韩紫薇，林叶彬，蒋玉爽，周 延

(1.西华师范大学 地理科学学院，四川 南充 637001；2.四川省宜宾市农业科学院，四川 宜宾 644000)

1 引言

生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成的、维持人类生存的自然环境条件及其效用[1,2]。社会、经济可持续发展主要受到生态系统服务可持续供给的影响[3]。科学评估生态系统服务价值(Ecosystem service value，ESV)并定量描述其时空演化特征，对区域制定合理的生态环境保护政策具有重要意义[4]。20世纪90年代，美国学者Costanza等[5]最先提出了ESV的评估模型，为之后国内外的研究提供了原理与方法支撑。随后国内学者谢高地等[6]在此基础上，立足国情，建立了适合中国生态系统的“中国陆地ESV当量表”，并进行了修正和改进，从理论层面为我国ESV评估分析提供了有效支撑，在国内应用日益普及。

土地利用/覆盖变化(land use and cover change，LUCC)是自然环境变化及人类社会对于地表覆盖改造的体现，会决定性影响到生态系统服务功能变化[7]，人类活动对环境系统的影响能够直接反映在其中[8]。LUCC是全球变化与可持续发展研究的重要组成部分[9]，它对生态系统服务的影响已得到广泛的证明[10]，并与生态系统服务之间的关系愈加密切。深入研究LUCC及其对ESV的影响，对优化区域土地利用，维护生态安全，促进区域可持续发展至关重要。

宜宾市是我国长江上游山丘区的重要生态敏感区和水生生物保护区，具有战略发展的区位优势。在城市发展过程中，迅速转变区域土地使用模式，会增加生态系统服务功能衰退的风险。因此，分析宜宾市的生态服务功能和土地利用变化关系，探讨各地类生态服务功能价值，有利于促进长江上游生态屏障建设。本文以Costanza、谢高地等的研究成果为基础，选取2000～2019年间3期遥感影像数据，对宜宾市近20年的土地利用变化和ESV的时空变化进行解析，探究了20年来土地开发活动与ESV间的关系，为宜宾市未来土地利用规划与生态系统可持续发展提供科学依据。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

宜宾市地处长江经济带的战略交汇点、云贵高原与四川盆地过渡区域，地理坐标为东经103°36′～105°20′，北纬27°50′～29°16′，幅员面积13283 km2，是四川省辖地级市，成渝城市群沿江城市带区域中心城市，生态地位十分重要。全市地貌以丘陵和中低山地为主，喀斯特地貌广布，境内海拔最高点屏山县五指山主峰老君山(2008.7 m)为川南最高峰。气候为亚热带湿润季风气候，雨热条件好，年均温约18 ℃，年均降水量约1050～1618 mm。境内河流众多、水资源丰富。金沙江、岷江在此汇和后始称长江，横贯于市境北部。

2.2 数据来源

从中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)获取了2000、2010、2019年3期土地利用数据，将土地利用类型分为建设用地、草地、林地、耕地、水域、未利用土地，空间分辨率为30 m。在ArcMap软件环境下进行遥感解译，判读各时期Landsat TM/ETM遥感图像数据，再通过野外实地核查验证解译成果。研究区和全国的粮食价格、单位面积产量等数据来源于各年份《四川省统计年鉴》以及《中国农产品价格调查年鉴》。

3 研究方法

3.1 土地利用转移矩阵

土地利用类型转移矩阵用于反映研究时段初至末宜宾市各用地类型面积间相互转化的动态过程[11]，其表达式为:

(1)

式(1)中：S为土地面积；n为土地利用的类型数；i，j分别为研究期间开始与结束时的土地利用类型。

3.2 ESV评估

本文采用当量因子法进行评估，以谢高地等[12]修订的“中国陆地生态系统单位面积ESV当量”为基础。为增加分析可靠性、真实性，本文结合宜宾市经济、社会的整体发展状况，本地化修正了单位面积粮食产量创造的经济价值。具体为以下几个方面：

①谢高地等的研究中，对我国不同地区的农田生态系统生物量因子进行修正计算，得到四川省的生物量因子为1.35[13]；②将土地利用类型与最接近的生态系统对应；③根据四川省统计年鉴等资料，得到宜宾市2000～2019年间平均粮食产量为5006.51 kg/hm2及2019年粮食市场价格为2.7元/kg，当量因子法认为，1个标准单位ESV当量因子的经济价值，约为本地平均粮食单产市场价1/7[6]，计算得出宜宾市单位农田食物生产的ESV为1931.08元/hm2，其次得到宜宾市ESV系数，以修正过的ESV表为计算基础，ESV的计算公式为:

(2)

(3)

式(2)、(3)中：ESV为生态系统服务价值；Vi为某单一土地类型i的ESV系数；Ai为某单一土地类型i的面积；ESVk为第k项ESV；Vki为第i种土地类型的第k项ESV。

3.3 ESV敏感性分析

为了充分反应ESV对各地类的生态价值系数的依赖程度[14]，引入ESV敏感性指数(coefficient of sensitivity，CS)。本文将不同生态价值系数在原来的基础正、负调整50%[15]，计算调整的ESV的变动数值大小。公式如下：

(4)

式(4)中：CS为敏感性指数；ESVm、ESVn为调整前后的生态系统服务价值；Vn、Vm为调整前后的价值系数；l为某土地利用类型。若CS>1，说明ESV对于生态价值系数是富有敏感性的，敏感性指数越大，表明生态价值系数的准确性越重要[16]。

4 结果与分析

4.1 土地利用变化

耕地、林地为宜宾市2000～2019阶段土地利用的主体类型，林地约为总面积的32%，耕地占比约61%。宜宾市土地利用变化总趋势表现为建设用地、水域、林地数量增加，耕地、草地数量减少，未利用地面积维持相对稳定。建设用地共增加了12538 hm2，耕地共减少了17912 hm2，分别是增幅最多和减幅最多的土地利用类型，同时也是增长速度最快和减少速度最快的土地利用类型。这是由于区域发展、城市化提速，人口数量增多，建设用地陆续侵占草地和耕地等。境内向家坝水电站的建设使库区水位抬升，淹没河岸耕地，致使水域面积有所增加。

由图1可知，宜宾市建筑用地增量显著，主要集中在市域中部，且较多分布在沿江流域地区。草地和林地集中在西部、南部中低山地区域，耕地集中分布在东北方向平原丘陵区域，耕地减少地区主要在岷江、金沙江和长江沿岸。

由表1可见，耕地、林地与其它土地类型转换中较为强烈，耕地转出数量较多，转出到林地、建设用地面积较大，主要原因是这一阶段城市化发展进程加快，城镇规模加速扩张，耕地面积减少，建设用地面积增加；部分林地转出到耕地，而林地的总体增加又主要依靠耕地、草地的转化，这说明西川省大面积进行退耕还林还草的工作，对区域的环境有所改善，但耕地占用林地、草地的现象也依然存在。

图1 2000～2019年宜宾市土地利用类型分布

表1 2000～2019年宜宾市土地利用转移矩阵 hm2

4.2 ESV的变化

4.2.1 ESV总体变化

根据宜宾市土地利用数据，得到2000～2019年宜宾市各类土地利用类型ESV变化情况。宜宾市的ESV总体在缓慢增加，变化率0.58%，累计提高2.99亿元。分析不同的土地利用类型，其ESV的关键在于林地，林地ESV占比在60%以上，其次为耕地、水域和草地。耕地ESV持续减少，累计减少总额为3.68亿元，变化率为-2.18%；林地ESV主要表现出先升后降趋势，总体出现小幅度的上升，变化率为0.17%；草地ESV表现为波动下降的趋势，变化率为-1.45%；水域ESV整体增加，变化率35.48%，累计提高约6.35亿元，水域虽然面积占比小，但其产生的ESV较大，因而所占比例也较大；未利用地占比较少，主要表现为先升后降趋势，对ESV总量影响小。

4.2.2 单项ESV变化

宜宾市单项ESV及其变化如表2所示，由表2可知，宜宾市单项ESV以保持土壤和维持生物多样性为主，其次为水文和气候调节等。表明宜宾市总体的植被覆盖和植被生产力良好，且动植物资源丰富。研究期间，除水文调节、废物处理、娱乐文化和维持生物多样性服务价值上升，其余服务价值呈下降趋势，单项ESV中增加量最多的是水文调节的功能，价值共增加了2.32亿元，变化率为3.23%，其次是废物处理功能，价值共增加了1.44亿元，变化率为2.54%，这2个功能价值主要由水域面积提供，水域面积增加，直接影响了宜宾市总体ESV的增加。各单项ESV中减少量较多的是保持土壤和食物生产，主要是因为研究期间耕地、草地面积的减少所造成的。

表2 2000～2019年宜宾市土地单项ESV

4.2.3 ESV空间变化

基于1 km×1 km网格单元统计的ESV进一步探究宜宾市 ESV的空间分布特征，根据自然断点法从低到高对研究区ESV划分5个等级(单位为106元/hm2)：分别为低ESV区域，较低ESV区域，中等ESV区域，较高ESV区域，高ESV区域(≥6.19)。

从空间分布来看，宜宾市ESV东北低、西南高，结合图1分析，研究区ESV的空间分布趋势与地形和土地利用分布基本吻合。从县域尺度来看，ESV的高值区主要集中在屏山县、兴文县、珙县、筠连县的南部，由于长江流经叙州区、翠屏区、南溪区、江安县，水域因子对区域内ESV变化影响较大，所以在长江干流流经区域也形成ESV高值区。两县(长宁县、江安县)三区(翠屏区、南溪区、叙州区)为低值区。

从空间变化来看，宜宾市ESV值在2000～2010年阶段变化较为稳定，少量增加了较高和高 ESV区域，2010～2019年屏山县和高县ESV值增长态势较明显，原因在于1999年实施退耕还林政策后，森林覆盖率提高，全面改善了当地生态环境，以及向家坝水电站库区淹没范围涉及屏山县，在屏山县境内淹没长约93 km，面积约120 km2，水域面积大幅度增加。但翠屏区的ESV逐渐下降，由于城市化进程加快，城市绿地和耕地被城市建设用地所占用，使得该区域的ESV降低。

4.3 生态系统服务敏感性分析

由表3可知，不同生态系统类型ESV的敏感性指数差异明显，从年份差异上来看，同一生态系统类型敏感性指数无明显区别[17]。宜宾市ESV敏感性排序为林地>耕地>水域>草地>未利用地。林地的CS值最高，为0.4358。这是由于林地拥有较高的ESV当量优势，而面积优势则属于耕地。3期ESV敏感性指数均小于1，表明ESV及其系数是缺乏弹性的，即本文估算的ESV可靠。

表3 ESV敏感性指数计算结果

5 结论

本文以长江上游段宜宾市2000～2019年土地利用数据为基础，结合宜宾市具体情况修正ESV当量系数，探究ESV的时空差异，对ESV与土地利用变化之间的关系展开分析。主要结论如下：

(1)宜宾市土地利用类型多样，其中林地、耕地为其土地利用主体类型。2000～2019年，未利用地总量维持相对稳定，耕地、草地数量减少，与此同时，建设用地、水域、林地数量增加。同时各地类相互转换，耕地转成林地、建设用地的比例较高。

(2)宜宾市ESV在2000～2019年表现出缓慢上升态势。林地为ESV构成的主体，占比达60%以上，其次分别为耕地、水域和草地。耕地、草地ESV呈下降趋势，林地ESV先升后降，总体出现小幅度的上升，水域ESV大幅增加，由于水域 ESV系数较高，会决定性影响到ESV的增值。在各项生态系统服务功能中，生物多样性与土壤保持具有更高的价值，水文调节功能变化最大。

(3)2000～2019年宜宾市ESV空间分异呈现西南高、东北低的态势。ESV的高值区主要分布在林地，水域面积较大的区域，低ESV区主要分布在建设用地集中的区域。从空间变化来看，ESV在2000～2010阶段没有明显改变，2010～2019年屏山县和高县ESV值增长态势较为明显，翠屏区的ESV低值区范围有所扩大。

(4)宜宾市在2010～2019年各类土地利用类型敏感性系数均小于1，大小依次为林地>耕地>水域>草地>未利用地。表明宜宾市ESV对其生态服务价值系数缺乏弹性，修正后的系数适用于宜宾市。林地对宜宾市ESV贡献率最大，应把林地作为未来生态环境发展与环保的重点。

6 讨论

地处盆地与高原过渡区域、长江源头的四川省宜宾市，生态环境十分脆弱，长江生态首城的环境保护是我国走生态优先、绿色发展之路的重要示范，将会显著影响整个长江经济带建设[18]。本文基于宜宾市土地利用变化，探究LUCC对ESV的影响。结果表明，宜宾市土地利用在2000～2019年阶段变化比较大，耕地、林地为宜宾市土地利用类型的主体，面积减幅最多的土地类型为耕地，耕地大量转变为建设用地、林地，这与张荞等[19]对宜宾市土地利用变化研究结果相似。区域ESV除了土地利用影响外，区域自身的地形、气候等自然要素以及社会经济、政策制度等人文因素均会对区域的生态系统变化产生一定程度的影响[20]，林地面积增加，可见宜宾市生态建设与保护有一定成效，退耕还草还林、推行天然林保护工程依然是未来工作的重点，要积极促进生态环境建设。

对ESV的评估是生态环境评价与生态补偿的基础。本文以谢高地等的单位面积ESV为基础，依据研究区现状展开相关计算系数修正，得到“宜宾市生态服务价值当量表”；由于森林生态系统相对复杂，因此森林ESV基于生物量参数进行修订。但本研究方法也存在一定的局限性，即在单位面积ESV因子计算方面具有较强的主观性，不同的参数和方法可能使同一研究区产生不同的研究结果，评价结果也较难在实地得到检验。当量因子法指出，任何ESV均无法通过建设用地创造，但实际上，城市绿地成为了生态服务功能评价中不容忽视的因素，将建设用地简单的等同于零或是等同于荒地的做法均不可取[21]，此外，本研究没有进行长时序演变机制分析和未来情景模拟及预测。因此，建立包括建设用地在内的区域ESV科学评估体系，进行研究区长时序演变机制分析及未来情景模拟预测是今后的研究方向。