城镇化进程中耕地资源生态服务价值变化研究

王金明等

摘 要：为了研究城镇化进程中的耕地资源生态服务价值变化，本文以安徽省合肥市为例，利用1995、2000、2005、2010和2014年的遥感影像，对快速城镇化过程中耕地及其他地类进行了综合分析，阐明了市域土地生态服务价值的变化情况。结果表明：1）随着城镇化的进程，合肥市的土地利用类型发生了较大变化，耕地、建设用地、林地、草地、水域及未利用地均呈现持续减少的趋势，建设用地面积则呈现持续上升的趋势。2）耕地、林地、水域和建设用地作为对研究区生态价值影响较大的土地生态类型不仅具有较高的生态价值系数，也在市域土地利用地结构中占有重要比例。3）城镇化水平提升与生态服务价值损益具有较强的相关性，随着市域城镇化水平不断提升，城镇化进程中的生态服务价值变化显著。随着社会经济与科学技术水平的快速提升，不以牺牲区域耕地资源与破坏地区生态安全的城镇化发展方式是完全存在的，坚持“资源节约”与“生态友好”的发展方式具有较强的可能性和可行性。

关键词：城镇化；耕地；土地利用；生态服务价值

随着城镇化水平不断提升，大量农业用地不断向非农化用地方向转变，尤其是耕地资源数量呈现持续减少的趋势，然而，土地利用/覆被变化的不断加强势必对区域生态服务功能产生显著影响，所以，通过对快速城镇化过程中耕地及其他地类的数量结构进行综合分析，深入阐述市域土地生态服务价值变化情况，合理阐释城镇化进程中耕地资源数量减少引发的土地利用结构变化及相应的生态功能演变规律，以期为快速城镇化过程中的耕地资源合理利用提供必要的参考依据。

1 研究方法

本研究采用Costanza的生态系统服务价值的估算公式和谢高地等在对我国200多位生态学家进行问卷调查的基础上制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表，如表1所示。

生态系统服务价值估算的方法主要包括能值分析法（energy assessment method）、物质量评价法（physical assessment method）和价值量评价法（value assessment method）与前两种方法相比，价值量评价法更能反映生态系统服务的稀缺性，可以对单项生态系统服务进行加总。因此，本研究选择价值量评价法对研究区土地利用变化的生态系统服务价值进行评估。1997年Costanza等学者对全球生物圈16个生态系统类型的服务价值进行了估算。2003年我国学者谢髙地等在Costanza评价模型的基础上，总结了9项生态系统服务功能，得到“中国生态系统服务价值当量因子表”。2008年谢高地等学者通过对600多为具有生态学知识背景的专家调查形成了一个生态系统服务价值单价体系，可以作为适合中国生态系统状况和经济发展水平的生态系统服务价值的评估工具。

（1）对进行研究区单位面积耕地生态系统提供生产服务功能的经济价值系数Ea的计算，采用如下公式1进行修正：

式中， 是单位面积生态服务价值当量因子的经济价值（元/hm2）； 是作物种类，安徽省主要作物有水稻、玉米、小麦、薯类；Pi是i种粮食作物全国平均价格（元A）；qi是 种粮食作物单产（t/ha）； 是 种粮食作物面积（103ha）；M是n种粮食作物总面积（103ha），1/7是指在没有人力投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的 1/7。参照Costanza生态系统服务价值计算公式（2、3、4）和谢高地的我国生态系统服务价值单价体系，算出研究区域不同土地利用类型的单位面积生态系统服务价值系数，如6.1所示。

式中， ， 和 分別指总服务价值、土地利用类型k的服务价值和该种类型相应服务功能的生态价值 是研究区第k类土地利用类型面积（ha） 为第k类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数（元/ha）； 是第k类土地利用类型的第辦生态服务功能的价值系数。

（2）建设用地生态系统服务价值估算方法

本章所指建设用地包括城镇居民点及工矿、交通运输用地，其服务价值采用替代成本法、防治成本法等间接市场法来估算，从而为城市生态服务价值的修正提供依据。其中，气体调节的影响价值采用防治成本法测算（公式5）；水源涵养的影响价值采用替代成本法测算（公式6）；废物处理的影响价值采用防治成本法测算（公式7）。

（4）食物供给功能通过耕地、园地、林地和草地的对应功能的平均值进行测算；文化娱乐功能以园地、林地和草地的相应功能平均值进行测算；气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护、原材料的影响取值为0。通过以上的公式和计算，合肥市土地生态系统服务价值如表1所示：

2 实证研究

2.1.1市域耕地生态功能价值变化分析

根据现有研究所得出的生态系统服务价值的估算公式和中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表以及合肥市土地利用变化的相关数据对1990-2014年市域土地利用生态服务价值变化进行统计，从而计算得出不同研究时间段的土地利用生态服务价值的变化量，如表2。

基于合肥市生态系统服务价值变化（表2所示），1990-2020年，合肥市耕地、林地、草地、水域、未利用地以及建设用地的生态服务价值分别从3610.60×106元、147.73×106元、0.00×106元、1638.80×106元、3.40×106元、-454.08×106元变为3043.97×106元、346.07×106元、0.23×106元、1646.73×106元、2.94×106元、-917.48×106元。期间，各地类生态服务价值变化量分别为-566.63×106元、198.34×106元、0.23×106元、7.93×106元、-0.46×106元以及-463.41×106元。同时，1990-2020年，市域生态服务价值变化量为-824.00×106元，其中，1990-1995年、1995-2000年、2000-2005年、2005-2010年、2010-2014年等各阶段的市域生态服务价值变化量分别为-418.10×106元、-51.19×106元、60.92×106元、-264.53×106元、-11.70×106元、-17.55×106元。研究发现：1990-2020年，合肥市耕地生态系统服务价值呈现持续下降的趋势，其中，1990-1995年与2005-2010年2期生态服务价值变化较为显著。

2.1.2市域城镇化进程中的生态成本分析

根据土地利用生态服务价值的研究方法以及合肥市土地利用变化的相关数据对1990-2014年市域土地利用生态服务价值变化进行统计，从而计算得出不同研究时间段的土地生态系统服务价值年均变化以及市域城镇化进程中的生态成本分析，如表3

基于市域土地生态系统服务价值年均变化（表3所示），1990-2020年，合肥市土地生态系统服务价值年均变化量为-27.47×106元。期间，城镇化进程与城镇化进程中的生态成本分别为24.24%与-1.13×106元。1990-1995年、1995-2000年、2000-2005年、2005-2010年、2010-2014年各个研究时期的年均变化量分别为-83.62×106元、-10.24×106元、-12.18×106元、-52.91×106元、-2.34×106元、-3.51×106元；期間，城镇化进程分别为4.92%、3.84%、7.43%、2.63%、2.33%以及3.09%，由此分别计算出所对应研究时期的城镇化进程中的生态成本分别为-17.00×106元、-2.67×106元、-1.64×106元、-20.12×106元、-1.00×106元、-1.14×106元。

研究表明：通过对研究期内城镇化进程中的生态成本指城镇化进程中生态服务价值的损失率进行综合计算得出各个时期的城镇化进程中的生态成本与市域土地生态系统服务价值年均变化量具有较强的相关性，二者均呈现出曲折上升的趋势。

2.1.3单项生态系统服务价值变化

根据土地利用生态服务价值的研究方法以及合肥市土地利用变化的相关数据对1990-2014年市域土地利用生态服务价值变化进行统计，从而计算得出不同研究时间段的土地利用单项生态系统服务价值变化，如表4。

基于市域土地生态系统服务价值年均变化（表4所示），1990-2020年，合肥市土地利用生态服务价值从4946.46×106元降低为4122.46×106元，其中，研究期内“食物生产”、“气体调节”、气候调节”、“水源涵养”、“废物处理”、“土壤形成与保护”、“生物多样性保护”功能呈现减少趋势，分别从518.71×106元、74.34×106元、254.84×106元、559.87×106元、611.54×106元、1400.77×106元、807.31×106元变为414.44×106元、78.71×106元、194.85×106元、514.19×106元、183.58×106元、1280.88×106元、726.85×106元、492.21×106元、136.74×106元、236.74×106元。仅有“原材料供给”与“美学和文化功能”功能项呈现增长，其他功能项生态服务价值均呈现下降趋势。

研究表明：1990-2020年，合肥市市域土地利用结构的不断变化，引发区域土地利用单项生态系统服务价值变化剧烈变化，其中，除了“原材料供给”与“美学和文化功能”功能项为增长之外，“食物生产”、“气体调节”、气候调节”、“水源涵养”、“废物处理”、“土壤形成与保护”、“生物多样性保护”等土地利用单项生态系统服务价值均呈现不同程度的减少。

3 结论

（1）1990-2014年，合肥市土地利用/覆被发生了较大变化，耕地、建设用地、林地、草地、水域及未利用地均呈现持续减少的趋势，建设用地面积则呈现持续上升的趋势。研究发现：数量变化方面，耕地（-79.267×103ha）与建筑用地（62.557×103ha）面积数量变化极其显著；单一土地利用动态度方面，合肥市市域林地（26.24%）与建设用地（18.35%）动态度远远高于同期其他土地利用类型，表明林地与建设用地的变化速度远高于其他土地利用类型；在综合土地利用动态度方面，1990-2014年，综合土地利用动态度总体呈现“M”趋势，说明合肥市土地利用类型随着时间的推移发生了剧烈的变化，并且合肥市土地利用变化不均匀，空间城镇化导致各土地利用类型面积发生巨大变化。

（2）市域土地利用/覆被变化，特别是土地利用结构变化势必对区域生态系统服务价值产生影响。在快速城镇化过程中，合肥市生态系统价值的损失主要源于耕地减少及建设用地增加，特别是人类在生产过程中所引发用地方式的剧烈变化，严重破坏了生态系统对环境的调节作用；1990-2020年，合肥市生态系统服务价值呈现持续下降的趋势，其中，1990-1995年与2005-2010年2期生态服务价值变化较为显著。