先导区土地利用变化及生态服务价值研究*

郑俊鹏，刘震宇，王婷（.长沙永信土地规划咨询有限责任公司,湖南 长沙 40007；.湖南师范大学 资源与环境科学学院,湖南 长沙 4008）



先导区土地利用变化及生态服务价值研究*

郑俊鹏1*，刘震宇1，王婷2
（1.长沙永信土地规划咨询有限责任公司,湖南 长沙 410007；2.湖南师范大学 资源与环境科学学院,湖南 长沙 410081）

摘 要依据景观生态学和生态服务价值原理，利用先导区2008～2013年土地利用变更数据和经济社会数据，计算土地利用结构指数和生态服务价值，分析土地利用结构、GDP与生态服务价值之间的关系。研究结果表明：1）2008～2013年先导区除建设用地和其他农用地面积呈增长趋势外，其余地类面积均不断减少，其中降幅最大的是水域，下降了3.16%；2）先导区土地利用多样化指数、优势度指数呈现小幅增大趋势，多样性指数和均匀度指数则呈现小幅下降趋势；3）先导区土地利用生态服务价值呈逐年递增的趋势，同时各地类的生态服务价值也都有不同程度的增长；4）土地利用结构的多样化和均匀化有利于提高先导区生态服务价值；5）先导区经济发展与生态服务价值之间处于正向协调状态，且生态服务价值的增长速度小于GDP 的增长速度，两型社会建设成效初步显现。

关键词土地利用变化； 生态服务价值； 先导区

0　引言

生态服务价值是指生态系统与生态过程所形成并维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，是人类生存与现代文明的基础[1]。近年来，人类不合理的土地利用加剧了生态环境的破坏，给自身发展造成了极大的威胁。党的十八届三中全会《决定》和国家新型城镇化规划（2014～2020年）均提出要“强化生态环境保护制度，划定生态保护红线”。因此，研究土地利用变化对生态服务价值的影响，对于促进区域经济与环境的协调发展，加快生态文明建设具有重要意义。我国学者对区域土地利用变化影响下的生态系统服务价值变化做了大量的理论探索和实证分析[2～9]，生态服务价值的计算大多借鉴costanza等[10]的计算方法，直接参考谢高地等[11,12]制定的中国不同陆地生态系统单位面积的生态服务价值系数，或者依据全国生态系统服务价值当量因子表并结合区域实际情况测算生态服务价值单价，但是生态服务单价的计算往往是以某一年单位农田食物生产功能提供的生态服务价值为基准，忽略了研究区域年际间生态环境质量和生产力的差异性导致的生态服务价值系数的差异性；同时关于土地利用结构与生态服务价值的内在联系、经济发展与生态服务价值的关系的定量分析较少，而这方面的研究对于土地资源合理利用和生态服务价值的可持续性具有重要意义。

“两型社会”建设试验区是我国“资源节约型、环境友好型”社会建设的先行区，在经济社会发展过程中需要更加注重生态环境的保护。作为长株潭城市群“两型社会”建设综合配套改革试验区的先行区，先导区是“两型社会”建设的排头兵。先导区成立6年来，其经济社会发展水平不断提高，但生态环境质量是否同步提高，经济发展与生态环境保护之间的关系如何，需要进行深入分析。本文利用2008～2013年土地利用变更数据和经济社会数据，对先导区生态服务价值进行计算，探讨了生态服务价值与土地利用结构、经济发展水平之间的关系，揭示影响先导区生态服务价值的主要因素，以期为先导区土地资源的合理配置和“两型社会”的建设提供科学依据，促进区域经济和生态环境的协调可持续发展。

1　研究区概况

长沙大河西先导区是长株潭城市群 “两型社会”建设综合配套改革试验区的先行区，于2008年6月挂牌成立。先导区位于湘江以西、长沙市西北部，介于东经111°53'～114°15'，北纬27°51'～28°41'之间，辖区包括岳麓区，望城区湘江以西部分区域和宁乡县沩水河以东部分区域，土地总面积1163.73 km2，占长沙市土地总面积的10%。地势由西南向东北倾斜，境内山脉纵横，地貌类型复杂多样。该区属亚热带季风性湿润气候，地表水系发达，河网密布，年均降水量1358～1370 mm。2013年底，先导区总人口135万，地区生产总值1950亿元，工业增加值1200亿元，是典型的经济与人口快速发展地区。

2　数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

数据主要包括2008～2013年先导区土地利用数据和粮食产量、GDP等经济社会数据。土地利用数据来源于先导区国土部门提供的历年土地利用变更数据，粮食产量、GDP等数据来源于当地统计年鉴。

根据各地类的生态服务功能，对先导区土地数据中的土地分类做了适当调整，将土地分为7种类型：耕地、园地、林地、牧草地、建设用地、水域和其他用地，其中耕地、园地、林地、牧草地、建设用地和水域的范围与原土地分类一致，其余的用地类型（即其他农用地和自然保留地）均划为其他用地。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用结构分析方法

（1）土地利用多样化指数：用吉布斯—马丁多样化指数（GMi），计算公式为：

式中：Xij为第i年第j种土地利用类型面积。

（2）土地利用多样性指数（Hi）：该指数通常用来描述土地利用类型的复杂和丰富程度，通常来讲，多样性指数越大，土地利用类型越复杂，计算公式为：

式中：Pij为第i年第j种土地利用类型面积占土地总面积的比例。

（3）土地利用优势度指数（Di）：该指数是多样性指数的最大值与实际计算值之差。计算公式为：

式中：Hmax为最大多样性指数，m为研究区域的土地利用类型数。

（4）土地利用均匀度指数（Ei）：该指数反映各土地利用类型在面积上分布的均匀程度，Ei越接近1时，土地利用类型分布的均匀程度亦趋于最大。计算公式为：

2.2.2 生态系统服务价值计算

根据谢高地等[11]的计算方法和公式（6）[13]可以计算出先导区单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值（即一个生态服务价值当量因子所代表的经济价值），对照中国生态系统生态服务价值当量因子表求出不同生态系统类型的生态服务价值系数。

式中：Ea为单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值（元•hm-2），i为农作物种类，pi、qi和mi分别为先导区第i种粮食作物的平均价格、单产和种植面积，M为粮食作物总面积。

计算生态服务价值时，将每种土地利用类型与最接近的生态系统类型联系起来。其中耕地与农田对应；林地与森林对应；牧草地与草地对应；园地取森林和草地的平均值；建设用地按照costanza等[10]学者的计算方法，不估算其生态系统服务功能价值；水域与河流/湖泊对应；其他用地与荒漠对应。每年的单位当量因子所代表的经济价值Ea均按照公式（6）进行计算，由此可计算出各类土地利用类型单位面积每年的生态系统服务价值VCk。生态系统服务价值计算公式为：

式中：ESV为生态系统服务价值（元）；Ak为研究区第k种土地利用类型面积（hm2）；VCk为第k种土地利用类型的生态服务价值系数（元•hm-2•a-1）；k为土地利用类型；n为研究区内土地利用类型总数。

2.2.3 经济发展与生态保护协调度计算

生态经济协调度（CEE）用于表示生态系统服务价值与经济发展水平之间的关系[14]。若CEE＞0，表示两者正向协调，CEE=1，表示两者为平衡发展状态；若CEE＜0，表示两者负向协调，即生态系统服务价值与经济发展之间呈现不协调发展状态。

式中：CEE为生态经济协调度；△ESV为研究时段内生态服务价值变化率；△GDP为研究时段内GDP变化率。

3　结果与分析

3.1 土地利用结构变化

从表1可以看出，土地利用类型以耕地、林地和建设用地为主，研究期内先导区各地类面积的变化趋势是：建设用地和其他农用地占土地总面积的比例增大，增幅分别为4.13%和4.33%，面积分别增加了4802.40公顷和5041.18公顷；除建设用地和其他农用地外，其余地类占土地总面积的比例不断减少，其中降幅最大的是水域，下降了3.16%，其次是耕地和林地，分别下降了2.38%和1.65%。可以发现，2008～2013年先导区建设用地的扩张占用了大量的农用地和水域，使得农用地和生态用地的面积呈现缩减趋势，建设用地占土地总面积的比例将近30%，即土地利用开发强度已达到较高水平，所以未来先导区需要加强建设用地的节约集约利用，更加注重建设用地的内涵挖潜（表1）。

3.2 土地利用结构指数及其变化评价

根据2008～2013年先导区土地利用变更数据，计算土地利用结构指数。由表2可知，先导区土地利用结构多样化指数GM、优势度指数D呈增大趋势，分别由2008年的0.7417、0.5602上升到2013年的0.7438、0.5761；多样性指数H和均匀度指数E均呈下降趋势，分别由2008年的1.5192、0.7306下降到2013年的1.5033、0.7230。自2008年先导区成立以来，交通等基础设施不断完善，城镇和产业用地不断扩张，导致耕地、林地、水域等面积日益减少。由表1可以看出，2008～2013年先导区耕地、林地和水域等生态用地占比一直较高，三者面积占比达到60～70%，生态环境质量较好，所以这些地类面积的小幅度减少并不会对先导区生态系统的复杂性和稳定性造成影响。

表1　2008～2013年先导区土地利用结构变化Table1 Change of land use structure of Xiandao District from 2008 to 2013　（%）

表2　2008～2013年先导区土地利用结构指数Table2 Land use structure index of Xiandao district from 2008 to 2013

3.3 生态服务价值变化评价

根据公式（6）、（7）计算先导区2008～2013年土地利用生态系统服务价值及其变化情况（表3）。结果表明：先导区土地利用生态服务价值呈逐年递增的趋势，由2008年的33.66亿元增长到2013年的46.20亿元，增长率为37.28%。除水域外，其他各类用地的生态服务价值都呈现不同程度的增长，其中林地的增长量最大，达到10.72亿元，最小的是牧草地，仅为0.03亿元；就增长率而言，林地和其他用地增长较快，分别为51.28% 和157.68%，最小的是园地，为12.74%。各类用地生态服务价值占总生态服务价值的比重差别较大，林地和耕地所占比重较大，分别为67.52% 和15.49%，牧草地所占比重最小，仅为0.22%。可见，林地、耕地对于维持先导区良好的生态环境具有重要作用，尽管2008～2013年两者的面积有所减少，但由于单位面积生态服务价值的提高，其生态服务价值还是呈现增长态势。

表3　2008～2013年先导区土地利用生态服务价值Table 3 Ecosystem services value of land use in Xiandao district from 2008 to 2013　（亿元、%）

3.4 土地利用与生态服务价值关系分析

3.4.1 土地利用面积与生态服务价值

根据公式（6）、（7）可知，土地利用生态系统服务价值由各土地利用类型面积、粮食作物播种面积、粮食作物产量及其价格决定。由表4可知，2008～2013年其他用地面积增加，其生态服务价值亦相应增加了0.27亿元；耕地、园地、林地和牧草地面积减少，但这些地类的生态服务价值却都呈增大趋势，分别增加了2.24亿元、0.07亿元、10.72亿元和0.03亿元，表明土地利用生态服务价值受每年粮食作物产量和价格影响较大。

表4　2008～2013年先导区土地面积和生态服务价值变化Table 4 Variation of land area and ecosystem services value of Xiandao district from 2008 to 2013

3.4.2 土地利用结构与生态服务价值

由表2、3可知，2008～2013年先导区土地利用多样化指数、优势度指数呈现小幅增大趋势，多样性指数和均匀度指数则呈现小幅降低趋势，与此同时，土地利用生态服务价值呈现逐年增长趋势，表明土地利用生态服务价值与土地利用结构存在相关性。在相关性分析的基础上，运用Eviews5.0软件对2008～2013年先导区生态服务价值与土地利用结构指数进行多元线性回归分析，结果如下：

YESV=-34405.75+657.75XGM+4462.02XH+1677 6.75XD+24328.64XE

(R2=0.9860，F=17.60，95%置信水平下显著)

由此可见，土地利用结构的多样化和均匀化有利于提高区域生态系统服务价值。结合先导区的实际情况来看，先导区内生态服务价值较高的林地、水域和耕地面积较大，三者面积占先导区土地总面积的比例达到60%以上，三者生态服务价值之和占先导区总的生态服务价值的比例高达97%。所以，严控建设用地规模，提高土地节约集约利用水平，增加林地、耕地、水域等地类的面积，加大土地利用科技投入提高粮食产量可以增加先导区土地利用生态服务价值。

3.5 经济发展与生态服务价值协调度分析

根据公式（8）对先导区经济发展与生态服务价值的协调度（CEE）进行计算（表5），可以看出，2009～2013年生态经济协调度（CEE）均为正值，且均小于1，其中2011年CEE值最大，达到0.73。所以，先导区经济发展与生态服务价值之间处于正向协调状态，但生态服务价值的增长速度小于GDP 的增长速度。由此可见，先导区自成立以来至今，经济社会迅速发展，同时也兼顾了生态环境的保护，两型社会建设成效初步显现。

表5　2009～2013年先导区生态经济协调度Table5 Coordination of ecology and economy of Xiandao district from 2009 to 2013

4　结 论

（1）2008～2013年，先导区土地利用发生了较大的变化。建设用地和其他农用地占土地总面积的比例增大，增幅分别为4.13%和4.33%；除建设用地和其他农用地外，其余地类占土地总面积的比例不断减少，其中降幅最大的是水域，下降了3.16%，其次是耕地和林地，分别下降了2.38%和1.65%。

（2）随着先导区土地利用结构的变化，先导区土地利用多样化指数、优势度指数呈增大趋势，而多样性指数和均匀度指数呈减少趋势，说明先导区各土地利用类型的多样性和均匀性有所降低，主要是由于耕地、林地和水域面积的逐年减少所致，但这并不会对先导区生态系统的复杂性和稳定性造成影响。

（3）先导区土地利用生态服务价值呈逐年递增的趋势，由2008年的33.66亿元增长到2013年的46.20亿元，增长率为37.28%。除水域外，其他各类用地的生态服务价值都呈现不同程度的增长，其中林地的增长量最大，达到10.72亿元，最小的是牧草地，仅为0.03亿元；就增长率而言，林地和其他用地增长较快，分别为51.28%和157.68%，最小的是园地，为12.74%；就各类用地生态服务价值占总生态服务价值的比例而言，林地和耕地所占比重较大，分别为67.52%和15.49%，牧草地所占比重最小，仅为0.22%。

（4）土地利用与生态服务价值的相关分析表明：土地利用结构的多样化和均匀化有利于提高区域生态系统服务价值。严控建设用地规模、提高土地节约集约利用水平，增加林地、耕地、水域等地类的面积，加大土地利用科技投入提高粮食产量，可以增加先导区土地利用生态服务价值。

（5）2009～2013年先导区生态经济协调度（CEE）均为正值，且均小于1，即先导区经济发展与生态服务价值之间处于正向协调状态，但生态服务价值的增长速度小于GDP 的增长速度。由此可见，先导区在保证经济发展的同时，也兼顾了生态环境的保护，两型社会建设成效初步显现。随着先导区城镇化的推进，土地利用结构亦发生变化，在不影响经济发展的前提下，保持一定数量的林地、耕地、水域面积，同时加强绿化工作，对于促进先导区自然生态系统和社会经济系统的协调可持续发展具有重要意义。

参考文献/References

[1]欧阳志云,王如松.生态系统服务功能与可持续发展[M].北京:中国环境科学出版社,1999.

[2]段瑞娟,郝晋珉,张洁瑕.北京区位土地利用与生态服务价值变化研究[J].农业工程学报,2006,22(9):21-28.

[3]曹银贵,周伟,袁春.基于土地利用变化的区域生态服务价值研究[J].水土保持学报,2010,30(4):241-246.

[4]吴克宁,赵珂,赵举水,等.基于生态系统服务功能价值理论的土地利用规划环境影响评价：以安阳市为例[J].中国土地科学,2008,22(2):23-28.

[5]张小虎,雷国平,袁磊,等.东北典型黑土区土地利用变化的生态服务价值研究——以巴彦县为例[J].农业现代化研究,2008,29(6):739-742.

[6]荀文会,王雨晴,李晓刚.沈阳老工业基地土地利用变化对生态服务价值损益影响研究[J].农业现代化研究,2008,29(4):435-438.

[7]霍金炜,文倩,何丽,等.湖南丘陵区土地利用变化的生态系统服务价值响应——以湖南醴陵为例[J].农业现代化研究,2010,31(1):86-89.

[8]苏飞,张平宇.基于生态系统服务价值变化的环境与经济协调发展评价：以大庆市为例[J].地理科学进展,2009,28(3):1471-1477.

[9]王超.土地利用总体规划环境影响评价研究：以将乐县为例[D].北京:北京师范大学,2010.

[10]Costanza R,d’Arge R,Groot R,et al.The value of the world's ecosystem services and natural capital[J].Nature,1997,387(6630):253-260.

[11]谢高地,鲁春霞,冷允法,等.青藏高原生态资产的价值评估[J].自然资源学报,2003,18(2):189-196.

[12]谢高地,甄霖,鲁春霞,等.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J].自然资源学报,2008,23(5):911-919.

[13]肖玉,谢高地,安凯.蟒措湖流域生态系统服务功能价值变化研究[J].应用生态学报,2003,14(5):676-680.

[14]邵雪亚,张蔚文,刘勇,等.生态服务价值核算在快速城市化地区土地利用规划中的应用——以重庆市北碚区为例[J].城市环境与城市生态,2013,26(4):31-33.

Research on Land Use Change and Ecosystem Services Value of Xiandao District

Zheng Junpeng1,Liu Zhenyu1,Wang Ting2
(1.Changsha Yongxin Land Planning and Consulting Co.,Ltd.,Changsha Hunan 410007;2.College of Resources and Environmental Science,Hunan Normal University,Changsha Hunan 410081)

Abstract:Based on the theory of landscape ecology and ecosystem services value,this paper used land changed data and economic-social data of Xiandao District from 2008 to 2013,calculated land use structure indexes and ecosystem services value,analyzed the relationship among land use structure ,GDP and ecosystem services value.Research results indicated:1)Except the area of construction land and other crop land increased from 2008～2013,the area of other land use type all decreased,and the area of water body decreased most,which was 3.16%;2)Land-use diversity index and dominance degree index increased while evenness degree index decreased;3)Land use ecosystem services value of Xiandao District increased year by year,meantime ecosystem services value of all land use types increased in different levels;4)Diversification and homogenization of land use structure benefited ecosystem services value of Xiandao District;5)Economic development and ecosystem services value in Xiandao District was in a state of positive coordination,and the growth rate of ecosystem services value was lower than that of GDP,the construction of two-style society appeared certain effect.

Key Words:land use change;ecosystem services value;Xiandao district

收稿日期：2016-1-21；改回日期：2016-2-23。

*第一作者简介郑俊鹏，男，1984年生，博士研究生，土地资源管理专业，研究方向为土地利用规划与管理。E-mail:zjpsdau@163.com

*基金项目：教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目“我国建设用地总量控制与差别化管理政策研究”（11JZD031）

文章编号：1672-5603（2016）01-068-6

中图分类号：F301.2

文献标识码：A