基于生態適宜性評價的耕地生態系統服務價值變化研究*——以山東省章丘市為例

唐秀美，陳百明，路慶斌，張蕾娜，劉 芳，3

(1.國家農業信息化工程技術研究中心，北京 100097;2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101;3.中國科學院研究生院，北京 100049;4.中國環境科學研究院，北京 100012;5.國土資源部土地整理中心，北京 100035)

生態系統服務是指通過生態系統的結構、過程和功能直接或間接得到的生命支持產品和服務，自然資產含有多種與其生態服務功能相應的價值［1-2］。國際和國內基于各種時空尺度的自然資源價值評估在相關理論、方法和應用的廣度和深度上取得了前所未有的進展［3］。國外研究中，研究范圍較廣，具有代表性的有Costanza等［1］世界13位科學家對全球生態系統服務價值的分類與全面評估等。很多學者也在流域尺度對生態服務價值［4-6］、單個生態系統價值［7-10］、物種和生物多樣性保護價值評估方面也多有成果［11-13］，國內也有學者進行了大量的研究［14-21］。當前的研究多是在確定的研究區域內，對研究區域的土地進行生態系統分類，采用各種方法評估各種土地類型生態系統的生態服務價值，且多是以大尺度區域生態系統為主的研究對象［3］，研究重點都在大范圍、同類型的生態系統服務價值的區別，而較少關注研究區域同一土地生態系統內部之間由于地貌、海拔、養分含量等差異所導致的生態系統服務價值的差別。

耕地是土地的精華，人類在長期的利用中使耕地在自身組織功能的作用下形成一種特殊的人工生態系統，這一生態系統在供給人類穩定的糧食和其他生物產品的同時，又提供了一種新的生物生存環境，為生物多樣性的存續與發展提供了條件，而且還具有改變空氣中物質成分構成、凈化環境中的有害物質、涵養水源等功能。耕地生態適宜性是指耕地本身所提供的生態條件對某種土地利用的適宜程度，耕地生態適宜性評價是根據自然和環境要素等資料，分析一定地域生物自然系統對生態系統的支持能力［22］，耕地生態適宜性評價能夠全面反映出區域耕地生態環境的狀況。該文在對研究區域進行耕地生態適宜性評價的基礎上，利用評價得到的耕地生態適宜性綜合指數對耕地生態系統服務價值進行修正，以期取得更合理可靠的耕地生態系統服務價值，了解區域耕地生態系統服務價值分布狀況，從而對耕地進行合理保護。

1 研究區概況與數據來源

章丘市位于山東省中部、濟南市區東50km處。地理位置處于北緯36°25＇～37°09＇，東經117°10＇～117°35＇之間。章丘市地處泰沂山區北麓，與華北平原接壤。地形自東南向西北傾斜，自南向北依次為山區、丘陵、平原、洼地，分別占全市總面積的30.8%、25.9%、30.7%和12.6%。章丘境內北部主要為平原，海拔為40～100m，山地多在南部、東南部，有大小山頭2547座，海拔高程200～800m。土地總面積18.55萬hm2，其中耕地面積7.62萬hm2，占土地總面積的41.08%。區域特點對研究耕地生態系統的生態服務價值變化有很好的代表性。

該研究土地利用數據來源于2008年章丘市土地利用現狀詳查變更數據庫及圖形庫;高程、坡度和坡向數據由1:5萬DEM生成;地形地貌數據為對章丘市地形地貌圖矢量化得到;土壤圖來自于章丘市l:5萬土壤圖和土壤志等資料得到該區域土壤質地圖和土地層厚度圖;養分數據為對章丘市土壤采樣數據在ARCGIS中插值得到。數據精度和量化方法遵循《山東省耕地地力調查與質量評價技術規程》。

2 區域耕地生態適宜性評價

該研究在耕地進行生態適宜性評價的基礎上對耕地生態系統服務價值進行修正。影響耕地生態適宜性的因素很多，包括地貌條件、土壤養分含量等。該文作者曾經對耕地的生態適宜性進行過研究，在此直接引用之前的研究成果［23］。研究曾選取了影響耕地生態適宜性的多項評價因素，并進行了歸納總結，主要包括3個方面的指標。

(1)立地條件:包括高程、坡度、坡向及地貌類型四個指標。

(2)土壤物理性狀:包括土壤耕層質地、有效土層厚度兩個指標。

(3)土壤化學性狀:包括有機質含量、有效氮、速效磷、速效鉀含量4個指標。

研究以柵格為評價單元，采用層次分析法結合專家打分法確定各參評因素的綜合權重，以綜合指數法評價章丘市耕地的生態適宜性狀況，得到章丘市耕地生態適宜性評價結果 (圖1)。

3 生態系統服務價值修正

關于土地生態功能的已有研究為本文奠定了良好的基礎，主要包括Costanza［1］關于森林、草地、濕地水體和農田五類生態系統的研究，謝高地［20］關于生態服務價值的當量表和單位面積生態服務價值的研究等［24］。該文在上述研究的基礎上，結合章丘市的實際情況，確定章丘市耕地生態系統的生態功能理論的價值結果如表1所示:

表1 耕地生態系統生態服務功能理論價值計算結果 (單位:元/hm2·a)

在ARCGIS中，耕地分布圖采用矢量格式，耕地生態適宜性綜合評價指數結果圖采用柵格格式，其Value值為綜合指數得分，值域為0～1。利用ARCGIS的Spatial Analyst中Zonal Statistics功能，將生態適宜性評價指數得分的平均值提取到耕地的圖斑屬性中，用其修正各耕地生態系統的生態功能理論價值。修正公式為:

耕地生態功能的實際價值=耕地生態功能的理論價值×生態適宜性綜合指數

在ARCGIS中對屬性字段進行計算后，得到章丘市耕地生態系統各生態服務功能的修正結果，修正前后的耕地生態系統服務價值結果對比如表2。

表2 章丘市耕地生態系統單項服務功能價值變化表 (億元)

通過表2可以看出，修正前后耕地生態系統服務價值變化較大。修正前，章丘市不同區域耕地的生態服務功能單價是相同的，利用生態適宜性指數進行修正之后，耕地生態系統的服務價值單價產生了較大的變化。大多數單項服務功能價值都減少了20%以上。特別是氣體調節功能，變化較大，減少了28%。經過校正后的耕地生態系統單項服務價值和耕地生態服務功能總價值都有一定程度上的減少，而且減少的比例相近，說明用生態適宜性價值進行修正后，耕地生態服務功能的理論功能價值都更接近于現實價值。從圖2可以看出，耕地生態系統服務價值單價變化基本上呈現從北向南依次減少的趨勢。中北部耕地生態系統服務價值在5 000元/hm2以上;在南部區域，耕地生態系統服務價值都在4 200元/hm2以下。該分布特點與章丘市地貌、海拔、坡度等生態適宜性因子分布特點一致。原因是章丘南部大多數為山地，海拔較高，地貌主要為山地，生態適宜性綜合指數較低，生態適宜性差，因此經過生態適宜性指數修正后的耕地生態系統服務價值較低。

圖1 章丘市耕地生態適宜性評價結果圖

圖2 耕地生態系統生態服務修正價值變化圖

4 結語

該研究在GIS技術支持下，以山東省章丘市為例，對耕地生態系統服務價值修正做了一定的探討。研究考慮了影響耕地生態適宜性的各項因子，在對區域進行生態適宜性評價的基礎上，利用生態適宜性評價得到的綜合指數對耕地生態系統服務價值進行修正，得到了章丘市不同生態適宜性水平下的耕地生態系統服務單位價值的變化。結果顯示，生態適宜性對生態系統服務價值有較強的影響，修正前后的價值變化較大，所有的生態系統服務價值都有不同程度的降低，得到的結果更符合區域的實際情況。研究結果對區分同區域不同地理位置的耕地生態系統服務價值的變化情況有較好的實用價值，可較好的了解研究區域耕地生態系統服務價值的變化情況，有助于區域耕地生態系統保護。

生態系統服務價值是當前的研究熱點，當前普遍的研究成果是在理想狀態下的生態系統服務理論價值，一般認為同種生態系統的生態服務價值是相同的，但是這并不符合區域的實際情況。本研究對生態系統服務價值修正做出了一定的探索研究，為以后的研究提供了一種新的思路。影響生態系統服務價值的因子較多，如何結合其他因子對生態系統服務價值進行修正是今后研究的重點。

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