甘南黄河水源补给区土地利用...其生态服务价值时空分异研究_郝旭然.pdf

第 42 卷 第 6 期草 原 与 草 坪 2022 年甘南黄河水源补给区土地利用及其生态服务价值时空分异研究郝旭然1，王艳艳1，蔡明娟1，孙文莉1，马海婧1，陈强强1，2*（1.甘肃农业大学财经学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省生态建设与环境保护研究中心，甘肃 兰州 730070）摘要：土地利用结构变化对区域生态系统服务价值的时空变化和可持续发展有着深远的意义。基于甘南黄河水源补给区 1980-2017 年的土地利用结构数据，运用土地利用动态度和修正的生态系统服务价值当量因子法，研究了甘南黄河水源补给区生态系统服务价值及其时空变化。结果表明：草地以 183.18亿元的生态服务价值成为最大的土地利用类型，其次是林地、湿地、耕地，且 37年间 4种土地利用类型仅林地的生态系统服务价值增加了 29.46亿元，其他均不同程度下降；甘南黄河水源补给区生态系统服务总价值由 1980年的 328.50亿元上升至 2017年的 329.63亿元，基本维持平稳状态，期间经历“下降增长”的双时段波动。不同类型生态系统服务功能价值呈现波动变化特征，其中，调节功能价值最大，达 211.86亿元，支持功能 77.82亿元，供给功能 21.39亿元，文化服务 18.56亿元；生态系统服务价值区域差异显著，玛曲县以 113.55亿元的生态服务价值高居首位，夏河县位居第二，临潭县生态服务价值最低，仅为 10.26亿元。各区域的调节功能价值均最大，玛曲县以 79.77亿元的价值承担了研究区重要的生态调节功能；贯彻落实森林保护工程和草原生态补偿机制，拓宽研究区居民生计，减少对当地生态的依赖，进行区域统筹与联防联控，传承弘扬黄河文化，可更好地服务于当地的经济发展。关键词：当量因子法；甘南黄河水源补给区；土地利用；生态系统服务价值；时空分异中图分类号：S181；X826 文献标志码：A 文章编号：1009-5500（2022）06-0071-08 DOI：10.13817/ki.cyycp.2022.06.010人类福祉与自然生态有着密切的关系，由于人类对生态系统及其多功能价值的认识不足，在取得社会经济高速发展的同时，生态系统服务功能被严重消耗。从时空尺度看，人类生产生活对土地利用方式的改变，正影响着生态系统的结构和功能，进而对全球生态变化产生深远的影响。生态系统服务价值及其时空变化已成为国内外生态系统服务研究的热点1。Costanza将生态系统服务定义为人类直接或间接从生态系统中获得的利益，将生态系统服务划分为 17个类型，并首次对全球生态系统服务功能进行了估算。人类能够从生态系统中得到生态系统服务，即通过生态系统的结构、功能获得必要的生命支持产品和服务2。其中，服务主要分为有形的服务和无形的服务3，包含供给服务、调节服务、文化服务以及维持其他类型服务所必须的支持服务 4种类型4。生态系统服务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5-8。黄河流域是我国重要的生态屏障和经济地带，在我国经济社会的发展和生态安全方面的地位十分重要。甘南黄河水源补给区位于甘肃省西南部，地处青藏高原、黄土高原的过渡地带，总面积共 4.5万 km2，地收稿日期：2021-07-18；修回日期：2021-08-09基金项目：国家社会科学基金项目（21BJY117）；甘肃省人文社会科学项目（20ZZ02）；甘肃省软科学项目（20CX9ZA100）；2020 年甘肃农业大学国家级大学生创新创业训练计划项目（202010733016）作者简介：郝旭然（1999-），女，山西榆次人，本科生。E-mail：*通信作者。E-mail：71GRASSLAND AND TURF（2022）Vol.42 No.6 理坐标 N 33063534，E 1004510445，包括甘南州的夏河、玛曲、碌曲、卓尼、临潭 5 个县以及合作市，属于高原生态过渡脆弱区9，多年平均补给的黄河水 量 高 达 65.9108 m3，占 黄 河 年 均 径 流 量 的11.4%10，是黄河与长江的重要水源涵养区和甘肃“两江一水”流域水土与生物多样性生态功能区，具有涵养水源、保护生物多样性、调节黄河水量等重大生态功能，对维持黄河流域的生态平衡具有重大意义10。甘南黄河水源补给区作为各种自然、人文过程和格局剧烈变化的区域，人地关系呈现出高度异质性与复杂性9。加强对甘南黄河水源补给区生态系统服务价值的研究，有助于深入了解该区生态系统服务功能，对黄河流域内生态环境和可持续发展具有重要意义。本研究基于 1980-2017年的土地利用结构数据，在定量测度甘南黄河水源补给区生态系统服务价值的基础上，从时间和空间两个维度分析生态类型变化及其生态系统服务价值（ESV）动态演变的时空分异特征。同时在遵循生态价值评估和人地关系等理论基础上，分析其变化趋势以及深层次原因，以期为甘南黄河水源补给区的生态安全、协调统筹发展提供决策参考与理论支撑。1材料和方法1.1研究方法1.1.1土地利用动态度土地利用动态度表示研究区一年内某种土地利用类型的变化幅度11，是评价土地利用变化速度的指标，可直观反映不同时段土地利用变化特征。计算公式如下：K=Ut-U0U01T 100%（1）式中：K 为研究时段内研究区某类土地利用类型的动态度；U0、Ut分别为研究初期和末期土地利用类型的面积，T为研究时段。1.1.2生态系统服务价值参考谢高地修订的“中国陆地生态系统单位面积生态系统价值服务当量值”2（表 1），计算黄河水源补给区不同土地类型生态系统服务价值12：VCi=j=1kECj Ea（2）ESV=i=1nAi VCi（3）式中：i为土地利用类型；j为生态系统服务类型；VCi为第 i类土地利用类型单位面积生态系统服务价值；ECj为某类土地利用类型第 j项生态系统服务的价值当量；ESV 为生态系统服务价值；Ai为第 i类土地利用类型的面积；Ea为标准单位生态系统服务的经济价值，即 1 hm2农田每年平均粮食产量经济价值的 1/713，计算公式为：Ea=17 P 1ni=1nQi（4）式中：P为研究区粮食平均价格；n为年份；Q 为研究区平均粮食产量。1.2数据来源与处理以 1980-2017年为考察期，根据我国土地资源分类法，将土地利用类型分为耕地、草地、林地和湿地 4种。甘南黄河水源补给区土地利用的面积数据通过查阅 1990-2018年的 甘肃农村年鉴、1984-2018的甘 肃 发 展 年 鉴以 及甘 南 州 志（1991-2010）和1999年民族出版社出版的 甘南州志 收集整理得到，研究区五县一市土地利用的面积数据则是通过各县县志、各县统计年鉴收集整理得到。在土地利用类型面积数据的基础上，参考谢高地修订的“中国陆地生表 1甘南黄河水源补给区生态系统单位面积生态服务价值当量Table 1Ecosystem service value per unit area in water supply area of the yellow river in Gannan生态系统类型耕地草地森林湿地供给服务当量食物生产0.850.220.310.51原料生产0.40.330.710.5水资源供给0.020.180.372.59调节服务当量气体调节0.671.142.351.9气候调节0.363.027.033.6净化环境0.111.993.6水文调节0.272.213.5124.23支持服务当量土壤保持1.031.392.862.31维持养分循环0.120.110.220.18生物多样性0.131.272.67.78文化服务当量美学景观0.060.561.144.73注：研究区农田与草地分别以旱地和草甸为主，故生态服务价值当量值分别是旱地和草甸值，林地多为针阔混交林，故林地取针阔混交值72第 42 卷 第 6 期草 原 与 草 坪 2022 年态系统单位面积生态系统价值服务当量值”2，修正得到甘南黄河水源补给区生态系统单位面积生态服务价值当量表（表 1），通过当量因子法计算得到研究区生态系统服务价值（ESV）。为分析生态服务价值时空变化特征，以 1980、1990、1999、2008、2017年为时间节点，将研究期具体划分为 5 个时间段。在计算 1 标准单位生态系统服务的经济价值（Ea）时，为减少农作物价格波动对生态系统服务价值计算的影响，以甘南州粮食作物多年平均产量及对应的 2017 年粮食作物平 均 价 格 为 基 准，计 算 得 到 甘 南 黄 河 水 源 补 给 区1980-2017年平均粮食产量为 2 004.70 kg/hm2；查阅2018年中国农产品价格调查年鉴 甘肃年鉴，计算得到 2017年甘南黄河水源补给区粮食价格平均为 2.3元/kg。因此，根据公式（4）得到研究区生态系统服务经济价值当量因子为 658.69元/（hm2a）。2结果与分析2.1土地类型及动态度分析1980-2017年，甘南黄河水源补给区各土地类型面积均发生不同程度的变化。其中，林地面积呈增加的趋势，而草地、耕地、湿地总体均呈现减少趋势（表2）。具体表现为：（1）林地面积呈增加的趋势，由 1980 年的 38.05万 hm2（占比 11.20%）增加至 2017 年的 57.41 万 hm2（占比 17.78%），增加了 19.36万 hm2，增幅为 6.58%。从动态度上看，除 1999-2008 年外，林地利用动态度呈增长趋势，且历年变化率大于 1%，快于其他土地利用类型的动态度，1980-2017年林地的土地利用动态度达到了 1.38%，远高于其他土地利用类型。（2）草地为甘南黄河水源补给区面积最大的生态类型，其面积占土地总面积的 75%以上。然而，无论是草地面积还是所占比重，均呈现明显的减少趋势。1980-2017 年，草地面积减少 35.40 万 hm2，减少了6.68%。草原面积所占比重由 1980 年的 82.04%下降 到 2017 年 的 75.36%。土 地 利 用 的 动 态 度 为-034%，尤其 1980-2008 年草地面积下降动态度高达-1.08%，平均每年以 0.55%的速度削减。（3）耕地与湿地呈现波动减少的趋势，1980-2017 年，耕 地 减 少 了 0.40 万 hm2，利 用 动 态 度 为-0.19%。随着经济的发展和城镇化加快，甘南州的城镇化水平从 1978 年的 13.99%20增长到 2017 年的34.01%，增长了 20.02%，年均增长率为 3.67%。人均耕地面积则由 1980 年的 0.14 hm2减少到 2017 年的0.09 hm2，耕地资源不断被消耗，转化为交通用地，且随着人口增长，土地承载力不断加大。1980-2017年间湿地面积减少了 0.46 万 hm2，土地利用动态度为-0.07%，较其他土地利用类型低。2.2生态系统服务价值2.2.1生态系统服务价值时间变化（1）研究期甘南黄河水源补给区生态系统服务价值 从 1980 年 的 328.50108元 上 升 至 2017 年 的329.63 亿元，37 a 的时间里增加 1.13 亿元，增长率为0.34%，基本维持平稳状态，期间经历“下降增长”的双时段波动（图 1，表 3）。不同土地类型生态服务价值从大到小排序为，草地林地湿地耕地，草地和林地的生态系统服务价值贡献率之和历年在 80%以上，因此，合理规划并利用草地和林地，对当地生态安全具有深远的意义。林地生态服务价值增速最高，从 1980 年的 57.86 亿元上升到 2017 年的 87.32 亿元，增幅达到 50.92%。相反，草地生态系统服务价值从1980 年的 209.83 亿元减少到 2017 年 183.18 亿元，减少 了 12.70%，其 生 态 价 值 贡 献 率 也 从 1980 年 的63.87%减少到 2017 年的 55.57%，草原生态系统安表 21980-2017年甘南黄河水源补给区土地类型及动态度Table 2Land type