長春市土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值演變

白立敏,修春亮,馮興華,馬麗亞

(1.東北師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,吉林 長春 130024;2.吉林建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院,吉林 長春 130118； 3.東北大學(xué) 江河建筑學(xué)院,遼寧 沈陽 110169)

1 引言

生態(tài)文明建設(shè)是當(dāng)前國家建設(shè)的重點(diǎn),對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展意義重大。生態(tài)文明概念包含了環(huán)境保護(hù)與社會(huì)發(fā)展雙重含義:一方面以改善生態(tài)環(huán)境為目標(biāo),提高生態(tài)恢復(fù)能力;另一方面是在不損害環(huán)境的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)和穩(wěn)定發(fā)展,促進(jìn)人與自然和諧進(jìn)步。合理科學(xué)的土地利用是生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)、關(guān)鍵和保障，但伴隨著城市化快速擴(kuò)張,不合理的土地利用,導(dǎo)致森林破壞、水土流失、土地荒漠化等生態(tài)環(huán)境問題日益突出,建設(shè)用地?cái)U(kuò)張和生態(tài)用地間的矛盾不斷加深,形成生態(tài)文明建設(shè)的巨大阻礙,限制了區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)有序發(fā)展。土地利用是人們改造自然的主要方式,而土地利用變化則是人地關(guān)系的主要外在表現(xiàn)形式[1],與許多自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象一樣,土地利用變化也具有復(fù)雜的時(shí)空演變特征[2]。土地利用在給人類帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也引起自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化[3,4],并在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)方面得到有效詮釋[5,6]。生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化是衡量土地利用變化生態(tài)效應(yīng)的重要指標(biāo)[7],定量刻畫區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演化可揭示土地利用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,為調(diào)整區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)，建立可持續(xù)土地利用模式提供科學(xué)依據(jù)[8]。近年來,土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值關(guān)系研究成為生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[9-11]。國內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同地域、城市展開了廣泛研究,聚焦于以下兩個(gè)角度:一是不同地形區(qū)、流域內(nèi)的土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)研究[12,13]。岳書平等研究了東北樣帶地區(qū)土地利用變化對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響[12];孫慧蘭等對(duì)新疆伊犁河流域土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響及其變化情況進(jìn)行了探討[13];劉永強(qiáng)等以長江中游經(jīng)濟(jì)帶325個(gè)縣域?yàn)檠芯繂卧?對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變特征進(jìn)行了刻畫,分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型的敏感程度并進(jìn)行了敏感性分區(qū)[14]。二是城市快速發(fā)展引起的土地利用對(duì)城市生態(tài)服務(wù)價(jià)值影響研究。胡金龍[15]、李文楷[16]、鐘媛[17]、季軍民[18]等分別就桂林市、深圳市、西安市、合肥市土地利用變化對(duì)這些城市的影響進(jìn)行了探討。綜合現(xiàn)有文獻(xiàn),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化鮮有網(wǎng)格尺度下的城市相關(guān)研究,同時(shí)研究區(qū)多集中在大城市或生態(tài)文明城市,缺乏對(duì)特定發(fā)展背景中的中小城市進(jìn)行土地利用變化及其生態(tài)服務(wù)響應(yīng)關(guān)系的探討。

長春市是我國傳統(tǒng)的重工業(yè)基地,也是東北振興的核心城市之一。受國家政策影響,長春市的城市發(fā)展呈現(xiàn)出明顯的階段性特征。2000年前城市擴(kuò)張速度相對(duì)緩慢，而在“振興東北”的國家戰(zhàn)略下,長春市城市發(fā)展經(jīng)歷了“黃金十年”,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)城市也得到急速擴(kuò)張。在這一背景下,探討城市蔓延導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)狀況階段性變化對(duì)東北城市發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí),長春市地貌兼具低山、丘陵、臺(tái)地與平原等地形，地勢(shì)東高西低,山脈自東北向西南橫穿市區(qū),分析城市蔓延與山脈、丘陵地帶景觀格局間的相互作用對(duì)區(qū)域生態(tài)保護(hù)、城市擴(kuò)張與經(jīng)濟(jì)發(fā)展均有一定啟示作用。本文在充分考慮城市發(fā)展階段差異性、城市空間異質(zhì)性特征的基礎(chǔ)上，借鑒網(wǎng)格采樣方法,分別從土地利用結(jié)構(gòu)時(shí)空演變特征、土地利用轉(zhuǎn)移流、土地動(dòng)態(tài)度三方面定量刻畫了1985—2015年長春市土地利用變化特征,并進(jìn)一步探討了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的響應(yīng)狀況,以期為生態(tài)文明建設(shè)導(dǎo)向下的長春市乃至東北中小城市土地利用規(guī)劃與城市發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和政策借鑒。

2 研究區(qū)概況

長春市地處我國東北松嫩平原腹部(124°18′—127°02′E、43°05′—45°15′N),是吉林省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。長春位于東北地區(qū)東部山地的西緣和松嫩平原的東緣,屬東部低山丘陵向中西部臺(tái)地平原的過渡地帶,地勢(shì)東高西低、南高北低,相對(duì)高度和緩。長春以大黑山脈為分界線,西北部為平原區(qū),東部和南部為低山丘陵地區(qū),海拔250—350m。研究區(qū)選取的范圍為長春市區(qū)。近30年來長春市發(fā)展迅速,城市擴(kuò)張明顯,2000年后相繼將雙陽、九臺(tái)由縣改區(qū),劃入城市市區(qū),市區(qū)的土地面積擴(kuò)張至695.1km2。2017年末,全市戶籍總?cè)丝跒?48.9萬人,其中市區(qū)人口438.3萬人[19]。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)收集與處理

土地利用矢量數(shù)據(jù)來自于長春市1985年、2000年、2015年土地利用/覆蓋Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù),經(jīng)過影像融合、幾何校正、拼接裁剪等圖像預(yù)處理,采用人機(jī)交互目視解譯方法,并參照《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 21010-2007)土地用地分類方法,將土地利用體系分類合并為草地、耕地、建設(shè)用地、林地、水域、未利用地等6類一級(jí)土地類型。在兼顧城市各類土地利用類型面積基礎(chǔ)上,本文依據(jù)等間距系統(tǒng)采樣方式,將研究區(qū)劃分為7346個(gè)1km×1km的樣地評(píng)價(jià)單元,以更好地分析城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間異質(zhì)性特征。

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移流測(cè)算方法

基于土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,借鑒社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)各土地利用類型的轉(zhuǎn)出流、轉(zhuǎn)入流進(jìn)行測(cè)算,以厘清長春市各類用地的轉(zhuǎn)移交互方向和數(shù)量[20]。

Lf=Lout+Lin

(1)

Lnf=Lin-Lout

(2)

式中,Lf為土地利用轉(zhuǎn)移流;Lout為轉(zhuǎn)出流;Lin為轉(zhuǎn)入流;Lnf為土地轉(zhuǎn)移流凈值。lnf值為正時(shí)，表示凈流入；lnf值為負(fù)時(shí)，表示凈流出。

3.3 動(dòng)態(tài)度分析模型

土地利用動(dòng)態(tài)度是刻畫區(qū)域土地利用在一定時(shí)間內(nèi)的變化速度,單一土地利用動(dòng)態(tài)度(K)用于計(jì)算某種土地類型的變化速度,綜合土地利用動(dòng)態(tài)度(P)用于測(cè)算區(qū)域整體的土地利用變化速度[21,22]。計(jì)算公式為:

(3)

式中,K為單一土地利用動(dòng)態(tài)度;Ua、Ub分別為研究期初和研究期末某土地利用類型的面積數(shù)量;t為研究期初至研究期末的間隔年數(shù)。K值越大,土地利用變化劇烈程度越高;反之,則土地利用變化越緩慢。

(4)

式中,P為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度;ΔUi-j為研究期初至期末第i類用地類型向其他類型土地轉(zhuǎn)出面積之和;Ui為研究期初第i類土地利用類型面積;t為研究期初至期末的間隔年數(shù)。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值模型

參考謝高地等基于問卷調(diào)查的我國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表和區(qū)域修正系數(shù)[23,24],得到長春市不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量,并根據(jù)式(5)—(7)分別計(jì)算各土地利用類型的服務(wù)價(jià)值、各項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值。

(5)

(6)

ESV=ΣΣAk×VCkf

(7)

式中,ESVk、ESVf和ESV分別為第k類型的服務(wù)價(jià)值、第f項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值和總服務(wù)價(jià)值;Ak為第k類型的土地面積;VCkf為第k類型第f項(xiàng)服務(wù)單位面積的服務(wù)價(jià)值。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用結(jié)構(gòu)特征

1985—2015年長春市土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化(表1),建設(shè)用地面積持續(xù)增加,水域面積大幅減少,耕地面積呈現(xiàn)波動(dòng)式下降趨勢(shì),草地面積、未利用地面積均呈現(xiàn)波動(dòng)式上升趨勢(shì)。耕地、林地和建設(shè)用地為主要用地類型,占研究區(qū)總面積的95%以上。在30年時(shí)間里,長春市建設(shè)用地面積變化最為顯著,面積持續(xù)增加,增幅高達(dá)59.53%。尤其是2000—2015年面積急劇增加,年均增幅達(dá)到6.67%。水域的面積持續(xù)下降,且下降顯著,減少幅度達(dá)32.34%。耕地、林地、草地、未利用地面積均呈現(xiàn)波動(dòng)式變化,耕地先增加后減少,較研究期初減少6%;林地、草地、未利用地面積均呈先減少后增加的變化趨勢(shì),林地、草地較研究期初面積分別減少了7.47%、121.57%，而未利用地面積增加了135.99%。受快速城市化影響,長春市城市擴(kuò)張導(dǎo)致農(nóng)用地向非農(nóng)用地不斷轉(zhuǎn)換,突出表現(xiàn)在耕地面積持續(xù)收縮與建設(shè)用地面積大幅增加,同時(shí)建設(shè)用地開發(fā)占用自然空間,造成水域面積急劇減少,人地關(guān)系矛盾進(jìn)一步凸顯;而林地、草地作為生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分,在兩個(gè)時(shí)段內(nèi)表現(xiàn)的不同的變化趨勢(shì),表明長春市生態(tài)觀的轉(zhuǎn)變。1985—2000年由于耕地占用林地、草地,造成長春市兩項(xiàng)用地面積銳減;2000—2015年實(shí)施退耕還林、退耕還草政策,林地、草地面積逐步增加,面積開始回升,生態(tài)系統(tǒng)得到顯著改善。

表1 長春市土地利用類型結(jié)構(gòu)

4.2 土地利用轉(zhuǎn)移分析

土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)能直觀表達(dá)土地類型轉(zhuǎn)移活躍度和各地類間的轉(zhuǎn)換情況,有助于揭示各地類轉(zhuǎn)移變化方向[19],識(shí)別一定時(shí)期內(nèi)土地轉(zhuǎn)移的空間演化進(jìn)程。本文將1985年、2000年、2015年土地利用數(shù)據(jù)每兩期進(jìn)行空間疊置處理,得到各土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,并在Ucinet 6.0軟件支持下進(jìn)行土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)制圖(圖1)。

圖1 1985—2015年兩個(gè)時(shí)期內(nèi)長春市土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)

分析土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)可知,1985年以來長春市各地類間均存在轉(zhuǎn)移關(guān)系,在各種土地利用轉(zhuǎn)移流中,建設(shè)用地、耕地與林地三種土地類型之間的轉(zhuǎn)移占明顯優(yōu)勢(shì)。1985—2000年,耕地、建設(shè)用地與林地三種地類轉(zhuǎn)移流強(qiáng)度達(dá)到29223.0hm2,占所有土地轉(zhuǎn)移流的93.4%;2000—2015年,轉(zhuǎn)移流強(qiáng)度進(jìn)一步提升,達(dá)到259061.8hm2,占所有土地轉(zhuǎn)移流的91.45%,成為長春市土地利用變化的優(yōu)勢(shì)地類。在優(yōu)勢(shì)地類轉(zhuǎn)移流中,耕地與建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)移流占主導(dǎo)地位,而耕地與林地間的轉(zhuǎn)移流強(qiáng)度也較大,處于次要地位。從優(yōu)勢(shì)地類轉(zhuǎn)移流看,兩階段內(nèi)的最大轉(zhuǎn)移流發(fā)生明顯變化。1985—2000年,林地轉(zhuǎn)為耕地在優(yōu)勢(shì)地類轉(zhuǎn)移流和整個(gè)土地轉(zhuǎn)移流所占比例均最大,分別達(dá)到31.4%及29.4%;其次為耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,轉(zhuǎn)移強(qiáng)度為3887.1hm2,占優(yōu)勢(shì)地類轉(zhuǎn)移流和整個(gè)土地轉(zhuǎn)移流的比例分別達(dá)到13.3%和12.4%。2000—2015年,耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地在三種優(yōu)勢(shì)地類轉(zhuǎn)移流和整個(gè)土地轉(zhuǎn)移流中的比例最高,分別為22.2%和20.3%;耕地轉(zhuǎn)為林地的強(qiáng)度次之,所占比例分別為11.2%和10.2%?？傮w上看,各地類轉(zhuǎn)為建設(shè)用地和林地的強(qiáng)度逐步增強(qiáng),轉(zhuǎn)移流占所有土地轉(zhuǎn)移流的比例不斷提升;各地類轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的比例由1985—2000年的12.5%提升至2000—2015年的21%,其中以耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地為主導(dǎo);各地類轉(zhuǎn)為林地的比例由1.4%增長至8.3%,增長速度明顯提升,其中以耕地轉(zhuǎn)林地為主導(dǎo)。水域在土地轉(zhuǎn)移流中整體呈現(xiàn)負(fù)增長態(tài)勢(shì),主要受到城鎮(zhèn)化影響,自然空間被城市建設(shè)用地侵占。

進(jìn)一步分析土地利用類型轉(zhuǎn)化空間特征發(fā)現(xiàn),1985—2015年長春市各土地利用類型轉(zhuǎn)化空間分布存在較大差異(圖2)。作為主要用地轉(zhuǎn)換類型,耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地主要分布在平原區(qū),而林地、草地和耕地的相互轉(zhuǎn)化主要集中在大黑山脈、東部和南部山地丘陵地帶。比較前后兩個(gè)時(shí)段內(nèi)土地轉(zhuǎn)化空間分布發(fā)現(xiàn),2000—2015年各地類轉(zhuǎn)換分布范圍更為廣泛,其中耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地覆蓋范圍最大,并在中心城區(qū)外圍呈面狀集聚;耕地與林地間相互轉(zhuǎn)換在大黑山脈、東部及南部山地丘陵地帶廣泛分布。分析其原因:2000年后城市進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,中心城市區(qū)外圍耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地呈蔓延式擴(kuò)張,城市發(fā)展以侵占農(nóng)用地為主，受退耕還林還草等生態(tài)保護(hù)政策影響,耕地與林地、草地轉(zhuǎn)換頻繁。

圖2 1985—2015年長春市土地利用轉(zhuǎn)化空間分布

4.3 土地利用動(dòng)態(tài)度

長春市主要土地利用類型動(dòng)態(tài)度分析見圖3。從單一土地利用動(dòng)態(tài)度1985—2015年30年間整體變化來看,草地、建設(shè)用地、未利用地呈增長變化,其他幾類用地呈縮減變化。其中,未利用地動(dòng)態(tài)變化最顯著,耕地變化較緩慢。分析長春市1985—2000年、2000—2015年兩個(gè)時(shí)段的動(dòng)態(tài)度,除建設(shè)用地始終為正值、水域始終為負(fù)值外,其他4種土地利用類型均出現(xiàn)正負(fù)值變化,表明建設(shè)用地呈持續(xù)增長態(tài)勢(shì),水域持續(xù)縮減,其他用地呈現(xiàn)不同增減變化。建設(shè)用地持續(xù)增加,增速由0.34%增至3.45%,增長近10倍;水域呈持續(xù)縮減變化趨勢(shì),縮減速度由0.05%擴(kuò)大至2.12%。耕地呈先增加后減小的變化趨勢(shì),前一時(shí)期以0.08%速度緩慢增加,后一時(shí)期則以0.47%速度減少。草地、林地、未利用地在前后兩個(gè)時(shí)期面積呈現(xiàn)先縮減后增加的變化趨勢(shì),其中未利用地變化最為劇烈,由0.06%速度縮減轉(zhuǎn)為以9.22%速度激增;草地也由縮減速度0.34%轉(zhuǎn)為8.9%速度激增。林地與其他用地不同,在第二時(shí)期動(dòng)態(tài)度降低,由0.54%速度縮減,轉(zhuǎn)為以0.05%速度緩慢增加。從動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值的變化速度來看,2000—2015年比1985—2000年時(shí)段變化更為劇烈,原因在于該時(shí)期城市發(fā)展缺乏規(guī)劃控制,城市規(guī)模無序擴(kuò)張,導(dǎo)致建設(shè)用地激增的同時(shí)耕地銳減。

圖3 長春市各地類土地利用動(dòng)態(tài)度

為進(jìn)一步分析長春市土地利用變化速度的空間差異,把握土地系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)強(qiáng)度響應(yīng)的空間格局。利用式(3)計(jì)算得出長春市1985—2000年、2000—2015年兩期土地利用動(dòng)態(tài)度,根據(jù)其動(dòng)態(tài)度值域范圍和自然斷裂法,以0.5、1、1.5為限值劃分為4類變化區(qū)域,分別為極慢變化型、慢速變化型、快速變化型、極快變化型變化類型區(qū)域(圖4)。

圖4 長春市土地利用動(dòng)態(tài)度空間分布

從各類型區(qū)域變動(dòng)情況來看,1985—2000年長春市極慢變化型(6272個(gè))區(qū)域占據(jù)主導(dǎo),占研究單元總數(shù)的85%,表明這一階段人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境系統(tǒng)影響較小、地類轉(zhuǎn)換速度整體較慢;快速與極快變化型區(qū)域占比13%,主要分布在城市周邊地區(qū)及市域東部地帶。其中,受城市擴(kuò)張影響,城市周邊地區(qū)主要為耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地;受農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素影響,市域東部地帶主要為林地向耕地轉(zhuǎn)變。這一時(shí)期,市域經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體速度相對(duì)緩慢,土地利用動(dòng)態(tài)度整體偏低,城市周邊地區(qū)及東部地帶內(nèi)的地類轉(zhuǎn)換對(duì)該時(shí)期的土地動(dòng)態(tài)度貢獻(xiàn)較大。2000—2015年,受快速城鎮(zhèn)化的影響,長春市區(qū)域土地動(dòng)態(tài)度發(fā)生較大變化,同時(shí)受城市擴(kuò)張和區(qū)內(nèi)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作用的影響,城區(qū)周邊土地動(dòng)態(tài)度得到快速提升,大黑山山脈地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程也在一定程度上促使區(qū)內(nèi)地類轉(zhuǎn)換頻度加快。這一時(shí)期,長春市土地動(dòng)態(tài)度的極慢變化型(2787個(gè))占比下降至38%，快速與極快變化型區(qū)域分布范圍顯著擴(kuò)大,占比達(dá)到36%。

從長春市各類型區(qū)域分布范圍看,呈現(xiàn)以下幾個(gè)突出特征:后一時(shí)期變化較前一時(shí)期更劇烈,極快變化型區(qū)域呈擴(kuò)張式沿中心城區(qū)集聚式分布,快速變化區(qū)域范圍沿大黑山脈、東部和南部區(qū)域迅速擴(kuò)展,并呈明顯集聚狀態(tài);動(dòng)態(tài)度高值區(qū)環(huán)中心城區(qū)區(qū)域集聚特征明顯,主要是由于城市擴(kuò)張導(dǎo)致建設(shè)用地增加,土地地類轉(zhuǎn)換加劇,土地動(dòng)態(tài)變化顯著;動(dòng)態(tài)度極快變化型不同區(qū)域集聚影響因素不同,中心城區(qū)外圍土地?cái)U(kuò)張地類轉(zhuǎn)換主要受經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響,耕地對(duì)建設(shè)用地轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)度為主導(dǎo),而大黑山脈等受生態(tài)保護(hù)影響,表現(xiàn)活躍的動(dòng)態(tài)度為耕地向林地、草地轉(zhuǎn)移。

4.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

1985年、2000年、2015年長春市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值分別為714.30億元、697.66億元和632.17億元,呈現(xiàn)整體下降的趨勢(shì)。前后時(shí)段降幅分別為2.33%和9.38%,降幅速率呈增加趨勢(shì),平均年降幅為0.38%(表2)。從生態(tài)服務(wù)價(jià)值組成上可知,耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值一直處在第一位,所占比例均高于40%,2015年高達(dá)49.31%;林地居于第二位,呈波動(dòng)式變化,研究期內(nèi)先降低后增長,由33.29%下降至31.31%后轉(zhuǎn)為增長至34.81%,變化原因?yàn)?985—2000年毀林開荒占用林地,而2000年后我國大力執(zhí)行“退耕還林”等相關(guān)環(huán)境保護(hù)政策。研究期內(nèi),在長春市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值體系中林地、耕地與水域三種類型所占比例均高達(dá)95%以上,構(gòu)成了長春市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主體。

表2 長春市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)及其變化(億元,%)

進(jìn)一步分析生態(tài)服務(wù)價(jià)值的空間分布差異發(fā)現(xiàn),東西差異顯著,高值區(qū)主要分布在林地、水域土地類型為主的東部區(qū)域,主要集中在東西走向的大黑山脈、市域南部和東部山區(qū);低值區(qū)主要分布在以建設(shè)用地類型為主的西部平原區(qū)域,集中在中心城區(qū)及雙陽、九臺(tái)城區(qū)(圖5)。從生態(tài)服務(wù)價(jià)值高(低)值范圍變化趨勢(shì)看,低值區(qū)擴(kuò)張明顯,原因是建設(shè)用地蔓延導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低;2000年后高值區(qū)面積增加明顯,主要分布在大黑山脈,原因是實(shí)施退耕還林政策影響下其他地類轉(zhuǎn)為林地,面積增加導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值升高。

圖5 長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布

本文采用空間自相關(guān)分析方法,對(duì)長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分異進(jìn)行了定量分析研究。1985年、2000年、2015年長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值Moran′s I指數(shù)分別為0.6436、0.6433和0.6529,指數(shù)值呈現(xiàn)波動(dòng)式上升趨勢(shì),表明自1985年以來長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值聚集趨勢(shì)日益顯著,高低值與空間分布呈顯著正相關(guān)關(guān)系。進(jìn)一步分析生態(tài)服務(wù)價(jià)值的冷熱點(diǎn)空間分布格局,長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值的冷熱點(diǎn)分布保持相對(duì)穩(wěn)定的空間格局,熱點(diǎn)區(qū)主要沿大黑山脈和水域呈帶狀、東部和南部區(qū)域呈“U”型分布。由于該區(qū)以林地、水域土地類型為主的自然環(huán)境區(qū)域而形成生態(tài)服務(wù)價(jià)值的“熱點(diǎn)區(qū)”;冷點(diǎn)區(qū)主要呈團(tuán)塊狀分布在長春市中心城區(qū)和雙陽、九臺(tái)城區(qū)。該區(qū)受人類干擾較大,建設(shè)用地等非生態(tài)用地比例較高,形成生態(tài)服務(wù)價(jià)值的“冷點(diǎn)區(qū)”。從生態(tài)服務(wù)價(jià)值冷熱點(diǎn)空間范圍變化趨勢(shì)看,“冷點(diǎn)區(qū)”擴(kuò)張明顯,主要因?yàn)榻ㄔO(shè)用地蔓延導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值低值區(qū)進(jìn)一步集聚;“熱點(diǎn)區(qū)”增加多為林地、水域等生態(tài)用地轉(zhuǎn)入明顯的區(qū)域。由于退耕還林還草、生態(tài)修復(fù)等生態(tài)政策的實(shí)施,林地、草地、水域等具有較高生態(tài)服務(wù)價(jià)值的土地利用類型數(shù)量增加,使“熱點(diǎn)區(qū)”范圍進(jìn)一步擴(kuò)展(圖6)。

圖6 長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間冷熱點(diǎn)分布

4.5 土地利用及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)策與建議

伴隨著快速城市化發(fā)展,長春市土地?cái)U(kuò)張大致經(jīng)歷了自然緩慢成長和快速蔓延拓展兩個(gè)階段。自2000年以來,城市土地利用結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生了顯著變化,建設(shè)用地大量侵占耕地和生態(tài)用地,造成生態(tài)服務(wù)價(jià)值流失,山脈及水域地區(qū)生態(tài)環(huán)境面臨威脅,急需采取相應(yīng)措施維持生態(tài)服務(wù)價(jià)值。因此,對(duì)長春市土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提出對(duì)策與建議:①優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),實(shí)施生態(tài)空間生態(tài)保育和生態(tài)修復(fù)工程,提升區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的構(gòu)成看,耕地、林地和水域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值占比達(dá)95%以上,是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主體。耕地、水域面積的減少是導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量減少的主要原因,林地、草地在一定程度上補(bǔ)償了生態(tài)服務(wù)價(jià)值的流失。大黑山脈和長春市南部、東部低山丘陵地帶是生態(tài)用地的主要組成部分,也是生態(tài)服務(wù)價(jià)值高值區(qū),對(duì)區(qū)域生態(tài)安全和生態(tài)服務(wù)功能發(fā)揮具有關(guān)鍵性作用,應(yīng)繼續(xù)實(shí)施“退耕還林還草”政策，加強(qiáng)生態(tài)空間的生態(tài)保育及生態(tài)修復(fù),并對(duì)東部人工林、次生林等經(jīng)濟(jì)林地實(shí)行“輪休”政策,以提升生態(tài)服務(wù)功能及質(zhì)量,提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量。從用地的構(gòu)成比例看,生態(tài)用地的比例逐漸壓縮,尤其是水域面積顯著下降加速了生態(tài)服務(wù)價(jià)值流失,應(yīng)加強(qiáng)水域生態(tài)保護(hù)與修復(fù),尤其新立城水庫、石頭口門水庫水源地周邊設(shè)定保護(hù)區(qū)、緩沖區(qū),防止旅游開發(fā)、建設(shè)用地等對(duì)水域的占用。生態(tài)服務(wù)價(jià)值的提高還需依托用地結(jié)構(gòu)進(jìn)一步調(diào)整,在保護(hù)耕地的基礎(chǔ)上加強(qiáng)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以提升生態(tài)用地比例,并應(yīng)重視生態(tài)用地的面積配比及其空間格局,不斷提升生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量及質(zhì)量,滿足生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)下社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)生態(tài)服務(wù)功能的需求。②控制城市建設(shè)用地蔓延擴(kuò)張,抑制生態(tài)服務(wù)價(jià)值繼續(xù)下降。城鎮(zhèn)化快速發(fā)展過程中,建設(shè)用地蔓延式擴(kuò)張,大量侵占耕地及生態(tài)用地,造成生態(tài)服務(wù)價(jià)值下降。由土地轉(zhuǎn)移分析可知,耕地主要轉(zhuǎn)向建設(shè)用地,且轉(zhuǎn)移強(qiáng)度較大,占土地轉(zhuǎn)移流主導(dǎo)地位。耕地作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主要貢獻(xiàn)提供者,面積銳減必然造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流失。2000—2015年長春市西部中心城區(qū)蔓延式擴(kuò)張對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的負(fù)向影響最為顯著。因此,應(yīng)積極挖掘長春市建成區(qū)存量土地的使用價(jià)值,提升土地利用效率,在中心城區(qū)外圍劃定城市增長邊界，加強(qiáng)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),實(shí)現(xiàn)城區(qū)“精明增長”。同時(shí),利用耕地作為建成區(qū)與大黑山脈自然生態(tài)保護(hù)用地的“緩沖空間”特點(diǎn),為防止建設(shè)用地?cái)U(kuò)張進(jìn)一步威脅自然生態(tài)空間,設(shè)定耕地紅線，引導(dǎo)城市規(guī)劃發(fā)展方向,避免建設(shè)用地繼續(xù)蔓延威脅山脈生態(tài)用地。雙陽、九臺(tái)城區(qū)受“撤縣改區(qū)”政策驅(qū)動(dòng),城區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)張侵占了周邊耕地和生態(tài)用地,造成生態(tài)服務(wù)價(jià)值流失;兩區(qū)與自然環(huán)境連接密切,更應(yīng)注重產(chǎn)業(yè)定位,發(fā)展綠色、低耗、環(huán)保型產(chǎn)業(yè),注意經(jīng)濟(jì)與生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 結(jié)論與討論

本文分析了長春市近30年土地利用結(jié)構(gòu)導(dǎo)致土地利用轉(zhuǎn)移及土地利用動(dòng)態(tài)度變化特征,并結(jié)合生態(tài)服務(wù)價(jià)值組成及其時(shí)空演變特征,分析了土地利用與生態(tài)服務(wù)價(jià)值的響應(yīng)研究,主要結(jié)論如下:①1985—2015年,長春市土地利用結(jié)構(gòu)變化顯著,表現(xiàn)為建設(shè)用地面積持續(xù)增加，耕地面積波動(dòng)式下降,林地、草地呈現(xiàn)一定的增長趨勢(shì),水域面積持續(xù)減少。土地利用轉(zhuǎn)移特征為:耕地、林地和建設(shè)用地三種土地類型為優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)移地類;耕地與建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)移居于主導(dǎo)地位,耕地與林地間的轉(zhuǎn)移處于次要地位;2000—2015年各地類轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、林地的比例和增速明顯提升,其中以耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、耕地轉(zhuǎn)林地為主導(dǎo)。各地類轉(zhuǎn)化空間分布中,耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地主要分布在平原區(qū),林地、草地和耕地的相互轉(zhuǎn)化主要集中在山地丘陵地帶。②1985—2015年,長春市土地利用動(dòng)態(tài)度特征為:單一土地利用動(dòng)態(tài)度,草地、建設(shè)用地、未利用地呈增長變化,其他幾類用地呈縮減變化,其中未利用地動(dòng)態(tài)變化最為顯著,耕地變化較緩慢;土地利用變化速度的空間差異為:1985—2000年地類轉(zhuǎn)換速度整體較慢,極慢變化型區(qū)域占據(jù)主導(dǎo);2000—2015年轉(zhuǎn)換速度加劇,極快、快速變化型區(qū)域迅速擴(kuò)展。動(dòng)態(tài)度變化不同區(qū)域的影響因素不同,中心城區(qū)外圍土地?cái)U(kuò)張地類轉(zhuǎn)換主要受經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響,以耕地對(duì)建設(shè)用地轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)度為主導(dǎo),而山地丘陵地區(qū)受生態(tài)保護(hù)影響,耕地向林地、草地轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)度表現(xiàn)活躍。③1985—2015年,長春市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì),且降幅速率不斷增加。在生態(tài)服務(wù)價(jià)值組成上,耕地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值長期處在第一位,林地居于第二位。林地、耕地與水域三種類型構(gòu)成了長春市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主體,占全部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的95%以上。生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分異顯著,高值區(qū)主要分布于東部、南部山區(qū),低值區(qū)主要分布在西部平原區(qū)域,2000—2015年高低值區(qū)變化明顯,低值區(qū)因建設(shè)用地蔓延迅速擴(kuò)張,高值區(qū)因林地面積增加而擴(kuò)展。④1985年、2000年、2015年長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值Moran′s I指數(shù)值呈現(xiàn)波動(dòng)式上升趨勢(shì),表明生態(tài)服務(wù)價(jià)值聚集趨勢(shì)日益顯著;長春市生態(tài)服務(wù)價(jià)值的冷熱點(diǎn)空間格局相對(duì)穩(wěn)定,熱點(diǎn)區(qū)主要沿大黑山脈及水域呈帶狀、東部及南部區(qū)域山地丘陵呈“U”型分布;冷點(diǎn)區(qū)主要呈團(tuán)塊狀分布在長春市中心城區(qū)及雙陽、九臺(tái)城區(qū)等以建設(shè)用地地類為主區(qū)域。由于“冷點(diǎn)區(qū)”的建設(shè)用地蔓延導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值低值區(qū)進(jìn)一步集聚而擴(kuò)張明顯,“熱點(diǎn)區(qū)”因林地、草地、水域等具有較高生態(tài)服務(wù)價(jià)值的土地利用類型數(shù)量增加而進(jìn)一步擴(kuò)展。

近30年的城市化發(fā)展導(dǎo)致長春市土地利用結(jié)構(gòu)變化不盡合理,建設(shè)用地大幅擴(kuò)張,造成林地、耕地和水域自然空間被侵占,生態(tài)用地不斷壓縮,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)下降,并引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。因此，亟需優(yōu)化長春市的土地利用結(jié)構(gòu),加強(qiáng)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),注重生態(tài)環(huán)境保護(hù),修復(fù)豐富多樣的生態(tài)要素,延續(xù)和提升其生態(tài)服務(wù)功能;采取設(shè)置增長邊界、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等規(guī)劃政策與手段,控制建設(shè)用地蔓延增長,抑制生態(tài)服務(wù)價(jià)值流失。區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的提升,將為生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)保障。