土地利用变化对生态服务价值的影响研究——以重庆市沙坪坝区为例

郑 晨，李忠峰，卞纪雪，倪 娜

（重庆师范大学地理与旅游学院，重庆 401331）

随着城镇化的深入推进，城市土地利用不断发生变化，而合理的土地利用方式对于实现区域经济、社会、生态的协调发展有着重要作用。为了追求经济效益而造成的单纯土地利用覆盖变化将不可避免地破坏自然生态系统，影响整个生态系统的结构和功能，进一步影响生态系统的服务价值，最终影响生态系统和人们的日常生活环境质量[1-2]。随着城市经济的不断发展，物质需求得到满足，人们急需更好的生态环境。定量研究生态环境质量对土地利用变化的影响，从而改变土地利用变化驱动的生态系统服务价值的需求，这变得更加迫切。基于这种考虑，很多专家和学者开始研究土地利用，将焦点集中于生态系统服务价值，并将其作为土地利用变化生态效益的综合指标。

本文以重庆市沙坪坝区为研究区，定量分析了该地土地利用变化和生态系统服务功能的变化，探索不同土地利用类型对生态系统不同服务功能的影响，以期为政府制定更合理的土地使用策略提供科学依据。

1 研究区概况

沙坪坝区占地面积约396.2 km2，是重庆西部的主要城区之一。整片区域包含贯穿南北的格勒山，周围它是重庆市科教文化的中心区，也是重要的工业基地。沙坪坝区的西部是潭滩大坝，从地貌上看，其属于川东平行山谷低丘陵区的一部分，海拔为550～650 m。该地属于中亚热带季风湿润气候区，热量和水资源丰富，最冷月平均气温为7.8℃，最热月平均气温为28.5℃，年平均气温为18.3℃，无霜期为341.6 d。当地冬暖夏热，天气春秋多变，降水充沛，全年降水量为1 082.9 mm。研究该区域对其城市发展与土地利用具有指导和借鉴意义。

2 数据和方法

2.1 数据来源

本研究利用2007年和2015年的LANDat TM 图像，遥感图像经过辐射校正和几何校正，进行切割和其他预处理。然后，使用ENVI 软件中的监督分类，选择样本区域，并使用最大似然法对研究区域的两种图像映射进行分类。接着，对分类结果进行准确性评估，得到2007年和2015年研究区的土地利用分类图。最后，利用arcgis 10.0 进行空间分析和计算，并生成相应的专题地图。考虑到TM 图像本身的分辨率和研究区域的实际情况，本文将土地利用类型划分为林地、耕地、水域和建设用地。

2.2 研究方法

2.2.1 土地类型动态度

不同土地利用类型面积的变化只能用于简单地改变不同土地类型的数量，通过掌握不同土地利用类型的动态度，人们就可以观察其数量变化，也可以分析其变化速度和变化幅度。其表达式为：

式中，K为某种土地利用类型动态度；ua、ub是开始研究和结束研究时的某类土地的使用面积；T为研究期的间隔年份。

2.2.2 确定单位面积的生态服务等效系数

本文选择基于货币数量的价值评估方法，并采用Costanza 等人提出的生态系统服务价值估算和ESV 计算方法[3]。由于地域差异，直接照搬国外方法容易引发一些问题，从而低估或忽略某些生态系统服务的价值。因此，本研究结合中国的实际情况，采用谢高地等人制定的生态系统服务价值等值表，如表1所示[4]。

表1 基于货币数量评估的当量价值因子表

表1定义了农田一年内天然粮食生产的经济价值，平均产量为1 hm2土地产量，相对于农田产出的食物产品贡献度，确定其他生态服务因子的价值因素。

2.2.3 1 个当量因子价值的确定

依据谢高地等人对于1 个当量因子价值的定义，本文分别利用重庆市2007年和2015年的统计资料，计算重庆2007年和2015年的平均粮食产量。由于研究了生态系统的服务价值，为了剔除价格变化的影响，本文选择了重庆市2007年和2015年的粮食平均价格1.955 元/kg，从而制定出计算研究区生态系统等效因子值的公式：

式中，En为第n年1 个当量因子的经济价值，元/hm2；Qn为第n年粮食作物总产量，kg；Mn为种植第n年粮食作物的总面积，hm2。

2.2.4 生态系统服务总价值的计算

结合单位面积生态服务价值等值表（见表1）和2007年与2015年单位当量因子值（En），制定重庆市沙坪坝区2007年和2015年生态系统服务单价，如表2、表3所示。

表2 2007年重庆沙坪坝区生态系统服务单价

表3 2015年重庆沙坪坝区生态系统服务单价表

计算重庆市沙坪坝区生态系统的服务质量，需要引入ESV计算法，该方法由Constenza 提出，具体计算公式如下：

式中，ESV为沙坪坝区生态系统服务质量的价值折算，元；Ak为研究区土地利用类型的面积，hm2；VCk为生态系统服务价值单价，元/（hm2·a）。

2.2.5 敏感性分析

本研究利用经济学中常用的弹性系数对因子结果的准确性进行判别[5-7]。其中，敏感指数（CS）可以验证沙坪坝区内每公顷面积的生态系统服务质量的价值折算值准确与否。也就是说，区域生态服务价值取决于生态服务的等价值程度[8-9]。当CS＞1 时，它表明生态系统服务的价值对生态服务的价值是灵活的；当CS＜1 时，它表示缺乏弹性，该值越大，等值的准确性就越关键。敏感性指数（CS）的计算公式如下：

ESVi和ESVj分别为调整前后生态系统服务的价值，元；VCik和VCjk分别为第k次土地利用类型调整前后生态系统服务的单价，元/（hm2·a）。

3 结果与分析

3.1 土地利用变化

从表4可以看出，2007年至2015年，重庆市沙坪坝区耕地面积、林地面积和水域面积均有所下降。其中，耕地面积和水域面积减少最多，建设用地面积明显增加。从图1来看，建设用地增加的主要原因是大学城建设。从动态绝对值来看，建设用地最大，林地最小，这意味着其间建设用地变化最大，其次是水域和耕地，而林地变化最小。从土地利用类型比例来看，基于土地利用类型2007年和2015年的变化，2007年重庆市沙坪坝区耕地用地占比最大，建设用地比例最小，到2015年，建设用地比例将增加到37.58%，它成为沙坪坝区最大的土地利用类型。与此同时，耕地、林地和水域的比例呈下降趋势。

表4 2007-2015年重庆沙坪坝区土地利用变化

图1 2007年和2015年重庆沙坪坝区土地利用类型分布

3.2 生态系统服务价值变化

根据上述方法，笔者计算了2007年和2015年研究区域的生态系统服务价值及其构成变化，如表5所示。分析表5可知，2007年价值为11.27 亿元，2015年价值为7.77 亿元。总服务价值下降了3.5 亿元。从价值构成来看，2007年水域的生态服务价值比重最高，为49.33%，林地其次，为36.55%，耕地最低，为15.70%。2015年，林地的生态价值超过水域成为最高，达到46.59%，水域则占生态总价值的37.71%，耕地依旧生态价值比重最低，为14.10%。2007年到2015年，林地对生态系统价值贡献率增大，且增幅达到10.05%，而水域和耕地的贡献率则出现一定程度的下降。这是因为研究区的森林面积在研究期间有所下降，但仍占其他土地利用类型的很大比例，是研究区生态系统服务价值的主 体[10-12]。此外，大约11%的水域面积贡献了生态总价值的37.71%，其对整个生态系统服务价值的影响不可忽视。

表5 生态系统服务价值在重庆沙坪坝区构成的变化

3.3 敏感性分析

敏感性分析表明，ESV对生态系统价值系数（VC）缺乏弹性。从图2可以看出，2007年和2015年，所有CS均小于1；2007年，各类土地的敏感指数从大到小依次为水域、林地和耕地。2015年从大到小依次为林地、水域、耕地。这表明研究区的ESV对VC没有弹性，结果可信，不同类型土地的生态价值对整体生态系统服务功能的变化有不同程度的响应[13-17]。2007年，水域对生态系统服务的价值影响最大，到2015年，林地对生态系统服务的价值影响最大。

图2 2007-2015 重庆市沙坪坝区生态服务功能价值敏感性指数变化

4 结论

基于2007年和2015年研究区TM 图像提取的土地利用数据，笔者分析了2007-2015年重庆市沙坪坝区土地利用变化情况。6年来，在经济快速发展的过程中，建设用地面积出现大幅度增加，导致林地、耕地、水域面积减少。此外，11%的水域面积贡献了生态总价值的37.71%，其对整个生态系统服务价值具有不可忽视的积极影响。

总体而言，生态系统服务价值已从2007年的11.27亿元缩减至2015年的7.77 亿元。这表明，重庆市沙坪坝区在近5年时间内，经济的迅速发展使得建设用地不断增加，而增加的建设用地只能通过侵占其他类型的土地得以补充，而有助于提高生态系统服务价值的林地和水域面积减少，建设用地本身对生态价值没有贡献。这就导致整个研究区生态价值的下降。价值构成研究表明，林地和水域对生态系统价值贡献最大，其面积变化对生态系统服务价值的变化起着决定性作用。因此，未来的土地规划仍然需要确保对林地和水域的保护。敏感性分析表明，ESV对生态系统价值系数缺乏弹性，上说明研究结果具有可信性和参考性。

本文参考了Constanza 对生态价值折算方法，并借鉴了谢高地等人对生态系统服务评价的研究思路，探究了土地利用变化对生态系统服务价值的影响规律。但是利用遥感影像进行目视解译时，其精确度难以完全保证，利用该数据计算出的生态服务价值可能存在一定偏差，这是本研究的缺点和未来努力改进的方向。