張珊珊，李書恒*，劉 瑤，程 鑠

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710127)

土地利用方式轉(zhuǎn)變的生態(tài)服務(wù)價值研究
——以城鄉(xiāng)交錯帶西安郭杜教育科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)為例

張珊珊，李書恒*，劉 瑤，程 鑠

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710127)

城鄉(xiāng)交錯帶土地利用方式的演變對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值變化影響顯著。該研究基于1990～2010年西安市城鄉(xiāng)交錯帶的土地利用/土地覆被變化情況，運用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值模型評估方法，研究土地利用方式轉(zhuǎn)變與生態(tài)服務(wù)價值之間的關(guān)系，通過空間尺度的縱向與橫向分析，進而推斷出影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要驅(qū)動因素。結(jié)果表明:近20年來城鄉(xiāng)交錯帶的土地利用結(jié)構(gòu)決定其生態(tài)服務(wù)價值，該地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值總體呈增加趨勢，但建設(shè)用地面積劇增，林地、水域和草地面積的減少是總服務(wù)價值增加緩慢的主要影響因素;引起城鄉(xiāng)交錯帶生態(tài)服務(wù)價值變動的主要因素由人口質(zhì)量和城市化速率決定，并日趨明顯。

土地利用/土地覆被變化(LUCC);生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV);城鄉(xiāng)交錯帶

土地是人類賴以生存的基礎(chǔ)，人類的發(fā)展就是對土地加以開發(fā)利用從而使土地利用方式不斷變化的歷史。20世紀90年代以來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化速度加快，土地利用方式更新速度更快，土地利用/覆被變化(LUCC)研究已成為全球環(huán)境變化的一個重要領(lǐng)域，引起國際組織和世界各國的普遍關(guān)注［1］。國際地圈－生物圈計劃(IGBP)和全球變化中的人文領(lǐng)域計劃(HDP)在1995年聯(lián)合提出了“土地利用和土地覆蓋變化”研究計劃［2］。土地利用/覆被變化及人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響是當前我國生態(tài)系統(tǒng)研究的重要方向之一［3］。劉紀遠等研究了中國土地利用變化，揭示了土地利用變化的空間格局與驅(qū)動因素［4－5］。由于LUCC產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)十分巨大，它可引起各類陸地生態(tài)系統(tǒng)面積及其空間分布格局的變化，從而影響區(qū)域的生態(tài)與環(huán)境質(zhì)量。因此，研究LUCC背景下區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)變化具有重要意義。

筆者將關(guān)注點放在了城鄉(xiāng)交錯帶，以西安郭杜教育科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)為例，利用1990～2010年的影像圖分析可得此區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)變明顯迅速，轉(zhuǎn)變方式為耕地向高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展，故研究高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)具有時代性，對耕地利用變化開展生態(tài)價值服務(wù)價值研究，分析其驅(qū)動因素對提高耕地的集約利用水平，改善盲目的“圈地運動”，促進經(jīng)濟穩(wěn)步增長和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的不斷提高都有著重要的意義。

1 研究區(qū)概況

西安郭杜教育科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)位于古城西安的西南方向，地處關(guān)中平原腹地，南依秦嶺，北接西安高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，屬于市區(qū)的邊緣地帶。地勢平坦，交通便利，西萬公路、西戶公路、西漢高速以及西安繞城高速公路貫穿其中，“八水繞長安”之中的潏河、滈河穿境而過。該開發(fā)區(qū)是經(jīng)國家五部委驗收審核后保留下來的開發(fā)區(qū)(原名西安市郭杜工業(yè)園區(qū))，總規(guī)劃面積28 km2，是陜西省唯一一個以教育科研及成果轉(zhuǎn)化、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主導(dǎo)的省級開發(fā)區(qū)。在“新長安戰(zhàn)略”的指引下，為充分發(fā)揮地區(qū)潛力和集群輻射效應(yīng)，園區(qū)把推動城市化與推進教育科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展相結(jié)合，建設(shè)了校區(qū)、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)等多種集群形式(圖1)，極大地促進了區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展。但是，這些集群是在耕地被大量占用的基礎(chǔ)上建設(shè)而成的，耕地的銳減已成為園區(qū)的一大特征。

圖1 西安郭杜教育產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)示意

該研究以耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌妙愋蜑橹饕芯繉ο?，結(jié)合長安區(qū)1990～2010年的影像圖，選取1990年利用方式為耕地，如今已轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌妙愋偷膮^(qū)域，包括5種轉(zhuǎn)變方式:校區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、公園。經(jīng)過實地調(diào)查，分析影像圖得到各區(qū)域的面積，代入模型計算，得知轉(zhuǎn)變前后各區(qū)生態(tài)服務(wù)價值并分析其驅(qū)動因素。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。它不僅為人類提供食物、醫(yī)藥及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原料，而且維持人類賴以生存和發(fā)展的生命支持系統(tǒng)［6］。Costanza將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為17類，即水供應(yīng)、大氣調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、擾動調(diào)節(jié)、水調(diào)節(jié)、土壤流失控制和沉積物保持、土壤形成、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、水處理、傳粉、生物控制、躲避居留區(qū)、食物生產(chǎn)、原材料、遺傳資源、娛樂、文化等，并采用不同的方法對不同生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值進行了計算［7］。該研究考慮到計算中的限制性因子，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值采用如下4種分類:供給功能、調(diào)節(jié)功能、支持功能和文化娛樂功能。這4種功能完全涵蓋了Costanza提出的17種功能，兩者內(nèi)涵一致。

(1)供給功能，即從生態(tài)系統(tǒng)獲得的產(chǎn)品，包括糧食、潔凈水、燃料、纖維生物化學(xué)物質(zhì)、基因資源。

(2)調(diào)節(jié)功能，即從生態(tài)系統(tǒng)過程的調(diào)節(jié)作用而獲得的效益，包括調(diào)節(jié)氣候、控制疾病、調(diào)節(jié)水分、凈化水源。

(3)支持功能，包括土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)、初級生產(chǎn)。

(4)文化娛樂功能，即從生態(tài)系統(tǒng)獲得的非物質(zhì)效用與收益，包括精神與宗教方面、娛樂與生態(tài)旅游、美學(xué)方面、教育功能、故土情、文化繼承等。

2.1.2 生態(tài)服務(wù)功能價值模型。謝高地等［8］、冉圣宏等［9］在對我國不同省市研究討論確定的中國主要土地利用類型單位面積的生態(tài)價值，確定了中國土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值模型(表1)。

首先根據(jù)當?shù)貙嶋H情況對數(shù)據(jù)進行修正。尤其是水域，因為研究區(qū)水域已遭受大面積污染，并且相當一部分水域為景觀水域，根據(jù)其污染程度和開放時間對數(shù)據(jù)進行修正。其次結(jié)合生態(tài)服務(wù)4大功能分類的內(nèi)涵，把表1模型歸結(jié)為研究區(qū)不同土地利用類型單位面積的生態(tài)價值(表2)。

表1 中國不同土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值 元/(hm2·年)

表2 研究區(qū)不同土地利用類型單位面積的生態(tài)價值 元/(hm2·年)

其中耕地包括旱田和水田;林地包括林地、灌木林地、疏林地、未成林造林、跡地、苗圃;草地包括天然草地、改良草地、人工牧草、荒草地;住宅用地包括城市用地、建制鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點和交通用地;水域包括河流、湖泊、水塘和景觀水域;其他為未利用地。

根據(jù)Costanza等對ESV估算原理和方法的研究，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式如下:

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值(元);VCk為各土地類型單位面積服務(wù)價值［元/(hm2·年)］;Ak為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型的分布面積(hm2);ESVf為生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)總價值(元);VCfk為單項服務(wù)功能價值系數(shù)［元/(hm2·年)］。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于1990～2010年《西安統(tǒng)計年鑒》，實地觀測調(diào)研及同區(qū)域1990年、2010年影像圖。根據(jù)土地利用現(xiàn)狀及研究需要，將西安郭杜教育科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)的土地分為草地、林地、水域、建設(shè)用地(包括居民點及工礦用地、交通運輸用地、水利設(shè)施用地)和未利用地5種類型作為研究對象。

3 結(jié)果與分析

3.1 縱向分析 研究區(qū)1990年耕地與2010年轉(zhuǎn)變?yōu)樽≌瑓^(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、校區(qū)及公園后產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)價值對比見表3。

1990～2010 年西安市城市化迅速發(fā)展，尤其是城鄉(xiāng)結(jié)合部的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，耕地日益減少，建設(shè)用地逐年增加，呈現(xiàn)郊區(qū)城市化現(xiàn)象。由表3可知，耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩脜^(qū)域后，供給功能下降，調(diào)節(jié)功能劇增，總體生態(tài)服務(wù)價值呈上升趨勢。相較之下，公園區(qū)提供的生態(tài)服務(wù)價值最高，而工業(yè)區(qū)及住宅區(qū)偏低。

表3 1990～2010年郭杜教育產(chǎn)業(yè)園區(qū)生態(tài)服務(wù)價值元/(hm2·年)

3.2 橫向分析 以2010年為例，在同一時間尺度上對郭杜產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)的不同區(qū)域的展開調(diào)查研究。各區(qū)域的選取面積及生態(tài)服務(wù)價值見表4。

表4 2010年郭杜教育產(chǎn)業(yè)園區(qū)各分區(qū)不同土地利用類型的面積及生態(tài)服務(wù)價值 元/(hm2·年)

由表4可知，2010年各分區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)均以建筑用地為主，其所占比例分別為:工業(yè)區(qū)85%、住宅區(qū)70%、商業(yè)區(qū)65%、校區(qū)56%、公園25%，表明1990～2010年研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型變化較大，建設(shè)用地持續(xù)增加，由于城鄉(xiāng)交錯帶的進一步城市化，在未來時段內(nèi)城市化與工業(yè)化將進一步推進，與區(qū)域戰(zhàn)略相吻合的同時帶來人們不易察覺的生態(tài)效益問題。土地轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌梅绞降纳鷳B(tài)服務(wù)價值變化動向，促使人們更加關(guān)注土地轉(zhuǎn)型過程中的生態(tài)效益變化。從各分區(qū)的年平均生態(tài)服務(wù)價值可以看出，公園區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值最高，給人們帶來的環(huán)境享受貢獻最大;但在以提高GDP為主的城市化進程中，經(jīng)濟的發(fā)展必不可少，因此，提高商業(yè)區(qū)及工業(yè)區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值也顯得尤為重要。

3.3 驅(qū)動因素分析 在LUCC機制研究中，驅(qū)動力問題一直備受關(guān)注。雖然影響耕地數(shù)量變化的因素繁多，但起主要作用的還是自然因素和人文因素兩個方面。目前，在耕地利用變化驅(qū)動力的研究中，運用主成分分析方法來探究西安市城鄉(xiāng)交錯帶的土地利用變化與驅(qū)動力之間的相互關(guān)系的方法較為常用［10］。

3.3.1 自然驅(qū)動因素。據(jù)考證，從大的時間尺度看，自然因素能對耕地數(shù)量產(chǎn)生重要的影響，但在研究期(1990－2010年)這樣的小尺度時間范圍(20年)內(nèi)，自然因素對耕地利用的影響相對于人類活動所造成的影響來說并不明顯［11］。因此，自然因素不是西安市城鄉(xiāng)交錯帶土地利用動態(tài)變化的主要驅(qū)動因素。

3.3.2 人文驅(qū)動因素。

(1)人口增長對該區(qū)土地利用變化的驅(qū)動力影響機制。人口數(shù)量的變化是影響耕地變化的主要因素之一，目前開發(fā)區(qū)內(nèi)外已有陜西師范大學(xué)、西北大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等20多所高校入駐，在校生人數(shù)超過15萬。人口迅速增長導(dǎo)致對工業(yè)用地、商業(yè)用地、建設(shè)用地、綠化用地等方面的需求進一步增大，隨著資源深化的利用(即內(nèi)部挖掘與重組以擴大量)，其結(jié)果是土地利用格局發(fā)生變化，加劇耕地面積的減少。從1990～2010年郭杜鎮(zhèn)人口統(tǒng)計資料可以看出，開發(fā)區(qū)人口總數(shù)呈現(xiàn)迅猛增加趨勢，尤其2000～2010年人口躍升幅度達105.8%，增幅明顯(表5)。該區(qū)人口的增長，一方面導(dǎo)致建設(shè)用地的增加，農(nóng)用地面積的減少;另一方面，引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和城鎮(zhèn)化水平的變化，從而影響土地用途的使用，促使土地利用也發(fā)生變化。

表5 1990～2010年長安區(qū)郭杜鎮(zhèn)長住人口統(tǒng)計

(2)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對該區(qū)土地利用變化的驅(qū)動力影響機制。自1990年起，郭杜鎮(zhèn)經(jīng)濟快速發(fā)展;從1995年西安郭杜教育科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)成立后到2010年，其發(fā)展更是全面駛?cè)肟燔嚨?，城鄉(xiāng)居民收入快速增長，生活質(zhì)量明顯提高。此成就得益于這20年來的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演進也引起土地資源在不同產(chǎn)業(yè)部門間的重新分配［12］。經(jīng)過多年的發(fā)展，該區(qū)已形成了科研開發(fā)和產(chǎn)業(yè)基地型科技園區(qū)的雛形，2008年開發(fā)區(qū)實現(xiàn)社會總產(chǎn)值25.14億元，財政總收入2.4億元;固定資產(chǎn)投資24.1億元;招商引資總額26億元。到2010年郭杜開發(fā)區(qū)GDP達到130億元，財政收入5億元，農(nóng)民人均收入1萬元，促使長安區(qū)的生產(chǎn)總值、財政一般預(yù)算收入、城鄉(xiāng)居民收入等主要經(jīng)濟指標增速在西安市排名前三。目前，開發(fā)區(qū)已累計引進招商投資項目195個，引資額219億元，同時也相繼建成櫻花廣場、郭杜公園、森林公園等城市生態(tài)功能區(qū)域。開發(fā)區(qū)為保持區(qū)域經(jīng)濟和社會事業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，必然會改變土地利用結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致耕地面積進一步減少。

4 結(jié)論與展望

總結(jié)Costanza、謝高地等提出的生態(tài)服務(wù)價值模型［13］，將西安市長安區(qū)城鄉(xiāng)交錯帶郭杜教育科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)1990～2010年的土地利用結(jié)構(gòu)做了調(diào)查歸納，分析了土地利用/覆被變化(LUCC)的背景下的生態(tài)服務(wù)價值效應(yīng)。研究表明西安市城鄉(xiāng)交錯帶在城市化發(fā)展過程中生態(tài)服務(wù)價值總體呈增加趨勢，主要得益于本區(qū)草地面積的增加，但建設(shè)用地面積劇增，林地和水域面積的減少是總服務(wù)價值增加緩慢的主要影響因素。郭杜開發(fā)區(qū)人口增長及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是城鄉(xiāng)交錯帶城市化過程中顯著的基本特征，表現(xiàn)在建筑用地通過大量占用耕地擴展，非城鎮(zhèn)用地間結(jié)構(gòu)變化明顯。土地利用過程中既帶來了巨大的經(jīng)濟效益，同時也引發(fā)了生態(tài)環(huán)境問題，因此，在土地資源利用的同時必須注重其環(huán)境效應(yīng)的影響，促進生態(tài)服務(wù)價值的不斷提高。

基于以上分析，提出西安市城鄉(xiāng)交錯帶土地資源可持續(xù)利用的相關(guān)對策和措施:首先，要正確處理人口、資源、環(huán)境與發(fā)展的關(guān)系;其次，合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，切實保護耕地，尤其是減少非農(nóng)用地對耕地的占用;劃定基本農(nóng)田保護區(qū)，提高土地利用率;最后，充分利用土地資源并加強土地管理，完善土地管理的各項制度和法規(guī)。在土地資源利用的同時須重視環(huán)境問題，減少污染，切實確保西安市城鄉(xiāng)交錯帶，實現(xiàn)土地利用及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

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Ecological Service Value Research about the Changes in the Modes of Land Use—Taking Urban-rural Fringe Xi＇an Guodu Education Science and Technology Industrial Development Zone as an Example

ZHANG Shan-shan，LIShu-heng et al (College of Urban and Environment，Northwest University，Xi’an，Shaanxi710127)

The evolution of land utilization in rural-urban fringe hasa significanteffecton the value change in regionalecological service.Based on variation of land use/land coverage in urban-rural fringe in Xi’an City during 1990-2010，using assessmentmethod of eco-system service functional valuemodel，the relationship between land useway conversion and eco-service valuewas elaborated.Through vertical and horizontalanalysis of spatial scale，themain driving factors influencing eco-system service valuewere obtained.The results showed that in recent20 years，the land use structure of urban-rural fringe determines its ecological service value，and the value ofecosystem services in the region overall showed an increasing trend.But the sharp increase in construction area，and the reduction in area of forest land，water and grassland are themain factors for the slow increase of the total service value.Themain factors causing the changes in ecological service value ofurban-rural fringe are the quality of the population and the rate of urbanization，which have become increasingly obvious.

Land use/land cover change(LUCC);Ecosystem services value(ESV);Urban-rural fringe

S28;F301.24

A

0517－6611(2014)18－06008－04

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練性計劃項目和西北大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目(2012015)。

張珊珊(1992－)，女，山東萊蕪人，本科生，專業(yè):環(huán)境科學(xué)。

*通訊作者，副教授，博士，從事環(huán)境演變與人類活動的關(guān)系研究。

2014-05-23