新疆和田地区城镇化与土地生态系统服务价值耦合关系研究

郭亚红，阿布都热合曼·哈力克

(新疆大学 资源与环境科学学院/绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐 830046)

城镇化是乡村振兴和区域协调发展的有力支撑，涉及人口、经济、土地、社会、生态等[1]﹒随着新型城镇化不断推进，城镇化发展必须以提高质量为主要目标[2]﹒生态系统服务是指通过生态系统结构、功能和过程而获得的产品和服务，包括供给、调节、支持和文化 4种功能[3-5]﹒1997年，Costanza等[6]对全球生态系统服务经济价值进行评估，引起众多学者的广泛关注﹒目前，国内研究主要以谢高地等[5,7-8]提出并修订的生态系统服务价值当量因子表为基础，结合研究区单位生态系统服务的经济价值来估算区域生态系统服务价值[9]﹒

城市是生态环境自然变化最强地区[10]﹒生态环境与城镇化之间相互作用[11]﹒一方面，城镇化污染物排放会给生态系统和资源承载力带来压力，导致严重的生态环境问题[12]；另一方面，生态环境也会通过环境退化、资源短缺等方式影响城镇化[13]﹒在快速城镇化地区，环境与人类活动之间的矛盾变得尤为突出[14]，发现和改善生态系统与城镇化之间的关系已成为众多学者关注的焦点﹒目前，对生态系统与城镇化之间的关系研究主要集中在如何协调城镇化与生态环境之间的关系[15]﹒此外，有研究着重于定量分析城镇化与生态环境之间的耦合协调关系[16]﹒也有研究将城镇化与生态系统服务价值作为2个系统[17]，并从系统角度来探讨它们之间的关系，但少有学者研究城镇化与生态系统服务价值子系统之间的相互作用﹒

以和田地区为研究对象，定量分析和田地区城镇化水平、生态系统服务价值时空变化、两者之间整体耦合协调关系及整体与子系统之间交互耦合关系，可为促进具有相似发展特征的城市城镇化与生态环境间的协调可持续发展提供参考﹒

1 研究区概况

和田地区位于新疆南部，地处35.7°N～39.4°N，78.7°E～83.4°E，包括7县1市，和田地区总面积2.481×107hm2，占全疆总面积的1/6，占全国总面积的2.6%﹒该区气候极端干旱，风沙天气比较频繁，属暖温带极干旱荒漠气候﹒近年来，和田地区经济快速发展，2017年和田地区生产总值达268.26亿元，比2010年增多了167.66亿元，城镇村及工矿用地占总面积比重由 0.28%增加到了0.31%﹒

2 研究方法

2.1 数据来源

2010―2017 年土地利用数据来源于和田地区自然资源局土地利用变更数据调查，土地利用类型包括：耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通用地、水域及未利用地；社会经济数据来源于《新疆统计年鉴》、和田地区及和田地区各市县国民经济与社会发展公报(2010―2017年)﹒

2.2 研究方法

2.2.1 城镇化水平评价

1)城镇化指标体系构建﹒在考虑重要性、层次性、动态性、可比性和可操作性等原则以及数据可获取性的基础上，以文献[18-20]为基础，构建城镇化指标体系，见表1﹒

表1 和田地区城镇化水平综合评价指标体系

2)指标权重确定﹒熵值法是一种确定权重的客观科学方法，通过指标变异程度来表示指标重要性，利于规避人工造成的主观性[19]﹒因此，采用熵值法来计算城市化指标的权重，见表1﹒

2.2.2 土地生态系统服务指标体系

以谢高地等[8]在 2007年提出的“中国生态系统单位面积生态服务价值当量表”为基础，用单位面积农田每年自然粮食产量的经济价值进行修正，可得单位面积生态系统服务价值为2 059.62 元/(hm2·a−1)，由此可得出和田地区生态系统服务价值系数，见表2﹒同时，由于文献[8]在制定土地生态系统服务价值当量表时已考虑到各服务功能的权重相同，因此，各指标权重均值为1/9﹒

表2 和田地区生态系统单位面积生态服务价值系数 元/(hm2·a−1)

生态系统服务价值计算公式为：ESVf=∑AkΔVCfk﹒其中，ESVf为第f项服务功能的价值；Ak为第k类土地利用类型的面积；ΔVCfk为第k类土地利用类型的第f项生态服务功能的价值系数﹒

2.2.3 耦合协调度

其中，C为两系统间的耦合度，C∈[0,1]，当C趋于1时，城镇化与土地生态系统服务两者之间达到高度协调发展，系统将趋于新的有序结构，反之，系统向无序发展；D为耦合协调度；T为城镇化与土地生态系统服务协同效应综合评价指数；α、β为贡献度待定系数，参照文献[18]，取α=β= 0 .5，同时将耦合协调度分为4个等级﹒

3 结果分析

3.1 城镇化水平时空变化

从和田地区各县市城镇化水平时间变化来看，其城镇化综合水平显著提高，综合水平平均值由2010年的0.131 2增长到2017年的0.252 8﹒从各指标权重来看，城镇村及工矿用地占总面积比重(0.188 1)、建设用地占总面积比重(0.185 8)以及医疗卫生机构(0.112 8)所占比重较高，这说明在2010―2017年城镇人口快速增加导致城镇土地扩张是和田地区各县市城镇化发展的主要因素﹒

从城镇化子系统水平来看(见图1)，除和田市外，其它县市城镇化子系统发展水平较为一致﹒各县市空间城镇化水平差距不大，发展比较稳定；其他子系统城镇化水平在研究初期变化比较稳定，在后期发展较迅速，尤其2015年以后发展较快﹒

图1 和田地区各县市城镇化水平

从城镇化空间变化来看(见图2)，和田地区各县市综合城镇化水平均有所提高﹒2010年，各县市综合城镇化水平发展较低，且差距不显著，城镇化发展水平依次为：和田市>民丰县>墨玉县>皮山县>洛浦县>于田县>策勒县>和田县﹒2017年，和田地区各县市城镇化总体水平有着明显上升趋势，且各县市的城镇化水平差异更加显著，城镇化发展水平依次为：和田市>墨玉县>于田县>民丰县>皮山县>洛浦县>策勒县>和田县﹒在研究期间，和田市综合城镇化发展水平最快，其次为墨玉县，和田县发展最为缓慢﹒

图2 和田地区各县市城镇化水平空间变化

3.2 生态系统服务价值变化分析

2010―2017 年和田地区生态系统服务价值呈现先增加后减少趋势，生态系统服务价值总体减少了0.63×108元﹒

从和田地区各县市总体生态系统服务价值来看(见表3)，各县市生态系统服务价值变化不一，呈“三增五减”趋势﹒其中，和田市、于田县与皮山县生态系统服务价值呈增加趋势；其他各县生态系统服务价值均呈减少趋势﹒各县市生态系统服务价值依次为：民丰县>策勒县>和田县>皮山县>于田县>墨玉县>洛浦县>和田市，即民丰县对和田地区生态系统服务价值贡献最高，和田市对和田地区生态系统服务价值贡献最低﹒

表3 和田地区各县市单项生态系统服务价值 亿元

从单项生态系统服务价值来看，各县市单项生态系统服务价值有所波动，但总体上变动趋势不太显著﹒各县市单项生态系统服务价值主要以水文调节、废物处理与维持生物多样性为主，服务性功能高于生产性功能，这主要是由于水体、林地与草地的面积及价值修正系数较大造成的﹒

3.3 城镇化与生态系统服务价值互动胁迫关系

3.3.1 整体互动胁迫关系

将耦合协调度分为4个等级，0

图3 和田地区各县市城镇化与生态系统服务价值耦合协调度

由图3可知，在研究期内，和田地区各县市的耦合协调度值均有增加，其协调类型经历了低度协调、中度协调与高度协调3个阶段﹒和田市与洛浦县耦合协调度普遍低于其他各县，属于低度协调；民丰县耦合协调度值始终高于0.5，处于高度协调状态﹒2010―2012年，和田县、墨玉县与于田县耦合协调度处于低度协调阶段；2012年后和田县、于田县与墨玉县发展为中度协调阶段；于田县2016年后发展到高度协调阶段；皮山县与策勒县 2015年后在中度协调与高度协调阶段之间波动﹒

3.3.2 各子系统互动胁迫关系

从图4城镇化子系统与生态系统服务价值耦合协调度来看，城镇化4大子系统与生态系统服务价值耦合总体呈缓慢上升趋势﹒其中，经济城镇化与生态系统服务价值耦合增长趋势较为显著；空间城镇化与生态系统服务价值耦合变化趋势最为平缓；人口城镇化、社会城镇化与生态系统服务价值的耦合变化趋势虽有波动但仍呈缓慢增长趋势﹒在各县市中，和田市城镇化4大子系统与生态系统服务价值耦合值显著低于其他各县，2010―2014年 4大子系统耦合值呈下降趋势，2014―2017年则呈上升趋势﹒民丰县城镇化4大子系统与生态系统服务价值耦合值始终高于其他县市﹒这表明，民丰县城镇化与生态系统发展最为协调﹒

图4 城镇化子系统与生态系统服务价值耦合协调度

从图5城镇化与不同生态系统服务功能耦合协调度来看，除和田市与和田县外，其他各县不同生态系统服务功能与城镇化耦合值整体呈现缓慢增长趋势﹒和田市与和田县的不同生态系统服务功能与城镇化耦合值变化趋势相反，以 2014年为界，2010―2014年和田市各单项生态系统服务功能与城镇化耦合值呈下降趋势，2014―2015年呈急剧上升趋势，之后缓慢增长；和田县食物生产、废物处理与保持土壤功能与城镇化耦合呈现缓慢上升—急剧下降—缓慢上升趋势，其他服务功能与城镇化耦合则呈现先上升后下降趋势﹒

图5 城镇化与不同生态系统服务功能耦合协调度

4 结论与讨论

1)2010―2017 年间和田地区各县市城镇化综合水平显著提高﹒和田市综合城镇化发展水平最快；其次为墨玉县；和田县发展最为缓慢；除和田市外，其他县市城镇化子系统发展水平一致﹒

2)2010―2017 年间和田地区生态系统服务价值呈现先增加后减少趋势，总体上减少了0.63×108元﹒各县市生态系统服务价值变化不一，呈现“三增五减”趋势，其中和田市、于田县与皮山县生态系统服务价值呈增加趋势，其他各县均呈减少趋势；各县市单项生态系统服务价值总体上变动趋势不太显著，主要以水文调节、废物处理与维持生物多样性为主，服务性功能高于生产性功能﹒

3)从整体耦合度来看，和田地区各县市耦合协调度值均有增加，协调类型经历了低度协调、中度协调与高度协调3个阶段﹒各县市生态系统服务价值与城镇化子系统耦合协调呈缓慢增长趋势，其他各县整体呈现缓慢增长趋势，仅和田市与和田县变化趋势相反﹒在研究和田地区各县市城镇化与生态系统服务价值关系时，通过调整价值系数来计算该地区的生态系统服务价值，这同时也适用于其他地区﹒但是，与生态系统服务价值有关的许多问题仍需要进一步探讨，仅靠专家决策和现有知识，生态系统服务价值估计值与实际价值之间可能存在一定的误差，这将影响特定时间段内某些地区生态系统服务价值的估计﹒另外，价值系数法完全依赖于土地利用方式也会影响结果的准确性﹒在进一步的研究中，有必要建立更详细、更全面的生态系统服务价值模型以降低这些影响﹒在研究城镇化进程时，指标选取是否合理，以及数据可获得性均会对研究结果有影响，因此需要建立更为合理的一套指标体系来评估城镇化﹒