遼中南城市群土地利用及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

王晨 張雪娜 韓茉

（遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110006）

土地利用變化(LUCC)是全球氣候、環(huán)境變化研究的重要內(nèi)容之一，也是自然環(huán)境對(duì)人類活動(dòng)最直接的響應(yīng)[1,2]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求驅(qū)動(dòng)區(qū)域自然環(huán)境發(fā)生變化，陸地表層及土地利用類型發(fā)生顯著變化。20世紀(jì)80年代以來(lái)我國(guó)工業(yè)化、城市化的飛速發(fā)展[3]，及近年來(lái)生態(tài)文明建設(shè)相關(guān)政策法規(guī)的出臺(tái)與落實(shí)，均對(duì)土地利用情況產(chǎn)生了較大影響。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能隨土地利用變化而改變，并體現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的演變。因此，可通過(guò)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的定量計(jì)算，評(píng)估土地變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的指標(biāo)。Constanza[4]等在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值量評(píng)估模型，并受到學(xué)界普遍認(rèn)可。謝高地[5]等在Constanza模型的基礎(chǔ)上修訂建立了符合中國(guó)實(shí)際的陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值表，并在在國(guó)內(nèi)區(qū)域各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究中得到了普遍應(yīng)用[6,7,8]。

一、研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.研究區(qū)域

遼中南城市群共包括沈陽(yáng)、大連、鞍山、撫順、本溪、營(yíng)口、遼陽(yáng)、鐵嶺、盤錦9個(gè)城市，面積8.15萬(wàn)平方公里，以全省55.7%的國(guó)土面積吸納了68.5%的人口，創(chuàng)造了84%的地區(qū)生產(chǎn)總值，其人均生產(chǎn)總值超過(guò)全省27.5%的平均水平、地均生產(chǎn)總值水平超過(guò)全省50.7%的平均水平[9]，成為遼寧向城鎮(zhèn)化后期發(fā)展、參與區(qū)域競(jìng)合的重要載體。城市群內(nèi)國(guó)土開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較高，建設(shè)用地后備資源相對(duì)不足；部分地區(qū)過(guò)度推進(jìn)新城新區(qū)建設(shè)，土地利用較為粗放；水資源相對(duì)貧乏且空間分布不均；污染問(wèn)題突出，生態(tài)治理任務(wù)艱巨；部分地區(qū)剩余環(huán)境容量相對(duì)不足。

2.數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要采用遼寧省1980-2020年共5期土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)1km柵格數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心。

二、研究方法

1.土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

通過(guò)ArcGIS 10.2軟件的空間分析工具，對(duì)各期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算土地利用類型轉(zhuǎn)移概率矩陣和貢獻(xiàn)率矩陣。

2.價(jià)值量評(píng)價(jià)法

以Costanza[4]和謝高地[5]等學(xué)者的研究成果為依據(jù)，得到適用于遼中南城市群的生態(tài)服務(wù)價(jià)值表，分析生態(tài)服務(wù)價(jià)值情況。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算模型：

其中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值；n為生態(tài)系統(tǒng)個(gè)數(shù)；S為各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的占地面積；Vj為各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的單位價(jià)值；m表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的個(gè)數(shù)。

3.空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析可以揭示某種變量的空間分布與其臨近區(qū)域的關(guān)聯(lián)性與差異性。其中全局空間自相關(guān)是分析整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)變量的聚集性,全局Moran指數(shù)是常用的全局空間自相關(guān)指標(biāo)；局域空間系相關(guān)是分析特定局部區(qū)域內(nèi)變量的聚集性，且能得出具體的聚集類型及聚集區(qū)域位置。

全局空間自相關(guān)計(jì)算公式如下：

其中：I為Moran指數(shù)；n為評(píng)價(jià)單元格式；x為觀測(cè)變量屬性值；x為觀察變量屬性均值；wij是要素i和要素j的權(quán)重，鄰接取值為1，否則為0。對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)：

E(I)和var(I)分別為I值的期 望 和方差。

三、遼中南城市群土地利用變化情況分析

對(duì)五期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到遼中南城市群各時(shí)期土地利用情況（表 1）。城市群內(nèi)土地利用以遼中地區(qū)的耕地、遼東地區(qū)的林地為主，占比均超過(guò)總面積的 40%，與全省均值基本持平，高于全國(guó)平均水平；建設(shè)用地占比 10%，高于全省平均 8.76%及全國(guó)平均水平；受地理因素影響，城市群草地占比較少，僅為0.75%，低 于全省平均3 .18%；水域占比 3.76%，未 利用地占 比 1.73%， 略高于全省平均水平。

對(duì)五期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到遼中南城市群各土地利用情況變化表 （表2、表3）。可以看出，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，受人類活動(dòng)影響，不同類型土地利用面積有所變化，但土地利用類型仍以林地、耕地為主，林地面積呈現(xiàn)輕微下降趨勢(shì)，耕地面積則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，但占比仍遠(yuǎn)高于其他類型用地。

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土地利用類型 變化面積 變化率 變化面積 變化率 變化面積 變化率 變化面積 變化率

表3 1980-2020年遼中南城市群土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

40年間土地利用變化情況中，草地流失最嚴(yán)重，年均減少1.745%， 目前僅占城市群總面積的0.75%，遠(yuǎn)低于全省水平，其中40%的草地轉(zhuǎn)化為林地。未利用地、林地、耕地年均減少率為0.12%，0.12%和0.05%。排除遼河流域數(shù)據(jù)誤差后，未利用地呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)；流失林地多轉(zhuǎn)化為耕地；流失耕地多轉(zhuǎn)化為林地及建設(shè)用地，耕地流失區(qū)縣多為城市群建設(shè)用地增長(zhǎng)明顯的區(qū)縣。建設(shè)用地、水域面積出現(xiàn)增長(zhǎng)，其中建設(shè)用地年均增幅1.28%，占城市群總面積的10.25%，占全省建設(shè)用地總面積的64.95%。建設(shè)用地增長(zhǎng)多集中在原有城區(qū)，如大連的瓦房店市、金州區(qū)、甘井子區(qū)、普蘭店區(qū)、莊河市，沈陽(yáng)市的于洪區(qū)、渾南區(qū)、鐵西區(qū)、沈北新區(qū)，鞍山的千山區(qū)、海城市，盤錦的普蘭店區(qū)，撫順的開(kāi)原市等；部分城市因發(fā)展戰(zhàn)略的制定與實(shí)施出現(xiàn)建設(shè)用地大幅增加的情況，如遼東灣新區(qū)是盤錦市向海發(fā)展、全面轉(zhuǎn)型、以港強(qiáng)市戰(zhàn)略的重要載體和對(duì)外開(kāi)放的重要窗口，盤錦的大洼區(qū)建設(shè)用地明顯增加。水域面積年均增長(zhǎng)率為0.46%，觀音閣水庫(kù)、桓仁水庫(kù)、臥龍湖與三臺(tái)子水庫(kù)等面積均明顯增加。水資源政策法規(guī)文件的建立健全，對(duì)遼中南城市群水資源的保障效果明顯，水庫(kù)修建、遼河流域保護(hù)及“河長(zhǎng)制”的成效顯現(xiàn)。

四、遼中南城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

1.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)間分析

通過(guò)計(jì)算得到五期遼中南城市群的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其變化情況（表4）。遼中南城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為886.6億元，其中森林生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)率最大，占65.8%，其次為農(nóng)田及水體，占21.2%和12.6%。 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體呈下降趨勢(shì)，共減少31.4億元。其中水體呈上升趨勢(shì)，增加6.2億元，其余生態(tài)系統(tǒng)均為下降趨勢(shì)：森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降最多，減少30.3億元，下降率為4.9%；草地生態(tài)系統(tǒng)下降3.6億元，下降最快，下降率為50.9%；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)下降3.6億元，下降率為1.9%；荒漠生態(tài)系統(tǒng)減少0.02億元，下降率為4.7%。在4個(gè)10年時(shí)間跨度中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少率分別為0.1%，0.9%，0.2%和2.2%。

進(jìn)一步估算城市群?jiǎn)雾?xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值（表5），各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值均呈現(xiàn)出不同程度下降趨勢(shì)。

表5 遼中南城市群?jiǎn)雾?xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值

氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、土壤形成與保護(hù)、原材料及生物多樣性類別的服務(wù)功能價(jià)值年均下降超過(guò)0.1%，超過(guò)平均水平。主要受森林面積減少的影響，而唯一面積增加的水域占比較小、單位面積價(jià)值較低，故影響不大。

表遼中南城市群各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

食物生產(chǎn)及廢物處理兩項(xiàng)功能價(jià)值在2000年以前出現(xiàn)短暫上升，后又回落至較低水平。食物生產(chǎn)主要受耕地面積變化影響，2000年以前，耕地面積略有上升，食物生產(chǎn)功能價(jià)值也隨之上升，之后因建設(shè)用地占用等情況導(dǎo)致耕地面積回落，食物生產(chǎn)功能也隨之回落。單位面積生態(tài)系統(tǒng)廢物處理功能中水域貢獻(xiàn)較大，雖然水域面積總體呈上升趨勢(shì)，但由于城市群內(nèi)水域占比較小，耕地、林地以及草地等總面積基數(shù)較大，下降面積尤其是近二十年下降面積較大，導(dǎo)致廢物處理功能總體價(jià)值下降。

水源涵養(yǎng)與娛樂(lè)文化功能價(jià)值均受水域影響較大，但是水域面積占比遠(yuǎn)小于其他生態(tài)系統(tǒng)，這兩項(xiàng)功能價(jià)值仍呈下降趨勢(shì)。

2.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分析

對(duì)2020年各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算，并進(jìn)行空間自相關(guān)分析。 不同區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在較大差別（圖1），部分區(qū)縣建成區(qū)占比高，在1千米分辨率內(nèi)基本沒(méi)有森林草地，總價(jià)值約為0，如鞍山的鐵西區(qū)、立山區(qū)、鐵東區(qū)，沈陽(yáng)的皇姑區(qū)、沈河區(qū)、大東區(qū)、和平區(qū)，遼陽(yáng)的白塔區(qū)，大連的西崗區(qū)、沙河口區(qū)、中山區(qū)，營(yíng)口市的站前區(qū)等。各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在空間上明顯相關(guān)，進(jìn)行空間自相關(guān)分析（圖2），其Moran I指數(shù)為0.239927，z得 分 約 為4.31，p小 于0.01，即遼中南城市群內(nèi)各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在空間上有關(guān)聯(lián)，且為聚類分布。

圖1 各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布

圖2 空間自相關(guān)分析結(jié)果

進(jìn)一步對(duì)遼中南城市群各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行聚類分析（圖3）。其中“高-高”類型區(qū)分布在清原、新賓、桓仁、岫巖與莊河，此區(qū)域與臨近區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均較高。該區(qū)域山區(qū)占比較大，森林覆蓋率高，除莊河市外均屬于遼東綠色經(jīng)濟(jì)區(qū)，與遼寧省總體戰(zhàn)略相符。“低-低”類型區(qū)為沈陽(yáng)市和平區(qū)，該區(qū)與臨近區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均偏低。這種情況與沈陽(yáng)市市區(qū)內(nèi)區(qū)縣劃分較為密集、建設(shè)用地面積占比較大有關(guān)?！案?低”類型區(qū)為遼陽(yáng)縣，該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高、鄰近區(qū)縣價(jià)值卻相對(duì)較低，呈現(xiàn)出空間負(fù)相關(guān)性。遼陽(yáng)市市區(qū)建設(shè)用地比例較大，且與遼寧東部森林較近。該區(qū)域與周圍臨近區(qū)域相比既有明顯的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值優(yōu)勢(shì)，又臨近建設(shè)用地較為集中的區(qū)域，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，可發(fā)展城鎮(zhèn)周邊生態(tài)服務(wù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

圖3 各區(qū)縣聚類和異常值分析結(jié)果

五、結(jié)論

遼中南城市群內(nèi)土地利用主要以遼中地區(qū)的耕地及遼東地區(qū)的林地為主；建設(shè)用地及水域面積出現(xiàn)增加，其他類型用地多向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移；總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈下降趨勢(shì)，2020年總價(jià)值為886.6億元，森林對(duì)城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率最大，各類生態(tài)系統(tǒng)中僅水體生態(tài)價(jià)值呈上升趨勢(shì)；城市群內(nèi)各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在空間上相關(guān)性顯著，沈陽(yáng)市和平區(qū)與周圍區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均偏低，清原、新賓、桓仁、岫巖四縣及莊河市與周圍區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均較高。

六、未來(lái)發(fā)展建議

1.推進(jìn)建設(shè)用地集約利用

遼中南城市群內(nèi)建設(shè)用地占比較高，且粗放現(xiàn)象嚴(yán)重。土地節(jié)約集約利用是生態(tài)文明建設(shè)的根本之策，是新型城鎮(zhèn)化的戰(zhàn)略選擇。應(yīng)把握遼寧城市更新行動(dòng)的機(jī)遇，盤活城市低效空間資源，尊重產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的客觀規(guī)律，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，逐步提高第三產(chǎn)業(yè)用地比例，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益的提高和改善城市生態(tài)環(huán)境。利用經(jīng)濟(jì)手段合理調(diào)整土地使用及征收稅，推進(jìn)企業(yè)及個(gè)人自覺(jué)集約利用土地，盤活閑置商務(wù)樓宇等。沈陽(yáng)、大連等建設(shè)用地量最大、人地矛盾最突出的地區(qū)，應(yīng)注意內(nèi)涵挖潛，加快舊城改造和清理整頓力度，統(tǒng)籌實(shí)施拆除重建、綜合整治、改變功能等更新方式，鼓勵(lì)利用老舊廠房和閑置廠區(qū)發(fā)展集商業(yè)、文化、體育、旅游、休閑等多功能與一體的新型消費(fèi)模式，培育城市新業(yè)態(tài)。

2.加強(qiáng)碳匯保障

森林面積變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響較大，且未引起市場(chǎng)足夠重視，常在政策決策中被忽視。雖然城市群內(nèi)林地面積較大，但也存在著一定程度的縮減現(xiàn)象。

中國(guó)在75屆聯(lián)大上莊嚴(yán)宣告“2030年前要碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”，彰顯了我國(guó)積極應(yīng)對(duì)氣候變化、走低碳發(fā)展道路的雄心和決心。遼中南城市群氣體調(diào)節(jié)的生態(tài)服務(wù)功能將為城市群帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇與方向，同時(shí)也將為其他暫未量化交易的生態(tài)服務(wù)功能打開(kāi)新的篇章。遼中南城市群仍需注重不斷增加森林面積和蓄積量，增強(qiáng)自然生態(tài)系統(tǒng)固碳能力，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)綠色低碳轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展。把握生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的優(yōu)勢(shì)，與碳排放權(quán)交易試點(diǎn)地區(qū)加強(qiáng)交流合作，積極開(kāi)展碳排放交易。

3.強(qiáng)化重點(diǎn)地區(qū)生態(tài)保護(hù)

沈陽(yáng)、大連等城市市區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較低，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求主要依賴于其他地區(qū)的價(jià)值轉(zhuǎn)移。應(yīng)率先轉(zhuǎn)變空間開(kāi)發(fā)模式，嚴(yán)控新增建設(shè)用地規(guī)模和開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，適度擴(kuò)大農(nóng)業(yè)和生態(tài)空間，可發(fā)展新城新區(qū)以緩解城鎮(zhèn)壓力。

東部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高，多位于遼東綠色經(jīng)濟(jì)區(qū)，建設(shè)用地占比較低，但受發(fā)展規(guī)劃及區(qū)位特征限制，仍需嚴(yán)格保護(hù)綠色生態(tài)空間，加強(qiáng)水資源保護(hù)、生態(tài)修復(fù)與建設(shè)，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定。

沈大軸線是城市群發(fā)展的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域。該區(qū)域發(fā)展前景好，且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高，可強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)和人口集聚能力，適度擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)空間，優(yōu)化農(nóng)村生活空間。

4.推東生態(tài)一體化建設(shè)

城市群內(nèi)不同區(qū)縣對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求有所差異，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值差別也較大。可建立信息共享與應(yīng)用平臺(tái)，加強(qiáng)生態(tài)預(yù)警，利于決策者總體把控城市群生態(tài)發(fā)展。設(shè)立城市群內(nèi)生態(tài)補(bǔ)償資金，滿足低價(jià)值地區(qū)生態(tài)服務(wù)需求，并對(duì)高價(jià)值地區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償，推動(dòng)生態(tài)良性循環(huán)，達(dá)成區(qū)域共贏。強(qiáng)化各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部屬地管理責(zé)任，統(tǒng)籌山水林田湖草一體化治理，推進(jìn)遼東生態(tài)屏障建設(shè)，實(shí)施重大生態(tài)修復(fù)工程，擴(kuò)大森林、湖泊、濕地面積，提高沙區(qū)、草原植被覆蓋率。推進(jìn)遼河流域跨區(qū)域治理，嚴(yán)格保護(hù)東部水源涵養(yǎng)區(qū)，支持水源涵養(yǎng)區(qū)內(nèi)人口逐步有序轉(zhuǎn)移。明確開(kāi)發(fā)邊界，嚴(yán)控開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。加強(qiáng)西部草原生態(tài)屏障建設(shè)，科學(xué)推進(jìn)北部沙漠化地區(qū)治理，筑牢防風(fēng)固沙生態(tài)屏障。