基于生態系統服務價值的固原市市轄區土地利用規劃環境影響評價*

王亞娟,劉小鵬,趙大磊

(1.寧夏大學資源環境學院,銀川750021;2.寧夏大學草業科學研究所,銀川750021)

土地利用規劃環境影響評價已成為戰略環境影響評價(SEA)的重要內容之一,但由于研究對象的復雜化和多樣化,還沒有形成一個成熟的、實用的、統一的、有效的土地利用規劃環境影響評價工作程序和方法體系[1-3]。土地利用規劃地實施,將會對不同規劃年(近期目標年、中期目標年、規劃目標年)的農用地、建設用地和其他用地結構產生不同影響,從而引起各種生態系統類型、面積以及空間分布的變化,直接導致各地類生態系統服務價值的變化。目前,生態系統服務價值方法成為生態學研究不同時空尺度土地利用/覆蓋變化(LUCC)、區域可持續發展、環境保護等較成熟的方法,其研究結論和成果為環境決策和管理服務提供了科學依據。運用生態系統服務價值方法,結合研究區各地類生態系統的單位面積服務功能價值和不同規劃年各地類的面積變化,分析和評價新一輪土地利用規劃實施前后生態系統服務功能價值的變化,預測規劃實施可能產生的生態環境影響,無疑具有可行性和可操作性。

在寧夏主體功能區規劃中,固原市市轄區成為寧夏南部山區唯一的重點開發區,新一輪土地利用規劃正是在此背景下開展的。固原市市轄區雖然是重點開發區,但同時是寧南山區水土流失嚴重區和生態環境脆弱區。新一輪土地利用總體規劃的實施,必將影響農用地(耕地、園地、林地和牧草地)、建設用地(城鎮及工礦用地、交通用地和水利設施用地)和未利用土地等土地利用格局,進一步影響上述各地類和整個區域生態系統服務功能。

1 研究區概況

固原市市轄區位于寧夏南部山區清水河上游的六盤山東北麓 ,位于東經 105°58′-106°33′,北緯 35°44′-36°31′,現轄 6 個鎮、5 個鄉,總面積2 748.33 km2,是傳統的農業種植區。市轄區海拔2 884～1 513m,地勢南高北低,西南為六盤山山地,東北為黃土丘陵區,中部為清水河河谷平原,氣候屬暖溫帶半干旱氣候區,降雨量少,蒸發強烈,多年平均降水量不足400 m,年蒸發量為1 361 mm。冬季漫長寒冷,春季氣溫多變,夏季短暫涼爽,秋季降溫迅速。

固原市市轄區是寧夏南部山區唯一的重點開發區,是寧南山區政治、經濟、文化中心及交通樞紐。經預測,到2020年固原市市轄區城鎮化水平將達到56.75%,地區生產總值年均增長7.18%。該區域也是重要的生態治理和水土保持區。固原市市轄區區域內土石質山區分布比較廣泛,降雨比較集中,加之人為活動對生態環境的影響,全區水土侵蝕模數高達54 t/(hm2?a),水土流失較嚴重。

2 研究方法

2.1 數據來源

研究區基本數據來源于固原市市轄區統計年鑒(2001-2008年)、1997-2010年固原市市轄區土地利用總體規劃及實施評價、2006-2020年固原市市轄區土地利用總體規劃大綱等。

土地利用規劃通過影響土地利用結構與布局而影響生態系統服務功能。參照有關研究成果[3],將固原市市轄區生態系統劃分為農用地(耕地、園地、林地和牧草地)、建設用地(城鎮及工礦用地、交通用地和水利設施用地)和未利用土地生態系統。根據固原市市轄區2006-2020年土地利用規劃初步方案中各種土地利用類型的面積及其變化,得到相應的各種土地利用生態系統的面積及其變化(表1)。

2.2 生態系統服務價值評價方法

2.2.1 生態系統服務價值系數及服務價值 參照Costanza R[4]、謝高地[5-6]等學者對生態系統服務功能的研究成果,將固原市市轄區的生態系統服務功能分為氣體調節、氣候調節、水源涵養、侵蝕控制、廢物處理、土壤形成與保護、生物多樣性保護、食物生產、原材料、娛樂休閑等 10項。

表1 固原市市轄區土地利用生態系統面積及其變化

表2為固原市市轄區各種土地利用生態系統的單位面積服務功能價值的估算結果。其中,耕地、林地和牧草地的各項生態系統服務功能價值采用謝高地等確定的生態服務價值系數。園地是介于林地與耕地之間的一種用地類型,其生態服務價值系數取二者的平均值[6]。由于固原市市轄區地處寧南山區,其未利用土地中大部分是山區、丘陵荒草地,據謝高地等研究成果,按丘陵草原和山地草原生態服務價值系數的平均值代替該區的未利用土地的生態服務價值系數[6],而其中的各服務功能系數采用Delp li法取得。由于目前還沒有更準確更科學的方法來評價建設用地生態服務價值,很多學者把它賦值為0。本文采用Delpli法對建設用地的生態價值進行賦值。固原市市轄區新增建設用地占用的主要是農用地,改變了下墊面性質,對整個土地生態系統整體服務價值起著抵消作用,故其生態服務價值系數為負數。

表2 各土地利用類型生態服務價值系數 元/hm2

生態系統服務價值的計算公式[7-13]為

式中:V——研究區生態系統總服務價值(元);Ak——研究區第 k種土地利用類型面積(hm2);Cv,k——研究區第k種土地利用類型的生態服務價值系數。

2.2.2 土地利用變化指標(動態度) 土地利用類型年變化率(K)指的是某研究區一定時間范圍內某種土地利用類型數量的年變化情況[11]。采用單一土地利用類型(K)來顯示固原市市轄區各地類用地的變化狀況,其計算公式[9-11]為

式中:Ua,Ub——研究初期和末期的某種土地利用類型面積(hm2);T——時段長,當T單位設定為年時,K值就是某種土地利用類型年變化率。

2.2.3 生態價值敏感性指數(敏感度) 引入敏感性指數(Cs)[11],用以表示某種土地利用類型的生態價值系數變化后所引起的總生態系統服務價值的變化。若Cs＞1,表明生態系統服務價值富于彈性;若Cs＜1,表明生態系統服務價值缺乏彈性。其計算公式[8-13]為

式中:V——估算的生態系統總服務價值(106元);Cv——生態服務價值系數;i,j——調整前和調整后狀況;k——各土地利用類型。

3 結果與分析

3.1 生態服務價值的變化及分析

根據生態系統服務價值的計算公式(1)和2005-2020年各土地利用類型的面積,計算得出各土地類型生態系統服務總價值(表3)。從理論上說,生態系統價值系數隨著生態系統的演化和人類的需求發生變化,但是短時期內這些變化很難監測,故計算過程中生態系統價值變化未做調整。

從表3可以看出,固原市市轄區2005-2020年生態系統服務總價值是先增長后下降。2005-2015年,由于牧草地面積的減少以及建設用地的增加使其產生的生態服務價值分別減少2 716萬元和554萬元,但耕地、園地和林地的增加所產生的價值分別增長了376萬元、381萬元和4 391萬元,故2015年生態服務總價值比2005年增長了1 863萬元。2015-2020年雖然耕地、園地以及林地的面積都略有增加,但未利用土地的大面積減少使其產生的生態服務價值減少4 251萬元,另外牧草地面積的減少和建設面積的增加也使其產生的生態服務價值分別減少937萬元和468萬元,因此2020年的生態服務總價值較2015年減少了3 994萬元。綜合來看,2005-2020年期間,生態服務總價值共減少了2 131萬元。

表3 各土地利用類型生態系統服務總價值及價值構成

由表3可以看出,各種土地利用類型中林地對生態服務總價值的貢獻最大,在2020年占到總價值的41.99%,即使在2005年最少,也占到總價值的38.18%,其次是耕地,在整個規劃年間均占到34%以上,第三是牧草地,在規劃年間分別約占24%～26%,其重要性不容忽視。建設用地對生態服務總價值造成負面影響,在2020年負面影響最大,其貢獻率為-3.32%。園地由于面積很少,對生態服務總價值的貢獻率不明顯。未利用土地由于面積較少,在生態服務總價值中所占比例較小,在2005-2015年變化不明顯,但在2020年減少幅度較大,導致生態服務總價值減少。

3.2 土地利用的變化及分析

根據公式(2)和2005-2020年各土地利用類型的面積,計算出土地利用類型的變化率(表 4)。2005-2020年固原市市轄區林地和建設用地面積增幅較大,分別由2005年的34 927 hm2和12 871 hm2增加到2020年的37966 hm2和15 253 hm2。由于2005年林地面積的基數較大,因此其變化率較低,為8.7%,動態度為0.6%。而建設用地的變化率為20.4%,動態度為1.4%。2005-2020年,園地的增長面積比較小,僅為369 hm2,但由于2005年園地面積的基數較小,故其變化率和動態度較大,分別為71.6%和4.8%未利用土地減幅較大,由2005年的 39 868 hm2急劇減少為 2020年的 15 253 hm2,變化率為-61.7%,動態度為 4.1%。另外,牧草地呈逐年減少趨勢,動態度比較小,僅為-0.6%。

表4 土地利用變化率

3.3 生態系統敏感度分析

為計算方便,本文將耕地、園地、林地、牧草地、建設用地和未利用土地的生態價值系數分別上下調整了50%,根據公式(3)和調整后的生態價值系數對研究區2005年、2010年、2015年和 2020年總服務價值進行了估算,估算結果及敏感性指數如表5所示。表5的結果顯示,各土地利用類型的敏感性指數Cs都＜1,這說明研究區域內生態服務價值對生態價值系數Vc缺乏彈性,敏感性指數由高到低分別為林地、耕地、牧草地、未利用土地、建設用地和園地。其中,園地的敏感性指數最小值為0.003 8,即當園地生態價值系數增加1%時,生態系統服務價值增加0.38%;林地的敏感性指數最高值為0.42,林地的生態價值系數增加1%時,生態系統的總服務價值增加42%。因此,在加強城市建設的同時應注意保護林地。

4 結論

(1)本文運用生態系統服務價值方法,計算對比分析評價固原市市轄區新一輪土地利用規劃實施前后生態系統服務功能價值的變化,預測規劃實施可能產生的生態環境影響。研究結果表明,固原市市轄區新一輪土地利用規劃導致在規劃期內生態系統服務總價值減少2 131萬元。

表5 價值系數調整后總服務價值的變化和價值系數的敏感指數

(2)在固原市市轄區各類型生態系統中,林地所產生的生態服務價值最多,在總生態服務價值中占的比例也最大,其次是耕地。2005-2020年間,林地產生的生態服務價值從70 311.4萬元增加到76 428.2萬元,并且其占總價值的比例也從38.18%增加到41.99%。耕地產生的生態服務價值略小于林地,整體增幅不大。未利用土地大面積減少導致其產生的生態服務價值減少4 276萬元,另外牧草地面積的減少和建設用地面積的增加都使其產生的生態服務價值減少。

(3)作為寧南山區唯一的重點開發區,固原市市轄區未來一個時期的城鎮化和工業化進程必將得到快速發展。為了克服由于土地利用類型的變化引起的生態系統服務總價值的減少,建議在土地利用總體規劃修編中,在穩定基本農田面積的同時,要因地制宜,集中布局建設用地,加強節約集約用地,盡可能使其生態系統服務價值的減少量降低到最小。

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