山水林田湖草沙一体化保护和修复工程对荆州市生态系统服务价值和稀缺价值的影响

摘要  以荆州市为研究区域，利用荆州市2021年相关数据计算和分析了荆州市生态系统服务价值（ESV）和生态系统服务稀缺价值（ESSV）指标，并运用地理信息图谱、景观格局指数、冷热点分析法、供给和需求弹性指数等方法评估和揭示ESV和ESSV的时空异质性变化及其原因和机制。结果表明，土地利用变化主要集中于耕地转变为林地或草地，未利用地转变为水域或其他类型，林地或草地转变为建设用地。各类型土地的多样性和均衡性均提高，山水林田湖草沙一体化保护和修复工程（SLCP）的综合治理和协调发展等措施的效果取得一定成效。ESSV在空间上呈现出由东部向西部递增的分布特征，且在空间上呈现出明显的聚集特征。

关键词  山水林田湖草沙一体化保护和修复工程（SLCP）；生态系统服务价值；生态系统服务稀缺价值；土地利用；荆州市

中图分类号  X171.4  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）18-0053-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.012

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Integrated Protection and Restoration Projects of Mountain，Water，Forest，Farmland，Lake，Grass and Sand on Ecosystem Service Value and Scarcity Value in Jingzhou City

SHI Ming-zhu，ZHANG Jia

（School of Economics and Management，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023）

Abstract  Taking Jingzhou City as the research area，the ecosystem service value（ESV） and ecosystem service scarcity value（ESSV） indicators were calculated and analyzed using relevant data from Jingzhou City in 2021.Methods such as geographic information graph，landscape pattern index，cold and hot spot analysis，supply and demand elasticity index were used to evaluate and reveal the spatiotemporal heterogeneity changes of ESV and ESSV，as well as their causes and mechanisms.The results showed that land use change was mainly concentrated in the conversion of cultivated land into forest or grassland，the conversion of unused land into water bodies or other types，and the conversion of forest or grassland into construction land.The diversity and balance of various types of land had been improved，and the comprehensive management and coordinated development of the integrated protection and restoration project of mountains，rivers，forests，fields，lakes，grass and sand（SLCP） had achieved certain results.ESSV showed an increasing distribution pattern from east to west in space，and exhibited obvious clustering characteristics in space.

Key words  Integrated protection and restoration project of mountains，rivers，forests，fields，lakes，grass and sand（SLCP）;Ecosystem service value;Ecosystem service scarcity value（ESSV）;Land use;Jingzhou City

作者简介  史明珠（1990—），女，陕西安康人，硕士研究生，研究方向：农村发展。*通信作者，教授，博士，硕士生导师，从事农业企业经营管理工作。

收稿日期  2023-11-04

生态系统服务（ES）是指生态系统为人类提供的各种直接或间接的利益，包括物质生产、调节功能、文化功能和支持功能［1］。生态系统服务价值（ESV）是指人类从 ES 中获得的经济或社会福利的度量。生态系统服务稀缺价值（ESSV）是指人类对ES的需求与供给之间的差距所反映出的 ES 的稀缺程度。评估 ESV 和 ESSV，可以反映出 ES 的贡献和紧迫性，为生态保护和修复、资源配置和政策制定提供参考依据。

山水林田湖草沙一体化保护和修复工程（SLCP）是一项重要的生态工程，旨在通过综合治理山水林田湖草沙等生态系统，提高我国的生态安全和生态文明水平［2-4］。SLCP 自 2021 年启动以来，已经在全国范围内实施，并取得了显著的成效。然而，SLCP 对 ESV 和 ESSV 的影响还没有得到充分的分析，尤其是在区域尺度上，缺乏对 SLCP 实施前后土地利用变化对 ESV 和 ESSV 影响的研究。近年来，国内外学者对ESV和ESSV的评估方法和应用进行了广泛的研究，涉及不同的生态系统类型、空间尺度和时间范围［5-10］。例如，Liu等［5］从自然资本的视角，提出了考虑供给和需求弹性的ESSV计算方法；Lara-Pulido等［6］基于生态足迹和生态系统服务供需比，评估了中国31个省份的ESSV及其时空变化，揭示了ESSV与人口、经济、资源和环境的关系；Newton等［7］利用遥感和GIS技术，分析了SLCP对黄土高原地区ESV的影响，发现SLCP有效提高了水源涵养、土壤保持和碳固定等ES的价值；Hu等［8］利用生态系统服务供需模型，评估了SLCP对长江流域ESV的影响，Roy［9］研究发现SLCP有利于提高粮食生产、水源涵养和生物多样性等ES的价值。这些研究表明ESV和ESSV的评估在生态系统管理和政策制定中的重要作用。笔者以荆州市为研究区域，利用荆州市2021年相关数据计算和分析了荆州市ESV和ESSV指标，并运用地理信息图谱、景观格局指数、冷热点分析法、供给和需求弹性指数等方法评估和揭示ESV和ESSV的时空异质性变化及其原因和机制，以期为未来的政策制定提供了理论依据。

1  资料与方法

1.1  研究区域概况

选择荆州市作为研究区域，荆州市位于湖北省中南部，长江中游地区的重要城市，面积1.4×104 km2，人口约900万。 荆州市具有典型的山水林田湖草沙复合生态系统，拥有丰富的生物多样性和水资源。 荆州市也是山水林田湖草沙一体化保护和修复工程（SLCP）的重点实施区域之一，SLCP 是一项通过整合山水林田湖草沙等生态要素，恢复生态功能，提升生态效益的综合性生态工程项目。

1.2  数据来源

土地覆盖数据：来自中国科学院资源与环境科学数据中心（RESDC），空间分辨率为1 000 m×1 000 m。 根据中国国家标准土地利用分类，土地覆盖类型包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地。

植被状况数据：来自欧洲空间局（ESA），空间分辨率为1 km。年度归一化植被指数（NDVI）空间分布数据集是每年1—12月份月NDVI的最大值。气候变化数据：来自国家气候中心（NCC），空间分辨率为0.5°×0.5°。 年度气温和降水量空间分布数据集是每年1—12月份月气温和降水量的平均值。社会经济数据：来自国家统计局和湖北省统计局，包括人口、GDP、农业产值、工业产值、服务业产值等指标。

1.3  处理方法

1.3.1  地理信息图谱变化分析。运用GIS绘制地理信息图谱，对比不同时期的土地覆盖情况，建立土地利用变化图谱模型，描述研究区域内土地利用类型的转移情况，并计算土地利用变化率和空间分离度等指标，反映土地利用变化的强度和空间特征［11］。

1.3.2  景观格局指数分析。选取斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、最大斑块指数（LPI）和香农多样性指数（SHDI）等指标［12］，通过Fragstats 4.2软件进行分析，反映研究区域内景观结构的时空异质性变化。

1.3.3  生态系统服务价值（ESV）评估。采用谢高地等［1］提出的方法，根据不同土地覆盖类型提供的不同生态系统服务类型，赋予相应的单位价值系数（表1），并根据不同时期的土地覆盖面积，计算研究区域内各类生态系统服务的价值总量和平均量。

1.3.4  生态系统服务稀缺价值（ESSV）评估。基于Bryan等［2］的模型，将ESSV评估分为朴素情景（情景1）、供给弹性情景（情景2）、需求弹性情景（情景3）和供需弹性情景（情景4）。根据不同情景下供给和需求的变化，计算ESSV，分析其时空异质性变化，并运用冷热点分析法，揭示ESSV的空间聚集程度［13］。

2  结果与分析

2.1  土地利用变化

从2021和2035年荆州市土地覆盖类型分布（图1）可以看出，SLCP 实施后，荆州市土地利用发生了明显的变化，主要表现在以下几个方面：①耕地面积减少，林地面积增加。这是因为SLCP实施了退耕还林、退耕还草等措施，将部分低产、高坡、水土流失严重的耕地恢复为林地或草地，提高了植被覆盖度和土壤保持能力［14］。

②水域面积增加，未利用地面积减少。这是因为SLCP实施了水利工程建设、湿地保护和恢复等措施，增加了水源涵养和水质净化能力，同时将部分沙漠、盐碱地等未利用地改造为水域或其他利用类型。

③建设用地面积增加，但增速放缓［15］。这是因为SLCP实施了生态限制区划定、生态补偿机制建立等措施，规范了城镇化和工业化进程，控制了建设用地的无序扩张，促进了绿色发展和低碳发展。

从2021—2035年荆州市各类土地覆盖类型的面积和变化率（表2）可以看出，SLCP实施后，耕地面积减少了6.5%，林地面积增加了7.9%，草地面积增加了7.1%，水域面积增加了8.3%，建设用地面积增加了12.5%，未利用地面积减少了12.5%。这些变化说明 SLCP 对荆州市土地利用结构产生了明显的影响。

分析2021—2035年荆州市土地利用转移情况发现，SLCP实施后，荆州市土地利用变化主要集中在以下几个方面：①耕地转变为林地或草地。这些转变主要发生在山区和丘陵区，反映了SLCP的退耕还林、退耕还草等措施的效果［16］。②未利用地转变为水域或其他类型。这些转变主要发生在平原区和湖泊区，反映了SLCP的水利工程建设、湿地保护和恢复等措施的效果。③林地或草地转变为建设用地。这些转变主要发生在城市周边或交通干线沿线，反映了 SLCP 的生态限制区划定、生态补偿机制建立等措施的效果。