土地利用方式转变的生态服务价值研究——以城乡交错带西安郭杜教育科技产业开发区为例

张珊珊，李书恒*，刘 瑶，程 铄

(西北大学城市与环境学院，陕西西安710127)

土地利用方式转变的生态服务价值研究
——以城乡交错带西安郭杜教育科技产业开发区为例

张珊珊，李书恒*，刘 瑶，程 铄

(西北大学城市与环境学院，陕西西安710127)

城乡交错带土地利用方式的演变对区域生态服务价值变化影响显著。该研究基于1990～2010年西安市城乡交错带的土地利用/土地覆被变化情况，运用生态系统服务功能价值模型评估方法，研究土地利用方式转变与生态服务价值之间的关系，通过空间尺度的纵向与横向分析，进而推断出影响生态系统服务价值的主要驱动因素。结果表明:近20年来城乡交错带的土地利用结构决定其生态服务价值，该地区生态服务价值总体呈增加趋势，但建设用地面积剧增，林地、水域和草地面积的减少是总服务价值增加缓慢的主要影响因素;引起城乡交错带生态服务价值变动的主要因素由人口质量和城市化速率决定，并日趋明显。

土地利用/土地覆被变化(LUCC);生态系统服务价值(ESV);城乡交错带

土地是人类赖以生存的基础，人类的发展就是对土地加以开发利用从而使土地利用方式不断变化的历史。20世纪90年代以来，随着社会经济的发展，城镇化速度加快，土地利用方式更新速度更快，土地利用/覆被变化(LUCC)研究已成为全球环境变化的一个重要领域，引起国际组织和世界各国的普遍关注［1］。国际地圈－生物圈计划(IGBP)和全球变化中的人文领域计划(HDP)在1995年联合提出了“土地利用和土地覆盖变化”研究计划［2］。土地利用/覆被变化及人类活动对生态系统服务的影响是当前我国生态系统研究的重要方向之一［3］。刘纪远等研究了中国土地利用变化，揭示了土地利用变化的空间格局与驱动因素［4－5］。由于LUCC产生的环境效应十分巨大，它可引起各类陆地生态系统面积及其空间分布格局的变化，从而影响区域的生态与环境质量。因此，研究LUCC背景下区域生态系统服务价值(ESV)变化具有重要意义。

笔者将关注点放在了城乡交错带，以西安郭杜教育科技产业开发区为例，利用1990～2010年的影像图分析可得此区域土地利用转变明显迅速，转变方式为耕地向高新产业园区发展，故研究高新产业园区具有时代性，对耕地利用变化开展生态价值服务价值研究，分析其驱动因素对提高耕地的集约利用水平，改善盲目的“圈地运动”，促进经济稳步增长和生态环境质量的不断提高都有着重要的意义。

1 研究区概况

西安郭杜教育科技产业开发区位于古城西安的西南方向，地处关中平原腹地，南依秦岭，北接西安高新技术产业开发区，属于市区的边缘地带。地势平坦，交通便利，西万公路、西户公路、西汉高速以及西安绕城高速公路贯穿其中，“八水绕长安”之中的潏河、滈河穿境而过。该开发区是经国家五部委验收审核后保留下来的开发区(原名西安市郭杜工业园区)，总规划面积28 km2，是陕西省唯一一个以教育科研及成果转化、高新技术产业和文化产业发展为主导的省级开发区。在“新长安战略”的指引下，为充分发挥地区潜力和集群辐射效应，园区把推动城市化与推进教育科技产业的快速发展相结合，建设了校区、商业区、住宅区等多种集群形式(图1)，极大地促进了区域的经济发展。但是，这些集群是在耕地被大量占用的基础上建设而成的，耕地的锐减已成为园区的一大特征。

图1 西安郭杜教育产业开发区示意

该研究以耕地转变为其他利用类型为主要研究对象，结合长安区1990～2010年的影像图，选取1990年利用方式为耕地，如今已转变为其他利用类型的区域，包括5种转变方式:校区、商业区、工业区、住宅区、公园。经过实地调查，分析影像图得到各区域的面积，代入模型计算，得知转变前后各区生态服务价值并分析其驱动因素。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 生态系统服务价值(ESV)。生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它不仅为人类提供食物、医药及其他工农业生产的原料，而且维持人类赖以生存和发展的生命支持系统［6］。Costanza将生态系统服务功能划分为17类，即水供应、大气调节、气候调节、扰动调节、水调节、土壤流失控制和沉积物保持、土壤形成、营养物质循环、水处理、传粉、生物控制、躲避居留区、食物生产、原材料、遗传资源、娱乐、文化等，并采用不同的方法对不同生态系统的服务价值进行了计算［7］。该研究考虑到计算中的限制性因子，对生态系统服务价值采用如下4种分类:供给功能、调节功能、支持功能和文化娱乐功能。这4种功能完全涵盖了Costanza提出的17种功能，两者内涵一致。

(1)供给功能，即从生态系统获得的产品，包括粮食、洁净水、燃料、纤维生物化学物质、基因资源。

(2)调节功能，即从生态系统过程的调节作用而获得的效益，包括调节气候、控制疾病、调节水分、净化水源。

(3)支持功能，包括土壤形成、养分循环、初级生产。

(4)文化娱乐功能，即从生态系统获得的非物质效用与收益，包括精神与宗教方面、娱乐与生态旅游、美学方面、教育功能、故土情、文化继承等。

2.1.2 生态服务功能价值模型。谢高地等［8］、冉圣宏等［9］在对我国不同省市研究讨论确定的中国主要土地利用类型单位面积的生态价值，确定了中国土地利用类型单位面积生态服务价值模型(表1)。

首先根据当地实际情况对数据进行修正。尤其是水域，因为研究区水域已遭受大面积污染，并且相当一部分水域为景观水域，根据其污染程度和开放时间对数据进行修正。其次结合生态服务4大功能分类的内涵，把表1模型归结为研究区不同土地利用类型单位面积的生态价值(表2)。

表1 中国不同土地利用类型单位面积生态服务价值 元/(hm2·年)

表2 研究区不同土地利用类型单位面积的生态价值 元/(hm2·年)

其中耕地包括旱田和水田;林地包括林地、灌木林地、疏林地、未成林造林、迹地、苗圃;草地包括天然草地、改良草地、人工牧草、荒草地;住宅用地包括城市用地、建制镇用地、农村居民点和交通用地;水域包括河流、湖泊、水塘和景观水域;其他为未利用地。

根据Costanza等对ESV估算原理和方法的研究，生态系统服务价值的计算公式如下:

式中，ESV为生态系统服务总价值(元);VCk为各土地类型单位面积服务价值［元/(hm2·年)］;Ak为研究区内土地利用类型的分布面积(hm2);ESVf为生态系统单项服务总价值(元);VCfk为单项服务功能价值系数［元/(hm2·年)］。

2.2 数据来源及处理 基础数据来源于1990～2010年《西安统计年鉴》，实地观测调研及同区域1990年、2010年影像图。根据土地利用现状及研究需要，将西安郭杜教育科技产业开发区的土地分为草地、林地、水域、建设用地(包括居民点及工矿用地、交通运输用地、水利设施用地)和未利用地5种类型作为研究对象。

3 结果与分析

3.1 纵向分析 研究区1990年耕地与2010年转变为住宅区、商业区、工业区、校区及公园后产生的生态服务价值对比见表3。

1990～2010 年西安市城市化迅速发展，尤其是城乡结合部的产业园区，耕地日益减少，建设用地逐年增加，呈现郊区城市化现象。由表3可知，耕地转变为其他土地利用区域后，供给功能下降，调节功能剧增，总体生态服务价值呈上升趋势。相较之下，公园区提供的生态服务价值最高，而工业区及住宅区偏低。

表3 1990～2010年郭杜教育产业园区生态服务价值元/(hm2·年)

3.2 横向分析 以2010年为例，在同一时间尺度上对郭杜产业园区内的不同区域的展开调查研究。各区域的选取面积及生态服务价值见表4。

表4 2010年郭杜教育产业园区各分区不同土地利用类型的面积及生态服务价值 元/(hm2·年)

由表4可知，2010年各分区土地利用结构均以建筑用地为主，其所占比例分别为:工业区85%、住宅区70%、商业区65%、校区56%、公园25%，表明1990～2010年研究区土地利用转型变化较大，建设用地持续增加，由于城乡交错带的进一步城市化，在未来时段内城市化与工业化将进一步推进，与区域战略相吻合的同时带来人们不易察觉的生态效益问题。土地转变为不同利用方式的生态服务价值变化动向，促使人们更加关注土地转型过程中的生态效益变化。从各分区的年平均生态服务价值可以看出，公园区的生态服务价值最高，给人们带来的环境享受贡献最大;但在以提高GDP为主的城市化进程中，经济的发展必不可少，因此，提高商业区及工业区的生态服务价值也显得尤为重要。

3.3 驱动因素分析 在LUCC机制研究中，驱动力问题一直备受关注。虽然影响耕地数量变化的因素繁多，但起主要作用的还是自然因素和人文因素两个方面。目前，在耕地利用变化驱动力的研究中，运用主成分分析方法来探究西安市城乡交错带的土地利用变化与驱动力之间的相互关系的方法较为常用［10］。

3.3.1 自然驱动因素。据考证，从大的时间尺度看，自然因素能对耕地数量产生重要的影响，但在研究期(1990－2010年)这样的小尺度时间范围(20年)内，自然因素对耕地利用的影响相对于人类活动所造成的影响来说并不明显［11］。因此，自然因素不是西安市城乡交错带土地利用动态变化的主要驱动因素。

3.3.2 人文驱动因素。

(1)人口增长对该区土地利用变化的驱动力影响机制。人口数量的变化是影响耕地变化的主要因素之一，目前开发区内外已有陕西师范大学、西北大学、西安电子科技大学等20多所高校入驻，在校生人数超过15万。人口迅速增长导致对工业用地、商业用地、建设用地、绿化用地等方面的需求进一步增大，随着资源深化的利用(即内部挖掘与重组以扩大量)，其结果是土地利用格局发生变化，加剧耕地面积的减少。从1990～2010年郭杜镇人口统计资料可以看出，开发区人口总数呈现迅猛增加趋势，尤其2000～2010年人口跃升幅度达105.8%，增幅明显(表5)。该区人口的增长，一方面导致建设用地的增加，农用地面积的减少;另一方面，引起产业结构和城镇化水平的变化，从而影响土地用途的使用，促使土地利用也发生变化。

表5 1990～2010年长安区郭杜镇长住人口统计

(2)产业结构调整对该区土地利用变化的驱动力影响机制。自1990年起，郭杜镇经济快速发展;从1995年西安郭杜教育科技产业开发区成立后到2010年，其发展更是全面驶入快车道，城乡居民收入快速增长，生活质量明显提高。此成就得益于这20年来的产业结构调整，区域经济系统产业结构的演进也引起土地资源在不同产业部门间的重新分配［12］。经过多年的发展，该区已形成了科研开发和产业基地型科技园区的雏形，2008年开发区实现社会总产值25.14亿元，财政总收入2.4亿元;固定资产投资24.1亿元;招商引资总额26亿元。到2010年郭杜开发区GDP达到130亿元，财政收入5亿元，农民人均收入1万元，促使长安区的生产总值、财政一般预算收入、城乡居民收入等主要经济指标增速在西安市排名前三。目前，开发区已累计引进招商投资项目195个，引资额219亿元，同时也相继建成樱花广场、郭杜公园、森林公园等城市生态功能区域。开发区为保持区域经济和社会事业的持续快速发展，必然会改变土地利用结构，导致耕地面积进一步减少。

4 结论与展望

总结Costanza、谢高地等提出的生态服务价值模型［13］，将西安市长安区城乡交错带郭杜教育科技产业开发区1990～2010年的土地利用结构做了调查归纳，分析了土地利用/覆被变化(LUCC)的背景下的生态服务价值效应。研究表明西安市城乡交错带在城市化发展过程中生态服务价值总体呈增加趋势，主要得益于本区草地面积的增加，但建设用地面积剧增，林地和水域面积的减少是总服务价值增加缓慢的主要影响因素。郭杜开发区人口增长及产业结构调整是城乡交错带城市化过程中显著的基本特征，表现在建筑用地通过大量占用耕地扩展，非城镇用地间结构变化明显。土地利用过程中既带来了巨大的经济效益，同时也引发了生态环境问题，因此，在土地资源利用的同时必须注重其环境效应的影响，促进生态服务价值的不断提高。

基于以上分析，提出西安市城乡交错带土地资源可持续利用的相关对策和措施:首先，要正确处理人口、资源、环境与发展的关系;其次，合理调整土地利用结构，切实保护耕地，尤其是减少非农用地对耕地的占用;划定基本农田保护区，提高土地利用率;最后，充分利用土地资源并加强土地管理，完善土地管理的各项制度和法规。在土地资源利用的同时须重视环境问题，减少污染，切实确保西安市城乡交错带，实现土地利用及生态系统服务的协调可持续发展。

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Ecological Service Value Research about the Changes in the Modes of Land Use—Taking Urban-rural Fringe Xi＇an Guodu Education Science and Technology Industrial Development Zone as an Example

ZHANG Shan-shan，LIShu-heng et al (College of Urban and Environment，Northwest University，Xi’an，Shaanxi710127)

The evolution of land utilization in rural-urban fringe hasa significanteffecton the value change in regionalecological service.Based on variation of land use/land coverage in urban-rural fringe in Xi’an City during 1990-2010，using assessmentmethod of eco-system service functional valuemodel，the relationship between land useway conversion and eco-service valuewas elaborated.Through vertical and horizontalanalysis of spatial scale，themain driving factors influencing eco-system service valuewere obtained.The results showed that in recent20 years，the land use structure of urban-rural fringe determines its ecological service value，and the value ofecosystem services in the region overall showed an increasing trend.But the sharp increase in construction area，and the reduction in area of forest land，water and grassland are themain factors for the slow increase of the total service value.Themain factors causing the changes in ecological service value ofurban-rural fringe are the quality of the population and the rate of urbanization，which have become increasingly obvious.

Land use/land cover change(LUCC);Ecosystem services value(ESV);Urban-rural fringe

S28;F301.24

A

0517－6611(2014)18－06008－04

国家级大学生创新创业训练性计划项目和西北大学创新创业计划项目(2012015)。

张珊珊(1992－)，女，山东莱芜人，本科生，专业:环境科学。

*通讯作者，副教授，博士，从事环境演变与人类活动的关系研究。

2014-05-23