2000-2015年安徽省土地利用及生態系統服務價值變化分析

彭鵬 梁棟棟

[摘要]以四期安徽省土地利用遙感數據為數據源，基于GIS空間分析及SPSS相關分析，系統分析了安徽省土地利用變化和生態系統服務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，建設用地、水域、未利用地面積增加，其中建設用地與耕地是轉換最為活躍的地類;（2）安徽省生態系統服務價值總體下降，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系統是安徽省生態系統服務價值的主要提供者，約占安徽省生態系統服務價值的43%;（4）安徽省生態系統服務價值變化呈現明顯的地域差異，生態系統服務價值高值區主要集中在皖南山區、皖西大別山區;（5）安徽省生態系統服務價值與建設用地面積呈負相關關系，建設用地的增加給生態系統服務帶來了一定程度的損害。

[關鍵詞]安徽省;土地利用變化;生態系統服務價值;GIS空間分析。

[中圖分類號]F062.2

[文獻標識碼]A

生態系統服務是指人類從生態系統中獲得的各種惠益，生態系統服務為人類提供賴以生存的物質基礎和環境。土地利用變化通過影響區域生態系統的結構和功能，決定著生態系統所能向人類社會提供的各項服務價值和功能。隨著社會經濟的發展和城市化的不斷推進帶來的土地利用變化，生態系統服務功能出現了不同程度的退化。國土空間規劃體系的構建與完善，對生態空間的保護也提出了更為嚴格的要求。分析土地利用與生態系統服務的時空變化規律，研究二者可能存在的相互關系，對優化土地利用，保護生態環境有著重要意義。

部分學者首先對生態系統服務價值的時空演變開展了深入的研究，闡釋了不同區域的生態系統服務價值的演變規律。隨著研究的深入，土地利用變化與生態服務價值的關系成為研究的焦點，在這一階段，研究區域的選擇也是學者們研究的重點。為了進一步研究土地利用與生態系統服務之間的相互關系，空間自相關、地理加權回歸等模型也被陸續引入到相關研究中，拓展了研究二者相互關系的方法。

近年來對安徽省的相關研究更側重于土地利用及生態系統服務價值的數量變化，缺少對空間變化規律的研究，同時大多忽略建設用地的生態負效應。故本研究以2000/2005/2010年/2015年四期安徽省遙感監測數據為數據源.研究安徽省土地利用及生態系統服務的時空變化及二者的關系，為安徽省的生態環境保護以及整體的發展戰略的制定提供一定的參考。

1研究區概況

安徽省位于東經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業生產區，其自然資源也相當豐富，水資源總量約700億m3，礦產資源儲量在全國名列前茅。但隨著經濟的不斷發展和城市化的推進，安徽省也面臨著越來越多的生態環境問題。

2數據來源及研究方法

2.1數據來源

數據主要包括：2000/2005/2010/2015年四期中國土地利用現狀遙感監測數據（中國科學院資源環境科學數據中心，數據柵格單元大小為1kmx1km）;社會經濟數據（安徽省統計年鑒、中國統計年鑒）;

本研究依據數據源的分類體系及《土地利用現狀分類標準》（GB/T21010-2007）將各地類歸并為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地?；谏鷳B系統分類將源數據的二級類重新整合為農田生態系統、森林生態系統、草地生態系統、水體生態系統、濕地生態系統、城市聚落生態系統、荒漠生態系統以對應生態系統服務價值的核算。

2.2研究方法

2.2.1生態系統服務價值的計算。Costanza等估算了全球的生態系統服務價值，謝高地等制定了中國陸地生態系統生態服務價值當量因子表。由于區域間存在差異，根據謝高地等測算的我國不同省份農田生態系統生物量因子，取安徽省系數1.17對生態系統服務當量因子表進行省域修正。同時依據相關統計年鑒得到安徽省2000-2015年平均糧食單產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量因子的價格約為1647.73元/hm2。對于城市聚落生態系統的生態系統服務價值則參照相關研究賦值，從而得到安徽省的生態系統服務價值表。并結合生態系統服務價值的計算公式與ArcGIS的柵格計算進一步描述安徽省生態系統服務價值的時空變化特征。生態系統服務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類生態系統的服務價值（元/hm2/年）、第f項生態服務功能價值和生態系統服務總價值，Ak為第k類型的生態系統土地面積（hm2），VCkf為第k類型生態系統第，項生態服務單位面積的服務價值（元/hm2）。

2.2.2相關分析。相關分析是以數量的方法來表現變量之間聯系的緊密程度?；赟PSS軟件采用皮爾遜（Pearson）系數和斯皮爾曼（Spearman）系數，對2000-2015年間安徽省各市域生態系統服務價值與建設用地的關系進行分析。

3結果分析

3.1土地利用數量結構變化

2000-2015年間，安徽省的耕地、林地、草地總體呈現下降趨勢，而水域、未利用地、建設用地總體呈現增加趨勢。結合土地利用轉移矩陣可知，由于城市發展所帶來的大量建設需求，安徽省耕地面積不斷減少，約有1745km2的耕地轉化為建設用地，占耕地減少量的85.92%。同時有將近18km2的耕地轉化為未利用地，這占到了2015年未利用地總數量的64.29%，可見有相當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用地，分別占增加的70.40%和24.00%，水域的轉化主要得益于自然環境的變化以及土地整治，而建設用地的轉化則來源于耕地占補平衡等相關政策的完善與推進。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，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張的過程中被侵占破壞，根據轉移矩陣可知，約將近90.10%的林地轉化均為向耕地的轉變，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%由耕地轉化而來，但在草地轉化為其他地類中，有88.68%的草地轉化為建設用地，建設用地不斷的擴張是導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，占轉化為水域各地類總面積的96.73%。水域則主要轉化為耕地與建沒用地，分別占水域轉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展的時期，建設用地的需求旺盛，導致大量地類轉換為建設用地，各地類轉化為其他地類總面積中占比最高的就是轉換為建設用地。但就建設用地的增加而言，其主要來源還是耕地，15年間耕地的轉換占建設用地增加量的92.72%，耕地保護與城市建設發展之間的矛盾依舊是安徽省土地利用的主要矛盾，協調二者關系是未來土地利用管理的核心任務。未利用地在2000-2010一直保持在較低的數量，但2010-2015年間其數量增加了6倍，其增加來源主要是耕地與林地，可見隨著城鎮化的持續發展，生態環境保護的壓力也不斷增加。（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用地的轉換為主，轉換為建設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，而皖南的大部分地區以及皖西地區由于地理環境的限制以及經濟發展的相對滯后，建設用地需求較小，耕地轉換為建設用地的數量較少。皖北地區的淮北、淮南、蚌埠也是耕地向建設用地轉換較為集中的地區。林地的減少主要以林地轉換為建設用地為主，其分布較為離散，這一轉換主要在皖南山區以及皖西地區較為活躍，銅陵與池州兩個市是林地轉換為建設用地的主要地區，這可能與兩地的礦產資源的開采密切相關。草地向其他地類的轉換主要以草地轉換為建設用地為主，與林地轉換為建設用地一致，銅陵、池州兩市的轉換最為明顯，宿州、淮北也有較為零散的分布。建設用地的減少主要來源于建設用地向耕地的轉換，這一轉換在皖北地區較為集中，皖南地區相對較少，合肥、六安也有零星分布。水域主要轉化為建設用地和耕地，水域轉化為建設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換而來，其自身數量相對穩定，幾乎不發生向其他地類的轉換，這與未利用地自身難以被開發的性質有關。（圖1）

3.3生態系統服務價值變化分析

3.3.1生態系統服務價值時間變化分析。2000-2015年年安徽省生態系統服務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，安徽省生態系統服務價值分別減少了3.03億元、12.67億元、19.63億元，減少的數量不斷增加，從側面反映了安徽省土地利用結構變化的不合理。由于具有生態負效應的建設用地對耕地、林地等具有顯著生態正效應地類的侵占，安徽省的生態環境面臨著越來越大的壓力。

從生態系統角度，各生態系統的貢獻率排序如下：森林>農田>水體>濕地>草地>荒漠，而城市聚落生態貢獻率為負，有著顯著的生態負效應。森林是生態貢獻率最高的生態系統，其貢獻率一直穩定在43%以上，并且穩中有升。農田的貢獻率不斷下降，大量的耕地轉換為建設用地，二者的生態服務貢獻之差深刻影響著安徽省生態系統服務價值的變化。建設用地的負貢獻率逐漸增加，建設用地不斷增加給生態系統服務價值總量的穩定帶來了巨大沖擊。草地和水體生態系統的貢獻率相對比較穩定，安徽省荒漠生態系統面積較少，對生態系統服務價值的影響有限（見表3）。

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

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

3.4土地利用與生態系統服務的相關分析

因為建設用地對生態系統服務的影響顯著且各地類向其轉換最為活躍，分析建設用地面積變化與生態系統服務之間的關系。計算得出各市域2000-2015年間建設用地面積變化和生態系統服務價值變化，從而根據SPSS 22.0軟件分析土地利用變化與生態系統服務價值的關系。首先要對各變量進行正態性檢驗，其K-S結果的.sig值均大于0.05，說明各變量均符合正態分布。在相關檢驗中分別選取了person系數和speraman系數進行檢驗，其檢驗結果如下：

2000-2015年安徽省建設用地的變化量與生態系統服務價值變化量的相關性為顯著負相關，皮爾遜系數和斯皮爾曼系數的值分別為-0.832和-0.597，說明建設用地的快速增加導致了生態系統服務價值量的減少（見表5）。

4結論與討論

4.1結論

（1） 2000-2015年，安徽省耕地、林地、草地面積減少，而建設用地、水域、未利用地面積增加。其中減少的耕地主要轉換為建設用地，15年間建設用地數量增加了1882km2。除耕地以外，增加的建設用地主要來源于林地、草地的轉換，這導致了林地、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年安徽省生態系統服務價值呈下降趨勢，在15年間共減少35.34億元，主要原因在于土地利用結構的不合理造成的生態系統服務功能的減弱。各生態系統的貢獻率排序如下：森林>農田>水體>濕地>草地>荒漠，一級生態系統服務功能中除文化服務外生態系統服務價值均有所減少，水源涵養、廢物處理、土壤形成與保護是三項主要的二級生態系統服務功能，共占生態系統服務總價值的42%以上。安徽省生態系統服務價值空間分布有著明顯的地域差異，皖西大別山區、皖南山區生態系統服務價值較高，合肥以及皖北部分城市生態系統服務價值較低。

（3）安徽省各市的生態系統服務價值與建設用地面積呈負相關關系，建設用地的大量增加給生態系統服務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環境，優化土地利用結構，平衡生態與發展建設需求成為保護生態環境的關鍵。森林、水體、濕地這些對生態環境有著重要意義的生態系統應當重點保護;充分考慮產業結構、資源稟賦的區域差異，從整體的角度協同優化現有的生態環境保護政策;逐步構建完善生態補償機制，實現生態保護區與受益區的協調發展;合理制定相關規劃，明確三生空間的界線，嚴格限制建設用地的無序擴張。

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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。

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