叶　鹏，颜慧慧，王凤霞

(海南大学 旅游学院，海南 海口 570228)



基于土地利用变化的三亚市生态系统服务价值研究

叶鹏，颜慧慧，王凤霞

(海南大学 旅游学院，海南 海口 570228)

摘要：基于MapGISK9，选取2004年、2009年和2014年3期Landsat遥感影像为主要数据源，运用土地利用动态度模型、土地利用程度指数和Costanza生态系统服务价值计算公式，研究了三亚市生态服务价值及其敏感性对土地利用变化的响应.研究表明2004～2014年三亚市土地利用变化的主要趋势是林地和耕地向建设用地和园地转化；三亚市2014年生态服务总价值较2004年减少了2.834亿元，变化率为-3.98%；人均生态系统服务价值同样为下降趋势.

关键词：生态系统服务价值； 土地利用/覆被变化； 敏感性指数； 旅游发展典型区； 三亚市

生态系统服务功能是指人类直接或间接获取的来源于生态系统的产品和服务，涵盖了生态系统提供的自然资本及其对应的生态价值[1].陆地生态系统的载体是土地，土地利用类型是生态系统类型在土地利用中的表现形式.土地利用变化的影响不仅仅局限于地表景观结构的改变，还会影响地区能量流动和物质循环，对最终作用于区域生态功能而产生深刻影响[2].因此，合理利用土地资源对维持生态服务功能起着决定性作用，研究土地利用变化对生态系统服务价值的影响具有重要意义.谢高地[3]等在Costanza等制定的评估方法基础上，结合中国国内实际，提出了生态系统生态效益评价权重因子表的概念，利用货币直接反映出青藏高原地区生态系统提供的生态服务功能.KroegerT[4]等利用以市场为基础的评估方法对农田生态系统进行了评估.肖思思[5]等综合运用生态经济学、环境经济学和资源经济学的学科理论与方法，对镇江市城市湿地主导生态服务功能进行了价值量化评估.李正[6]等采用生态系统服务价值评估模型和灰色预测模型，估算了生态系统服务价值的变化，并对未来区域土地利用结构及其生态系统服务价值变化进行灰色预测.刘永强[7]等结合中国实际情况对生态服务价值系数进行了修正，探讨了1995～2010年湖南省土地利用转型导致的生态系统服务价值变化.宋文飞[8]等认为资源与环境经济学兴起，经济学方法在生态系统服务价值评估中被广泛运用，在此基础上构建生态系统服务指数，有助于推动“绿色财富革命”.梳理现有研究可以发现，目前国内针对生态系统服务价值的研究区域多集中于经济发达或生态环境脆弱的地区，鲜有研究针对以旅游发展为主要驱动机制的区域，良好的生态环境对于区域旅游可持续发展十分必要，因此其生态服务功能更易受到土地利用变化影响.本研究以三亚市为例，定量分析和评价旅游发展典型区域土地利用覆被变化对地区生态服务价值的影响，有助于为制定区域土地利用政策提供借鉴，促进当地土地资源合理开发.

1研究区概况

三亚市别称鹿城，地理位置在北纬18°09′34″～18°37′27″、东经108°56′30″～109°48′28″，地处海南岛最南端，年平均气温25.7 ℃，年平均降水量1 347.5mm，属于热带季风性气候，被誉为“世界上最适合人类居住的城市”[9].三亚市区三面环山，东邻陵水县，西接乐东县，北毗保亭县，南临南海，境内海岸线长258.65km，有大小港湾19个.

三亚市是我国唯一的热带滨海旅游城市，其借助优越的区位条件、自然资源条件及特区政策优势，已经形成了以第三产业为主导的区域发展模式.2010年后，伴随着海南国际旅游岛建设，三亚市旅游发展转型升级也取得显著成效.2013年全市共接待过夜游客1 228.40万人次，增长11.5%，其中国内游客1 180.21万人次，入境游客48.19万人次，全年实现旅游总收入233.33亿元，增长21.4%.

2三亚市土地利用变化分析

2.1数据来源及处理选用三亚市2004年、2009年Landsat5TM和2014年Landsat8OLI，条带号为124/47的遥感影像作为基础数据，《三亚统计年鉴2013》、《海南统计年鉴2014》和《三亚市土地利用总体规划(2006—2020年)》(以下简称“规划”)为社会统计数据源，运用MapGISK9软件完成对遥感影像的解译，获得土地利用动态变化信息.参照三亚统计年鉴和规划中三亚市土地类型的划分，并依据我国遥感解译分类标准和实际土地利用特点，最终将研究区的土地类型划为耕地、建设用地、林地、园地、水域和滩涂共6种.

2.2土地利用变化评价方法

2.2.1土地利用动态度土地利用动态度是指土地类型的变化速度，用于表示一定时间范围内某种土地类型的数量变化.该项指标通常被用作分析不同区域间或土地利用类型间的变化差异，也可用于对土地利用变化趋势的预测[10]，其表达式为

(1)

其中，K为研究时段内某一土地类型的土地利用动态度；Ua为研究期初土地利用类型数量；Ub为研究期末土地利用类型数量；T为研究时间范围.

2.2.2土地利用程度依据刘纪远[11]提出的土地利用程度综合指数评价方法，将土地利用程度按照土地作为自然综合体在社会因素影响下保持的自然平衡状态分为4级，并分别赋予指数(如表1所示)，进而提出了数量化的土地利用程度综合指数表达式.土地利用程度综合指数为

(2)

其中，La表示土地利用程度综合指数；Ai为i种地级土地面积，At为研究区域总面积，Pi表示i种地级土地的面积比重；Ci表示i种地级土地利用的分级指数；n表示土地利用程度分级的总数.

表1　土地利用程度分级赋值

2.3三亚市土地利用结构变化在本文土地利用分类体系下分析三亚市2004～2014年间土地利用变化情况，如见表2所示.三亚市土地利用以林地和园地为主，其面积占土地总面积的70%以上.全市土地利用变化的总趋势为：园地、水域、建设用地和滩涂等地类面积增加，而耕地和林地的面积缩减，其中水域、建设用地和滩涂增加速度较快，园地面积增加相对平稳，林地面积减少较为显著，耕地面积减少幅度较小.

2004～2014年三亚市耕地面积由26 077.22hm2减少到21 018.92hm2，但是耕地面积缩减的态势在近5年得到缓解，2009年后耕地面积以平均每年1.12%的速度增加；林地面积持续减少，比重由原先的54.86%减少到39.64%，但仍是三亚市最主要的土地类型；园地和建设用地面积不断增长，园地增加的绝对值较大，共增加了14 364.32hm2，建设用地增加的速度较快，平均年增速为13.97%；水域和滩涂面积在2004～2009年期间迅速扩大，主要得益于宁远河大隆水库及其他相关水利设施的修建，增大了宁远河蓄水面积，同时政府也日益重视对于滩涂保护，2009～2014年间水域和滩涂面积小幅减少，基本保持平稳.

用2004～2009年和2009～2014年2个时间段区分，研究区分布的6种土地利用类型在2004～2009年间的变化更明显，动态度的绝对值全部大于相对应的2009～2014年数值.2004～2009年，水域动态度最大，达到了51.55%，其余依次是建设用地、滩涂和园地，林地和耕地动态度呈负值，耕地最小为-4.74%；2009～2014年，建设用地动态度最大为5.69%，其次是耕地和园地，滩涂、水域和林地动态度呈负值，林地最小为-1.18%.因此，建设用地和园地的面积在2个时间段都增加，水域和滩涂先增加后减少，耕地先减少后增加，而林地面积一直处于减少状态.

表2　三亚市2004～2014年土地利用及变化情况

2.4土地利用程度变化分析根据式(2)，分别计算得到三亚市2004年、2009年和2014年的区域土地利用程度指数，如图1所示.2004～2009年，三亚市的土地利用程度指数从243.08上升到252.40，增长了3.83%；2009～2014年，三亚市的土地利用程度指数继续上升到258.32，增长了2.34%.结果表明2004～2014年，三亚市总体土地利用程度不断上升，但在2009年后增长率放缓，这主要由于土地利用指数较高的建设用地和园地面积增长放缓，也表明三亚市的土地利用还在不断调整中.

图1　三亚市2004～2014年土地利用程度综合指数变化

2.5旅游发展对土地利用的影响分析从土地利用变化的规模和速度上看，三亚市土地利用在2004～2009年变化幅度较大，而在2009年后土地利用的变化强度和规模则逐渐下降，土地利用程度变化也是如此，说明三亚城市发展对土地利用的需求相对减缓.比照三亚市的旅游发展过程，其土地利用变化与旅游发展规划之间存在着显著的相关性.1987年三亚市升格地级市时提出了建设旅游城的目标，为了配合旅游业发展，并得益于经济特区政策支持，建设了一大批旅游配套设施，城市基础设施也得到完善.经过多年发展，三亚旅游取得了很大提升，但是由于缺乏科学规划和有效管理，发展模式较为粗犷，旅游园区土地利用粗放.2010年1月4日，国务院发布《国务院关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》，标志海南国际旅游岛建设正式上升为国家战略层面.之后《三亚市旅游发展总体规划(2008—2020年)》、《三亚市城市总体规划(2008—2020)》、《三亚市海洋旅游发展规划(2012—2022)》相继出台，均明确了把三亚建设成为“国际性热带海滨风景旅游城市”的目标定位，并着眼于城市建设和生态保护的关系，将市域空间划分为禁建区、限建区、适建区和已建区，其中禁建区占市域总面积的79.9%，原则上禁止与保护无关的建设活动，又按照土地利用功能，将滨海地区作为旅游产业用地，中部地区作为热带农业发展用地，北部作为生态保护用地，还特别指出要合理控制旅游地产的开发，需要服从基本农田保护和生态环境建设的目标.

总体来看，三亚市一直将旅游产业作为其城市发展的重点产业加以培育，伴随城市化建设和旅游发展水平的提升，三亚市土地利用呈现出建设用地、园地规模上升，林地和耕地类型面积缩减的趋势.但近年来出台的一系列政策，让城市的旅游发展理念出现转变，由原先的注重旅游经济数据的增长转变为关注生态旅游可持续发展，城市和旅游用地建设更加注重厚度，进一步完善各类已建区域设施配置，提高综合品质，导致了土地利用变化放缓.

3三亚市生态系统服务价值估算及变化分析

3.1生态系统服务价值评估方法

3.1.1生态系统服务价值评估模型研究生态服务价值的计算依据Costanza研究原理[12]，参照谢高地[13]等修订后的中国陆地生态系统单位面积服务价值当量表，结合三亚市单位面积粮食生产价值获取研究区各地类单位面积生态服务价值系数.在进行三亚市生态系统服务价值的核算时，对土地利用类型进行归类，具体如下：耕地对应农田；园地参照吴克宁[14]的研究取森林和草地的平均值；林地对应森林；水域对应河流湖泊；建设用地参照Costanza等专家的思路，将其生态价值系数取为0；滩涂对应湿地[15].生态服务价值计算方法为

(3)

其中，ESV表示生态系统服务功能总价值；VCi表示i类土地利用类型生态服务价值系数(元·hm-2)；Ai代表研究区内第i种土地利用类型的面积/hm2；n为土地类型的数目.

3.1.2人均生态服务价值占有量该项指标用于分析生态系统服务功能与人口之间的相互关系[16]，计算公式为

(4)

其中，Ave(ESV)表示人均生态服务价值占有量；N代表研究区人口数量.

3.1.3敏感性指数敏感性指数用以确定ESV随时间的变化对VC的依赖程度，并验证以上研究结果的可行性[17].敏感性指数计算公式为

(5)

其中，CS为敏感性指数；n ，m分别为系数向上调整和向下调整.CS表明了ESV对于VC的依赖程度，CS数值愈大，ESV对VC依赖程度愈高，对VC变化也愈敏感.若CS>1，则ESV富有弹性，ESV对VC变化敏感；若CS<1，则ESV缺乏弹性，ESV对VC变化不敏感，代表研究结果可信.

3.2三亚市生态系统服务价值估算依据三亚统计年鉴中公布的2004～2012年数据，三亚市2004～2012年的平均粮食作物产量为4 249.11 kg·(hm2·a)-1，国家统计局公布的2010年全国平均粮食价格为2.73元·kg-1，计算可得三亚市生态系统服务价值当量因子的经济价值量为1 657.15元·(hm2·a)-1.经过调整，最终得到三亚市单位面积生态系统服务价值系数，如表3所示.

表3　三亚市各土地利用类型单位面积生态服务价值系数　　元·(hm2·a)-1

3.3生态系统总价值变化2004～2014年三亚市生态系统服务价值详见表4和表5.2004～2009年，生态系统服务价值总量基本保持稳定，但是构成比例发生了变化.林地依然占据主导地位但是比重减少了14.58%，园地和滩涂的比重得到了较大提升，对整体变化的贡献率分别为19.94%和16.93%，弥补了林地面积减少带来的价值损失.2009～2014年，总价值由710.10×107元减少到683.38×107元，减少了26.72×107元，林地生态系统服务价值降低最大，对整体价值变化的贡献率也最大，达到了78.43%，其他土地类型的价值变化不大，耕地和园地分别增长了5.64%和1.46%，水域和滩涂分别下降了3.66%和2.24%.

用2004～2009年和2009～2014年2个时间段区分，2004～2009年对于生态系统服务总价值变化贡献率最大的为林地，贡献率为46.75%，其次是园地、滩涂和水域，贡献率最小的是耕地，贡献率为3.61%；2009～2014年贡献率最大的依然是林地，贡献率升高到78.43%，其次是园地、滩涂和耕地，贡献率最小的是水域，为4.13%.因此，林地和园地2类土地利用类型对于三亚市生态安全具有极为重要的意义，特别是林地，其价值量变化对总价值的影响非常显著.

从人均生态服务价值占有量来看，2004～2009年园地、水域和滩涂的人均服务价值都有增加，耕地和林地出现减少；2009～2014年只有耕地人均服务价值增加，其他土地类型全部减少，与生态系统服务价值总量变化趋势相同，三亚市人均生态系统服务价值也一直在衰退，2004年人均价值为14 023.48元，2009年为12 747.40元，2014年为11 845.23元，原因是由于三亚市人口总数持续增长，更多的人共享区域内生态系统服务.同时还表明2004～2014年三亚市生态环境建设的速度慢于人口增长速度，未来三亚要建设生态和谐的旅游城市，适度控制人口总量也是重要的方面.

3.4敏感性分析根据式(5)，将研究区各土地利用类型的生态价值系数VC分别上下调整50%，可以得到三亚市不同年份生态系统服务总价值的敏感性指数(如表6所示)，用于分析三亚市各类土地类型数量变化对生态服务价值变化的重要程度.结果显示三亚市各土地类型的CS值均小于1，CS最低的为水域，数值为0.01～0.03，即当水域生态价值系数增加1%时，总价值会相应增加0.01%～0.03%；最高的为林地，数值为0.34～0.50，即当林地生态价值系数增加1%时，总价值相应增加0.34%～0.50%.其余敏感性指数由低到高为耕地、滩涂和园地，说明研究区内各土地类型的ESV对VC是缺乏弹性的，表明研究结果可信.除此之外，园地、水域和滩涂的CS增加，反映出这些土地类型VC的变化对ESV产生的作用被放大，与其近年来面积上的增加也保持一致.

表4　三亚市2004～2014年生态系统服务价值总量变化

表5　三亚市2004～2014年人均生态服务价值　　元

注：2004、2009年人口数据来源于2013年三亚统计年鉴，2014年人口数据来源据2014年海南统计年鉴.

表6　三亚市生态服务价值敏感性

3.5生态系统服务价值对土地利用变化的响应旅游作为地区发展的驱动力之一，并不直接影响生态系统服务价值的变化，而是通过带动土地利用的变化间接对生态系统服务价值产生作用.旅游发展促进土地利用由非建设用地向建设用地转化，依照现有生态系统服务价值评价方法，建设用地生态价值系数为0，因此在进行价值总量估算时价值量减少成为必然趋势.三亚市生态系统服务价值总量的减少，主要是由于1)林地面积减少.林地是三亚市主要土地利用类型之一，同时生态价值系数较高.虽然同为主要土地利用类型之一的园地面积不断增加，但是增长面积不及林地减少面积，并且生态价值系数较低，因此园地增加不能弥补林地减少带来的生态服务价值减少.2)生态价值系数较高的滩涂和水域面积比重低，对生态服务总价值的贡献率有限，但通过牺牲生态利益换取短期的旅游经济效益本身不可取，生态质量下降后会影响游客体验，降低旅游地的吸引力.因此在三亚市未来发展中，扭转目前生态系统服务价值不断下降的趋势尤为重要.

4讨论

1) 2004～2014年三亚市土地利用结构变化显著，林地面积减少数量最多，但仍为区域最主要的土地类型；建设用地和园地面积增长迅速；耕地面积缩减的趋势得到扭转，近年出现小幅增长；水域和滩涂得益于水利工程的修建和保护政策的实施，2014年水域和滩涂面积较2004年有较大增加，近年趋于稳定.三亚市总体土地利用程度不断上升，反映出城市发展过程中农用地被建设用地侵占的必然现象.

2) 三亚市土地利用变化受到其旅游规划影响显著，土地利用方式的改变主要围绕旅游业发展而展开.国际旅游岛建设之前，由于缺乏科学规划和有效管理，发展模式粗犷，土地利用变化规模幅度较大.国际旅游岛建设之后，随着一系列规划政策的出台，三亚市旅游发展理念出现转变，追求旅游发展和生态保护之间的关系和谐，土地利用变化放缓.

3) 三亚市的生态系统服务总价值在2004～2014年呈现小幅度下降趋势，人均生态系统服务价值占有量逐年下降.旅游发展并不直接作用于生态服务价值变化，而是通过影响土地结构改变带动生态服务价值的变化，对于三亚而言，林地和园地的面积变化是引起生态服务价值变化的关键因素.因此在未来发展中，要注重对林地、园地生态系统的管理和保护，还需防止水域和滩涂等生态价值系数较高的生态类型被破坏，同时适度控制人口总数.

4) 生态环境客观上影响旅游地的吸引力[18]，三亚市作为旅游城市，生态环境对于城市发展就更为重要，但是近年来生态系统服务价值总量减少，不利于三亚旅游的可持续发展.应充分利用三亚自然山水条件，严格控制重要山体水系和沿海林业的开发强度，合理利用滨海沿岸地带，适当增加自然保护区，确保生态服务总价值的稳定.对于内生型或原生型的旅游景区，应采取特殊的专项旅游开发方式，限制旅游活动规模，同时强调完善三亚市区的生态绿地系统，增加绿化带和城市公园的建设，弥补林地减少的生态损失，科学编制土地利用规划，使三亚生态系统服务总价值稳中有升，以便吸引更多旅游者前来游览，加快海南国际旅游岛建设目标的实现.

5结束语

目前许多研究对于建设用地的生态系统服务价值不予考虑，与目前大部分的相关研究一样，借鉴了谢高地等学者提出的陆地生态系统服务价值当量.但当研究区域选择在旅游城市时，一方面建设用地比重较大，另一方面旅游景区、旅游配套设施等旅游建设用地与生态系统联系密切，至少在气候调节、提供美学景观等方面提供了生态服务功能，因此直接引用现有的估算方法并不准确.今后应进一步完善建设用地生态系统服务价值当量的研究，提高评估工作的可靠性.

参考文献：

[1] 尹锴,赵千钧,文美平,等. 海岛型城市森林景观格局效应及其生态系统服务评估[J]. 国土资源遥感,2014,26(2):128-133.

[2] 李进鹏,王飞,穆兴民,等. 延河流域土地利用变化对其生态服务价值的影响[J]. 水土保持研究,2010,17(3):110-114.

[3] 谢高地,鲁春霞,肖玉,等. 青藏高原高寒草地生态系统服务价值评估[J]. 山地学报,2003,21(1):50-55.

[4] Kroeger T, Casey F. An assessment of market-based approaches to providing ecosystem services on agricultural lands[J]. Ecological Economics,2007,64(2):321-332.

[5] 肖思思,吴春笃,储金宇,等. 城市湿地主导生态系统服务功能及价值评估—以江苏省镇江市为例[J]. 水土保持通报,2012,32(2):194-199,205.

[6] 李正,王军,白中科,等. 贵州省土地利用及其生态系统服务价值与灰色预测[J]. 地理科学进展,2012,31(5):577-583.

[7] 刘永强,廖柳文,龙花楼,等. 土地利用转型的生态系统服务价值效应分析—以湖南省为例[J]. 地理研究,2015,34(4):691-700.

[8] 宋文飞,李国平,韩先锋. 生态系统服务价值化:经济理论脉络及现代解读[J]. 科技管理研究,2015,35(9):244-249.

[9] 王介勇,刘彦随. 三亚市土地利用/覆被变化及其驱动机制研究[J]. 自然资源学报,2009,24(8):1 458-1 466.

[10] 朱会义,李秀彬,何书金,等. 环渤海地区土地利用的时空变化分析[J]. 地理学报,2001,11(3):253-260.

[11] 刘纪远. 西藏自治区土地利用[M]. 北京:科学出版社,1992.

[12] Costanza R, D’arge, DE Groot R, et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J]. Nature,1997,387(6630):253-260.

[13] 谢高地,甄霖,鲁春霞,等. 一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J]. 自然资源学报,2008,23(5):911-919.

[14] 吴克宁,赵珂,赵举水,等. 基于生态系统服务功能价值理论的土地利用规划环境影响评价—以安阳市为例[J]. 中国土地科学,2008,22(2):23-28.

[15] 苗海南. 基于RS的渤海沿岸近20年生态系统服务价值变化分析[D]. 天津:天津师范大学,2014.

[16] 董美娜,杨琳,粟练灵,等. 基于土地利用变化的生态系统服务价值及敏感性研究—以大庆市为例[J]. 安全与环境学报,2014,14(4):330-333.

[17] 周妍. 基于土地利用变化的生态系统服务价值研究—以晋城市为例[D]. 北京:中国地质大学,2014.

[18] 叶鹏,王凤霞. 旅游者对海洋环境影响的建模与仿真[J]. 海洋开发与管理,2015,31(1):108-112.

Ecosystem Service Values Based on the Land Use and Land Cover Change in Sanya

Ye Peng, Yan Huihui, Wang Fengxia

(College of Tourism, Hainan University, Haikou 570228, China)

Abstract：Based on the MapGIS K9 software, the three periods Landsat satellite remote sensing images of Sanya City (2004, 2009 and 2014 year) were used as the main data source, and the land use dynamic degree model, the land use degree index and the calculation formula of Costanza ecosystem service values were used to analyze the response of ecosystem service values, sensitivity index to the land use change characteristics. The results showed that from 2004 to 2014, in Sanya, the main trend of land use structure is the transition from woodland and farmland to construction land and garden plot; compared with that in 2004, the total ecosystem services value in 2014 is decreased by 3.98%; the ecosystem services value per person appears to be decreased.

Keywords：ecosystem service values; land use and land cover change; sensitivity index; the typical tourist development area; Sanya City

收稿日期：2015-06-08

基金项目：海南大学中西部高校提升综合实力计划—研究生联合培育与访学项目；国家软科学项目(2013GXS4D140)；海南省自然科学基金(413122)

作者简介：叶鹏(1991-)，男，安徽马鞍山人，2013级硕士研究生，研究方向：旅游规划与开发、旅游地理信息系统，E-mail：yep730@163.com 通信作者： 王凤霞(1975-)，女，山东东明人，教授，博士，研究方向：旅游地理信息系统、旅游规划与开发、旅游景观学，E-mail：summer_wangfx@126.com

文章编号：1004-1729(2016)01-0051-08

中图分类号：X171.1；F293.2

文献标志码：ADOl：10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2016.0009