都市边缘区土地利用变化及生态服务价值损益分析*——以北京市昌平区为例

唐秀美，潘瑜春，陈百明，张蕾娜

(1.国家农业信息化工程技术研究中心，北京100097;2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101;3.国土资源部土地整理中心，北京100035)

生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务，自然资产含有多种与其生态服务功能相应的价值［1-2］。长期以来，由于对生态系统服务价值缺乏充分的认识，人们较多地考虑环境与资源可实现的直观经济价值，较少顾及其潜在的社会与环境价值，对生态系统服务造成了较大的损害，大大减少了人类的应得福利，进而影响人类在整个生物圈中的可持续性［1］，分析与评价生态系统服务功能的间接价值已成为当前生态学与生态经济学研究的前沿课题［3］。国际和国内基于各种时空尺度的自然资源价值评估工作已从生态系统服务、自然资本、生态资产、生物多样性等角度大量展开，在相关理论、方法和应用的广度和深度上取得了前所未有的进展［4］。众多学者已重视并开展了对全球尺度、国家尺度、区域尺度以及单个生态系统和生态系统单项服务的价值评估研究［5-13］。土地是各种生态系统的载体，土地利用/覆盖变化是人类活动与自然环境相互作用的集中体现，在全球环境变化和可持续发展研究中占有重要的地位［14］。土地利用/覆盖变化在改变地表自然景观面貌的同时引起了生态系统功能和结构的改变，其变化过程对生态系统服务功能的维持起到决定性的作用［15］。北京市昌平区处于北京市的边缘，在北京市主体功能区划中定位为城市发展新区，近年来随着城市扩张，各种土地利用类型变化较大，特别是建设用地面积急剧增加，侵占了大量的耕地，对区域的生态环境产生了一定影响，该研究的目的旨在定量研究土地利用变化造成的生态服务价值的损益程度，量化土地利用结构对区域生态系统服务价值的影响，将生态系统服务价值核算引入到土地利用决策当中，以期促进区域土地资源的合理开发和可持续利用，保护区域生环境，推动区域自然社会经济系统长期协调发展。

1 研究区概况与数据来源

昌平区位于北京市西北部太行山脉与燕山山脉交汇处，是首都的中郊区，最南端距市中心10km。区域面积1 343.5km2，辖15个镇、2个街道办事处和北企公司，常住人口82.9万。昌平地处平原与山区连接地带，西北部的山区、半山区占全区总面积的59.2%。在北京市各区县的功能定位划分中，昌平属于城市发展新区。根据2005年国务院批准的《北京城市发展总体规划》，昌平新城被确定为首都规划建设的11个新城之一，功能定位是“重要的高新技术研发产业基地，引导发展高新技术研发与生产、旅游服务、教育等功能”。区域协调快速发展对北京市有重要的作用。

该研究数据来源为昌平区1993年、2001年、2007年三期土地利用现状图。3期图件在ArcGIS中进行了标准化校正处理，之后在ArcGIS中统计进行了各用地类型面积的统计和转移矩阵的计算。

2 昌平区土地利用变化

3.1 各土地利用类型面积变化

结合2007年的国标分类体系，对昌平区主要的土地利用类型进行综合，共有9个一级类，14个二级类。其中湿地和城市绿地是通过对遥感影像进行解译的方法计算得到的，单独解译出来的目的是因为这两种土地利用类型虽然面积不大，但是其生态服务价值较高，有必要单独进行计算，城市绿地主要包含的地类主要是指公园绿地。对三期的土地利用图件进行统计，得到三期土地利用类型的面积分布情况，如表所示。

表1 昌平区1993年、2001年、2007年各土地利用类型面积及比例

从表1中我们可以看出，昌平区的主要用地类型面积为灌木林地、建设用地和水浇地，特别是灌木林地的面积一直占到30%以上;1993～2007年间，各种用地类型的面积发生了较大的改变，其中，耕地、园地、草地面积不断减少，各种林地、建设用地的面积不断增加，水域、荒土地、城市绿地的面积先增加后减少，建设用地面积增加的幅度较大，特别是1993～2001年，增加的幅度较大。

2.2 土地利用类型转换

土地利用类型的相互转换情况，可以利用土地利用转移矩阵来进行分析。它可以反映出各土地利用类型由T时刻向T+l时刻的转换过程。对三期土地利用现状图导入到ArcGIS中进行叠加分析，并利用Arc-GIS的空间分析功能，提取土地利用转移矩阵，从而分析研究区土地利用时空格局变化状况。

表2 1993～2001年各用地类型转移量矩阵 %

表3 2001～2007年各用地类型转移量矩阵 %

通过转移矩阵的分析，可以得知各种土地利用类型变动的来源和去向，从而为土地利用类型决策提供依据。从表2和表3中我们可以看出，1993～2001年，各种用地类型之间的转换较为频繁，其中，耕地面积减少，主要原因是建设用地的占用;园地面积减少，主要原因是建设用地和林地、草地的占用;各种林地面积增加，主要是由耕地和林地转换而来;天然草地面积变动较少，其他草地面积减少主要是转换为林地和建设用地;水域面积增加，主要是耕地的转换;荒土地和公园绿地变动幅度较小，建设用地面积增加，主要是由于其他各种用地类型都向建设用地进行了较大的转换，特别是耕地。而从2001年到2007年，各种用地类型之间的转换相对比较少，用地类型的面积变化也比较少，除了各种用地类型特别是耕地大量的转换到建设用地之外，其他用地类型之间的相互转换程度比较微弱，相对比较稳定。

3 昌平区生态服务价值损益分析

3.1 土地利用类型及其生态服务价值

当前有关生态服务价值 (ESV)的研究很多，研究方法多样。国际上引用率比较高的是Costanza在1997年《Nature》杂志上发表的关于全球生态系统服务价值和生态资本的文章［1］，但是该研究成果对中国的实际情况并不完全适用。国内比较权威的研究结论是谢高地的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表［7］。由于该表是以全国平均水平状况下的农田每年自然粮食产量的经济价值为基准的，直接用来作为北京市使用并不合理，因此该研究对中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表进行了空间尺度和时间尺度上的修正，使之适合于北京的实际情况。时间尺度上，采用2008年的全国平均粮食单产市场价值，将其修正到2008年的价值水平上，空间尺度上，采用的方法是采用生物量 (NPP)进行修正，将生态服务价值由全国校正到北京市［16］。针对中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表对土地利用类型分类较少的缺陷，该研究通过专家咨询法，结合已有的研究，对北京市的土地利用类型的生态服务价值进行了细分处理［17］，最终得到了北京市昌平区各土地利用类型单位面积生态服务价值。

表4 昌平区各土地利用类型的单位面积生态服务价值表 hm2

3.2 土地利用类型生态服务价值损益分析

根据表4的单位面积价值，将其与土地利用类型的面积进行计算，得到昌平区3期土地利用类型生态服务价值的总值。从表5中可以看出，1993～2007年，昌平区生态服务价值总体是不断减少的趋势，从1993年的2.39×109元减少到2001年的2.27×109元，到2007年又减少到2.16×109元。昌平区的生态服务价值组成中，最重要的是灌木林地，占到40%左右，而且比例是不断增加的，其次是水域和水浇地，说明灌木林地、水域、水浇地是昌平起到重要生态作用的用地类型。另外，园地、有林地、其他林地也占到了较高的比重。分析各种土地利用类型生态服务价值总量的变化情况，其与对应的土地利用类型面积的变化情况是一致的，但是比例变化有所不同，耕地生态服务价值总量与比例同时降低;园地生态服务价值总量不断减少，但所占比例是先减少后增加的，各类林地的生态服务价值总量和比例是同时增加的;天然草地变化较小，其他草地的生态服务价值总量和比例同时减少;水域的生态服务价值总量和比例都是先增加后减少的;湿地生态服务价值总量不变，但是占的比例不断增加;荒土地生态服务价值和比例都是先增加后减少;城市绿地生态服务价值和比例都是先增加后减少;建设用地的价值是减少的。

表5 昌平区1993年、2001年、2007年各土地利用类型生态服务价值

4 结论与讨论

(1)1993～2007年，北京市昌平区的土地利用类型面积发生了较大的变化，耕地、园地、草地面积持续减少，林地、建设用地面积不断增加，建设用地的面积不断增加，而且增加的幅度较大，其他用地类型的面积变化幅度较小。相对来说，1993～2001年的变化较为剧烈，土地利用类型之间的相互转换较为频繁，特别是大量的土地利用类型转换为建设用地面积。2001～2007年，各个土地利用类型之间的转换相对较为平稳，其中有较大面积的土地利用类型转换为建设用地。

(2)1993～2007年，昌平区的生态服务价值总值是不断减少的，占主要比例的用地类型为灌木林地，而且灌木林地的生态服务价值总值和比例是不断增加的。其他用地类型的生态服务价值总量变化与其面积有直接关系，但占生态服务价值的总量的比例变化有所不同。

(3)总体来说，昌平区的土地利用类型变化趋于平稳，这说明政府规划和土地用途管制制度落实到位。生态服务价值总体降低，幅度不大，重要生态用地类型受到了应有的保障，生态服务价值的降低主要原因是由于耕地面积的不断减少，而耕地面积减少的主要原因是由于建设用地的占用，因此，应该在当前保护重要生态用地类型面积不减少的情况下，严格控制耕地的不合理占用，保障区域的生态安全。

［1］Costanza R，Arge R，Groot R.et al.The value of the world’s ecosystem services and natural capita.Nature，1997，386:253 ～360

［2］Repetto R.Accounting for environmental assets.Scientific American，1992:64～70

［3］Costanza R.Introduction special section:from oil valuation ofecosystem services.Ecelogical Values，1998，7(4):423 ～441

［4］赵军，杨凯.生态系统服务价值评估研究进展.生态学报，2007，27(1):346～356

［5］赵景柱，徐亚骏，肖寒，等.基于可持续发展综合国力的生态系统服务评价研究——13个国家生态系统服务价值的测算.系统工程理论与实践，2003，23(1):121～127

［6］吴刚，肖寒，赵景柱，等.长白山森林生态系统服务功能.中国科学 (C辑).2001，31(5):471～480

［7］欧阳志云，赵同谦，赵景柱，等.海南岛生态系统生态调节功能及其生态经济价值研究.应用生态学报，2004，15(8):1395～1402

［8］谢高地，鲁春霞，冷允法，等.青藏高原生态资产的价值评估.自然资源学报，2003，18(2):189～196

［9］段瑞娟，郝晋珉，张洁瑕.北京区位土地利用与生态服务价值变化研究.农业工程学报，2006，22(9):21～28

［10］陈仲新，张新时.中国生态系统效益的价值.科学通报，2000，45(1):l7～22

［11］Guo Zhongwei，Xiao Xiangming，Gan Yaling，et al.Ecosystem functions，services and their values:a case study in Xinshang County of China.Ecological Economics，2001，38(1):141 ～154

［12］Loomis J，Kent P，Strange L，et al.Measuring the economic value of restoring ecosystem services in an impaired river basin:results from a con-tingent valuation survey.Ecological Economics，2000，33:103～117

［13］Lal P.Economic valuation of mangroves and decision-making in the Pacific.Ocean＆ Coasta lManagement，2003，46:823 ～846

［14］Jakobsson，Christin M，Eglar E.Contingent valuation and endangered species:methodological issues and applications.Cheltenham:Edward Elgar Press，1996

［15］李秀彬.全球环境变化研究的核心领域—LUCC的国际研究动向.地理学报，1996，5l(6):553～558

［16］吴大千，刘建，贺同利，等.基于土地利用变化的黄河三角洲生态服务价值损益分析.农业工程学报，2009，25(8):256～261

［17］Tang Xiumei，Chen Baiming，Lu Qingbin，et al.Comprehensive evaluation of land use ecosystem service value in Beijing .Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis.2011，47(5):853～862

［18］唐秀美，陈百明，路庆斌，等.生态系统服务价值的生态区位修正方法—以北京市为例.生态学报，2010，30(13):3526～3535