趙 丹, 馬俊杰, 劉 哲, 呂繼強

(1.西北大學 城市與環(huán)境學院, 陜西 西安 710127;2.西安浐灞生態(tài)區(qū)管理委員會, 陜西 西安 710024; 3.西安市環(huán)境科學保護研究院, 陜西 西安 710161)

秦嶺北麓城市新興開發(fā)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化

趙 丹1,2, 馬俊杰1, 劉 哲3, 呂繼強2

(1.西北大學 城市與環(huán)境學院, 陜西 西安 710127;2.西安浐灞生態(tài)區(qū)管理委員會, 陜西 西安 710024; 3.西安市環(huán)境科學保護研究院, 陜西 西安 710161)

[目的] 選取秦嶺北麓典型城市區(qū)域陜西省西安市浐灞生態(tài)區(qū)為研究對象，從景觀格局變化、生態(tài)服務價值兩方面分析城市新區(qū)建設及可持續(xù)性，以期為城市生態(tài)建設提供決策參考。[方法] 以遙感數據為基礎，對研究區(qū)土地利用類型和景觀格局進行定量分析，研究城市新區(qū)尺度下的景觀生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)服務價值變化特征。[結果] (1) 2004—2014年，浐灞生態(tài)區(qū)城鄉(xiāng)轉換特征明顯，農業(yè)景觀比重顯著降低，建設用地景觀增幅達88.2%，生態(tài)景觀增幅高達201.5%以上，區(qū)域“生態(tài)含量”明顯提高。(2) 生態(tài)服務價值以農田、綠地和水體景觀變化較為明顯，其中農田生態(tài)服務價值損失近65%， 到2014年全區(qū)85%以上的生態(tài)服務價值來自于綠地和水體景觀。[結論] 浐灞生態(tài)區(qū)10 a間生態(tài)用地動態(tài)變化強烈且持續(xù)，城市生態(tài)服務價值增加明顯，反映該區(qū)在保障城市化建設的同時，有效且顯著提高了環(huán)境質量，其生態(tài)建設政策有利于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的建設和發(fā)展。

城市生態(tài)系統(tǒng)； 土地利用； 生態(tài)價值； 西安市浐灞生態(tài)區(qū)

城市生態(tài)系統(tǒng)是人類對自然環(huán)境的適應、加工、改造而建設起來的特殊的人工生態(tài)系統(tǒng)。通過對城市景觀或土地利用進行有目的的規(guī)劃、布局和調整，改變城市景觀格局，改變城市的物質與能量流動，進而影響城市生態(tài)過程，改變生態(tài)系統(tǒng)的服務價值。分析城市生態(tài)系統(tǒng)變化，是評價和實施城市生態(tài)規(guī)劃與建設的重要理論基礎，對解決城市問題，實現城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前對于城市生態(tài)系統(tǒng)建設及其服務價值變化的研究多集中在評價及規(guī)劃等宏觀方面，對于生態(tài)恢復、重建等變化的研究較少，且研究區(qū)域多集中于自然區(qū)域和城市尺度[1]，對城市新興開發(fā)區(qū)建設過程中的土地利用和生態(tài)服務價值變化研究較少。

本文選取秦嶺北麓城市的新興開發(fā)區(qū)西安市浐灞生態(tài)區(qū)為研究對象，結合區(qū)域環(huán)境治理與生態(tài)環(huán)建設實際情況，從景觀生態(tài)學角度探討浐灞生態(tài)區(qū)的城市生態(tài)恢復建設及其價值變化，分析城市新區(qū)尺度下的景觀生態(tài)系統(tǒng)變化特征，區(qū)域生態(tài)建設模式，以期為北方半干旱地區(qū)城市建設及新型城鎮(zhèn)化建設提供參考。

1 研究區(qū)概況

浐灞生態(tài)區(qū)位于陜西省西安市主城區(qū)的東部，該區(qū)北緯34°12′30″—34°26′00″，東經108°57′10″—109°5′20″，東西長10 km，南北長25 km，總面積100.98 km2。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季冷暖干濕分明。年平均氣溫13.3 ℃，年平均降水量570.5 mm，且主要集中在7—10月，降水量占全年降水量的60%以上，雨熱同季，氣候溫和。區(qū)內有2條河流，名為浐河和灞河，這2條河年徑流變化大，徑流量的55%左右集中在7—10月。

浐灞生態(tài)區(qū)成立于2004年，成立之初，區(qū)內面臨著嚴峻的河流污染、建筑垃圾圍城、挖沙嚴重等環(huán)境問題，作為城中河的浐河年接納西安市東部污水量近5.00×108t，占西安市污水排放總量的1/6，浐河年徑流量的1/5。自2004年開始，浐灞生態(tài)區(qū)開展河流治理工作，實施一系列的環(huán)境治理和生態(tài)重建工程，建成了大面積的連片濕地及城市綠地，形成西安市東部新的城市生態(tài)景觀。

由于是新型的城市開發(fā)區(qū)，浐灞生態(tài)區(qū)在經濟發(fā)展方面摒棄了以往工業(yè)園式的發(fā)展觀念，以循環(huán)經濟、低碳經濟等理念統(tǒng)領區(qū)域產業(yè)發(fā)展，調整原有工業(yè)產業(yè)結構，淘汰或搬遷原有建材、冶金等工業(yè)企業(yè)，通過重大項目的引進重點發(fā)展現代服務業(yè)及生態(tài)產業(yè)，如歐亞經濟論壇、世界園藝博覽會、西安領事館區(qū)、陜西金融中心等重大項目的啟動，對生態(tài)區(qū)發(fā)展金融、旅游、商貿、會展、文化教育等產業(yè)搭建了理想的平臺，并在產業(yè)上與西安市其它區(qū)域形成錯位發(fā)展，進而推動西安外向型經濟快速發(fā)展，逐步邁向國際化。截止2013年底，浐灞生態(tài)區(qū)人口規(guī)模達27.8萬人，累計引進招商項目104家，總投資達到1 500億元。由于生態(tài)建設與產業(yè)發(fā)展的相得益彰，浐灞生態(tài)區(qū)于2011年被國家環(huán)保部授予“國家生態(tài)區(qū)”和“國家生態(tài)文明試點區(qū)域”的稱號，于2013年被國家住建部授予“全國綠色生態(tài)示范城區(qū)”的榮譽。浐灞的生態(tài)體系建設在秦嶺北麓城市地區(qū)具有一定的典型性和代表性。

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

2.1.1 景觀分類 根據浐灞生態(tài)區(qū)總體規(guī)劃及建設現狀，結合研究區(qū)景觀規(guī)劃特征以及不同景觀類型的經濟、文化和生態(tài)功能，將浐灞景觀類型分為3大類8小分類。為反映城市建設過程特征，方便統(tǒng)計，將未明顯利用的景觀納入在建景觀，污水處理廠等大型市政設施劃分為工業(yè)景觀[2-3]。

2.1.2 數據來源與處理 以2004，2009和2014年SPOT遙感數字影像(2.5 m)為主，同時參考GoogleEarth影像及浐灞生態(tài)區(qū)總體規(guī)劃圖，區(qū)域自然概況，社會經濟概況等數據。利用GIS 9.3，ERDAS 9.2平臺人—機互動解譯方法進行影像解譯[4-5]。

2.2 研究方法

2.2.1 景觀格局分析 為反映生態(tài)區(qū)建設背景下浐灞區(qū)域景觀格局變化特征，參考景觀指數評價相關研究，選取斑塊數，景觀破碎度，多樣性指數、景觀均勻度、景觀優(yōu)勢度等5項指標，從類型水平和景觀水平分析景觀要素特征及其異質性。引入土地動態(tài)度的概念來分析區(qū)域景觀動態(tài)變化[6-7]，定量描述區(qū)域景觀建設的速度。單一景觀動態(tài)度指研究區(qū)某景觀類型在一定時間范圍內的數量變化，其公式為：

(1)

式中：K——研究時段內某一景觀類型動態(tài)度；Ua，Ub——研究期初、期末某景觀類型的數量；T——研究時段(a)。25%～61%屬于急劇變化型，15%～25%屬于快速變化型，5%～15%屬于慢速變化型，0%～5%屬于極緩慢變化型[8]。

2.2.2 生態(tài)服務價值分析 利用Costanza等[9]提出的估算公式，計算浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的經濟價值(ESV)。

(2)

式中：Aj——j類生態(tài)系統(tǒng)的面積；Eij——j生態(tài)系統(tǒng)i種服務功能的當量因子。

由于生態(tài)價值是一個發(fā)展的、動態(tài)的概念，隨著經濟水平和生活水平的提高而增加，為反映實際支付的意義，引入能夠表征人們支付意愿的社會階段發(fā)展系數[10]，對結果進行修正，使其更加符合實際，具體計算如下：

(3)

式中：l——與現實支付意愿有關的社會發(fā)展階段系數；L——該階段的支付意愿，取值為1；En——區(qū)域恩格爾系數，這里取當年西安市城市恩格爾系數與農村恩格爾系數的平均值。下同。

修正后的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值ESV′評估模型為[11-13]:

(4)

3 結果與討論

3.1 景觀格局變化

(1) 生態(tài)用地數量變化。2004—2014年，浐灞生態(tài)區(qū)城鄉(xiāng)轉換特征明顯。8類景觀均出現“7增1減”的變化特征。其中“7增”指居住景觀、工業(yè)景觀、道路景觀、商業(yè)文化景觀、綠地景觀、水體景觀、在建景觀增加；“一減”指農田景觀減少?？傮w來看，建設用地景觀由2 949.15hm2增長到5 550.4hm2，凈增加2 601.25hm2，增幅達88.2%，占浐灞生態(tài)區(qū)景觀總面積的比例由29.2%上升到54.96%；生態(tài)景觀由903.85hm2增長到2 725.2hm2，凈增加1 821.35hm2，增幅高達201.5%倍以上，明顯高于建設用地增長量；生態(tài)景觀占區(qū)域總面積比例由8.95%上升到26.99%，區(qū)域“生態(tài)含量”明顯提高。農業(yè)景觀比重顯著降低，由建設前的62%降低至建設后的18.05%，基底景觀的絕對優(yōu)勢逐漸喪失。

(2) 景觀動態(tài)度變化。以表1數據為基礎，利用公式(1)，計算得到浐灞生態(tài)區(qū)2004—2014年單一景觀類型動態(tài)度(如表2所示)。

表1 2004-2014年浐灞生態(tài)區(qū)景觀類型數量與結構

表2 浐灞生態(tài)區(qū)2003-2011年單一景觀動態(tài)度 %

2004—2009年，道路景觀、商業(yè)文化景觀、工業(yè)景觀、綠地景觀和水體景觀變化率超過或接近25.00%，處于急劇增長狀態(tài)，特別是道路景觀，單一動態(tài)度達到54.1%；在建景觀和居住景觀增長緩慢。區(qū)域總體生態(tài)景觀變化率較高，該階段系浐灞生態(tài)區(qū)成立后的第1個5 a，建設重點在于污染治理和生態(tài)重建，因此城市建設主要以基礎設施和生態(tài)景觀建設為主，在此階段形成了較大面積的連片綠地和水面，區(qū)域生態(tài)建設骨架基本構成。2009—2014年，農田景觀減少幅度降低，建設景觀變化接近生態(tài)景觀，表明該區(qū)城市化進程加快，但該區(qū)域在進行區(qū)域開發(fā)時仍堅持生態(tài)發(fā)展思路，確保發(fā)展區(qū)域經濟和建設的同時，仍堅持增加生態(tài)用地建設。

3.2 生態(tài)服務價值變化

對浐灞生態(tài)區(qū)不同景觀類型生態(tài)服務價值系數的賦值如表3所示。利用表1中的數據，運用公式(3) 計算得到2004—2014年浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)服務價值(表4)，其變化趨勢見圖1。

表3 浐灞生態(tài)區(qū)各景觀類型單位面積生態(tài)服務價值系數

注：建筑景觀指居住景觀、工業(yè)景觀、商業(yè)文化景觀3類建設用地景的綠地生態(tài)服務價值系數。

表4 浐灞生態(tài)區(qū)景觀生態(tài)服務價值 104元

由表4和圖1可以看出：自2004—2014年，浐灞生態(tài)區(qū)的生態(tài)服務價值增加了2 263.38萬元。變化比較明顯的是農田、綠地和水體景觀，其中農田的生態(tài)服務價值損失近65%，說明生態(tài)區(qū)建設占用的農用地，對農田景觀產生較大的負效應。而綠地和水體景觀生態(tài)服務價值呈大幅上升趨勢，2014年全區(qū)85%以上的生態(tài)功能服務來自生態(tài)景觀，即水體景觀(貢獻為52.5%)和綠地景觀(貢獻為34.4%)。值得注意的是，食物生產一直處于損失狀態(tài)，說明浐灞生態(tài)區(qū)建設大量占用農田，導致其部分生態(tài)功能損失，但其他類型景觀的建設有效彌補了除糧食生產這一特殊功能以外的其它功能損失，且呈高補償現象。說明浐灞的生態(tài)規(guī)劃、建設較為合理，區(qū)域景觀格局演變能夠在保障城市化建設的同時，有效且顯著提高了浐灞生態(tài)環(huán)境質量，特別是廢物處理、氣候調節(jié)以及水源涵養(yǎng)等方面產生了大量的生態(tài)效益，說明浐灞現行的生態(tài)建設政策有利于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的建設和發(fā)展。

注：由于在建景觀所占比例非常小，所以在圖上幾乎不能看出(最頂端部分)。

圖1 浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)服務價值變化

4 結 論

(1) 2004—2014年浐灞生態(tài)區(qū)城鄉(xiāng)轉換特征明顯，建設用地景觀增幅達88.2%，占浐灞生態(tài)區(qū)總面積的比例由29.2%上升到54.96%；而生態(tài)景觀增幅高達201.5%以上，生態(tài)用地比例由8.95%上升到26.99%，區(qū)域“生態(tài)含量”明顯提高。

(2) 從動態(tài)度來看，浐灞生態(tài)區(qū)土地利用動態(tài)變化劇烈，尤其以2004—2009年變化較為強烈，變化過程體現了城鎮(zhèn)化過程中土地利用變化較為普遍的特點，即建設用地持續(xù)增加，農業(yè)用地減少，不同于其他地區(qū)的是，浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)用地的動態(tài)變化最為強烈，且該變化趨勢一直持續(xù)，表明該區(qū)域在城市化進程中非常重視生態(tài)建設，可持續(xù)發(fā)展水平較高。

(3) 2004—2009年，浐灞生態(tài)區(qū)主要以“大水大綠”及城市基礎設施建設發(fā)展思路為主，致力于改善過去嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)惡化，重點發(fā)展水體、綠地建設景觀，生態(tài)服務價值增加1 956.65萬元。2009—2014年，浐灞生態(tài)區(qū)調整建設思路，生態(tài)建設與經濟發(fā)展并重，利用2011年西安世界園藝博覽會、雁鳴湖生態(tài)濕地景觀、浐灞國家濕地公園、八水潤西安等大的生態(tài)項目帶動區(qū)域發(fā)展，同時在城市建設中要求建設項目附屬綠地率達到40%以上，出臺各項生態(tài)管理辦法和鼓勵政策，該階段附屬綠地的生態(tài)效益增加明顯；在這5 a里，浐灞生態(tài)區(qū)減緩生態(tài)建設速度，變?yōu)榘l(fā)展經濟為主，但區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值增量仍達到1 288.72萬元，說明浐灞生態(tài)區(qū)的生態(tài)發(fā)展模式有益于當地的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。但該區(qū)域的生態(tài)建設僅在土地利用模式和景觀方面，下一步應從新能源利用、垃圾分類、再生水利用等多方面入手，開展城市生態(tài)系統(tǒng)的多維度構建。

(4) 本文研究了浐灞生態(tài)區(qū)自成立以來的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的動態(tài)變化，并結合浐灞生態(tài)區(qū)的生態(tài)建設政策進行分析，驗證了浐灞生態(tài)區(qū)的生態(tài)政策，較之于傳統(tǒng)的進行生態(tài)價值核算更具有科學性與實踐意義，但在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)各因子的量化核算方面尚有待深入研究。

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Change of Ecosystem Service Value in New Development Area of North Qinling Mountains

ZHAO Dan1,2, MA Junjie1， LIU Zhe3, Lü Jiqiang2

(1.CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710127,China; 2.TheAdministrationCommitteeofXi’anChan-BaNationalEcologicalDistrict,Xi’an,Shaanxi710024,China; 3.Xi’anEnvironmentScienceInstitute,Xi’an,Shaanxi710061,China)

[Objective] Selecting Chan-Ba ecological district(CBE) of Xi’an City, Shaanxi Province as a typical urban area in the north of Qinling Mountains, the study aims to provide support for the regional urban development and ecological construction based on the analysis of the sustainability of new area development from two aspects, i.e. landscape pattern and the value of ecosystem services. [Methods] Using on the remote sensing data, the study quantitatively analyzed land use and landscape change, and detected changes in landscape-scale ecosystem and in values of ecosystem services in newly developing urban areas. [Results] (1) In period from 2004 to 2014, the conversion of rural area to urban area is obvious, the proportion of agricultural land reduced significantly while construction land increased by 88.2%, and ecological landscape by more than 201.5%, meaning the significant increase of region’s “ecological content”. (2) The significant changes occurred in the ecological service value in farmland, vegetated land and wet land, and nearly 65% of farmland ecosystem services value were lost. In 2014, more than 85% of the region’s ecological functions and services were from the vegetated land and water. [Conclusion] The changes of ecological land was dynamic in past decade in CBE, and the value of ecological service in urban area increased significantly, showing a great improvement of the environment during the urbanization. This means that the policy of ecological construction is good for the construction and development of regional ecosystems.

urban ecological system; land use; ecological service value; Chan-Ba ecological district of Xi’an City

2014-08-01

2014-09-04

國家自然科學基金項目“干旱區(qū)生態(tài)城鎮(zhèn)規(guī)劃與地方資源利用研究與示范”(2013BAJ03B02)

趙丹(1979—),女(漢族),陜西省漢中市人,博士研究生,高級工程師,研究方向為城市生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)管理研究。 E-mail:1516231294@qq.com。

A

1000-288X(2015)05-0279-05

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