基于土地利用变化的安溪县生态系统服务及生态经济协调度研究
时间：2023-06-20 12:10:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杨颖睿，武国胜
（福建师范大学 a.地理科学学院，b.地理研究所，福州 350117）
生态环境是经济发展的基础，随着经济快速发展，环境的压力越来越大，大量的生态环境问题正向人类发出警告。自改革开放以来，中国经历了40多年的高速发展，同时也面临着严峻的生态环境问题。为此党中央提出了经济高质量发展的理念，将生态保护提升到国家战略高度。十九大报告中提出：“要建设人与自然和谐共生的现代化，既要创造更多的物质财富和精神财富满足人民日益增长的美好生活需要，也要提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优质生态环境需要”。可见促进区域生态环境和经济建设协调发展，是现阶段中国建设发展的首要任务[1-2]。
定量识别生态和经济两系统的协调发展规律特征是实现两者协调统一的基础。目前，相关研究主要运用生态足迹、能值分析、综合指数等方法，例如马世昌运用能值分析法研究安徽省农业生态经济系统的能值效率[3]；
黄和平运用生态足迹法和绿色GDP效率模型对江西省生态效率变化轨迹以及成因进行衡量和分析[4]；
张磊运用协调度模型对合肥市的生态环境与经济协调发展水平进行评价分析[5]；
王会芝通过建立经济社会与生态环境质量评价指标体系和耦合协调度模型，对不同尺度下的生态经济发展协调度进行分析[6]；
苏慧基于能值理论构建区域生态经济系统可持续能力和差异性的综合评价体系分析山西省生态-经济之间的关系[7]。综合分析前人的研究，可以看出R·Costanza等提出的生态服务价值评估已成为衡量社会经济可持续发展的科学依据之一。另一方面，土地的变化是驱动生态系统的结构和功能转变的重要因素，通过定量分析生态环境系统对土地利用变化的响应，可进一步识别生态系统服务变化的驱动因素。
安溪县地处戴云山东南支，晋江上游，是中国著名的“茶乡”。但随着社会经济的发展，其生态环境问题日益突出，水土流失和土壤污染不仅影响了本地茶业的声誉，还威胁到下游地区的生态安全。在此背景下，基于晋江流域的土地利用变化分析对于探讨生态—经济服务功能演变具有重要的现实意义。因此，采用生态经济发展协调度模型，对安溪县生态建设与经济发展之间的关系进行评价，为安溪县未来土地资源的合理利用和实现可持续发展提供理论依据。
1.1 研究区概况
安溪县（117°36′E～118°17′E,24°50′N～25°26′N）位于福建省东南沿海，隶属泉州市[8]。全县总面积3 057.28 km2，下辖15个镇和9个乡，有460个村落，县常住人口为100.36万[8]。安溪产茶历史悠久，是闻名于世的乌龙茶和铁观音的发源地，创造和改进了乌龙茶加工技术，有着彰显安溪魅力的茶文化，号称“中国茶都”[8]。2022年“中国工业百强县（市）”榜单揭晓，安溪县榜上有名，位列全国第86位，随着经济的快速发展，安溪县的土地利用方式也随之发生了较大的变化。
2.1 数据来源
选取2000、2010、2020年土地利用（遥感影像）和社会经济统计数据。土地利用数据基于地理空间数据云网站（www.gscloud.cn）各期Landsat遥感图像解译而成。根据安溪县实际土地利用使用情况，分为耕地、园地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地7种土地利用类型，分类后经Kappa系数和Google Earth检验，解译结果较为理想。其余相关经济数据来源于各年度《安溪县统计年鉴》。
2.2 研究方法
2.2.1 土地利用动态度
土地利用动态度是指同一种土地利用类型在一定时间内变化的程度，可以反映土地在一定时间内的变化数量、变化类型以及变化程度[9]。单一土地利用动态度（L）和综合土地利用动态度（M）通过公式1和2计算得出[10]。
单一土地利用动态度：
（1）
式（1）中：Ua和Ub分别为研究区的土地利用类型在研究起始期的面积，T为始末研究时间。
综合土地利用动态度可通过下式计算。
（2）
式（2）中：△MUi-j为研究始末第i类土地利用类型转化为j类土地利用类型面积的变化值；
MUi为研究始末研究区第i类土地利用类型面积；
T为始末研究时间。
2.2.2 生态系统服务价值估算
首先，参照Costanza[12]和谢高地[13]提出的生态系统服务价值系数，选取食物生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水文调节、保持土壤、维持生物多样性和提供美学景观等11项生态系统服务功能价值。结合安溪县实际情况，对生态系统服务价值当量因子进行适当修改，建立适合研究区的参数。由于建设用地较为复杂且生态价值低，本研究不予考虑。其次，将单位面积粮食产量产值的1/7作为1个生态系统服务价值标准当量因子[10]。根据2000—2020年安溪县粮食价格数据计算得出1个生态系统服务价值标准当量因子为3 502.23元·hm-2[8]。通过公式3计算得出安溪县的生态系统单位面积生态服务价值表（表1）。
（3）
式（3）中：ESV指生态系统服务价值总量；
Si指安溪县第i类土地利用类型面积；
Vi指第i种土地利用类型的单位面积生态系统服务价值（元·hm-2·a-1）；
i指土地利用类型。
表 1 安溪县生态系统单位面积生态服务价值（元·hm-2·a-1）Table 1 Ecological service value per unit area of ecosystem in Anxi County
2.2.3 生态系统服务价值估算
生态经济协调度指的是研究年限内生态系统服务价值动态度（ESs）与人均GDP变化率（GDPs）的比值，通过公式4～6计算社会经济发展和生态环境协调性的指标[15]。
生态经济协调度：
（4）
（5）
（6）
式（4～6）中：ESs为研究期内单位面积生态系统服务价值动态度，ESsp、ESsi分别为研究区内始末的单位生态系统服务价值；
GDPs为研究期内人均GDP在单位面积上的变化率，GDPsp、GDPsi分别为研究区内末期、初始的人均GDP在单位面积上的均值。
根据相关研究以及安溪县生态环境和社会经济发展的具体情况：当EEH≥1时，生态系统服务价值增速大于经济发展价值增速，这可能是由于生态环境建设受到当地重视，形成了良性的社会发展趋势； 2.2.4 生态系统服务价值敏感性分析 研究引入生态系统服务价值系数的敏感性指数（CS）来分析生态系统服务价值（ESV）随时间的变化对生态服务价值系数（VC）的敏感（依赖）程度[15]。CS的含义是指VC变动1%引起ESV的变化情况。当CS>1时，表明ESV对VC的弹性较强； （7） 式（7）中：CS为敏感性指数，ESV为土地生态系统服务价值总量，VC为生态系统服务价值系数，i和j为最初的和调整后的价值，k为土地利用类型。 研究区3个时期的土地利用数据表明2000、2010和2020年安溪县面积占比最大的土地利用类型为林地，分别占56.44%、54.64%和59.29%，其次是园地，分别占10.03%、19.00%、26.15%； 图 1 安溪县土地利用变化示意Figure 1 Land use change in Anxi County 图 2 安溪县土地利用变化Figure 2 Land use change in Anxi County 土地利用的综合动态度呈升高趋势，2000—2010年的综合动态度为1.04%，2010—2020年为1.48%，2000—2020年总体综合动态度为1.13%。 各类土地利用动态度方面，总体呈正向增加的地类是：园地、水域、建设用地和林地。其中林地呈波动式变化，林地由2000—2010年的负向变化（-0.32%）逐渐开始增加，2010—2020年的林地呈现正向变化（0.84%），2000—2020年总体上，林地面积是正向变化的（0.25%）。安溪县在“十二五”和“十三五”期间，提出了加强生态保护修护以及环境保护的目标。园地面积和建设用地的面积大幅度增加，导致其他土地利用类型的面积发生变化。园地土地利用动态度在2000—2010年为8.95%，在2010—2020年为3.76%，总体动态度为8.02%，这是基于安溪县全面推广“5+1”高标准化生态茶园建设模式，推进茶业基地的茶园生态环境建设。建设用地土地利用动态度在2000—2010年为1.37%，在2010—2020年为5.69%，总体动态度为3.93%。安溪县在实施“五大战略”的背景下，瞄准“中等城市”目标，开展大规模的城市建设。 耕地、草地和裸地在总体上的动态度呈负向增加。耕地面积受到人们大规模开垦种植茶果的影响而迅速减少，耕地土地利用动态度在2000—2010年为-3.88%，在2010—2020年为-6.60%，总体动态度为-3.96%。 10年间，经济发展及人口增长带来非农建设增长，导致建设用地在一定程度上侵占了其他类型用地，同时为了茶产业智能化，大力发展现代化农业，打造海峡的“数据之盾”，建设了工业园区，这也能解释草地和未利用地（裸地）减少的原因，草地的总体土地利用动态度为-4.60%，未利用地的总体土地利用动态度为-2.81%（表2）。 通过研究安溪县生态系统服务价值变化，可以发现2000—2020年间安溪县生态系统服务价值整体呈增长趋势，生态系统服务价值增长率为4.63%，其中2000—2010年的增长率为1.85%，小于2010—2020年的2.74%（表3）。 表 2 2000—2020年安溪县土地利用变化动态度Table 2 Dynamics of land use change in Anxi County from 2000 to 2020 表 3 安溪县2000—2020年各土地利用类型生态系统服务价值及变化Table 3 Ecosystem service value and change of each land use type in Anxi County from 2000 to 2020 生态系统服务价值构成特征：供给服务是由食物生产、原料生产、水资源供给3个二级类构成，其中食物生产中耕地的贡献最大，原料生产则是林地贡献最大，水资源供给是水域贡献最大； 生态系统服务价值的变化特征：供给服务总体上呈负向增长，主要原因是耕地的减少，造成了食物生产（-42.07%）和水资源供给（-45.11%）两个二级类的贡献减少。调节服务总体上呈正向增长，主要原因是林地和园地以及水域的面积增加，其中气候调节（11.62%）和水文调节（5.69%）方面因为水域面积的增长，对整个调节服务的贡献较大； 根据不同地类提供的生态系统服务价值，其中贡献最大的土地利用类型为林地，在2020年达到最高，为14 254万元，占比68.20%。在2000—2010年，随着城市的建设用地扩张以及大力发展茶业导致园地面积扩张，林地面积缩减，但在2010—2020年，随着安溪县各项生态保护政策的出台，林地面积开始增加，森林覆盖率提高，所以在2010—2020年，林地的生态系统服务价值也随着增加。其次是园地，在3个年份的占比分别是8.01%、14.90%、19.95%。随着安溪县大力发展茶产业，园地面积显著增加，园地的生态系统服务价值也逐年增加。减少的耕地大部分变成园地，其次为建设用地，其带来的生态系统服务价值也随之减少。其余地类变动较小，处于一个较为稳定的状态（表4）。 2000—2020年，安溪县单位人均GDP变化率为905.15%，呈正向增长趋势，而生态系统服务价值单位面积变化率为4.63%，生态系统经济发展协调度为0.51，EEH值在0～1之间，说明生态系统服务价值增速小于经济发展价值增速，但生态系统服务价值仍为正向增长，但是存在潜在的生态系统衰退风险。在2000—2010年间，人均GDP的单位面积变化率是346.51%，生态系统服务价值变化率为1.85%，EEH值为0.53，在0～1之间，说明生态系统存在潜在的衰退风险。2010—2020年间，人均GDP单位面积变化率是125.11%，生态系统服务价值变化率为2.74%，EEH值为2.19，EEH≥1，说明生态系统服务价值增速大于经济发展价值增速，处于一种良性的社会发展趋势。对比两个10年之间的指标变化，2010—2020年的GDP增速有所放缓，但是ESV增速仍持续增加，生态经济协调度明显优于前10年，说明这10年间，安溪县通过实施各项生态修护政策，充分落实“生态文明建设”，并推行了创新生态模式、产业转型、“三大生态工程”等措施。同时由园地的大面积增长以及耕地的大面积减少而产生了生态服务价值替代性增长，这种替代性增长的正向作用大于城镇扩张的负向作用。 表 5 2000—2020年安溪县生态经济发展协调度变化 Table 5 Changes in the coordination degree of ecological and economic development in Anxi County from 2000 to 2020 通过将各土地利用类型的价值系数（VC）分别上调、下调50%，并计算研究区2000年、2010年和2020年各土地利用类型的敏感型指数（表5）。分析结果表明，各年度各地类的价值系数的敏感性指数都小于1，且各年度的敏感性指数的变化都较小。各地类敏感性指数由大到小依次是林地、园地、水域、耕地、草地、未利用地。其中林地的敏感性指数是最高的，在0.51～0.74之间，说明林地生态系统价值系数每增加1%，生态系统服务价值总量增加0.51～0.74，在这20年间林地的敏感性指数分别为0.515、0.477、0.742，远大于其他地类的敏感性指数，这与林地面积占比远远大于其他地类有关； 表 6 安溪县生态系统服务价值对其价值系数的敏感程度Table 6 Sensitivity of ecosystem service value to its value coefficient in Anxi County 土地利用类型的改变对生态系统的整体结构有一定程度的影响，因此也会造成生态系统服务价值产生一定的波动[20]。本研究量化计算安溪县的生态系统服务价值，得出2000—2020年安溪县生态系统服务价值整体呈增长趋势，这与研究区茶园大幅增长、林地稳中有增密切相关。总之，安溪县土地利用演变规律是生态环境及其社会经济和宏观政策驱动的结果，茶产业发展仍是该区发展的驱动力，并由其引发各种正面及负面的影响[23]。本研究也发现林地、园地面积增加带来的正向生态系统服务价值大于建设用地扩张带来的负向作用，这表明园地、林地面积增加驱动生态服务价值的正向作用会缓解建设用地扩张带来的负向作用，进而实现安溪县生态系统服务价值逐步增长。此外，2000—2020年间生态经济发展协调度整体上处于相对协调阶段，但是2000—2010年间存在潜在的衰退风险。这说明后期安溪县出台的各项生态保护政策对整个生态经济发展都有较好的影响。因此，为了维持经济和生态的协调发展，需要做到生态经济两手抓，促进经济生态的良性发展。本研究基于谢高地等[10]的当量因子可以便捷地评估区域生态系统服务价值量，但也应看到由于生态系统内部因子变化如水土流失、土壤污染、覆被度变化等造成的生态服务功能损失难以被准确评估，为准确评估特定区域生态服务价值量，应引入相应的因子对各类生态系统服务因子进行修正，这也是后续研究应该深入探讨之处[8]。 结合谢高地等提出的生态服务价值量化方法，采用安溪县2000、2010和2020年3年土地利用数据，研究20年间安溪县的生态系统服务价值变化，通过构建生态经济发展协调度的方法分析了安溪县的生态发展与经济发展之间的关系特征，主要结论如下。 1）安溪县土地利用面积占比最高的土地利用类型为林地，高达177 477.10 hm2，占总面积的59.27%。其次是园地、耕地、建设用地、草地、水域和未利用地。在2000—2020年，土地利用面积变化为“三减四增”，其中园地的增幅最大为8.03%，其次为建设用地3.93%，水域0.71%，林地0.25%。减幅最大的是草地，为-4.6%，其次是耕地，为3.96%，未利用地为2.81%。 2）在2000、2010、2020年安溪县的生态系统服务价值分别为1 999 008.51万元、2 035 917.58万元、2 091 659.68万元。20年间，安溪县的生态系统服务价值逐年递增。调节服务在生态系统服务中贡献最大，其中起到重要作用的是林地、水域和园地这3类用地。林地所提供的生态系统服务价值是最高的（2020年，1 426 493.09万元），其次是园地（2020年，417 321.65万元）和水域（2020年，197 334.99万元）这两类用地。园地在生态系统服务价值中占19.95%，水域在生态系统服务价值中占9.43%，都远小于林地的68.2%。通过生态经济发展协调度测算可以得出，2000—2020年间，安溪县的生态和经济发展处于一个良性的发展状态，安溪县的生态系统服务价值的增速处于一个正向增长的阶段。 3）耕地大面积减少，大量被园地所取代，面积占比由2000年的22.16%下降到2020年的4.61%； 4）基于经济学中弹性系数分析生态系统服务价值敏感性指数，结果表明所有地类的生态系统服务价值敏感性指数数值均小于1，说明研究区总的生态系统服务价值是缺乏弹性的，并且相对于价值系数来说是相对稳定的，选用的生态系统服务价值系数适用于研究区。其中，较为敏感的地类是林地（0.74）和园地（0.33）。
另一种情况是由于当地的生态环境遭到破坏，经济建设的速度放缓，生态环境限制了社会经济建设的发展[20]。当0
当CS<1时，表明ESV对VC的弹性较弱。比值越大，表明生态系统服务价值系数的准确性越高[24]。生态系统服务价值敏感性由公式7计算得出。3.1 土地利用变化特征分析
再次是水域，分别占1.31%、1.32%、1.50%，最小的是未利用地（裸地），分别占0.56%、0.67%和0.25%（图1）。2000、2010、2020年的各种土地利用面积如图2所示。
3.2 生态系统服务价值变化特征分析
调节服务由气体调节、气候调节、净化环境、水文调节4个二级类构成，林地对气体调节、气候调节和净化环境的贡献最大，水域和园地对水文调节的贡献最大；
支持服务由土壤保持、维持养分循环和生物多样性3个二级类构成，林地和草地对土壤保持贡献最大，耕地和林地对维持养分循环的贡献最大，水域对生物多样性的贡献最大；
文化服务是由美学景观1个二级类构成，水域对美学景观的贡献最大。
支持服务总体呈正向增长，土壤保持（13.25%）和生物多样性（10.91%）方面由于林地和园地增加，他们的贡献也随之增加，但是维持养分循环（-8.46%）方面由于耕地面积的大幅减少导致其所提供的价值也随之减少，呈负向增长；
文化服务总体呈正向增长（11.00%），这与水域面积的增长有关。3.3 生态经济发展协调度分析
3.4 生态系统服务敏感性分析
园地的敏感性指数在2000—2010年间大幅度增加，从2000年的0.041上升到2010年的0.081，这与安溪县大力开展茶产业，建设茶业工业园区有关，所以园地的面积大幅度增加，敏感性指数也随之增加，但是在2020年又下降到0.333，这是因为全球茶业过剩，安溪县采取了“做减法”以提高茶叶质量这一政策有关系。未利用地的敏感性系数最小，几乎接近于0，对生态系统服务价值的贡献很小。敏感性指数的计算结果表明了整个研究区总的生态系统服务价值缺乏弹性，价值系数比较稳定。
4.1 讨论
4.2 结论
园地面积占比由2000年的10.03%上升到2020年的26.15%。虽然园地面积对生态服务价值增加有积极作用，也促进生态经济协调度的增长。但另一方面也说明农地非粮化现象严重，威胁本地“粮食安全”。
