刘玉婵，汪光胜，胡 阳

(滁州学院安徽地理信息集成应用协同创新中心，安徽滁州239000)

生态系统服务价值（Ecosystem Service Value，ESV）是一种新型生态系统评价指标，最先于1997年由美国学者Costanza等[1]进行了系统性研究，并划分了17个服务功能类别。国内外学者在不同尺度上对ESV进行了研究，获得了丰富的成果[1-5]。我国部分学者基于遥感影像解译数据分析其变化情况[6-7]，进而研究了ESV的影响机制和驱动因子[8-9]，并利用预测模型进行预测[10-11]。在大尺度区域研究中，遥感是获取土地利用类型及相关数据较为经济、高效的手段，为众多学者所应用[12-14]。土地利用/覆被变化对区域的生态系统服务功能的影响是直接的，人类改造土地类型对生态系统服务功能的影响最为显著[15]。因此，本文在前人研究的基础上，基于4期TM影像数据，分析了滁州市2000—2015年土地利用及ESV变化情况，并利用灰色GM(1,1)模型对研究区2015—2025年土地利用面积及ESV变化趋势进行预测，并基于2015年实际值对其进行修正。通过对研究结果的分析，指出滁州市发展过程中土地利用存在的问题，并为滁州市今后几年的发展提供一定的科学依据。

1 研究区概况及数据来源与处理

1.1 研究区概况

滁州市位于安徽省东部，临近南京，背靠合肥，交通便利，区位优越，是皖江城市带的“桥头堡”，同时处于“合肥经济圈”和“南京都市圈”之中，经济发展潜力巨大。近些年来，滁州市经济加速发展，15年间，人均GDP增长超过5倍；滁州市农业用地面积超过总面积的65%，林、草、水面积占比在20%以上，生态环境相对较好。滁州市城镇化发展较快，2015年滁州市人口城镇化率达到49.02%。

1.2 数据来源与处理

采用滁州市2000、2005、2010和2015年4期Landsat TM、ETM遥感影像数据，每期数据包含4幅影像，地面分辨率为30 m，影像获取时间均为6月。使用ENVI软件进行拼接、裁剪，再利用Arc-GIS10.0软件，参照滁州市1:50 000地形图，进行几何校正，投影方式采用高斯—克吕格投影，校正方式采用二项式，配准精度均小于0.5个像元。依据《中科院LUCC分类体系》结合研究需要，采用人工目视解译的方法，将滁州市土地利用类型划分为林地、草地、水域、耕地、建设用地和未利用地六大类，并制作滁州市4期土地利用类型分类图，如图1所示，粮食产量等社会数据来源于同期的《安徽省统计年鉴》。

图1 滁州市4期遥感影像解译图

2 研究方法

2.1 ESV评价标准

采用Costanza等学者制定的ESV的计算方法[1]，以中国各省份的农田生态系统生物量因子表作为参照[17]，根据研究区域的实际情况，进行区域修正，安徽省修正系数为1.17。参考单位生态服务价值当量因子经济价值量的计算方法[17]，计算得到滁州市农田自然粮食产量的经济价值约为1 542.08元/hm2，得出滁州市各生态系统的单位面积ESV，如表1所示。

表1 滁州市单位面积生态系统服务价值表

2.2 ESV估算方法

利用滁州市各土地利用类型的面积数据，依据表1中单位面积ESV评估滁州市的ESV。其中的生态系统类型及价值：耕地参考农田；林地参考森林；水体参考水域；未利用地参考荒漠；建设用地为零，不做考虑。其计算公式[16]如下：

式中：ESV是指生态系统服务总价值、ESVf是指单项的服务价值，单位均是元/a；VCi是指第i种土地类型每个单位面积的生态系统服务价值、VCfi表示第i种土地类型的单项服务价值，单位均为表示第 i种土地类型的面积（i=1，2，…，6，表示土地的利用类型），单位为hm2。

2.3 敏感性指数

利用敏感性指数（CS）的计算方法确定ESV对生态价值系数（VC）的敏感程度。若CS＜l，则说明 ESV对VC弹性不足；若CS＞1，则说明ESV对VC弹性充裕。公式如下：

式中：ESVq表示生态价值系数调整前的价值，ESVp表示调整后的价值；VCqi表示第i类地类生态价值系数调整前价值的生态价值系数，VCpi表示第i类地类生态价值系数调整后价值的生态价值系数。

2.4 灰色模型预测

通过灰色模型GM(1,1)，对研究区域2015—2025年各类型土地的面积和生态系统服务价值进行预测，并由此计算出2015—2025年滁州市生态系统服务的总价值，灰色模型[16]为

式中：a和u都是常数；t（t=1，2，…，n）表示时间，以年为单位。

3 结果与分析

3.1 ESV计算

由（1）式和（2）式分别计算出2000—2015年滁州市ESV的变化情况（表2）和生态系统单项的服务功能价值变化情况（表3）。

表2 滁州市地区ESV变化

由表2可看出，15年间，滁州市ESV总体减 少了7.7×107元。从变化量来看，减少最多的是耕地，减少了1.18×109元；草地次之，减少了1.00×106元；未利用地的ESV减少数量最小，减少了3.00×105元。从相对变化角度看，减少幅度最大的是未利用地，为49.47%；耕地次之，为9.65%。而水域和林地ESV增加，水域增加了1.089×109元，变化率为18.26%；林地增加了1.6×107元，变化率为0.38%。

水、林的单位面积ESV最高，而水、林用地类型占比在21%左右，仅次于农业用地。因此，注重对水域和林地的保护，对于ESV的总体提升具有积极意义。耕地单位面积ESV仅次于水域和林地，且耕地面积占比在65%以上，因而耕地的ESV超过滁州市整体ESV的49%，远高于其他地类。

由表3可以看出，在2000—2015年间生态系统单项服务价值总体减少了7.7×107元，2000—2005年增加了4.40×108元，但2005—2015年间，生态系统单项服务价值总体呈现连续减少的趋势。其中减少量最大的是废物处理，减少量达1.8×108元，占减少总量的34.88%；其次是土壤形成与保护，减少量为1.54×108元，占减少总量的29.84%。

3.2 ESV空间分异规律

以滁州市各县市区为单位，计算和比较研究区域ESV的变化量及变化率，见表4。

表3 滁州市地区生态系统单项服务功能价值变化

表4 2000-2015年滁州市各县ESV空间分异

由表4可看出，滁州市4个时间点各县市区ESV由高到低依次均为明光市、定远县、凤阳县、天长市、市辖区、全椒县、来安县。15年间，市辖区、来安县、天长市的ESV净减少：其中市辖区减少量最多，达1.88×108元；其次依次为来安县、天长市，分别减少了5.3×107元、3.7×107元。定远县、凤阳县、来安县、天长市ESV净增加：其中全椒增长最多，达1.06×108元；凤阳县次之，增长量为5.4×107元；明光市增长量较少，增长了4.00×106元。

从变化幅度方面来看，2000—2010年ESV上升变化最快的是全椒县，达9.53%；其次是凤阳县、定远县；上升变化最小的是明光市，仅为0.2%。下降变化率最快的是市辖区，达-15.53%；其次是来安县。这从侧面表明市辖区ESV发展的负面变化最快，对ESV较高的土地利用类型的侵占较为严重，而明光市变化较为平稳。

3.3 敏感性分析

依据（3）式敏感性指数（CS）计算方法，将生态系统价值系数（VC）分别上、下调整50%，计算出滁州市4个时期各地类的CS，结果见表5。

由表5可知，ESV对VC的敏感性指数均小于1，其中，最高的是耕地，为0.501 61，这说明研究区内的ESV对VC弹性不足。因此，从这个角度来看，本研究具有较高的可信性度。

3.4 土地利用类型的面积及其ESV预测

根据（4）式和（5）式，使用DPS2006软件中的灰色GM(1,1)模型功能进行预测，通过计算相对误差来对预测模型进行精度检验，当相对误差在±3%之间时，模型精度被认为是非常高的[16]。根据滁州市预测模型结果，各种土地类型的相对误差都在±3%之间，其中，预测模型相对误差绝对值最大的是耕地，为2.06%，说明预测模型具有相当高的可信度。由预测模型对滁州市2015—2025年各土地利用类型的面积进行预测，进而得到对于年份ESV预测值，并根据2015年实际值对2020年和2025年的预测值进行修正，见表6。

由表6可知，2015—2025年仅林地和未利用地的ESV呈现上升趋势，耕地的ESV减少最多，占总减少量的91.49%。到2025年区域ESV将减少到2.175 6×1010元，ESV系数相对较高的农用地转为其他生态价值较低的地类是区域生态系统服务价值受损的主要原因。

表5 生态系统服务价值敏感性指数变化表

表6 2015-2025年滁州市地区不同类型土地生态系统服务价值预测值

4 讨论

本文基于滁州市4期遥感影像的土地利用解译数据，采用文献[17]中关于生态系统服务价值的相关研究方法，研究了滁州市4期生态系统服务价值变化情况。根据各地类生态系统服务价值和生态系统单项服务功能价值的研究结果可以初步了解滁州市生态系统服务价值的总体变化情况，为进一步了解各地类生态系统服务价值变化与生态系统单项服务功能价值之间的关系，分别计算了滁州市各地类的4期生态系统服务价值量与生态系统单项服务功能价值量的相关系数，计算结果见图2，图中横坐标轴1至9依次对应表3中的生态系统单项服务功能。

图2 生态系统单项服务功能价值相关系数

由图2可知，耕地、草地和未利用地的生态系统服务价值与生态系统单项服务功能价值的相关性趋势一致，均与气体调节、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护、食物生产和原材料有较好的正相关性。其中，未利用地与其他生态系统单项服务功能的相关系数均相对较低，说明未利用地的生态系统服务功能价值较低，可通过开发未利用地提升生态系统单项服务功能价值。

水域和林地的生态系统服务价值与生态系统单项服务功能价值的相关性趋势一致，均与水源涵养、废物处理和娱乐文化有较好的正相关性。土壤形成与保护功能与食物生产功能的减少量最大，这主要是由于耕地的生态系统服务价值大幅减少。在图2中，存在负相关系数，但是根据简单的机理分析，这些负相关系数并不说明土地利用类型的生态系统服务价值变化与生态系统单项服务功能价值之间存在负相关关系，特别是废物处理与各地类的相关性均较低，属于异常值。但是图2可以说明耕地、草地和未利用地对气体调节、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护、食物生产和原材料等生态系统单项服务功能价值的影响高于水域和林地，而水域和林地对水源涵养和娱乐文化等生态系统单项服务功能价值的影响高于耕地、草地和未利用地，这与各地类实际影响的生态功能相一致。

根据《安徽省主体功能区规划》，滁州市市辖区（琅琊区、南谯区）为国家重点开发区域，其生态系统服务价值持续下降，且下降幅度最大。来安县、全椒县、定远县、凤阳县、明光市、天长市为限制开发区域，除来安县和天长市生态系统服务价值有一定量的下降，其他县市均有提升。表明滁州市生态系统服务价值变化与主体功能区划较为一致。

本研究是基于土地利用类型的面积数据进行的估算与预测，其结果可在一定程度上反映滁州市生态系统服务价值的变化情况。但同一地类可能存在一定的内部差异，例如林地中会有幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林之分，它们的单位面积价值是否存在差异与差异量的大小未做考虑。对同一地类内部差异进行研究，进行更加细致的生态价值计算，将有利于提高研究的科学性。本文仅以滁州市4期影像解译数据为基础，数据量有限，可以增加数据量，提高研究的可靠性。此外对驱动力机制的研究，也可以使研究具有更高的实用价值。