临川区土地生态系统服务价值时空变化研究

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　　摘要：以江西省临川区为例，采用2005、2010和2015年土地利用数据及相应的统计数据，估算临川区各乡镇土地生态系统服务价值，探究10年间其空间分异规律。在此基础上，开展基于土地生态系统服务价值与需求的土地利用生态可持续程度评价。结果表明，10年间临川区土地生态系统服务价值在选取的时点上呈下降趋势，主要归因于林地和水域面积的减少及建设用地面积的急增;空间上主要呈现地均价值量“四周高、中间低”的分布格局;土地利用可持续生态程度远高于临界值，生态环境水平较高;应保护林地和水域数量，维持林地规模的优势。
　　关键词：土地利用/覆被;生态系统服务价值;生态可持续;时空变化;临川区
　　中图分类号：F301.2         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2019）08-0040-06
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.08.009           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Abstract： Taking the Linchuan district of Jiangxi province as a case， using the 2005， 2010 and 2015 land use data and corresponding statistics， the value of land ecosystem services in Linchuan district towns was estimated， and its spatial differentiation law in the past 10 years was explored. On this basis， the evaluation of ecological sustainability of land use based on the value and demand of land ecosystem service was carried out. The results showed that the value of land ecosystem service in Linchuan district in the past 10 years was declining， mainly due to the reduction of forest land and water area and the rapid increase of construction land area. The spatial distribution pattern of land ecosystem service value was "high average value around and low average value in the middle". The sustainable ecological degree of land use was much higher than the critical value， the ecological environment level was high. The number of forest land and water should be protected in future， and the superiority of forest land scale should be maintained.
　　Key words： land use/cover; ecosystem service value; ecological sustainability; temporal and spatial change; Linchuan district
　　生態系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务，其价值评估是生态环境保护、生态功能区划、环境经济核算和生态补偿决策的重要依据和基础[1]。近年来，国内外学者对生态系统服务价值估算进行了大量的研究，Costanza等[2]和谢高地等[3]的生态服务价值当量表的应用较为广泛。此外，相关学者对生态系统服务价值的驱动因素、研究方法、趋势预测等方面展开了诸多研究及讨论[4-6]。基于土地利用类型面积的动态变化衡量土地生态系统服务价值是一种较为普遍运用与多数学者认可的研究方法，且能够探明其响应反馈机制[7，8]。
　　在昌抚一体化、沿海产业转移作用下，城镇化与工业化水平的提高促使临川区的土地利用类型发生了极大的变化，因此生态系统服务价值也发生相应改变。作为长江中下游水生态安全重要保障区及中国东南丘陵山地重要生态屏障，临川区生态系统服务价值量化的研究对合理高效利用资源与保护生态系统具有现实意义。本研究基于10年间临川区的土地利用类型变化，着重于估算研究区各土地利用类型的生态服务价值，从时空上分析临川区各乡镇的生态服务价值量，最后结合研究区粮食需求与单位生态服务价值，揭示土地利用生态可持续程度。探讨研究区生态服务价值随着各用地类型改变的变化规律，以及反映土地利用生态可持续程度的水平，以期为其他地区的生态可持续发展与生态补偿提供一定的借鉴。
　　1  研究区概况与数据来源
　　1.1  研究区概况
　　临川区地处江西省东部抚河中游，赣抚平原向武夷山过渡地带，东与金溪、东乡毗邻，西倚崇仁、丰城，南临南城、宜黄，北与进贤接壤。位于东经116°03′45″—116°18′45″，北纬27°29′30″—28°15′16″，土地总面积为212 571.45 hm2，全境地势南高北低，是一个断续山地环抱的小盆地，四周多为丘陵，中间为冲积平原。临川区属亚热带季风区，四季分明，日照充足，雨量充沛，无霜期长。2015年末总人口达到121.09万人，完成生产总值341.62亿元，比上一年增长9.1%;其中第一产业39.35亿元，第二产业189.71亿元，第三产业112.57亿元，人均生产总值30 766元。 　　1.2  数据来源与处理
　　涉及到的土地利用数据来源于临川区2005、2010与2015年3个时点土地利用变更数据，粮食产量等数据均来源于《2006年抚州市统计年鉴》《2016年抚州市统计年鉴》。本研究以乡级单元为最小研究尺度，以临川区30个乡镇为评价单元。
　　参考中国土地利用分类系统和众多研究者在土地利用上的分类方案，并结合临川区土地利用实际情况，将研究区的土地利用类型划分为耕地、林地、园地、水域、建设用地和未利用地等6种类型，分类结果见表1，其中土地利用现状分类参照GB/T 21010-2007的分类标准。
　　2  方法
　　2.1  生态系统服务价值计算
　　在2015年中国陆地单位面积生态系统服务价值当量的基础上[1]，根据临川区实际地类情况，参考现有方法[9]，对临川区土地生态系统服务价值当量进行修正，形成临川区不同地类单位面积生态服务价值。依据Costanza等[2]对生态服务的计算方法，某种地类的生态服务价值的计算公式可表示为：
　　式中，ESV为研究区生态系统服务总价值（元）;Ak为第k种土地利用类型的面积（hm2）;VCk为第k种土地利用类型的价值系数，即单位面积生态系统服务价值（元/hm2）。
　　2.2  生态系统服务价值变化率
　　变化率是针对研究区某一研究时段内起始点与终止点年份间数量值的变化快慢指标，可以比较生态服务价值在研究区动态变化程度，其式如下[10]：
　　式中，S为变化率;E0、Et分别为研究起始年份与终止年份的数量值;T为研究时段。
　　2.3  生态系统服务价值变异系数
　　变异系数能够反映临川区的生态系统服务价值量在时间及空间尺度上分布的离散水平，计算方式如下[11]：
　　2.4  基于生态系统服务价值与需求的土地利用生态可持续程度
　　结合陈芳淼等[12]的研究，以及刘钦普等[13]提出的生态可持续发展指数（供求比供求与供需之和），构建基于生态系统服务价值与需求的生态利用可持续程度评价模型，评价结果设为P，评价公式及划分标准如下：
　　式中，P为参数;ESV为区域面积生态系统服务总价值（元）;FC为区域面积年人均食物消费总价值（元/年）。
　　P为0～1，当P为0.5时，说明供给与需求相等，土地利用生态出现平衡状态，0.5为分界线，P>0.5说明供给大于需求，土地资源能够满足人类的需求，P越接近1，该地区的可持续程度越高;反之，当P<0.5时，说明土地资源的供给能力不能满足人类的需求，可持续程度较弱，直到P接近0时，可持续程度最弱，基本为完全不可持续状态。
　　3  结果与分析
　　3.1  土地利用/覆被变化分析
　　由表2可知，各个土地利用类型的单位面积生态系统服务价值高低不一。其中，林地和园地单位价值最高，每增加1 hm2，生态服务价值增加24 487.15元;建设用地最低，每增加1 hm2，生态服务价值减少7 580.55元，说明土地利用方式在一定程度上可能会影响生态系统的效益和功能[14]。
　　由表3可知，依据研究区土地利用变更数据，耕地和林地是临川区的主要土地利用类型，在2005、2010、2015年3个时间节点上，耕地和林地的合计面积占临川区土地总面积的比例分别为75.84%、75.37%和73.88%。从全时间段看，临川区土地利用覆被变化最为明显的是建设用地，净变化量为5 059.60 hm2;其次为林地，净变化量为-2 356.23 hm2以及耕地为-1 797.59 hm2;园地、水域和未利用地的总量和比例保持稳定。
　　具體的地类转换情况如表4、表5所示。2005—2010年的地类转换面积总量相对较少，地类变化情况比较稳定，而2010—2015年的转换情况较为复杂。由表5可知，2010—2015年，耕地主要转化为建设用地，转移面积为1 546.85 hm2;林地大部分转为建设用地，转移面积为1 831.93 hm2;未利用地主要转为耕地，转移面积为414.26 hm2;建设用地增加  3 964.37 hm2，其中耕地和林地的转移比重超过50%，主要因为经济快速发展以及城市扩建，从而使建设用地不可避免地占用了耕地和林地。
　　3.2  生态系统服务价值的时间变化
　　土地利用类型的变化影响着生态系统的各项服务功能的变化，从而引起价值量的变化，由表1确定的价值系数以及各生态系统类型的面积，可以得到研究区的生态服务价值（表6）。由表6可以看出，随着时间的推移，临川区的土地利用类型提供的生态系统服务价值发生了相应变化，生态系统服务价值总值从2005年的51.53亿元降至2015年的49.99亿元，总共减少了1.54亿元，且各土地利用类型的生态系统服务价值均呈下降趋势。从各土地利用类型提供的生态服务价值来看，在选取的时间节点上，林地和水域提供的生态服务价值都较高，建设用地和未利用地都较低。从生态服务价值变化幅度来看，由于建设用地面积10年间增加了25.27%，建设用地的生态服务价值下降了0.38亿元，年变化率为2.53%，变异系数达-16.16%，表明建设用地在10年间的变化幅度是最大的;而水域的年变化率只有  -0.17%，变异系数为1.11%，是变化幅度和变异系数最小的用地类型。
　　以乡级单元为研究尺度进行分析，各地区的生态服务价值在研究期间存在差异性和不平衡性（表7）。总体来看，各乡镇的年变化率几乎为负值，说明各乡镇的生态系统服务价值几乎都是递减，这对生态环境的建设十分不利。其中城西街道的价值总量变化最为明显，变异系数达44.32%，其次是钟岭街道和崇岗镇，变异系数分别为20.40%和6.30%，究其原因这3个乡镇属于抚州市高新区管辖范围，近年来不断招商引资增加了对建设用地的需求，其他地类对应减少，由此生态系统服务价值总量同样减少。 　　3.3  生态系统服务价值的空间变化
　　以乡级尺度为研究单元，分别对2005、2010和2015年的各乡镇地均生态服务价值进行分析，利用ArcGIS的空间分析功能将结果划分为4个等级（图1）。从整体上来看，在选取的研究节点上属于地均生态服务价值高值的乡镇只有文昌街道，由于其行政范围面积小造成地均生态服务价值高;而地均生态服务价值为较低值和较高值的乡镇较多，大致分布在临川区的外围，主要是与地形有关，临川区是个小盆地，四周是丘陵，多为林地，而林地的生态价值系数比较大;地均生态服务价值为低值的乡镇主要分布在临川区中部的崇岗、连城等5个乡镇，这与中心城区地形平坦，城市建设用地较多有关。综上所述，临川区的地均生态服务价值呈“四周高，中间低”的空间分布格局。
　　3.4  基于生态服务价值的土地利用生态可持续程度评价
　　通过对临川区土地资源的粮食供需水平与生态服务价值的组合计算，探究其土地利用生态可持续程度的强弱。根据抚州市统计年鉴中临川区主要农产品及肉蛋禽两大类产量（主要包括稻谷、玉米、大豆、油料、蔬菜和水果）及对应的价格，计算出临川区人均食物消费2.59元/kg，按照唐华俊等[15]提出的符合中国实际情况的人均粮食需求量约为322.07 kg/年，可以估算出临川区每年人均食物需求量总价值（FC）为4 751.74元，最后得出P为0.83，说明临川区的可持续程度较高，在今后的工作中，政府应继续加大对生态环境治理和保护的力度，维持好当前取得的成果。
　　4  小结
　　1）2005—2015年临川区土地利用类型变化较大，其中建设用地的面积增幅最为明显，主要来自耕地、林地和水域;未利用地的变化情况最为稳定。
　　2）2005—2015年临川区各乡镇的土地生态系统服务价值在选取时间节点上呈减少趋势，10年共减少了1.54亿元，与林地面积的减少和水域面积的减少有密切关系，为了避免全区生态价值量的进一步降低，需要加强水域资源的保护与利用，合理开发未利用地，保护现有森林资源，优化用地结构与布局，提高对全区生态系统服务价值的贡献率。
　　3）从空间分异特征来看，全区的地均生态服务价值呈现“四周高，中间低”的布局特征，且地均生态服务价值大于2万元/hm2的乡镇数量较多，利于临川区的生态可持续发展。以乡级尺度为研究单元来看，城西街道的生态价值量呈现逐年下降的趋势，且变异系数最高，为44.32%;茅排乡的生态价值量变化最稳定，变异系数仅为0.02%。
　　4）将研究区人均粮食需求与生态服务价值分别作为需求与供给的参考指标，求得临川区的土地利用生态可持续程度P为0.83，远高于临界可持续值，处于可持续程度较高的状态，但仍需保持并提升生态服务价值，谨防可持续程度跌至临界以下水平。
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　　收稿日期：2019-01-31
　　基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ150573）;东华理工大学江西省数字国土重点实验室开放研究基金项目（DLLJ201617）
　　作者简介：罗雅琴（1994-），女，江西吉水人，在读硕士研究生，研究方向为土地利用规划与管理，（电话）18720928595（电子信箱）751722527@qq.com;通信作者，刘平辉，江西临川人，教授，博士，硕士生导师。
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