雄安新區(qū)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)特征

劉禮群,江 坤,胡 智,馮徽徽

中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410083

近幾十年來(lái),在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各項(xiàng)政策驅(qū)動(dòng)下,世界各國(guó)土地開(kāi)發(fā)力度持續(xù)加大,土地利用與覆蓋變化(LUCC)明顯,對(duì)全球與區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著影響[1]。如Chen等[2]基于長(zhǎng)時(shí)序遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),在全球尺度上揭示了2000年以來(lái)全球土地利用變化特征及其驅(qū)動(dòng)因素；劉紀(jì)遠(yuǎn)等[3]基于Landsat 8 OLI、GF- 2等遙感影像,應(yīng)用土地利用動(dòng)態(tài)度、年變化率等指標(biāo)揭示了2010—2015 年中國(guó)土地利用變化的時(shí)空特征；宋開(kāi)山等[4]利用6期不同數(shù)據(jù)源對(duì)三江平原土地利用方式及格局的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了定量研究,并分析了其驅(qū)動(dòng)因素。LUCC一方面極大促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,然而同時(shí)也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了沉重壓力,開(kāi)展區(qū)域LUCC的生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)研究已成為可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。Zorrilla-Miras等[5]研究西班牙西南部Donana沼澤區(qū)域發(fā)現(xiàn),自然或半自然土地被轉(zhuǎn)為農(nóng)地對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能具有顯著影響；李冰等[6]分析了太湖流域重污染區(qū)內(nèi)土地利用變化趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能整體呈惡化趨勢(shì),僅在大氣調(diào)節(jié)和原材料生產(chǎn)價(jià)值等方面表現(xiàn)微弱增加特征?；谕恋乩脛?dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)結(jié)果,結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算方法,定量評(píng)估國(guó)土空間開(kāi)發(fā)過(guò)程中的生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)特征已成為面向生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的土地利用規(guī)劃與管理重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。然而,上述研究較多關(guān)注的是LUCC與生態(tài)系統(tǒng)間的相互關(guān)系,定量化評(píng)估LUCC生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)特征依然面臨較大困難,成為研究生態(tài)系統(tǒng)演化內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制的瓶頸問(wèn)題。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和過(guò)程直接或間接所形成及所維持的人類(lèi)賴以生存的產(chǎn)品和服務(wù)[7—10],可進(jìn)一步細(xì)分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)以及維持其他類(lèi)型服務(wù)所必須的支持服務(wù)等4種類(lèi)型[11]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)估算旨在定量描述生態(tài)系統(tǒng)中各項(xiàng)服務(wù)能力的強(qiáng)弱,可為土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)響應(yīng)特征提供可行的方法[7—10]。ESV估算方法大致可分為基于單位服務(wù)功能價(jià)格(功能價(jià)值法)和基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的方法[8]。其中,功能價(jià)值法主要通過(guò)建立單項(xiàng)服務(wù)功能與局部生態(tài)環(huán)境變量之間的生產(chǎn)方程以模擬小區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,具有科學(xué)客觀性[12—13],然而輸入?yún)?shù)較多、計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、評(píng)價(jià)方法和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)也未統(tǒng)一,導(dǎo)致該方法運(yùn)算較困難[14—17]；當(dāng)量因子法基于區(qū)分各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,并利用量化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)中各服務(wù)功能的價(jià)值當(dāng)量,繼而結(jié)合面積進(jìn)行估算,該方法簡(jiǎn)單直觀,所需求的數(shù)據(jù)少,更適合較大區(qū)域和全球ESV的估算,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[8]。如1997年Costanza等[9]根據(jù)已經(jīng)發(fā)表的研究報(bào)告及一些原創(chuàng)性的計(jì)算,假設(shè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供求曲線是一條垂直直線,評(píng)估了16個(gè)生物群落的17種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)價(jià)值,首次提出了“全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估”；我國(guó)學(xué)者謝高地等[10]提出的基于LUCC進(jìn)行當(dāng)量賦值的“中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”,在我國(guó)西部天保工程區(qū)的六省份[18]、廣西北部灣沿岸地區(qū)[19]、京津冀城市群[20]、25個(gè)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)[21]等諸多區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估中得到廣泛應(yīng)用。

雄安新區(qū)是繼深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)、上海浦東新區(qū)之后的又一國(guó)家級(jí)新區(qū),對(duì)集中疏解北京非首都功能、探索人口經(jīng)濟(jì)密集地區(qū)優(yōu)化開(kāi)發(fā)新模式、調(diào)整優(yōu)化京津冀城市布局和空間結(jié)構(gòu)、培育創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展新引擎,具有重大現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)歷史意義[22—23]。新區(qū)設(shè)立以來(lái),各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅速推進(jìn),國(guó)土空間開(kāi)發(fā)程度進(jìn)一步加大,在促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)服務(wù)功能的同時(shí)也對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著的潛在影響。為確保區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)得以有效貫徹與落實(shí),中央明確要求雄安新區(qū)建設(shè)需要堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的基礎(chǔ)策略。在此背景下,研究新區(qū)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)過(guò)程中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)響應(yīng)特征對(duì)于優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。然而,當(dāng)前針對(duì)新區(qū)開(kāi)發(fā)的相關(guān)研究較多關(guān)注其社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能,而對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響尚未引起足夠重視[24—25]。侯春飛等[25]基于四期(1995、2005、2015、2019年)遙感影像分析了雄安新區(qū)ESV總體變化特征。高星等[26]從“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”的功能分類(lèi)入手分析了新區(qū)過(guò)去30年生態(tài)環(huán)境惡化與改善的趨勢(shì)。然而這些研究時(shí)間間隔較大,難以捕捉ESV連續(xù)變化特征；此外,這些研究主要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的總體變化特征,未能充分考慮不同土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化對(duì)ESV變化時(shí)空差異的影響以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),無(wú)法為國(guó)土空間精細(xì)化管理提供有效支持。鑒于此,本文以雄安新區(qū)為研究對(duì)象,采用2014—2020年遙感數(shù)據(jù)分析土地利用動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,進(jìn)而基于ESV定量指標(biāo)定量評(píng)估新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其響應(yīng)特征,揭示國(guó)土空間開(kāi)發(fā)過(guò)程中各用地類(lèi)型相互轉(zhuǎn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響特征,并結(jié)合新區(qū)發(fā)展規(guī)劃預(yù)測(cè)未來(lái)2035年和2050年新區(qū)土地利用格局以及ESV變化,為新區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的綠色可持續(xù)發(fā)展策略提供理論參考。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)介紹

雄安新區(qū)地處北京、天津、保定腹地,位于河北省中部的大清河沖積扇上,屬太行山前平原向沖積平原的過(guò)渡地帶[25]。新區(qū)介于北緯38.70°—39.16°,東經(jīng)115.64°—116.33°,含雄縣、容城、安新三縣行政轄區(qū)(含白洋淀水域)及任丘市西南部鄚州鎮(zhèn)、茍各莊鎮(zhèn)、七間房鄉(xiāng)和高陽(yáng)縣北部的龍化鄉(xiāng),規(guī)劃面積約為1770 km2(圖1)。氣候主要表現(xiàn)為暖溫帶季風(fēng)大陸性氣候,太陽(yáng)光照充足,四季分明且年均氣溫適中,降水集中于夏季,冬季寒冷且少雪。地形主要為平原,平坦開(kāi)闊,西北較高,東南略低,海拔7—19 m。研究區(qū)土地利用類(lèi)型主要以耕地為主,植被覆蓋率較低,區(qū)內(nèi)含多處古河道。其中白洋淀作為“華北之腎”,對(duì)于京津翼地區(qū)生態(tài)平衡具有舉足輕重的作用[27]。

圖1 雄安新區(qū)遙感影像

1.2 數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

為對(duì)比分析開(kāi)發(fā)前后的土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)特征,本文選擇2014、2016、2018、2020年四期Landsat- 8衛(wèi)星OLI陸地成像儀遙感影像開(kāi)展相關(guān)研究。數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn/),空間分辨率30 m,成像寬幅為185 km×185 km。所下載產(chǎn)品為L(zhǎng)evel 1T地形矯正影像的00級(jí)數(shù)據(jù),地理坐標(biāo)系為WGS- 84參考橢球。研究區(qū)邊界源于全國(guó)縣區(qū)矢量數(shù)據(jù)與雄安新區(qū)規(guī)劃邊界矢量數(shù)據(jù),統(tǒng)一投影到WGS- 84。

分別對(duì)各期遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)與大氣校正,進(jìn)而參照GB/T 21010—2017《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》,結(jié)合最大似然分類(lèi)與目視解譯方法,將土地利用覆被分為耕地、林地、建設(shè)用地、水域、未利用地5類(lèi)。利用Google Earth高分影像對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),四期遙感影像總體分類(lèi)精度分別為87.70%、92.02%、91.89%和86.68%,Kappa系數(shù)分別為0.78、0.81、0.88和0.81。

1.3 研究方法

本文在分析LUCC基礎(chǔ)上,利用ESV估算方法,定量評(píng)估土地利用變化對(duì)ESV的影響,并對(duì)其未來(lái)演變進(jìn)行模擬。

1.3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

不同土地利用類(lèi)型產(chǎn)生的主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有所差異[28]。本文選擇謝高地修正的中國(guó)ESV相對(duì)值評(píng)價(jià)方法核算不同用地類(lèi)型的ESV,1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子即為區(qū)域內(nèi)耕地每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(每年每公頃糧食價(jià)值的1/7)[29]?？紤]到ESV的時(shí)空異質(zhì)性,李曉賽等[30]在研究河北省青龍縣的當(dāng)量因子表時(shí),對(duì)其進(jìn)行了功能性系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性系數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整。結(jié)合這一成果,陳明葉等[31]提出了河北省大清河阜平流域當(dāng)量因子表。新區(qū)毗鄰大清河水系,因而本文采用陳明葉等的當(dāng)量因子表作為研究區(qū)ESV研究的依據(jù)(表1)。

從已有保定市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)獲得2014—2018年的糧食種植面積和糧食產(chǎn)量(表2),計(jì)算2014—2018年年單位面積的產(chǎn)量平均值為6.14(t/hm2)。

表2 保定市2014—2018年主要糧食作物產(chǎn)值情況

結(jié)合河北省主要糧食作物市場(chǎng)價(jià)走勢(shì),2014—2018年糧食平均價(jià)格約為2.438元/kg,根據(jù)ESV當(dāng)量因子計(jì)算公式((單位面積的糧食產(chǎn)量平均值×糧食平均價(jià)格)/7),計(jì)算得出新區(qū)一個(gè)ESV當(dāng)量因子為2138.5元/hm2。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步計(jì)算新區(qū)各項(xiàng)ESV:

ESVf=∑(Ak×VCfk)

(1)

式中,ESVf代表研究區(qū)某項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(元)；Ak為研究區(qū)k類(lèi)土地利用面積(hm2)；VCfk代表k類(lèi)土地利用單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元/hm2)(即k類(lèi)土地利用單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子與當(dāng)量因子2138.5元/hm2的乘積)。

1.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流向分析

為揭示不同用地類(lèi)型轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)ESV的影響,采用流向分析方法計(jì)算LUCC生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損益[32]。計(jì)算公式如下:

PLij=(VCj-VCi)×Aij

(2)

式中,PLij表示一段時(shí)期內(nèi)第i類(lèi)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化為第j類(lèi)土地利用類(lèi)型后該段時(shí)期的ESV損益；VCi、VCj分別表示第i、j類(lèi)土地利用類(lèi)型的ESV系數(shù)；Aij表示該段時(shí)期第i類(lèi)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化為第j類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 雄安新區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化分析

2014—2020年新區(qū)土地利用及其變化如圖2、圖3所示。總體而言,新區(qū)土地利用類(lèi)型以耕地與建設(shè)用地為主。時(shí)間上,建設(shè)用地、水域及林地面積持續(xù)上升。其中,建設(shè)用地共增長(zhǎng)了79.85 km2,林地面積從2014年的7.06 km2增長(zhǎng)到2020年的79.65 km2,水域從2014年的143.34 km2增加到2020年的197.35 km2,增幅高達(dá)37.68%。另一方面,耕地面積持續(xù)減少,從2014年的1354.29 km2下降至到2020年的1145.54 km2,覆蓋面積占比從75.87%下降至64.17%,但其覆蓋率仍最高?？臻g上,建設(shè)用地分布較均勻,擴(kuò)散明顯；林地主要分布于雄縣內(nèi)；水域主要分布在白洋淀和古道河。

圖2 2014—2020年雄安新區(qū)土地利用類(lèi)型變化趨勢(shì)

不同土地利用類(lèi)型間的相互轉(zhuǎn)化統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(表3、表4和表5),2014—2016年,耕地面積迅速減少,主要向建設(shè)用地(91.71 km2)和水域轉(zhuǎn)化(11.49 km2),兩者占耕地減少總面積的92.91%。水域增加面積主要來(lái)自建設(shè)用地(23.68 km2)和耕地(11.49 km2)的轉(zhuǎn)化,共占新增水域面積的97.32%。林地新增面積主要來(lái)自耕地的轉(zhuǎn)化(7.88 km2),占林地新增面積的82.60%。建設(shè)用地主要由耕地(91.71 km2)轉(zhuǎn)化而來(lái),占轉(zhuǎn)化至建設(shè)用地總面積的91.34%。此外,96.05%(1.46 km2)的未利用地減少區(qū)域向耕地轉(zhuǎn)化。2016—2018年,新增林地主要來(lái)自耕地的轉(zhuǎn)化(16.75 km2),占新增林地面積的92.18%。建設(shè)用地?cái)U(kuò)張亦主要來(lái)自耕地轉(zhuǎn)化(66.46 km2),占所有新增建設(shè)用地的88.15%。新增水域主要來(lái)自耕地(12.79 km2)和建設(shè)用地(11.09 km2),分別占新增水域面積的49.82%和43.20%。另一方面,耕地減少面積主要向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化(35.40 km2),占其減少面積的72.53%。2018—2020年,林地穩(wěn)定增加,增幅變大。耕地減少的部分主要用于建設(shè)(101.90 km2),水域的增加主要來(lái)自建設(shè)用地(19.86 km2)和耕地(15.57 km2)的貢獻(xiàn)。

表3 2014—2016雄安新區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表4 2016—2018雄安新區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表5 2018—2020雄安新區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/km2

進(jìn)一步分析不同土地利用類(lèi)型相互轉(zhuǎn)化軌跡的空間分布特征(圖4)。可以發(fā)現(xiàn),土地利用類(lèi)型變化劇烈區(qū)域主要集中在白洋淀(圖4中A、B和C紅色標(biāo)記區(qū)域)及零散分布的村鎮(zhèn)周?chē)?。其中A區(qū)主要表現(xiàn)為白洋淀周邊耕地向水域、雄縣內(nèi)部分林地向耕地的變化；B區(qū)主要是耕地向水域、建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變,且水域面積擴(kuò)大明顯;C區(qū)以水域周邊耕地向建設(shè)用地變化為主。耕地轉(zhuǎn)為林地的區(qū)域主要集中在新區(qū)東北部雄縣內(nèi)。大部分耕地及城市的土地利用變化相對(duì)較弱,體現(xiàn)出新區(qū)仍以耕地、建設(shè)用地類(lèi)型為主。而D和E區(qū)則主要是林地生長(zhǎng)的區(qū)域。

圖4 2014—2020雄安新區(qū)土地利用變化軌跡

2.2 雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化

定量估算新區(qū)ESV(圖5、表6和表7)。結(jié)果表明,新區(qū)總ESV從2014年的31.75億元增加到2020年的36.26億元,總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(4.51億元)。為直觀對(duì)比分析不同年份ESV等級(jí)變化,參考已有文獻(xiàn)[29],結(jié)合新區(qū)實(shí)際情況將ESV分為:負(fù)效應(yīng)(<0萬(wàn)元/hm2)、低效應(yīng)(0—2萬(wàn)元/hm2)、中效應(yīng)(2—5萬(wàn)元/hm2)與高效應(yīng)(>5萬(wàn)元/hm2)4個(gè)等級(jí)(圖5)。可以看出,2014—2020年新區(qū)負(fù)效應(yīng)區(qū)域基本位于建設(shè)用地內(nèi)部,空間上分散于東北、西北等區(qū)域,并向東北方向有所擴(kuò)張,主要原因在于建設(shè)用地的水文調(diào)節(jié)與廢物處理生態(tài)服務(wù)功能呈現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)效應(yīng)(見(jiàn)表1)。低效應(yīng)區(qū)域分布形態(tài)與耕地的空間分布相吻合,覆蓋研究區(qū)60%左右的面積,且有被負(fù)效應(yīng)、中高效應(yīng)區(qū)域覆蓋的趨勢(shì)。中效應(yīng)區(qū)域主要位于白洋淀水域外圍,主要為耕地與水域的混合區(qū),2018年和2020年?yáng)|北區(qū)域出現(xiàn)較多零散分布的中效應(yīng)區(qū)域,與林地的空間分布相吻合；高效應(yīng)區(qū)域與水域的分布呈現(xiàn)強(qiáng)烈的正相關(guān),即在大片水域集中區(qū)(尤其是白洋淀內(nèi)部),生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高,且有向白洋淀外圍擴(kuò)張的趨勢(shì)。

圖5 2014—2020雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布

各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的ESV變化情況如表6所示。新區(qū)正式設(shè)立后,ESV變化幅度更大、更快。2014—2020年新區(qū)原材料生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、生態(tài)多樣性與美學(xué)景觀的ESV均呈增長(zhǎng)趨勢(shì),其中增幅較大的為美學(xué)景觀(39.41%)、水文調(diào)節(jié)(32.77%)與原材料生產(chǎn)(25.78%)等功能,但水文調(diào)節(jié)ESV在2016—2018年基本沒(méi)有變化,而2018—2020年增幅較大。另一方面,由于耕地持續(xù)減少,食物生產(chǎn)ESV則處于下降趨勢(shì)(-10.78%)。保持土壤和氣體調(diào)節(jié)ESV前期減少的原因在于建設(shè)用地大規(guī)模增加,后期增加與林地、水域面積的擴(kuò)大有關(guān)。

表6 2014—2020雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值結(jié)構(gòu)變化

2.3 雄安新區(qū)土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)特征

土地利用變化強(qiáng)烈改變了地表屬性特征,從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生顯著影響。表7統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,水域和林地的增長(zhǎng)導(dǎo)致其對(duì)應(yīng)的ESV一直處于增長(zhǎng)趨勢(shì),增加額分別為5.24億元和4.37億元。耕地縮減與建設(shè)用地?cái)U(kuò)張則使得ESV分別減少3.53億元和1.57億元。未利用地ESV變化很小。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),2014—2016年,水域變化導(dǎo)致ESV增長(zhǎng)最大(1.71億元),林地變化引起的ESV略有增加(0.23億元),其他土地利用變化類(lèi)型使ESV呈微弱減少趨勢(shì)。2016—2018年,水域ESV增加趨勢(shì)依然顯著(1.10億元)。林地增長(zhǎng)趨勢(shì)亦呈加快趨勢(shì)(0.49億元)。未利用地ESV變化很小但轉(zhuǎn)化為增加趨勢(shì)(0.01億元),呈V形變化；其他類(lèi)型呈下降趨勢(shì),如耕地(-0.85億元)和建設(shè)用地(-0.55億元)。2018—2020年,林地ESV(3.65億元)和水域ESV增加顯著(2.43億元),ESV的減少主要是耕地減少導(dǎo)致(-1.85億元)。

表7 2014—2020雄安新區(qū)各類(lèi)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及總價(jià)值變化/(×108元)

進(jìn)一步分析LUCC與ESV之間的內(nèi)在響應(yīng)關(guān)系(表8、表9和表10),不同土地利用類(lèi)型之間轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的ESV變化差異較大。其中,2014—2016年建設(shè)用地轉(zhuǎn)向水域(2.76億元)和耕地(1.69億元)引起的ESV增益最顯著,與石英杰等[33]對(duì)于白洋淀區(qū)域2011—2017年建設(shè)用地流向一致,其次是耕地轉(zhuǎn)向水域(0.92億元)和林地(0.34億元)引起的ESV流向增益。ESV損失主要來(lái)自白洋淀區(qū)域外耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地(-3.37億元),其次是水域轉(zhuǎn)向建設(shè)用地(-0.92億元)。2016—2018年新區(qū)主要ESV增益來(lái)自建設(shè)用地轉(zhuǎn)為水域(1.29億元)和耕地(1.29億元),其次是耕地向水域(1.02億元)和林地(0.72億元)類(lèi)型的轉(zhuǎn)變,主要損失來(lái)源于白洋淀區(qū)域外耕地(-2.44億元)和水域(-0.88億元)轉(zhuǎn)向建設(shè)用地。2018—2020年ESV損益變化主要來(lái)自耕地流向林地(2.97億元)和流向建設(shè)用地(-3.74億元)。建設(shè)用地ESV流向耕地和水域的結(jié)果與楊苗等[34]對(duì)白洋淀區(qū)域2017—2030年建設(shè)用地將會(huì)向湖泊轉(zhuǎn)換的預(yù)期相一致。

表8 2014—2016年雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損益分析/(×108元)

表9 2016—2018年雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損益分析/(×108元)

表10 2018—2020年雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損益分析/(×108元)

此外,ESV變化具有較強(qiáng)的空間分異特征(圖6)。2014—2016年ESV增益區(qū)域大于損失區(qū)域,增益主要集中在安新縣白洋淀區(qū)域。2016—2018年增益區(qū)域明顯縮小,主要集中在新區(qū)西部的藻苲淀、容城縣與雄縣交界處及雄縣內(nèi)林地面積增加的區(qū)域。2018—2020年增益區(qū)域大幅擴(kuò)大,白洋淀以及雄縣內(nèi)的增益區(qū)域明顯大于上一階段。主要原因可能為新區(qū)重視高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)施“引黃濟(jì)淀”人工補(bǔ)水及啟動(dòng)“千年秀林”建設(shè)等生態(tài)保護(hù)政策,使得新區(qū)濕地面積和城市森林面積顯著增加[35—36],進(jìn)而帶動(dòng)總ESV的增加,表明ESV對(duì)水域、林地面積增加區(qū)域的積極響應(yīng)過(guò)程。2014—2020年ESV損失區(qū)域零星分布于整個(gè)研究區(qū),主要位于雄縣、容城縣等地區(qū),該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速,土地可持續(xù)利用程度較低[37],對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求逐漸超過(guò)了生態(tài)系統(tǒng)承載力的限度,表明ESV對(duì)超過(guò)生態(tài)環(huán)境承載力的經(jīng)濟(jì)過(guò)快發(fā)展及建設(shè)用地過(guò)度、過(guò)快擴(kuò)張地區(qū)的消極響應(yīng)過(guò)程。

圖6 2014—2020雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損益空間分布格局(紅色損失區(qū)域,藍(lán)色增益區(qū)域)

2.4 雄安新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值未來(lái)情景預(yù)測(cè)與分析

圖7 基于Markov模型的2021—2050雄安新區(qū)不同用地類(lèi)型面積(實(shí)線表示預(yù)測(cè)趨勢(shì))

為進(jìn)一步分析土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響,本文基于2018年、2020年土地利用數(shù)據(jù),采用Markov模型[38]預(yù)測(cè)未來(lái)2050年新區(qū)不同用地類(lèi)型面積(圖7),進(jìn)而采用Liu等[39]提出的FLUS 2.4模型(http://www.geosimulation.cn/FLUS.html)模擬相應(yīng)LUCC在空間上的分布(表11和圖8)。雖然受氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)等諸多因素的復(fù)雜交互作用,未來(lái)土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)通常具有較強(qiáng)的復(fù)雜性與不確定性,然而模型模擬的結(jié)果不在于對(duì)未來(lái)預(yù)測(cè)的精度有多高,而是可為面向生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的國(guó)土空間開(kāi)發(fā)與優(yōu)化提供一種可供對(duì)比分析的參考方案,因而依然具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義與實(shí)踐價(jià)值[40—41]。

在Markov模型預(yù)測(cè)中,未來(lái)耕地呈現(xiàn)持續(xù)遞減而水域呈現(xiàn)不斷遞增趨勢(shì),建設(shè)用地、林地及未利用地則呈現(xiàn)較復(fù)雜的波動(dòng)變化特征(圖7)。結(jié)合新區(qū)發(fā)展規(guī)劃,新區(qū)2035年和2050年ESV總值將分別達(dá)到63.91億元和68.31億元(表11),呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì),表明在當(dāng)時(shí)國(guó)土空間規(guī)劃政策下,新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)有望不斷提升,可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展奠定良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)。進(jìn)一步分析表明, 2035年新區(qū)土地利用類(lèi)型主要以林地和建設(shè)用地為主,林地主要分布在雄縣和安新縣內(nèi),建設(shè)用地和耕地主要分布在容城縣和雄縣區(qū)域,建設(shè)用地的擴(kuò)展主要圍繞城市群進(jìn)行,原因可能是上述兩區(qū)內(nèi)部城鎮(zhèn)擴(kuò)張阻力較弱[42]?！巴烁€淀”措施將使安新縣內(nèi)淀區(qū)水域逐漸恢復(fù),這一結(jié)論與黃斌斌等人研究較一致[43]。2050年新區(qū)以林地、建設(shè)用地和水域?yàn)橹饕恋乩妙?lèi)型,建設(shè)用地在安新縣占比較少,主要集中分布于容城縣和雄縣,受保護(hù)耕地呈塊狀分布于雄安新區(qū)東北、西北和西南,較好地驗(yàn)證了馮運(yùn)雙等[44]研究結(jié)果。ESV負(fù)效益區(qū)域主要集中在新區(qū)的北方,與建設(shè)用地呈現(xiàn)強(qiáng)烈相關(guān)性,負(fù)效應(yīng)區(qū)域與耕地分布近似,中、高效應(yīng)區(qū)域則主要分布在新區(qū)南方(圖8)。

圖8 雄安新區(qū)土地利用及ESV預(yù)測(cè)結(jié)果

表11 2035年和2050年雄安新區(qū)土地利用格局的預(yù)測(cè)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的展望

3 討論與結(jié)論

本文基于2014—2020年遙感影像開(kāi)展雄安新區(qū)LUCC動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),繼而采用當(dāng)量因子法對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算,探究土地利用變化對(duì)ESV的影響,并根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)模擬LUCC發(fā)展趨勢(shì)。主要結(jié)論有:

(1)2014—2020年,雄安新區(qū)土地利用變化顯著,主要表現(xiàn)為建設(shè)用地、林地和水域面積持續(xù)上升,分別增加了79.85 km2、72.59 km2和54.01 km2,耕地面積持續(xù)減少(-208.76 km2)。其中,新增建設(shè)用地與林地主要來(lái)自耕地轉(zhuǎn)化,新增水域主要來(lái)自耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化。

(2)雄安新區(qū)生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)總價(jià)值呈正增長(zhǎng)(4.51億元),新區(qū)正式設(shè)立后,ESV變化幅度更大、更快。負(fù)效應(yīng)區(qū)域主要位于城市內(nèi)部,而高效應(yīng)區(qū)域分布與水域的分布呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。從單項(xiàng)ESV上看,美學(xué)景觀(39.41%)、水文調(diào)節(jié)(32.77%)與原材料生產(chǎn)(25.78%)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值增長(zhǎng)幅度較大,但水文調(diào)節(jié)生態(tài)服務(wù)價(jià)值在2016—2018年基本平穩(wěn),在2018—2020年增幅較大。保持土壤服務(wù)功能變化較小(0.88%),食物生產(chǎn)服務(wù)功能價(jià)值呈較強(qiáng)的下降趨勢(shì)(-10.78%)。

(3)LUCC對(duì)雄安新區(qū)ESV具有顯著影響。其中,水域和林地變化導(dǎo)致ESV增加5.24億元和4.37億元,耕地和建設(shè)用地變化導(dǎo)致ESV減少3.53億元和1.57億元。新區(qū)主要ESV增益來(lái)自白洋淀周邊建設(shè)用地向水域的轉(zhuǎn)化(2.76億元、1.29億元和2.32億元),2018—2020年ESV的增加還受益于退耕還林(2.97億元)；損失來(lái)自耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化,三階段分別減少3.37億元、2.44億元和3.74億元。在空間分布上,ESV增益區(qū)域主要分布在安新縣內(nèi)白洋淀區(qū)域、雄縣與容城縣交界處等水源充沛、生態(tài)保護(hù)較好區(qū)域；損失區(qū)域主要位于雄縣、容城縣等人口眾多、城市化擴(kuò)張迅速等國(guó)土空間開(kāi)發(fā)較劇烈區(qū)域,且新區(qū)正式設(shè)立后增益幅度顯著增大。

(4)在當(dāng)前發(fā)展規(guī)劃下,新區(qū)ESV將大幅提升。2035年,新區(qū)主要土地利用類(lèi)型為林地,分布在雄縣和安新縣,建設(shè)用地則體現(xiàn)在城市往外的擴(kuò)張,分布于容城縣和雄縣。在此背景下,新區(qū)2035年ESV總值將達(dá)63.91億元；隨著新區(qū)各項(xiàng)功能的不斷完善,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量也將持續(xù)提升,2050年ESV總值將有望達(dá)到68.31億元,區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展程度呈現(xiàn)不斷加強(qiáng)特征。

綜上,雄安新區(qū)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)對(duì)區(qū)域整體生態(tài)系統(tǒng)具有較高的正面效應(yīng),然而也須警惕建設(shè)用地快速擴(kuò)張對(duì)水文調(diào)節(jié)與廢物處理等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的負(fù)面影響。未來(lái)發(fā)展須在確保區(qū)域總體ESV提升的基礎(chǔ)上,加大對(duì)林地、耕地、水域等自然生態(tài)服務(wù)功能的保護(hù)力度,避免建設(shè)用地?zé)o序快速擴(kuò)張,全面促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。