土地开发整理对区域环境潜在影响估算:以河北省为例

刘浩杰，刘宏娟，元 媛，刘慧涛，谭莉梅，刘金铜

(1.中国科学院a.遗传与发育生物学研究所 农业资源研究中心，b.农业水资源重点实验室，石家庄050022;2.河南大学 环境与规划学院，河南 开封475001)

0 引言

近年来，我国各地相继开展了大量的土地开发整理工作。土地开发整理在确保粮食安全、提高耕地质量、改善农业生态环境、促进社会经济发展等方面发挥了重要作用。然而，国家投入的大量人力、物力、财力能否起到应有的效力，需要对土地开发整理区域经济、生态环境效应进行科学、准确的分析［1］。

我国学者针对土地开发整理的影响开展了一系列的研究。张正峰，范金梅等从理论上对土地开发整理的经济效益、社会效益、生态效益及景观效益进行了详尽的分析［2-4］;王炜等建立了土地开发整理的综合效益评价指标体系［5］;覃事娅等运用AHP法对土地开发整理综合效益评价进行了实证研究［6］;张雅杰等对土地开发整理项目后评价方法进行了探讨［7］;赵微建立了格序决策评价模型，较好地解决了土地开发整理项目连通性缺失时的效益评价难题［8］。然而，土地开发整理将不可避免地导致土地利用、土地覆盖的变化，从而影响生态系统的结构和功能。因此，更多的学者对土地开发整理的生态影响进行了深入研究。冯应斌等运用景观生态学原理对土地整理项目前后的斑块、廊道变化进行了分析，深入探究了土地开发整理的景观效应［9］;安晨运用景观生态学原理分析了其在土地整理景观生态效应研究、景观生态规划设计等方面的应用［10］;樊敏运用云模型理论构建了土地整理生态影响评价规则并运用模型对庙滩镇土地整理生态影响进行了评价［11］;李岩构建了生态环境状况指数模型，并制定了相应的评价标准，对土地开发整理后生态环境影响的定量化进行了探索［12］;付光辉采用货币法将徐州市贾汪区土地开发整理项目的经济效益、生态效益和社会效益价值货币化，统一测算了区域土地整理带来的效益［13］;张正峰，田华文等运用生态系统服务功能价值评估法，对土地开发整理中的生态服务价值进行了损益估算［14-15］。尽管土地开发整理对环境的影响研究已经取得大量成果，但是仍存在一些问题值得探索:1)如何在土地开发整理实施前探究其对当地区域经济及环境的潜在影响以指导土地开发整理的发展方向;2)如何将土地开发整理的经济影响与生态影响统一，形成直观对比。因此，在前人研究的基础上对土地开发整理环境影响进行拓展延伸研究，以河北省未来土地开发整理潜力为依托，分别运用市场收益法和修正后的生态系统服务功能价值评估法，对河北省未来区域土地开发整理的经济价值和生态价值进行货币估算，真正从区域角度对河北省土地开发整理的环境影响进行定量化的研究，从而有利地规范和指导土地开发整理的管理工作并有效地推动当地经济发展。

1 研究区概况

河北省位于华北地区腹心地带，地处东经113°27＇～119°50＇，北纬 36°05＇～ 42°40＇之间，总面积 18.8 万km2，占全国总面积的1.95%。地势西北高、东南低。地貌复杂多样，高原、山地、丘陵、盆地、平原类型齐全。依据地形、地貌特征，结合行政区划，可将河北省分为坝上高原区、山地丘陵区、平原区、滨海区(表1)。

表1 河北省各区域类型及特征概况Tab.1 The types of region and its features in Hebei Province

根据河北省土地开发整理项目和土地调查年鉴的统计资料，河北省2001—2007年期间共开展土地开发整理项目840个，其中国家投资项目141个，省级投资项目699个。在河北省各类型区中，土地开发整理项目主要集中在平原区，共计387个，占河北省总数的46.07%;其次为山地丘陵区，共计311个，占河北总数的37.02%;最少的为坝上高原区和滨海区，分别为80个和62个，均不足10%(图1)。

图1 河北省2001—2007年土地开发整理项目分布图Fig.1 The distribution of land consolidation projects from 2001 to 2007 in Hebei Province

2 研究方法与数据处理

2.1 研究方法

在进行土地开发整理(可整理为农用地)对区域环境影响估算时，以河北省区域土地开发整理潜力为基础，将河北省2001—2011年的土地开发整理项目进行分析汇总，选择区域内代表性项目的新增单位面积耕地成本和生态系统服务功能价值损益占经济效益的比例作为土地开发整理对区域环境潜在影响估算的基础数据。

2.1.1 经济环境影响估算。在计算未来河北省土地开发整理对区域经济环境影响时，以河北省2007—2020年土地开发整理耕地潜力数据［16］为基础，结合土地开发整理成本及效益，对河北省土地开发整理的经济效益进行了分析。其中，河北省土地开发整理成本以2001—2011年土地开发整理项目为基础，由时间序列法估算出河北省2013年各区域各土地开发整理类型新增单位面积耕地成本，并以此作为未来土地开发整理新增单位面积耕地的成本。然后，根据典型土地开发整理项目，以河北省各分区土地开发整理前后粮食产量为基础，估算单位新增耕地面积经济效益。经济效益分析采用经济学原理中的市场收益法作为计算河北省区域土地开发整理静态投资回收期的基本方法。因其计算简便快捷，并且能够直观地反映出原始总投资的回收期限，而被广大学者所接受。

式中:Cij为第i分区第j类土地开发整理类型的投资价值(万元);Kij为第i分区第j类土地开发整理类型单位新增耕地面积的资金耗损价值(万元·hm-2);Sij为第i分区第j类土地开发整理类型的新增耕地面积(hm2);Pij为第i分区第j类土地开发整理类型的经济收益价值(万元·a-1);Mij为第i分区第j类土地开发整理类型项目实施后单位面积粮食产量(kg·hm-2·a-1)为河北省第i分区第j类土地开发整理类型项目实施后粮食产量增量(kg·hm-2·a-1)为第i分区第j类土地开发整理类型项目实施前耕地面积(hm2);B为当前粮食价格(元 /kg)，依据当前粮食价格状况，取值为2;β为耕作成本(包括种子、化肥、水等)占经济收益价值比例(%)，依据河北种植情况取值为50%;Ti为第i分区的静态投资回收期(a)。本研究中:i=1表示坝上高原区，i=2表示山地丘陵区，i=3表示平原区，i=4表示滨海区;n=3，j=1表示土地整理，j=2表示土地开发，j=3表示土地复垦。

2.1.2 生态环境影响估算。在研究未来河北省土地开发整理对区域生态环境影响时，采用修正后的生态系统服务功能价值评估法进行估算。以河北省各区域土地开发整理典型项目为代表，计算典型土地开发整理项目的生态系统服务功能损益价值占经济效益价值的比例，并以此作为该区域土地开发整理的生态效益调节系数。这4个典型土地开发整理项目分别是河北省张北县郝家营乡基本农田整理项目(经济效益154.51万元/a)，石家庄市行唐县上方乡东底村土地整理项目(经济效益50.62万元/a)，河北省吴桥县铁城镇、安陵镇基本农田整理项目(经济效益172.37万元/a)，河北省唐山市唐海县第四农场基本农田整理项目(经济效益455.75万元/a)。

生态系统服务功能价值评估法的计算公式为:

式中:αij为第i分区第j类土地开发整理类型项目的生态效益调节系数(%);Qk为全国第k类土地利用类型的生态系统服务功能价值系数(元·hm-2·a-1);Sijk为河北省第i分区第j类土地开发整理类型典型项目第k类土地利用类型面积变化量(hm2);P'ij为河北省第i分区第j类土地开发整理类型典型项目的经济收益;γk为河北省第k类土地利用类型生态系统服务功能区域修正系数(%);fk为研究区k类生态系统的平均生物量;Fk为全国k类生态系统的平均生物量;Ei为第i分区土地开发整理类型项目的生态服务功能价值损益值。本研究中:k=1表示耕地，k=2表示林地，k=3表示草地，k=4表示水域，k=5表示未利用地，k=6表示湿地。

2.2 资料来源及数据处理

河北省土地开发整理耕地潜力数据来源于《区域土地开发整理——河北省土地开发整理模式与潜力研究》［16］;土地开发整理成本基础数据来源于“河北省2001—2007年间国家投资及省级投资土地开发整理项目基本情况表”和2007—2011年部分土地开发整理项目(表2)。

表2 河北省各区域土地开发整理成本及潜力Tab.2 The land consolidation cost and potentiality of every region in Hebei Province

在对河北省土地开发整理对区域生态环境影响进行估算时，运用生物量等数据对谢高地等制定的“中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表”［17］进行修正，得出河北省陆地生态单位面积生态服务价值(表3)。由于近几年河北省生态系统生产能力并未发生大的变化，因此对生态服务价值表进行修订时以中国科学院资源环境科学数据中心1 km空间分辨率的2000年全国土地利用栅格数据和2000年全国NPP栅格数据为基础，在ArcGIS软件支持下，计算出全国及河北省各类生态系统生物量，最终根据公式(5)得出各类生态系统的区域修正系数γk。

3 结果及分析

3.1 典型项目区土地开发整理生态效益

根据修正后的生态系统服务功能价值评估法计算得到河北省各类型区的典型土地开发整理项目整理前后的生态服务价值及变化(表4)。

3.1.1 土地整理前后土地利用类型变化。从河北省土地开发整理后土地利用类型的生态服务价值变化来看，随着土地开发整理后耕地面积的普遍增加(主要来源于老化的园地、林地、坑塘水面及未利用地等)，4个项目区的耕地生态服务功能价值均有所增加。其中，坝上张北项目增加了15万元，山区行唐项目增加了11万元，平原吴桥项目增加了10万元，滨海唐海项目增加了15万元。其原因与土地开发整理的基本目标紧密相连，即解决耕地的占补平衡，实现耕地的总量动态平衡。土地开发整理后4个项目区的未利用地生态服务价值均有所减少，但是减少率较少，主要因为未利用地面积较小且生态服务价值系数较小而导致的。土地开发整理后，山区行唐项目、平原吴桥项目、滨海唐海项目区由于生态服务价值系数较大的湿地(坑塘水面和沟渠)面积减少，其生态服务价值普遍减少，且减少比例较大。

表3 河北省不同土地利用类型的生态价值表 元/(hm2·a)Tab.3 The ecological value of different land use types in Hebei Province

表4 河北省土地整理项目区生态服务价值 万元/aTab.4 The ecological services value in land consolidation projects in Hebei Province

3.1.2 生态系统服务功能价值损益。由表4可看出，河北省坝上地区土地开发整理项目实施后，生态系统服务功能价值由原来的439万元/a，上升到495万元/a，增加了56万元/a，占经济效益的36.24%;而河北省其他地区，土地开发整理项目实施后，生态系统服务功能价值均有所降低，山区行唐、平原吴桥、滨海唐海等项目整理前分别为69万元/a，515万元/a，1 703万元/a，整理后分别为65万元/a，480万元/a，1 674万元/a，分别降低4万元/a，35万元/a，29万元/a，降低值分别占各项目经济效益的7.90%，20.31%，6.36%。将此比例应用在各区域中，可得到各区域土地开发整理的生态损益值(表 5)。

表5 河北省各区域土地开发整理效益Tab.5 The benefit of land consolidation in every region in Hebei Province

4个项目区土地开发整理后的生态服务价值的升降表明，河北省坝上高原地区的生态脆弱性已经得到重视，在土地开发整理过程中不仅增加了耕地数量，更重要的是改善了当地的生态环境。而河北省其他区域由于生态脆弱性问题不突出，土地开发整理仍以实现耕地的“占补平衡”为主要目标，过度追求耕地面积和其他农用地面积的增加，忽视了生态环境问题。

3.2 区域土地开发整理潜在综合效益

由表2及表5可以看出，河北省土地开发整理新增耕地潜力为26.8万 hm2，若全部开发整理共需投资432.7亿元。土地开发整理的潜在经济收益58.4亿元/a，静态投资回收期为7.4 a，而生态服务功能损失9.4亿元/a，经济、生态效益为49.0亿元/a。

3.2.1 各分区土地开发整理潜在效益结果。从河北省各类型分区土地开发整理经济效益来看，平原区＞山地丘陵区＞滨海＞坝上高原区，从大到小依次为41.9亿元/a，9.4 亿元/a，6.6 亿元/a，0.5 亿元/a;土地开发整理投资回收期坝上高原区16.4 a，山地丘陵区13.0 a，平原区6.1 a，滨海区7.3 a;而土地开发整理的生态效益，坝上高原区为正值，其他3区均为负值。经济、生态效益合计，坝上高原为0.7亿元/a，山地丘陵区为8.7亿元/a，平原为 33.4 亿元/a，滨海为 6.2 亿元/a。

3.2.2 各分区土地开发整理潜在效益分析。1)平原地区存在大量中低产田，土地开发整理的耕地整理潜力最大，占全省总潜力的40.5%。虽然，平原地区土地开发整理成本最高，但由于耕地面积大(占全省的60.3%)，粮食产量高，是河北省乃至我国重要的粮食生产基地，整理后粮食产量有大幅提高。因此，经济收益最大，占全省的71.7%。但是，由于目前在平原地区的土地开发整理工作中生态环境问题未能引起足够重视，将损失生态服务价值8.5亿元/a。2)坝上地区虽然土地开发整理成本最小，但是由于该区域干旱缺水、土地生产率低、风蚀沙化严重，是河北省生态环境脆弱地带，同时也是国家“防风治沙”和“京津风沙源”重点治理区，因此，土地开发整理耕地潜力较少，仅为全省总潜力的3.1%。且整理后粮食产量提高不明显，经济收益最小，不到全省的1%。但是，该区域的生态脆弱性已引起高度重视，此在土地开发整理过程中加大了生态环境改善力度，将增加生态服务价值0.2亿元/a。3)山地丘陵区土地整理潜力相对较少，占全省总潜力的35.0%，但是由于山地丘陵区坡度较大、土地风蚀化严重、土层较薄、土地质量不高，中低产田面积较大，因此河北省山地丘陵区耕地粮食产量不高，土地开发整理经济效益较低，占河北省总量的16.0%。并且，在土地开发整理中对环境问题重视不够，生态服务功能价值将减少0.7亿元/a。4)滨海地区未利用荒地较多，占全省总潜力的13.5%，土地开发整理后经济效益不显著，仅占全省的11.4%。由于该区域盐碱危害严重，浅层地下水水质差，深层地下水埋藏深，不宜开采，因此，对作物生长不利，且土地开发利用困难，加之土地开发整理过程中对生态环境保护工作不到位，生态服务功能价值将减少0.4亿元/a。

因此，未来河北省土地开发整理工作重点区域为平原区和山地丘陵区，并且要加强对生态环境的保护。

4 结论

运用市场收益法和修正后的生态系统服务功能价值评估法对河北省土地开发整理潜在区域环境影响进行估算。其中，将土地开发整理的经济效益、生态效益货币化，使得经济效益和生态效益有了一定的对比性，一定程度上促进了土地开发整理效益的研究。但是，如何使土地开发整理中各生态系统类型规范化且如何科学地将各生态系统服务功能货币化仍需进一步的深入研究。此外，如何将土地开发整理的社会效益进行货币估算是本研究的不足，也是进一步亟待解决的问题。

研究结果表明，河北省平原和山地丘陵区单位面积土地开发整理经济效益较大，是未来土地开发整理的重点方向;而坝上高原区土地开发整理工作重点应是继续保护脆弱的生态环境，而不是大规模开发利用。与此同时，河北省各区域的土地开发整理工作都应将生态效益视为重点。土地开发整理使得土地利用类型发生变化，耕地质量及土地利用率得到提高，但是区域生态系统服务价值有所降低，主要体现在河北省的平原区、山地丘陵区及滨海区土地开发整理后的生态系统服务功能价值出现逆向变化。因此，在未来土地开发整理中应兼顾经济效益与生态效益，促进土地的合理利用和区域的可持续发展。

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