土地利用變化對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響研究
——以重慶市沙坪壩區(qū)為例

鄭 晨，李忠峰，卞紀(jì)雪，倪 娜

（重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 401331）

隨著城鎮(zhèn)化的深入推進(jìn)，城市土地利用不斷發(fā)生變化，而合理的土地利用方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展有著重要作用。為了追求經(jīng)濟(jì)效益而造成的單純土地利用覆蓋變化將不可避免地破壞自然生態(tài)系統(tǒng)，影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)一步影響生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值，最終影響生態(tài)系統(tǒng)和人們的日常生活環(huán)境質(zhì)量[1-2]。隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，物質(zhì)需求得到滿足，人們急需更好的生態(tài)環(huán)境。定量研究生態(tài)環(huán)境質(zhì)量對(duì)土地利用變化的影響，從而改變土地利用變化驅(qū)動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的需求，這變得更加迫切。基于這種考慮，很多專家和學(xué)者開始研究土地利用，將焦點(diǎn)集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并將其作為土地利用變化生態(tài)效益的綜合指標(biāo)。

本文以重慶市沙坪壩區(qū)為研究區(qū)，定量分析了該地土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化，探索不同土地利用類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)不同服務(wù)功能的影響，以期為政府制定更合理的土地使用策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

沙坪壩區(qū)占地面積約396.2 km2，是重慶西部的主要城區(qū)之一。整片區(qū)域包含貫穿南北的格勒山，周圍它是重慶市科教文化的中心區(qū)，也是重要的工業(yè)基地。沙坪壩區(qū)的西部是潭灘大壩，從地貌上看，其屬于川東平行山谷低丘陵區(qū)的一部分，海拔為550～650 m。該地屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，熱量和水資源豐富，最冷月平均氣溫為7.8℃，最熱月平均氣溫為28.5℃，年平均氣溫為18.3℃，無霜期為341.6 d。當(dāng)?shù)囟臒?，天氣春秋多變，降水充沛，全年降水量? 082.9 mm。研究該區(qū)域?qū)ζ涑鞘邪l(fā)展與土地利用具有指導(dǎo)和借鑒意義。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究利用2007年和2015年的LANDat TM 圖像，遙感圖像經(jīng)過輻射校正和幾何校正，進(jìn)行切割和其他預(yù)處理。然后，使用ENVI 軟件中的監(jiān)督分類，選擇樣本區(qū)域，并使用最大似然法對(duì)研究區(qū)域的兩種圖像映射進(jìn)行分類。接著，對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確性評(píng)估，得到2007年和2015年研究區(qū)的土地利用分類圖。最后，利用arcgis 10.0 進(jìn)行空間分析和計(jì)算，并生成相應(yīng)的專題地圖?？紤]到TM 圖像本身的分辨率和研究區(qū)域的實(shí)際情況，本文將土地利用類型劃分為林地、耕地、水域和建設(shè)用地。

2.2 研究方法

2.2.1 土地類型動(dòng)態(tài)度

不同土地利用類型面積的變化只能用于簡(jiǎn)單地改變不同土地類型的數(shù)量，通過掌握不同土地利用類型的動(dòng)態(tài)度，人們就可以觀察其數(shù)量變化，也可以分析其變化速度和變化幅度。其表達(dá)式為：

式中，K為某種土地利用類型動(dòng)態(tài)度；ua、ub是開始研究和結(jié)束研究時(shí)的某類土地的使用面積；T為研究期的間隔年份。

2.2.2 確定單位面積的生態(tài)服務(wù)等效系數(shù)

本文選擇基于貨幣數(shù)量的價(jià)值評(píng)估方法，并采用Costanza 等人提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算和ESV 計(jì)算方法[3]。由于地域差異，直接照搬國(guó)外方法容易引發(fā)一些問題，從而低估或忽略某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值。因此，本研究結(jié)合中國(guó)的實(shí)際情況，采用謝高地等人制定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值等值表，如表1所示[4]。

表1 基于貨幣數(shù)量評(píng)估的當(dāng)量?jī)r(jià)值因子表

表1定義了農(nóng)田一年內(nèi)天然糧食生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，平均產(chǎn)量為1 hm2土地產(chǎn)量，相對(duì)于農(nóng)田產(chǎn)出的食物產(chǎn)品貢獻(xiàn)度，確定其他生態(tài)服務(wù)因子的價(jià)值因素。

2.2.3 1 個(gè)當(dāng)量因子價(jià)值的確定

依據(jù)謝高地等人對(duì)于1 個(gè)當(dāng)量因子價(jià)值的定義，本文分別利用重慶市2007年和2015年的統(tǒng)計(jì)資料，計(jì)算重慶2007年和2015年的平均糧食產(chǎn)量。由于研究了生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值，為了剔除價(jià)格變化的影響，本文選擇了重慶市2007年和2015年的糧食平均價(jià)格1.955 元/kg，從而制定出計(jì)算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)等效因子值的公式：

式中，En為第n年1 個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，元/hm2；Qn為第n年糧食作物總產(chǎn)量，kg；Mn為種植第n年糧食作物的總面積，hm2。

2.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的計(jì)算

結(jié)合單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值等值表（見表1）和2007年與2015年單位當(dāng)量因子值（En），制定重慶市沙坪壩區(qū)2007年和2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價(jià)，如表2、表3所示。

表2 2007年重慶沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價(jià)

表3 2015年重慶沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價(jià)表

計(jì)算重慶市沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，需要引入ESV計(jì)算法，該方法由Constenza 提出，具體計(jì)算公式如下：

式中，ESV為沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的價(jià)值折算，元；Ak為研究區(qū)土地利用類型的面積，hm2；VCk為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值單價(jià)，元/（hm2·a）。

2.2.5 敏感性分析

本研究利用經(jīng)濟(jì)學(xué)中常用的彈性系數(shù)對(duì)因子結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行判別[5-7]。其中，敏感指數(shù)（CS）可以驗(yàn)證沙坪壩區(qū)內(nèi)每公頃面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的價(jià)值折算值準(zhǔn)確與否。也就是說，區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值取決于生態(tài)服務(wù)的等價(jià)值程度[8-9]。當(dāng)CS＞1 時(shí)，它表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值對(duì)生態(tài)服務(wù)的價(jià)值是靈活的；當(dāng)CS＜1 時(shí)，它表示缺乏彈性，該值越大，等值的準(zhǔn)確性就越關(guān)鍵。敏感性指數(shù)（CS）的計(jì)算公式如下：

ESVi和ESVj分別為調(diào)整前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值，元；VCik和VCjk分別為第k次土地利用類型調(diào)整前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單價(jià)，元/（hm2·a）。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

從表4可以看出，2007年至2015年，重慶市沙坪壩區(qū)耕地面積、林地面積和水域面積均有所下降。其中，耕地面積和水域面積減少最多，建設(shè)用地面積明顯增加。從圖1來看，建設(shè)用地增加的主要原因是大學(xué)城建設(shè)。從動(dòng)態(tài)絕對(duì)值來看，建設(shè)用地最大，林地最小，這意味著其間建設(shè)用地變化最大，其次是水域和耕地，而林地變化最小。從土地利用類型比例來看，基于土地利用類型2007年和2015年的變化，2007年重慶市沙坪壩區(qū)耕地用地占比最大，建設(shè)用地比例最小，到2015年，建設(shè)用地比例將增加到37.58%，它成為沙坪壩區(qū)最大的土地利用類型。與此同時(shí)，耕地、林地和水域的比例呈下降趨勢(shì)。

表4 2007-2015年重慶沙坪壩區(qū)土地利用變化

圖1 2007年和2015年重慶沙坪壩區(qū)土地利用類型分布

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

根據(jù)上述方法，筆者計(jì)算了2007年和2015年研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其構(gòu)成變化，如表5所示。分析表5可知，2007年價(jià)值為11.27 億元，2015年價(jià)值為7.77 億元?？偡?wù)價(jià)值下降了3.5 億元。從價(jià)值構(gòu)成來看，2007年水域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值比重最高，為49.33%，林地其次，為36.55%，耕地最低，為15.70%。2015年，林地的生態(tài)價(jià)值超過水域成為最高，達(dá)到46.59%，水域則占生態(tài)總價(jià)值的37.71%，耕地依舊生態(tài)價(jià)值比重最低，為14.10%。2007年到2015年，林地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值貢獻(xiàn)率增大，且增幅達(dá)到10.05%，而水域和耕地的貢獻(xiàn)率則出現(xiàn)一定程度的下降。這是因?yàn)檠芯繀^(qū)的森林面積在研究期間有所下降，但仍占其他土地利用類型的很大比例，是研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主 體[10-12]。此外，大約11%的水域面積貢獻(xiàn)了生態(tài)總價(jià)值的37.71%，其對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響不可忽視。

表5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在重慶沙坪壩區(qū)構(gòu)成的變化

3.3 敏感性分析

敏感性分析表明，ESV對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)（VC）缺乏彈性。從圖2可以看出，2007年和2015年，所有CS均小于1；2007年，各類土地的敏感指數(shù)從大到小依次為水域、林地和耕地。2015年從大到小依次為林地、水域、耕地。這表明研究區(qū)的ESV對(duì)VC沒有彈性，結(jié)果可信，不同類型土地的生態(tài)價(jià)值對(duì)整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化有不同程度的響應(yīng)[13-17]。2007年，水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值影響最大，到2015年，林地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值影響最大。

圖2 2007-2015 重慶市沙坪壩區(qū)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值敏感性指數(shù)變化

4 結(jié)論

基于2007年和2015年研究區(qū)TM 圖像提取的土地利用數(shù)據(jù)，筆者分析了2007-2015年重慶市沙坪壩區(qū)土地利用變化情況。6年來，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，建設(shè)用地面積出現(xiàn)大幅度增加，導(dǎo)致林地、耕地、水域面積減少。此外，11%的水域面積貢獻(xiàn)了生態(tài)總價(jià)值的37.71%，其對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有不可忽視的積極影響。

總體而言，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值已從2007年的11.27億元縮減至2015年的7.77 億元。這表明，重慶市沙坪壩區(qū)在近5年時(shí)間內(nèi)，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使得建設(shè)用地不斷增加，而增加的建設(shè)用地只能通過侵占其他類型的土地得以補(bǔ)充，而有助于提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的林地和水域面積減少，建設(shè)用地本身對(duì)生態(tài)價(jià)值沒有貢獻(xiàn)。這就導(dǎo)致整個(gè)研究區(qū)生態(tài)價(jià)值的下降。價(jià)值構(gòu)成研究表明，林地和水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)價(jià)值貢獻(xiàn)最大，其面積變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化起著決定性作用。因此，未來的土地規(guī)劃仍然需要確保對(duì)林地和水域的保護(hù)。敏感性分析表明，ESV對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)缺乏彈性，上說明研究結(jié)果具有可信性和參考性。

本文參考了Constanza 對(duì)生態(tài)價(jià)值折算方法，并借鑒了謝高地等人對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)的研究思路，探究了土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響規(guī)律。但是利用遙感影像進(jìn)行目視解譯時(shí)，其精確度難以完全保證，利用該數(shù)據(jù)計(jì)算出的生態(tài)服務(wù)價(jià)值可能存在一定偏差，這是本研究的缺點(diǎn)和未來努力改進(jìn)的方向。