城市边缘区土地利用变化对生态系统服务价值的影响研究*——以大连市甘井子区为例

李 明，吕 芳，吴怡璇

(辽宁师范大学自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室，大连 116029)

生态系统服务指的是直接或间接的通过生态系统的结构、过程和功能，能够得到的生态支持的产品和服务［1］。自20世纪70年代以来，国外学者如Costanza［1］就对生态系统服务价值的估算体系方法进行了科学量化。我国学者从20世纪80年代以来，在国外学者的研究基础上，进行了深入探讨。谢高地等［2］借鉴了国外生态系统服务价值研究的可靠部分，结合我国实际情况和其他生态专家的研究成果，总结形成了我国生态系统服务价值当量因子及价值系数表。欧阳志云等［3］、赵军等［4］、张秀英等［5］对不同类型生态系统、生态系统服务价值评价理论及方法开展了研究。土地利用/土地覆被变化的研究，自20世纪90年代以来，就是全球环境变化领域的热点之一，国内外越来越多的学者对此开展了研究［6，7］。土地利用变化，造成生态系统的改变，从而影响生态系统服务价值量的改变，我国学者也进行了不同尺度、不同区域的探讨［8-10］。文章主要针对城市边缘区的土地利用变化对生态系统服务价值的影响展开研究。城市边缘区是城市结构的重要组成成分，是土地利用方式最富于变化的城乡转化过渡地带，是城市化进程中具有敏感的经济、社会和环境特征的地区［11-13］。大连市甘井子区就是典型的城市边缘区，甘井子区是大连市惟一的城乡结合区，也是大连市城市扩展的惟一区域，对其研究具有代表意义，能够为大连市土地利用规划提供决策依据，能够为城市边缘区的土地利用规划提供参考建议。

1 研究区概况、数据来源与处理

1.1 研究区概况

甘井子区位于大连市主城区西北部，地理坐标北纬38°47＇～39°07＇，东经121°16＇～121°45＇，面积为502km2，是连接主城区与新市区的纽带。甘井子区属暖温带半湿润大陆性季风气候，兼有海洋性气候特点。冬无严寒，夏无酷暑，降雨集中，季风明显。甘井子区下辖两个镇、13个街道。2013年，全区户籍人口71．942 4万人，地区生产总值达969．915 7亿元。2013年，按政府考核口径统计全区规模以上工业企业实现工业总产值707亿元，比2012年增长1．6%，实现工业增加值188．7亿元，比2012年增长10．6%。2013年甘井子区实现农业总产值17．396 8亿元，比2012年减少3 516万元，同比下降1%。

1.2 数据来源与处理

以土地利用数据 (NLCD-2000)、SPOT5数据 (2003．9、2006．8)和二次调查遥感影像 (2009．8)数据为基础，在ENVI和ArcGIS软件支持下，得到4个时序的土地利用数据。

结合《土地利用现状分类》(GB/T 2101—2007)标准与甘井子区的区域特点，依据辽宁省土地利用变化对生态系统服务价值影响相关研究成果［15］，将甘井子区土地利用类型分为耕地、林地、园地、建设用地、水域和未利用地6个大类 (表1)。建设用地以居民点及工矿用地、交通用地为主。

表1 甘井子区土地利用类型分类体系

2 土地利用变化

2.1 土地利用结构变化

通过分析2000～2009年间土地利用结构的构成比例以及土地利用结构的变化，得出 (2000～2009年甘井子区土地利用结构变化)，可以反映出甘井子区2000～2009年土地利用结构变化特征。2000～2009年9年间大连市甘井子区土地利用结构和数量都发生了明显的变化。在土地利用构成比例总体来看，比例最大为建设用地、林地，耕地、园地、水域和未利用地次之。2000～2003年间面积变化最大、变化率最快的是耕地面积，面积减少1 416．24hm2，减幅为27．77%;耕地、园地、未利用地面积在减少，林地、水域、建设用地面积在增加。2003～2006年同比上一时期耕地、园地减幅扩大，林地增加幅度变大。2006～2009年间，同比上一时期，增减趋势趋于平缓，变化幅度变小，变化最多的是建设面积增加的299．16hm2。9年间土地利用总体变化幅度最大的是耕地，减少了2 798．92hm2，减幅达54．88%，超过半数;其次为园地减少50．55%、林地增加37．58%、水域增加30．55%、未利用地减少20．36%、建设用地增加11．45%。土地利用结构的变化中耕地的减少和建筑用地的增加，说明人类的社会经济活动的开展影响着土地利用的变化。通过分析土地利用结构的变化，可以预测未来土地利用结构，防止土地滥用和过度开发，为土地规划管理提供保障。

2.2 土地利用数量变化

土地利用的数量变化以及变化速度以土地利用单一土地类型动态度来描述，动态度模型能够表示土地利用的区域差异，并且能够预测未来土地发展趋势［14］，其计算公式为:

其中，K表示土地利用动态度，U表示土地面积，a、b分别表示研究初、末期，T为时间跨度，即当T以年做单位时表示年变化率。

表2 2000～2009年甘井子区土地利用结构变化

利用动态度模型，分析2000～2009年间井子区土地利用数量变化，得出 (2000～2009年甘井子区单一土地利用动态度变化)。表3表明2000～2009年间，年变化量最多的是林地，每年平均增加481．24hm2;年变化量最小的是未利用地，每年平均减少64．92hm2。2000～2006年，各土地利用类型以林地、建设用地、水域增加较多，耕地、园地、未利用地不断减少。而在2006～2009年间，各类土地增减幅度都趋于放缓，建设用地增加99．72hm2，变化最大。由此可见，由于城镇化进程的不断推进，耕地、未利用地、园地面积不断缩减，建设用地面积不断增加。2000～2003年间，耕地减少的速度最快，达9．26%，水域增加的速度最快达到6．37%。2003～2006年耕地、园地面积减少速度加快，建设用地、水域面积增加速度放缓，未利用地减少速度放缓。2006～2009年，同比上一时期，各土地类型增减速度减缓，速度最快为园地的减少速度，速度最慢为林地的增加速度。

表3 2000～2009年甘井子区单一土地利用动态度变化

3 生态系统服务价值估算及分析

3.1 甘井子区生态系统服务价值估算

大连市甘井子区生态系统服务价值估算是根据我国学者谢高地［2］和辽宁省生态系统服务价值评价研究［15］，以及区域自身自然情况进行综合比较，建设用地主要考虑居民点及工矿用地、交通用地在水源涵养和废物处理方面对生态系统服务价值的影响，形成了甘井子区各土地利用类型单位面积生态系统服务价值表 (表4)。依据公式 (2)得出2000～2009年甘井子区生态系统服务价值总量估算结果 (表5)。生态系统服务价值计算公式如下:

其中，ESV(ecosystem service value)对应生态系统服务价值 (元)、VC(value coefficient)对应价值系数 (元/hm2·年)、A表示土地面积 (hm2)、k为土地利用类型。

表4 甘井子区各土地利用类型单位面积生态系统服务价值 元/hm2·年

由表4(甘井子区各土地利用类型单位面积生态系统服务价值表)得出，甘井子研究区内水域对生态系统服务价值的影响最大，生态功能最强，其次为林地、园地、建设用地、耕地和未利用地。其中，建设用地面积的增加将带动生态系统服务价值负增长。生态功能越强的土地利用类型面积的增加，对生态系统服务价值的影响越大。

表5 2000～2009年甘井子区生态系统服务价值总量估算结果

由表5(2000～2009年甘井子区生态系统服务价值总量估算结果)能够得出，2000～2006年甘井子区生态系统服务价值呈现增加态势，2006～2009年呈现减少态势。2006～2009年，生态系统服务价值减少了679．36万元，其原因是建设用地面积的不断增加，不断增添负增长值，拉低生态系统服务总价值;另外耕地、园地和水域面积的减少，导致生态系统结构倾斜、功能缺失，综合导致生态系统服务价值处于下降趋势。而观察2000～2006年的生态系统服务价值量，6年间总价值处于增长趋势，2000～2003年ESV增长量为418．79万元，2003～2006年ESV增长了2 182．12万元，主要得利于对生态系统服务价值贡献率最高的林地面积不断增加，同时林地的生态系统服务价值系数高，二者综合使得林地生态系统服务价值为总体生态系统服务价值提供了增长动力。从各土地利用类型对生态系统服务价值贡献率方面分析，2000～2009年，贡献率最高的是林地，达到42．27%，其次为园地、水域、建设用地等。未利用地贡献率相对很少，不足0．1%。耕地的贡献率不断减少，由11．70%降低为2．27%，这是由于耕地面积不断减少所致。由此可见，土地利用变化会影响生态系统服务价值的变化，生态系统服务价值会随着土地利用类型的相互转换、土地的开发与整理发生显著变化。

3.2 敏感性分析

为了明确随时间变化的生态系统服务价值 (ESV)对价值系数 (VC)的变化的依赖程度，文章运用弹性系数［16］的理念来核算ESV对VC敏感性指数，进一步来确认选定的价值系数的准确性［17］。敏感性指数 (CS)计算公式如下:

其中，ESV、VC、k意义同公式 (2)i和j表示调整前后。如果CS＞1，表示ESV对VC敏感、富有弹性的;若CS＜1，则反之。CS越小，VC对ESV的决定性就越小。文章拟将VC分别上调和下调50%，观察ESV在调整后的变化情况 (表6)，从而得到二者间的敏感性程度，即相对生态价值系数改变1%，生态系统服务价值的改变量。由表6能够得出，林地敏感性指数最高为1．129，未利用地敏感性指数最低为0．003。除了林地敏感性指数大于1以外，其他土地利用类型的敏感性指数均小于1，由高至低依次为建设用地、水域、园地、耕地和未利用地。除林地外，其他土地利用类型价值系数对生态系统服务价值的影响不大，估算的生态系统服务价值缺乏弹性。因此，研究选取的价值系数对于甘井子区的生态系统服务价值相对合理，拟合度较好。

表6 2000～2009年甘井子区生态系统服务价值敏感性指数

4 结论

(1)土地是人类活动发生的场所，是人类赖以生存的场所，人类的经济发展和城市化建设必然会导致土地利用变化。2000～2009年，大连市甘井子区随着城市化进程的推进和城市规划建设的实施，建设用地、林地、水域面积不断增加，耕地、园地、未利用地面积不断减少。林地、建设用地增幅最大、增速最快，耕地减幅最大，减速最快。

(2)2000～2009年，大连市甘井子区生态系统服务价值呈现先增加后减少的趋势。生态系统服务价值的减少是由建设用地的不断增加、生态功能较强的耕地、园地面积不断减少导致。因此城市边缘区的建设应加强对生态环境保护、强化生态系统可持续发展的措施，追求经济效益的同时兼顾生态环境。2000～2006年生态系统服务价值的增加得益于林地面积的增加，同时林地的生态服务价值系数较大，两种因素综合，使得生态系统服务价值处于增长趋势。

(3)除林地外，其他土地利用类型的生态系统服务价值敏感性指数均小于1，表明ESV对VC的变化不敏感、缺乏弹性，研究采用的价值系数相对合理，研究结果可信。

(4)城市边缘区是兼具城市和乡村的土地利用性质的城市与乡村地区的过渡地带，在发展城市边缘区时，要注意城市化建设不能过度吞食具备较高生态功能的耕地和园地等，一方面应实行耕地保护政策、占用耕地补偿制度，加强耕地管理，减少耕地缺失;另一方面，提高建设用地集约利用，提高土地资源利用程度，避免土地资源的浪费。

(5)文章基于甘井子区自身实际情况，对中国陆地生态系统服务价值表进行修订，得到的研究结果合理。但是由于区域的差异性和评估方法的不同，评价结果可能不同。但是，在较长时间跨度内，研究得到的生态系统服务价值变化趋势具备可比性和研究价值，能够反映区域内生态服务价值的变化状况以及土地利用存在的问题，从而为生态环境建设、土地利用与管理等提供决策依据。

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