Dayu County

生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算公式如下：

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值，Ak是地類k的面積，VCk是生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)，ESVf為第f項生態(tài)系統(tǒng)服務價值，VCfk是第k地類的第f項服務價值系數(shù)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間聚集特征分析

空間自相關是評估空間分異規(guī)律的常用方法。其中莫蘭指數(shù)是研究的一項常用指標，分為全局Moran′s I和局部Moran′s I。全局Moran′s I用于檢驗大余縣ESV是否存在空間相關性以及相關程度有多大，取值范圍在[-1,1]，當Moran′s I＞ 0時，呈正相關；當Moran′s I＜ 0時，為負相關；當Moran′s I= 0時，空間分布呈現(xiàn)隨機分布狀態(tài)。局部Moran′s I主要通過GeoDa空間數(shù)據(jù)分析軟件實現(xiàn)，局部Moran′s I可以進一步確定大余縣的ESV空間集聚區(qū)或孤立區(qū)所在的位置。其中，LISA聚類圖能清晰反映地域屬性的關聯(lián)性[24]。

3 結果分析

3.1 大余縣土地利用變化

大余縣主要土地利用類型為林地，耕地和建設用地。研究期間，林地、水域和未利用地的面積均減少，其中林地面積減少最多，為2289.48公頃；建設用地、耕地和草地面積均增加，建設用地面積增加最多，達1536.02公頃（表2）。

表2 2000-2020年大余縣土地利用變化Table 2 Land use change in Dayu County from 2000 to 2020

通過計算大余縣土地利用轉移矩陣[25]，分析各個地類的轉移方向和數(shù)量。2000-2005年，耕地主要轉向林地和建設用地，分別為809.26公頃（占總轉出量的72.62%）和190.17公頃（占總轉出量的17.07%）；林地轉向耕地1180.82公頃，占總轉出量的99.00%；草地、建設用地，水域和未利用地轉向其他地類轉換的面積較??；2005-2010年、2010-2015年及2015-2020年三期的轉換關系與第一期類似，均以耕地、林地、建設用地之間轉換為主（表3）?？傮w上，大余縣各地類的總轉出量為逐期遞增，符合社會不斷發(fā)展，人類活動更加頻繁的規(guī)律；建設用地、林地、以及耕地三者之間的轉換是由于建設用地擴張占用耕地，林地開發(fā)用于耕地占補平衡；2005-2010年的耕地和水域的轉換關系與2015-2020年的關系剛好相反，前期由于耕地經(jīng)濟效益小于漁業(yè)效益，利益驅使導致耕地轉向坑塘，或因水利工程等基礎設施建設占用耕地，而后期水域向耕地轉移的原因可能是河湖范圍收縮導致部分河湖界內(nèi)的灘涂等地塊被開墾成耕地。

表3 2000-2020年大余縣土地利用轉移矩陣 Table 3 Land use transfer matrix in Dayu County from 2000 to 2020（hm2）

3.2 大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化

根據(jù)敏感性指數(shù)方法[15,26]，對各個地類的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)上下調(diào)整50%，計算大余縣2000-2020年各個地類ESV的敏感性指數(shù)。研究期內(nèi)各個地類的敏感性系數(shù)均小于1，意味著大余縣的總ESV對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)缺乏彈性，表明研究采用的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)適合研究區(qū)的情況，生態(tài)服務價值結果可信。

（1）不同土地類型的ESV變化

根據(jù)大余縣當量表和各個時段各地類的面積，計算大余縣的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。大余縣2000年、2005年、2010年、2015年和2020年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值分別是47.92億元、47.72億元、47.62億元、47.35億元和46.43億元，總體上呈逐年遞減趨勢（表4）。林地的ESV最高，占總ESV超過94%，且林地ESV減少最快，是總ESV減少的主要原因之一；耕地和水域的ESV較高，耕地ESV近期增長較快，水域ESV波動較大，研究期間呈減少趨勢；草地ESV總體上保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)；因未利用地面積較少，各期未利用地的ESV對于大余縣總ESV而言幾乎可以忽略不計；建設用地持續(xù)加速擴張，導致減少用地ESV大量減少，是大余縣總ESV不斷減少的另外一個主因。

表4 2000-2020年大余縣土地利用類型ESV及變化Table 4 ESV and changes of land use types in Dayu County from 2000 to 2020

（2）生態(tài)系統(tǒng)單項服務價值變化

大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務以調(diào)節(jié)服務為主，其次為支付服務，兩者價值分別占68.5%、23%左右。2000-2020年，調(diào)節(jié)服務減少8120.44萬元，供給服務減少4431.31萬元，支付服務減少1911.74萬元，文化服務價值減少423.58萬元。除食物生產(chǎn)價值增長外，其他二級生態(tài)系統(tǒng)服務類型價值均減少，其中水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)減少規(guī)模超過1500萬元。研究期間，因建設用地及耕地增加，水資源供給服務價值變化率達到62.038%，其他單項生態(tài)系統(tǒng)服務類型價值變化率不大（表5）。

表5 2000-2020年大余縣單項ESV變化Table 5 Changes of individual ESV in Dayu County from 2000 to 2020

（3）基于格網(wǎng)尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間聚集特征變化

為了確定大余縣總ESV的空間分異和聚類特征，參考相關格網(wǎng)構建的文獻[12,13,21,27]以及多次實驗的基礎上，通過ArcGIS10.5軟件在大余縣行政區(qū)上構建500m×500m的漁網(wǎng)并計算各個格網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，利用GeoDa軟件在格網(wǎng)上建立空間鄰接權重，進行空間自相關分析。

大余縣總ESV的全局Moran′s I均為正值，在GeoDa中隨機化999次置換后，P值均為0.001，Z得分均大于2.58，說明大余縣總ESV在空間上呈聚集分布，表現(xiàn)出顯著的空間正相關性。全局Moran′s I呈現(xiàn)先升后降再升的趨勢，且在2020年達到最大值，為0.637，表明大余縣總ESV在格網(wǎng)尺度下的空間集聚性有逐漸增強趨勢（表6）。

表6 2000-2020年大余縣ESV全局空間自相關對比Table 6 Comparison of global spatial autocorrelation of ESV in Dayu County from 2000 to 2020

為進一步確定大余縣總ESV聚集區(qū)域的位置和空間差異特征，利用LISA分布圖（圖3）可以清楚表達局部地區(qū)的空間自相關。2000-2020年，大余縣總ESV的高高（HH）集聚區(qū)主要分布在大余縣西側山區(qū)，以及東部北側和南側的山區(qū)，符合大余縣三面環(huán)山、林地包夾的地理環(huán)境特點；大余縣總ESV的低低（LL）集聚區(qū)主要分布在大余縣東部中間，該區(qū)域地勢平坦，有利于人類活動，是建設用地的集中分布區(qū)；低高（LH）和高低（HL）集聚區(qū)比較少，且呈零星分布?？傮w上說明大余縣總ESV的空間差異小。

圖3 2000-2020年大余縣總ESV的LISA分布圖Fig.3 LISA distribution map of total ESV in Dayu County from 2000 to 2020

將LISA分布數(shù)據(jù)導入轉移矩陣中，得到各期格網(wǎng)變化（表7）。從ESV聚集區(qū)格網(wǎng)數(shù)統(tǒng)計來看，研究期間，大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值HH集聚區(qū)減少最多，LL集聚區(qū)增加最多，與土地利用類型變化特征吻合。2000-2005年和2005-2010年期間，均為不顯著（NS）區(qū)域轉出，且多數(shù)轉為HH集聚區(qū)；2010-2015年和2015-2020年期間，均為HH集聚區(qū)轉出，多數(shù)轉為不顯著區(qū)域。

表7 大余縣ESV各聚集區(qū)格網(wǎng)數(shù)變化Table 7 Variation of grid number in ESV aggregation areas in Dayu County

4 結論

根據(jù)國家重點生態(tài)功能區(qū)江西省大余縣2000-2020年土地利用覆蓋數(shù)據(jù)，運用轉移矩陣分析土地利用變化特征，以改進后的當量表為基準進行地區(qū)修訂，估算了大余縣多期生態(tài)系統(tǒng)服務價值，并在500m×500m格網(wǎng)尺度下，研究大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間聚集特征，得到以下結論：

（1）研究期間大余縣林地、水域和未利用地面積呈減少態(tài)勢，建設用地、草地和耕地呈增加態(tài)勢，且林地和建設用地面積變化明顯；林地、建設用地、耕地和水域之間轉換頻繁，以林地轉變成耕地和建設用地，耕地轉變成建設用地和水域為主。作為國家重點生態(tài)功能區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展受到限制，一方面，應轉變傳統(tǒng)的發(fā)展模式，發(fā)展生態(tài)旅游業(yè)，加強林地和耕地保護，嚴格執(zhí)行征占用林地制度，守住林地資源紅線和耕地紅線；另一方面要嚴格控制建設用地的規(guī)模，充分挖掘城鎮(zhèn)內(nèi)部建設用地潛力，推進城鄉(xiāng)增減掛鉤，引導國家重點生態(tài)功能區(qū)綠色發(fā)展。

（2）大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值總體上呈現(xiàn)下降的趨勢，林地減少和建設用地擴張是生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少的重要因素，尤其林地對生態(tài)系統(tǒng)服務價值有著顯著放大作用，是主要貢獻因子和敏感因子。各單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值量的比例結構比較穩(wěn)定，一級類中調(diào)節(jié)服務價值最高，供給服務價值最小。從二級類來看，氣體和水文調(diào)節(jié)價值在大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值中占據(jù)了主導地位。研究期間水資源供給功能服務價值大量減少，今后應嚴格保護生態(tài)公益林及水源涵養(yǎng)林等生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的林地，加快實施荒山造林、封山育林等重點工程，進一步鞏固退耕還林成果，擴大有林地面積，從而避免快速城鎮(zhèn)化和頻繁人為活動對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)造成負面影響。

（3）大余縣總ESV在空間上呈聚集分布，表現(xiàn)出顯著的空間正相關性。且莫蘭指數(shù)總體上呈上升趨勢，表明大余縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間集聚性在進一步增強。2000-2020年，大余縣總ESV的高高集聚區(qū)主要分布在大余縣山區(qū)丘陵，低低集聚區(qū)主要分布在大余縣東部盆地，低高和高低集聚區(qū)面積較少，且呈零星分布。對于高高集聚區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境要繼續(xù)維持，強化聚集區(qū)之間的連通性；低低聚集區(qū)周邊的區(qū)域是重點生態(tài)環(huán)境監(jiān)測區(qū)，需要引導其向高高集聚區(qū)轉變。

以改進后的當量因子為基礎，結合大余縣的實際進行修訂，實現(xiàn)了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值更準確的測算。在格網(wǎng)尺度下分析大余縣的生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間變化，突破了把行政區(qū)當作評價單元的研究模式，顯化了大余縣的生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間關系。本研究也存在一些不足：一是研究以遙感影像解譯結果（一級地類）為基礎，今后可采用高分辨率遙感影像解譯二級地類，研究結果將更精確；二是研究時間跨度20年，只取2019年糧食價格作為計算依據(jù)，若能考慮時間價值的影響，更能凸顯生態(tài)系統(tǒng)服務價值的規(guī)律；三是本研究僅在格網(wǎng)尺度下分析重點生態(tài)功能區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化還不夠，今后考慮景觀格局等其他變化對價值的影響。