单永娟 赵梦莎
（1.河北地质大学 城市地质与工程学院，河北 石家庄 050000；
2.河北省地下人工环境智慧开发与管控技术创新中心，河北 石家庄 050000；
3.京津冀城市群地下空间智能探测与装备重点实验室，河北 石家庄 050000）
土地作为人类重要的自然资源和基本生态环境要素，其利用变化会直接影响生态系统过程，从而使区域的生态系统服务价值发生改变，进而影响到生态系统的服务功能[1]。目前，有关土地利用与生态系统服务的研究已有众多学者展开研讨，如耿冰瑾等[2]以京津冀潮白河区域为例，以2001-2017年的土地利用数据为基础，运用当量因子法、土地利用动态度模型、敏感性指数法等测算区域内的土地利用变化及生态系统服务价值，以此来分析土地利用对生态系统服务的影响；
陈万旭等[3]运用生态系统服务强度和土地利用程度测算方法，分析了中国县域尺度生态系统服务强度和土地利用程度的时空格局特征，并借助脱钩理论来探测二者之间的脱钩关系；
郭丽洁等[4]以土地利用数据、气象数据和地形数据为基础，运用InVEST模型和GIS对喀什地区的产水量、碳储量和土壤保持进行评估，同时进一步分析了生态系统服务的时空分布特点以及基于土地利用变化的生态系统服务的权衡关系；
陈甜倩等[5]以北京及周边地区为例，以K均值聚类分析识别出生态系统服务簇，并分析其服务组成和空间分布，利用Mapcurves计算的拟合优度指标表征服务簇和土地利用的耦合程度，再运用地理探测器分析影响服务簇空间分布的驱动因子。
近年来，受新型城镇化建设、乡村振兴、生态环境改善等因素的影响，各区域土地利用结构不断调整。在“森林转型”[6]理论启发下，“土地利用转型”应运而生，土地利用方式的改变会对生态系统产生影响，合理的土地利用结构会提高其生态系统服务，反之则会降低，以此衍生出了“生态系统服务转型”。Wilson等[7]于2017年指出，生态系统服务转型是结合森林转型与土地利用转型理论提出的新思路，卢龙辉等[8]运用GIS和生态系统服务价值测算方法，以京津冀地区为例，分析了京津冀区域粮食生产和固碳释氧两大服务功能的变化及空间格局特征，并揭示了“生态系统服务转型”的原因。梁鑫源等[9]以草堂溪流域为例，通过构建“理论分析—实证研究—趋势预测”的研究范式，依据库区农业生态系统人地关系的发展过程，从微观尺度分析传统农业生态资源及农户主体等要素的变化特征，以此来判断传统农业生态系统的转型与趋势。
不同地区的社会经济发展水平不同，其土地利用方式及其产生的“生态系统服务转型”模式也不尽相同。河北地区是我国资源、环境和经济发展的重点区域之一，也是京津冀协同发展的重要生态环境支撑区[10]。因此，本文以河北地区为例，采用土地利用动态度、生态服务价值当量因子、生态系统服务转型评价等方法，分析研究区土地利用类型变化及生态系统服务价值的演变过程，以此为基础进一步探究“生态系统服务转型”的模式与趋势，以期为研究土地利用变化与京津冀生态系统服务及资源管理提供一个观察视角。
（一）研究区概况
河北地区土壤种类多样，呈带状分布，主要为潮土，肉桂土，棕壤等，大多数土壤质地为沃土，适合于农业、林业和畜牧业的生产，但有些土壤的养分含量较低；
湿地资源丰富，主要分布在大坝和沿海地区，优良水质面积高达99%；
全省草原覆盖率高于全国17%，达到73.07%；
森林覆盖率为23.25%。此外，截至2020年，河北省常住人口达到7461.0235万人[11]，人口密度约为422人/km2，受地形因素影响导致人口分布不均衡。
（二）数据来源与处理
本研究土地利用数据来自资源环境科学与数据中心（http：//www.resdc.cn），包括 2000、2010和2020年的土地利用遥感监测数据（分辨率为1km的栅格数据），基于Landsat8遥感影像并通过人工目视解译所生成，数据精度较好，符合本研究的需要；
农业数据来自国家统计局（https：//data.stats.gov.cn）。研究指标不需要标准化，尊重数据的原始单位。文章借鉴谢高地[12]对生态系统服务价值地类的分类体系，结合研究区土地利用特点，将土地类型划分为5个一级和14个二级类型[13]，见表1。
（三）研究方法
1.土地利用动态度
土地利用动态度[14]是指在研究期内某一土地利用类型的量变，用来反映在人类活动和自然环境双重影响下土地利用类型的变化速度与变化幅度情况。计算公式为[15-16]：
2.生态系统服务价值核算
（1）生态价值当量因子及其经济价值
参考生态环境部环境规划院提出的陆地生态系统生产总值（GEP）核算指标体系分类标准，以及谢高地等[17]对中国生态系统服务价值评估当量因子为基础，将生态系统服务划分为3个一级系统10个二级系统，如附表1所示。参考Costanza[18]提出的单位生态服务价值当量的经济价值测算原理，依据谢高地等[19]的计量方法，即中国1标准单位生态系统服务价值当量相当于全国单位面积平均粮食生产的总收益扣除其所投入的化肥农药、机械劳动力以及地租等成本后的净收益（2007年测算[19]为4.491元/km2；
2015年测算[17]为34.065元/km2）。结果为1km2农田年均自然粮食产量经济价值是全国粮食平均价值的1/7[10]。根据研究区农业播种面积、粮食产值、地租价格等统计数据，分别估算2000年、2010年和2020年河北地区单位面积生态价值当量因子的经济价值，并运用价格指数统一调整到2020年可比数据，计算结果分别为2000年21.29元/km2，2010年54.9元/km2，2020年59.92元/km2，与谢高地等最新研究结果接近。计算公式为[20-21]：
（2）生态系统服务价值估算
生态服务价值估算公式为[22]：
附表1 单位面积生态系统服务价值当量因子
3.“生态系统服务转型”状态
运用生态系统服务变化指数（ESCI）表示生态系统服务变化方向，以此来表示每项生态系统服务的转型状况[24]，定义计算公式为：
（一）土地利用变化分析
如表1所示，2000-2020年，河北地区的土地利用变化显著，表现为森林、湿地及建设用地的净增加，农田和草地的净减少。即使分时段来看，呈相同变化状态。
表1 土地利用面积（km2）及动态度（%）
注：森林分为针叶林、阔叶林和灌木林类型，这与资源环境科学与数据中心提供的森林分类体系（有林地、灌木林、疏林地、其他林地）存在差异，为便于进行数据分析，在此用疏林地表示为针叶林，有林地表示为阔叶林。
从土地利用面积结构来看，主要以农田和森林为主，其中农田占土地总面积的52%，但随着建设用地的不断扩张，农田破碎化严重，其面积逐年呈减少态势。其次是森林和草地，分别占总面积的20%和18%，湿地仅占1%。
从土地利用变化分布看，近20年来农田与草地面积缩减明显，分别减少了7364km2和1139km2。建设用地的面积增幅较大，增量为7734km2，其次是湿地和森林，分别增加1790km2和762km2。此外，农田减少量与建设用地增加量大致相当，表明河北地区大部分农田转化为建设用地，使得农田被迫征用，“占补平衡”转化下致使森林面积得以扩张。
2010-2020年土地利用面积的变化幅度比2000-2010年要大，其中建设用地面积增加6653km2，增长率达45.28%；
同期，农田和草地面积急剧减少，分别减少了6603km2和931km2。两个10年间的阶段差异可以解释为河北地区曾经所实施的“城镇三年大变样”政策和后期推出的“森林城市”建设有关。
从土地利用动态度看，它表达了年均变化速率。20年间湿地的动态度最大，其次是建设用地，年均达到了9.37%和5.68%，均为扩大趋势，尤其是前10年间，建设用地与湿地变化速率较小。相比较而言，森林年均变化速率较低，20年间仅为0.21%，前10年间也不过0.01%。尽管农田和草地的年均缩减率高于森林，但其负增长却达到0.75%和0.34%。
总体而言，2020年河北地区生态系统类型中农田、森林、草地、湿地和建设用地的面积分布分别为90387km2、37067km2、32501km2、3701km2、21347km2。尽管农田面积占比最大，在保护耕地红线和年均缩减率达0.75%的严峻形势下，保护基本农田规模不减任务艰巨。尽管森林和草地的面积分布都在3万平方公里以上，但变化趋势相反，草地的变动度略高于森林。尽管湿地和建设用地的变动度接近，但基数相差甚远，生态服务质量和碳排放更是不可相提。在此用数量和速率的观察视角，既看到了河北省域森林、湿地生态系统服务提升的喜悦，又看到了城镇建设扩张带来的农田、草地日益缩减的悲观。接下来，将结合生态服务价值做综合分析。
（二）生态系统服务价值及生态福利的探讨
2000-2020年河北地区各土地利用类型的生态服务价值ESV及其变化如表2所示，因建设用地所提供的ESV很少，在此忽略不计。
表2 河北省域生态系统服务价值（亿元）
从生态服务价值分布来看，以10年为间隔的三个年份中，各地类的ESV均呈现递增趋势。其中，森林生态系统提供的生态服务价值最大，由2000年的0.43亿元递增到2010年的1.09亿元，2020年继续增长至1.22亿元。草地和农田分别从2000年的0.25亿元、0.22亿元增长到2020年0.69亿元、0.57亿元，变动幅度较小，尤其是后10年仅增加0.04亿元和0.01亿元，在草地、农田面积均出现负增长的情况下，生态服务价值表现出低增长趋势，离不开生态系统服务功能的提高及单位面积生态因子经济价值的变动。尽管湿地生态系统占地面积是最低的，但其表现出较高的生态服务价值，2000年时湿地面积仅1911km2，测算的生态服务价值达0.07亿元，到2020年面积增加到3701km2，生态服务价值达0.39亿元。相比，湿地生态服务功能是非常显著的。
从生态服务功能来看，生态系统服务总价值从2000年的0.97亿元增至2010年的2.48亿元，再增至2020年的2.87亿元。其中调节服务占到87%左右，几乎决定了整个生态系统服务总值，20年间占比变化从87.63%、87.1%到87.8%。相比，物质产品和文化服务贡献甚微，占比分布在9%和4%左右，但两者尚存在较大的发展空间，可以说是区域发展的提升之处。此外，近些年受极端气候和森林面积减少的影响，生态调节服务价值在2010年之前增加了1.31亿元，而在2010年之后为0.36亿元，其增速有所减缓，但仍处于增加态势；
相比，物质产品在2010年之后仅增0.02亿元，土地利用转型压力下物质产品供给效率还应提高；
相对来说，文化服务价值还没有彰显，2020年文化服务价值保持在0.11亿元左右，河北在三五年大变样基础上全面加强了生态环境建设，比较充分的开发着省内的各类生态旅游资源，近两年受新冠疫情的影响，河北地区的生态文化价值应该有很大提升空间。
总体上，20年来河北各生态系统服务价值处于增加趋势，但近10年其生态服务价值增长的态势有所下降。随着河北人们对地区生态福利需求的扩增，提出了对有限土地利用面积上各类生态系统服务功能及其价值进一步改善与提升的消费愿景。
（三）“生态系统服务转型”状态与趋势
1.“生态系统服务转型”状态分析
不同经济社会发展阶段的土地利用变化会引起相应的生态系统服务转型[8]。通过测度生态系统服务指标的变化，了解河北地区“生态系统服务转型”的模式，以此来解读河北省域生态建设工作的成效。一般ESCI取值以0为界线，分为“增益”、“减损”和“不变”三种状况，并以两两组合来评价“生态系统服务转型”状态，共有9种转型模式。因计算过程存在不可避免的误差，在此将ESCI取值进行区间划分来表达转型状态，大于零时为增益，小于零时为减损。根据变化强度，当0≤|ESCI|＜0.50时，表示无明显变化；
当0.50≤|ESCI|＜5.00时，表示弱变化；
当5.00≤|ESCI|＜10.00时，表示强变化；
当10.00＜|ESCI|时，表示较强变化。
进行2000-2010年、2010-2020年两个时段的状态比较，结果如表3所示。从生态系统类型看，除了农田表现为从“强增益”转向“无明显变化”状态外，草地从“较强增益”转向“弱增益”，森林从“强增益”转向“弱增益”，湿地从“强增益”转向“强增益”状态。从生态服务功能看，各服务功能从“强增益”转向“弱增益”。也就是说，前10年表现为强或较强增益的生态服务状态，在近10年都发生了趋弱变化，但总体都保持着“增益”的状态。
表3 2000-2020年“生态系统服务转型”状态
由前面分析可知，土地利用变化对生态系统服务价值及生态服务转型具有决定性影响。基于土地利用规划目标，接下来探讨河北省域生态系统面临的“生态服务转型”趋势。
根据国家、省级长远规划要求，分析河北地区土地利用状况的短板。对照河北省域土地利用总体规划（2006-2020）制定的2020年土地利用战略目标[25]，将土地利用的实际状况与规划目标之间进行对比，基于此来探讨“生态系统服务转型”趋势。如表4所示，基本农田、草地、建设用地超过规划保护面积，实现了河北省域所规划的土地保有量目标，这也正好解释了上表1中关于农田与草地在近10年呈日益缩减的趋势，而森林和湿地还存在较大覆盖缺口，提出了对森林和湿地加强保护和管理的要求。在巩固退耕还林还湿政策的推动下，河北省域生态系统布局向规划目标逐步调整。
表4 河北省域2020年土地利用目标与实际对比
如果将2020年河北地区预期实现的森林和湿地的保护面积作为生态红线，到2035年预计再用15年时间来实现的话，以2020年森林面积为基数，森林的年均增长率至少应保持在2.92%，须高于近10年来仅仅0.1%的增长态势，显然任重而道远，这还只是数量上的约束性。从生态系统服务价值上，近10年来，森林生态系统保持着“弱增益”状态，要实现规划保护目标，还需实现质量上的“强增益”，以2020年实际折算的生态服务价值1.24亿元为基础，到2035年至少达到1.91亿元，年均增长率应保持4.41%，年均增长0.07亿元。同理，到2035年要达到湿地规划目标，实现生态服务价值0.47亿元，需年均增长覆盖面积1.11%，年均增长生态服务价值1.38%，继续保持湿地生态系统的“强增益”状态。
（一）主要结论
本文基于河北省域土地利用类型及其面积变化，参考谢高地提出的生态系统服务价值估算方法，核算研究区2000-2020年生态系统服务价值及其变动，构建生态服务价值指数来评价“生态系统服务转型”的状态，并结合河北地区2020年土地利用规划目标的实现程度，分析河北省域土地利用变化及生态服务转型的趋势。主要结论如下：
1.2000-2020年，河北省域农田和草地面积呈持续减少态势，而森林、湿地和建设用地呈净增加态势。尽管农田和草地的缩减率略高于森林的增长率，但是按照2020年河北省域土地利用规划目标，本已应该实现的土地利用规划布局，还存在建设用地超标，森林和湿地面积短缺的生态转型任务。
2.近20年来，各生态系统类型提供的生态服务价值呈持续增加趋势，湿地和森林的增幅较大，而农田和草地的增幅较小。除了农田表现为从“强增益”转向“无明显变化”状态外，草地、森林在后10年均进入“弱增益”状态，湿地则进入“强增益”状态。各生态系统服务从“强增益”转为“弱增益”状态。为实现土地利用规划目标以及国土空间规划的合理布局，未来15年森林和湿地还应实现“生态系统服务转型”的“强增益”和“弱增益”趋势。
3.近20年来，国家和省级土地利用类型在不断调整与变动中，直接影响着生态系统服务功能及其价值水平。在第三次全国国土调查指导下，应继续完善现有的土地利用调控政策与配套文件，增强政策的实施力度，向着优先实现河北省域土地利用总体规划（2006-2020）目标，优先实现国土空间保护、开发、利用、修复的综合目标前进，促进河北省域生态系统服务向优良方向转型。
（二）对策建议
由上述分析可知，由于城镇化发展及人类对土地的过度扰动，使得土地资源未得到合理利用，各地类生态系统服务总价值于近10年上升的态势有所减缓，致使其所提供的生态系统服务表现为趋弱状态，导致河北地区整体的生态系统处于亚健康状态。如何协调土地利用与生态系统服务弱化间的冲突与矛盾，使两者之间形成正向的促进关系，归根结底是生态系统管理的问题。由此提出以下对策建议：
1.加强对农田的保护，划定生态红线。合理规划河北地区建设用地的开发与利用，严禁非农业用地等对农田的侵占，确保农田面积的合理性，同时持续推广实施“保护性耕作、轮作、绿肥种植”等举措，提高农田质量。此外，针对河北省域规划的生态红线，加强对农田转出面积监测与审批限量管理政策，以此来保障农民切身利益与区域的粮食安全。
2.提升对林地和湿地的养护和管理。林地和湿地对提升区域生态服务功能水平起重要促进作用，但由于两地类面积均未达到省域的规划目标，致使区域整体的生态服务价值增长趋势有所减缓。今后应对林地湿地进行优化管理，继续巩固实施“退耕还林还湿、湿地保育、天然林保护”等政策，提升单位面积生态服务产出，从规模转向质量，进而提高区域整体的生态服务水平与环境质量。
3.强化区域生态系统管理，提升并维持生态系统服务功能。按照河北省域的生态服务转型规划，开发区域综合系统管理平台，在增效益的方向尽量优化各系统的地理分布和子系统完整性，减少破碎化利用，提升区域综合服务价值，以此来维持并修复生态系统的平衡和健康，促进生态系统服务向“增益”方向转型及区域的可持续发展。
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