廣州市生態系統服務價值研究

□文/ 王佩榆

（廣東工業大學管理學院 廣東·廣州）

［提要］ 土地利用及生態系統服務價值（ESV）是衡量經濟發展和生態保護的重要指標，該研究有利于促進社會經濟和生態環境協調發展。以廣州市為研究對象，以土地利用變更數據為基礎，對研究區生態系統服務價值進行評估，并且分析其時序變化。結果表明：2000～2020年廣州市生態系統服務價值總體呈現下降趨勢，林地提供最大比例的生態系統服務價值；廣州市esv 變化幅度逐漸收窄。當前廣州市生態狀況較為穩定，但未來仍然要注意保持生態與經濟的協調發展，合理規劃用地，加強生態保護。

生態系統作為人類在生存發展進程中無可替代的自然資產，其服務是通過生態系統的結構、過程和功能直接或間接得到的生態支持產品和服務，關系著生態系統和人類福祉。其中，生態系統服務價值（ESV）是量化和評價生態系統服務能力的重要方法，土地利用作為生態系統服務價值的重要體現，近年來城鎮化高速發展使土地利用劇烈變化，土地盲目開發、水土流失、空氣污染等環境問題頻發，導致城市生態環境遭受破壞，損害了城市生態系統服務價值。通過探究土地利用變化與生態系統服務價值之間的關聯，能夠更好地從生態系統的整體角度保護生態系統結構、功能與資源的可持續供給能力，對促進社會經濟和生態環境協調發展具有重要意義。

近年來，國內外學者對土地利用轉移和生態系統服務價值進行了廣泛的研究，逐漸聚焦于兩者的耦合研究。由于不同區域生態系統組成的多樣性，使土地利用變化對生態系統服務價值影響的強度、方式及作用效果等各不相同，研究視角也從區域向地方轉變，較小尺度和典型區域的分析讓研究問題更加聚焦。另外，在生態系統服務評價理論和評價計算方法上取得了重要進展。余建華等在Costanza 研究基礎上，構造了土地利用變化生態效應指數等指標定量測度研究區土地利用變化的生態效應。謝高地等結合中國實際情況對生態系統服務價值的評估方法進行了多次修正，得出了適合中國國情的生態系統服務價值的基礎當量表，得到了廣泛應用。

基于此，本文以廣州市為研究區域，以2000～2020年為研究時段，基于區域土地利用變化評估其生態系統服務價值變化，分析土地利用與生態系統服務價值的協同發展狀況及時序變化差異，為廣州市生態環境保護、生態功能區劃以及經濟社會可持續發展提供建議，同時也為同類城鎮化快速發展的城市生態系統服務價值評估提供借鑒。

一、研究區概況和數據準備

（一）研究區概況。廣州市位于珠江三角洲北緣（112°57′E～114°3′E，22°26′N～23°56′N），地勢東北高、西南低，屬于海洋性亞熱帶季風氣候，土地類型多樣，適宜性廣。境內河流水系發達，河流眾多，水域面積廣闊。全市土地總面積為7，434.4 平方千米，現轄越秀、海珠、荔灣、天河、白云、黃埔、花都、番禺、南沙、從化、增城共11 個區。自21 世紀以來，廣州市經濟實現飛速發展，地區生產總值（GDP）從2000年的2，375.9 億元上升至2021年的28，231.9 億元，加上城鎮化進程的不斷推進，2021年常住人口高達了1，867.66 萬人。隨著經濟社會的發展，廣州市建設用地面積從2000年的825.15 平方千米增至2020年的1，633.9 平方千米，年均增長率為6.2%。建設用地的不斷擴張，使得生態用地結構逐漸縮小，生態環境問題成為當前廣州市經濟進一步發展的瓶頸。

（二）數據來源與處理。選用2000 版、2010 版和2020 版GlobeLand30 全球地表覆蓋數據，該數據是由國家地理信息中心提供的精度為30 米全球地表土地利用數據，采用的是WGS84 坐標系統。分類體系參照《土地利用現狀分類》（GB/T21010-2017），并根據廣州市實際土地利用使用情況，分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地共6 種地類，得到廣州市2000年、2010年、2020年的土地利用分類圖，分類后經Kappa 系數和Google Earth 檢驗，解譯結果較為理想。

二、研究方法

（一）土地利用轉移矩陣。土地利用轉移矩陣用于反映在研究時段初至末廣州各用地類型面積間相互轉化的動態過程。公式如下：

式中，S 為面積；n 為廣州地區土地利用類型數；ij（i，j=1，2，…，n）分別是發生土地轉移前后所代表的土地類型；Sij為i 與j 地類間轉換的面積量。

（二）生態系統服務價值估算。本研究參照Costanza 等和謝高地等的研究成果，估算研究區生態系統服務價值，劃分一級類型4 個，分別是供給服務、調節服務、支持服務和文化服務；分支的二級類型10 個，分別是食物生產、原材料生產、水資源供給、氣體調節、氣候調節、水文調節、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性、提供美學景觀等10 項生態系統服務功能價值，主要來源于2000～2020年《廣州市統計年鑒》《廣東省統計年鑒》《廣州市國民經濟和社會發展統計公報》。考慮到地域和時間的差異，根據研究區實際情況對謝高地等的“中國生態系統單位面積生態系統服務價值當量表（2007）”進行修正，將建設用地生態系統服務價值定義為0，最終確定符合廣州城市發展實情與用地特征的單位面積生態系統服務價值表。（表1）

表1 廣州市單位面積生態系統服務價值一覽表（單位：元/km2）

三、結果分析

（一）土地利用變化分析。2000～2020年各類用地類型相互轉換，轉出量最高的是耕地，其次是林地，兩者轉出的主要方向均為建設用地，其中約有82.31%的耕地面積轉換為建設用地，林地的轉出量僅次于耕地，為138.23km2。建設用地是研究時段內轉入量最大的地類，除了耕地和林地外，水域土地也是建設用地面積增加的主要貢獻者之一，其轉入建設用地的面積占該地類面積的40.58%，草地對建設用地面積增加的貢獻程度僅次于水域用地，草地向建設用地轉出面積約占草地面積的50.23%。除建設用地外，其余用地類型的轉出量明顯大于轉入量，呈現“入不敷出”的態勢。（表2）

表2 2000～2020年廣州市土地利用轉移矩陣一覽表

（二）生態系統服務價值變化分析。根據廣州市單位面積生態系統服務價值表，估算出廣州市2000～2020年各類用地的生態系統服務價值，并對生態系統服務價值時空變化特征進行分析。（表3）

廣州市2000～2020年生態系統服務價值（下文簡稱ESV）總體呈下降趨勢。2000～2010年廣州市ESV 的變化幅度較大，總值有明顯減少。2010～2020年廣州市ESV 的降幅收窄，但與2000年相比，ESV 總值下降約5%。與2000年相比，2010年的ESV 下降主要是因為各地類均有較大面積轉入到建設用地，各項用地的ESV 下降明顯；2020年變化原因與2010年相似，除了林地和草地保持穩定，其他地類的ESV 均下降。由表3 可知，耕地和林地ESV 的變化是影響整個研究時段ESV變化的主要因素。在所有地類中，林地是廣州市ESV 構成的主體，其ESV 占全市總量的43%；其次是水域，約占全市總量的33%；第三位的是耕地，約占全市總量的14%，其余地類的ESV 占比較小。2000～2020年間，耕地、未利用地的ESV 降幅最大，而林地、草地和水域的ESV 整體保持平穩，這一變化與土地利用變化狀況基本吻合。

表3 2000～2020年廣州市各土地利用類型生態系統服務價值一覽表（單位：萬元）

從各類生態系統服務價值類型來看，廣州市的ESV 以水文調節和氣候調節為主，最少的服務是原材料生產和提供美學景觀。20年間，廣州市ESV 持續下降，各項服務類型均有變化，其中單項ESV 變化最大的是水文調節，減少了1.8 億元；其次是水資源供給，減少了1.4 億元，整體而言，水域和林地是廣州市ESV 的主要提供者，廣州市水系密布，流域面積穩定，還有丘陵地區較高的林地覆蓋率，都較好地維持了區域ESV 的穩定。（表4）

表4 2000～2020年廣州市各項生態系統服務價值一覽表（單位：億元）

四、結論與討論

（一）結論。研究利用GIS 相關知識技術，借鑒國內外相關研究，通過土地利用轉移矩陣和生態系統服務價值評價方法，對2000～2020年廣州市各類型用地進行分析，結果表明：（1）2000～2020年，廣州市建設用地面積顯著增加，其余用地類型面積減少趨勢穩定，其中耕地和林地面積負向變化最為顯著。各用地類型間均存在類型轉換，其中轉出量最高的是草地，轉入量最高的則是建設用地，除建設用地外，其余用地類型均呈現“入不敷出”態勢。（2）2000～2020年，廣州市ESV 總價值呈下降趨勢，下降速度由迅速到緩慢的變化，調節服務是廣州市最主要的生態系統服務功能，其次則是支持服務功能。2000～2010年，水域、林地和耕地的生態系統服務價值變化度均呈負向變化，其中未利用土地的變化度最大，耕地次之。2010～2020年，林地和未利用土地面積減少的趨勢得到緩和。

（二）討論。研究中方法的確定及結果的分析均具有合理性與正確性，基于生態系統服務價值基礎上確定廣州市各類用地的生態系統服務價值，分析其演變結果與前期學者的研究結果相一致，研究結果為城鎮化快速發展及類似的沿海城市的社會經濟發展提供參考和借鑒。

研究并未對區域土地利用轉型驅動力進行深入研究，后續研究中需進一步基于區域性，以不同空間、時間尺度來探討土地利用轉型的驅動機制，更好地揭示并解決相關問題，并進一步完善生態系統服務價值評估體系，進行更精準的評估。