2000-2015年安徽省土地利用及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化分析

彭鵬 梁棟棟

[摘要]以四期安徽省土地利用遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，基于GIS空間分析及SPSS相關(guān)分析，系統(tǒng)分析了安徽省土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的特征以及前者對后者的影響。研究表明：（1） 2000-2015年安徽省耕地、林地、草地面積減少，建設(shè)用地、水域、未利用地面積增加，其中建設(shè)用地與耕地是轉(zhuǎn)換最為活躍的地類;（2）安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體下降，由2000年的3130.33億元減少為2015年的3094.99億元;（3）以林地為主的森林生態(tài)系統(tǒng)是安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要提供者，約占安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的43%;（4）安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化呈現(xiàn)明顯的地域差異，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高值區(qū)主要集中在皖南山區(qū)、皖西大別山區(qū);（5）安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與建設(shè)用地面積呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，建設(shè)用地的增加給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)帶來了一定程度的損害。

[關(guān)鍵詞]安徽省;土地利用變化;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;GIS空間分析。

[中圖分類號]F062.2

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為人類提供賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)和環(huán)境。土地利用變化通過影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，決定著生態(tài)系統(tǒng)所能向人類社會提供的各項(xiàng)服務(wù)價值和功能。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的不斷推進(jìn)帶來的土地利用變化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能出現(xiàn)了不同程度的退化。國土空間規(guī)劃體系的構(gòu)建與完善，對生態(tài)空間的保護(hù)也提出了更為嚴(yán)格的要求。分析土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化規(guī)律，研究二者可能存在的相互關(guān)系，對優(yōu)化土地利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境有著重要意義。

部分學(xué)者首先對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空演變開展了深入的研究，闡釋了不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的演變規(guī)律。隨著研究的深入，土地利用變化與生態(tài)服務(wù)價值的關(guān)系成為研究的焦點(diǎn)，在這一階段，研究區(qū)域的選擇也是學(xué)者們研究的重點(diǎn)。為了進(jìn)一步研究土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相互關(guān)系，空間自相關(guān)、地理加權(quán)回歸等模型也被陸續(xù)引入到相關(guān)研究中，拓展了研究二者相互關(guān)系的方法。

近年來對安徽省的相關(guān)研究更側(cè)重于土地利用及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的數(shù)量變化，缺少對空間變化規(guī)律的研究，同時大多忽略建設(shè)用地的生態(tài)負(fù)效應(yīng)。故本研究以2000/2005/2010年/2015年四期安徽省遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源.研究安徽省土地利用及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化及二者的關(guān)系，為安徽省的生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及整體的發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供一定的參考。

1研究區(qū)概況

安徽省位于東經(jīng)114°54'-119°37'與北緯29°41'- 34°38'之間，總面積約14.01萬km2，下轄16個地級市。安徽省是全國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，其自然資源也相當(dāng)豐富，水資源總量約700億m3，礦產(chǎn)資源儲量在全國名列前茅。但隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化的推進(jìn)，安徽省也面臨著越來越多的生態(tài)環(huán)境問題。

2數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要包括：2000/2005/2010/2015年四期中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)（中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)柵格單元大小為1kmx1km）;社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)（安徽省統(tǒng)計年鑒、中國統(tǒng)計年鑒）;

本研究依據(jù)數(shù)據(jù)源的分類體系及《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T21010-2007）將各地類歸并為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。基于生態(tài)系統(tǒng)分類將源數(shù)據(jù)的二級類重新整合為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、水體生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、城市聚落生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)以對應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的核算。

2.2研究方法

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算。Costanza等估算了全球的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，謝高地等制定了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表。由于區(qū)域間存在差異，根據(jù)謝高地等測算的我國不同省份農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子，取安徽省系數(shù)1.17對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子表進(jìn)行省域修正。同時依據(jù)相關(guān)統(tǒng)計年鑒得到安徽省2000-2015年平均糧食單產(chǎn)4727.10kg/hm2，2015年糧食平均單價2.44元/kg，從而計算出安徽省一個當(dāng)量因子的價格約為1647.73元/hm2。對于城市聚落生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值則參照相關(guān)研究賦值，從而得到安徽省的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表。并結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式與ArcGIS的柵格計算進(jìn)一步描述安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空變化特征。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式如下：

ESVk=∑f Ak×VCkf;ESVf =∑k Ak×VCkf

ESV=∑k∑f Ak×VCf

（1）

式中：ESVk、ESVf和ESV分別為第k類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值（元/hm2/年）、第f項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，Ak為第k類型的生態(tài)系統(tǒng)土地面積（hm2），VCkf為第k類型生態(tài)系統(tǒng)第，項(xiàng)生態(tài)服務(wù)單位面積的服務(wù)價值（元/hm2）。

2.2.2相關(guān)分析。相關(guān)分析是以數(shù)量的方法來表現(xiàn)變量之間聯(lián)系的緊密程度?；赟PSS軟件采用皮爾遜（Pearson）系數(shù)和斯皮爾曼（Spearman）系數(shù)，對2000-2015年間安徽省各市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與建設(shè)用地的關(guān)系進(jìn)行分析。

3結(jié)果分析

3.1土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)變化

2000-2015年間，安徽省的耕地、林地、草地總體呈現(xiàn)下降趨勢，而水域、未利用地、建設(shè)用地總體呈現(xiàn)增加趨勢。結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可知，由于城市發(fā)展所帶來的大量建設(shè)需求，安徽省耕地面積不斷減少，約有1745km2的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，占耕地減少量的85.92%。同時有將近18km2的耕地轉(zhuǎn)化為未利用地，這占到了2015年未利用地總數(shù)量的64.29%，可見有相當(dāng)一部分的未利用地來源于耕地的污染破壞或拋荒。2000-2015年增加的耕地主要來源于水域與建設(shè)用地，分別占增加的70.40%和24.00%，水域的轉(zhuǎn)化主要得益于自然環(huán)境的變化以及土地整治，而建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化則來源于耕地占補(bǔ)平衡等相關(guān)政策的完善與推進(jìn)。林地在2000-2015年間總體下降，但2000-2005年略微上升，1999年國家開始推行植樹造林、退耕還林政策，安徽省也積極響應(yīng)，使得林地面積增加。在2000-2015年間，林地增加的80%均來源于耕地，退耕還林成為林地增加的主要來源。但同時也有大量的林地在城市擴(kuò)張的過程中被侵占破壞，根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣可知，約將近90.10%的林地轉(zhuǎn)化均為向耕地的轉(zhuǎn)變，因而總體上林地的面積依舊逐漸減少。與林地變化類似，草地面積的變化在15年間呈下降趨勢。同樣得益于退耕還草政策的開展，草地面積的增加75%由耕地轉(zhuǎn)化而來，但在草地轉(zhuǎn)化為其他地類中，有88.68%的草地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，建設(shè)用地不斷的擴(kuò)張是導(dǎo)致草地面積逐年減少的主要原因。水域的面積逐年上升，其面積增加的來源主要是耕地，占轉(zhuǎn)化為水域各地類總面積的96.73%。水域則主要轉(zhuǎn)化為耕地與建沒用地，分別占水域轉(zhuǎn)化為其他地類總面積的67.69%和30.0%。2000-2015年是安徽省城市飛速發(fā)展的時期，建設(shè)用地的需求旺盛，導(dǎo)致大量地類轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地，各地類轉(zhuǎn)化為其他地類總面積中占比最高的就是轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地。但就建設(shè)用地的增加而言，其主要來源還是耕地，15年間耕地的轉(zhuǎn)換占建設(shè)用地增加量的92.72%，耕地保護(hù)與城市建設(shè)發(fā)展之間的矛盾依舊是安徽省土地利用的主要矛盾，協(xié)調(diào)二者關(guān)系是未來土地利用管理的核心任務(wù)。未利用地在2000-2010一直保持在較低的數(shù)量，但2010-2015年間其數(shù)量增加了6倍，其增加來源主要是耕地與林地，可見隨著城鎮(zhèn)化的持續(xù)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護(hù)的壓力也不斷增加。（表1、表2）

3.2土地利用空間位置變化

耕地的減少主要以耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換為主，轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地主要集中在合肥、銅陵、蕪湖、馬鞍山這幾個城市化較為迅速的地區(qū)，而皖南的大部分地區(qū)以及皖西地區(qū)由于地理環(huán)境的限制以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相對滯后，建設(shè)用地需求較小，耕地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地的數(shù)量較少。皖北地區(qū)的淮北、淮南、蚌埠也是耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)換較為集中的地區(qū)。林地的減少主要以林地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地為主，其分布較為離散，這一轉(zhuǎn)換主要在皖南山區(qū)以及皖西地區(qū)較為活躍，銅陵與池州兩個市是林地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地的主要地區(qū)，這可能與兩地的礦產(chǎn)資源的開采密切相關(guān)。草地向其他地類的轉(zhuǎn)換主要以草地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地為主，與林地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地一致，銅陵、池州兩市的轉(zhuǎn)換最為明顯，宿州、淮北也有較為零散的分布。建設(shè)用地的減少主要來源于建設(shè)用地向耕地的轉(zhuǎn)換，這一轉(zhuǎn)換在皖北地區(qū)較為集中，皖南地區(qū)相對較少，合肥、六安也有零星分布。水域主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和耕地，水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地大量集中于淮北市，在安慶、池州兩市的交界也有一定分布。未利用地則主要由耕地轉(zhuǎn)換而來，其自身數(shù)量相對穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生向其他地類的轉(zhuǎn)換，這與未利用地自身難以被開發(fā)的性質(zhì)有關(guān)。（圖1）

3.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化分析

3.3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時間變化分析。2000-2015年年安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體呈明顯的下降趨勢，2000-2005年、2005-2010年、2010-2015年三個時期，安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別減少了3.03億元、12.67億元、19.63億元，減少的數(shù)量不斷增加，從側(cè)面反映了安徽省土地利用結(jié)構(gòu)變化的不合理。由于具有生態(tài)負(fù)效應(yīng)的建設(shè)用地對耕地、林地等具有顯著生態(tài)正效應(yīng)地類的侵占，安徽省的生態(tài)環(huán)境面臨著越來越大的壓力。

從生態(tài)系統(tǒng)角度，各生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率排序如下：森林>農(nóng)田>水體>濕地>草地>荒漠，而城市聚落生態(tài)貢獻(xiàn)率為負(fù)，有著顯著的生態(tài)負(fù)效應(yīng)。森林是生態(tài)貢獻(xiàn)率最高的生態(tài)系統(tǒng)，其貢獻(xiàn)率一直穩(wěn)定在43%以上，并且穩(wěn)中有升。農(nóng)田的貢獻(xiàn)率不斷下降，大量的耕地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地，二者的生態(tài)服務(wù)貢獻(xiàn)之差深刻影響著安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化。建設(shè)用地的負(fù)貢獻(xiàn)率逐漸增加，建設(shè)用地不斷增加給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的穩(wěn)定帶來了巨大沖擊。草地和水體生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率相對比較穩(wěn)定，安徽省荒漠生態(tài)系統(tǒng)面積較少，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響有限（見表3）。

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度，安徽省生態(tài)系統(tǒng)功能中的調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、供給服務(wù)均呈下降趨勢，而文化服務(wù)則呈上升趨勢。2000-2015年，調(diào)節(jié)服務(wù)功能約占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的56%，是安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要功能，其次依次是支持服務(wù)功能、供給服務(wù)功能和文化服務(wù)功能。對于二級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，水源涵養(yǎng)、廢物處理、土壤形成與保護(hù)是三項(xiàng)占比最高的二級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，均占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的16%以上。水源涵養(yǎng)功能是變化最劇烈的二級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，15年間減少了4.61億元。建設(shè)用地的擴(kuò)張使得大部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值降低。由于對濕地的保護(hù)不斷增強(qiáng)，濕地的面積有所增加，使得文化服務(wù)功能有所上升（見表4）。

3.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間變化。安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的高值區(qū)主要集中在皖南山區(qū)，皖西大別山地區(qū)，其森林等自然資源豐富，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)達(dá)，同時土地利用程度較低，生態(tài)環(huán)境受城市建設(shè)影響較小，因此生態(tài)服務(wù)價值也相對較高。并且這些地區(qū)對于安徽省的氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、生物多樣性保護(hù)等都有著重要的意義，是安徽省生態(tài)系統(tǒng)的核心區(qū)域。巢湖、長江、淮河等水系水源涵養(yǎng)與廢物處理功能較強(qiáng)，其單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值可達(dá)88622元/hm2以上。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值則主要集中在合肥市，其部分地區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為負(fù)值，由于近年來合肥處于高速發(fā)展的時期，不可避免的會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響（見圖2）。

3.4土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)分析

因?yàn)榻ㄔO(shè)用地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響顯著且各地類向其轉(zhuǎn)換最為活躍，分析建設(shè)用地面積變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系。計算得出各市域2000-2015年間建設(shè)用地面積變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化，從而根據(jù)SPSS 22.0軟件分析土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)系。首先要對各變量進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，其K-S結(jié)果的.sig值均大于0.05，說明各變量均符合正態(tài)分布。在相關(guān)檢驗(yàn)中分別選取了person系數(shù)和speraman系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)結(jié)果如下：

2000-2015年安徽省建設(shè)用地的變化量與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量的相關(guān)性為顯著負(fù)相關(guān)，皮爾遜系數(shù)和斯皮爾曼系數(shù)的值分別為-0.832和-0.597，說明建設(shè)用地的快速增加導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量的減少（見表5）。

4結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

（1） 2000-2015年，安徽省耕地、林地、草地面積減少，而建設(shè)用地、水域、未利用地面積增加。其中減少的耕地主要轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地，15年間建設(shè)用地數(shù)量增加了1882km2。除耕地以外，增加的建設(shè)用地主要來源于林地、草地的轉(zhuǎn)換，這導(dǎo)致了林地、草地的面積減少。水域面積有所增加，受退耕還湖政策影響，其增加部分主要來自于耕地的轉(zhuǎn)換。未利用地在2010-2015年面積顯著增加，耕地的拋荒污染成為未利用地增加的主要來源。

（2） 2000-2015年安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈下降趨勢，在15年間共減少35.34億元，主要原因在于土地利用結(jié)構(gòu)的不合理造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的減弱。各生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率排序如下：森林>農(nóng)田>水體>濕地>草地>荒漠，一級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中除文化服務(wù)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均有所減少，水源涵養(yǎng)、廢物處理、土壤形成與保護(hù)是三項(xiàng)主要的二級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，共占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的42%以上。安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布有著明顯的地域差異，皖西大別山區(qū)、皖南山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，合肥以及皖北部分城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低。

（3）安徽省各市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與建設(shè)用地面積呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，建設(shè)用地的大量增加給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的維持帶來了巨大壓力。

4.2討論

2000-2015年間安徽省土地利用變化深刻影響著生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，平衡生態(tài)與發(fā)展建設(shè)需求成為保護(hù)生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵。森林、水體、濕地這些對生態(tài)環(huán)境有著重要意義的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)保護(hù);充分考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源稟賦的區(qū)域差異，從整體的角度協(xié)同優(yōu)化現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策;逐步構(gòu)建完善生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)區(qū)與受益區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展;合理制定相關(guān)規(guī)劃，明確三生空間的界線，嚴(yán)格限制建設(shè)用地的無序擴(kuò)張。

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[收稿日期]2020-07-16

[作者簡介]彭鵬（1995-），男，安徽合肥人，碩士研究生，研究方向：土地生態(tài)。

[通訊作者]梁棟棟（1971-），男，安徽毫州人，博士，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：土地利用變化。