黄土高原知多少：评估中国黄土高原土地利用土地覆盖转化对ECO服务价值变化的影响 MDPI Sustainability

  会主任、国际生态学会副主席、国际长期ECO研究网络副主席、中国地理学会理事长。兼任国家自然科学基金地学部主任。已发表学术论文500余篇，其中SCI收录论文260余篇，SCI引用7,000余次，入选高引用作者，中国国内引用43,000余次 (CNKI)，出版著作10余部。

  傅伯杰院士主要是做自然地理学和景观生态学研究，在土地利用结构与生态过程、景观生态等方面取得了系统性创新成果。开创性的将格局-过程-尺度有机结合，揭示了黄土丘陵沟壑区不同尺度土地利用格局对土壤水分、养分和土壤侵蚀的影响机理，建立了坡地土壤水分空间分布模型，比较分析了不同土地利用结构的水土保持效应，为水土流失治理和植被恢复提供了科学依据。傅伯杰院士提出了景观多样性的概念和类型，发展了农业景观可持续性评价指数和模型，推动了中国景观生态学的发展。主持完成了中国生态区划方案并得到普遍应用。

  姜维，德国哥廷根大学资源与环境经济学系博士后，现任中国科学院生态环境研究中心助理研究员，主要是做ECO服务、可持续发展研究。

  ECO服务，包括供应、调节、栖息地和文化服务，是维持人类幸福生活、可持续发展必不可少的一部分。这些服务的货币估值直观地说明了人类从ECO中的较大获益，进一步突出了ECO的重要性，能够强有力地支持促进有效的生态系统保护和管理的相关决策。因此近年来，生态系统服务价值 (Ecosystem Services Value, ESVs) 的评估引起了很多关注。

  中国黄土高原正在遭受剧烈的人类活动 (例如大规模的森林砍伐和长期耕作) 和严峻的环境条件 (例如高度易蚀的黄土土壤，不均匀分布的降水和破碎的地貌) 的挑战。因此，它已变成全球上最脆弱，且受侵蚀程度和水土流失最严重的地区之一。水土流失使农业生产力降低、水资源枯竭和ECO退化。自2000年国家实施退耕还林工程二十年来，生态恢复对ECO服务的影响引起了学者和公众的广泛关注。许多研究报告了区域、次区域、分水岭和地方尺度的不同ECO服务的空间格局、时间变化和权衡。但是，很少有研究考虑到土地利用/土地覆盖变化 (Land Use/Land Cover, LULC) 对该关键区域ECO服务价值的影响。

  作者采用中国土地覆盖数据集的数据为样本，选取1990年、2000年、2010年、2015年四个时间节点的数据，将土地利用/土地覆盖类型重新归类为16种，包括旱地、稻田、灌木丛、针叶林、混交林、阔叶、牧场、草地、湿地、河流和湖泊、冰雪地、建筑用地等。

  效益转移法 (Benefit Transfer Method) 是通过将一个或多个已完成的可用信息转移到其他缺乏主要信息的地点来评估ECO服务的经济价值[1,2]。作者应用该方法对全球[3]尺度下16种LULC类型的17种ECO服务价值进行了估算。基于中国生态专家[4]的调查问卷，对中国6种主要LULC类型的9种ECO服务功能进行了调整。为进一步提升14种LULC类型[5]的11种ECO服务单位价值，建立了等效系数法。因此，这些单位值对于计算在中国的ECO服务价值时更可靠。

  由表1可知：旱地大幅度减少，从1990年的31.25％降至2015年的28.80％；灌木丛扩大，从1990年的13.58％增至2015年的14.03％；牧场和灌木草略有增加；湿地、河流和湖泊略有减少；裸地面积略有缩小，1990年为3.79％，2015年为3.61％；建筑用地扩张可观，从1990年的2.57％上升到2015年的3.95％。

  表1. 1990年、2000年、2010年和2015年土地利用/土地覆盖的面积和占比。

  由图1中可得知，从1990年到2000年，黄土高原总ECO服务价值从3271亿美元下降到3203亿美元，减少约70亿美元。自2000年退耕还林工程实施以来，黄土高原总ECO服务价值开始稳步回升，2010年达到3240亿美元，但并未恢复到1990年的水平。

  黄土高原ECO的调节服务价值占比最大，并且它的变化趋势与总体ECO服务价值的变化一致，第一阶段下降，后两个阶段上升；

  供应服务价值逐渐下降，从1990年的299.82亿美元下降到2015年的289.94亿美元；

  栖息地和文化服务价值在2010年达到峰值，分别为303.52亿美元和136亿美元，2010至2015年略微回落但并未低于1990年的价值。

  该公式衡量了当土地利用/土地覆盖变化为百分之一时，ECO服务价值变化的百分比。对于给定的区域，如黄土高原，弹性系数计算公式为：

  弹性的解释如下：土地利用/土地覆盖类型的弹性越大，该土地利用/土地覆盖类型对总ESV变化的影响越大。如1%的土地利用/土地覆盖面积的转换，导致了给定区域在给定周期内ECO服务价值变化的E%。当较小的面积转换导致较大的ESV变化时，意味着弹性较大是合理的。弹性可分为0 E 0.5、0.5E 1和E1三个层次，说明ESVs变化对LULC变化的响应分别为无弹性、有弹性和富有弹性。

  由表2得知，三个时段的弹性系数分别是1.03、0.38和0.05，这在某种程度上预示着黄土高原土地利用/土地覆盖面积变化为1%时，这三个时段分别会引起ECO服务价值变化1.03%、0.38%和0.05%。这个弹性系数表明，1990-2000年ECO服务价值变化随土地利用/土地覆盖变化的弹性非常大，而在后两个时段无弹性。

  表2. 三个时段土地利用/土地覆盖变化、ECO服务价值变化和弹性系数。

  黄土高原不仅是遭受水土流失和水资源短缺等生态威胁的脆弱地区，而且还是为中国大量人口提供各种基本ECO服务的宝贵地区。从1990年到2015年，各种自然和社会经济因素已大大改变了黄土高原土地利用/土地覆盖的方式。将弹性作为简化的指标有助于发现不一样的区域之间的异常变化，并确定生态系统管理的特定政策需求。适当的生态系统管理不但可以增加ECO服务的供应，还能够促进区域可持续发展。数据的精准度是影响研究质量的重要指标，应从土地利用/土地覆盖的数据质量和单位ECO服务价值精度的角度考虑提高结果的准确性。

  Sustainability(ISSN 2071-1050,IF 2.576) 是一个国际型开放获取期刊。期刊主题涵盖人类在环境、文化、经济以及社会各方面的可持续发展议题。Sustainability采取单盲同行评审，一审周期约为14.7天，文章从接收到发表仅需2.9天。

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