經濟快速發展時期土地利用變化與生態系統服務價值研究
——以重慶市渝北區為例

李 強， 廖和平，2， 李義龍， 房傲雪， 褚遠恒， 廖漣漪， 羅 剛

(1.西南大學地理科學學院，重慶 400715； 2.西南大學國土資源研究所，重慶 400715；3.西南大學經濟管理學院，重慶 400715)

生態系統服務是人類從生態系統中所獲取的各種利益，包括物質產品與無形服務2個方面，是人類賴以生存和發展的物質基礎[1-3]。人類通過土地利用改變地表形態，從而導致生態系統的結構和功能發生變化，進而影響生態系統的服務價值。因此，基于土地利用變化背景，研究生態系統服務價值對了解區域生態環境變化、促進區域經濟發展與生態保護協調發展具有重要意義。

20世紀70年代，從生態系統服務功能概念的提出[4]，再到Costanza對生態系統服務價值的貨幣化估算[2]，土地生態系統服務價值評估受到國內眾多學者關注[5-11]。1999年歐陽志云對我國生態系統服務價值進行初步測算[12]，2003年謝高地等結合我國實際情況對Costanza提出的生態系統服務價值估算的不足進行了修正[13]，為我國生態系統服務價值變化的研究提供了依據。近年來國內眾多學者對重慶市的生態系統服務價值進行了大量研究[14-16]，而關于土地利用變化與生態系統服務價值關系的研究相對較少，現有研究多集中在省級層面。基于土地利用變更調查數據，對縣(區)級層面土地利用變化與生態系統服務價值關系的研究較少。

隨著重慶市的直轄以及我國內陸首個國家級開發區“兩江新區”的成立，重慶市的社會經濟環境發生了巨大變化，國內生產總值(gross domestic produc，簡稱GDP)總量由2005年的3 467.72億元增加到2015年的15 717.27億元，GDP增長速率連續多年位居全國前列。渝北區屬重慶市“都市發達經濟圈”，兩江新區產業核心區，并且擁有重慶市乃至西部地區唯一的立體交通樞紐，同時也是重慶市統籌城鄉發展和內陸開放型經濟示范區。經濟的快速發展使得區內土地利用類型發生了顯著變化，而與之密切相關的生態系統服務價值也發生了變化。本研究采用2005、2010、2015年的土地利用變更調查數據，估算渝北區生態系統服務價值，分析近10年來土地利用類型變化與生態系統服務價值變化的關系，再結合生態經濟協調度，研究經濟發展與生態環境保護之間的協調程度，以期為渝北區等經濟快速發展區域的經濟發展和生態環境保護提供參考依據。

1 研究區概況

渝北區(106°27′～106°57′E，29°34′～30°07′N)位于重慶市主城區東北部(圖1)，地處長江以北、嘉陵江以東的夾角地帶，幅員面積1 457 km2。研究區地處川東平行嶺谷和低山丘陵區，區內華鎣山、銅鑼山、明月山自西向東縱列分布，地勢從西北向東南緩緩傾斜；渝北區屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫16～18 ℃，年均降水量為1 100 mm左右。根據2016年《渝北區統計年鑒》，截至2015年年底，渝北區常住人口為155.09萬人，其中城鎮常住人口123.23萬人，城鎮化率為79.46%。全區實現地區生產總值1 193.34億元，居重慶市首位，是重慶市經濟發展的重要增長極。

2 數據來源與方法

2.1 數據來源與地類劃分

本研究使用的資料包括重慶市渝北區2005、2010、2015年土地利用變更調查數據，并搜集了2005—2016年《重慶市統計年鑒》以及渝北區2005—2015年的糧食總產量、種植面積、價格等數據，各個年份的信息統一采用年末數據。數據主要運用ARCGIS 10.2、Excel等軟件進行處理分析。由于2009年進行的全國土地第二次調查與第一次土地調查統計口徑的差異，導致第二次土地調查后渝北區行政區劃面積發生小幅度變化，為保證數據的真實性，本研究不對數據進行調整。

為統一地類標準，便于研究，根據土地利用現狀分類標準及渝北區土地利用實際，并結合國內學者的一些分類辦法[14-17]，在ARCGIS 10.2中合并不同年份的土地類型，將渝北區土地利用類型分為耕地、園地、林地、草地、建設用地、水域、未利用地等7類。具體土地利用分類見表1。

表1 重慶市渝北區土地利用分類

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態變化 單一土地利用類型變化動態度用來表達某一區域一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其表達式為[18]

(1)

式中：K為研究區域某一時段內某一土地利用類型動態度；Ua、Ub分別為研究初期、末期某一土地利用類型的數量；T為研究時段長(當T的單位設定為年時，K表示某種土地利用類型年變化率)。

2.2.2 生態系統服務價值的計算 為測算研究時段渝北區生態系統服務價值的變化情況，本研究以謝高地的中國生態系統服務價值當量因子表[13]為基礎，以渝北區2015年主要糧食作物的播種面積、產量及其對應的重慶市糧食作物平均價格為基準，考慮到沒有人力投入的自然生態系統提供的經濟價值是現有單位面積農田提供的生產服務經濟價值的 1/7，計算得出，渝北區農田自然糧食產量的經濟價值約為 2 039.87元/hm2，最終得到渝北區生態系統服務價值系數(表2)。

表2 渝北區土地利用類型的生態系統服務價值系數 元/hm2

此外，參考前人研究成果[17]，將研究區的土地利用類型與相近的生態系統類型進行對應得出，耕地對應農田，園地的生態系統服務價值系數取農田和草地的平均值，林地對應森林，草地對應草地，未利用地的生態系統服務價值系數取草地和荒漠的平均值；對建設用地的生態系統服務價值系數暫不予計算。最后采用Costanza的方法[2]計算渝北區各土地利用類型的生態系統服務價值，即

ESV=∑(Ak×VCk)。

(2)

式中：ESV為研究區生態系統服務價值，元；Ak為研究區第k種土地利用類型的面積，hm2；VCk為第k種土地利用類型的單位面積生態系統價值系數，元/hm2；k為研究區土地利用類型。

2.2.3 敏感性分析 為檢驗渝北區生態系統服務價值研究的可靠性，本研究引入經濟學中常用的敏感性指數，通過將已確定的價值系數上下調整50%來確定生態系統服務價值對價值系數的依賴程度。計算公式為

(3)

式中：CS表示敏感性指數；i、j表示初始數值、調整后數值。如果CS>1，則表示ESV相對于VC是富有彈性的；如果CS<1，則表示ESV相對于VC是缺乏彈性的。CS越大，表示VC的準確性越關鍵[19-20]。

2.2.4 生態經濟協調度 為研究環境變化與經濟發展之間的關系，本研究引入生態經濟協調度(ecological economic harmony，簡稱EEH)[21-23]來衡量經濟發展與生態環境的協調程度。其計算公式為

(4)

(5)

(6)

式中：GDPpr表示單位面積GDP的變化率；GDPpi、GDPpj分別為研究區某時期始、末年份單位面積GDP，元/hm2；ESpr表示單位面積生態系統服務價值的變化率；ESpi、ESpj分別為研究區某時期始、末年份單位面積生態系統服務價值，元/hm2。目前生態經濟協調度的劃分還沒有形成統一的標準，結合相關學者的研究成果，本研究將生態經濟協調度進行以下分類：EEH≥1表示經濟增長速度不高于生態系統服務價值的增長速度；0≤EEH<1表示生態系統服務價值增長速度低于經濟增長速度，生態環境存在潛在威脅；-1≤EEH<0表示研究期內生態系統服務價值為負增長，社會經濟發展已經對生態環境造成負面影響；EEH<-1表示研究區內生態系統服務價值顯著降低，生態環境惡化，發展不可持續。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

由表3可知，2005—2015年重慶市渝北區土地利用類型發生了巨大變化，總體上看渝北區土地利用類型由以耕地、林地為主向以耕地、建設用地為主轉變，其中建設用地面積增加得明顯(圖2)。具體表現為耕地、草地、水域及未利用地單一土地利用類型動態度為負數，其面積減少。其中，未利用地的面積減少量最多，達15 400.32 hm2，年均減少6.16%；其次是耕地、水域，分別減少4 202.50、490.89 hm2；草地面積總量較小且變化不明顯。園地、林地、建設用地的單一土地利用類型動態度為正數，其面積增加。其中建設用地的面積增加量最多，達17 073.62 hm2，年均增加7.92%；園地、林地分別增加342.27、3 027.12 hm2。林地面積的增加，得益于重慶市城市森林工程以及大力實施的退耕還林等措施；建設用地面積由西南不斷向東、向北快速增長，主要源于城鎮化和產業化進程的加快，導致其需求量增大，特別是在2010年“兩江新區”設立后，其他地類均向建設用地轉化，建設用地面積增長迅速。總體上看，城鎮化和產業化進程的加快，加劇了對城鎮周邊農田、水域的侵占及對未利用地的開發，因而農田(耕地)、水域、未利用地面積明顯減少。

表3 重慶市渝北區土地利用結構及動態度變化

注：動態度根據式(1)計算得出。

3.2 生態系統服務價值變化分析

3.2.1 生態系統服務價值的時間變化分析 由表4可知，研究區2005年生態系統服務總價值為291.95×107元，2010年為306.55×107元，2015年為293.75×107元，10年間增加了1.80×107元。其中2005—2010年重慶市渝北區生態系統服務價值從291.95×107元增加到306.55×107元，增加了 14.60×107元，渝北區生態系統服務總價值的增加主要是源于生態價值較高的林地的增加；2015年渝北區生態系統服務價值又減少到293.75×107億元，較2010年減少12.80×107元，主要源于這一時間段內經濟的快速發展，其他土地類型都不同程度地向建設用地轉化，使得渝北區生態系統服務總價值又有所下降。總體來看，耕地與林地的生態系統服務價值占整個系統的75%以上，是生態系統服務價值的主體部分。2005—2015年，耕地面積減少4 202.50 hm2，生態服務價值減少5.92×107元；園地面積增加342.27 hm2，生態服務價值增加0.49×107元；林地面積增加3 027.12 hm2，生態服務價值增加13.49×107元；草地面積減少231.31 hm2，生態服務價值減少了0.34×107元；水域面積減少490.89 hm2，生態服務價值減少4.60×107元；未利用地面積減少 15 400.32 hm2，生態服務價值減少1.32×107元。可以看出，林地、耕地的生態價值變化在一定程度上決定了渝北區生態系統服務價值的變化。

表4 重慶市渝北區2005—2015年生態系統服務價值變化

3.2.2 生態系統的空間變化分析 為了解重慶市渝北區生態系統服務價值的空間變化情況，本研究根據渝北區的生態系統服務價值計算結果，將渝北區24個鎮(街)合并為14個鎮(街)進行空間變化研究，并結合重慶市城市總體規劃將渝北區分為中心城區內(玉峰山鎮、雙龍湖街道、回興街道、悅來街道、北部新區、龍溪-龍山-龍塔)、中心城區外(統景鎮、興隆鎮、木耳鎮、古路鎮、大盛-洛磧鎮、大灣-茨竹鎮、龍興-石船鎮、雙鳳橋街道)等2個區域，得到渝北區2005—2015年生態系統服務價值的空間變化情況，見表5、圖3。

總體上看，渝北區的生態系統服務價值由西南向東北增加，由中心城區內向中心城區外增加，地區差異明顯。中心城區2005—2015年生態系統服務價值僅玉峰山鎮表現為增加，其他街道均呈減少趨勢，其中北部新區減少得最多，減少 10.27×107元，這主要是由于中心城區內建設用地面積急劇增加，其他生態價值較高地類不斷減少造成。中心城區外除龍興-石船鎮、雙鳳橋街道外，其余鎮(街)生態系統服務價值均表現為增加，其中大灣-茨竹鎮增加得最多，增加5.03×107元，這主要是由于退耕還林政策使得林地等生態價值較高的地類面積增加，因而中心城區外生態系統服務價值整體呈增加趨勢。此外2005—2010年年間渝北區生態系統服務價值僅雙鳳橋街道、回興街道、悅來街道、北部新區、龍溪-龍山-龍塔街道呈減少趨勢，2010—2015年年間僅興隆鎮、大灣-茨竹鎮生態系統服務價值呈增加趨勢。

3.3 敏感性分析

根據敏感性指數的計算方法，本研究把各土地類型的價值系數分別上、下調整50%，應用調整后的價值系數對研究區總的生態系統服務價值進行估算，得到研究區2005年、2010年、2015年的敏感性指數，見表6。

分析表明，價值系數調整±50%后，林地的敏感性指數最高，為0.52～0.58，耕地的敏感性指數次之，為0.20～0.23，表明林地和耕地對生態系統服務價值的貢獻較大。其他地類的敏感性指數≤0.06，表明其他地類的敏感性變化對渝北區的生態系統服務價值影響較小。敏感性指數的計算結果顯示，各土地利用類型敏感性指數在研究期內保持平穩，且敏感性指數均小于1。表明研究區生態系統服務價值對所采用的價值系數缺乏彈性，本研究所估算的生態系統服務價值可信。

3.4 生態經濟協調度分析

對重慶市渝北區2005—2015年生態經濟協調發展狀況進行評估，在參考蘇飛等對-0.5

表5 重慶市渝北區2005—2015年生態系統服務價值變化 ×107元

注：由于一調、二調的統計口徑的差異，未將2010、2015年北部新區長江統計入內，因此鎮(街)生態系統服務匯總價值不等于全區總價值。

表6 重慶市渝北區生態系統服務價值的敏感性

4 結論與討論

本研究以2005年、2010年、2015年重慶市渝北區變更調查數據為基礎，采用Costanza等的生態系統服務價值估算方法[2]，結合謝高地的單位面積服務價值當量因子表[13]，對渝北區生態服務價值的變化進行評估。

表7 重慶市渝北區生態經濟協調度

通過對渝北區土地利用變化分析發現，2005—2015年間，全區土地利用類型發生了明顯變化，建設用地面積持續增加，耕地、園地、林地面積先增加后減少，草地、水域、未利用地面積持續減少，各類土地利用類型的面積變化趨勢與土地利用動態度變化相一致。隨著經濟的快速發展，城市化進程的不斷加快，建設用地急劇膨脹，研究期內渝北區主要土地利用類型由以耕地、林地為主向以耕地、建設用地為主轉變。

渝北區2005、2010、2015年的生態系統服務價值分別為291.95×107、306.55×107、293.75×107元，10年間生態系統服務價值增加了1.80×107元。這主要是由于生態價值系數更高的林地增加所致。從生態系統服價值構成來看，耕地、林地的生態系統服務價值占整個系統的75%以上，是生態系統服務價值的主體部分，對整個區域生態服務價值的變化起決定作用，因此，應尤其注重對區域內生態系統服務價值較高的耕地、林地等地類的保護。

通過對各土地利用類型的敏感度分析得出，敏感性指數均小于1，但不同地類的敏感性指數差異較大，其中林地最大，未利用地最小，與渝北區土地利用結構轉化以及生態系統服務總價值的變化相契合，表明研究所選的生態價值系數較為合理，結果可信。

渝北區當前生態系統服務價值的增長速度低于經濟增長速度，雖然在本研究期間渝北區生態系統服務價值有所增加，但生態經濟協調度卻在不斷減小，其生態建設與經濟發展已處于不協調的邊緣。區域土地資源實現合理有效利用是可持續發展的關鍵，因此，區域未來的發展必須加強對建設用地的合理控制，加大對林地、水域等生態用地的保護，努力促進生態建設與經濟發展相協調。

本研究對2005—2015年年間研究區土地利用類型變化導致的生態系統服務價值變化的趨勢進行了探討，但忽略了建設用地的生態系統服務價值，建設用地等非自然類陸地生態系統類型的生態價值仍有待進一步研究。

參考文獻：

[1]Daily G C. Nature’s services：societal dependence on natural ecosystem[M]. Washington DC：Island Press，1997.

[2]Costanza R，d’Arge R，de Groot R，et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J]. Nature，1998，25(1)：3-15.

[3]陳美球，趙寶蘋，羅志軍，等. 基于RS與GIS的贛江上游流域生態系統服務價值變化[J]. 生態學報，2013，33(9)：2761-2767.

[4]Jr J C. Protecting the delivery of ecosystem services[J]. Ecosystem Health，1997，3(3)：185-194.

[5]顧劍紅，王玉杰，王云琦，等. 土地利用變化對生態服務價值的影響——以廣西隆林縣和西林縣為例[J]. 中國水土保持科學，2016，14(5)：100-109.

[6]虎陳霞，郭旭東，連 綱，等. 長三角快速城市化地區土地利用變化對生態系統服務價值的影響——以嘉興市為例[J]. 長江流域資源與環境，2017，26(3)：333-340.

[7]武愛彬，趙艷霞. 壩上高原生態用地時空格局演變與生態系統服務價值分析[J]. 農業工程學報，2017，33(2)：283-290.

[8]吳健生，岳新欣，秦 維. 基于生態系統服務價值重構的生態安全格局構建——以重慶兩江新區為例[J]. 地理研究，2017，36(3)：429-440.

[9]蔣小榮，李 丁，李智勇. 基于土地利用的石羊河流域生態服務價值[J]. 中國人口·資源與環境，2010，20(6)：68-73.

[10]姚成勝，朱鶴健，呂 晞，等. 土地利用變化的社會經濟驅動因子對福建生態系統服務價值的影響[J]. 自然資源學報，2009，24(2)：225-233.

[11]伍 星，沈珍瑤，劉瑞民，等. 土地利用變化對長江上游生態系統服務價值的影響[J]. 農業工程學報，2009，25(8)：236-241.

[12]歐陽志云，王效科，苗 鴻. 中國陸地生態系統服務功能及其生態經濟價值的初步研究[J]. 生態學報，1999，19(5)：19-25.

[13]謝高地，魯春霞，冷允法，等. 青藏高原生態資產的價值評估[J]. 自然資源學報，2003，18(2)：189-196.

[14]張 騫，高 明，楊 樂，等. 1988—2013年重慶市主城九區生態用地空間結構及其生態系統服務價值變化[J]. 生態學報，2017，37(2)：566-575.

[15]張艷軍，官冬杰，翟 俊，等. 重慶市生態系統服務功能價值時空變化研究[J]. 環境科學學報，2017，37(3)：1169-1177.

[16]李 莉，蘇維詞，葛銀杰. 重慶市森林生態系統水源涵養功能研究[J]. 水土保持研究，2015，22(2)：96-100.

[17]彭文甫，周介銘，楊存建，等. 基于土地利用變化的四川省生態系統服務價值研究[J]. 長江流域資源與環境，2014，23(7)：1011-1020.

[18]王秀蘭，包玉海. 土地利用動態變化研究方法探討[J]. 地理科學進展，1999，18(1)：81-87.

[19]高 練，周 勇. 武漢市土地利用/土地覆蓋變化的生態環境效應分析[J]. 農業工程學報，2008，24(增刊1)：73-77.

[20]周文霞，石培基，王永男，等. 河谷型城市生態系統服務價值效應——以蘭州為例[J]. 干旱區研究，2017，34(1)：232-241.

[21]吳建寨，李 波，張新時. 生態系統服務價值變化在生態經濟協調發展評價中的應用[J]. 應用生態學報，2007，18(11)：2554-2558.

[22]魏曉旭，趙 軍，魏 偉，等. 基于縣域單元的中國生態經濟系統協調度及空間演化[J]. 地理科學進展，2014，33(11)：1535-1545.

[23]史培軍，張淑英，潘耀忠，等. 生態資產與區域可持續發展[J]. 北京師范大學學報(社會科學版)，2005(2)：131-137.

[24]蘇 飛，張平宇. 基于生態系統服務價值變化的環境與經濟協調發展評價——以大慶市為例[J]. 地理科學進展，2009，28(3)：471-477.