段寶玲，卜玉山

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷 030801）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類直接或者間接從生態(tài)系統(tǒng)得到的所有收益[1]。千年生態(tài)系統(tǒng)評估表明，60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正在退化，將對人類福祉產(chǎn)生重要影響，直接威脅區(qū)域乃至全球的生態(tài)安全[2]。因此，世界各國對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)注度不斷提升，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)已經(jīng)成為當(dāng)前國際上生態(tài)學(xué)與地理學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域和重點(diǎn)方向[3-5]。

土地利用變化是人類活動(dòng)最直觀的體現(xiàn)，是全球生態(tài)系統(tǒng)決定性因素之一。土地利用影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化[6-8]。土地利用變化主要表現(xiàn)為類型轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)簡化、自然組分減少、物質(zhì)循環(huán)路徑改變、生境破碎化[9]。但是生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目（如退耕還林）引起的土地利用變化能夠在一定程度上逆轉(zhuǎn)這種趨勢[7，10-12]?？傊恋乩米兓瘜χС址?wù)[13]、供給服務(wù)[14]、調(diào)節(jié)服務(wù)[15]與文化服務(wù)[6]都存在顯著影響。

忻州市森林資源豐富，主要分布于管涔山、五臺山等山系，河流水系發(fā)達(dá)，包括汾河、滹沱河等水系。但是，忻州市同時(shí)面臨生態(tài)環(huán)境脆弱、水土流失嚴(yán)重、水體污染與破壞嚴(yán)重、城市擴(kuò)張與經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢等自然與社會經(jīng)濟(jì)問題[16]。

本研究探究2000—2010年忻州市土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化，旨在為未來忻州市自然資源保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)、土地利用規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

忻州地區(qū)位于山西省中北部，東靠太行山，西接黃河，橫跨山西省東西部，是山西省面積最大的地區(qū)。忻州地區(qū)山岳縱橫、地貌多樣、水系發(fā)達(dá)。山系包括五臺山、管涔山、恒山、蘆芽山、云中山等，水系包括汾河與滹沱河等，平川主要分布于忻定盆地和五寨盆地。忻州地區(qū)四季分明，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。忻州地區(qū)包括忻府、原平、岢嵐、五臺等13個(gè)縣區(qū)（圖1）。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2000，2010年忻州市土地利用圖（30 m×30 m）來自國家基礎(chǔ)地理信息中心全球地表覆蓋數(shù)據(jù)。糧食產(chǎn)量與價(jià)格數(shù)據(jù)來自《忻州統(tǒng)計(jì)年鑒》。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表參考謝高地等[17]的研究成果。

1.3 土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

利用ArcGIS的疊加分析功能計(jì)算2000—2010年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。利用忻州市主要糧食作物產(chǎn)量、播種面積與價(jià)格，計(jì)算耕地提供食物生產(chǎn)服務(wù)的價(jià)值，為5 833.3元/hm2。研究認(rèn)為，沒有人力投入的自然條件下提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是現(xiàn)有耕地提供食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值的1/7[18]，因此，忻州市一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為833.3元/hm2。利用ArcGIS的面積制表與分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具，分別計(jì)算忻州市各縣區(qū)土地利用比例與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 20軟件，采用各區(qū)縣土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化數(shù)據(jù)（2010年與2000年差值），采用逐步回歸分析消除多重共線性，揭示土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 忻州市土地利用變化特征

從表1可以看出，忻州市土地利用類型以草地、耕地與林地為主，三者占比約為97.8%。2000—2010年忻州市土地利用變化整體表現(xiàn)為耕地與濕地減少，林地、草地、水體與建設(shè)用地增加的趨勢，其中，耕地的降低幅度與草地的增加幅度最大。從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來看，耕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸兀浯螢榻ㄔO(shè)用地與林地；林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸嘏c耕地；草地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值嘏c耕地；濕地與水體主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?；建設(shè)用地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?；可以看出，退耕還林還草政策實(shí)施、城市化占用耕地、河灘附近造地與工礦區(qū)土地復(fù)墾是忻州市土地利用變化的主要原因。

表1 忻州市2000—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

從各縣區(qū)土地利用變化情況（表2）來看，耕地在各區(qū)縣以降低為主，其中，繁峙、靜樂、寧武、忻府與原平的降低幅度較大，而代縣與五臺的耕地略有增加。各區(qū)縣間林地變化差異較大，其中，靜樂與岢嵐的降低幅度最大，而忻府與原平的增加幅度最大。相反，忻府與原平的草地面積降低幅度最大，而靜樂、岢嵐、寧武與繁峙的草地增加幅度最大。靜樂與寧武的濕地減少量最大，而忻府表現(xiàn)為輕微增加。靜樂與原平的水體減少量相對較大，而偏關(guān)的增加量最大。建設(shè)用地以增加為主，忻府、原平與河曲的增加量最大，而代縣減低幅度最大。

表2 各縣區(qū)土地利用變化情況 km2

2.2 忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化

2.2.1 忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化 2000年忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為296.0億元，2010年則為296.8億元，10 a增加了0.8億元，增加幅度不大。2期忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值空間分布相似（圖2），生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)主要分布于東部與西南部，而低值區(qū)主要分布于中部（忻府與原平兩地）。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的空間分布來看，中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集中增加，西南部集中降低，東部地區(qū)變化較小，而西部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增加與降低呈現(xiàn)交錯(cuò)分布。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低的區(qū)域占忻州市總面積的1.66%，而增加的區(qū)域占2.45%，大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保持不變。

從各個(gè)服務(wù)大小來看，忻州市調(diào)節(jié)服務(wù)與支持服務(wù)價(jià)值較大，而供給服務(wù)與文化服務(wù)價(jià)值較小，整體表現(xiàn)為土壤保持＞維持生物多樣性＞氣候調(diào)節(jié)＞水文調(diào)節(jié)＞氣體調(diào)節(jié)＞廢物處理＞原材料生產(chǎn)＞提供美學(xué)景觀＞食物生產(chǎn)（表3）。從各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化來看，只有食物生產(chǎn)和廢物處理服務(wù)降低，其他服務(wù)類型均表現(xiàn)為增加趨勢，其中，氣體調(diào)節(jié)、土壤保持與維持生物多樣性的增加幅度最大，這與研究區(qū)林地與草地增加有關(guān)，歸功于研究區(qū)的生態(tài)恢復(fù)活動(dòng)。

表3 2000—2010年忻州市各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化 億元

2.2.2 各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化 從表4可以看出，代縣、岢嵐與五臺的食物生產(chǎn)增加，其他縣區(qū)均降低，這與研究區(qū)耕地的整體下降有關(guān)。代縣、繁峙、偏關(guān)、五臺、忻府與原平的原材料生產(chǎn)增加（忻府與原平增加幅度最大），其他縣區(qū)降低（靜樂與岢嵐的降低幅度最大），變化趨勢和幅度與各區(qū)縣林地變化一致。

表4 2000—2010年供給服務(wù)變化 元/hm2

從表5可以看出，2000—2010年，代縣、繁峙、寧武、偏關(guān)、五臺、忻府與原平的氣體調(diào)節(jié)服務(wù)增加，其他區(qū)縣降低。這與林地的變化趨勢基本一致，不同的是寧武縣林地略有降低，但是草地增加幅度較大，能夠減輕林地降低的負(fù)效應(yīng)。繁峙、偏關(guān)、五臺、忻府與原平的氣候調(diào)節(jié)服務(wù)增加，其他縣區(qū)降低，這同樣與林地變化趨勢和幅度一致。水文調(diào)節(jié)服務(wù)變化的方向與氣候調(diào)節(jié)相同，不同的是偏關(guān)水文調(diào)節(jié)10 a間增加26.1元/hm2，而氣候調(diào)節(jié)僅增加3.5元/hm2，這是因?yàn)槠P(guān)水體面積增加幅度最大（2.7 km2），帶來水文調(diào)節(jié)服務(wù)的增加。偏關(guān)、五臺、忻府與原平的廢物處理服務(wù)增加，其他縣區(qū)降低，這由林地、水體及草地的共同變化引起。

表5 2000—2010年調(diào)節(jié)服務(wù)變化 元/hm2

由表6可知，代縣、繁峙、寧武、五臺、忻府與原 平的土壤保持服務(wù)增加，其他縣區(qū)降低，這與林地和草地的增減相關(guān)。維持生物多樣性與土壤保持需要相似的生態(tài)環(huán)境條件，因此，其變化趨勢和幅度與土壤保持一致。對于提供美學(xué)價(jià)值（表7）來說，2000—2010年，繁峙、寧武、偏關(guān)、五臺、忻府與原平增加，其他縣區(qū)降低，林地、草地與水體的變化均對其存在影響。總體來看，代縣、繁峙、偏關(guān)、五臺、忻府與原平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)表現(xiàn)為增加趨勢（忻府與原平增加幅度最大），其他縣區(qū)表現(xiàn)為降低趨勢（靜樂與岢嵐降低幅度最大），對于服務(wù)降低嚴(yán)重的區(qū)域應(yīng)引起重視。盡管如此，2000年各區(qū)縣單位面積總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)為五臺＞岢嵐＞寧武＞繁峙＞代縣＞靜樂＞保德＞定襄＞五寨＞原平＞河曲＞偏關(guān)＞神池＞忻府，2010年表現(xiàn)為五臺＞岢嵐＞寧武＞繁峙＞代縣＞靜樂＞保德＞定襄＞原平＞忻府＞五寨＞河曲＞偏關(guān)＞神池?？梢?，盡管靜樂與岢嵐在各區(qū)縣中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值比較靠前，但降低程度較大，而忻府與原平從原來的倒數(shù)第1和第5上升為倒數(shù)第5和第6，忻府與原平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對靠后，但增加程度較大。

表6 2000—2010年支持服務(wù)變化 元/hm2

表7 2000—2010年文化服務(wù)變化 元/hm2

2.3 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

由表8可知，食物生產(chǎn)主要由耕地、建設(shè)用地與草地的變化引起，耕地與草地變化對食物生產(chǎn)具有正效應(yīng)，而建設(shè)用地具有負(fù)效應(yīng)。原材料生產(chǎn)主要受林地控制。氣體調(diào)節(jié)變化主要受林地與草地變化控制，這是因?yàn)榱植葑匀恢脖痪哂休^強(qiáng)的固碳釋氧能力。而氣候調(diào)節(jié)主要受林地、濕地與草地控制，這是因?yàn)槿叩墓烫寂c降溫增濕作用。水文調(diào)節(jié)主要受林地與水體控制，這是因?yàn)榱值鼐哂休^強(qiáng)的攔截降雨、徑流調(diào)控與涵養(yǎng)水源功能[19]，同樣，水體本身具有較好的洪水調(diào)控功能[20]。廢物處理主要受濕地、水體與林地控制，這是因?yàn)槿呔哂休^強(qiáng)的污染物吸收與消納能力。土壤保持主要受林地、草地與建設(shè)用地控制。林地和草地一般植被覆蓋情況較好，增加林草能夠提高土壤保持能力[21]，但是建設(shè)用地增加往往以破壞天然植被為代價(jià)，因此，建設(shè)用地增加會降低土壤保持服務(wù)。類似，生物多樣性維持需要較好的生境條件，林地與草地本身植被資源相對豐富，同時(shí)為動(dòng)物生存提供良好的棲息地，有利于維持生物多樣性，其中，林地的作用要大于草地。林地與水體對景觀美學(xué)價(jià)值具有正效應(yīng)，而耕地具有負(fù)效應(yīng)。

因此，對于忻州地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)耕地保護(hù)與利用，保證現(xiàn)有耕地面積不變的情況下提高單產(chǎn)，引入生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)，減輕耕地帶來的土壤侵蝕與面源污染等負(fù)效應(yīng)，增加食物生產(chǎn)服務(wù)的同時(shí)提高其他服務(wù)能力。林地是提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的重要保障，忻州地區(qū)管涔山、五臺山等山系森林覆蓋率高，是研究區(qū)水源涵養(yǎng)、維持生物多樣性的重要生態(tài)功能區(qū)，應(yīng)注意嚴(yán)格保護(hù)。忻州地區(qū)包含了汾河、滹沱河、偏關(guān)河等水系，其形成的濕地與水體在氣候與水文調(diào)節(jié)、淡水供給及維持生物多樣性方面發(fā)揮著重要作用，但是相關(guān)水系的破壞與污染嚴(yán)重，亟待加強(qiáng)保護(hù)，恢復(fù)其生態(tài)功能，提升相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。忻州地區(qū)西部的黃土高原土壤侵蝕嚴(yán)重，溝壑縱橫，應(yīng)繼續(xù)開展退耕還林還草，提高土壤保持服務(wù)。此外，忻府與原平建設(shè)用地?cái)U(kuò)張較快，盡管林地增加較多，總體上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增加，仍然應(yīng)該重視土地利用規(guī)劃，保證城市合理擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)調(diào)。

表8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化與土地利用變化逐步回歸分析

3 結(jié)論

忻州市土地利用類型以草地、耕地與林地為主。2000—2010年土地利用變化表現(xiàn)為耕地與濕地減少，林地、草地、水體與建設(shè)用地增加的趨勢。耕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸亍⑵浯螢榻ㄔO(shè)用地與林地。林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸亍⒏?。草地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值嘏c耕地。濕地與水體主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦亍８卦诟鲄^(qū)縣以降低為主，其中，繁峙、靜樂、寧武、忻府與原平降低幅度較大。各區(qū)縣林地變化差異較大，其中，靜樂與岢嵐降低幅度最大，而忻府與原平增加幅度最大。相反，忻府與原平的草地面積降低幅度最大，而靜樂、岢嵐、寧武與繁峙草地增加幅度最大。

2000，2010年忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值分別為296.0億，296.8億元。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低的區(qū)域（集中于西南部）占忻州市總面積的1.66%，而增加的區(qū)域（集中于中部）占2.45%，大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保持不變。忻州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整體表現(xiàn)為土壤保持＞維持生物多樣性＞氣候調(diào)節(jié)＞水文調(diào)節(jié)＞氣體調(diào)節(jié)＞廢物處理＞原材料生產(chǎn)＞提供美學(xué)景觀＞食物生產(chǎn)。代縣、繁峙、偏關(guān)、五臺、忻府與原平生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)表現(xiàn)為增加趨勢（忻府與原平增加幅度最大），其他縣區(qū)表現(xiàn)為降低趨勢（靜樂與岢嵐降低幅度最大）。

土地利用變化引起了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化。食物生產(chǎn)主要由耕地、建設(shè)用地與草地的變化引起。原材料生產(chǎn)主要受林地控制。氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、土壤保持、維持生物多樣性、景觀美學(xué)價(jià)值變化主要受林地、草地、濕地與水體變化控制。可見，未來應(yīng)加強(qiáng)耕地保護(hù)，提高其生產(chǎn)功能；加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)管理，繼續(xù)維持森林的生態(tài)功能；加強(qiáng)河流水系的保護(hù)，恢復(fù)水體與濕地的生態(tài)功能；繼續(xù)實(shí)施退耕還林（草）政策，提高土壤保持功能，促進(jìn)忻州市各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的平衡發(fā)展。