基于修正生態(tài)服務價值的長沙市土地利用結構研究

安靜 胡賢輝

[摘要]對長沙市1996、2006、2016年土地利用數據進行處理，采用替代市場法對生態(tài)系統(tǒng)服務價值（ESV）模型進行完善和修正，用生態(tài)服務價值代替土地面積計算土地利用結構信息熵，對土地利用結構有序度進行評價，為土地資源可持續(xù)利用提供參考。結果表明，20年間長沙市ESV共減少391754.68 萬元，其中濕地ESV減少最多；從空間來看，長沙縣ESV減少最多。1996-2016年間開福區(qū)土地利用結構最無序，瀏陽市土地利用結構性最強，各區(qū)域土地利用結構有序度發(fā)生不同程度的波動。研究為長沙市土地可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境保護提供參考。

[關鍵詞]長沙市；生態(tài)系統(tǒng)服務價值；土地利用結構信息熵

[中圖分類號]F301.2 [文獻標識碼]A

土地承載著各種生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)提供服務的類型和強度依賴于土地，通過計算各區(qū)域的生態(tài)服務價值，研究兩者的關系，可對土地利用結構進行相應調整。Salimi等結合GIS技術對土地利用結構進行優(yōu)化，并且采用各種評價指標研究土地利用結構。目前多運用信息熵、均衡度、洛倫茲曲線和基尼系數研究土地利用結構有序度。蔡軍表明城市工業(yè)用地和綠化用地不協調嚴重阻礙了社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。隨著城鎮(zhèn)化的推進，長沙市土地利用變化使不同空間尺度的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，基于生態(tài)服務價值對長沙市各區(qū)域土地利用結構進行研究，有助于合理進行土地生態(tài)規(guī)劃，促進土地資源集約利用。

1 研究區(qū)概況與數據來源

1.1 研究區(qū)概況

長沙位于湖南省東部偏北，湘江下游，氣候溫和，降水充沛。長沙有多種土壤類型，紅壤、水稻土分別占土壤總面積的70%與25%，植被以亞熱帶常綠闊葉林為主。2016年底，長沙市常住人口764.52萬，城鎮(zhèn)化率為75.99%，比上年提高1.61個百分點，國內生產總值從1996年的1519.90億元增加到2016年的9323.70億元。長沙作為全國“兩型社會”綜合配套改革試驗區(qū)、長江中游地區(qū)重要的中心城市，其城區(qū)規(guī)模不斷擴大。長沙市土地利用變化導致局部生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變，結合生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究長沙市土地利用結構有序度，有助于決策者科學制定土地生態(tài)規(guī)劃、集約利用土地資源。

1.2 數據來源

本文所需土地利用變化數據和社會經濟數據來自湖南省統(tǒng)計局、長沙市國土局、《中國糧食年鑒》、長沙市環(huán)保局。結合我國土地利用現狀分類系統(tǒng)，本文將所獲取的土地利用數據分為：耕地、園地、林地、草地、濕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、其他土地。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算方法

2.1.1 非建設用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數估算方法。本研究采用價值量評價法計算非建設用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值，采用Costanza提出的生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析模型，其計算公式為：

（式1）

式中ESV、分別為總服務價值和第k類型的生態(tài)服務價值；為第k類型的土地面積；為價值系數。由謝高地等制定的“中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表”和1個當量因子經濟價值的確定方法，結合生物量因子表修正價值系數。由《湖南省統(tǒng)計年鑒》相關數據可知研究期內長沙市平均糧食產量為湖南省的1.15倍，故修正后長沙市生態(tài)服務價值系數為2.24。2016年全國糧食平均價格為2.73元·kg-1，長沙市糧食產量為6633.24kg/hm2，結合2017、2018年利率進行調整得到長沙市1個生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量的經濟價值為2696.75元/hm2。該研究將耕地與農田生態(tài)系統(tǒng)對應，園地取森林和草地的平均值，林地與森林對應，草地與草地對應，濕地與濕地對應，水域與水體對應，未利用地與荒漠對應（見表1）。

2.1.2 建設用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數估算。本文采用防治成本法對城鎮(zhèn)村及工礦用地的氣體調節(jié)、廢物處理的價值進行估算，采用替代成本法對城鎮(zhèn)村及工礦用地水源涵養(yǎng)價值進行估算。

城鎮(zhèn)村及工礦用地氣體調節(jié)價值公式：

（式2）

式中Pt表示城鎮(zhèn)村及工礦用地氣體調節(jié)的單位面積生態(tài)價值，Qt表示t類廢氣排放量，Ct表示處理t類廢氣的成本，Su為城鎮(zhèn)村及工礦用地總面積。

城鎮(zhèn)村及工礦用地水源涵養(yǎng)價值公式：

（式3）

式中Pw表示城鎮(zhèn)村及工礦用地水源涵養(yǎng)單位面積生態(tài)價值，W表示用水量，P表示水的單價，Qw表示廢水排放量，Cw表示治理廢水的成本。

城鎮(zhèn)村及工礦用地廢物處理價值公式：

（式4）

式中Pr表示城鎮(zhèn)村及工礦用地廢物處理單位面積生態(tài)價值，Qr表示廢物排放量，Cr表示治理廢物的成本。

交通運輸用地生態(tài)服務價值系數測算對應未利用地生態(tài)系統(tǒng)，但因交通運輸用地產生大量汽車尾氣，故在此基礎上采用防治成本法計算其氣體調節(jié)價值。

2.2 基于生態(tài)服務價值的土地利用結構信息熵

信息熵是用來評價系統(tǒng)無序度的。因不同地類的生態(tài)服務價值不同，采用生態(tài)服務價值代替面積計算土地利用結構信息熵，可以避免忽略土地利用類型功能差異的局限性。土地利用結構信息熵表達式為：

（式5）

式中H為土地利用結構信息熵，Pi為第i類土地利用類型的生態(tài)服務價值占該區(qū)域總生態(tài)服務價值的比例。H值越小，系統(tǒng)就越有序，結構性越強。

3 結果分析與討論

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值（ESV）變化分析

根據式1到式4計算生態(tài)服務價值系數（見表1），由表1結合土地利用數據得到表2，由表2可知：1996、2006、2016年長沙市ESV分別為5281298.56萬元、5148093.12萬元、4889543.88萬元，20年間減少了391754.68 萬元，變化率為-0.07。從數量上看，濕地ESV減少最多，減少量為107187.72萬元，其次為水域和園地。從變化率看，ESV減少幅度最大的是園地，變化率為-0.68，其次為濕地、草地、未利用地。建設用地的迅速擴張占用大量生態(tài)價值相對較高的草地、園地等是導致長沙市總生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少的重要原因。

由表3可知，長沙市及各區(qū)域ESV都是減少的，除了長沙縣、瀏陽市和寧鄉(xiāng)縣ESV變化率相對較小，其他區(qū)域都較大。由于岳麓區(qū)2006年后進行大的行政區(qū)劃調整，導致該區(qū)ESV變化較大。雨花區(qū)和芙蓉區(qū)1996～2016年ESV分別減少24537.53萬元、7572.28 萬元，但變化率相近為-85.53%、-87.31%，都處于較高水平。天心區(qū)2006～2016年ESV共減少22.49萬元，變化率為-0.17%，說明天心區(qū)2006-2016年土地利用類型變化較小。近20年長沙市整體ESV總量共減少391754.68 萬元，變化率為-7.42%，與各區(qū)域ESV變化率相比處于較低水平。

3.2 基于生態(tài)服務價值的土地利用結構信息熵

表4由式5和生態(tài)服務價值計算，可以看出，1996～2016年開福區(qū)H值在所有區(qū)域中最大，即土地利用結構最無序，瀏陽市H值最小，即土地利用結構性最強。1996～2016年H值變化最大的是雨花區(qū)，H值減小0.4383，H值變化最小的是開福區(qū)，H值減小0.0065；1996～2016年岳麓區(qū)、望城縣、寧鄉(xiāng)縣土地利用結構的變化趨勢由無序向有序變化；芙蓉區(qū)、天心區(qū)、開福區(qū)土地利用結構信息熵先減小后增加。2009年第二次土地調查對土地利用數據更新后耕地、林地和城鎮(zhèn)村及工礦用地的真實面積大幅度增加，這是導致部分區(qū)域H值大幅波動的一個原因。

4 結論

（1）1996～2016年長沙市生態(tài)系統(tǒng)服務價值共減少391754.68 萬元，變化率為-0.07。濕地ESV減少最多，其次為水域和園地；園地ESV減少幅度最大，其次為濕地、草地、未利用地。1996～2016年長沙市岳麓區(qū)和望城縣之間因行政區(qū)劃大幅度調整造成兩地ESV大量增加和減少。從數量來看，除岳麓區(qū)、望城縣外，長沙縣ESV減少最多，其次是瀏陽市、寧鄉(xiāng)縣等。從變化率看，最大的是芙蓉區(qū)，其次是雨花區(qū)、開福區(qū)。長沙市各區(qū)域在調整土地利用結構時要注意濕地、水域和草地的變化，注重土地利用生態(tài)效益，減緩生態(tài)服務價值下降趨勢。

（2）土地利用結構信息熵的計算用生態(tài)服務價值替代土地面積，不僅能反映土地利用結構的有序度，還能反映土地利用功能結構有序度。土地利用結構最有序的是瀏陽市，最無序的是開福區(qū)；土地利用結構波動最大的是雨花區(qū)，其次為長沙縣。1996～2016年岳麓區(qū)、望城縣、寧鄉(xiāng)縣土地利用結構由無序向有序變化；芙蓉區(qū)、天心區(qū)、開福區(qū)H值先減小后增加。生態(tài)服務價值信息熵能反映土地利用的有序度及變化趨勢，有利于集約利用土地資源，保護生態(tài)環(huán)境。

（3）本文采用間接市場法對謝高地等的生態(tài)服務價值系數進行修正和完善，消除因忽略建設用地生態(tài)服務價值引起的誤差。用生態(tài)服務價值替代土地面積計算土地利用結構信息熵，對各區(qū)域土地利用有序度進行評價。本研究方法不僅能反應區(qū)域的土地利用結構有序度，還能對土地利用功能結構進行簡單的評價，其中存在較多不完善之處，還有待深入研究。

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