新疆和田地區(qū)城鎮(zhèn)化與土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合關(guān)系研究

郭亞紅，阿布都熱合曼·哈力克

(新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046)

城鎮(zhèn)化是鄉(xiāng)村振興和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的有力支撐，涉及人口、經(jīng)濟(jì)、土地、社會、生態(tài)等[1].隨著新型城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)，城鎮(zhèn)化發(fā)展必須以提高質(zhì)量為主要目標(biāo)[2].生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過程而獲得的產(chǎn)品和服務(wù)，包括供給、調(diào)節(jié)、支持和文化4 種功能[3-5].1997年，Costanza 等[6]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)行評估，引起眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注.目前，國內(nèi)研究主要以謝高地等[5,7-8]提出并修訂的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價值來估算區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[9].

城市是生態(tài)環(huán)境自然變化最強(qiáng)地區(qū)[10].生態(tài)環(huán)境與城鎮(zhèn)化之間相互作用[11].一方面，城鎮(zhèn)化污染物排放會給生態(tài)系統(tǒng)和資源承載力帶來壓力，導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題[12]；另一方面，生態(tài)環(huán)境也會通過環(huán)境退化、資源短缺等方式影響城鎮(zhèn)化[13].在快速城鎮(zhèn)化地區(qū)，環(huán)境與人類活動之間的矛盾變得尤為突出[14]，發(fā)現(xiàn)和改善生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化之間的關(guān)系已成為眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn).目前，對生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化之間的關(guān)系研究主要集中在如何協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系[15].此外，有研究著重于定量分析城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系[16].也有研究將城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值作為2 個系統(tǒng)[17]，并從系統(tǒng)角度來探討它們之間的關(guān)系，但少有學(xué)者研究城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值子系統(tǒng)之間的相互作用.

以和田地區(qū)為研究對象，定量分析和田地區(qū)城鎮(zhèn)化水平、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化、兩者之間整體耦合協(xié)調(diào)關(guān)系及整體與子系統(tǒng)之間交互耦合關(guān)系，可為促進(jìn)具有相似發(fā)展特征的城市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 研究區(qū)概況

和田地區(qū)位于新疆南部，地處35.7°N～39.4°N，78.7°E～83.4°E，包括7 縣1 市，和田地區(qū)總面積2.481×107hm2，占全疆總面積的1/6，占全國總面積的2.6%.該區(qū)氣候極端干旱，風(fēng)沙天氣比較頻繁，屬暖溫帶極干旱荒漠氣候.近年來，和田地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，2017 年和田地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)268.26 億元，比2010 年增多了167.66 億元，城鎮(zhèn)村及工礦用地占總面積比重由0.28%增加到了0.31%.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2010―2017 年土地利用數(shù)據(jù)來源于和田地區(qū)自然資源局土地利用變更數(shù)據(jù)調(diào)查，土地利用類型包括：耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地、水域及未利用地；社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《新疆統(tǒng)計年鑒》、和田地區(qū)及和田地區(qū)各市縣國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展公報(2010―2017年).

2.2 研究方法

2.2.1 城鎮(zhèn)化水平評價

1)城鎮(zhèn)化指標(biāo)體系構(gòu)建.在考慮重要性、層次性、動態(tài)性、可比性和可操作性等原則以及數(shù)據(jù)可獲取性的基礎(chǔ)上，以文獻(xiàn)[18-20]為基礎(chǔ)，構(gòu)建城鎮(zhèn)化指標(biāo)體系，見表1.

表1 和田地區(qū)城鎮(zhèn)化水平綜合評價指標(biāo)體系

2)指標(biāo)權(quán)重確定.熵值法是一種確定權(quán)重的客觀科學(xué)方法，通過指標(biāo)變異程度來表示指標(biāo)重要性，利于規(guī)避人工造成的主觀性[19].因此，采用熵值法來計算城市化指標(biāo)的權(quán)重，見表1.

2.2.2 土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)體系

以謝高地等[8]在2007 年提出的“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表”為基礎(chǔ)，用單位面積農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)行修正，可得單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為2 059.62 元/(hm2·a-1)，由此可得出和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，見表2.同時，由于文獻(xiàn)[8]在制定土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表時已考慮到各服務(wù)功能的權(quán)重相同，因此，各指標(biāo)權(quán)重均值為1/9.

表2 和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值系數(shù) 元/(hm2·a-1)

3 結(jié)果分析

3.1 城鎮(zhèn)化水平時空變化

從和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化水平時間變化來看，其城鎮(zhèn)化綜合水平顯著提高，綜合水平平均值由2010 年的0.131 2 增長到2017 年的0.252 8.從各指標(biāo)權(quán)重來看，城鎮(zhèn)村及工礦用地占總面積比重(0.188 1)、建設(shè)用地占總面積比重(0.185 8)以及醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)(0.112 8)所占比重較高，這說明在2010―2017 年城鎮(zhèn)人口快速增加導(dǎo)致城鎮(zhèn)土地擴(kuò)張是和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化發(fā)展的主要因素.

從城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)水平來看(見圖1)，除和田市外，其它縣市城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)發(fā)展水平較為一致.各縣市空間城鎮(zhèn)化水平差距不大，發(fā)展比較穩(wěn)定；其他子系統(tǒng)城鎮(zhèn)化水平在研究初期變化比較穩(wěn)定，在后期發(fā)展較迅速，尤其2015 年以后發(fā)展較快.

圖1 和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化水平

從城鎮(zhèn)化空間變化來看(見圖2)，和田地區(qū)各縣市綜合城鎮(zhèn)化水平均有所提高.2010 年，各縣市綜合城鎮(zhèn)化水平發(fā)展較低，且差距不顯著，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平依次為：和田市＞民豐縣＞墨玉縣＞皮山縣＞洛浦縣＞于田縣＞策勒縣＞和田縣.2017年，和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化總體水平有著明顯上升趨勢，且各縣市的城鎮(zhèn)化水平差異更加顯著，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平依次為：和田市＞墨玉縣＞于田縣＞民豐縣＞皮山縣＞洛浦縣＞策勒縣＞和田縣.在研究期間，和田市綜合城鎮(zhèn)化發(fā)展水平最快，其次為墨玉縣，和田縣發(fā)展最為緩慢.

圖2 和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化水平空間變化

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化分析

2010―2017 年和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體減少了0.63×108元.

從和田地區(qū)各縣市總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值來看(見表3)，各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化不一，呈“三增五減”趨勢.其中，和田市、于田縣與皮山縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈增加趨勢；其他各縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈減少趨勢.各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值依次為：民豐縣＞策勒縣＞和田縣＞皮山縣＞于田縣＞墨玉縣＞洛浦縣＞和田市，即民豐縣對和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻(xiàn)最高，和田市對和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻(xiàn)最低.

表3 和田地區(qū)各縣市單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值 億元

從單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值來看，各縣市單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有所波動，但總體上變動趨勢不太顯著.各縣市單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要以水文調(diào)節(jié)、廢物處理與維持生物多樣性為主，服務(wù)性功能高于生產(chǎn)性功能，這主要是由于水體、林地與草地的面積及價值修正系數(shù)較大造成的.

3.3 城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值互動脅迫關(guān)系

3.3.1 整體互動脅迫關(guān)系

將耦合協(xié)調(diào)度分為4 個等級，0＜D≤0.4 時為低度協(xié)調(diào)；0.4＜D≤0.5 時為中度協(xié)調(diào)；0.5＜D≤0.8時為高度協(xié)調(diào)；0.8＜D＜1 時為極度協(xié)調(diào).和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合協(xié)調(diào)度見圖3.

圖3 和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合協(xié)調(diào)度

由圖3 可知，在研究期內(nèi)，和田地區(qū)各縣市的耦合協(xié)調(diào)度值均有增加，其協(xié)調(diào)類型經(jīng)歷了低度協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)與高度協(xié)調(diào)3 個階段.和田市與洛浦縣耦合協(xié)調(diào)度普遍低于其他各縣，屬于低度協(xié)調(diào)；民豐縣耦合協(xié)調(diào)度值始終高于0.5，處于高度協(xié)調(diào)狀態(tài).2010―2012 年，和田縣、墨玉縣與于田縣耦合協(xié)調(diào)度處于低度協(xié)調(diào)階段；2012 年后和田縣、于田縣與墨玉縣發(fā)展為中度協(xié)調(diào)階段；于田縣2016 年后發(fā)展到高度協(xié)調(diào)階段；皮山縣與策勒縣2015 年后在中度協(xié)調(diào)與高度協(xié)調(diào)階段之間波動.

3.3.2 各子系統(tǒng)互動脅迫關(guān)系

從圖4 城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合協(xié)調(diào)度來看，城鎮(zhèn)化4 大子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合總體呈緩慢上升趨勢.其中，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合增長趨勢較為顯著；空間城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合變化趨勢最為平緩；人口城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的耦合變化趨勢雖有波動但仍呈緩慢增長趨勢.在各縣市中，和田市城鎮(zhèn)化4 大子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合值顯著低于其他各縣，2010―2014 年4 大子系統(tǒng)耦合值呈下降趨勢，2014―2017 年則呈上升趨勢.民豐縣城鎮(zhèn)化4 大子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合值始終高于其他縣市.這表明，民豐縣城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展最為協(xié)調(diào).

圖4 城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值耦合協(xié)調(diào)度

從圖5 城鎮(zhèn)化與不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能耦合 協(xié)調(diào)度來看，除和田市與和田縣外，其他各縣不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與城鎮(zhèn)化耦合值整體呈現(xiàn)緩慢增長趨勢.和田市與和田縣的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與城鎮(zhèn)化耦合值變化趨勢相反，以2014年為界，2010―2014 年和田市各單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與城鎮(zhèn)化耦合值呈下降趨勢，2014―2015年呈急劇上升趨勢，之后緩慢增長；和田縣食物生產(chǎn)、廢物處理與保持土壤功能與城鎮(zhèn)化耦合呈現(xiàn)緩慢上升—急劇下降—緩慢上升趨勢，其他服務(wù)功能與城鎮(zhèn)化耦合則呈現(xiàn)先上升后下降趨勢.

圖5 城鎮(zhèn)化與不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能耦合協(xié)調(diào)度

4 結(jié)論與討論

1)2010―2017 年間和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化綜合水平顯著提高.和田市綜合城鎮(zhèn)化發(fā)展水平最快；其次為墨玉縣；和田縣發(fā)展最為緩慢；除和田市外，其他縣市城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)發(fā)展水平一致.

2)2010―2017 年間和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，總體上減少了0.63×108元.各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化不一，呈現(xiàn)“三增五減”趨勢，其中和田市、于田縣與皮山縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈增加趨勢，其他各縣均呈減少趨勢；各縣市單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體上變動趨勢不太顯著，主要以水文調(diào)節(jié)、廢物處理與維持生物多樣性為主，服務(wù)性功能高于生產(chǎn)性功能.

3)從整體耦合度來看，和田地區(qū)各縣市耦合協(xié)調(diào)度值均有增加，協(xié)調(diào)類型經(jīng)歷了低度協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)與高度協(xié)調(diào)3 個階段.各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)呈緩慢增長趨勢，其他各縣整體呈現(xiàn)緩慢增長趨勢，僅和田市與和田縣變化趨勢相反.在研究和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值關(guān)系時，通過調(diào)整價值系數(shù)來計算該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，這同時也適用于其他地區(qū).但是，與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有關(guān)的許多問題仍需要進(jìn)一步探討，僅靠專家決策和現(xiàn)有知識，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估計值與實(shí)際價值之間可能存在一定的誤差，這將影響特定時間段內(nèi)某些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估計.另外，價值系數(shù)法完全依賴于土地利用方式也會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性.在進(jìn)一步的研究中，有必要建立更詳細(xì)、更全面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值模型以降低這些影響.在研究城鎮(zhèn)化進(jìn)程時，指標(biāo)選取是否合理，以及數(shù)據(jù)可獲得性均會對研究結(jié)果有影響，因此需要建立更為合理的一套指標(biāo)體系來評估城鎮(zhèn)化.