鄭 晨，李忠峰，卞紀(jì)雪，倪 娜

（重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 401331）

隨著城鎮(zhèn)化的深入推進，城市土地利用不斷發(fā)生變化，而合理的土地利用方式對于實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟、社會、生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展有著重要作用。為了追求經(jīng)濟效益而造成的單純土地利用覆蓋變化將不可避免地破壞自然生態(tài)系統(tǒng)，影響整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進一步影響生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值，最終影響生態(tài)系統(tǒng)和人們的日常生活環(huán)境質(zhì)量[1-2]。隨著城市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，物質(zhì)需求得到滿足，人們急需更好的生態(tài)環(huán)境。定量研究生態(tài)環(huán)境質(zhì)量對土地利用變化的影響，從而改變土地利用變化驅(qū)動的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的需求，這變得更加迫切?；谶@種考慮，很多專家和學(xué)者開始研究土地利用，將焦點集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，并將其作為土地利用變化生態(tài)效益的綜合指標(biāo)。

本文以重慶市沙坪壩區(qū)為研究區(qū)，定量分析了該地土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化，探索不同土地利用類型對生態(tài)系統(tǒng)不同服務(wù)功能的影響，以期為政府制定更合理的土地使用策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

沙坪壩區(qū)占地面積約396.2 km2，是重慶西部的主要城區(qū)之一。整片區(qū)域包含貫穿南北的格勒山，周圍它是重慶市科教文化的中心區(qū)，也是重要的工業(yè)基地。沙坪壩區(qū)的西部是潭灘大壩，從地貌上看，其屬于川東平行山谷低丘陵區(qū)的一部分，海拔為550～650 m。該地屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，熱量和水資源豐富，最冷月平均氣溫為7.8℃，最熱月平均氣溫為28.5℃，年平均氣溫為18.3℃，無霜期為341.6 d。當(dāng)?shù)囟臒幔鞖獯呵锒嘧?，降水充沛，全年降水量? 082.9 mm。研究該區(qū)域?qū)ζ涑鞘邪l(fā)展與土地利用具有指導(dǎo)和借鑒意義。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究利用2007年和2015年的LANDat TM 圖像，遙感圖像經(jīng)過輻射校正和幾何校正，進行切割和其他預(yù)處理。然后，使用ENVI 軟件中的監(jiān)督分類，選擇樣本區(qū)域，并使用最大似然法對研究區(qū)域的兩種圖像映射進行分類。接著，對分類結(jié)果進行準(zhǔn)確性評估，得到2007年和2015年研究區(qū)的土地利用分類圖。最后，利用arcgis 10.0 進行空間分析和計算，并生成相應(yīng)的專題地圖?？紤]到TM 圖像本身的分辨率和研究區(qū)域的實際情況，本文將土地利用類型劃分為林地、耕地、水域和建設(shè)用地。

2.2 研究方法

2.2.1 土地類型動態(tài)度

不同土地利用類型面積的變化只能用于簡單地改變不同土地類型的數(shù)量，通過掌握不同土地利用類型的動態(tài)度，人們就可以觀察其數(shù)量變化，也可以分析其變化速度和變化幅度。其表達式為：

式中，K為某種土地利用類型動態(tài)度；ua、ub是開始研究和結(jié)束研究時的某類土地的使用面積；T為研究期的間隔年份。

2.2.2 確定單位面積的生態(tài)服務(wù)等效系數(shù)

本文選擇基于貨幣數(shù)量的價值評估方法，并采用Costanza 等人提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算和ESV 計算方法[3]。由于地域差異，直接照搬國外方法容易引發(fā)一些問題，從而低估或忽略某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值。因此，本研究結(jié)合中國的實際情況，采用謝高地等人制定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值等值表，如表1所示[4]。

表1 基于貨幣數(shù)量評估的當(dāng)量價值因子表

表1定義了農(nóng)田一年內(nèi)天然糧食生產(chǎn)的經(jīng)濟價值，平均產(chǎn)量為1 hm2土地產(chǎn)量，相對于農(nóng)田產(chǎn)出的食物產(chǎn)品貢獻度，確定其他生態(tài)服務(wù)因子的價值因素。

2.2.3 1 個當(dāng)量因子價值的確定

依據(jù)謝高地等人對于1 個當(dāng)量因子價值的定義，本文分別利用重慶市2007年和2015年的統(tǒng)計資料，計算重慶2007年和2015年的平均糧食產(chǎn)量。由于研究了生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值，為了剔除價格變化的影響，本文選擇了重慶市2007年和2015年的糧食平均價格1.955 元/kg，從而制定出計算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)等效因子值的公式：

式中，En為第n年1 個當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值，元/hm2；Qn為第n年糧食作物總產(chǎn)量，kg；Mn為種植第n年糧食作物的總面積，hm2。

2.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的計算

結(jié)合單位面積生態(tài)服務(wù)價值等值表（見表1）和2007年與2015年單位當(dāng)量因子值（En），制定重慶市沙坪壩區(qū)2007年和2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價，如表2、表3所示。

表2 2007年重慶沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價

表3 2015年重慶沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價表

計算重慶市沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，需要引入ESV計算法，該方法由Constenza 提出，具體計算公式如下：

式中，ESV為沙坪壩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的價值折算，元；Ak為研究區(qū)土地利用類型的面積，hm2；VCk為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值單價，元/（hm2·a）。

2.2.5 敏感性分析

本研究利用經(jīng)濟學(xué)中常用的彈性系數(shù)對因子結(jié)果的準(zhǔn)確性進行判別[5-7]。其中，敏感指數(shù)（CS）可以驗證沙坪壩區(qū)內(nèi)每公頃面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的價值折算值準(zhǔn)確與否。也就是說，區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值取決于生態(tài)服務(wù)的等價值程度[8-9]。當(dāng)CS＞1 時，它表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值對生態(tài)服務(wù)的價值是靈活的；當(dāng)CS＜1 時，它表示缺乏彈性，該值越大，等值的準(zhǔn)確性就越關(guān)鍵。敏感性指數(shù)（CS）的計算公式如下：

ESVi和ESVj分別為調(diào)整前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值，元；VCik和VCjk分別為第k次土地利用類型調(diào)整前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單價，元/（hm2·a）。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

從表4可以看出，2007年至2015年，重慶市沙坪壩區(qū)耕地面積、林地面積和水域面積均有所下降。其中，耕地面積和水域面積減少最多，建設(shè)用地面積明顯增加。從圖1來看，建設(shè)用地增加的主要原因是大學(xué)城建設(shè)。從動態(tài)絕對值來看，建設(shè)用地最大，林地最小，這意味著其間建設(shè)用地變化最大，其次是水域和耕地，而林地變化最小。從土地利用類型比例來看，基于土地利用類型2007年和2015年的變化，2007年重慶市沙坪壩區(qū)耕地用地占比最大，建設(shè)用地比例最小，到2015年，建設(shè)用地比例將增加到37.58%，它成為沙坪壩區(qū)最大的土地利用類型。與此同時，耕地、林地和水域的比例呈下降趨勢。

表4 2007-2015年重慶沙坪壩區(qū)土地利用變化

圖1 2007年和2015年重慶沙坪壩區(qū)土地利用類型分布

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

根據(jù)上述方法，筆者計算了2007年和2015年研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其構(gòu)成變化，如表5所示。分析表5可知，2007年價值為11.27 億元，2015年價值為7.77 億元?？偡?wù)價值下降了3.5 億元。從價值構(gòu)成來看，2007年水域的生態(tài)服務(wù)價值比重最高，為49.33%，林地其次，為36.55%，耕地最低，為15.70%。2015年，林地的生態(tài)價值超過水域成為最高，達到46.59%，水域則占生態(tài)總價值的37.71%，耕地依舊生態(tài)價值比重最低，為14.10%。2007年到2015年，林地對生態(tài)系統(tǒng)價值貢獻率增大，且增幅達到10.05%，而水域和耕地的貢獻率則出現(xiàn)一定程度的下降。這是因為研究區(qū)的森林面積在研究期間有所下降，但仍占其他土地利用類型的很大比例，是研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主 體[10-12]。此外，大約11%的水域面積貢獻了生態(tài)總價值的37.71%，其對整個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響不可忽視。

表5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在重慶沙坪壩區(qū)構(gòu)成的變化

3.3 敏感性分析

敏感性分析表明，ESV對生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)（VC）缺乏彈性。從圖2可以看出，2007年和2015年，所有CS均小于1；2007年，各類土地的敏感指數(shù)從大到小依次為水域、林地和耕地。2015年從大到小依次為林地、水域、耕地。這表明研究區(qū)的ESV對VC沒有彈性，結(jié)果可信，不同類型土地的生態(tài)價值對整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化有不同程度的響應(yīng)[13-17]。2007年，水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值影響最大，到2015年，林地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值影響最大。

圖2 2007-2015 重慶市沙坪壩區(qū)生態(tài)服務(wù)功能價值敏感性指數(shù)變化

4 結(jié)論

基于2007年和2015年研究區(qū)TM 圖像提取的土地利用數(shù)據(jù)，筆者分析了2007-2015年重慶市沙坪壩區(qū)土地利用變化情況。6年來，在經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，建設(shè)用地面積出現(xiàn)大幅度增加，導(dǎo)致林地、耕地、水域面積減少。此外，11%的水域面積貢獻了生態(tài)總價值的37.71%，其對整個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值具有不可忽視的積極影響。

總體而言，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值已從2007年的11.27億元縮減至2015年的7.77 億元。這表明，重慶市沙坪壩區(qū)在近5年時間內(nèi)，經(jīng)濟的迅速發(fā)展使得建設(shè)用地不斷增加，而增加的建設(shè)用地只能通過侵占其他類型的土地得以補充，而有助于提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的林地和水域面積減少，建設(shè)用地本身對生態(tài)價值沒有貢獻。這就導(dǎo)致整個研究區(qū)生態(tài)價值的下降。價值構(gòu)成研究表明，林地和水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)價值貢獻最大，其面積變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化起著決定性作用。因此，未來的土地規(guī)劃仍然需要確保對林地和水域的保護。敏感性分析表明，ESV對生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)缺乏彈性，上說明研究結(jié)果具有可信性和參考性。

本文參考了Constanza 對生態(tài)價值折算方法，并借鑒了謝高地等人對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價的研究思路，探究了土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響規(guī)律。但是利用遙感影像進行目視解譯時，其精確度難以完全保證，利用該數(shù)據(jù)計算出的生態(tài)服務(wù)價值可能存在一定偏差，這是本研究的缺點和未來努力改進的方向。