工程稱號：快速城市化地域土地利用變化對生態(tài)效力價值的影響

——以重慶市北碚區(qū)為例

擔(dān)任人：邵雪亞

成員：孫小峰、徐佳艷、張國陽

指點教師：劉勇

研討意義

工程稱號：快速城市化地域土地利用變化對生態(tài)效力價值的影響

——以重慶市北碚區(qū)為例

國內(nèi)外研討現(xiàn)狀研討方法研討結(jié)果及結(jié)論綜述生態(tài)系統(tǒng)效力是指經(jīng)過生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)造、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和效力，包括人類生活的必需品和人類生活質(zhì)量的保證兩部分[1,2]。1997年，Costanza等在<Nature>上發(fā)表了“全球生態(tài)效力價值和自然資本〞一文[3]，對生態(tài)效力價值〔ESV〕進(jìn)展了定量評價，引發(fā)了國內(nèi)外眾多學(xué)者對生態(tài)效力價值的實際、評價、核算方法和運用的研討。土地利用變化是引起生態(tài)效力價值變化的關(guān)鍵要素，它經(jīng)過自然景象和生態(tài)過程的變化，如土壤營養(yǎng)和水分的變化、地表徑流與侵蝕等[4,5]與生態(tài)效力相互影響、相互制約。目前，對生態(tài)效力價值在土地利用方面的運用研討，較多關(guān)注土地利用對生態(tài)系統(tǒng)效力總量的影響，但對空間差別和構(gòu)造變化的研討較少。在快速城市化地域，土地利用構(gòu)造發(fā)生猛烈變化，自然生態(tài)系統(tǒng)面積減少，生態(tài)效力價值減弱，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)增長本質(zhì)上是建立在自然資源耗費根底之上，因此在土地利用決策中，思索土地利用的生態(tài)效力變化具有重要意義[6]。北碚區(qū)作為重慶市外環(huán)時代和兩江新區(qū)重點建立區(qū)域，對促進(jìn)重慶經(jīng)濟(jì)的高速開展具有重要意義，同時城市化的快速開展導(dǎo)致了土地利用構(gòu)造的猛烈變化。中國城市化率由1990年的31.4%上升到2021年的46%，隨著城市化步伐的不斷加快，不可防止的導(dǎo)致城市化地域土地利用的猛烈變化，而土地利用變化又反作用于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)。人類活動呵斥的土地利用變化可引發(fā)各類陸地生態(tài)面積、空間分布與格局變化，導(dǎo)致生境與構(gòu)造破碎，出現(xiàn)環(huán)境污染等一系列問題，影響生態(tài)系統(tǒng)效力功能。北碚是國家級社會開展綜合實驗區(qū)和山水園林城區(qū)，是典型的生態(tài)城市，城市化率由2000年53.1%上升到2021年的79.3%。城市化的快速開展使得土地利用發(fā)生了猛烈變化，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的破壞，從而對生態(tài)系統(tǒng)效力功能呵斥了明顯損害。因此探求土地利用變化對生態(tài)效力價值的影響機制成為協(xié)調(diào)“城市開展〞與“生態(tài)穩(wěn)定〞的關(guān)鍵問題。因此，本課題以北碚為研討案例，采用土地利用構(gòu)造變化分析和經(jīng)濟(jì)生態(tài)位模型方法開展土地利用變化研討，以Costanza、謝高地等提出的生態(tài)效力價值表為根據(jù)，根據(jù)北碚區(qū)的實踐情況進(jìn)展修正，獲取北碚區(qū)生態(tài)效力價值的評價值及其動態(tài)變化，提示土地利用變化對生態(tài)效力價值的影響機制。本工程的研討成果將會為北碚地域土地合理利用、生態(tài)平安維護(hù)提供重要參考根據(jù)與對策，有助于緩解快速城市化過程中土地利用變化帶來的生態(tài)效力價值減少的問題。研討意義：國內(nèi)外研討現(xiàn)狀20世紀(jì)40年代國外學(xué)者提出生態(tài)系統(tǒng)效力功能是指自然生態(tài)系統(tǒng)及其組成物種產(chǎn)生的對人類生存和開展有支持作用的情況和過程。上世紀(jì)90年代后期才獲得較大開展，國際科學(xué)結(jié)合會環(huán)境委員會于1991年組織了一次會議，會議成果促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)效力功能經(jīng)濟(jì)價值評價方法的開展。Costanza真正將生態(tài)系統(tǒng)效力功能推向了研討的前沿，[5,6,7,8]其將全球生態(tài)系統(tǒng)劃分為熱帶林、溫帶林等16種生態(tài)類型，將生態(tài)系統(tǒng)功能的劃分為水調(diào)理、休閑和文化等17個類型進(jìn)展估算，并以貨幣方式顯示了結(jié)果，貨幣化成果的顯示為生態(tài)系統(tǒng)效力價值在研討中的運用作出了重要奉獻(xiàn)。但Costanza等對全球生態(tài)系統(tǒng)效力價值的估算中未包含城市化生態(tài)系統(tǒng)的休閑和文化功能，且對耕地的估價過低，對濕地估價偏高。中國學(xué)者謝高地等在2006年評述了當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)效力研討中存在的局限性，針對以往方法的缺乏，在Costanza方法的根底上提出了“中國陸地生態(tài)系統(tǒng)效力價值當(dāng)量因子表〞為我國生態(tài)系統(tǒng)效力價值的計算提供了規(guī)范。

隨著全球變化研討的深化和開展，各國科學(xué)家越來越深化地覺得到人類對土地開發(fā)利用以及由此引起的土地覆被變化被以為是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要緣由[9-10]。20世紀(jì)90年代，眾多國外學(xué)者根據(jù)Costanza生態(tài)系統(tǒng)效力價值核算方法，對美國Texas等地域進(jìn)展了較長時間尺度下的土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)效力功能影響的研討，[11-12]探求了土地利用變化對生態(tài)效力價值的影響機制，研討闡明：城市類型的轉(zhuǎn)變、大規(guī)模城市建立等人類活動導(dǎo)致水域和耕地等用地面積和比例急劇減少，生態(tài)效力價值急劇下降，其他綠地、城市住宅用地和公共建筑用地的生態(tài)效力價值均有不同程度的上升。研討提示了土地利用變化過程中地類轉(zhuǎn)變對生態(tài)效力價值的影響，介于生態(tài)效力價值核算方法的缺陷，未能表達(dá)不同單項生態(tài)效力價值的變化。根據(jù)Costanza、謝高地[13,14]等人的方法，湯潔等分析了松嫩平原腹地土地利用變化情況，制定區(qū)域單位面積生態(tài)系統(tǒng)效力價值系數(shù)[15]，生態(tài)效力價值系數(shù)的修訂為區(qū)域生態(tài)效力價值地準(zhǔn)確計算提供了保證。程麗麗等在遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)支持下，以TM圖像解譯數(shù)據(jù)為根底，全面分析了1986—2000年松嫩平原西部土地利用動態(tài)變化特征，以謝高地的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)效力單位面積價值為根底制定區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)效力價值系數(shù)，計算生態(tài)效力價值并分析了土地利用變化對生態(tài)效力價值的影響[16]，但計算偏重于生態(tài)環(huán)境功能，忽略了休閑、文化等人文方面。針對以往研討中的缺乏，程江等〔2021〕以Costanza等的分類法為根底兼顧城市生態(tài)系統(tǒng)的休閑和文化價值，[17]評價了上海中心城區(qū)1947—2006年土地利用變化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)效力價值功能的影響，提示了土地利用變化對生態(tài)效力價值的影響機制。

研討區(qū)域概略：

重慶市北碚區(qū)位于東經(jīng)106°18′14″、106°56′53″、北緯29°39′10″、30°3′53"，是重慶都市圈的重要組成部分，全區(qū)幅員面積755km2，快速城市化區(qū)域面積208.73km2，包括北溫泉、朝陽、天生街道三個城區(qū)；龍鳳橋、東陽街道兩個郊區(qū)；歇馬、蔡家崗鎮(zhèn)兩個工業(yè)主導(dǎo)區(qū)。城市化率從2002年36.22%上升到2021年63.70%，工業(yè)總產(chǎn)值由2002年56．76億元上升到2021年155.86億元，同比增長172.83%。

研討方法：

1、土地利用數(shù)據(jù)來源

研討采用的根本數(shù)據(jù)來源于北碚區(qū)2002、2005、2021年土地利用變卦調(diào)查資料，城區(qū)內(nèi)部分林地、水域等短缺數(shù)據(jù)由相應(yīng)3期遙感影像補充；其他數(shù)據(jù)由統(tǒng)計年鑒及相關(guān)職能部門提供。

2.土地利用變化表達(dá)

根據(jù)可以提供生態(tài)系統(tǒng)效力功能的地類，將土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、水域、未利用土地、濕地和建立用地，水域面積計為坑塘水面、水庫水面、湖泊及河流水面的總和，濕地面積為灘涂面積，僅工業(yè)主導(dǎo)區(qū)內(nèi)有濕地分布，對其利用變化的研討缺乏可比性，于是沒有進(jìn)展相關(guān)研討。

引進(jìn)土地利用變化率(R)等目的，描畫研討區(qū)內(nèi)的變化情況，目的表達(dá)式為：

R=〔kbi-kai〕/Kai 〔1〕

式中：kai—某區(qū)內(nèi)特定土地利用類型研討期初的面積，kbi—某區(qū)內(nèi)特定土地利用類型研討期末的面積。

3.生態(tài)效力價值修訂

謝高地等人在Costanza的根底上，根據(jù)中國的實踐情況，總結(jié)了氣體調(diào)理、氣候調(diào)理、水分調(diào)理、土壤構(gòu)成、廢物處置、生物多樣性維持、食物消費、原資料消費和文娛文化等在內(nèi)的9項生態(tài)系統(tǒng)效力功能，并對中國200位生態(tài)學(xué)者進(jìn)展問卷調(diào)查，得到了“中國不同陸地生態(tài)效力價值當(dāng)量因子表〞。

研討中采用了該當(dāng)量因子表，但針對北碚區(qū)詳細(xì)情況，對單位面積農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)展了修正：以北碚區(qū)2002～2021年平均糧食產(chǎn)量5727kg/hm2為基準(zhǔn)單產(chǎn)，糧食價錢具有一定的動搖性，故按2021年當(dāng)?shù)厥袃r1.75元/kg計算，思索到在沒有人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價值為1/7，得出北碚區(qū)農(nóng)田自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值為1431元/hm2，得到“北碚地域不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)效力價值〞。

4.生態(tài)效力價值計算

結(jié)果分析

1、土地利用變化

1.1土地利用時間變化

1.2土地利用變化空間差別

2、生態(tài)效力價值的評價結(jié)果及分析

2.1生態(tài)效力價值的時間變化

2.2生態(tài)效力價值空間差別

2.3生態(tài)效力價值構(gòu)造變化

1、土地利用變化

1.1土地利用時間變化

根據(jù)2002～2021年土地利用變化數(shù)據(jù)，分2個時段計算了區(qū)域土地利用面積變化(表2)得出了區(qū)域土地利用時間變化特征，首先，2002～2021年，土地利用變化總體趨勢是：耕地和未利用土地減少，耕地減少最多；園地、林地、水域和建立用地添加，以建立用地最多；但城區(qū)內(nèi)園地、林地、水域繼續(xù)減少。其次，2002～2005年，各分區(qū)園地和建立用地添加，以建立用地最多，其中工業(yè)主導(dǎo)區(qū)增量最大，城區(qū)其次，但城區(qū)出現(xiàn)了林地和水域減少的特有景象;相比之下，2005～2021年各分區(qū)耕地、園地、林地和未利用地減少，僅建立用地添加，其中耕地減少最多，工業(yè)主導(dǎo)區(qū)建立用地增量最大，城區(qū)其次。

1.2土地利用變化空間差別

根據(jù)土地利用變化數(shù)據(jù)，分區(qū)計算了2002～2005，2005～2021年土地利用變化率。變化率的分析不僅能反映單獨地類的變化情況，同時不同分區(qū)間的對比，也反映了土地利用變化的空間差別，假設(shè)某區(qū)域某種土地利用類型的變化率R>R(整體)，那么表示該區(qū)域這種土地利用類型變化較全區(qū)域大，即為土地利用變化的熱點地域[9]。2002～2005年，土地變化的熱點地域為城、郊區(qū)，其主要緣由為：一方面，城、郊區(qū)農(nóng)業(yè)內(nèi)部構(gòu)造調(diào)整；另一方面，由于城市根底設(shè)備的不斷完善，城、郊區(qū)也逐漸成為農(nóng)地非農(nóng)化頻繁發(fā)生的區(qū)域。2005～2021年，土地利用變化的熱點地域為工業(yè)主導(dǎo)區(qū)，其主要緣由為：一方面，工業(yè)的大規(guī)模開展導(dǎo)致大量其他土地轉(zhuǎn)變?yōu)榻⒂玫?；另一方面是工業(yè)的快速開展導(dǎo)致部分農(nóng)民放棄務(wù)農(nóng)，地類構(gòu)造發(fā)生猛烈變化。從整體看2002～2021年土地變化的熱點地域為城區(qū)和工業(yè)主導(dǎo)區(qū)。

2、生態(tài)效力價值的評價結(jié)果及分析

2.1生態(tài)效力價值的時間變化

從整體看，2002～2021年北碚總ESV減少，但2002～2005年，2005～2021年先增后減(表4)。2002～2005年，總ESV減少0.0474×108元，年均減少1.58×106元，年均變化-0.60%，耕地、未利用土地和建立用地ESV減少，其中，耕地ESV減少最多為0.0589×108元；2005～2021年總ESV減少0.1897×108元，年均減少6.32×106元，年均變化-2.45%，除濕地外，其他地類ESV均有減少，建立用地最多為0.1121×108元。綜合以上分析，建立用地的快速添加是總ESV減少的主要驅(qū)動要素。

2.2生態(tài)效力價值空間差別

從整體看林地ESV所占比重最大，其他地類上各分區(qū)存在差別，建立用地比重呈負(fù)值表達(dá)。2002～2021年，城區(qū)部分耕地、林地ESV占總ESV比重逐年減少，但2005～2021年的減少比重要小于2002～2005年，園地、水域的比重根本堅持穩(wěn)定。與城區(qū)相比，郊區(qū)擁有生態(tài)效力價值的地類主要有耕地、林地、水域、園地和建立用地，2002～2021年，耕地占總ESV的比重呈逐年平均減少趨勢，林地、水域所占的比重維持穩(wěn)定，整體看，隨著時間的推移，郊區(qū)生態(tài)效力價值組成根本維持穩(wěn)定。在工業(yè)主導(dǎo)區(qū)，耕地、園地、林地、水域、濕地和建立用地組成了生態(tài)效力價值的主要部分，2002年到2021年間，耕地ESV占總ESV的比重逐年減少，可視為均勻變化，建立用地減少量最多，整體上看，產(chǎn)生生態(tài)效力價值的主要地類沒有發(fā)生變化，只是不同地類占總ESV比重發(fā)生了變化。

2.3生態(tài)效力價值構(gòu)造變化

2002～2021年間，生態(tài)效力價值總量降低，其中除文娛休閑功能外，其他各項ESV均有不同程度的降低，以水源涵養(yǎng)和生物多樣性維護(hù)功能降幅最大。從詳細(xì)研討時段來看，2002～2005年氣體調(diào)理、原資料和文娛休閑功能呈小幅增長，其他各單項呈降低趨勢；2005～2021年各項功能均有不同程度減少，仍以水源涵養(yǎng)和生物多樣性降幅最大。

結(jié)論：

發(fā)現(xiàn)2002～2021年北碚總ESV先增后減，減少量大于添加量，共減少了0.05×108元，年均減少0.01×108元，年均變化率為0.32%；同時生態(tài)效力價值構(gòu)造變化較大，廢物處置、生物多樣性和原資料等某些單項效力功能相對減弱；變化熱點集中在城區(qū)與工業(yè)主導(dǎo)區(qū)，郊區(qū)各項目的維持穩(wěn)定。

城市的快速開展使得大量農(nóng)用地向非農(nóng)用地轉(zhuǎn)變是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)效力價值急劇降低的根本緣由。由于建立用地的大量添加，農(nóng)田、林地和水域面積的迅速減少等導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)效力價值的下降，為緩解北碚生態(tài)系統(tǒng)效力功能降低的問題,必需對該地域的人類活動進(jìn)展科學(xué)管理。第一，需求加強對林地的維護(hù)，經(jīng)過植樹造林、建立城區(qū)綠化帶和外圍防護(hù)林帶擴展城鎮(zhèn)綠化范圍,推進(jìn)沿江、沿河區(qū)域的景觀綠化建立；第二，科學(xué)規(guī)劃西南大學(xué)城這一“十二五〞規(guī)劃重點建立區(qū)域期間城區(qū)建立的重點區(qū)域，在大學(xué)科技園的不同分區(qū)之間設(shè)立綠地隔離帶，規(guī)劃建立綠地公園、規(guī)劃人工湖泊等高生態(tài)效力價值用地；第三，加強城鎮(zhèn)拓展區(qū)和沿江地域的濕地維護(hù)，設(shè)立沿江濕地維護(hù)區(qū)，制止破壞利用濕地，重點維護(hù)蔡家崗鎮(zhèn)等開展型城市的濕地資源，提高區(qū)域生態(tài)效力功能。

研討成果：

1、完成全部研討內(nèi)容，實現(xiàn)預(yù)期研討目的。

完成學(xué)術(shù)論文<快速城市化地域土地利用變化對生態(tài)效力

價值的影響——以重慶市北碚區(qū)為例>學(xué)術(shù)論文一篇