土地利用變化對生態服務價值的影響研究
——以重慶市沙坪壩區為例

鄭 晨，李忠峰，卞紀雪，倪 娜

（重慶師范大學地理與旅游學院，重慶 401331）

隨著城鎮化的深入推進，城市土地利用不斷發生變化，而合理的土地利用方式對于實現區域經濟、社會、生態的協調發展有著重要作用。為了追求經濟效益而造成的單純土地利用覆蓋變化將不可避免地破壞自然生態系統，影響整個生態系統的結構和功能，進一步影響生態系統的服務價值，最終影響生態系統和人們的日常生活環境質量[1-2]。隨著城市經濟的不斷發展，物質需求得到滿足，人們急需更好的生態環境。定量研究生態環境質量對土地利用變化的影響，從而改變土地利用變化驅動的生態系統服務價值的需求，這變得更加迫切。基于這種考慮，很多專家和學者開始研究土地利用，將焦點集中于生態系統服務價值，并將其作為土地利用變化生態效益的綜合指標。

本文以重慶市沙坪壩區為研究區，定量分析了該地土地利用變化和生態系統服務功能的變化，探索不同土地利用類型對生態系統不同服務功能的影響，以期為政府制定更合理的土地使用策略提供科學依據。

1 研究區概況

沙坪壩區占地面積約396.2 km2，是重慶西部的主要城區之一。整片區域包含貫穿南北的格勒山，周圍它是重慶市科教文化的中心區，也是重要的工業基地。沙坪壩區的西部是潭灘大壩，從地貌上看，其屬于川東平行山谷低丘陵區的一部分，海拔為550～650 m。該地屬于中亞熱帶季風濕潤氣候區，熱量和水資源豐富，最冷月平均氣溫為7.8℃，最熱月平均氣溫為28.5℃，年平均氣溫為18.3℃，無霜期為341.6 d。當地冬暖夏熱，天氣春秋多變，降水充沛，全年降水量為1 082.9 mm。研究該區域對其城市發展與土地利用具有指導和借鑒意義。

2 數據和方法

2.1 數據來源

本研究利用2007年和2015年的LANDat TM 圖像，遙感圖像經過輻射校正和幾何校正，進行切割和其他預處理。然后，使用ENVI 軟件中的監督分類，選擇樣本區域，并使用最大似然法對研究區域的兩種圖像映射進行分類。接著，對分類結果進行準確性評估，得到2007年和2015年研究區的土地利用分類圖。最后，利用arcgis 10.0 進行空間分析和計算，并生成相應的專題地圖。考慮到TM 圖像本身的分辨率和研究區域的實際情況，本文將土地利用類型劃分為林地、耕地、水域和建設用地。

2.2 研究方法

2.2.1 土地類型動態度

不同土地利用類型面積的變化只能用于簡單地改變不同土地類型的數量，通過掌握不同土地利用類型的動態度，人們就可以觀察其數量變化，也可以分析其變化速度和變化幅度。其表達式為：

式中，K為某種土地利用類型動態度；ua、ub是開始研究和結束研究時的某類土地的使用面積；T為研究期的間隔年份。

2.2.2 確定單位面積的生態服務等效系數

本文選擇基于貨幣數量的價值評估方法，并采用Costanza 等人提出的生態系統服務價值估算和ESV 計算方法[3]。由于地域差異，直接照搬國外方法容易引發一些問題，從而低估或忽略某些生態系統服務的價值。因此，本研究結合中國的實際情況，采用謝高地等人制定的生態系統服務價值等值表，如表1所示[4]。

表1 基于貨幣數量評估的當量價值因子表

表1定義了農田一年內天然糧食生產的經濟價值，平均產量為1 hm2土地產量，相對于農田產出的食物產品貢獻度，確定其他生態服務因子的價值因素。

2.2.3 1 個當量因子價值的確定

依據謝高地等人對于1 個當量因子價值的定義，本文分別利用重慶市2007年和2015年的統計資料，計算重慶2007年和2015年的平均糧食產量。由于研究了生態系統的服務價值，為了剔除價格變化的影響，本文選擇了重慶市2007年和2015年的糧食平均價格1.955 元/kg，從而制定出計算研究區生態系統等效因子值的公式：

式中，En為第n年1 個當量因子的經濟價值，元/hm2；Qn為第n年糧食作物總產量，kg；Mn為種植第n年糧食作物的總面積，hm2。

2.2.4 生態系統服務總價值的計算

結合單位面積生態服務價值等值表（見表1）和2007年與2015年單位當量因子值（En），制定重慶市沙坪壩區2007年和2015年生態系統服務單價，如表2、表3所示。

表2 2007年重慶沙坪壩區生態系統服務單價

表3 2015年重慶沙坪壩區生態系統服務單價表

計算重慶市沙坪壩區生態系統的服務質量，需要引入ESV計算法，該方法由Constenza 提出，具體計算公式如下：

式中，ESV為沙坪壩區生態系統服務質量的價值折算，元；Ak為研究區土地利用類型的面積，hm2；VCk為生態系統服務價值單價，元/（hm2·a）。

2.2.5 敏感性分析

本研究利用經濟學中常用的彈性系數對因子結果的準確性進行判別[5-7]。其中，敏感指數（CS）可以驗證沙坪壩區內每公頃面積的生態系統服務質量的價值折算值準確與否。也就是說，區域生態服務價值取決于生態服務的等價值程度[8-9]。當CS＞1 時，它表明生態系統服務的價值對生態服務的價值是靈活的；當CS＜1 時，它表示缺乏彈性，該值越大，等值的準確性就越關鍵。敏感性指數（CS）的計算公式如下：

ESVi和ESVj分別為調整前后生態系統服務的價值，元；VCik和VCjk分別為第k次土地利用類型調整前后生態系統服務的單價，元/（hm2·a）。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化

從表4可以看出，2007年至2015年，重慶市沙坪壩區耕地面積、林地面積和水域面積均有所下降。其中，耕地面積和水域面積減少最多，建設用地面積明顯增加。從圖1來看，建設用地增加的主要原因是大學城建設。從動態絕對值來看，建設用地最大，林地最小，這意味著其間建設用地變化最大，其次是水域和耕地，而林地變化最小。從土地利用類型比例來看，基于土地利用類型2007年和2015年的變化，2007年重慶市沙坪壩區耕地用地占比最大，建設用地比例最小，到2015年，建設用地比例將增加到37.58%，它成為沙坪壩區最大的土地利用類型。與此同時，耕地、林地和水域的比例呈下降趨勢。

表4 2007-2015年重慶沙坪壩區土地利用變化

圖1 2007年和2015年重慶沙坪壩區土地利用類型分布

3.2 生態系統服務價值變化

根據上述方法，筆者計算了2007年和2015年研究區域的生態系統服務價值及其構成變化，如表5所示。分析表5可知，2007年價值為11.27 億元，2015年價值為7.77 億元。總服務價值下降了3.5 億元。從價值構成來看，2007年水域的生態服務價值比重最高，為49.33%，林地其次，為36.55%，耕地最低，為15.70%。2015年，林地的生態價值超過水域成為最高，達到46.59%，水域則占生態總價值的37.71%，耕地依舊生態價值比重最低，為14.10%。2007年到2015年，林地對生態系統價值貢獻率增大，且增幅達到10.05%，而水域和耕地的貢獻率則出現一定程度的下降。這是因為研究區的森林面積在研究期間有所下降，但仍占其他土地利用類型的很大比例，是研究區生態系統服務價值的主 體[10-12]。此外，大約11%的水域面積貢獻了生態總價值的37.71%，其對整個生態系統服務價值的影響不可忽視。

表5 生態系統服務價值在重慶沙坪壩區構成的變化

3.3 敏感性分析

敏感性分析表明，ESV對生態系統價值系數（VC）缺乏彈性。從圖2可以看出，2007年和2015年，所有CS均小于1；2007年，各類土地的敏感指數從大到小依次為水域、林地和耕地。2015年從大到小依次為林地、水域、耕地。這表明研究區的ESV對VC沒有彈性，結果可信，不同類型土地的生態價值對整體生態系統服務功能的變化有不同程度的響應[13-17]。2007年，水域對生態系統服務的價值影響最大，到2015年，林地對生態系統服務的價值影響最大。

圖2 2007-2015 重慶市沙坪壩區生態服務功能價值敏感性指數變化

4 結論

基于2007年和2015年研究區TM 圖像提取的土地利用數據，筆者分析了2007-2015年重慶市沙坪壩區土地利用變化情況。6年來，在經濟快速發展的過程中，建設用地面積出現大幅度增加，導致林地、耕地、水域面積減少。此外，11%的水域面積貢獻了生態總價值的37.71%，其對整個生態系統服務價值具有不可忽視的積極影響。

總體而言，生態系統服務價值已從2007年的11.27億元縮減至2015年的7.77 億元。這表明，重慶市沙坪壩區在近5年時間內，經濟的迅速發展使得建設用地不斷增加，而增加的建設用地只能通過侵占其他類型的土地得以補充，而有助于提高生態系統服務價值的林地和水域面積減少，建設用地本身對生態價值沒有貢獻。這就導致整個研究區生態價值的下降。價值構成研究表明，林地和水域對生態系統價值貢獻最大，其面積變化對生態系統服務價值的變化起著決定性作用。因此，未來的土地規劃仍然需要確保對林地和水域的保護。敏感性分析表明，ESV對生態系統價值系數缺乏彈性，上說明研究結果具有可信性和參考性。

本文參考了Constanza 對生態價值折算方法，并借鑒了謝高地等人對生態系統服務評價的研究思路，探究了土地利用變化對生態系統服務價值的影響規律。但是利用遙感影像進行目視解譯時，其精確度難以完全保證，利用該數據計算出的生態服務價值可能存在一定偏差，這是本研究的缺點和未來努力改進的方向。