都市邊緣區(qū)土地利用變化及生態(tài)服務(wù)價值損益分析*——以北京市昌平區(qū)為例

唐秀美，潘瑜春，陳百明，張蕾娜

(1.國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京100097;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101;3.國土資源部土地整理中心，北京100035)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)，自然資產(chǎn)含有多種與其生態(tài)服務(wù)功能相應(yīng)的價值［1-2］。長期以來，由于對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值缺乏充分的認識，人們較多地考慮環(huán)境與資源可實現(xiàn)的直觀經(jīng)濟價值，較少顧及其潛在的社會與環(huán)境價值，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成了較大的損害，大大減少了人類的應(yīng)得福利，進而影響人類在整個生物圈中的可持續(xù)性［1］，分析與評價生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的間接價值已成為當前生態(tài)學(xué)與生態(tài)經(jīng)濟學(xué)研究的前沿課題［3］。國際和國內(nèi)基于各種時空尺度的自然資源價值評估工作已從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、自然資本、生態(tài)資產(chǎn)、生物多樣性等角度大量展開，在相關(guān)理論、方法和應(yīng)用的廣度和深度上取得了前所未有的進展［4］。眾多學(xué)者已重視并開展了對全球尺度、國家尺度、區(qū)域尺度以及單個生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)的價值評估研究［5-13］。土地是各種生態(tài)系統(tǒng)的載體，土地利用/覆蓋變化是人類活動與自然環(huán)境相互作用的集中體現(xiàn)，在全球環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展研究中占有重要的地位［14］。土地利用/覆蓋變化在改變地表自然景觀面貌的同時引起了生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的改變，其變化過程對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的維持起到?jīng)Q定性的作用［15］。北京市昌平區(qū)處于北京市的邊緣，在北京市主體功能區(qū)劃中定位為城市發(fā)展新區(qū)，近年來隨著城市擴張，各種土地利用類型變化較大，特別是建設(shè)用地面積急劇增加，侵占了大量的耕地，對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定影響，該研究的目的旨在定量研究土地利用變化造成的生態(tài)服務(wù)價值的損益程度，量化土地利用結(jié)構(gòu)對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算引入到土地利用決策當中，以期促進區(qū)域土地資源的合理開發(fā)和可持續(xù)利用，保護區(qū)域生環(huán)境，推動區(qū)域自然社會經(jīng)濟系統(tǒng)長期協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

昌平區(qū)位于北京市西北部太行山脈與燕山山脈交匯處，是首都的中郊區(qū)，最南端距市中心10km。區(qū)域面積1 343.5km2，轄15個鎮(zhèn)、2個街道辦事處和北企公司，常住人口82.9萬。昌平地處平原與山區(qū)連接地帶，西北部的山區(qū)、半山區(qū)占全區(qū)總面積的59.2%。在北京市各區(qū)縣的功能定位劃分中，昌平屬于城市發(fā)展新區(qū)。根據(jù)2005年國務(wù)院批準的《北京城市發(fā)展總體規(guī)劃》，昌平新城被確定為首都規(guī)劃建設(shè)的11個新城之一，功能定位是“重要的高新技術(shù)研發(fā)產(chǎn)業(yè)基地，引導(dǎo)發(fā)展高新技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)、旅游服務(wù)、教育等功能”。區(qū)域協(xié)調(diào)快速發(fā)展對北京市有重要的作用。

該研究數(shù)據(jù)來源為昌平區(qū)1993年、2001年、2007年三期土地利用現(xiàn)狀圖。3期圖件在ArcGIS中進行了標準化校正處理，之后在ArcGIS中統(tǒng)計進行了各用地類型面積的統(tǒng)計和轉(zhuǎn)移矩陣的計算。

2 昌平區(qū)土地利用變化

3.1 各土地利用類型面積變化

結(jié)合2007年的國標分類體系，對昌平區(qū)主要的土地利用類型進行綜合，共有9個一級類，14個二級類。其中濕地和城市綠地是通過對遙感影像進行解譯的方法計算得到的，單獨解譯出來的目的是因為這兩種土地利用類型雖然面積不大，但是其生態(tài)服務(wù)價值較高，有必要單獨進行計算，城市綠地主要包含的地類主要是指公園綠地。對三期的土地利用圖件進行統(tǒng)計，得到三期土地利用類型的面積分布情況，如表所示。

表1 昌平區(qū)1993年、2001年、2007年各土地利用類型面積及比例

從表1中我們可以看出，昌平區(qū)的主要用地類型面積為灌木林地、建設(shè)用地和水澆地，特別是灌木林地的面積一直占到30%以上;1993～2007年間，各種用地類型的面積發(fā)生了較大的改變，其中，耕地、園地、草地面積不斷減少，各種林地、建設(shè)用地的面積不斷增加，水域、荒土地、城市綠地的面積先增加后減少，建設(shè)用地面積增加的幅度較大，特別是1993～2001年，增加的幅度較大。

2.2 土地利用類型轉(zhuǎn)換

土地利用類型的相互轉(zhuǎn)換情況，可以利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來進行分析。它可以反映出各土地利用類型由T時刻向T+l時刻的轉(zhuǎn)換過程。對三期土地利用現(xiàn)狀圖導(dǎo)入到ArcGIS中進行疊加分析，并利用Arc-GIS的空間分析功能，提取土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，從而分析研究區(qū)土地利用時空格局變化狀況。

表2 1993～2001年各用地類型轉(zhuǎn)移量矩陣 %

表3 2001～2007年各用地類型轉(zhuǎn)移量矩陣 %

通過轉(zhuǎn)移矩陣的分析，可以得知各種土地利用類型變動的來源和去向，從而為土地利用類型決策提供依據(jù)。從表2和表3中我們可以看出，1993～2001年，各種用地類型之間的轉(zhuǎn)換較為頻繁，其中，耕地面積減少，主要原因是建設(shè)用地的占用;園地面積減少，主要原因是建設(shè)用地和林地、草地的占用;各種林地面積增加，主要是由耕地和林地轉(zhuǎn)換而來;天然草地面積變動較少，其他草地面積減少主要是轉(zhuǎn)換為林地和建設(shè)用地;水域面積增加，主要是耕地的轉(zhuǎn)換;荒土地和公園綠地變動幅度較小，建設(shè)用地面積增加，主要是由于其他各種用地類型都向建設(shè)用地進行了較大的轉(zhuǎn)換，特別是耕地。而從2001年到2007年，各種用地類型之間的轉(zhuǎn)換相對比較少，用地類型的面積變化也比較少，除了各種用地類型特別是耕地大量的轉(zhuǎn)換到建設(shè)用地之外，其他用地類型之間的相互轉(zhuǎn)換程度比較微弱，相對比較穩(wěn)定。

3 昌平區(qū)生態(tài)服務(wù)價值損益分析

3.1 土地利用類型及其生態(tài)服務(wù)價值

當前有關(guān)生態(tài)服務(wù)價值 (ESV)的研究很多，研究方法多樣。國際上引用率比較高的是Costanza在1997年《Nature》雜志上發(fā)表的關(guān)于全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和生態(tài)資本的文章［1］，但是該研究成果對中國的實際情況并不完全適用。國內(nèi)比較權(quán)威的研究結(jié)論是謝高地的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量表［7］。由于該表是以全國平均水平狀況下的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值為基準的，直接用來作為北京市使用并不合理，因此該研究對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量表進行了空間尺度和時間尺度上的修正，使之適合于北京的實際情況。時間尺度上，采用2008年的全國平均糧食單產(chǎn)市場價值，將其修正到2008年的價值水平上，空間尺度上，采用的方法是采用生物量 (NPP)進行修正，將生態(tài)服務(wù)價值由全國校正到北京市［16］。針對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量表對土地利用類型分類較少的缺陷，該研究通過專家咨詢法，結(jié)合已有的研究，對北京市的土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值進行了細分處理［17］，最終得到了北京市昌平區(qū)各土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值。

表4 昌平區(qū)各土地利用類型的單位面積生態(tài)服務(wù)價值表 hm2

3.2 土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值損益分析

根據(jù)表4的單位面積價值，將其與土地利用類型的面積進行計算，得到昌平區(qū)3期土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值的總值。從表5中可以看出，1993～2007年，昌平區(qū)生態(tài)服務(wù)價值總體是不斷減少的趨勢，從1993年的2.39×109元減少到2001年的2.27×109元，到2007年又減少到2.16×109元。昌平區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值組成中，最重要的是灌木林地，占到40%左右，而且比例是不斷增加的，其次是水域和水澆地，說明灌木林地、水域、水澆地是昌平起到重要生態(tài)作用的用地類型。另外，園地、有林地、其他林地也占到了較高的比重。分析各種土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值總量的變化情況，其與對應(yīng)的土地利用類型面積的變化情況是一致的，但是比例變化有所不同，耕地生態(tài)服務(wù)價值總量與比例同時降低;園地生態(tài)服務(wù)價值總量不斷減少，但所占比例是先減少后增加的，各類林地的生態(tài)服務(wù)價值總量和比例是同時增加的;天然草地變化較小，其他草地的生態(tài)服務(wù)價值總量和比例同時減少;水域的生態(tài)服務(wù)價值總量和比例都是先增加后減少的;濕地生態(tài)服務(wù)價值總量不變，但是占的比例不斷增加;荒土地生態(tài)服務(wù)價值和比例都是先增加后減少;城市綠地生態(tài)服務(wù)價值和比例都是先增加后減少;建設(shè)用地的價值是減少的。

表5 昌平區(qū)1993年、2001年、2007年各土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值

4 結(jié)論與討論

(1)1993～2007年，北京市昌平區(qū)的土地利用類型面積發(fā)生了較大的變化，耕地、園地、草地面積持續(xù)減少，林地、建設(shè)用地面積不斷增加，建設(shè)用地的面積不斷增加，而且增加的幅度較大，其他用地類型的面積變化幅度較小。相對來說，1993～2001年的變化較為劇烈，土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)換較為頻繁，特別是大量的土地利用類型轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地面積。2001～2007年，各個土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換相對較為平穩(wěn)，其中有較大面積的土地利用類型轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地。

(2)1993～2007年，昌平區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值總值是不斷減少的，占主要比例的用地類型為灌木林地，而且灌木林地的生態(tài)服務(wù)價值總值和比例是不斷增加的。其他用地類型的生態(tài)服務(wù)價值總量變化與其面積有直接關(guān)系，但占生態(tài)服務(wù)價值的總量的比例變化有所不同。

(3)總體來說，昌平區(qū)的土地利用類型變化趨于平穩(wěn)，這說明政府規(guī)劃和土地用途管制制度落實到位。生態(tài)服務(wù)價值總體降低，幅度不大，重要生態(tài)用地類型受到了應(yīng)有的保障，生態(tài)服務(wù)價值的降低主要原因是由于耕地面積的不斷減少，而耕地面積減少的主要原因是由于建設(shè)用地的占用，因此，應(yīng)該在當前保護重要生態(tài)用地類型面積不減少的情況下，嚴格控制耕地的不合理占用，保障區(qū)域的生態(tài)安全。

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