盛曉雯，曹銀貴， 2※，周 偉， 2，成 陸，張 輝

(1.中國地質(zhì)大學土地科學技術(shù)學院，北京 100083； 2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100035； 3.中國土地勘測規(guī)劃院，北京 100035)

0 引言

土地覆被與利用的變化改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)通過提供產(chǎn)品和物質(zhì)以此維持人類生存的自然環(huán)境[2]。1997年，著名生態(tài)學家Daily等闡述了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的類型和評價[3]。同年，Costanza等學者依據(jù)效用價值理論和均衡價值理論等估算了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟價值，自此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念和價值研究得到廣泛重視[4]。國內(nèi)外學者利用直接市場評價法、間接市場評價法和模擬市場評價法，分別從國家、省域、城市、自然保護區(qū)等不同研究尺度，對研究區(qū)的農(nóng)田、森林、草地、水域、濕地等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評估[5-10]，以經(jīng)濟價值[6]的形式計算人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。

改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟高速發(fā)展和京津冀一體化的推進，京津冀地區(qū)的土地覆被與利用處于不斷調(diào)整中，城鎮(zhèn)建設(shè)、交通發(fā)展、產(chǎn)業(yè)對接等都會對局部土地利用產(chǎn)生較大的影響，造成的負面影響使生態(tài)環(huán)境形勢嚴峻，影響著人們的生產(chǎn)和生活[11]。國內(nèi)現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析通常以單個城市為研究區(qū)[9-10]，而對多個毗鄰省(市)城市的研究較少，尤其是針對京津冀環(huán)首都城市圈的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化研究更少。鑒于此，文章針對京津冀地區(qū)快速發(fā)展過程中，土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)造成的影響，根據(jù)謝高地等[5]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子表和京津冀地區(qū)糧食產(chǎn)出情況，探討2000～2015年研究區(qū)各城市土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化規(guī)律，為研究區(qū)土地利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

京津冀地區(qū)包括北京、天津兩個直轄市和河北省的石家莊市、唐山市、秦皇島市、邯鄲市、邢臺市、保定市、張家口市、承德市、滄州市、廊坊市和衡水市，總面積約21.80萬km2，約占全國陸地總面積的2%。研究區(qū)地勢西北高、東南低，呈階梯狀下降趨勢，地貌類型復(fù)雜多樣，以平原、丘陵和山地地貌為主，屬溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫呈現(xiàn)出南高北低的分布特征，多年平均降水量呈現(xiàn)出由東部沿海向西部內(nèi)陸遞減的趨勢。2015年，地處京津冀南部的邯鄲市、邢臺市、石家莊市和衡水市的平均溫度分別為14.4℃、14.1℃、14.1℃和13.9℃，北部的張家口市、承德市、北京市和秦皇島市的平均溫度分別為7.3℃、8.3℃、12.2℃和11.8℃。東部沿海的唐山市、天津市和滄州市的平均降水量分別為545.6mm、563.8mm和630.1mm，西部內(nèi)陸的張家口市、保定市和石家莊市的平均降水量分別為433.2mm、526.9mm和505.8mm。2015年，京津冀地區(qū)人口總數(shù)為1.11億，占全國總?cè)丝诘?.10%。研究區(qū)是全國主要的高新技術(shù)和重工業(yè)基地，也是中國北方經(jīng)濟規(guī)模最大、最具活力的地區(qū)。2015年，京津冀地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)為6.93萬億元，約占全國GDP總量的10.20%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2000～2015年京津冀地區(qū)各地類面積來源于中國土地勘測規(guī)劃院提供的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。該文根據(jù)研究區(qū)的實際情況，結(jié)合《土地利用現(xiàn)狀分類標準(GB/T21010-2007)》，在研究期內(nèi)將研究區(qū)統(tǒng)一劃分為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地7個1級土地利用類型，以便研究的開展。

2 研究方法

2.1 土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度可以表示在研究期間某一土地利用類型的數(shù)量變化情況，反映出在人類社會經(jīng)濟活動和自然環(huán)境下對不同土地利用類型的變化速度和變化幅度影響情況[12]。

(1)

式(1)中，K為研究時期內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua和Ub分別表示在研究期初和研究期末該土地利用類型面積；T為研究時間。

2.2 土地利用強度指數(shù)

土地利用強度指數(shù)反映了在社會經(jīng)濟活動下，人類對土地的利用程度[7]。

(2)

式(2)中，L為土地利用強度指數(shù)；Ai為第i種土地利用類型的分級指數(shù)；Ci為第i種土地利用類型面積占研究區(qū)總面積的百分比；n為土地利用類型數(shù)量。該文的土地利用類型分級指數(shù)是依據(jù)劉紀遠[13]分析方法，未利用地為1級，林地、草地、水域為2級，耕地、園地為3級，建設(shè)用地為4級。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類在生產(chǎn)生活中從生態(tài)環(huán)境獲得的產(chǎn)品和服務(wù)，土地利用數(shù)量和結(jié)構(gòu)的變化會影響生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡，從而影響到生態(tài)系統(tǒng)提供的物質(zhì)和生態(tài)服務(wù)[2]。該文參考謝高地等[5]提出的生態(tài)服務(wù)價值當量表和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子等于平均糧食產(chǎn)量市場價值的1/7，通過各城市平均糧食產(chǎn)量和平均糧食價格計算得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。該文根據(jù)《北京統(tǒng)計年鑒》《天津統(tǒng)計年鑒》和《河北經(jīng)濟年鑒》提供的數(shù)據(jù)，獲得研究區(qū)2000年、2005年、2010年和2015年的平均糧食產(chǎn)量，以2015年北京市平均糧食價格2.307元/kg、天津市平均糧食價格2.308元/kg和河北省平均糧食價格2.398元/kg，計算得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子(表1)。根據(jù)Costanza等[14]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值公式，評估京津冀地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

(3)

式(3)中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Bi為第i種陸地生態(tài)系統(tǒng)的面積；VCi為第i種陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值。其中，耕地、林地、草地、水域分別參考農(nóng)田、森林、草地和水體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，未利用地參考荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，園地參考森林和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的平均值[15]。

表1 京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的敏感性分析

該文在前人研究的基礎(chǔ)上[16]，利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化率和土地利用強度變化率的比值，計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對土地利用強度變化的敏感性程度。

(4)

式(4)中，I為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的敏感性指數(shù)；ESVj為第j年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，ESVj-1為第j-1年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Lj為第j年土地利用強度指數(shù)，Lj-1為第j-1年土地利用強度指數(shù)。

3 研究結(jié)果

3.1 土地利用動態(tài)度分析

2000～2015年，北京市土地利用結(jié)構(gòu)以耕地、林地和建設(shè)用地為主(表2)， 2000年，這3種土地類型的比重分別為21.86%、38.77%和16.21%，共占總面積的76.84%， 2015年的比重分別為14.52%、44.93%和22.58%，共占總面積的82.03%。天津市土地利用結(jié)構(gòu)以耕地、建設(shè)用地和水域為主， 2000年，這3種土地類型的比重分別為48.96%、23.07%和16.83%，共占總面積的85.86%， 2015年的比重分別為37.36%、38.52%和15.66%，共占總面積的91.54%。河北省土地利用結(jié)構(gòu)以耕地、林地和草地為主， 2000年，這3種土地類型的比重分別為39.29%、20.75%和17.08%，共占總面積的77.12%， 2015年，比重分別為35.71%、24.4%和14.68%，共占總面積的74.79%。其中，衡水市、廊坊市、滄州市、邢臺市和邯鄲市的耕地占比超過總面積的50%，承德市的林地占比高達59%，張家口市的草地占比高達28.82%。從表3可知， 2000～2005年期間，北京市和天津市的耕地、草地和水域面積的動態(tài)度呈小幅度增加趨勢。2005～2010年期間北京市的耕地、草地、水域和未利用地減少的動態(tài)幅度較大，園地、林地和建設(shè)用地增加的動態(tài)幅度較大； 天津市的耕地、園地、草地、水域和未利用地面積下降的幅度較大，林地和建設(shè)用地增加幅度較大； 河北省的耕地、草地、水域和未利用地減少的幅度較大，園地、林地和建設(shè)用地增加幅度較大。2010～2015年期間北京市園地下降的幅度較大； 天津市和河北省各地類變化幅度較為平穩(wěn)。

京津冀地區(qū)與長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)比肩而立，是我國經(jīng)濟最具活力、開放程度最高、創(chuàng)新能力最強、吸納人口最多的地區(qū)之一，是拉動我國經(jīng)濟發(fā)展的重要引擎。隨著經(jīng)濟高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的快速推進，建設(shè)用地的需求不斷增長，耕地和未利用地相應(yīng)轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。近些年來，為了改善生態(tài)環(huán)境、維護生態(tài)安全，京津冀地區(qū)積極響應(yīng)退耕還林政策、推動農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，開展山水林田湖整治工程，促進了林地和園地的增加。北京作為中國政治、文化和教育中心，為了更好發(fā)揮首都服務(wù)功能，加上山地、丘陵較多的資源特點，近些年來逐步調(diào)減耕地指標，加強園地和林地等生態(tài)用地的發(fā)展，同時控制建設(shè)用地的無序擴張，實行土地集約節(jié)約利用，使得建設(shè)用地增長的速度逐年降低，促進城市生態(tài)涵養(yǎng)功能，打造和諧首都。天津作為北方的經(jīng)濟中心之一，建設(shè)用地的需求也在增長，在進行經(jīng)濟發(fā)展的同時要保證一定數(shù)量的耕地面積和生態(tài)用地。河北省土地資源豐富，平原面積廣闊，是我國主要的糧食生產(chǎn)區(qū)，承擔著重要的糧食生產(chǎn)安全職能，因此耕地占有很大比重。但城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展對的建設(shè)用地需求和京津產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移的需要，建設(shè)用地的擴張不可避免會占用耕地，但與北京和天津相比，耕地減少的幅度較小。

表2 2000～2015年京津冀地區(qū)土地利用類型比例 %

表3 2000～2015年京津冀地區(qū)土地利用動態(tài)度 %

圖1 2000～2015年京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和土地利用強度指數(shù)變化

3.2 土地利用變化下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時間變化分析

從圖1可以看出，京津冀地區(qū)的土地利用強度指數(shù)呈小幅度下降隨后逐年增長趨勢，由2000年的2.58下降到2005年的2.57， 2015年增加至2.66，與研究區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值變化趨勢相反，生態(tài)服務(wù)價值在呈先上升后下降趨勢，下降幅度小于增長幅度。從2000年的4 498.05億元增加到2005年的4 655.65億元，增加率為3.50%。2005～2015年生態(tài)服務(wù)價值有所降低，下降到2015年的4 547.62億元，減少率為2.32%。以城市分析(見表4)， 2000～2005年，除保定市、滄州市、廊坊市和衡水市外，各地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值呈增加趨勢，張家口市增加幅度較大，增加率為14.82%； 2005～2010年，邢臺市、保定市、張家口市、承德市和衡水市的生態(tài)服務(wù)價值升高，唐山市和廊坊市的生態(tài)服務(wù)價值大幅度減少，下降率分別為12.05%和9.53%； 2010～2015年，各地區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值整體處于下降趨勢，且下降幅度較為平穩(wěn)。

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化分析

從圖2可以看出，京津冀地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在空間上呈現(xiàn)北高南低現(xiàn)象，位于北部的張家口市、承德市、北京市、唐山市和天津市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值較大。其中，承德市的生態(tài)服務(wù)價值占京津冀地區(qū)服務(wù)價值比重最大，占京津冀地區(qū)總服務(wù)價值的22%以上，其次是張家口市，占京津冀地區(qū)總服務(wù)價值的11%以上，廊坊市的生態(tài)服務(wù)價值最小。承德市位于河北省東北部，林地面積占全市的59.39%，占京津冀地區(qū)林地面積的43.48%。張家口市位于河北省西北部，林地面積占全市的29.89%，占京津冀地區(qū)林地面積的20.39%。森林面積為其提供了較多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。通過2000年和2015年各城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對比可以看出，天津市、唐山市、滄州市和廊坊市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降幅度較大。

總體來看，京津冀的生態(tài)服務(wù)功能在研究前期得到了加強， 2002年退耕還林工程在河北省全面開展，林業(yè)發(fā)展超過第一產(chǎn)業(yè)，退耕還林成為改善生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟社會發(fā)展的驅(qū)動力，維護了京津冀地區(qū)的生態(tài)安全，彌補了建設(shè)用地擴張占用耕地和其他生態(tài)用地造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的損失，林地和園地面積的增長確保了2000～2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的提高。但在2010～2015年期間，建設(shè)用地的增長速度雖然有所緩和，擴張規(guī)模得到控制，但各類生態(tài)用地呈現(xiàn)下降趨勢，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的降低。

圖2 京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分布(億元)

表4 京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

3.3 敏感性分析

通過式(4)可計算出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對土地利用強度變化的敏感程度。從各城市敏感指數(shù)變化趨勢來看(表5)， 2000～2005年，敏感指數(shù)遞增的城市：唐山市、邯鄲市、邢臺市、張家口市、滄州市和廊坊市； 2005～2010年，除了滄州市的敏感指數(shù)下降，其余城市的敏感指數(shù)呈遞增趨勢； 2010～2015年，各城市的生態(tài)敏感指數(shù)均降低。2005～2010年，京津冀經(jīng)濟發(fā)展較快， 2010年的GDP較比2005年增長了109.37%，經(jīng)濟的發(fā)展帶動了城市用地的擴張，建設(shè)用地增加了3.07%，草地、水域和未利用地分別減少了1.95%、0.33%和1.92%，變化幅度均較大。2010～2015年，研究區(qū)經(jīng)濟增速趨于平穩(wěn)， 2015年的GDP較比2010年增長了58.49%，建設(shè)用地增加了1.04%，其他生態(tài)用地發(fā)生了小幅度增減變化，草地、水域和未利用地分別減少了0.09%、0.14%和0.08%?？梢钥闯觯?jīng)濟的高速發(fā)展帶來的土地利用強度的變化對城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生了一定影響。

京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)的區(qū)間為：I∈[0.42， 45.72]，參考前人的研究成果[17]，把I<1劃分為非敏感性，敏感性的區(qū)間就為[1， 45.72]。通過計算，將敏感性均分為4個等級：低敏感性區(qū)域∈[1， 12.18]、中敏感性區(qū)域∈[12.18， 23.36]、高敏感性區(qū)域∈[23.36， 34.54]和極高敏感性區(qū)域∈[34.54， 45.72]。在此分區(qū)下， 2000年和2015年，各地均屬于低敏感性區(qū)域； 2005年，滄州為極高敏感性區(qū)域，其余城市為低敏感性區(qū)域； 2010年，天津市、石家莊市、唐山市、邯鄲市、邢臺市、保定市、承德市、廊坊市和衡水市屬于中敏感性區(qū)域，表明2010年，土地利用強度的改變對京津冀生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響較為強烈。

表5 京津冀地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值敏感性指數(shù)

4 結(jié)論與討論

該文采用土地利用動態(tài)度和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值模型等方法，對京津冀地區(qū)土地利用變化影響下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在時間和空間上的差異進行了分析，分析結(jié)果如下。

(1)2000～2015年期間，北京市以林地和建設(shè)用地為主，天津市以耕地和建設(shè)用地為主，河北省以耕地和林地為主。北京市、天津市和河北省的耕地分別減少了7.34%、11.6%和3.58%； 草地分別減少了2.89%、2.36%和2.40%； 水域分別減少了0.98%、1.17%和0.41%； 未利用地分別減少了3.37%、1.48%和2.61%； 林地分別增加了6.16%、1.76%和3.65%； 建設(shè)用地分別增加了6.37%、15.45%和3.83%?？梢钥闯觯鞒鞘械牡仡愒鰷p趨勢是一致的，但增減幅度不同，北京市的草地面積減少的最多，林地面積增幅最大； 天津市的耕地和水域面積減少的幅度最大，建設(shè)用地面積增長最快，河北省耕地和建設(shè)用地面積增減的幅度最小。從土地利用類型的增減情況可以看出，北京加強了生態(tài)環(huán)境保護和土地集約節(jié)約利用，將嚴控增量和疏解存量相結(jié)合，有效地控制新增建設(shè)用地的增長； 天津市近些年來經(jīng)濟高速發(fā)展， 2005年濱海新區(qū)被納入國家整體發(fā)展戰(zhàn)略，進一步促進社會發(fā)展，但與此同時土地粗放利用現(xiàn)象頻發(fā)，工業(yè)園區(qū)和城市邊界無序擴張，造成耕地大量流失； 河北省與京津兩地相比發(fā)展水平相距懸殊，建設(shè)用地擴張規(guī)模低于京津兩地，作為農(nóng)業(yè)大省，對耕地保護較為嚴格，耕地減少速度低于京津兩地。

(2)2000～2015年，京津冀的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值經(jīng)歷了增長后降低的倒“V”形變化，減少的幅度小于增長幅度，因此從整個研究階段來看，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是增長的，從2000年的4 498.05億元上升到2015年的4 547.64億元。北京市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增長了0.17%，天津市減少了7.16%，河北省增加了2.25%。其中，2000～2015年期間，滄州市和廊坊市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值逐年減少，滄州市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降了7.62%，廊坊市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降了14.73%。唐山市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在2005～2015年下降幅度較大，在研究期間，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少了15.80%。秦皇島市、張家口市和承德市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別增長了4.05%、25.39%和6.10%。

(3)在研究后期，京津冀地區(qū)整體處于低敏感性區(qū)域，土地利用強度的改變對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響不是很大，生態(tài)系統(tǒng)能夠適應(yīng)目前的土地利用的變化。但針對2010～2015年期間，各城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈下降趨勢，應(yīng)引起相關(guān)部門對生態(tài)環(huán)境保護的重視。

(4)根據(jù)各城市土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化情況，結(jié)合各城市發(fā)展狀況，重點對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降較多的城市提出以下建議：天津市要注重對園地和草地的保護，針對其工業(yè)用地占比較高的特點，加強優(yōu)化工業(yè)園區(qū)內(nèi)的生態(tài)空間，提高工礦用地集約度。唐山市應(yīng)提高對耕地、林地和水域的保護，唐山市的工業(yè)廢水排放強度是河北省平均排放程度的3～5倍，不能走以犧牲生態(tài)環(huán)境而發(fā)展經(jīng)濟的路子。滄州市鹽堿地面積較大，因此林地面積少、未利用地面積較多，今后要加強土地綜合整治，提高耕地數(shù)量和質(zhì)量，治理沙化地、鹽堿地等。廊坊市毗鄰京、津兩地，地理區(qū)位優(yōu)勢明顯，在努力做到與京津產(chǎn)業(yè)對接的同時，要注重資源環(huán)境的保護，不能以犧牲耕地、污染環(huán)境為代價，針對近年來耕地和未利用地大幅度減少的趨勢，要對耕地進行嚴格保護，未利用地適當開發(fā)。