土地利用規(guī)模和結構調整的環(huán)境影響評價模型研究

賈克敬，王 宏，徐小黎，何春陽

（1.中國土地勘測規(guī)劃院，北京100035；2.北京師范大學資源學院，北京100875；3.地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室（北京師范大學），北京100875）

土地利用規(guī)模和結構調整的環(huán)境影響評價模型研究

賈克敬1，王 宏2，3，徐小黎1，何春陽2，3

（1.中國土地勘測規(guī)劃院，北京100035；2.北京師范大學資源學院，北京100875；3.地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室（北京師范大學），北京100875）

研究目的：構建一個可全面定量評價土地利用規(guī)模和結構調整相關環(huán)境影響的模型體系。研究方法：系統(tǒng)整合土地利用類型轉移計算模型、多樣性指數(shù)模型、土地生態(tài)服務價值計算模型、生態(tài)足跡和生態(tài)承載力評價模型等相關模型，并以上海市為例進行實證研究。研究結果：該模型體系比較全面地評價了上海市土地利用規(guī)劃的環(huán)境影響，結果顯示上海市的土地利用規(guī)劃將導致區(qū)域土地利用結構明顯變化，在一定程度上減少區(qū)域生態(tài)壓力。研究結論：該模型體系能夠客觀評價土地利用規(guī)模和結構調整的相關環(huán)境影響，有一定的應用推廣價值。

土地利用；規(guī)模和結構調整；環(huán)境影響評價；模型；上海

1 前言

《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》中第2章第7條規(guī)定：“國務院有關部門、設區(qū)的市級以及地方人民政府及其有關部門，對其組織編制的土地利用的有關規(guī)劃，區(qū)域、流域、海域的建設、開發(fā)利用規(guī)劃，應當在規(guī)劃編制過程中組織進行環(huán)境影響評價，編寫該規(guī)劃有關環(huán)境影響的篇章或者說明?！边@在法律層面上確立了土地利用規(guī)劃環(huán)境影響評價的地位[1-5]?，F(xiàn)有的土地規(guī)劃環(huán)境影響評價常常直接使用項目環(huán)境影響評價的相關模型，缺乏對土地利用規(guī)劃本身層次性和系統(tǒng)性的綜合考慮，并不能客觀有效地評價土地利用規(guī)劃導致的相關環(huán)境影響[4-6]。因此，本文在系統(tǒng)整合現(xiàn)有相關環(huán)境影響評價模型的基礎上，構建了一個旨在全面定量評價土地利用規(guī)模和結構調整相關環(huán)境影響的模型體系，并利用該模型體系，系統(tǒng)評價了上海市土地利用規(guī)劃中土地利用規(guī)模和結構調整的環(huán)境影響。目的在于為土地利用規(guī)劃環(huán)境影響評價工作進行提供借鑒和參考。

2 土地利用規(guī)模和結構調整的環(huán)境影響評價模型體系

參考國土資源部下發(fā)的《省級土地利用總體規(guī)劃環(huán)境影響評價技術指引》和《市級土地利用總體規(guī)劃環(huán)境影響評價技術指南》，筆者認為構建土地利用規(guī)模和結構調整環(huán)境影響評價模型體系應該堅持以下原則：（1）科學性。應客觀評價區(qū)域規(guī)劃方案實施對相關環(huán)境要素及其所構成的生態(tài)系統(tǒng)可能造成的影響，構建的模型應具有明確的科學內涵和較好的度量性。（2）可操作性。相關評價指標應該易于從國民經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)、國土資源管理等相關部門資料中獲取。為此，提出了如圖1的土地利用規(guī)模和結構調整的環(huán)境影響評價模型體系。

圖1 土地利用規(guī)模和結構調整的環(huán)境影響評價模型整體框架Fig.1 Framework of environmental impact assessment model for land use scale and structure adjustment

該模型體系主要由規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構變化評價模型和規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構環(huán)境影響評價模型兩大類構成，前者主要有土地利用類型轉移計算模型和多樣性指數(shù)模型，后者主要有土地生態(tài)服務價值計算模型、生態(tài)足跡和生態(tài)承載力評價模型。利用該模型體系，可以從規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構變化評價及規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構環(huán)境影響評價兩方面比較全面系統(tǒng)地評價土地規(guī)劃中土地利用規(guī)模和結構調整的相關環(huán)境影響。

3 土地利用規(guī)模和結構調整的環(huán)境影響評價的具體模型方法

3.1 規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構變化評價

3.1.1 規(guī)劃前后土地利用變化方向評價 對于任意兩個時刻（k和k+1）的土地利用圖和，利用公式和圖像的空間疊加運算，可以得到土地利用類型變化的空間分布，從而求得土地利用類型相互轉化的數(shù)量關系的轉移矩陣[7]。

利用轉移矩陣分析規(guī)劃前后不同土地利用類型轉換速度、強烈程度和分析土地利用類型的轉移趨向。

3.1.2 規(guī)劃前后土地利用結構多樣化程度評價 土地利用多樣性變化采用吉布斯·馬丁公式：

式2中，Gm為多樣性指數(shù)；Xi為第i種土地利用類型的面積；n為區(qū)域內土地利用類型數(shù)。此公式可用于測算區(qū)域土地利用結構的多樣化程度，Gm越大，土地利用類型越多樣。

3.2 規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構環(huán)境影響評價

3.2.1 規(guī)劃前后土地生態(tài)服務價值變化評價 土地作為各種陸地生態(tài)系統(tǒng)的總稱，土地利用結構的變化引起各類生態(tài)系統(tǒng)類型、面積以及空間分布格局的變化。以經(jīng)濟利益為目的的土地利用結構調整導致自然生態(tài)系統(tǒng)面積在土地利用結構中所占比重越來越小，而人工系統(tǒng)中工礦、交通和建設用地面積比重卻不斷上升。自然環(huán)境的惡化制約了經(jīng)濟發(fā)展，造成經(jīng)濟生態(tài)雙重滯后的局面。Costanza等[8]在Nature上發(fā)表了“全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值和自然資本”一文，逐項估計了各種生態(tài)系統(tǒng)的各項生態(tài)系統(tǒng)服務價值。但在該項研究中，某些數(shù)據(jù)存在較大偏差，如對耕地的估計過低，對濕地的估計又偏高等，不宜于直接應用到中國的相關研究中。因此，謝高地等學者[9]針對上述不足，對中國各類生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行修訂，形成了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值。

區(qū)域內生態(tài)系統(tǒng)服務總價值計算公式為：

式3中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務總價值；Ak為第k類土地利用類型的面積；VCk為第k類土地利用類型單位面積服務價值，即生態(tài)價值系數(shù)。

區(qū)域內某種生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值計算公式為：

式4中，ESVf為生態(tài)系統(tǒng)第f類服務功能總價值；Ak為第k類土地利用類型的面積；VCfk為單位面積上第k類土地利用類型第f類服務功能的生態(tài)價值系數(shù)。

通過分析規(guī)劃前后區(qū)域生態(tài)服務功能總價值變化情況作為對該規(guī)劃環(huán)評的綜合性評價結論，并將結論反饋至調整該項規(guī)劃，可以防止區(qū)域內生態(tài)服務功能價值改變程度和速度過大，優(yōu)化生態(tài)服務功能價值的空間結構。

3.2.2 生態(tài)足跡和生態(tài)承載力評價 生態(tài)足跡的計算結構可用來反映土地利用總體規(guī)劃的指標對周圍環(huán)境的影響。生態(tài)足跡的優(yōu)點在于將所消費的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的廢棄物折合成統(tǒng)一的土地面積，極大簡化了自然資本的統(tǒng)計，并且相對于各種繁雜的自然資本項目之間、各類土地之間容易建立等價關系，方便自然資本總量的計算；方法相對簡單，容易掌握；適用范圍廣泛，可用于不同層次、不同區(qū)域的土地利用規(guī)劃。

計算生態(tài)足跡的方法如下[10]：

（1）計算均衡因子。

6類生態(tài)生產(chǎn)性土地的生物生產(chǎn)力是存在差異的，均衡因子就是一個使不同類型的生態(tài)生產(chǎn)性土地轉化為在生物生產(chǎn)力上等價的系數(shù)。其計算公式為：某類生態(tài)生產(chǎn)性土地的均衡因子=全球該類生態(tài)生產(chǎn)性土地的平均生物生產(chǎn)力+全球所有各類生態(tài)生產(chǎn)性土地的平均生物生產(chǎn)力。目前普遍采用的均衡因子為：耕地和建筑用地為2.8，森林和化石能源用地為1.1，草地為0.5，海洋為0.2。

（2）計算生態(tài)足跡。

式5中，EF為區(qū)域總人口生態(tài)足跡；ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡；γ為均衡因子；N為區(qū)域人口總數(shù)量；Ai為折算的生物生產(chǎn)性土地面積；Ci為人均消費量；Pi為全球平均生產(chǎn)能力。

計算生態(tài)承載力的方法為[11]：首先，獲取各類生態(tài)生產(chǎn)性土地的實際面積（AAi）；然后計算產(chǎn)量因子（YFi），各國各地區(qū)同類生物性生產(chǎn)面積的實際面積不能直接進行對比，為使其有可比性，需通過“產(chǎn)量因子”修正；最后計算生態(tài)承載力（EC，又稱生態(tài)容量）。

式6中，ECi為各土地類型的生態(tài)承載力。

區(qū)域生態(tài)足跡如果超過了區(qū)域所能提供的生態(tài)承載力，就出現(xiàn)生態(tài)赤字；如果小于區(qū)域的生態(tài)承載力，則表現(xiàn)為生態(tài)盈余。

式7—8中，ED為生態(tài)赤字；ER為生態(tài)盈余。

將規(guī)劃區(qū)內的生態(tài)足跡同區(qū)域所能提供的生物生產(chǎn)面積進行比較，可為判斷一個國家或地區(qū)的生產(chǎn)消費活動是否處于當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)承載力范圍內提供定量依據(jù)。

4 應用實例

本研究利用土地利用類型轉移計算模型和多樣性指數(shù)模型評價了上海市規(guī)劃前（2005年以前）和規(guī)劃后（2005—2020年）土地規(guī)模和結構的變化；利用生態(tài)服務價值計算模型、生態(tài)足跡和生態(tài)承載力模型評價了規(guī)劃前后上海市的土地規(guī)模和結構調整對環(huán)境的影響。

4.1 規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構變化評價

上海市2005年、2010年和2020年的土地利用多樣性指數(shù)如表1所示。從表1中可見，至2020年上海市土地利用結構多樣化程度總體呈上升趨勢，但上升趨勢不明顯；土地利用率、建設用地、農(nóng)用地比例以及林地覆蓋率有了比較明顯的上升。特別是土地利用率，達到了83.21%，提高了8個百分點，說明上海市的土地利用已經(jīng)達到飽和狀態(tài)。就建設用地比例而言，由2005年的29.14%增加至2020年的36.18%，提高了7個百分點。盡管建設用地比例要低于農(nóng)業(yè)用地比例，但兩者差距在逐漸減少，這更增加了對上海生態(tài)環(huán)境的壓力。此外就林地和農(nóng)用地面積而言，盡管有所提高，但比例不大（均不到1%）。

表1 上海市土地利用變化情況（2005年，2010年，2020年）Tab.1 Land use changes in Shanghai in 2005，2010 and 2020

4.2 規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構環(huán)境影響評價

4.2.1 規(guī)劃前后上海市的生態(tài)服務價值變化 利用生態(tài)服務價值評價模型計算上海市2005年，2010年和2020年土地利用生態(tài)服務價值。從2005年到2020年，由于林地面積增加，森林的生態(tài)服務功能價值提高至815.89×106元，從2005年到2010年，農(nóng)田面積稍微增加，到2020年，農(nóng)田面積減少，生態(tài)服務價值降低。水體面積明顯減少，其生態(tài)服務功能價值明顯降低，而且相對比重較大，導致了總生態(tài)服務功能價值減少了9%?？梢钥闯錾虾Ｊ械耐恋乩媒Y構變化相對明顯，結構調整導致了生態(tài)服務功能價值的減少。

4.2.2 規(guī)劃前后上海市的生態(tài)足跡變化 根據(jù)上海市統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，選取了糧食、豆類、蔬菜、食用油、豬肉、牛羊肉、禽蛋、奶類、水果、水產(chǎn)品共10種計算生物資源消費，利用煤炭、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、天然氣、電力9種指標計算能源消費生態(tài)足跡。利用生態(tài)足跡模型，將各項生物資源和能源消費轉化為提供這些消費所需要的生物生產(chǎn)性面積。根據(jù)各時期上海市的土地利用類型面積數(shù)據(jù)和規(guī)劃的土地利用類型面積數(shù)據(jù)，利用生態(tài)承載力模型，計算了生態(tài)承載力。2005年上海市生態(tài)足跡的需求及供給結果如表2所示。

從表2可以看出，2005年水體和耕地類型的人均生態(tài)足跡需求量較大，分別為0.13712 hm2和0.13138 hm2；建筑用地類型的人均生態(tài)足跡需求量最小，僅為0.00014 hm2。草地類型和CO2吸收面積人均生態(tài)足跡供給為0。在所有的類型中，僅建筑用地類型產(chǎn)生了生態(tài)盈余，其他類型均產(chǎn)生了生態(tài)赤字。對2005年上海所有類型的人均生態(tài)足跡需要和供給分別匯總可以看出，總生態(tài)足跡為0.38075 hm2，總生態(tài)承載力為0.1431 hm2，生態(tài)赤字為0.23765 hm2，表明上海市處于生態(tài)壓力區(qū)。

表2 上海市生態(tài)足跡與生態(tài)承載力（2005年）Tab.2 Eco-footprint and eco-capacity of Shanghai City in 2005

表3 上海市人均生態(tài)足跡動態(tài)變化表 單位：hm2/人Tab.3 Dynamic changes of eco-footprint per capita of Shanghai Cityunit：hm2/person

采用上海市2002—2005年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)，計算了2002—2005年及規(guī)劃期的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力（表3）。從中可見，規(guī)劃前（2002—2005年），生態(tài)足跡和生態(tài)承載力逐年降低，計算得到的生態(tài)赤字也在逐漸降低。這表明從2002—2005年，上海市生態(tài)供給滿足不了生態(tài)需求，已超出自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)承載能力的范圍，但生態(tài)赤字逐漸降低，生態(tài)系統(tǒng)正向良性方向發(fā)展。規(guī)劃后（2006—2020年）的生態(tài)足跡需求降低，生態(tài)赤字比規(guī)劃前有所減少，表明規(guī)劃后的土地生態(tài)狀況要好于規(guī)劃前生態(tài)狀況，生態(tài)壓力逐漸減輕。這表明本次土地利用規(guī)劃可以在一定程度上促進上海市生態(tài)環(huán)境的改善。

5 結論和討論

本文在參考《省級土地利用總體規(guī)劃環(huán)境影響評價技術指引》和《市級土地利用總體規(guī)劃環(huán)境影響評價技術指南》的基礎上，構建了一個全面定量評價土地利用規(guī)模和結構調整相關環(huán)境影響的模型體系，并給出了相關的具體模型方法。該模型體系主要由規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構變化評價模型和規(guī)劃前后土地規(guī)模和結構環(huán)境影響評價模型兩大類模型構成，前者主要有土地利用類型轉移計算模型和多樣性指數(shù)模型，后者主要有土地生態(tài)服務價值計算模型、生態(tài)足跡和生態(tài)承載力評價模型。通過計算規(guī)劃前后區(qū)域土地利用類型的轉移矩陣，可以表明規(guī)劃前土地利用類型的去向和規(guī)劃后不同土地利用類型的來源；利用多樣性指數(shù)可以討論規(guī)劃前后土地利用結構多樣性程度的變化趨勢。通過計算不同年份生態(tài)系統(tǒng)服務價值，可以找出生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化，從而確定土地利用規(guī)劃造成的生態(tài)環(huán)境影響。生態(tài)足跡方法可以揭示出一定區(qū)域生物資源的消費需求與其供給能力的平衡狀況的變化趨勢，也可以揭示出資源消費的構成，還可以揭示出人類對哪類資源的占用超過了其可再生能力。將規(guī)劃區(qū)內的生態(tài)足跡同區(qū)域范圍所能提供的生物生產(chǎn)面積進行比較，可以為判斷區(qū)域的生產(chǎn)消費活動是否處于當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)承載力范圍提供定量依據(jù)。

本文利用該模型比較全面地評價了上海市土地利用規(guī)劃的環(huán)境影響。評價結果顯示，上海市的土地利用規(guī)劃將導致區(qū)域土地利用結構明顯變化，在一定程度上減少區(qū)域生態(tài)壓力。同時，該評價案例也顯示該模型體系體現(xiàn)能夠比較客觀地評價土地利用規(guī)模和結構調整的相關環(huán)境影響，有一定的應用推廣價值。

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Research on the Model for Assessing the Impacts of Land Use Scale and Structure Adjustment on Environment

JIA Ke-jing1,WANG Hong2，3,XU Xiao-li1,HE Chun-yang2，3
（1.China Land Surveying and Planning Institute,Beijing 100035,China;2.College of Resources Science&Technology,Beijing Normal University,Beijing 100875,China;3.State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology（Beijing Normal University）,Beijing 100875,China）

The purpose of this paper is to establish a model system,which can comprehensively and quantitatively assess the impact of land use scale and structure adjustment on environment.Methods employed are to systematically integrate relevant models,including land-use type conversion calculation model,diversity index model,land eco-service value calculation model,eco-footprint and eco-capacity models,etc.and to conduct empirical research taking Shanghai as an example.The results indicate:（1）the model system can relatively and comprehensively assess the impacts of land-use plan on the environment in Shanghai City;（2）the assessment results revealed that the land-use plan of Shanghai City will cause remarkable variation on regional land-use structure and will reduce regional eco-pressures to certain extent.It is concluded that the model system can objectively assess the impacts of land-use scale and structure adjustment on environment,and therefore it is meaningful to be applied and popularized.

land use;scale and structure adjustment;environmental impact assessment;model;Shanghai City

F301.2

：A

1001-8158（2010）07-0047-06

2009-11-13

2010-03-19

國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（200811035）。

賈克敬（1966-），男，山東陽谷人，研究員。主要研究方向為土地利用規(guī)劃和規(guī)劃環(huán)境影響評價。E-mail:jkj05@yahoo.com.cn

何春陽（1975-），男，副教授，四川射洪人，博士生導師。主要研究方向為土地資源管理與城市化過程。E-mail:hcy@bnu.edu.cn