1988—2013年重慶市主城九區(qū)生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

張 騫,高 明,楊 樂,陳成龍,孫 宇, 王金柱

1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715 2 河南城建學(xué)院測繪工程學(xué)院, 平頂山 467036 3 重慶市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 重慶 401147

1988—2013年重慶市主城九區(qū)生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

張 騫1,2,高 明1,*,楊 樂3,陳成龍1,孫 宇1, 王金柱1

1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715 2 河南城建學(xué)院測繪工程學(xué)院, 平頂山 467036 3 重慶市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 重慶 401147

在當(dāng)前快速城市化的背景下,理解和把握城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化原因及規(guī)律的最有效手段是對其生態(tài)用地結(jié)構(gòu)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行準(zhǔn)確的評估。采用RS、GIS技術(shù)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估等方法,對重慶市主城九區(qū)1988、1996、2004、2013年4個(gè)時(shí)段遙感影像進(jìn)行解譯及比較分析,結(jié)果表明：1988—2013年間,重慶市主城九區(qū)城市化水平經(jīng)歷了加速階段、減速階段及飽和階段,城市化水平的提高對城市建設(shè)用地增長的影響顯著；重慶市主城九區(qū)生態(tài)用地主要為城市提供了食物生產(chǎn)、提供原材料、廢物處理、土壤形成與保護(hù)、氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、生物多樣性以及水源涵養(yǎng)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),在結(jié)構(gòu)變化上呈現(xiàn)出“二減三增”的結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn)；25年間重慶市主城九區(qū)共減少生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值260.60×106元,整體處于下降趨勢,其中農(nóng)地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損失最大,共減少24.50%；在空間分布上,隨著城市建設(shè)用地向“南—北—西”方向擴(kuò)展,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值以中梁山與銅鑼山之間的區(qū)域減少最為嚴(yán)重,整個(gè)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的主要原因來自于農(nóng)地的大量減少以及城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張所帶來的生態(tài)負(fù)影響。研究結(jié)果表明在重慶市主城九區(qū)生態(tài)用地空間格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化之間存在密切相關(guān)性,在城市化率達(dá)到飽和階段后應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)用地增長,促進(jìn)建設(shè)用地集約節(jié)約利用,加大農(nóng)地的保護(hù)力度以及對林地、水體、草地的維護(hù),維持整個(gè)區(qū)域的生態(tài)平衡。研究可為科學(xué)合理布局和保護(hù)城市生態(tài)用地提供信息資料和決策參考。

城市化；生態(tài)用地；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；用地結(jié)構(gòu)；重慶

20世紀(jì)以來,城市化已成為人類社會發(fā)展的最顯著特征[1]。當(dāng)前城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題[2]。城市是以人類活動為主導(dǎo)的一類自然-經(jīng)濟(jì)-社會復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[3],作為人類最主要的棲息地[4],受人類活動影響,往往會導(dǎo)致其他環(huán)境因素發(fā)生改變[5-6]。當(dāng)前高速城市化帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題[7],如生物多樣性減少和棲息地破壞[8-9],熱島效應(yīng)增強(qiáng)[10-11]、環(huán)境污染等[12-13]。城市生態(tài)用地可以保護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)和生物棲息地、改善居民生活質(zhì)量,其數(shù)量和空間分布都會對城市生態(tài)安全產(chǎn)生重要影響[14-16]。基于土地利用/土地覆被的城市生態(tài)用地優(yōu)化配置研究已成為統(tǒng)籌解決高速城市化帶來的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展與自然生態(tài)保護(hù)矛盾的重要綜合途徑[17-19]。

董雅文等[20]在國內(nèi)最早提出生態(tài)用地這一概念。國外研究中并未對生態(tài)用地進(jìn)行單獨(dú)分類,但在其土地分類體系中滲透了生態(tài)用地的思想[21]。近年來一些國內(nèi)學(xué)者圍繞土地生態(tài)功能對生態(tài)用地概念進(jìn)行了分析與探討,基于土地覆被類型、土地利用程度及生態(tài)服務(wù)質(zhì)量對生態(tài)用地類型進(jìn)行了劃分[21-24]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)形成和所維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用[25]。目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估可分為價(jià)值量評估和物質(zhì)量評估兩類[26]。自1997年Costanza等[27]在Nature上發(fā)表的關(guān)于全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估的文章,吸引了眾多學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價(jià)值量評估方法的關(guān)注[28-33]。謝高地等[31]結(jié)合中國實(shí)際情況,對 Costanza 公布的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量系數(shù)進(jìn)行修正,得到了中國陸地系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù),被眾多中國學(xué)者用來估算中國生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值變化。

城市化的高速發(fā)展具有強(qiáng)烈的人類活動特征,自然生態(tài)系統(tǒng)也受到人類活動的影響而發(fā)生改變[34],所以高速城市化中城市土地利用方式的改變必然導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生改變。相關(guān)學(xué)者針對重慶主城區(qū)在土地利用結(jié)構(gòu)[35-36]、土地利用的景觀格局[37]、土地利用變化所引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[38]等方面,分別得出在特定時(shí)間段內(nèi),主城區(qū)建設(shè)用地重心向北部轉(zhuǎn)移,其中農(nóng)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)入最強(qiáng)烈,景觀格局變化主要表現(xiàn)為耕地、林地、建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換,期間該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)下降,其中林地的變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響最為顯著。

本文以高速城市化背景下的重慶市主城九區(qū)作為研究對象,采用遙感與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)手段,針對城市化進(jìn)程中的城市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值演變的科學(xué)問題,定量分析了1988—2013年間重慶市主城九區(qū)城市生態(tài)用地與其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值兩者間的相互關(guān)系,以期為合理規(guī)劃布局和保護(hù)城市生態(tài)用地以及城市可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

重慶市主城九區(qū)位于重慶市西部核心區(qū),主要包括9個(gè)行政區(qū)：渝北區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、渝中區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、九龍坡區(qū)、大渡口區(qū)以及巴南區(qū)。全區(qū)面積5468.71km2,常住人口808.53萬人,2013年國內(nèi)生產(chǎn)總值5391.84億元,人均GDP達(dá)到66686.95元,城市化率為87.87%。全區(qū)地貌類型主要有山地、丘陵、臺地、平壩等,其中山地和丘陵較多,而臺地和平壩分布較少[39]?？N云山、中梁山、銅鑼山、明月山等多條華鎣山余脈從北至南嵌入城市,長江與嘉陵江交匯于渝中區(qū)朝天門后向東北向切割城市,“兩江四山”形成了重慶市主城九區(qū)的基本控制性地貌單元。研究區(qū)多年平均氣溫為17—18.8℃,多年平均降雨量為975.1—1301.7mm,相對濕度為77%—83%。

2 研究方法

2.1 地類劃分

結(jié)合生態(tài)用地概念及類型的相關(guān)研究[20-24],從土地的生態(tài)功能和生態(tài)服務(wù)質(zhì)量來考慮,結(jié)合國內(nèi)學(xué)者的一些分類辦法[14,16],根據(jù)重慶市土地利用的實(shí)際情況以及《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007),在ArcGIS 10.0中合并土地類型后將重慶市主城九區(qū)用地類型分為林地、農(nóng)地、水體、草地、未利用地、建設(shè)用地六類。其中林地、農(nóng)地、水體、草地和未利用地為生態(tài)用地。具體分類情況詳見表1。

大豆出苗后進(jìn)行查苗、缺苗補(bǔ)苗，確保苗全，并及時(shí)間苗剔除疙瘩苗。達(dá)到苗全、苗壯是栽培中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。補(bǔ)苗時(shí)可以補(bǔ)種或芽苗移栽。

表1 重慶市主城九區(qū)土地利用類型

2.2 數(shù)據(jù)來源及技術(shù)處理

選擇的4期Landsat TM/ETM遙感影像分別是1988、1996、2004和2013年。另有1∶50000重慶市主城九區(qū)行政圖供參考。通過隨機(jī)取樣方法對分類結(jié)果進(jìn)行Kappa檢驗(yàn),結(jié)果分別是0.78(1988年),0.81(1996年),0.73(2004年),0.84(2013年),均高于0.7的精度要求。在此基礎(chǔ)上,對1988、1996、2004、2013年4期TM/ETM遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類和目視修改,獲得重慶市主城九區(qū)各地類土地利用類型,然后在ArcGIS 10.0中分類統(tǒng)計(jì)。

2.3 土地利用動態(tài)度

土地類型變化率公式：

(1)

式中,C為土地類型變化率,Ai、Aj研究區(qū)一種土地利用類型2個(gè)時(shí)期的面積(hm2)。

單一土地利用類型變化動態(tài)度公式：

(2)

式中,K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua、Ub別為研究初期和研究末期某一土地利用類型數(shù)量；T為研究時(shí)段長,當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí),K的值就是該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。

綜合土地利用類型動態(tài)度公式：

(3)

2.4 城市土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評估方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受多種因素影響,因此也有多種測算模型[41],其中以Costanza等人的研究成果最具代表性。本文以Costanza等[27]和謝高地等[30-32]的研究成果確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù),結(jié)合謝高地等[31,42]的價(jià)值當(dāng)量換算方法,最終確定重慶市主城九區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值(表2)。

表2 重慶市主城九區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的測評公式為：

(4)

(5)

式中,ESV表示研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)的總服務(wù)價(jià)值；Ai表示研究區(qū)第i種土地利用類型的面積(hm2)；VCi表示第i種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；ESVf表示生態(tài)系統(tǒng)第f項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值；VCfi表示研究區(qū)第i種土地利用類型的第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。

2.5 城市化水平

城市化水平是指居住在城市的人口占總?cè)丝诘谋壤?它既反映了一個(gè)地區(qū)城市發(fā)展的水平,也反映了該地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展水平。

計(jì)算城市化水平的公式:

Y=(P2+A1)/P0

(6)

式中,Y為城市化水平,P2為非農(nóng)業(yè)人口,A1為從事二、三產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)勞動力數(shù),P0為該區(qū)域總?cè)丝赱43]。

3 結(jié)果分析

3.1 重慶市主城九區(qū)1988—2013年度建設(shè)用地空間結(jié)構(gòu)變化

根據(jù)重慶市主城九區(qū)1988、1996、2004和2013年4期土地利用分布圖(圖1),1988—1996年建設(shè)用地主要集中在中梁山、銅鑼山之間,城市以“多中心—組團(tuán)狀”方式發(fā)展。這期間城市發(fā)展緩慢,8年間建設(shè)用地由3.19%增加到3.56%。比較1988—1996年土地利用變化率(表3),這期間土地綜合動態(tài)度只有0.26%,城市用地空間結(jié)構(gòu)整體而言變化不大。重慶市直轄以來,城市化進(jìn)程加快,1996—2004年,8年間城市建設(shè)用地由3.56%增加到5.23%,呈現(xiàn)出“南—北”擴(kuò)張趨勢,土地綜合動態(tài)度提高到1.14%,其主要來自于農(nóng)地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化。2010年重慶市兩江新區(qū)正式建立,城市建設(shè)用地呈現(xiàn)出“南—北—西”片狀發(fā)展模式,2004—2013年其重心逐漸向北轉(zhuǎn)移。建設(shè)用地單一動態(tài)度在這一時(shí)期達(dá)到19.51%,城市建設(shè)用地飛速擴(kuò)張,生態(tài)用地逐漸被建設(shè)用地所占據(jù),破碎化加劇,這一時(shí)期土地綜合動態(tài)度達(dá)到6.88%,城市用地空間結(jié)構(gòu)變化處于快速發(fā)展期。

圖1 重慶市主城九區(qū)1988—2013年土地利用狀況Fig.1 Land use of the nine key districts of Chongqing City from 1988—2013

3.2 重慶市主城九區(qū)1988—2013年度生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)變化

圖2反映了研究區(qū)各用地類型的數(shù)量結(jié)構(gòu)變化。1988—2013年間農(nóng)地比例下降最多,25年間占地比率由71.81%下降為54.22%,整個(gè)研究期內(nèi)除了1988—1996年農(nóng)地以小幅度增長外,其余時(shí)期均處于下降狀態(tài),空間表現(xiàn)為城市建設(shè)用地向“南—北—西”方向擴(kuò)張而減少,其中又以2004—2013年間減少最為嚴(yán)重。自1998年重慶市政府制定《重慶市林地保護(hù)管理?xiàng)l例》以來,重慶市主城九區(qū)林地占地比例由1996年的20.92%增加到研究期末2013年的26.09%,從空間分布來看,林地的增長主要集中在縉云山、中梁山、銅鑼山、明月山區(qū)域,以2004—2013年間增長幅度最大。自2007年由重慶市人大常委會通過《重慶市環(huán)境保護(hù)條例》以來,水體所占比例增長明顯。水體比例由2004年的2.67%增加為2013年的3.33%,空間增長主要體現(xiàn)在較為分散的各個(gè)區(qū)的水庫面積的增長。自2000年重慶市實(shí)施退耕還林還草工程以來,草地比例由0.81%增加為1.93%,特別是在1996—2013期間年均增長率達(dá)到7.36%,空間增長主要體現(xiàn)在渝北區(qū)東部。研究區(qū)未利用地主要以裸地為主,其所占比例偏低,在整個(gè)研究期內(nèi)先增加后減少,占地比例由0.07%下降為0.02%。從圖3中可以看出各類型生態(tài)用地與建設(shè)用地的變化比例。

圖2 重慶市主城九區(qū)1988—2013年各土地利用類型變化Fig.2 Different types of land use changes in the nine key districts of Chongqing City from 1988—2013

圖3 1988—2013年不同類型生態(tài)用地與建設(shè)用地比例變化Fig.3 Proportion change of different types ecological land and built-up area in the nine key districts area of Chongqing City from 1988—2013

整個(gè)研究期內(nèi)生態(tài)用地結(jié)構(gòu)由以農(nóng)地為主導(dǎo)的景觀類型逐漸向“農(nóng)林水草”各生態(tài)用地相互協(xié)調(diào)發(fā)展的方向發(fā)生改變,并呈現(xiàn)出“二減三增”的結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn)。政策的實(shí)施對于生態(tài)用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化影響顯著,又以2004—2013年這一時(shí)期結(jié)構(gòu)變化最為激烈。

表3 1988—2013年重慶市主城九區(qū)土地利用變化率

3.3 重慶市主城九區(qū)1988—2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值變化

結(jié)合重慶市主城九區(qū)4期土地利用變化數(shù)據(jù),參考重慶市主城九區(qū)不同生態(tài)用地的單位面積服務(wù)價(jià)值系數(shù)(表2),得出重慶市主城九區(qū)城市化過程中土地利用結(jié)構(gòu)變化所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化(表4)。

農(nóng)地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要有食物生產(chǎn)、提供原材料、廢物處理等。1988—2013年重慶市主城九區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值處于下降趨勢,其中農(nóng)地?fù)p失最多,達(dá)到596.31×106元,占其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總比例的24.50%。重慶市1988年糧食產(chǎn)量為565.02萬t,到2013年增長為1148.20萬t。雖然耕作技術(shù)的提升與優(yōu)良種子的使用使得糧食增產(chǎn),但是隨著研究期內(nèi)農(nóng)地面積的大幅減少,農(nóng)地在提供原材料和廢物處理等方面的價(jià)值減少是該區(qū)域農(nóng)地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的主要原因。

林地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要有土壤形成與保護(hù)、氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、維持生物多樣性等。林地在2013年在主城九區(qū)用地比率只有26.09%,但是其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)卻占到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的53.03%,是主城九區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主要貢獻(xiàn)者。特別是2004—2013年期間,隨著重慶市政府落實(shí)了森林工程的實(shí)施,主城九區(qū)林地占地面積增加了4.95%,而林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值卻增加了23.4%；由于山地城市的特殊地況地貌,重慶市主城九區(qū)的林地主要分布在“四山”區(qū)域及城市建設(shè)用地的交接地帶。林地面積的增加對治理水土流失、改善長江水質(zhì)、保障三峽工程正常運(yùn)行具有重要意義。同時(shí),在水土保持、改良土壤、固碳釋氧、增加野生動物群落、改善人居環(huán)境、美化城市方面,也產(chǎn)生了極大地生態(tài)效益。

表4 重慶市主城9區(qū)1988—2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化(106元)

水體提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要有水源涵養(yǎng)、娛樂文化等。長江與嘉陵江穿城而過構(gòu)成了重慶市獨(dú)特的水文景觀。“兩江”水體以及零星分布的水庫水面、大小河流、湖泊水面為重慶市水源涵養(yǎng)、水路運(yùn)輸、水資源循環(huán)、娛樂休閑、生活游憩提供了極大地生態(tài)服務(wù)功能。研究期內(nèi)水體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加了109.37×106元,主要發(fā)生在2004—2013年間,這與政府對長江、嘉陵江以及城市周邊湖泊、水庫水面等水體的保護(hù)政策有關(guān)。在水體的保護(hù)上,除了注重水體面積的增加外,同時(shí)應(yīng)注重各支流之間的連通度以及因排放污水、養(yǎng)殖投放飼料所帶來的水體污染及富營養(yǎng)化問題。

草地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要有廢物處理、提供生物棲息地、營養(yǎng)循環(huán)等。研究期內(nèi)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增長239%,受退耕還林還草政策影響顯著。自2000年重慶市實(shí)施退耕還林還草工程以來,對坡度在25°以上的耕地進(jìn)行退耕還林還草,使得草地面積大量增加,其生態(tài)效益也逐漸加強(qiáng)。需要注意的是,草地屬于生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱的生態(tài)用地類型,在其保護(hù)過程中要防止其生態(tài)退化、沙化、過度放牧及二次復(fù)墾等問題。

研究區(qū)未利用地主要以裸地為主,裸地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要有廢物處理、維持生物多樣性。整體而言研究區(qū)裸地面積較低,在研究期末處于逐年減少的趨勢,其生態(tài)服務(wù)功能也較為單一。在對未利用地進(jìn)行優(yōu)化時(shí)應(yīng)首先考慮向生態(tài)服務(wù)功能較多的生態(tài)用地類型進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

3.4 重慶市主城九區(qū)1988—2013年度城市化水平與建設(shè)用地變化關(guān)系

通過對重慶市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),計(jì)算出重慶市主城九區(qū)1988—2013年城市化水平(圖4)。根據(jù)Logistic增長模型[44-47]以及Northam的 “S”型城市化水平增長曲線的研究進(jìn)展[48-52],得出在1988—2013年期間重慶市主城九區(qū)城市化水平經(jīng)歷了加速階段,減速階段和飽和階段,各階段之間界定主要依據(jù)是陳彥光等[45]對城市化的Logistic過程階段劃分的宏觀修正。1988—1996年重慶市主城九區(qū)處于城市化水平的加速階段,該階段雖然初始城市化水平較高,但是增長速度緩慢,年均增速僅為0.78%；1996—2004年重慶市主城九區(qū)城市化水平由加速階段到減速階段的轉(zhuǎn)折期,該階段年均增速為3.82%,2002年之后增速放緩；2004—2013年重慶市主城九區(qū)城市化水平由減速階段向飽和階段過渡,年均增速為0.31%,期末城市化水平達(dá)到飽和階段,并在2010年首次出現(xiàn)下降,主要原因是由于在2010年末非農(nóng)人口增長速率要小于該區(qū)域總?cè)丝谠鲩L速率,同時(shí)從事二、三產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)勞動力數(shù)也首次出現(xiàn)下降。由圖(5)可知,城市建設(shè)用地面積隨著城市化水平的提高而增加,兩者呈“?！毙妥兓撼鞘谢目焖偬岣呤浅鞘薪ㄔO(shè)用地規(guī)模高速增長的主要原因,而重慶市主城九區(qū)的城市建設(shè)用地增長要滯后于城市化水平的提高。具體表現(xiàn)為在2004—2013年期間,城市化水平由減速階段達(dá)到飽和階段,城市化年均增速明顯放緩,而該時(shí)期城市建設(shè)用地年均增長率達(dá)到19.5%,為研究區(qū)城市建設(shè)用地增長的最快時(shí)期。從長期來看,城市化水平與城市建設(shè)用地相關(guān)性顯著,城市建設(shè)用地的擴(kuò)張是城市化推進(jìn)的必然結(jié)果,而城市建設(shè)用地的增加則對城市化水平的貢獻(xiàn)有限[53-54]。25年間整個(gè)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的主要原因來自于農(nóng)地的減少以及城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張所帶來的生態(tài)負(fù)影響。研究表明,生態(tài)用地結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化,兩者之間聯(lián)系緊密。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化則影響整個(gè)區(qū)域的生態(tài)效益,造成城市建設(shè)用地與生態(tài)用地新結(jié)構(gòu)的形成。

圖4 城市化水平曲線Fig.4 The curve of the urbanization level

圖5 城市化水平與建設(shè)用地變化關(guān)系圖Fig.5 Relationship between built-up area change and urbanization level

4 結(jié)論

本文收集了重慶市主城九區(qū)四期遙感數(shù)據(jù),年份跨度大、間隔較平均,較好的還原了25年間重慶市主城九區(qū)城市建設(shè)用地與生態(tài)用地結(jié)構(gòu)的變化情況,在此基礎(chǔ)上對研究區(qū)生態(tài)用地所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行貨幣化評估。主要結(jié)論如下：

(1)重慶市主城九區(qū)城市空間演變主要經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)期：1988—1996年處于緩慢增長期,該時(shí)期城市建設(shè)用地增長緩慢,其生態(tài)效益減弱也不明顯。1996—2004年處于平穩(wěn)增長期,重慶市自1997年直轄以來,城市建設(shè)用地快速增長,生態(tài)效益開始出現(xiàn)衰減,城市發(fā)展開始呈現(xiàn)出“南—北”擴(kuò)張趨勢。2004—2013年處于飛速增長期,城市建設(shè)用地9年間增長276%,城市發(fā)展呈現(xiàn)出“南—北—西”片狀發(fā)展模式。

(2)25年間生態(tài)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出“二減三增”結(jié)構(gòu)變化特征。其中農(nóng)地?fù)p失最多,達(dá)到596.31×106元。在2004—2013年間,政府的退耕還林還草工程以及一系列政策的實(shí)施加大了長江、嘉陵江的水體保護(hù)和縉云山、中梁山、銅鑼山、明月山的種植以及耕地的退耕還林還草力度,這段時(shí)間內(nèi)林地、水體、草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值各增加了530.27×106、203.32×106、26.16×106元。

(3)25年間,政府一系列政策的實(shí)施雖然極大地緩解了研究區(qū)生態(tài)效益的降低并改善了生態(tài)用地結(jié)構(gòu),但是整體來看重慶市主城9區(qū)的生態(tài)效益依然處于下降趨勢,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體降低4.7%,主要原因來自于農(nóng)地的大量減少以及城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張所帶來的生態(tài)負(fù)影響。

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Changes in the spatial structure of ecological land and ecosystem service values in nine key districts of Chongqing City over the past 25 years

ZHANG Qian1,2, GAO Ming1,*, YANG Le3, CHEN Chenglong1, SUN Yu1, WANG Jinzhu1

1CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China2CollegeofSurveyingEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China3ChongqingPlanningandDesignInstitute,Chongqing401147,China

Land-use change is a major factor that drives changes in ecosystem services. Measuring variations in the values of ecosystem services that correspond to changes in land use is an effective way of assessing environmental costs and benefits for environmental policy planning. The present study adopted the above approach in the current context of rapid urbanization, using the nine key districts of Chongqing City (a typical fast-growing Chinese city) as a case study. Conducting accurate assessments of the structure of ecological land and associated ecosystem service values has emerged as the most effective approach for understanding the causes and patterns of the functional degradation of ecological services. Together with accurate spatial datasets of LandsatTMimages from 1988 to 2013, we used remote sensing, geographic information system (GIS) technologies, and ecosystem service value assessment methods to analyze the urbanization levels of Chongqing`s nine key districts. The present study explored variations in the spatial structure of urban ecological land and the effects of different levels of urbanization across these districts on the expansion of urban construction land. The study further assessed changes in monetized values of ecosystem services that were caused by changes in the structure of urban ecological land. The results showed that from 1988 to 2013, urbanization levels of the study districts first underwent an acceleration phase, subsequently shifting to a deceleration phase, and finally reaching a saturation phase. Increased urbanization levels had a significant impact on the expansion of urban construction land. The ecological land in these districts of Chongqing provides a number of ecosystem services, including food production, supplemental raw materials, waste treatment, soil formation and protection, climate regulation, gas regulation, and biodiversity and water conservation. The structural changes of ecological land evidenced a “two minus three growth” pattern. The value of ecosystem services calculated for the study districts revealed a total loss of 260.60 × 106Yuan over the past 25 years. The greatest loss was incurred for the value of farmland ecosystem services that showed a reduction of 24.5%. Together with the spatial distribution change, entailing the expansion of urban construction land toward the west, north, and south, the greatest loss in terms of the ecosystem service value was incurred in the region between the Zhongliang and Tongluo mountains. The main reason for the decline in ecosystem service values over the entire study area was the negative impact resulting from farmland reduction and the expansion of construction land. The present study revealed a strong correlation between the spatial pattern of ecological land and changes in ecosystem service values in relation to the different urbanization levels of Chongqing′s nine key districts. Once the urbanization level reach saturation, strict regulations should be implemented to control the expansion of construction land and promote its intensive use. Efforts to protect farmlands, forests, grasslands, and wetlands should be enhanced to maintain the ecological balance of the entire region. This research can provide information and guidelines to facilitate decision-making in relation to the design of scientific and rational layouts as well as urban ecological land protection.

urbanization; ecological land; ecosystem service value; land use structure; Chongqing City

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012BAD14B18)

2015-08-08;

日期:2016-06-13

10.5846/stxb201508081672

* 通訊作者Corresponding author.E-mail: gaoming@swu.edu.cn,

張騫,高明,楊樂,陳成龍,孫宇, 王金柱.1988—2013年重慶市主城九區(qū)生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(2):566-575.

Zhang Q, Gao M, Yang L, Chen C L, Sun Y, Wang J Z.Changes in the spatial structure of ecological land and ecosystem service values in nine key districts of Chongqing City over the past 25 years.Acta Ecologica Sinica,2017,37(2):566-575.