广州市生态系统服务价值研究

□文/ 王佩榆

（广东工业大学管理学院 广东·广州）

［提要］ 土地利用及生态系统服务价值（ESV）是衡量经济发展和生态保护的重要指标，该研究有利于促进社会经济和生态环境协调发展。以广州市为研究对象，以土地利用变更数据为基础，对研究区生态系统服务价值进行评估，并且分析其时序变化。结果表明：2000～2020年广州市生态系统服务价值总体呈现下降趋势，林地提供最大比例的生态系统服务价值；广州市esv 变化幅度逐渐收窄。当前广州市生态状况较为稳定，但未来仍然要注意保持生态与经济的协调发展，合理规划用地，加强生态保护。

生态系统作为人类在生存发展进程中无可替代的自然资产，其服务是通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生态支持产品和服务，关系着生态系统和人类福祉。其中，生态系统服务价值（ESV）是量化和评价生态系统服务能力的重要方法，土地利用作为生态系统服务价值的重要体现，近年来城镇化高速发展使土地利用剧烈变化，土地盲目开发、水土流失、空气污染等环境问题频发，导致城市生态环境遭受破坏，损害了城市生态系统服务价值。通过探究土地利用变化与生态系统服务价值之间的关联，能够更好地从生态系统的整体角度保护生态系统结构、功能与资源的可持续供给能力，对促进社会经济和生态环境协调发展具有重要意义。

近年来，国内外学者对土地利用转移和生态系统服务价值进行了广泛的研究，逐渐聚焦于两者的耦合研究。由于不同区域生态系统组成的多样性，使土地利用变化对生态系统服务价值影响的强度、方式及作用效果等各不相同，研究视角也从区域向地方转变，较小尺度和典型区域的分析让研究问题更加聚焦。另外，在生态系统服务评价理论和评价计算方法上取得了重要进展。余建华等在Costanza 研究基础上，构造了土地利用变化生态效应指数等指标定量测度研究区土地利用变化的生态效应。谢高地等结合中国实际情况对生态系统服务价值的评估方法进行了多次修正，得出了适合中国国情的生态系统服务价值的基础当量表，得到了广泛应用。

基于此，本文以广州市为研究区域，以2000～2020年为研究时段，基于区域土地利用变化评估其生态系统服务价值变化，分析土地利用与生态系统服务价值的协同发展状况及时序变化差异，为广州市生态环境保护、生态功能区划以及经济社会可持续发展提供建议，同时也为同类城镇化快速发展的城市生态系统服务价值评估提供借鉴。

一、研究区概况和数据准备

（一）研究区概况。广州市位于珠江三角洲北缘（112°57′E～114°3′E，22°26′N～23°56′N），地势东北高、西南低，属于海洋性亚热带季风气候，土地类型多样，适宜性广。境内河流水系发达，河流众多，水域面积广阔。全市土地总面积为7，434.4 平方千米，现辖越秀、海珠、荔湾、天河、白云、黄埔、花都、番禺、南沙、从化、增城共11 个区。自21 世纪以来，广州市经济实现飞速发展，地区生产总值（GDP）从2000年的2，375.9 亿元上升至2021年的28，231.9 亿元，加上城镇化进程的不断推进，2021年常住人口高达了1，867.66 万人。随着经济社会的发展，广州市建设用地面积从2000年的825.15 平方千米增至2020年的1，633.9 平方千米，年均增长率为6.2%。建设用地的不断扩张，使得生态用地结构逐渐缩小，生态环境问题成为当前广州市经济进一步发展的瓶颈。

（二）数据来源与处理。选用2000 版、2010 版和2020 版GlobeLand30 全球地表覆盖数据，该数据是由国家地理信息中心提供的精度为30 米全球地表土地利用数据，采用的是WGS84 坐标系统。分类体系参照《土地利用现状分类》（GB/T21010-2017），并根据广州市实际土地利用使用情况，分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地共6 种地类，得到广州市2000年、2010年、2020年的土地利用分类图，分类后经Kappa 系数和Google Earth 检验，解译结果较为理想。

二、研究方法

（一）土地利用转移矩阵。土地利用转移矩阵用于反映在研究时段初至末广州各用地类型面积间相互转化的动态过程。公式如下：

式中，S 为面积；n 为广州地区土地利用类型数；ij（i，j=1，2，…，n）分别是发生土地转移前后所代表的土地类型；Sij为i 与j 地类间转换的面积量。

（二）生态系统服务价值估算。本研究参照Costanza 等和谢高地等的研究成果，估算研究区生态系统服务价值，划分一级类型4 个，分别是供给服务、调节服务、支持服务和文化服务；分支的二级类型10 个，分别是食物生产、原材料生产、水资源供给、气体调节、气候调节、水文调节、废物处理、保持土壤、维持生物多样性、提供美学景观等10 项生态系统服务功能价值，主要来源于2000～2020年《广州市统计年鉴》《广东省统计年鉴》《广州市国民经济和社会发展统计公报》。考虑到地域和时间的差异，根据研究区实际情况对谢高地等的“中国生态系统单位面积生态系统服务价值当量表（2007）”进行修正，将建设用地生态系统服务价值定义为0，最终确定符合广州城市发展实情与用地特征的单位面积生态系统服务价值表。（表1）

表1 广州市单位面积生态系统服务价值一览表（单位：元/km2）

三、结果分析

（一）土地利用变化分析。2000～2020年各类用地类型相互转换，转出量最高的是耕地，其次是林地，两者转出的主要方向均为建设用地，其中约有82.31%的耕地面积转换为建设用地，林地的转出量仅次于耕地，为138.23km2。建设用地是研究时段内转入量最大的地类，除了耕地和林地外，水域土地也是建设用地面积增加的主要贡献者之一，其转入建设用地的面积占该地类面积的40.58%，草地对建设用地面积增加的贡献程度仅次于水域用地，草地向建设用地转出面积约占草地面积的50.23%。除建设用地外，其余用地类型的转出量明显大于转入量，呈现“入不敷出”的态势。（表2）

表2 2000～2020年广州市土地利用转移矩阵一览表

（二）生态系统服务价值变化分析。根据广州市单位面积生态系统服务价值表，估算出广州市2000～2020年各类用地的生态系统服务价值，并对生态系统服务价值时空变化特征进行分析。（表3）

广州市2000～2020年生态系统服务价值（下文简称ESV）总体呈下降趋势。2000～2010年广州市ESV 的变化幅度较大，总值有明显减少。2010～2020年广州市ESV 的降幅收窄，但与2000年相比，ESV 总值下降约5%。与2000年相比，2010年的ESV 下降主要是因为各地类均有较大面积转入到建设用地，各项用地的ESV 下降明显；2020年变化原因与2010年相似，除了林地和草地保持稳定，其他地类的ESV 均下降。由表3 可知，耕地和林地ESV 的变化是影响整个研究时段ESV变化的主要因素。在所有地类中，林地是广州市ESV 构成的主体，其ESV 占全市总量的43%；其次是水域，约占全市总量的33%；第三位的是耕地，约占全市总量的14%，其余地类的ESV 占比较小。2000～2020年间，耕地、未利用地的ESV 降幅最大，而林地、草地和水域的ESV 整体保持平稳，这一变化与土地利用变化状况基本吻合。

表3 2000～2020年广州市各土地利用类型生态系统服务价值一览表（单位：万元）

从各类生态系统服务价值类型来看，广州市的ESV 以水文调节和气候调节为主，最少的服务是原材料生产和提供美学景观。20年间，广州市ESV 持续下降，各项服务类型均有变化，其中单项ESV 变化最大的是水文调节，减少了1.8 亿元；其次是水资源供给，减少了1.4 亿元，整体而言，水域和林地是广州市ESV 的主要提供者，广州市水系密布，流域面积稳定，还有丘陵地区较高的林地覆盖率，都较好地维持了区域ESV 的稳定。（表4）

表4 2000～2020年广州市各项生态系统服务价值一览表（单位：亿元）

四、结论与讨论

（一）结论。研究利用GIS 相关知识技术，借鉴国内外相关研究，通过土地利用转移矩阵和生态系统服务价值评价方法，对2000～2020年广州市各类型用地进行分析，结果表明：（1）2000～2020年，广州市建设用地面积显著增加，其余用地类型面积减少趋势稳定，其中耕地和林地面积负向变化最为显著。各用地类型间均存在类型转换，其中转出量最高的是草地，转入量最高的则是建设用地，除建设用地外，其余用地类型均呈现“入不敷出”态势。（2）2000～2020年，广州市ESV 总价值呈下降趋势，下降速度由迅速到缓慢的变化，调节服务是广州市最主要的生态系统服务功能，其次则是支持服务功能。2000～2010年，水域、林地和耕地的生态系统服务价值变化度均呈负向变化，其中未利用土地的变化度最大，耕地次之。2010～2020年，林地和未利用土地面积减少的趋势得到缓和。

（二）讨论。研究中方法的确定及结果的分析均具有合理性与正确性，基于生态系统服务价值基础上确定广州市各类用地的生态系统服务价值，分析其演变结果与前期学者的研究结果相一致，研究结果为城镇化快速发展及类似的沿海城市的社会经济发展提供参考和借鉴。

研究并未对区域土地利用转型驱动力进行深入研究，后续研究中需进一步基于区域性，以不同空间、时间尺度来探讨土地利用转型的驱动机制，更好地揭示并解决相关问题，并进一步完善生态系统服务价值评估体系，进行更精准的评估。