南昌市土地利用及生态服务价值变化研究

冉凤维; 罗志军; 曹丽萍; 赵杰; 赵越

doi:10.19303/j.issn.1008-0384.2017.012.019

南昌市土地利用及生态服务价值变化研究

冉凤维^{1, 2,},
罗志军^{1, 2, ,},
曹丽萍^{1, 2},
赵杰^{1, 2},
赵越^{1, 2}

1.
江西农业大学国土资源与环境学院, 江西南昌 330045
2.
江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室, 江西南昌 330045

基金项目:

国家自然科学基金项目 31660140

江西省教育厅科技项目 GJJ150421

详细信息

作者简介:
冉凤维(1993-), 女, 硕士研究生, 主要从事土地资源利用研究(E-mail:Rfwei1208@163.com)

通讯作者:
罗志军(1976-), 男, 副教授, 博士, 主要从事土地管理和3S应用研究(E-mail:luozj10@163.com)

中图分类号: F301;Q146
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出版历程
- 收稿日期: 2017-07-11
- 修回日期: 2017-11-03
- 刊出日期: 2017-12-27

Changes on Land Use and Ecological Service Value in Nanchang City

RAN Feng-wei^{1, 2,},
LUO Zhi-jun^{1, 2, ,},
CAO Li-ping^{1, 2},
ZHAO Jie^{1, 2},
ZHAO Yue^{1, 2}

1.
College of Land Resources and Environment, Jiangxi Agricultural University, Nanchang, Jiangxi 330045, China
2.
Jiangxi Provincial Key Laboratory of Poyang Lake Basin Agricultural Resources and Ecology, Nanchang, Jiangxi 330045, China

摘要

摘要: 以南昌市为例，借助RS和GIS技术，对南昌市2000年、2005年、2010年、2015年的4期遥感影像进行处理，利用土地利用动态度和土地利用转移矩阵，分析2000-2015年南昌市土地利用变化；计算南昌市生态服务价值、生态服务价值转移矩阵、敏感性系数，探讨南昌市2000-2015年生态服务价值及其时空变化特征。结果表明：2000-2015年南昌市耕地明显减少，建设用地显著增加，综合土地利用动态度为1.24%；南昌市生态服务价值变化不大，其总量由2000年的390.35×10⁸元增加到2015年的393.30×10⁸元；2000-2015年高生态服务价值区主要分布在新建县东部和进贤县北部，低生态服务价值区主要分布在南昌市城区；各土地利用类型生态服务价值敏感性指数均小于1，说明研究结果可信。土地利用变化是引起生态服务价值变化的直接原因，科学合理地利用土地对维持和提升区域生态服务价值具有重要意义。
- 土地利用 /
- 生态服务价值 /
- 转移矩阵 /
- 南昌市
Abstract: Based upon changes on the ecological service value (ESV) due to varied land uses in a municipality, structure and sustainable development of the regional ecosystem can be visualized and appropriate planning materialized. This article describes the land use dynamics, transfer matrix, and changes in Nanchang city from 2000 to 2015 using the remote sensing images of the city in 2000, 2005, 2010 and 2015 with an analysis by RS and GIS technology. Applying the calculated ESV, transfer matrix and sensitivity coefficients, the city's temporal and spatial variations caused by the changed land use became available for the study. In Nanchang over the years between 2000 and 2015, the cultivated land decreased significantly while the land taken over by varieties of construction increased markedly. The degree of dynamic land changes was 1.24%. Meanwhile, the total value and structure of municipal ecological services scarcely changed, while the ESV increased merely from 390.35×10⁸ yuan in 2000 to 393.30×10⁸ yuan in 2015. At the time, the areas with high ESV concentrated mostly in the eastern part of Xinjian County and north of Jinxian County, whereas the low ESV fell mainly in downtown and the areas within the city limit. The sensitivity indices of all ESV classes were less than 1 indicating a reliability of the results. ESV changes were directly caused by the changing land use. Hence, scientifically directed and managed land use would be of great significance to a well maintained and serviced regional ecosystem.
- land use /
- ecological service value /
- transfer matrix /
- Nanchang city

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土地是人类赖以生存和发展的物质基础和自然资源，同时是各种生态系统的载体，土地利用影响和改变着人类的生存环境。生态服务价值是指人类直接或间接从生态系统中获得利益，主要包括向经济社会系统输入有用物质和能量、接受和转化来自经济社会系统的废弃物，以及直接向人类社会成员提供服务^[1]。土地利用变化通过生态进程和生态服务间的相互作用，对生态系统的结构和功能产生影响，对生态系统服务功能的维持起决定性作用^[2]，进而引起生态服务价值变化，影响生态系统的服务能力^[3]。Costanza^[4]最先对全球生物圈生态服务价值进行了估算，为生态服务价值研究奠定了基础。傅伯杰等^[5]较为详细地论述了生态系统服务价值的概念，谢高地等^[6-8]在Costanza等的研究方法的基础上进行多次改进，最终得出适合我国国情的ESV当量系数，并制定了我国生态服务价值当量因子表。随着人们对生态系统服务价值重要性的日益关注，许多学者在生态系统服务的产生原因、影响因素、管理措施等方面进行了大量的研究^[9-14]，这些研究均表明以土地利用结构为指标来对ESV进行评估是可行且可靠的。但是目前已有研究对ESV的时空格局演变分析尚显不足，而这方面的研究对揭示ESV的时空分布特征和变化规律具有重要意义。

南昌市是我国首批低碳试点城市，也是鄱阳湖生态经济区的核心城市。近10年来是中国城市化快速推进的时期，也是江西省实施中部地区崛起规划、鄱阳湖生态经济区规划、赣南等原中央苏区振兴发展等国家区域发展战略的时期。随着南昌市社会经济的快速发展和城市化进程的加快推进，其土地利用的广度、深度及速度都发生了改变^[15]，同时与土地利用密切相关的生态服务价值随之发生变化，但学者对该区研究较少。因此，本研究借助RS和GIS技术，对2000-2015年南昌市土地利用时空变化特征进行分析，在此基础上研究南昌市不同时段因土地利用变化引起的生态服务价值时空变化，并提出相应建议，以期为该区域土地资源的合理利用和可持续发展提供参考。

1. 材料与方法

1.1 研究区概况

南昌市是江西省的省会，位于东经115°27′~116°35′，北纬28°09′~29°11′，地处江西省中北部，赣江尾间，抚河下游，鄱阳湖之滨，是长江中游城市群中心城市之一，是鄱阳湖生态经济区核心城市，是生态文明先行示范区，是国家级新区赣江新区中心城市，是全国首批低碳试点城市，中国重要的综合交通枢纽和现代制造业基地。境内以平原为主，东南较平坦，西北丘陵起伏，水网密布，湖泊众多。境内气候为亚热带季风气候，是“夏炎冬寒”的典型城市，夏冬两季时间较长、温差大，年降水量2 059.8 mm。全市土地总面积7 412.52 km²，占全省面积的4.31%，2015年末总人口为530.29万人，比上年末增加6.27万人，本研究的研究范围为5区4县，分别是东湖区、西湖区、青云谱区、青山湖区、湾里区、新建县、南昌县、进贤县、安义县。

1.2 数据来源

遥感数据选用南昌市2000年、2005年、2010年的Landsat/ETM数据和2015年的Landsat/OLI数据，空间分辨率均为30 m，数据均来源于美国地质调查局(USGS官网:http://landsat.usgs.gov/)。遥感数据处理时，首先借助Erdas9.2软件对遥感数据进行几何校正、图像拼接、图像裁剪和图像增强等预处理；然后进行人工目视解译，对四期遥感影像进行解译判读，利用ARCGIS10.2软件的空间分析功能和属性数据统计功能，得出2000年、2005年和2010年、2015年南昌市土地利用类型图；再根据国家标准化管理委员会颁布的《土地利用现状分类》(GB/T2010-2007)，结合南昌市土地资源的特点和实际情况，将土地分类进行合并，得到6大类土地利用类型：耕地、园林地、草地、建设用地、水域和未利用地。并利用政府提供的土地利用变更数据对2000年和2005年解译结果进行评定、修正，利用2010年和2015年二调数据对2010年和2015年数据精度进行验证。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用变化及转移矩阵

土地利用变化用研究期土地利用类型面积变化表示, 通过分析土地利用类型时空变化, 可以了解土地利用变化总态势和土地利用结构变化^[16]。土地利用转移矩阵是土地利用类型间相互转化的数量和方向定量研究的主要方法，反映土地利用变化的结构特征和各类型间的转移方向^[17]。本文利用ARCGIS10.2软件的空间叠加功能对矢量图形进行叠加，生成动态变化图，得到土地利用变化数据库，再通过EXCEL软件得到两个时段土地利用类型转移矩阵。

1.3.2 生态服务价值的计算

谢高地等在Costanza研究模型的基础上，结合中国的实际情况，得出包括气体调节、气候调节、水源涵养等功能在内的9项生态系统服务功能，对中国200位生态学者进行问卷调查，得到“中国生态系统服务价值当量因子表”^[6]，并确定1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7。本文根据南昌市2000-2015年平均粮食单产5 995.5 kg·hm^-2与2015年粮食平均单价3.95元·kg^-1，结合生态价值的区域修正系数^[18]，计算出南昌市1个生态服务价值当量因子的经济价值为3 383.17元。依据南昌市具体情况，把每种土地利用类型与最接近的生态系统类型联系起来，可确定南昌市不同土地利用类型单位面积的生态服务价值(表 1)。其中，本文对建设用地的生态服务价值不进行估算，故文中建设用地的生态服务价值为0^[19]。

表 1 南昌市不同土地利用类型单位面积生态服务价值

Table 1. ESV/area of different types of land use in Nanchang City

生态服务	生态服务价值/(元·hm^-2)
生态服务	耕地	园林地	草地	水域	未利用地	合计
气体调节	1689.97	11830.54	2704.18	0.00	0.00	16224.69
气候调节	3008.25	9126.36	3042.25	1554.74	0.00	16731.60
水源涵养	2028.04	10816.33	2704.18	68886.82	101.23	84536.60
土壤形成与保护	4935.06	13182.44	6591.41	33.62	67.61	24810.14
废物处理	5543.58	4428.14	4428.14	61450.81	33.62	75884.30
生物多样性保护	2399.72	11019.17	3684.39	8416.61	1149.06	26668.95
食物生产	3380.32	338.07	1014.21	338.07	33.62	5104.28
原材料	338.07	8788.29	168.84	33.62	0.00	9328.82
娱乐文化	33.62	4326.53	135.23	14669.56	33.62	19198.56
合计	23356.63	73855.88	24472.83	155383.85	1418.75	278487.93

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计算生态服务价值公式为：

$ESV = \sum\limits_{i = 1}^m {\sum\limits_{j = 1}^m {{A_i} \cdot VC_{ij}} }$

(1)

式中：ESV为研究区生态系统服务价值，A_i为第i种土地利用类型的面积，VC_ij为第i种土地利用类型第j种生态系统服务价值的系数，i为土地利用类型，j为生态系统服务功能的类型。

1.3.3 生态服务价值转移矩阵

不同土地利用类型面积的相互转化会引起地类生态服务价值之间的转化^[20]，根据南昌市土地利用转移矩阵计算ESV的转移，计算公式为：

$P{L_{ij}} = \left( {V{C_i}-V{C_j}} \right){A_{ij}}$

(2)

式中：PL_ij为研究期内第i类土地向第j类转化的生态服务价值；i为第一时期土地利用类型；j为第二时期土地利用类型；VC_i和VC_j分别为研究期i和j的生态服务价值系数；A_ij为研究期内第i类土地向第j类转化的面积。

1.3.4 敏感性分析

由于生态服务价值系数(VC)存在不确定性，因而引用经济学中的敏感性系数(CS)来计算生态服务价值(ESV)随时间变化对VC的依赖程度。根据已有对生态服务价值的研究^[21-22]，本文将各土地利用类型的VC调整50%，以确定ESV对VC的敏感度。如果CS < 1，则认为ESV对VC不敏感，即缺乏弹性; 如果CS>1，则认为ESV对VC具有敏感性，即富有弹性。前人研究指出：CS越小，表明VC取值越准确，越符合研究区的实际情况。敏感性计算公式为：

$CS = \left| {\frac{{\left( {ES{V_j}-ES{V_i}} \right)/ES{V_i}}}{{\left( {V{C_{jk}}-V{C_{ik}}} \right)/V{C_{ik}}}}} \right|$

(3)

式中：CS为生态系统服务价值的敏感度；ESV为某土地利用类型的生态服务价值；VC为土地利用类型生态价值系数，i、j分别为调整前、后的价值系数；k为某土地利用类型。

2. 结果与分析

2.1 南昌市土地利用变化分析

2.1.1 土地利用时空变化特征

利用Erdas9.2和Arcgis10.2软件对四期遥感影像进行处理和分析，获得研究区2000-2015年土地利用类型面积表(表 2)和土地利用类型图(图 1)。由表 2可知，2000-2015年南昌市土地利用类型变化特征主要有：(1)土地利用类型以耕地为主，同时耕地面积减少，所占比例下降。南昌市耕地面积由2000年的368 359.80 hm²减少到2015年的318 116.22 hm²，占比由49.69%降为42.92%；(2)建设用地面积显著增加，15年来南昌市建设用地面积增加1.67倍，由2000年的68 947.19 hm²增加到2015年的115 116.04 hm²，所占比例由9.30%增加到15.53%；(3)园林地、水域面积不断增加，2000-2015年南昌市园林地面积由121 999.10hm²增加到127 421.98 hm²，水域面积由136 004.46 hm²增加到142 968.97 hm²，表明15年间南昌市园林地、水域面积呈缓慢增加态势；(4)草地面积和未利用地面积减少，草地由2000年的9 660.30 hm²减少到2015年的9 563.21 hm²，未利用地则从36 280.65 hm²减少到28 065.08 hm²。

表 2 2000-2015年南昌市地类面积及所占比重

Table 2. Areas and proportions of various land types in Nanchang, 2000-2015

地类	2000年		2005年		2010年		2015年
地类	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%
耕地	368359.80	49.69	358477.68	48.36	338781.10	45.70	318116.22	42.92
园林地	121999.10	16.46	130209.30	17.57	129225.43	17.43	127421.98	17.19
草地	9660.30	1.30	9632.81	1.30	9587.54	1.29	9563.21	1.29
建设用地	68947.19	9.30	79117.19	10.67	99381.95	13.41	115116.04	15.53
水域	136004.46	18.35	135133.76	18.23	135782.97	18.32	142968.97	19.29
未利用地	36280.65	4.89	28680.76	3.87	28492.51	3.84	28065.08	3.79
合计	741251.50	100.00	741251.50	100.00	741251.50	100.00	741251.50	100.00

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图 1 2000-2015年南昌市土地利用类型

注：1为东湖区，2为西湖区，3为青云谱区。

Figure 1. City map showing types of land use in Nanchang, 2000-2015

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由图 1可知，2000-2015年南昌市耕地分布广泛，面积减少，主要以青山湖区为主，其次是新建县和南昌县，其他县区耕地变化较小，耕地主要转为了建设用地，因而，这3个县区建设用地增加较为明显。进贤县北部、南昌县东部、进贤县西北部土地利用类型变化以未利用地减少、水域增加为主。2000-2015年，南昌市园林地变化较小，主要分布在湾里区、安义县北部、新建县南部及进贤县西南部。

2.1.2 南昌市土地利用转移特征

通过建立土地利用转移矩阵(表 3)，分析2000-2015年南昌市各类土地利用变化趋势。结果表明：耕地向其他地类转移，主要为耕地向园林地、建设用地和水域转移，向这三类用地的转出面积占耕地总转出面积的90.44%，其中耕地转为建设用地的幅度最大，说明耕地大多变为建设用地；转为耕地的地类主要有水域、园林地、建设用地，转移面积为80 411.89 hm²；向建设用地转移的地类耕地面积最多，其次是水域和园林地；未利用地主要向水域转移，面积为17 197.93 hm²；草地的转移情况不明显。

表 3 2000－2015年南昌市土地利用转移矩阵

Table 3. Transfer matrix on land use in Nanchang, 2000-2015

(单位/hm²)
	耕地	园林地	草地	建设用地	水域	未利用地	合计
耕地	234973.66	28575.46	2505.48	21214.90	30621.53	225.19	318116.22
园林地	36343.23	80875.41	5236.95	931.78	3981.78	52.83	127421.98
草地	3784.65	2831.57	743.54	159.34	1437.38	606.72	9563.21
建设用地	54432.20	8452.31	508.55	41889.59	9667.10	166.29	115116.04
水域	29857.41	1243.86	665.77	4737.30	89266.69	17197.93	142968.97
未利用地	8968.64	20.50	0.00	14.28	1029.98	18031.69	28065.08
合计	368359.80	121999.10	9660.30	68947.19	136004.46	36280.65	741251.50

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2.2 南昌市生态服务价值时空变化分析

2.2.1 生态服务价值时间变化分析

由计算生态服务价值公式，结合表 1的数据，可得2000-2015年南昌市总生态服务价值及其变化和各单项生态服务价值(表 4、5)。由表 4可知，研究期内，生态服务价值总量总体上呈增长趋势，但在各子研究期是呈“S”型变化，即先增加后减少再增加，2000-2005年，“退耕还林”政策导致生态服务价值系数较高的园林地面积增加引起的该阶段ESV增加；2005-2010年，南昌市城市化进程加快，大量的园林地和耕地转化为建设用地引起了ESV减少；2010-2015年，该时期生态服务价值增加主要是受降水增多的影响。

表 4 2000-2015年南昌市生态服务价值及变化

Table 4. Scores and changes on ESV of Nanchang, 2000-2015

地类	2000年		2005年		2010年		2015年		2000-2005年		2005-2010年		2010-2015年		2000-2015年
地类	ESV/×10⁸元	比例/%	ESV/×10⁸元	比例/%	ESV/×10⁸元	比例/%	ESV/×10⁸元	比例/%	变化量/×10⁸元	变化率/%	变化量/×10⁸元	变化率/%	变化量/×10⁸元	变化率/%	变化量/×10⁸元	变化率/%
耕地	86.04	22.04	83.73	21.32	79.13	20.38	74.30	18.89	-2.31	-0.03	-4.60	-0.05	-4.83	-0.06	-11.74	-0.14
园林地	90.10	23.08	96.17	24.49	95.44	24.58	94.11	23.93	6.06	0.07	-0.73	-0.01	-1.33	-0.01	4.01	0.04
草地	2.36	0.61	2.36	0.60	2.35	0.60	2.34	0.60	-0.01	0.00	-0.01	0.00	-0.01	0.00	-0.02	-0.01
水域	211.33	54.14	209.98	53.48	210.98	54.33	222.15	56.48	-1.35	-0.01	1.01	0.00	11.17	0.05	10.82	0.05
未利用地	0.51	0.13	0.41	0.10	0.40	0.10	0.40	0.10	-0.11	-0.21	0.00	-0.01	-0.01	-0.02	-0.12	-0.23
合计	390.35	100.00	392.64	100.00	388.30	100.00	393.30	100.00	2.29	0.01	-4.33	-0.01	5.00	0.01	2.95	0.01

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表 5 2000-2015年南昌市单项生态服务价值及变化

Table 5. Scores and changes on ESV of specific services in Nanchang, 2000-2015

生态服务功能	排序	ESV/×10⁸元				变化量/×10⁸元				变化率/%
生态服务功能	排序	2000年	2005年	2010年	2015年	2000-2005年	2005-2010年	2010-2015年	2000-2015年	2000-2005年	2005-2010年	2010-2015年	2000-2015年
气体调节	7	20.92	21.72	21.27	20.71	0.80	-0.45	-0.56	-0.21	0.04	-0.02	-0.03	-0.01
气候调节	6	24.62	25.06	24.39	23.71	0.44	-0.67	-0.68	-0.91	0.02	-0.03	-0.03	-0.04
水源涵养	1	114.65	114.73	114.67	119.01	0.08	-0.06	4.33	4.35	0.00	0.00	0.04	0.04
土壤形成与保护	3	34.97	35.56	34.45	33.19	0.59	-1.10	-1.26	-1.77	0.02	-0.03	-0.04	-0.05
废物处理	2	109.84	109.12	108.38	111.57	-0.72	-0.74	3.19	1.73	-0.01	-0.01	0.03	0.02
生物多样性保护	4	34.50	35.01	34.48	34.38	0.51	-0.53	-0.10	-0.12	0.01	-0.02	0.00	0.00
食物生产	8	13.43	13.12	12.45	11.77	-0.31	-0.67	-0.68	-1.66	-0.02	-0.05	-0.05	-0.14
原材料	9	12.03	12.72	12.56	12.34	0.69	-0.15	-0.23	0.31	0.06	-0.01	-0.02	0.03
娱乐文化	5	25.38	25.60	25.65	26.62	0.22	0.05	0.97	1.24	0.01	0.00	0.04	0.05

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不同土地利用类型生态服务价值按大小排序为水域、园林地、耕地、草地和未利用地，研究期内水域的ESV占总ESV的比例大于50%。南昌市2000年、2005年、2010年、2015年总生态服务价值分别为390.35×10⁸元、392.64×10⁸元、388.30×10⁸元、393.30×10⁸元。15年来，南昌市生态服务价值增加2.95×10⁸元，变化率是0.01%，其中生态服务价值在各子研究期内先增加后减少再增加，2000-2005年增加量为2.29×10⁸元，2005-2010年减少量为4.33×10⁸元，2010-2015年增加5.00×10⁸元。土地利用类型生态服务价值变化最大的是耕地，减少11.74×10⁸元，其次是水域，增加10.82×10⁸元。

根据2000-2015年南昌市单项生态服务价值及其变化(表 5)可知，在整个研究期内南昌市各单项生态服务价值总量及结构均变化不大。单项生态服务价值功能以水源涵养和废物处理为主，土壤形成与保护和生物多样性保护为辅，然后依次为娱乐文化、气候调节、气体调节、食物生产、原材料。生态服务价值减少的功能有气候调节、气体调节、土壤形成与保护、生物多样性保护和食物生产，其中食物生产的变化率最大。水源涵养、废物处理、原材料、娱乐文化的生态服务价值增加，其中水源涵养的变化相对较为显著。子研究期2000-2005年内，气候调节、气体调节、水源涵养、土壤形成与保护、娱乐文化、原材料、生物多样性保护的生态服务价值增加，其中原材料的变化率最大，气体调节次之；在2005-2010年期间，除娱乐文化这一项生态服务价值外，其他生态服务功能价值量均增加；在2010-2015年期间，水源涵养、废物处理、娱乐文化的生态服务价值量增加，其余单项生态服务价值减少，其中水源涵养和废物处理变化最显著。

2.2.2 生态服务价值空间变化分析

在ARCGIS10.2软件上按手动分类法将南昌市单位面积生态服务价值分为4个等级，得出4个时期南昌市单位面积生态服务价值空间分布特征(图 2)。由图 2可知，生态服务价值高于74 000元·hm^-2的地区主要是新建县东部和进贤县北部，其中2010年新建县生态服务价值高于74 000元·hm^-2的地区明显扩大，其原因是生态服务价值系数较高的水域面积增加；生态服务价值介于25 000~74 000元·hm^-2的主要是湾里区、安义县北部、新建县西部及进贤县东南部；生态服务价值1 500~25 000元·hm^-2分布范围广泛，主要在南昌县、新建县西部、安义县南部、新建县东部；而低于1 500元·hm^-2的低生态服务价值区主要集中在南昌市城区，即东湖区、西湖区、青云谱区和青山湖区大部分，2005-2010年低生态服务价值区扩张明显，原因是建设用地的快速增长。

图 2 2000-2015年南昌市单位面积生态服务价值

注：1为东湖区，2为西湖区，3为青云谱区。

Figure 2. ESV/area in Nanchang, 2000-2015

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2.2.3 生态服务价值转移分析

由生态服务价值转移公式和2000-2015年南昌市土地利用转移矩阵可得2000-2015年南昌市生态服务价值转移情况(表 6)。由表 6可知，2000-2015年期间，土地利用类型之间的转移导致南昌市生态服务价值量增加2.95×10⁸元。2000-2015年内生态服务价值减少主要以水域转为其他用地为主，减少了62.16×10⁸元，其中水域转为耕地生态服务价值减少最多，占比65.04%；然后园林地转为非园林地的地类导致ESV的减少量为21.07×10⁸元。同时，耕地向其他地类的转移，引起了生态服务价值的增加，增加量为43.13×10⁸元，草地、建设用地和未利用地向其他地类的转移均引起生态服务价值的增加。

表 6 2000-2015年南昌市生态服务价值转移矩阵

Table 6. ESV transition matrix of Nanchang, 2000-2015

(单位/×10⁸元)
项目	耕地	园林地	草地	建设用地	水域	未利用地	合计
耕地	0.00	-14.43	-0.03	4.96	-40.43	0.05	-49.88
园林地	18.35	0.00	2.59	0.69	-3.25	0.04	18.42
草地	0.04	-1.40	0.00	0.04	-1.88	0.14	-3.06
建设用地	-12.71	-6.24	-0.12	0.00	-15.02	0.00	-34.10
水域	39.42	1.01	0.87	7.36	0.00	26.48	75.15
未利用地	-1.97	-0.01	0.00	0.00	-1.59	0.00	-3.57
合计	43.13	-21.07	3.31	13.04	-62.16	26.70	2.95

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2.2.4 敏感性分析

根据敏感性指数的计算公式(式3)，文中把各土地利用类型的生态服务价值系数分别上下调整50%，计算南昌市2000-2015年的敏感性指数(表 7)。敏感指数大小表明总生态服务价值对不同土地利用类型生态服务价值系数依赖程度的高低。由表 7可知，南昌市生态服务价值敏感性指数在年份之间的变化较小，但不同地类生态服务价值对生态服务功能价值系数的敏感性指数变化较明显；耕地、园林地、草地、水域及未利用地的敏感性指数最高值分别是0.220、0.246、0.006、0.565、0.002，表明南昌市总生态服务价值对不同土地利用类型ESV系数的依赖程度从高到低为：水域>耕地>园林地>草地>未利用地；不同土地类型ESV的敏感性指数均小于1，说明在研究期内，南昌市总生态服务价值对生态服务功能价值指数是缺乏弹性的，研究结果可信。

表 7 南昌市生态服务价值敏感性指数

Table 7. Sensitivity indices on ESV of Nanchang City

地类	2000年	2005年	2010年	2015年
耕地	0.220	0.213	0.204	0.189
园林地	0.231	0.198	0.246	0.239
草地	0.006	0.006	0.006	0.006
水域	0.541	0.545	0.543	0.565
未利用地	0.001	0.002	0.001	0.001

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3. 讨论

目前，估算生态服务价值的方法主要有功能价格法和当量因子法^[6-7]。功能价格法是基于生态服务功能量和功能量的单位价格计算生态服务价值，此方法建立的方程所需参数较多、计算过程复杂、参数标准较难统一。当量因子法是谢高地等^[6-8]提出的，是一种基于可量化的标准构建土地利用类型生态服务价值当量，然后结合各土地利用面积进行ESV计算的方法，由于该方法建立的方程直观且参数较少，在评估区域及全球尺度的ESV时，得到较为广泛地应用^{[2, 4, 11, 17, 19-22]}。因此，本文首先对南昌市2000-2015年4期遥感影像进行解译，得到南昌市6大类土地利用方式，对研究区土地利用时空变化进行分析，然后以当量因子法为基础，并用市场价值法对南昌市不同土地利用单位面积生态服务价值当量因子进行修正，进而计算南昌市2000-2015年生态服务价值，建立转移矩阵分析生态服务价值变化，之后引入敏感性分析以验证生态价值系数的可靠性，探究南昌市ESV的时空动态特征，研究结果可为制定符合研究区域客观实际的土地利用结构、进行环境保护与生态系统管理提供参考，对促进研究区经济、社会与生态的协调发展具有重要意义。

学者在生态服务价值研究上或选择生态脆弱区为研究区域，如王雅敬^[3]、常上^[16]等，或以快速城市化区为研究范围，如曾杰^[11]、刘桂林^[12]等，本文以鄱阳湖生态经济区的核心城市—南昌市为研究区，其既是生态文明先行示范区又是全国首批低碳试点城市，同时城市化进程相对缓慢，研究该区域生态服务价值可为类似区域提供参考，具有一定的研究意义和代表性。与满苏尔·沙比提^[23]、陈阳^[24]、李涛^[25]等的研究相比，在研究方法上，笔者首先借鉴谢高地等人的当量因子法构建南昌市单位面积生态服务价值当量表，然后基于土地利用转移矩阵，研究了土地利用变化引起的生态服务价值转移矩阵。但是本研究忽略了建设用地的生态服务价值及其变化，增加了生态服务价值总量的不确定性；由于数据获取的局限和文章篇幅的限制，仅考虑了土地利用变化对生态服务价值产生的直接影响，而没有进一步探索影响生态服务价值的间接因素，如人口增长、政策推动以及经济等方面的因素，以后将在这方面开展深入研究。

4. 结论

从土地类型结构变化看，研究期内南昌市土地利用类型变化较大，面积变化最大的是耕地，减少50 243.58 hm²，其次为建设用地，增加46 168.85 hm²；耕地减少和建设用地增加以青山湖区、新建县、南昌县为主，未利用地减少和水域增加以新建县、进贤县和南昌县相接部分为主，园林地和草地空间变化不明显；2000-2015年南昌市土地利用转移主要是耕地向建设用地转移，园林地向耕地、建设用地转移，水域向耕地、建设用地转移，因而耕地面积减少和建设用地面积增加是南昌市土地利用变化的主要特征。

从生态服务价值变化看，在整个研究期内南昌市生态服务价值总量及结构均变化不大，各子研究期内生态服务价值变化先增加后减少再增加。不同土地利用类型生态服务价值按大小排序为水域、园林地、耕地、草地和未利用地，变化最大的是耕地，减少11.74×10⁸元，其次为水域，增加10.82×10⁸元。单项生态服务价值功能从大到小为水源涵养、废物处理、土壤形成与保护、生物多样性保护、娱乐文化、气候调节、气体调节、食物生产、原材料。研究期，高生态服务价值区集中新建县东部和进贤县北部，低生态服务价值区主要是在南昌市城区。2000-2015年土地利用结构变化导致南昌市生态服务价值增加2.95×10⁸元，生态服务价值减少主要是水域转为其他土地利用类型引起的，而耕地向其他地类的转移则引起了生态服务价值的增加。土地利用结构变化是生态服务价值变化的直接原因，科学合理利用土地是维持和提升生态服务价值的重要途径。不同土地利用类型的敏感性指数均小于1，且总生态服务价值对不同土地利用类型ESV系数的依赖程度从高到低为：水域>耕地>园林地>草地>未利用地，说明在研究期内，南昌市总生态服务价值对生态服务功能价值指数缺乏弹性，研究结果可信。

图 1 2000-2015年南昌市土地利用类型

注：1为东湖区，2为西湖区，3为青云谱区。

Figure 1. City map showing types of land use in Nanchang, 2000-2015

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图 2 2000-2015年南昌市单位面积生态服务价值

注：1为东湖区，2为西湖区，3为青云谱区。

Figure 2. ESV/area in Nanchang, 2000-2015

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表 1 南昌市不同土地利用类型单位面积生态服务价值

Table 1 ESV/area of different types of land use in Nanchang City

生态服务	生态服务价值/(元·hm^-2)
生态服务	耕地	园林地	草地	水域	未利用地	合计
气体调节	1689.97	11830.54	2704.18	0.00	0.00	16224.69
气候调节	3008.25	9126.36	3042.25	1554.74	0.00	16731.60
水源涵养	2028.04	10816.33	2704.18	68886.82	101.23	84536.60
土壤形成与保护	4935.06	13182.44	6591.41	33.62	67.61	24810.14
废物处理	5543.58	4428.14	4428.14	61450.81	33.62	75884.30
生物多样性保护	2399.72	11019.17	3684.39	8416.61	1149.06	26668.95
食物生产	3380.32	338.07	1014.21	338.07	33.62	5104.28
原材料	338.07	8788.29	168.84	33.62	0.00	9328.82
娱乐文化	33.62	4326.53	135.23	14669.56	33.62	19198.56
合计	23356.63	73855.88	24472.83	155383.85	1418.75	278487.93

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表 2 2000-2015年南昌市地类面积及所占比重

Table 2 Areas and proportions of various land types in Nanchang, 2000-2015

地类	2000年		2005年		2010年		2015年
地类	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%
耕地	368359.80	49.69	358477.68	48.36	338781.10	45.70	318116.22	42.92
园林地	121999.10	16.46	130209.30	17.57	129225.43	17.43	127421.98	17.19
草地	9660.30	1.30	9632.81	1.30	9587.54	1.29	9563.21	1.29
建设用地	68947.19	9.30	79117.19	10.67	99381.95	13.41	115116.04	15.53
水域	136004.46	18.35	135133.76	18.23	135782.97	18.32	142968.97	19.29
未利用地	36280.65	4.89	28680.76	3.87	28492.51	3.84	28065.08	3.79
合计	741251.50	100.00	741251.50	100.00	741251.50	100.00	741251.50	100.00

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表 3 2000－2015年南昌市土地利用转移矩阵

Table 3 Transfer matrix on land use in Nanchang, 2000-2015

(单位/hm²)
	耕地	园林地	草地	建设用地	水域	未利用地	合计
耕地	234973.66	28575.46	2505.48	21214.90	30621.53	225.19	318116.22
园林地	36343.23	80875.41	5236.95	931.78	3981.78	52.83	127421.98
草地	3784.65	2831.57	743.54	159.34	1437.38	606.72	9563.21
建设用地	54432.20	8452.31	508.55	41889.59	9667.10	166.29	115116.04
水域	29857.41	1243.86	665.77	4737.30	89266.69	17197.93	142968.97
未利用地	8968.64	20.50	0.00	14.28	1029.98	18031.69	28065.08
合计	368359.80	121999.10	9660.30	68947.19	136004.46	36280.65	741251.50

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表 4 2000-2015年南昌市生态服务价值及变化

Table 4 Scores and changes on ESV of Nanchang, 2000-2015

地类	2000年		2005年		2010年		2015年		2000-2005年		2005-2010年		2010-2015年		2000-2015年
地类	ESV/×10⁸元	比例/%	ESV/×10⁸元	比例/%	ESV/×10⁸元	比例/%	ESV/×10⁸元	比例/%	变化量/×10⁸元	变化率/%	变化量/×10⁸元	变化率/%	变化量/×10⁸元	变化率/%	变化量/×10⁸元	变化率/%
耕地	86.04	22.04	83.73	21.32	79.13	20.38	74.30	18.89	-2.31	-0.03	-4.60	-0.05	-4.83	-0.06	-11.74	-0.14
园林地	90.10	23.08	96.17	24.49	95.44	24.58	94.11	23.93	6.06	0.07	-0.73	-0.01	-1.33	-0.01	4.01	0.04
草地	2.36	0.61	2.36	0.60	2.35	0.60	2.34	0.60	-0.01	0.00	-0.01	0.00	-0.01	0.00	-0.02	-0.01
水域	211.33	54.14	209.98	53.48	210.98	54.33	222.15	56.48	-1.35	-0.01	1.01	0.00	11.17	0.05	10.82	0.05
未利用地	0.51	0.13	0.41	0.10	0.40	0.10	0.40	0.10	-0.11	-0.21	0.00	-0.01	-0.01	-0.02	-0.12	-0.23
合计	390.35	100.00	392.64	100.00	388.30	100.00	393.30	100.00	2.29	0.01	-4.33	-0.01	5.00	0.01	2.95	0.01

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表 5 2000-2015年南昌市单项生态服务价值及变化

Table 5 Scores and changes on ESV of specific services in Nanchang, 2000-2015

生态服务功能	排序	ESV/×10⁸元				变化量/×10⁸元				变化率/%
生态服务功能	排序	2000年	2005年	2010年	2015年	2000-2005年	2005-2010年	2010-2015年	2000-2015年	2000-2005年	2005-2010年	2010-2015年	2000-2015年
气体调节	7	20.92	21.72	21.27	20.71	0.80	-0.45	-0.56	-0.21	0.04	-0.02	-0.03	-0.01
气候调节	6	24.62	25.06	24.39	23.71	0.44	-0.67	-0.68	-0.91	0.02	-0.03	-0.03	-0.04
水源涵养	1	114.65	114.73	114.67	119.01	0.08	-0.06	4.33	4.35	0.00	0.00	0.04	0.04
土壤形成与保护	3	34.97	35.56	34.45	33.19	0.59	-1.10	-1.26	-1.77	0.02	-0.03	-0.04	-0.05
废物处理	2	109.84	109.12	108.38	111.57	-0.72	-0.74	3.19	1.73	-0.01	-0.01	0.03	0.02
生物多样性保护	4	34.50	35.01	34.48	34.38	0.51	-0.53	-0.10	-0.12	0.01	-0.02	0.00	0.00
食物生产	8	13.43	13.12	12.45	11.77	-0.31	-0.67	-0.68	-1.66	-0.02	-0.05	-0.05	-0.14
原材料	9	12.03	12.72	12.56	12.34	0.69	-0.15	-0.23	0.31	0.06	-0.01	-0.02	0.03
娱乐文化	5	25.38	25.60	25.65	26.62	0.22	0.05	0.97	1.24	0.01	0.00	0.04	0.05

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表 6 2000-2015年南昌市生态服务价值转移矩阵

Table 6 ESV transition matrix of Nanchang, 2000-2015

(单位/×10⁸元)
项目	耕地	园林地	草地	建设用地	水域	未利用地	合计
耕地	0.00	-14.43	-0.03	4.96	-40.43	0.05	-49.88
园林地	18.35	0.00	2.59	0.69	-3.25	0.04	18.42
草地	0.04	-1.40	0.00	0.04	-1.88	0.14	-3.06
建设用地	-12.71	-6.24	-0.12	0.00	-15.02	0.00	-34.10
水域	39.42	1.01	0.87	7.36	0.00	26.48	75.15
未利用地	-1.97	-0.01	0.00	0.00	-1.59	0.00	-3.57
合计	43.13	-21.07	3.31	13.04	-62.16	26.70	2.95

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表 7 南昌市生态服务价值敏感性指数

Table 7 Sensitivity indices on ESV of Nanchang City

地类	2000年	2005年	2010年	2015年
耕地	0.220	0.213	0.204	0.189
园林地	0.231	0.198	0.246	0.239
草地	0.006	0.006	0.006	0.006
水域	0.541	0.545	0.543	0.565
未利用地	0.001	0.002	0.001	0.001

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施引文献(8)

期刊类型引用(3)

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其他类型引用(5)

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图(2) / 表(7)

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1. 材料与方法
1.1 研究区概况
1.2 数据来源
1.3 研究方法
1.3.1 土地利用变化及转移矩阵
1.3.2 生态服务价值的计算
1.3.3 生态服务价值转移矩阵
1.3.4 敏感性分析
2. 结果与分析
2.1 南昌市土地利用变化分析
2.1.1 土地利用时空变化特征
2.1.2 南昌市土地利用转移特征
2.2 南昌市生态服务价值时空变化分析
2.2.1 生态服务价值时间变化分析
2.2.2 生态服务价值空间变化分析
2.2.3 生态服务价值转移分析
2.2.4 敏感性分析
3. 讨论
4. 结论

1. 材料与方法
1.1 研究区概况
1.2 数据来源
1.3 研究方法
1.3.1 土地利用变化及转移矩阵
1.3.2 生态服务价值的计算
1.3.3 生态服务价值转移矩阵
1.3.4 敏感性分析
2. 结果与分析
2.1 南昌市土地利用变化分析
2.1.1 土地利用时空变化特征
2.1.2 南昌市土地利用转移特征
2.2 南昌市生态服务价值时空变化分析
2.2.1 生态服务价值时间变化分析
2.2.2 生态服务价值空间变化分析
2.2.3 生态服务价值转移分析
2.2.4 敏感性分析
3. 讨论
4. 结论

参考文献(25)

施引文献(8)

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南昌市土地利用及生态服务价值变化研究

作者简介: 冉凤维(1993-), 女, 硕士研究生, 主要从事土地资源利用研究(E-mail:Rfwei1208@163.com)

通讯作者: 罗志军(1976-), 男, 副教授, 博士, 主要从事土地管理和3S应用研究(E-mail:luozj10@163.com)

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