黃忠華, 杜雪君

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院, 浙江 杭州 310023; 2.浙江省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地

技術(shù)創(chuàng)新與企業(yè)國(guó)際化研究中心， 浙江 杭州 310023; 3.浙江科技學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 浙江 杭州 310023)

快速城市化地區(qū)土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)——以杭州市中心城區(qū)為例

黃忠華1,2, 杜雪君3

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院, 浙江 杭州 310023; 2.浙江省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地

技術(shù)創(chuàng)新與企業(yè)國(guó)際化研究中心， 浙江 杭州 310023; 3.浙江科技學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 浙江 杭州 310023)

摘要：[目的] 評(píng)價(jià)和分析杭州中心城區(qū)1995—2014年土地利用變化的生態(tài)環(huán)境綜合效應(yīng)，為土地利用管理和城市生態(tài)環(huán)境治理提供依據(jù)。 [方法] 基于杭州市中心城區(qū)1995，2000，2005，2010和2014年5期TM影像數(shù)據(jù)，獲取不同時(shí)段土地利用變化數(shù)據(jù)，并利用生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估、碳排放核算和景觀格局指數(shù)等分析方法。 [結(jié)果] 近20 a來(lái)，杭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值從1995年的32.43億元下降至2014年的23.96億元，共減少26%，占同期GDP比重從5.86%下降至0.56%；土地利用凈碳排放從1995年的4.26×10t增加至2014年的1.51×107t，碳吸收從7.22×105t下降至6.49×105t，2014年碳排放的社會(huì)成本已高達(dá)145億元；生態(tài)服務(wù)低價(jià)值區(qū)主要以中部為中心向周?chē)?，土地利用生態(tài)景觀分析結(jié)果顯示破碎化程度降低，連通性提高趨勢(shì)，但多樣性銳減。 [結(jié)論] 研究區(qū)內(nèi)林地和水體面積減少，建設(shè)用地增加是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值減少的主要原因。建設(shè)用地碳排放急劇增加和林地的碳吸收銳減是土地利用凈碳排放增加的主要原因。研究區(qū)土地利用變化引起的生態(tài)景觀格局變化明顯，生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布不均。

關(guān)鍵詞：土地利用變化; 生態(tài)環(huán)境效應(yīng); 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值; 碳排放; 杭州市

土地利用/覆蓋變化(LUCC)，作為人類(lèi)活動(dòng)對(duì)區(qū)域和全球變化的重要驅(qū)動(dòng)因素，其引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)是地理學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。人類(lèi)在追求經(jīng)濟(jì)價(jià)值而進(jìn)行的土地開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)中，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境產(chǎn)生劇烈影響，并最終影響其為人類(lèi)所提供的服務(wù)和價(jià)值[2-4]。盡管對(duì)LUCC引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)定義和評(píng)估未統(tǒng)一，但大家越來(lái)越深刻認(rèn)識(shí)到，要將生態(tài)環(huán)境價(jià)值和影響納入到土地利用決策中來(lái)，以糾正過(guò)去土地開(kāi)發(fā)利用中忽略生態(tài)環(huán)境價(jià)值而帶來(lái)的環(huán)境降級(jí)和資源錯(cuò)配[5]?，F(xiàn)有對(duì)土地利用變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究主要涉及： (1) 土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估。隨著Costanza[6]、歐陽(yáng)志云[7]、謝高地[8]等學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估理論方法研究的不斷進(jìn)展，針對(duì)不同區(qū)域土地利用變化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估研究日益增加[9-10]。 (2) 土地利用利用變化的碳排放效應(yīng)評(píng)估。土地利用變化是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程的重要因素，特別是人類(lèi)活動(dòng)引起的建設(shè)用地“平臺(tái)”上碳排放量的急劇增加，土地利用變化與碳排放研究正不斷發(fā)展[11-14]。 (3) 土地利用變化的生態(tài)景觀格局效應(yīng)評(píng)價(jià)。主要采用景觀指數(shù)分析土地利用變化帶來(lái)的生態(tài)景觀格局變化[15-16]。

盡管相關(guān)研究日益增加，但大多評(píng)估了某方面的生態(tài)環(huán)境影響，研究時(shí)期較短，研究范圍也多集中在生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)或欠發(fā)達(dá)地區(qū)，尚缺乏對(duì)快速城市化地區(qū)土地利用引起的生態(tài)環(huán)境影響的深入研究[17]。在快速工業(yè)化和城市化發(fā)展進(jìn)程中，土地利用急劇變化引起的生態(tài)環(huán)境影響日益凸顯，特別是現(xiàn)行單純追求經(jīng)濟(jì)價(jià)值而忽略生態(tài)環(huán)境影響的土地開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境損害和危及城市可持續(xù)發(fā)展。因此，對(duì)快速城市化地區(qū)土地利用變化的生態(tài)環(huán)境綜合效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，有助于揭示土地利用變化與生態(tài)環(huán)境的聯(lián)系，并重新審視土地利用配置和城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系。

近20 a來(lái)杭州一直經(jīng)歷著快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和城市化過(guò)程，同時(shí)所面臨的資源與環(huán)境壓力也越來(lái)越大。本研究嘗試綜合生態(tài)服務(wù)價(jià)值、碳排放和景觀格局指數(shù)等多種評(píng)價(jià)分析方法，在對(duì)杭州市中心城區(qū)近20 a來(lái)LUCC分析的基礎(chǔ)上，多角度評(píng)價(jià)土地利用變化引起的生態(tài)環(huán)境綜合效應(yīng)，為土地利用決策，城市增長(zhǎng)管理和生態(tài)環(huán)境治理提供參考。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1.1　研究區(qū)概況

研究區(qū)杭州市中心城區(qū)位于長(zhǎng)三角南翼，浙江省中北部，地理坐標(biāo)119°59′32″—120°24′23″E，30°4′44″—30°24′16″N，包括西湖、上城、下城、拱墅、江干和濱江區(qū)。杭州市中心城區(qū)土地總面積為704.6 km2，生態(tài)景觀資源豐富，有西湖、西溪濕地和錢(qián)塘江等風(fēng)景旅游資源。近年來(lái)，杭州中心城區(qū)經(jīng)歷了快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，GDP從1995年的369.78億元增加到2012年3 763.85億元，同期人口從143.52萬(wàn)增加至232.82萬(wàn)人，人均GDP已達(dá)16.17萬(wàn)元；與此同時(shí)，杭州中心城區(qū)也經(jīng)歷了急劇土地利用變化，并引起生態(tài)環(huán)境顯著變化，據(jù)杭州市統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)估計(jì)，1995—2012年，杭州中心城區(qū)溫室氣體排放中碳排放從4.97×106t增加至1.49×107t。

1.2　數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)源于杭州市中心城區(qū)1995，2000，2005，2010和2014年Landsat(其中2014年為L(zhǎng)andsat 8影像，其余年份為L(zhǎng)andsat 5影像)TM影像數(shù)據(jù)。運(yùn)用ENVI 5.1軟件對(duì)Landsat的TM影像進(jìn)行5，4，3波段組合后，借助1∶10萬(wàn)地形圖和Google Earth進(jìn)行幾何精校準(zhǔn)，精度控制在0.5個(gè)像元左右。根據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)(GB/T21010—2007)和杭州市中心城區(qū)土地利用和覆蓋特征，最后將研究區(qū)的地類(lèi)分為耕地、園地、林地、水體和建設(shè)用地5類(lèi)進(jìn)行分析。在判讀解譯過(guò)程中，充分結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖及野外考察結(jié)果建立土地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。5個(gè)時(shí)相的綜合分類(lèi)精度分別達(dá)到98.7%，96.8%，93.5%，94.5%和89.1%，各地類(lèi)的Kappa系數(shù)也都超出70%的最低允許精度要求。最后利用ArcGIS 10.0軟件形成5期土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)，以分析土地利用變化的生態(tài)環(huán)境綜合效應(yīng)。

2研究方法

2.1　生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

2.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)確定根據(jù)Costanza[6]、謝高地[8]等學(xué)者的研究，對(duì)杭州市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子及價(jià)值進(jìn)行修訂，得到各地類(lèi)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值(文中名義變量用消費(fèi)者價(jià)格指數(shù)折算成實(shí)際變量，以2012年為基期)詳見(jiàn)表1。

表1　杭州市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子　元/(hm2·a)

2.1.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算在確定各地類(lèi)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值后，就可估算當(dāng)年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，計(jì)算公式為：

(1)

式中：ESV——年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值；Ai——研究區(qū)第i種地類(lèi)面積； VCi——i地類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量。下同。

(2)

式中：ESVf——第f類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能系數(shù)； VCfi——單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能系數(shù)。

為檢驗(yàn)各地類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)設(shè)定對(duì)估值的影響，利用公式(2)對(duì)其進(jìn)行敏感性分析。

(2)

式中：CS——價(jià)值系數(shù)敏感度； VCik，VCjk——地類(lèi)k調(diào)整前后的價(jià)值系數(shù)； ESVi，ESVj——相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。若CS>1，表示價(jià)值系數(shù)設(shè)定敏感，反之不敏感。

2.2　土地利用變化碳排放效應(yīng)核算

土地利用類(lèi)型中林地、園地和水體為碳匯，建設(shè)用地是主要的碳源，耕地是微量的碳源。其中林地、園地、耕地和水體的碳排放量計(jì)算公式為：

E=∑ei=∑Ti·δi

(3)

式中：E——碳排放總量；ei——各地類(lèi)的碳排放量；Ti，δi——各地類(lèi)面積和碳排放(吸收)系數(shù)。根據(jù)蘇雅麗和張艷芳，孫賢斌等研究[13，18]，設(shè)定林地、園地、耕地和水體的碳排放系數(shù)分別為-57.7，28.861，0.422和-0.29 t/hm2(負(fù)值表示為碳匯)。

建設(shè)用地碳排放量通過(guò)間接估算其所承載的能源消耗獲得，根據(jù)GDP、單位GDP能耗和單位標(biāo)準(zhǔn)煤碳排放系數(shù)3者乘積來(lái)計(jì)算，其計(jì)算公式為

Ecl=GDP·δe·δc

(4)

式中：Ecl——建設(shè)用地碳排放量； GDP——當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值；δe——GDP能耗強(qiáng)度(t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元)；δc——單位標(biāo)準(zhǔn)煤碳排放系數(shù)，根據(jù)孫賢斌等[18]研究，設(shè)定為0.733。

2.3　景觀格局效應(yīng)

景觀指數(shù)不僅能描述生態(tài)系統(tǒng)外部特征，也可定量反映生態(tài)環(huán)境功能狀態(tài)及變化特征屬性[16]。為避免相同景觀指數(shù)的重復(fù)使用，本研究選取景觀水平上的邊緣密度指數(shù)(ED)、平均最近距離指數(shù)(ENN-MN)和Simpson多樣性指數(shù)(SIDI)等3個(gè)指標(biāo)來(lái)定量評(píng)價(jià)杭州市中心城區(qū)土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)，指數(shù)計(jì)算采用Fragstats 4.2軟件。

3結(jié)果分析

3.1　杭州市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其空間格局

3.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化根據(jù)表1數(shù)據(jù)和公式(1)—(2)，在ArcGIS 10.0通過(guò)相交分析分別計(jì)算杭州市中心城區(qū)1995—2014年各土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及變化，結(jié)果詳見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，1995—2014年杭州市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不斷下降，從1995年的3.24×105萬(wàn)元(占同期GDP的5.86%)下降到2014年2.40×105萬(wàn)元(占同期GDP的0.56%，2014年GDP根據(jù)趨勢(shì)預(yù)測(cè))，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值共下降26.11%，其占GDP比重下降90.50%，更為嚴(yán)重。其中，2000—2005年，2010—2014年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降最為顯著，分別降低10.24%和14.38%。2000—2005年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值急劇減少，主要是因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)功能價(jià)值較高的林地和水體面積大量減少，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別減少30.04%和14.42%，如原蔣村濕地地區(qū)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)；2010—2014年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值劇烈減少，主要是由于水體面積再次大量減少，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降28.39%，如下沙原養(yǎng)殖水面大規(guī)模被開(kāi)發(fā)。從表2還可看出，各地類(lèi)中水體產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最大，其面積雖約占土地總面積的11.2%，但其產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值平均約占總價(jià)值的47.8%；其次是林地，其面積約占15.8%，產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值平均約占總價(jià)值的32.4%，再次是耕地和園地，其產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值平均分別約占16.4%和3.4%。因此，濕地(水體)和林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化對(duì)杭州市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化起到關(guān)鍵性作用，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中應(yīng)予以特別重視。

3.1.2空間分布及變化圖1顯示不同時(shí)期杭州市中心城區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值等級(jí)的空間分布特征。由圖1可以看出，高于10萬(wàn)元/hm2的區(qū)域主要分布在西湖、西溪濕地和錢(qián)塘江，在運(yùn)河和養(yǎng)殖水面等地也有零星分布。5～10萬(wàn)元/hm2的區(qū)域主要集中在西部的林地區(qū)和北部半山林地區(qū)，在東南部也有零星林地分布。0～5萬(wàn)元/hm2的區(qū)域主要集中在北部、南部和東南角的大片耕地區(qū)。0元/hm2區(qū)域占據(jù)了較大部分的土地面積，主要集中在以中部為中心，向周?chē)?，這部分地類(lèi)主要是城鎮(zhèn)建設(shè)用地。

表2　杭州市中心城區(qū)1995-2014年

圖1　1995-2014年杭州生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布

3.1.3敏感性分析根據(jù)公式(2)，將各地類(lèi)價(jià)值系數(shù)調(diào)整50%，計(jì)算價(jià)值系數(shù)的敏感度(CS)，結(jié)果詳見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，各價(jià)值系數(shù)敏感度較小，其值均小于1。水體的敏感度系數(shù)最高，為0.5左右，這與水體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高有關(guān)(約占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的50%)。其次是林地，價(jià)值系數(shù)敏感度為0.3左右，再次是耕地，價(jià)值系數(shù)敏感度約在0.17左右。園地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不及水體和林地，所占面積也較小，故其敏感度不超過(guò)0.04。敏感度分析也從側(cè)面反映了各地類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的影響程度，總體而言，水體和林地價(jià)值系數(shù)設(shè)定對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的影響較大，但影響的彈性不大。

表3　杭州市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)設(shè)定的敏感性分析

注：比例表示各地類(lèi)價(jià)值系數(shù)調(diào)整50%，相應(yīng)地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化百分比； CS表示敏感性系數(shù)，無(wú)量綱。

3.2　土地利用變化的碳排放效應(yīng)

1995—2014年，由于城市化和工業(yè)化快速發(fā)展，杭州市中心城區(qū)土地利用變化引起了碳排放的顯著變化(表4)，凈碳排放總量為從4.26×106t增加到1.51×107t。從不同地類(lèi)對(duì)碳排放貢獻(xiàn)來(lái)看，建設(shè)用地的碳排放所占比重最大，是主要碳源，其次是耕地，但其貢獻(xiàn)較小，不及建設(shè)用地碳排放總量的3.5‰。林地是主要碳匯，園地次之，園地碳吸收量約為林地的9.5%，而水體的碳吸收能力較小，對(duì)碳吸收的貢獻(xiàn)不及林地的1%。雖然林地的碳吸收能力較強(qiáng)，但由于經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)伴隨的能源消耗大幅度增加，建設(shè)用地碳排放急劇增加，最終導(dǎo)致凈碳排放量中林地碳吸收貢獻(xiàn)下降，而建設(shè)用地碳排放占絕對(duì)主導(dǎo)地位。根據(jù)國(guó)際上常用的瑞典碳稅率(150美元/t)來(lái)估算碳排放社會(huì)成本[19]，1995—2014年杭州市中心城區(qū)土地利用碳排放的社會(huì)成本從45.76億元增加到144.99億元(以2014年匯率折算，此結(jié)果可作為碳排放社會(huì)成本的上限參考值)，增加了217%。碳排放的社會(huì)成本值大于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，表明在評(píng)估土地利用變化生態(tài)環(huán)境影響時(shí)，除考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值外，還需考慮碳排放的重要影響。最后，建設(shè)用地增加是導(dǎo)致杭州市中心城區(qū)碳排放增加的主要原因，減少碳排放的關(guān)鍵在于降低建設(shè)用地的碳排放強(qiáng)度、降低單位GDP能耗。

表4　杭州市中心城區(qū)1995-2014年土地利用碳排放

3.3　土地利用變化的景觀格局效應(yīng)

1995—2014年杭州市中心城區(qū)的景觀指數(shù)總體呈下降趨勢(shì)(表5)。

首先，邊緣密度指數(shù)(ED)從1995年35.90增加到37.70，之后下降到34.75，表明1995—2000年急劇的工業(yè)發(fā)展和土地開(kāi)發(fā)活動(dòng)帶來(lái)景觀破碎度加劇，之后隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的深度發(fā)展，土地利用景觀的破碎化程度不斷降低。其次，Simpson多樣性指數(shù)(SIDI)呈下降趨勢(shì)，從0.71不斷下降至0.63，表明近年來(lái)杭州市中心城區(qū)的土地利用呈現(xiàn)內(nèi)部均質(zhì)化發(fā)展，景觀異質(zhì)性降低，生態(tài)系統(tǒng)日益脆弱化。

最后，平均最近距離指數(shù)(ENN-MN)先從1995年的426.46下降到2000年415.18，再增加至2005年的434.76，之后不斷下降至2014年的392.67。其原因是：1995—2000年杭州市中心城區(qū)土地開(kāi)發(fā)和建設(shè)不斷合并周?chē)男⌒徒ǔ蓞^(qū)斑塊，形成組團(tuán)式格局，帶來(lái)同類(lèi)土地利用斑塊間距離不斷減少；2000—2005年土地開(kāi)發(fā)活動(dòng)劇烈向外擴(kuò)張和蔓延，導(dǎo)致這期間土地開(kāi)發(fā)土地的連通性較差；2005—2014年，城市土地填充式開(kāi)發(fā)態(tài)勢(shì)明顯，導(dǎo)致地類(lèi)斑塊間距離降低?？傊?，因快速工業(yè)化和城市化的發(fā)展，中心城區(qū)土地開(kāi)發(fā)的集聚性增強(qiáng)，土地利用生態(tài)環(huán)境景觀呈現(xiàn)破碎化降低，多樣性下降和連通性提高的態(tài)勢(shì)。

表5　杭州市中心城區(qū)1995-2014年生態(tài)環(huán)境景觀指數(shù)

圖2顯示1995—2014年杭州市中心城區(qū)土地利用景觀格局指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和凈碳排放的變化率。由圖2可知，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和凈碳排放變化趨勢(shì)總體一致，與邊緣密度、多樣性指數(shù)和平均距離指數(shù)相反。通常，景觀指數(shù)中多樣性指數(shù)越低，平均距離越高，邊緣密度越大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值就越差，凈碳排放就越高?？梢?jiàn)，景觀格局指數(shù)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和凈碳排放核算從不同角度刻畫(huà)了土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。

圖2　杭州市中心城區(qū)1995-2014年生態(tài)景觀格局與

3.4　將生態(tài)環(huán)境影響納入土地利用決策的情景模擬

分別設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值導(dǎo)向、弱和強(qiáng)生態(tài)環(huán)境價(jià)值導(dǎo)向3種不同發(fā)展戰(zhàn)略情景，其中經(jīng)濟(jì)發(fā)展和碳排放等相關(guān)情景參數(shù)參考杭州市土地利用總體規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃等研判設(shè)定，模擬2030年杭州市中心城區(qū)土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，其結(jié)果詳見(jiàn)表6。

由表6可見(jiàn)，當(dāng)保持原粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略下，對(duì)應(yīng)的具體情景可假定GDP每年增加7%，碳排放總量減少30%，建設(shè)用地增加23%，則生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值將下降15%，建設(shè)用地碳排放強(qiáng)度將下降43%，單位GDP碳排放將下降76%。當(dāng)在發(fā)展戰(zhàn)略中開(kāi)始考慮生態(tài)環(huán)境價(jià)值時(shí)，即采用弱生態(tài)環(huán)境價(jià)值導(dǎo)向的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)，對(duì)應(yīng)的情景假定GDP每年增長(zhǎng)6%，建設(shè)用地總量不變，碳排放總量減少50%，則建設(shè)用地碳排放和單位GDP碳排放將分別下降50%和80%，生態(tài)服務(wù)價(jià)值將保持不變。但采用強(qiáng)生態(tài)環(huán)境導(dǎo)向的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)，假定GDP每年增加5%，建設(shè)用地壓縮30%，碳排放總量減少30%，則生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值將增加20%，建設(shè)用地和單位GDP碳排放強(qiáng)度將進(jìn)一步顯著下降，分別下降57%和86%?？梢?jiàn)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重視生態(tài)環(huán)境價(jià)值時(shí)，碳排放強(qiáng)度將顯著下降，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值將顯著增加，即使是犧牲一小點(diǎn)GDP增長(zhǎng)率但換來(lái)生態(tài)環(huán)境的顯著改善是值得的。此外，上述是筆者基于“思想試驗(yàn)”的保守估計(jì)，更可能的情形是，在綠色發(fā)展大背景下，重視生態(tài)環(huán)境價(jià)值導(dǎo)向的發(fā)展戰(zhàn)略很可能不但不會(huì)帶來(lái)GDP下降，反而將促進(jìn)GDP更高的增長(zhǎng)，如綠色技術(shù)革命將顯著推動(dòng)GDP增長(zhǎng)，此時(shí)發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境從“兩難”轉(zhuǎn)向“共贏”。

表6　研究區(qū)2030年土地利用變化與生態(tài)環(huán)境影響情景模擬

注：假設(shè)情景1、情景2和情景3下GDP年均增長(zhǎng)率分別為7%，6%和5%； 結(jié)合歷年土地利用變化情況，假設(shè)建設(shè)用地變化來(lái)源70%耕地、20%林地和10%園地。

4結(jié)論與討論

(1) 近20 a來(lái)，杭州市中心城區(qū)土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值從1995年32.43億元下降至2014年的23.96億元，共減少26%，占同期GDP比重從5.86%下降至0.56%，林地和水體面積減少，建設(shè)用地增加是其主要原因。

(2) 土地利用變化帶來(lái)顯著的溫室氣體排放效應(yīng)，土地利用凈碳排放從1995年4.25×106t增加至2014年的1.51×107t，主要原因是建設(shè)用地碳排放急劇增加和林地的碳吸收銳減。

(3) 生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布不均，低價(jià)值區(qū)主要以中部為中心向周?chē)?，土地利用生態(tài)景觀呈現(xiàn)破碎化降低和連通性提高趨勢(shì)，但多樣性銳減。

(4) 情景模擬發(fā)現(xiàn)，在發(fā)展戰(zhàn)略中考慮生態(tài)環(huán)境價(jià)值和影響，即在土地利用決策中考慮生態(tài)環(huán)境影響，能有效降低碳排放強(qiáng)度和維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，而犧牲GDP的代價(jià)卻較小，發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的“兩難”甚至可能在綠色增長(zhǎng)大背景下實(shí)現(xiàn)共贏。

(5) 通過(guò)定量評(píng)估土地利用變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的綜合影響，可建立土地利用變化和生態(tài)環(huán)境影響的聯(lián)系，這對(duì)快速城市化地區(qū)的土地利用決策、城市增長(zhǎng)管理和生態(tài)環(huán)境治理尤為重要?，F(xiàn)行的土地利用規(guī)劃和土地利用決策未充分考慮這些生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，由此導(dǎo)致土地利用變化的生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)凸現(xiàn)及生態(tài)環(huán)境價(jià)值銳減。未來(lái)土地利用規(guī)劃編制專題研究中應(yīng)重視土地利用變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)測(cè)算、分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及變化和空間分布，并科學(xué)劃定生態(tài)紅線、顯化土地利用變化在生態(tài)環(huán)境方面的社會(huì)成本。本研究為探討將生態(tài)環(huán)境價(jià)值納入土地利用決策做初步嘗試，進(jìn)一步研究可探索在微觀主體土地利用決策中如何同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)環(huán)境價(jià)值，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的共贏。

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Eco-environmental Effects of Land Use Change in Rapid Urbanization Area -A Case Study at Central District of Hangzhou City

HUANG Zhonghua1,2, DU Xuejun3

(1.CollegeofEconomicsandManagement,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou，Zhejiang310023,China; 2.ZhejiangTechnologicalInnovationandEnterpriseInternationalizationResearchCenter,KeyResearchBaseofHumanitiesandSocialSciencesofZhejiangProvince,Hangzhou，Zhejiang310023,China; 3.SchoolofEconomicsandManagement,ZhejiangUniversityofScienceandTechnology,Hangzhou，Zhejiang310023,China)

Abstract：[Objective] The comprehensive effects of land use change on eco-environment during 1995—2014 were assessed to provide a support for land use management and urban eco-environment governance. [Methods] Based on the TM image data of central district of Hangzhou City in 1995, 2000, 2005, 2010 and 2014, methods of ecosystem service value, carbon emission and landscape pattern assessment were used. [Results] The ecosystem service value in Hangzhou City was 3.24 billion Yuan in 1995 and 2.40 billion Yuan in 2014, which decreased by 26%. The ratio of ecosystem service value to GDP decreased from 8% in 1995 to 0.5% in 2014. The carbon emission increased from 4.26×106t in 1995 to 1.51×107t in 2014, and the carbon sink decreased from 7.22×105t in 1995 to 6.49×105t in 2014. The social cost of carbon emission was about 14.5 billion Yuan in 2014.Areas with low ecosystem service value spread its coverage from city center to periphery. Landscape pattern analysis showed that, in the past 20 years, land use had tendencies of decreasing fragmentation, increasing connectivity and decreasing diversify. [Conclusion] In the study area, the sharp decrease of ecosystem service value can be attributed to the decrease of forest land and water body, and the increase of construction land. The increase of carbon emission linked with land use change was a consequence of increased carbon emitted from construction land and decreased sink of forest land. Land use transformation caused the change of landscape pattern remarkably, and the spatial distribution of ecosystem service value was uneven.

Keywords:land use change; eco-environmental effect; ecosystem service value; carbon emission; Hangzhou City

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0223-07

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.2

通信作者：杜雪君(1981—),女(漢族),浙江省寧波市人,博士,副教授，主要從事土地管理與土地政策方面的研究。E-mail:duxuejun@aliyun.com。

收稿日期：2014-09-25修回日期：2014-10-08

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“土地資源錯(cuò)配的形成機(jī)理及其對(duì)生產(chǎn)率影響的實(shí)證研究(71373243)， “快速城市化背景下土地財(cái)政對(duì)城市增長(zhǎng)的影響機(jī)理與管治策略研究(71203197); 浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LY13G030026); 浙江省哲學(xué)社科一般項(xiàng)目(15NDJC163YB); 浙江省哲學(xué)社科一般項(xiàng)目(15NDJC185YB); 2016年度浙江省重點(diǎn)軟科學(xué)研究項(xiàng)目(2016C25G2020012)

第一作者：黃忠華(1981—),男(漢族),浙江省紹興市人,博士,副教授，主要從事土地利用與管理方面的研究。E-mail:zhonghuahuang2006@aliyun.com。

綜合治理