“三生”用地功能動態變化及其生態系統服務價值響應
——以順德區為例

李 鋒, 陳 春,2

(1.重慶交通大學 建筑與城市規劃學院, 重慶 400074; 2.重慶交通大學 生態人居與綠色交通研究中心, 重慶 400074)

隨著中國城鎮化進程快速推進和經濟迅速發展，自然環境、經濟環境和人居環境方面很多的負面影響都會顯現出來[1]，用地功能變化及其生態效應的研究已受到普遍關注，成為當前地理學、應用生態學和生態經濟學等學科研究的熱點[2]。用地功能變化是指在社會經濟發展和城鎮化進程中，一定時期內，用地功能轉入相對應的用地類型的轉變過程[3]。用地功能轉換的重要表現形式是有限的土地資源在各種功能的空間重構的動態過程，進而實現用地功能隱性狀態的轉型[4]。“三生”用地是指有生態、生產和生活綜合功能的用地[5]，人類往往通過犧牲自然生態價值以換取經濟增長和人居便捷，但這種形式引起的“三生”用地功能轉換導致了生態系統發展不平衡、生態系統的內部結構發生變化，使得生態服務價值功能變弱[6-8]。因此，剖析某一區域“三生”用地和生態系統價值的影響關系，對協調經濟、自然發展、改善生態人居環境、規劃用地配置布局都具有重要意義[9]。

目前，從“三生”用地功能轉換的角度進行的區域生態系統服務價值研究還存在不足，如彭文甫等[10]探討了土地利用/覆被變化對四川省生態系統服務價值的影響，但未考慮將“三生”用地與生態價值相結合;葉延瓊等[11]研究廣州市農業生態系統服務價值變化，僅考慮了生產用地的生態價值，沒有考慮區域內的整體價值;張蕾等[12]以營口市為例，基于“三生”用地變化和生態系統服務價值響應進行研究，但對“三生”的辨識尚有缺陷，對用地變化的復合性質不夠完善。

針對以上研究，本文充分考慮用地的復合功能，建立“三生”用地的分類體系，以GIS空間分析功能和生態系統服務當量因子法，選擇珠三角佛山市順德區這一用地功能形態發生了明顯轉變的區域，核算區域內整體生態價值，定量分析1990—2015年順德區用地動態變化和空間特征與生態環境響應規律，以期為快速城鎮化和社會經濟發展較快速區域的國土空間規劃提供支撐。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

佛山市順德區地處珠三角腹地(22°40′—23°02′N,113°01′—113°23′E)，與珠三角經濟圈關系密切，屬亞熱帶海洋性季風氣候，日照時間長，雨量充沛，常年溫暖濕潤，是典型的珠江三角洲魚米之鄉。全區下轄4個街道6個鎮，總面積806 km2。地處西江入?？诘臎_積平原，境內河流縱橫交錯，地貌上以基塘和平原為主;水域面積達103 km2，占12.8%。從2005—2015年，順德區的城鎮化率從69.38%上升到98.94%，城鎮化進程的推進給順德區生態系統帶來一定的挑戰。

1.2 研究數據

本研究所使用的數據來源于順德區1990年、2005年、2015年(LUCC)土地利用柵格數據，空間分辨率為30 m，土地利用類型包括水田、旱地、河流、水庫坑塘、林地、濕地、城鎮用地、農村居民點和其他建設用地;社會經濟數據來源于《順德區統計年鑒》、《順德區社會經濟發展統計公報》(1990年、2005年、2015年)，《2015年中國水資源公報》。

2 研究方法

2.1 “三生”用地分類體系構建

針對“三生”用地的分類體系的研究，我國學者以“三生”用地的內在理念為基礎，做出了很多研究。陳婧等[13]較早以用地功能分類，提出了用地的生態、生活、生產功能，但其分類體系缺乏對用地復合功能的考慮;劉繼來等[14]提出的中國“三生空間”分類評價，將中國用地空間分為生產空間、生活空間和生態空間3大類，每個大類下面又包含3個強弱級別的小類，但區域尺度太大，且對于快速判斷某一區域“三生”分類的條件較為嚴苛;張紅旗等[15]探討的中國“三生用地”分類體系將中國用地變化類型分為4大類，充分考慮用地復合功能，是目前較為完善的分類體系。本研究遵循實用性和繼承性的原則，根據已有研究成果和用地功能的屬性確定“三生”用地類型[16-18]，主要參考張紅旗等的土地利用分類理念，結合順德區的土地利用類型特征，充分考慮用地的復合功能，構建出適宜順德區的“三生”用地分類體系(表1)。

表1 順德區“三生”用地分類體系

2.2 “三生”用地功能動態變化研究方法

用地變化一直是地理科學研究的熱點內容，探索用地功能變化是人為活動和自然關聯最密切的問題[19]，其變化過程能夠引起區域內生態、資源和經濟環境等的變化[20]。運用土地利用動態度方法研究用地類型的動態變化過程，具備高效準確的特點。因此，本研究基于土地利用轉移矩陣分析順德區“三生”用地功能變化特征，在此基礎上，使用用地類型動態度方法分析“三生”用地的變化速率。

(1) 單一“三生”用地類型變化動態度。單一“三生”用地類型變化動態度能夠定量描述區域內某用地類型變化的速率[21]，公式如下:

(1)

式中:K為研究區內某一“三生”用地類型變化動態度;Ua,Ub為研究初期和研究末期某一“三生”用地類型面積;T為研究年限。

(2) 綜合“三生”用地類型變化動態度。綜合“三生”用地類型動態度可以表示研究區域內所有用地類型變化速率[21]，公式如下:

(2)

式中:Ki是研究區內所有“三生”用地類型變化動態度;Uai,Ubi分別是研究初期和研究末期某一“三生”用地類型面積;n為用地類型數量;T為研究年限。

2.3 生態系統服務價值評價方法

(1) 單位面積生態系統服務功能價值。生態系統服務價值是指人類能從生態系統中獲取的價值量[22]。Costanza等[23]于1997年發表了用于全球自然資產評估的方法，針對16個不同生態系統和17項不同生態因子的核算研究，但該方法不能適應某一特定區域。謝高地等[24-26]將其研究引入國內后，結合我國的區域特點，通過對國內700位生態學者進行的問卷調查結果不斷進行適宜性的改進，并逐步完善了中國生態系統服務價值當量因子表[26]。因此，本研究結合謝高地等研究成果和順德區實際情況，對部分當量因子進行修正，建立了適宜順德區“三生”用地生態系統服務價值的當量因子表(表2)。

表2 順德區生態系統服務價值當量因子

根據謝高地等人的研究，1個生態服務價值當量因子的經濟價值量等于當年全國平均糧食單產市場價值的1/7[25]，結合1990—2015年《順德區統計年鑒》提供的糧食播種總面積與糧食總產值，計算得到1990—2015年平均單位面積糧食產出的經濟價值，即市場價值的1/7，為1 878.1元/hm2，故單位生態系統服務價值當量因子的價值是1 878.1元/hm2。故結合(表2)和單位當量因子的價值計算得到各項生態系統服務價值系數表(表3)。

表3 順德區生態系統服務價值系數 元/(hm2·a)

(2) 某一區域生態服務價值方法。根據順德區生態系統服務價值系數表，計算得到研究區各生態系統的服務價值、各用地類型的生態服務價值以及生態服務總價值[27]，公式如下:

ESV=∑j(VCj×Aj)

(3)

式中:VCj是第j類用地單位面積的生態服務價值(元/hm2);Aj為第j類土地的面積(hm2)。

3 結果與分析

3.1 “三生”用地功能動態變化

(1) 順德區“三生”用地變化特征。以1990年、2005年、2015年3期用地數據為基礎，分析順德區“三生”用地時間變化的特點，其結果表明:隨著城鎮化水平逐漸提高，社會經濟快速發展，生活生產用地增長十分顯著，25 a間面積增長了24 154.74 hm2，增長率達到275%;生態生產用地前15 a處于下降狀態，后10 a又增長，整體下降趨勢較為平緩，下降率僅0.80%,25 a間減少了312.66 hm2;生產生態用地減少了24 050.61 hm2，下降率達到90.98%;生態用地在25 a間增長趨勢較為平緩，增長率僅為3.23%(圖1)。

圖1 1990-2015年順德區“三生”用地結構變化

(2) 順德區“三生”用地功能動態變化。為探究順德區“三生”用地動態變化的內在原因，結合式(1)和式(2)求出順德區不同時期“三生”用地動態度(表4)，并根據ArcGIS 10.2的空間分析功能可以看到研究區1990—2005年生活生產用地增長速度最快，動態度達到12.45%，其包含的3種用地類型的增長速度都很大，其中農村居民點的動態度最大，達到13.25%;其次是動態度達11.75%的城鎮用地;最后是動態度達8.74%的其他建設用地。生活生產用地的增長主要依托原有斑塊向其周邊一定范圍進行擴張，用地的增長主要分布在東部的大良和容桂街道、南部的均安和杏壇鎮及西北部的龍江和樂從鎮。15 a間生產生態用地減少速度最快，動態度達到-3.68%;其中水田的動態度達到-4.06%，其次是旱地，動態度達到-2.48%。生產生態用地的減少主要集中在順德區東部的北滘鎮、倫教街道、大良街道和容桂街道，其減少原因主要是生活生產用地侵占。生態生產用地和生態用地的動態度都較低，變化速度較為平緩。研究區15 a的綜合動態度達到1.36%，用地變化的速率較快。

2005—2015年10 a間，生活生產用地的增長速度最快，動態度達到3.07%，其中的其他建設用地動態度達到40.53%，其次是動態度達20.53%的城鎮用地。生活生產用地在原有用地面積的基礎上，向周圍發散式增長，其中較為明顯的是位于東南部的容桂街道和南部的容桂及大良街道，全區其他鎮域也有一定范圍的增長;生產生態用地的動態度達到-7.98%，減少速度最快，其中水田的動態度達-9.92%，其次是旱地，動態度達-5.20%，生產用地減少主要集中在順德區以東，生活生產用地擴張占用了生產生態用地;生態生產用地的變化速度相對較緩慢。研究區10 a間的綜合動態度達到2.78%，用地變化的速率相比于前期速率加快。

由表4可知，25 a間生活生產用地的增長速率最快，其動態度達到10.99%，其中城鎮用地和其他建設用地增長速率都十分明顯，動態度分別達到29.74%和42.70%，農村居民點的減少速率較為平緩，達到-1.28%，生產生態用地的減少速率最快，動態度達-3.64%，主要是其中的水田和旱地在減少。25 a間生活生產用地的增長主要集中對生產生態用地的侵占，以及生態生產用地侵占，故生態生產用地25 a間的變化速率十分平緩，處于一種相對穩定的狀態。研究區25 a間的綜合動態度達到1.31%，綜合前期和后期，說明用地變化的速率處于逐年加快狀態。

表4 順德區不同時期“三生”用地類型動態度 %

綜上，作為典型的快速城鎮化地區，25 a間順德區的土地利用動態變化具有以下突出的特點:(1) 生活生產用地增長為主線，并導致生產生態功能的降低;(2) 順應城鎮化發展的進程，生活生產用地的增長與城鎮化率的增長相近，從2005年之后的，生活生產用地快速增長，并且實現城鎮用地和其他建設用地侵占農村居民點的內部轉換方式，表明城鎮的發展正在帶動農村快速轉型;(3) 順德區東部的北滘鎮、倫教街道、大良街道和容桂街道的“三生”用地中生活生產用地增長最大，呈現了以順德區東部為帶頭作用，引進高新產業以實現“智造順德”和“創新順德”等目標的現階段發展成果。

3.2 生態服務價值變化特征分析

結合順德區生態系統服務價值系數表(表3)和區域生態服務價值計算公式(式3)得出1990—2015年順德區生態系統服務價值變化(表5)，結果表明:順德區生態生產空間對生態系統服務價值總額貢獻最大，生活生產用地則相反，且生產生態用地的減少最多，其中水田的變化值最大。順德區1995年、2005年、2015年ESV分別為106.521 1億元、101.702 0億元和104.707 3億元，生態生產用地對ESV的貢獻最大，3個年份的ESV占比均超過82%。從ESV的增減角度來看，順德區的ESV從1990—2005年處于下降趨勢。下降了4.819 1億元，下降率達到4.52%;在2005年之后，順德區的ESV處于增長狀態，從2005—2015年增長了3.005 3億元，增長率達到2.96%。25 a間順德區ESV整體呈現下降趨勢，變化率為-1.70%，下降總額為1.813 8億元。在“三生”用地的角度看，25 a間生活生產用地通過面積擴張，提升了生態系統服務價值，但因其生態系統服務價值系數較小，故提升總額不大，僅為0.032 5億元;生態用地的ESV也有提升，總額相比1990年增長額了0.534 2億元;生產生態用地的ESV下降總量最大，下降了1.865 9億元，主要原因是生活生產用地的發展占用，導致其面積減少;其次是生態生產用地的下降幅度，達到了-0.06%，總額相比1990年減少了0.178 6億元。從用地類型的角度來看，1990—2015年，水田的ESV總量下降最大，達到了0.996 8億元，其次是旱地，下降了0.698 9億元;其他建設用地因其面積擴張十分明顯，相比于1990年擴張了1 167.45%，故ESV的變化率達到了1 067.45%;其次是城鎮用地，變化率達到了743.38%，主要來源于對生產生態用地的侵占。

表5 1990-2015年順德區生態系統服務價值變化

在ArcGIS 10.2軟件的技術支持下，將順德區1990年、2005年和2015年的生態系統服務價值導入軟件，并且依據自然斷裂分級法，將研究區的生態系統服務價值劃分為極低等級、較低等級、中等級、較高等級和極高等級5個等級(圖2)。25 a間順德區生態系統服務價值極低等級從東南部向全區擴散，極高等級從西部的聚集式面狀分布變成點狀分散式分布。1990—2015年，順德區生態系統服務價值極低等級的區域起初主要分布在容桂街道北部和大良街道北部，這兩個區域是原始的城鎮建成區和工業園區，隨著城鎮化的快速發展和大多數工業園區的落地建設，極低等級區域開始向順德區全區分散，主要分布在陳村鎮、倫教街道、北滘鎮、龍江鎮和樂從鎮;較低等級區域起初主要分布在順德區東部，符合順德區的發展現狀，研究區的發展主要從東部的容桂街道，大良街道，倫教街道，北滘鎮和陳村鎮先發展起來;中等級區域主要集中在順德區東北部和東部的陳村鎮、北滘鎮和倫教街道，這里擁有大量的林地和耕地覆蓋，隨著城鎮化建設，分布面積減少，并以散點式分布于順德區的每個鎮;較高等級區域主要集中在河流附近，隨著河流在順德區呈線狀分布，并且25 a間的變化不明顯;極高等級的區域在研究期初主要分布于順德區的西部，并呈現面狀密集分布，主要是水庫坑塘提供的較高的生態系統服務價值，但隨著城鎮建設和工業園區的不斷引進建設，極高等級的區域也處于減少的發展狀態，減少部分主要集中在與東部經濟發展較快相接的勒流街道和順德區西北部區域，順德區西南部的杏壇鎮和均安鎮在“順德西南水鄉”的規劃發展下極高等級的區域保存較為完好。

圖2 順德區生態系統服務價值時空變化

3.3 “三生”用地功能變化對生態系統服務價值變化的影響

為了探究順德區“三生”用地生態系統服務價值變化的內部原因，結合生態系統服務價值系數和ArcGIS 10.2軟件空間分析功能，計算影響順德區生態系統服務價值變化的主要原因，以及各“三生”用地類型的貢獻比重(表6)。結果表明:25 a間順德區生態系統服務價值內部存在相互抵消的作用，主要來自生活生產用地對生態生產用地占用，以及生態生產用地對生產生態用地的占用，因此保持生態生產用地中水庫坑塘和河流的面積穩定對維持順德區的生態系統服務價值具有至關重要的作用。ESV差值分別為-26.938 2億元和25.521 0億元，兩者的貢獻率分別達到了1 485.17%和-1 407.04%。生活生產用地對生態生產用地的侵占對于順德區生態系統服務價值的下降起到了促進作用，其中城鎮用地、農村居民點和其他建設用地對水庫坑塘的侵占很嚴重，貢獻率分別達到了738.62%，183.18%和556.79%;而生態生產用地對生產生態用地的侵占作用，對順德區生態系統服務價值的下降起到了反作用，使得生態價值能夠保持住相對穩定，不至于下降過快。其中，水庫坑塘對水田的侵占作用很強，還侵占了小部分的園地和旱地。

表6 1990-2015年順德區生態服務價值變化的主要“三生”用地變化類型及貢獻率

其次是生活生產用地的發展對生產生態用地的占用，ESV差值為-1.188 9億元，貢獻率達到了65.55%，其中城鎮用地和其他建設用地對水田的侵占最為明顯，貢獻率分別為34.58%和19.91%;生態生產用地對生活生產用地的侵占作用也較為明顯，生態系統服務差值達到了1.154 9億元，貢獻率達到了-63.67%;生產生態用地對生態生產用地的占用對ESV下降的貢獻率也達到了57.48。按照用地類型來看，水庫坑塘和河流對順德區生態系統服務價值的提升作用較大。

綜上所述，順德區的生活生產用地的大力發展是生態系統服務價值降低的主要原因，若要提高生態系統服務價值，必須維持生態生產用地的環境質量。因此，在快速城鎮化推進和社會經濟大力發展的順德區，做好水庫坑塘、河流等生態生產用地的保護，對該區域實現綠色可持續發展，維持生態服務價值穩定具有重大意義。

4 結 論

(1) 用地功能動態變化研究中，順德區生活生產用地增長十分顯著，面積增長率達到275%，生態生產用地面積變化較平緩，生產生態用地下降明顯，下降率達到90.98%;生活生產用地的增速一直處于最大狀態，增長主要來自對生產生態用地的侵占和生態生產用地的侵占，生態生產面積維持相對穩定主要是對生產生態用地的侵占。研究區25 a間的綜合動態度達到1.31%。

(2) 順德區生態生產空間對生態系統服務價值總額貢獻最大，達到82%以上，生活生產用地則相反，生產生態用地的減少最多，其中水田的變化值最大，達到0.996 8億元;25 a間區域內生態價值極低等級從東南部向全區擴散，極高等級從西部的聚集式面狀分布變成點狀分散式分布。隨著城鎮化的快速發展和大多數工業園區的落地建設，極低等級區域開始向順德區全區分散，侵占水庫坑塘，使得極高等級的區域處于減少的發展狀態，減少部分主要集中在與東部經濟發展較快相接的勒流街道和順德區西北部區域。

(3) 25年間順德區生態系統服務價值存在下降和提高兩種趨勢，主要是生態生產用地向生活生產用地的轉換和生產生態用地向生態生產用地的轉換。兩者貢獻率分別達到和-1 407.04%和1 485.17%，因為水庫坑塘的生態系統服務價值系數很高，使得生態價值能夠保持住相對穩定，不至于下降過快。若要提升順德區的生態系統服務價值，必須維持生態生產用地的環境質量，尤其是水庫坑塘和河流的重點保護發展，才能改善順德區的生態系統服務價值。

(4) 順德區作為廣佛聯系核心區，是佛山市開發建設重點區域。在城鎮化和社會經濟快速發展的背景下，應堅持綠色發展的理念，以“三生”用地的發展為重點，優先規劃和保護生態生產用地的發展建設，將水庫坑塘、河流和林地等作為重點調節發展對象，針對順德區西南水鄉地區，應保持其自然資源風貌，適當開展旅游業或制定相關規劃，以控制西南片區的資源不被人為侵占，以保持住全區生態系統服務價值的穩定;對生活生產用地應采用節約集約的利用手段，大力發展“智慧順德”和“創新順德”的同時，提高建設用地單位面積的經濟效益和社會效益，從而實現順德區經濟、社會和生態環境的可持續發展。