城市邊緣區(qū)土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響研究*——以大連市甘井子區(qū)為例

李 明，呂 芳，吳怡璇

(遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大連 116029)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指的是直接或間接的通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能，能夠得到的生態(tài)支持的產(chǎn)品和服務(wù)［1］。自20世紀(jì)70年代以來，國(guó)外學(xué)者如Costanza［1］就對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的估算體系方法進(jìn)行了科學(xué)量化。我國(guó)學(xué)者從20世紀(jì)80年代以來，在國(guó)外學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了深入探討。謝高地等［2］借鑒了國(guó)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究的可靠部分，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況和其他生態(tài)專家的研究成果，總結(jié)形成了我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子及價(jià)值系數(shù)表。歐陽(yáng)志云等［3］、趙軍等［4］、張秀英等［5］對(duì)不同類型生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)理論及方法開展了研究。土地利用/土地覆被變化的研究，自20世紀(jì)90年代以來，就是全球環(huán)境變化領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，國(guó)內(nèi)外越來越多的學(xué)者對(duì)此開展了研究［6，7］。土地利用變化，造成生態(tài)系統(tǒng)的改變，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量的改變，我國(guó)學(xué)者也進(jìn)行了不同尺度、不同區(qū)域的探討［8-10］。文章主要針對(duì)城市邊緣區(qū)的土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響展開研究。城市邊緣區(qū)是城市結(jié)構(gòu)的重要組成成分，是土地利用方式最富于變化的城鄉(xiāng)轉(zhuǎn)化過渡地帶，是城市化進(jìn)程中具有敏感的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境特征的地區(qū)［11-13］。大連市甘井子區(qū)就是典型的城市邊緣區(qū)，甘井子區(qū)是大連市惟一的城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)，也是大連市城市擴(kuò)展的惟一區(qū)域，對(duì)其研究具有代表意義，能夠?yàn)榇筮B市土地利用規(guī)劃提供決策依據(jù)，能夠?yàn)槌鞘羞吘墔^(qū)的土地利用規(guī)劃提供參考建議。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 研究區(qū)概況

甘井子區(qū)位于大連市主城區(qū)西北部，地理坐標(biāo)北緯38°47＇～39°07＇，東經(jīng)121°16＇～121°45＇，面積為502km2，是連接主城區(qū)與新市區(qū)的紐帶。甘井子區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，兼有海洋性氣候特點(diǎn)。冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，降雨集中，季風(fēng)明顯。甘井子區(qū)下轄兩個(gè)鎮(zhèn)、13個(gè)街道。2013年，全區(qū)戶籍人口71．942 4萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)969．915 7億元。2013年，按政府考核口徑統(tǒng)計(jì)全區(qū)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值707億元，比2012年增長(zhǎng)1．6%，實(shí)現(xiàn)工業(yè)增加值188．7億元，比2012年增長(zhǎng)10．6%。2013年甘井子區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值17．396 8億元，比2012年減少3 516萬元，同比下降1%。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

以土地利用數(shù)據(jù) (NLCD-2000)、SPOT5數(shù)據(jù) (2003．9、2006．8)和二次調(diào)查遙感影像 (2009．8)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ENVI和ArcGIS軟件支持下，得到4個(gè)時(shí)序的土地利用數(shù)據(jù)。

結(jié)合《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 2101—2007)標(biāo)準(zhǔn)與甘井子區(qū)的區(qū)域特點(diǎn)，依據(jù)遼寧省土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響相關(guān)研究成果［15］，將甘井子區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、園地、建設(shè)用地、水域和未利用地6個(gè)大類 (表1)。建設(shè)用地以居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地為主。

表1 甘井子區(qū)土地利用類型分類體系

2 土地利用變化

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化

通過分析2000～2009年間土地利用結(jié)構(gòu)的構(gòu)成比例以及土地利用結(jié)構(gòu)的變化，得出 (2000～2009年甘井子區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化)，可以反映出甘井子區(qū)2000～2009年土地利用結(jié)構(gòu)變化特征。2000～2009年9年間大連市甘井子區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)和數(shù)量都發(fā)生了明顯的變化。在土地利用構(gòu)成比例總體來看，比例最大為建設(shè)用地、林地，耕地、園地、水域和未利用地次之。2000～2003年間面積變化最大、變化率最快的是耕地面積，面積減少1 416．24hm2，減幅為27．77%;耕地、園地、未利用地面積在減少，林地、水域、建設(shè)用地面積在增加。2003～2006年同比上一時(shí)期耕地、園地減幅擴(kuò)大，林地增加幅度變大。2006～2009年間，同比上一時(shí)期，增減趨勢(shì)趨于平緩，變化幅度變小，變化最多的是建設(shè)面積增加的299．16hm2。9年間土地利用總體變化幅度最大的是耕地，減少了2 798．92hm2，減幅達(dá)54．88%，超過半數(shù);其次為園地減少50．55%、林地增加37．58%、水域增加30．55%、未利用地減少20．36%、建設(shè)用地增加11．45%。土地利用結(jié)構(gòu)的變化中耕地的減少和建筑用地的增加，說明人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的開展影響著土地利用的變化。通過分析土地利用結(jié)構(gòu)的變化，可以預(yù)測(cè)未來土地利用結(jié)構(gòu)，防止土地濫用和過度開發(fā)，為土地規(guī)劃管理提供保障。

2.2 土地利用數(shù)量變化

土地利用的數(shù)量變化以及變化速度以土地利用單一土地類型動(dòng)態(tài)度來描述，動(dòng)態(tài)度模型能夠表示土地利用的區(qū)域差異，并且能夠預(yù)測(cè)未來土地發(fā)展趨勢(shì)［14］，其計(jì)算公式為:

其中，K表示土地利用動(dòng)態(tài)度，U表示土地面積，a、b分別表示研究初、末期，T為時(shí)間跨度，即當(dāng)T以年做單位時(shí)表示年變化率。

表2 2000～2009年甘井子區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化

利用動(dòng)態(tài)度模型，分析2000～2009年間井子區(qū)土地利用數(shù)量變化，得出 (2000～2009年甘井子區(qū)單一土地利用動(dòng)態(tài)度變化)。表3表明2000～2009年間，年變化量最多的是林地，每年平均增加481．24hm2;年變化量最小的是未利用地，每年平均減少64．92hm2。2000～2006年，各土地利用類型以林地、建設(shè)用地、水域增加較多，耕地、園地、未利用地不斷減少。而在2006～2009年間，各類土地增減幅度都趨于放緩，建設(shè)用地增加99．72hm2，變化最大。由此可見，由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，耕地、未利用地、園地面積不斷縮減，建設(shè)用地面積不斷增加。2000～2003年間，耕地減少的速度最快，達(dá)9．26%，水域增加的速度最快達(dá)到6．37%。2003～2006年耕地、園地面積減少速度加快，建設(shè)用地、水域面積增加速度放緩，未利用地減少速度放緩。2006～2009年，同比上一時(shí)期，各土地類型增減速度減緩，速度最快為園地的減少速度，速度最慢為林地的增加速度。

表3 2000～2009年甘井子區(qū)單一土地利用動(dòng)態(tài)度變化

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算及分析

3.1 甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

大連市甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算是根據(jù)我國(guó)學(xué)者謝高地［2］和遼寧省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)研究［15］，以及區(qū)域自身自然情況進(jìn)行綜合比較，建設(shè)用地主要考慮居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地在水源涵養(yǎng)和廢物處理方面對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響，形成了甘井子區(qū)各土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表 (表4)。依據(jù)公式 (2)得出2000～2009年甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量估算結(jié)果 (表5)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式如下:

其中，ESV(ecosystem service value)對(duì)應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 (元)、VC(value coefficient)對(duì)應(yīng)價(jià)值系數(shù) (元/hm2·年)、A表示土地面積 (hm2)、k為土地利用類型。

表4 甘井子區(qū)各土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 元/hm2·年

由表4(甘井子區(qū)各土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表)得出，甘井子研究區(qū)內(nèi)水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響最大，生態(tài)功能最強(qiáng)，其次為林地、園地、建設(shè)用地、耕地和未利用地。其中，建設(shè)用地面積的增加將帶動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值負(fù)增長(zhǎng)。生態(tài)功能越強(qiáng)的土地利用類型面積的增加，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響越大。

表5 2000～2009年甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量估算結(jié)果

由表5(2000～2009年甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量估算結(jié)果)能夠得出，2000～2006年甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，2006～2009年呈現(xiàn)減少態(tài)勢(shì)。2006～2009年，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了679．36萬元，其原因是建設(shè)用地面積的不斷增加，不斷增添負(fù)增長(zhǎng)值，拉低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值;另外耕地、園地和水域面積的減少，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傾斜、功能缺失，綜合導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值處于下降趨勢(shì)。而觀察2000～2006年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量，6年間總價(jià)值處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，2000～2003年ESV增長(zhǎng)量為418．79萬元，2003～2006年ESV增長(zhǎng)了2 182．12萬元，主要得利于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率最高的林地面積不斷增加，同時(shí)林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)高，二者綜合使得林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值提供了增長(zhǎng)動(dòng)力。從各土地利用類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率方面分析，2000～2009年，貢獻(xiàn)率最高的是林地，達(dá)到42．27%，其次為園地、水域、建設(shè)用地等。未利用地貢獻(xiàn)率相對(duì)很少，不足0．1%。耕地的貢獻(xiàn)率不斷減少，由11．70%降低為2．27%，這是由于耕地面積不斷減少所致。由此可見，土地利用變化會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值會(huì)隨著土地利用類型的相互轉(zhuǎn)換、土地的開發(fā)與整理發(fā)生顯著變化。

3.2 敏感性分析

為了明確隨時(shí)間變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 (ESV)對(duì)價(jià)值系數(shù) (VC)的變化的依賴程度，文章運(yùn)用彈性系數(shù)［16］的理念來核算ESV對(duì)VC敏感性指數(shù)，進(jìn)一步來確認(rèn)選定的價(jià)值系數(shù)的準(zhǔn)確性［17］。敏感性指數(shù) (CS)計(jì)算公式如下:

其中，ESV、VC、k意義同公式 (2)i和j表示調(diào)整前后。如果CS＞1，表示ESV對(duì)VC敏感、富有彈性的;若CS＜1，則反之。CS越小，VC對(duì)ESV的決定性就越小。文章擬將VC分別上調(diào)和下調(diào)50%，觀察ESV在調(diào)整后的變化情況 (表6)，從而得到二者間的敏感性程度，即相對(duì)生態(tài)價(jià)值系數(shù)改變1%，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的改變量。由表6能夠得出，林地敏感性指數(shù)最高為1．129，未利用地敏感性指數(shù)最低為0．003。除了林地敏感性指數(shù)大于1以外，其他土地利用類型的敏感性指數(shù)均小于1，由高至低依次為建設(shè)用地、水域、園地、耕地和未利用地。除林地外，其他土地利用類型價(jià)值系數(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響不大，估算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值缺乏彈性。因此，研究選取的價(jià)值系數(shù)對(duì)于甘井子區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)合理，擬合度較好。

表6 2000～2009年甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)

4 結(jié)論

(1)土地是人類活動(dòng)發(fā)生的場(chǎng)所，是人類賴以生存的場(chǎng)所，人類的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化建設(shè)必然會(huì)導(dǎo)致土地利用變化。2000～2009年，大連市甘井子區(qū)隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)和城市規(guī)劃建設(shè)的實(shí)施，建設(shè)用地、林地、水域面積不斷增加，耕地、園地、未利用地面積不斷減少。林地、建設(shè)用地增幅最大、增速最快，耕地減幅最大，減速最快。

(2)2000～2009年，大連市甘井子區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減少是由建設(shè)用地的不斷增加、生態(tài)功能較強(qiáng)的耕地、園地面積不斷減少導(dǎo)致。因此城市邊緣區(qū)的建設(shè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的措施，追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)兼顧生態(tài)環(huán)境。2000～2006年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的增加得益于林地面積的增加，同時(shí)林地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)較大，兩種因素綜合，使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值處于增長(zhǎng)趨勢(shì)。

(3)除林地外，其他土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)均小于1，表明ESV對(duì)VC的變化不敏感、缺乏彈性，研究采用的價(jià)值系數(shù)相對(duì)合理，研究結(jié)果可信。

(4)城市邊緣區(qū)是兼具城市和鄉(xiāng)村的土地利用性質(zhì)的城市與鄉(xiāng)村地區(qū)的過渡地帶，在發(fā)展城市邊緣區(qū)時(shí)，要注意城市化建設(shè)不能過度吞食具備較高生態(tài)功能的耕地和園地等，一方面應(yīng)實(shí)行耕地保護(hù)政策、占用耕地補(bǔ)償制度，加強(qiáng)耕地管理，減少耕地缺失;另一方面，提高建設(shè)用地集約利用，提高土地資源利用程度，避免土地資源的浪費(fèi)。

(5)文章基于甘井子區(qū)自身實(shí)際情況，對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表進(jìn)行修訂，得到的研究結(jié)果合理。但是由于區(qū)域的差異性和評(píng)估方法的不同，評(píng)價(jià)結(jié)果可能不同。但是，在較長(zhǎng)時(shí)間跨度內(nèi)，研究得到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)具備可比性和研究?jī)r(jià)值，能夠反映區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化狀況以及土地利用存在的問題，從而為生態(tài)環(huán)境建設(shè)、土地利用與管理等提供決策依據(jù)。

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