新疆和田地區(qū)城鎮(zhèn)化與土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合關系研究

郭亞紅，阿布都熱合曼·哈力克

(新疆大學 資源與環(huán)境科學學院/綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046)

城鎮(zhèn)化是鄉(xiāng)村振興和區(qū)域協(xié)調發(fā)展的有力支撐，涉及人口、經濟、土地、社會、生態(tài)等[1]﹒隨著新型城鎮(zhèn)化不斷推進，城鎮(zhèn)化發(fā)展必須以提高質量為主要目標[2]﹒生態(tài)系統(tǒng)服務是指通過生態(tài)系統(tǒng)結構、功能和過程而獲得的產品和服務，包括供給、調節(jié)、支持和文化 4種功能[3-5]﹒1997年，Costanza等[6]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務經濟價值進行評估，引起眾多學者的廣泛關注﹒目前，國內研究主要以謝高地等[5,7-8]提出并修訂的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表為基礎，結合研究區(qū)單位生態(tài)系統(tǒng)服務的經濟價值來估算區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值[9]﹒

城市是生態(tài)環(huán)境自然變化最強地區(qū)[10]﹒生態(tài)環(huán)境與城鎮(zhèn)化之間相互作用[11]﹒一方面，城鎮(zhèn)化污染物排放會給生態(tài)系統(tǒng)和資源承載力帶來壓力，導致嚴重的生態(tài)環(huán)境問題[12]；另一方面，生態(tài)環(huán)境也會通過環(huán)境退化、資源短缺等方式影響城鎮(zhèn)化[13]﹒在快速城鎮(zhèn)化地區(qū)，環(huán)境與人類活動之間的矛盾變得尤為突出[14]，發(fā)現(xiàn)和改善生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化之間的關系已成為眾多學者關注的焦點﹒目前，對生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化之間的關系研究主要集中在如何協(xié)調城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的關系[15]﹒此外，有研究著重于定量分析城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調關系[16]﹒也有研究將城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值作為2個系統(tǒng)[17]，并從系統(tǒng)角度來探討它們之間的關系，但少有學者研究城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值子系統(tǒng)之間的相互作用﹒

以和田地區(qū)為研究對象，定量分析和田地區(qū)城鎮(zhèn)化水平、生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空變化、兩者之間整體耦合協(xié)調關系及整體與子系統(tǒng)之間交互耦合關系，可為促進具有相似發(fā)展特征的城市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境間的協(xié)調可持續(xù)發(fā)展提供參考﹒

1 研究區(qū)概況

和田地區(qū)位于新疆南部，地處35.7°N～39.4°N，78.7°E～83.4°E，包括7縣1市，和田地區(qū)總面積2.481×107hm2，占全疆總面積的1/6，占全國總面積的2.6%﹒該區(qū)氣候極端干旱，風沙天氣比較頻繁，屬暖溫帶極干旱荒漠氣候﹒近年來，和田地區(qū)經濟快速發(fā)展，2017年和田地區(qū)生產總值達268.26億元，比2010年增多了167.66億元，城鎮(zhèn)村及工礦用地占總面積比重由 0.28%增加到了0.31%﹒

2 研究方法

2.1 數(shù)據來源

2010―2017 年土地利用數(shù)據來源于和田地區(qū)自然資源局土地利用變更數(shù)據調查，土地利用類型包括：耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地、水域及未利用地；社會經濟數(shù)據來源于《新疆統(tǒng)計年鑒》、和田地區(qū)及和田地區(qū)各市縣國民經濟與社會發(fā)展公報(2010―2017年)﹒

2.2 研究方法

2.2.1 城鎮(zhèn)化水平評價

1)城鎮(zhèn)化指標體系構建﹒在考慮重要性、層次性、動態(tài)性、可比性和可操作性等原則以及數(shù)據可獲取性的基礎上，以文獻[18-20]為基礎，構建城鎮(zhèn)化指標體系，見表1﹒

表1 和田地區(qū)城鎮(zhèn)化水平綜合評價指標體系

2)指標權重確定﹒熵值法是一種確定權重的客觀科學方法，通過指標變異程度來表示指標重要性，利于規(guī)避人工造成的主觀性[19]﹒因此，采用熵值法來計算城市化指標的權重，見表1﹒

2.2.2 土地生態(tài)系統(tǒng)服務指標體系

以謝高地等[8]在 2007年提出的“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值當量表”為基礎，用單位面積農田每年自然糧食產量的經濟價值進行修正，可得單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值為2 059.62 元/(hm2·a?1)，由此可得出和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)，見表2﹒同時，由于文獻[8]在制定土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表時已考慮到各服務功能的權重相同，因此，各指標權重均值為1/9﹒

表2 和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值系數(shù) 元/(hm2·a?1)

生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算公式為：ESVf=∑AkΔVCfk﹒其中，ESVf為第f項服務功能的價值；Ak為第k類土地利用類型的面積；ΔVCfk為第k類土地利用類型的第f項生態(tài)服務功能的價值系數(shù)﹒

2.2.3 耦合協(xié)調度

其中，C為兩系統(tǒng)間的耦合度，C∈[0,1]，當C趨于1時，城鎮(zhèn)化與土地生態(tài)系統(tǒng)服務兩者之間達到高度協(xié)調發(fā)展，系統(tǒng)將趨于新的有序結構，反之，系統(tǒng)向無序發(fā)展；D為耦合協(xié)調度；T為城鎮(zhèn)化與土地生態(tài)系統(tǒng)服務協(xié)同效應綜合評價指數(shù)；α、β為貢獻度待定系數(shù)，參照文獻[18]，取α=β= 0 .5，同時將耦合協(xié)調度分為4個等級﹒

3 結果分析

3.1 城鎮(zhèn)化水平時空變化

從和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化水平時間變化來看，其城鎮(zhèn)化綜合水平顯著提高，綜合水平平均值由2010年的0.131 2增長到2017年的0.252 8﹒從各指標權重來看，城鎮(zhèn)村及工礦用地占總面積比重(0.188 1)、建設用地占總面積比重(0.185 8)以及醫(yī)療衛(wèi)生機構(0.112 8)所占比重較高，這說明在2010―2017年城鎮(zhèn)人口快速增加導致城鎮(zhèn)土地擴張是和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化發(fā)展的主要因素﹒

從城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)水平來看(見圖1)，除和田市外，其它縣市城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)發(fā)展水平較為一致﹒各縣市空間城鎮(zhèn)化水平差距不大，發(fā)展比較穩(wěn)定；其他子系統(tǒng)城鎮(zhèn)化水平在研究初期變化比較穩(wěn)定，在后期發(fā)展較迅速，尤其2015年以后發(fā)展較快﹒

圖1 和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化水平

從城鎮(zhèn)化空間變化來看(見圖2)，和田地區(qū)各縣市綜合城鎮(zhèn)化水平均有所提高﹒2010年，各縣市綜合城鎮(zhèn)化水平發(fā)展較低，且差距不顯著，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平依次為：和田市>民豐縣>墨玉縣>皮山縣>洛浦縣>于田縣>策勒縣>和田縣﹒2017年，和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化總體水平有著明顯上升趨勢，且各縣市的城鎮(zhèn)化水平差異更加顯著，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平依次為：和田市>墨玉縣>于田縣>民豐縣>皮山縣>洛浦縣>策勒縣>和田縣﹒在研究期間，和田市綜合城鎮(zhèn)化發(fā)展水平最快，其次為墨玉縣，和田縣發(fā)展最為緩慢﹒

圖2 和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化水平空間變化

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化分析

2010―2017 年和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，生態(tài)系統(tǒng)服務價值總體減少了0.63×108元﹒

從和田地區(qū)各縣市總體生態(tài)系統(tǒng)服務價值來看(見表3)，各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化不一，呈“三增五減”趨勢﹒其中，和田市、于田縣與皮山縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈增加趨勢；其他各縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值均呈減少趨勢﹒各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務價值依次為：民豐縣>策勒縣>和田縣>皮山縣>于田縣>墨玉縣>洛浦縣>和田市，即民豐縣對和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值貢獻最高，和田市對和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值貢獻最低﹒

表3 和田地區(qū)各縣市單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值 億元

從單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值來看，各縣市單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值有所波動，但總體上變動趨勢不太顯著﹒各縣市單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值主要以水文調節(jié)、廢物處理與維持生物多樣性為主，服務性功能高于生產性功能，這主要是由于水體、林地與草地的面積及價值修正系數(shù)較大造成的﹒

3.3 城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值互動脅迫關系

3.3.1 整體互動脅迫關系

將耦合協(xié)調度分為4個等級，0

圖3 和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合協(xié)調度

由圖3可知，在研究期內，和田地區(qū)各縣市的耦合協(xié)調度值均有增加，其協(xié)調類型經歷了低度協(xié)調、中度協(xié)調與高度協(xié)調3個階段﹒和田市與洛浦縣耦合協(xié)調度普遍低于其他各縣，屬于低度協(xié)調；民豐縣耦合協(xié)調度值始終高于0.5，處于高度協(xié)調狀態(tài)﹒2010―2012年，和田縣、墨玉縣與于田縣耦合協(xié)調度處于低度協(xié)調階段；2012年后和田縣、于田縣與墨玉縣發(fā)展為中度協(xié)調階段；于田縣2016年后發(fā)展到高度協(xié)調階段；皮山縣與策勒縣 2015年后在中度協(xié)調與高度協(xié)調階段之間波動﹒

3.3.2 各子系統(tǒng)互動脅迫關系

從圖4城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合協(xié)調度來看，城鎮(zhèn)化4大子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合總體呈緩慢上升趨勢﹒其中，經濟城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合增長趨勢較為顯著；空間城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合變化趨勢最為平緩；人口城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值的耦合變化趨勢雖有波動但仍呈緩慢增長趨勢﹒在各縣市中，和田市城鎮(zhèn)化4大子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合值顯著低于其他各縣，2010―2014年 4大子系統(tǒng)耦合值呈下降趨勢，2014―2017年則呈上升趨勢﹒民豐縣城鎮(zhèn)化4大子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合值始終高于其他縣市﹒這表明，民豐縣城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展最為協(xié)調﹒

圖4 城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值耦合協(xié)調度

從圖5城鎮(zhèn)化與不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能耦合協(xié)調度來看，除和田市與和田縣外，其他各縣不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能與城鎮(zhèn)化耦合值整體呈現(xiàn)緩慢增長趨勢﹒和田市與和田縣的不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能與城鎮(zhèn)化耦合值變化趨勢相反，以 2014年為界，2010―2014年和田市各單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能與城鎮(zhèn)化耦合值呈下降趨勢，2014―2015年呈急劇上升趨勢，之后緩慢增長；和田縣食物生產、廢物處理與保持土壤功能與城鎮(zhèn)化耦合呈現(xiàn)緩慢上升—急劇下降—緩慢上升趨勢，其他服務功能與城鎮(zhèn)化耦合則呈現(xiàn)先上升后下降趨勢﹒

圖5 城鎮(zhèn)化與不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能耦合協(xié)調度

4 結論與討論

1)2010―2017 年間和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化綜合水平顯著提高﹒和田市綜合城鎮(zhèn)化發(fā)展水平最快；其次為墨玉縣；和田縣發(fā)展最為緩慢；除和田市外，其他縣市城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)發(fā)展水平一致﹒

2)2010―2017 年間和田地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，總體上減少了0.63×108元﹒各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化不一，呈現(xiàn)“三增五減”趨勢，其中和田市、于田縣與皮山縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈增加趨勢，其他各縣均呈減少趨勢；各縣市單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值總體上變動趨勢不太顯著，主要以水文調節(jié)、廢物處理與維持生物多樣性為主，服務性功能高于生產性功能﹒

3)從整體耦合度來看，和田地區(qū)各縣市耦合協(xié)調度值均有增加，協(xié)調類型經歷了低度協(xié)調、中度協(xié)調與高度協(xié)調3個階段﹒各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務價值與城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)耦合協(xié)調呈緩慢增長趨勢，其他各縣整體呈現(xiàn)緩慢增長趨勢，僅和田市與和田縣變化趨勢相反﹒在研究和田地區(qū)各縣市城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值關系時，通過調整價值系數(shù)來計算該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，這同時也適用于其他地區(qū)﹒但是，與生態(tài)系統(tǒng)服務價值有關的許多問題仍需要進一步探討，僅靠專家決策和現(xiàn)有知識，生態(tài)系統(tǒng)服務價值估計值與實際價值之間可能存在一定的誤差，這將影響特定時間段內某些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的估計﹒另外，價值系數(shù)法完全依賴于土地利用方式也會影響結果的準確性﹒在進一步的研究中，有必要建立更詳細、更全面的生態(tài)系統(tǒng)服務價值模型以降低這些影響﹒在研究城鎮(zhèn)化進程時，指標選取是否合理，以及數(shù)據可獲得性均會對研究結果有影響，因此需要建立更為合理的一套指標體系來評估城鎮(zhèn)化﹒