宁波市城市化发展对区域生态系统服务价值的影响

孟 悦

(中国地质大学(北京) 人文经管学院，北京 100083)

宁波市城市化发展对区域生态系统服务价值的影响

孟 悦

(中国地质大学(北京) 人文经管学院，北京 100083)

采用城市化综合水平测度模型、生态系统服务价值评价模型及Pearson相关分析方法，在GIS技术支持下，以宁波市1991—2014年城市化相关数据和土地利用变更调查成果为基础数据，定量评价和分析区域城市化发展水平、生态系统服务价值以及二者之间的关系。结果表明：(1)宁波市各项城市化指数均呈逐渐递增趋势，城市化发展进程呈阶段化特征。快速城市化水平驱动区域经济高速发展，同时导致建设用地面积大幅度增加。(2)宁波市生态系统服务价值总体变化呈先增后减趋势，各县(市、区)生态系统服务价值空间分布差异显著，区域城市化水平越高其所贡献的生态系统服务价值越低。(3)当前城市化发展水平与生态系统服务价值演变之间呈显著负相关，经济城市化和土地城市化对生态系统服务功能产生的负面影响较为显著。快速城市化引起区域土地利用的剧烈变化，导致生态景观格局转变，城市人口集聚与工业化导致过度消耗资源与废物排放，对生态系统服务功能产生负面影响。建议提高宁波市城市化发展质量，注重与经济和社会的协同发展。

生态系统服务价值；城市化；皮尔森相关分析；宁波市

0 引言

城市化是人类文明发展的自然历史进程。18世纪以来，城市化是继工业化之后席卷全球的大浪潮，成为全球经济转型和环境变化的直接驱动力[1]。改革开放以来，中国经历了历史上规模最大、速度最快的城市化进程，城市化率从1978年的17.9%上升到2014年的54.77%，城市发展取得了举世瞩目的成就。然而城市化在拉动经济发展和提升民生福祉的同时，由于其规划失误也带来了诸如生物多样性丧失、热岛效应、交通拥堵等“城市病”的困扰[2-3]。从生态入手，以城市生态理论为指导，量化、分析和研究城市生态系统服务、功能及其调控机制，进而提高城市可持续性，已成为生态学和相关学科共同关注的热点。G.C.Daily[4]，R.Constanza等[5]将生态系统服务研究工作真正推动到科学意义上，形成了较完整的生态服务价值评估框架。目前，国外主要对生态系统服务之间的相互联系与作用[6-9]、影响机制[10-14]、空间制图[15-17]以及与人类社会福祉关系[18-20]等方面进行研究；国内学者从不同空间尺度[21-25]和不同生态类型[26-31]对生态系统服务价值进行了大量研究，大多基于土地利用角度进行[32-35]，近年来部分学者也进行了城市化与生态系统服务价值的关联研究[36-41]，当前研究大多针对某一区域，以静态的、物质量评估为主，对物质量的动态变化研究相对较少，关于城市化过程与生态系统服务价值的影响机理分析还有待深入。

本研究以位于长江三角洲南翼、长三角五大经济区域中心之一的宁波市作为案例。改革开放以来，宁波市经济持续快速增长，经济发展水平居全国前列，城市化水平由1990年的31.1%提高到2014年的70.3%，高速的城市化步伐虽然大力推动了区域经济的快速增长，但也给宁波市生态环境带来了巨大冲击。因此，本研究采用城市化综合水平测度模型、生态系统服务价值评价模型及Pearson相关分析，在GIS技术支持下，定量评价该区域生态系统服务价值及其时空变化特征，分析其城市化发展水平，在厘清区域城市化-土地利用变化-生态系统服务价值关系的基础上，找出引起生态系统服务变化的主要原因，并提出解决问题的对策措施，为区域新型城镇化建设、环境保护及政府决策提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源及处理

土地利用变化数据采用宁波市土地利用变更调查成果数据，城市化相关数据来源于《中国城市统计年鉴》和《宁波统计年鉴》。根据宁波市土地利用现状及特点，参照已有的相关研究[24]，将研究区的土地利用生态系统分为林地、草地、耕地、湿地、水域和其他土地。

1.2 研究方法

1.2.1 城市化水平测度。为全面反映宁波城市化发展水平，结合宁波市实际发展情况，参照陈明星等[42]的研究，建立由人口城市化、经济城市化、土地城市化、社会城市化4个一级指标，非农业人口、二三产业从业人口等14个二级指标构成的城市化综合评价指标体系(表1)。运用极差标准化法对原始数据进行标准化处理，采用多目标综合评价模型计算城市化指数，计算公式为：

式中：U为城市化综合水平；Si为指标标准值；Wi为指标权重。

表1 宁波城市化水平综合评价指标体系Tab.1 Comprehensive evaluation index system on urbanization in Ningbo City

1.2.2 生态系统服务价值计算模型。参照R.Costanza等[5]和谢高地等[43]提出的生态系统服务价值计算模型和单位面积生态服务价值当量表，以2014年地均粮食产量水平对宁波单位面积生态服务价值当量进行系数修正[44]，得到宁波市森林、草地、农田、湿地、河流/湖泊、荒漠六类用地的单位面积生态服务价值当量(表2)。建设用地生态系统服务价值为0。其计算公式为：

式中：ESV为生态系统服务价值；Ai是第i类土地利用的面积；Ci是第i类土地利用的生态系统价值系数；ESVj是生态系统第j项服务功能的价值；Cij是第i类土地利用的第j项服务功能价值系数。

表2 宁波市单位面积生态服务价值当量表 元/hm2Tab.2 Per unit area of different ecosystem services value in Ningbo City

2 结果与分析

2.1 区域城市化水平

根据宁波城市化水平综合评价指标体系，运用多因素综合评价法对宁波市的人口城市化、经济城市化、土地城市化、社会城市化和综合城市化水平进行测度(表3)。宁波市各项城市化指数呈逐渐递增趋势，综合城市化指数由1991年的0.275增长到2014年的0.374，年均递增0.159 6，其他4项由高到低依次是经济城市化、土地城市化、社会城市化和人口城市化，说明1991年以来宁波市城市化以经济增长和土地非农化快速演变为主要特征。1991年以来宁波城市化发展进程可以划分为2个阶段：平稳发展时期(1991—1996年)和高速发展时期(2005—2014年)。第一个阶段宁波城市化综合水平由0.031 5增加到0.565，同期土地城市化水平未发生变化。1996年以后，宁波城市化综合水平变化显著，从0.144 6提高到0.321 9，年均增加0.236 7，土地城市化从1996年的0.000 6迅速增加至2014年的0.002 5，是上一阶段的3.28倍。2005年起，宁波城市化进入新型发展阶段，城市化水平从2005年的57.2%增加至2014年的70%，快速的城市化成为宁波市经济迅速发展的主要推动力，东部新城建设迈出实质性步伐。在此期间，随着建设用地面积的大幅度增加，林地、湿地、水域、其他土地面积均呈减少趋势。分析表明，1996年是宁波城市化发展的转折点，从此城市化进程进入了高速发展时期。

表3 宁波城市化发展指数与生态系统服务功能的相关系数Tab.3 Correlation matrix of urbanization development index and ecosystem services in Ningbo City

2.2 生态系统服务价值变化特征

2.2.1 生态系统服务价值时间变化特征。纵观1991—2014年宁波市生态系统服务总价值变化，23年间减少25.13亿元，年均减少1.09亿元。总体变化呈先增后减趋势，2005年以后，宁波市生态系统服务总价值大幅锐减，9年间共减少33.83亿元。从城市化水平分析可知，2005年起，宁波城市化进入新型发展阶段，快速的城市化带动经济迅猛发展，土地非农化演变剧烈，导致该时期生态系统服务价值随之骤减。从各类用地ESV的动态变化来看(图1)，宁波市各类生态系统服务价值中林地所占比例最大，其次为湿地和水域。1991—1996年间，耕地和湿地生态系统服务价值分别减少4.57亿，2.17亿元，林地、水域、其他土地呈增长趋势，草地保持不变。1996—2005年，草地、耕地、湿地和其他土地生态系统服务价值均有减少，其中变化最大的是湿地，9年间生态系统服务价值减少14.41亿元；林地、水域生态系统服务价值分别增加16.59亿，13.30亿元，在一程度上弥补了其他地类生态系统服务价值的损失。1999年国家实行了退耕还林的试点工程，国务院于2002年正式将退耕还林作为一项政策在全国推行，因此这一时期林地比例呈大幅度增长。2005—2014年，湿地生态系统服务价值变化最大，主要是由于大面积的滩涂被开垦，导致湿地面积大幅减少，湿地对生态系统的贡献仅次于林地，随着面积的减少必然会导致相应服务价值量的下降；其次，林地、耕地生态系统服务价值分别减少14.02亿，9.99亿元；水域较前两个时段相比生态系统服务价值有所增加，所占比例由14.29%上升至17.92%。

图1 宁波市1991—2014年各类用地ESV价值量及变化Fig.1 Ecosystem services value and change of each land use type in Ningbo City during 1991—2014

从各项生态系统服务功能价值及变化来看(图2)，水文调节、废物处理、气侯调节和保持土壤服务功能对宁波市生态服务价值贡献最大。1991年以来，随着飞快的经济发展及高速的城市化进程，宁波市建设用地呈加速扩张趋势，大量土地非农化，导致对生态系统服务贡献较大的林地、湿地及耕地面积不断减少，势必会引起相应的单项生态系统服务功能降低。1991—1996年间，食物生产、气候调节和保持土壤服务功能价值分别减少0.65亿，0.80亿，0.54亿元；其他生态系统服务功能价值均有所增加，其中，水文调节功能贡献最大，5年间增加了1.40亿元。1996—2005年，除食物生产和气候调节有所减少外，其他均有不同程度的增加，9年间水文调节增加4.15亿元；2005—2010年除食物生产外，其余各项均有所减少；2010—2014年各项服务功能价值均呈减少趋势。总体来看，1991—2014年间除原材料生产和气体调节服务功能价值有所增加外，其他生态系统服务功能价值均有不同程度减少，其中气侯调节、废物处理服务功能价值分别减少10.04亿，8.80亿元。

图2 宁波市1991—2014年各项生态系统服务功能价值量及变化Fig.2 Value and variation of each ecosystem function in Ningbo City during 1991—2014

2.2.2 生态系统服务价值空间变化。研究期内，宁波市各县(市、区)生态系统服务价值空间分布差异显著(图3)。生态系统服务价值较高的区域主要分布在宁波市远郊县(市)；除鄞州区外，中心五城区的生态系统服务价值极低，中心城区以建设用地为主要用地类型，是宁波市行政、经济、商业等的核心区域，所承担的生态系统服务贡献较小，在不同程度上还会产生负效应。1991，1996年生态系统服务价值在区域分布上差异不是很显著，其中，慈溪市所提供的生态系统服务价值贡献最大，分别为84.38亿，82.41亿元；2005年生态系统服务价值区域分布发生显著变化，生态系统服务价值高值集聚区由宁海县转为象山县，其次为慈溪和鄞州区；2010，2014年，生态系统服务价值高值区主要集聚在宁海县和象山县，较2005年慈溪和鄞州区有所减少。23年间，生态系统服务价值高值区集棸在宁海县最主要原因是其县域内分布大量的林地，占该县土地总面积比例分别为50.32%，51.72%，32.42%，55.36%，2005年占地比例有所下降。因此，导致生态系统服务价值由高值集棸区向其他地区发生转移。

从1991—2014年生态系统服务价值变化(图3f)可知，除象山、宁海、余姚和奉化有所增加外，其余各区均有不同程度的减少，其中慈溪变化最大。总体上生态系统服务价值空间差异同区域内土地利用结构有关，生态服务高值区多集中在林地、耕地及水域占地比例大的区域，如宁海县2014年林地比例为50.83%，占土地总面积的一半以上，象山县林地、耕地和水域占地比例分别为43.82%，16.01%，14.83%，三类用地共占土地总面积的74.66%，因此该区域所承担的生态系统服务价值明显高于林地、耕地及水域占地比例小的区域；其次，低值区主要分布在城市化率比较高的地区，如海曙区和江东区，两区城市化率为100%，截至2014年末，区域内建设用地比例分别占其土地总面积的89.61%，91.91%，同期该区域生态系统服务价值仅有0.26亿，0.26亿元，因此，土地利用结构分布及城市化水平不同程度影响和制约着区域生态系统功能服务及价值变化。

2.3 城市化与生态系统服务之间的关系

利用SPSS软件对宁波城市化水平和不同生态系统服务功能进行Pearson相关分析(表4)。可以看出，宁波综合城市化发展水平与生态系统服务功能之间呈显著负相关，并通过0.05信度水平检验，表明在城市化快速发展过程中，随着人口集聚、工业化和建设用地扩张，区域土地利用的剧烈变化直接影响到区域生态系统服务结构和功能，导致区域生态系统服务总价值降低。不同城市化水平与原材料生产、气体调节间均不存在显著的相关关系，与食物生产、气候调节、废物处理功能的负相关性普遍比水文调节、保持土壤、维持生物多样性和提供美学景观功能显著。其中，人口城市化与食物生产功能之间的相关系数最大，经济、土地和社会城市化均对气候调节功能影响最显著，通过0.01信度水平检验。

图3 宁波市1991—2014年各县(市、区)生态系统服务价值空间分布及变化Fig.3 Spatial distribution of each county(city, district)ecosystem service in Ningbo City during 1991—2014 表4 宁波城市化水平与生态系统服务功能的相关系数 Tab.4 Correlation between urbanization and ecosystem services in Ningbo City

城市化水平食物生产原材料生产气体调节气侯调节水文调节废物处理保持土壤维持生物多样性提供美学景观服务功能总值人口城市化-0.949**0.886*0.588-0.921*-0.260-0.743-0.0430.194-0.432-0.583经济城市化-0.7730.6500.236-0.999**-0.614-0.945*-0.371-0.195-0.751-0.856*土地城市化-0.909*0.8330.495-0.964**-0.378-0.822-0.1330.079-0.542-0.679社会城市化-0.887*0.8100.458-0.979**-0.421-0.850-0.1600.038-0.584-0.714综合城市化-0.7970.6900.290-0.999**-0.573-0.927*-0.314-0.140-0.717-0.826*

说明：*，**分别表示在 0.05 ，0.01水平(双侧)上显著相关。

人口城市化水平越高，人口密度越大，人类活动强度增加，对生态环境的压力也就越大。1991—2014年宁波市非农人口增加115万人，人口的增长势必加大对粮食、住房、城市建设等方面的需求，大规模建设导致大量生产性生态用地如耕地、园地、湿地等丧失，食物生产、气候调节等功能降低；宁波市经济城市化水平由1991年的0.000 2增长至2014年的0.004 6，经济高速发展消耗大量资源和能源，引起区域产业结构变迁，企业用地规模扩张侵占大量农用地，增加生态环境的空间压力；1991—2014年宁波社会城市化水平大幅提高，城市基础设施建设发展迅速，尤其是城市交通建设占用大规模农田、林地及水域等，降低生态系统食物生产、气候调节和废物处理功能，导致生态系统服务价值不断下降；土地城市化发展建立在人口、经济和社会城市化发展基础之上，人口、经济和社会城市化发展势必会占用具有较高生态价值的土地，建设用地快速增长，城市空间向外扩张，破坏了生态系统结构，影响其各项服务功能，区域生态系统服务价值随之降低。总体来看，人口城市化是生态服务功能变动的内在驱动力，土地城市化通过改变区域土地利用结构对生态服务功能有更加直接的作用，经济城市化和社会城市化则影响着生态系统服务功能的结构。

3 结论与建议

3.1 结论

1991—2014年宁波市各项城市化指数均呈逐渐递增趋势，城市化发展进程呈阶段化特征，1996年是宁波城市化发展的一个转折点，从此城市化进程进入了高速发展时期。快速城市化水平驱动区域经济高速发展，同时导致建设用地面积的大幅度增加，耕地、林地、湿地、水域、其他土地面积锐减。宁波市生态系统服务价值总体变化呈先增后减趋势，23年间减少25.13亿元，年均减少1.09亿元。生态价值高值区主要分布在宁波市远郊县(市)，低值区主要集聚在中心城区。生态系统服务价值空间差异同区域内土地利用结构有关，生态服务高值区多集中在林地、耕地及水域占地比例大的区域；低值区主要分布在城市化率比较高的地区。快速城市化引起区域土地利用的剧烈变化，同时城市人口集聚与工业化导致过度消耗资源与废物排放，从而对生态系统服务功能产生负面影响。不同城市化对生态系统的不同服务功能产生的影响也有所差异，经济城市化和土地城市化对生态系统服务功能产生的负面影响较为显著。

3.2 建议

宁波市生态系统服务价值在各县(市、区)间存在显著差异，城市化发展水平与生态系统服务价值演变之间呈显著负相关。各县(市、区)应采取不同的生态服务价值保护措施，中心城区应严格控制建设用地规模，提高土地利用集约度，减少低效用地，大力建设城市绿化系统，郊区县市应划定区域生态保护红线，以区域核心生态系统服务价值区保护为目标，实施严格管控措施。在推进城市化的同时重点提高其发展质量，优化城市空间布局，提高空间投入产出效益。区域生态系统保护应注重与经济和社会的协同发展，立足区位优势，构建与区域生态环境相适应的产业空间布局，强调内涵增长，积极发展知识经济，鼓励高新技术产业，扶持有利于生态环境保护的环保产业，实现区域城市可持续发展。

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Effects of Urbanization on Ecosystem Services Value in Ningbo City

Meng Yue

(SchoolofHumanitiesandEconomicManagement,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Based on the urbanization-related data and land use change survey results of Ningbo City, with models of urbanization measurement, ecosystem service value evaluation and Pearson correlation analysis, under the support of GIS technology, quantitative evaluation and analysis of regional urbanization development level, ecosystem service value and the correlation between them. The urbanization index in Ningbo City is gradually increasing, and the urbanization development process is characterized by stages. The rapid urbanization level drives the regional economy to develop at high speed, and at the same time leads to a large increase in construction land area. The change of total ecosystem service value in Ningbo was first increased and then decreased, the spatial distribution of ecosystem service value significantly different， the higher the level of its contribution to regional urban ecosystems the lower the value of service. There is a significant negative correlation between the level of urbanization development and the evolution of ecosystem services value. The negative effects of economic urbanization and land urbanization on ecosystem services are significant. Rapid urbanization caused dramatic changes in regional land use, resulting in changes in ecological landscape patterns, urban population concentration and industrialization led to excessive consumption of resources and waste emissions, the negative impact on ecosystem services, the proposals are put forward to increase the quality of urban development in Ningbo in order to improve economic and social development.

ecosystem service value; urbanization; Pearson correlation analysis; Ningbo City

2016-07-16；

2016-11-09

孟悦(1995-)，女，河南郑州市人，本科生，主要从事区域经济研究，(E-mail)maikforever@foxmail.com。

F062.2

A

1003-2363(2016)06-0081-06