土地利用規模和結構調整的環境影響評價模型研究

賈克敬，王 宏，徐小黎，何春陽

（1.中國土地勘測規劃院，北京100035；2.北京師范大學資源學院，北京100875；3.地表過程與資源生態國家重點實驗室（北京師范大學），北京100875）

土地利用規模和結構調整的環境影響評價模型研究

賈克敬1，王 宏2，3，徐小黎1，何春陽2，3

（1.中國土地勘測規劃院，北京100035；2.北京師范大學資源學院，北京100875；3.地表過程與資源生態國家重點實驗室（北京師范大學），北京100875）

研究目的：構建一個可全面定量評價土地利用規模和結構調整相關環境影響的模型體系。研究方法：系統整合土地利用類型轉移計算模型、多樣性指數模型、土地生態服務價值計算模型、生態足跡和生態承載力評價模型等相關模型，并以上海市為例進行實證研究。研究結果：該模型體系比較全面地評價了上海市土地利用規劃的環境影響，結果顯示上海市的土地利用規劃將導致區域土地利用結構明顯變化，在一定程度上減少區域生態壓力。研究結論：該模型體系能夠客觀評價土地利用規模和結構調整的相關環境影響，有一定的應用推廣價值。

土地利用；規模和結構調整；環境影響評價；模型；上海

1 前言

《中華人民共和國環境影響評價法》中第2章第7條規定：“國務院有關部門、設區的市級以及地方人民政府及其有關部門，對其組織編制的土地利用的有關規劃，區域、流域、海域的建設、開發利用規劃，應當在規劃編制過程中組織進行環境影響評價，編寫該規劃有關環境影響的篇章或者說明。”這在法律層面上確立了土地利用規劃環境影響評價的地位[1-5]。現有的土地規劃環境影響評價常常直接使用項目環境影響評價的相關模型，缺乏對土地利用規劃本身層次性和系統性的綜合考慮，并不能客觀有效地評價土地利用規劃導致的相關環境影響[4-6]。因此，本文在系統整合現有相關環境影響評價模型的基礎上，構建了一個旨在全面定量評價土地利用規模和結構調整相關環境影響的模型體系，并利用該模型體系，系統評價了上海市土地利用規劃中土地利用規模和結構調整的環境影響。目的在于為土地利用規劃環境影響評價工作進行提供借鑒和參考。

2 土地利用規模和結構調整的環境影響評價模型體系

參考國土資源部下發的《省級土地利用總體規劃環境影響評價技術指引》和《市級土地利用總體規劃環境影響評價技術指南》，筆者認為構建土地利用規模和結構調整環境影響評價模型體系應該堅持以下原則：（1）科學性。應客觀評價區域規劃方案實施對相關環境要素及其所構成的生態系統可能造成的影響，構建的模型應具有明確的科學內涵和較好的度量性。（2）可操作性。相關評價指標應該易于從國民經濟統計數據、國土資源管理等相關部門資料中獲取。為此，提出了如圖1的土地利用規模和結構調整的環境影響評價模型體系。

圖1 土地利用規模和結構調整的環境影響評價模型整體框架Fig.1 Framework of environmental impact assessment model for land use scale and structure adjustment

該模型體系主要由規劃前后土地規模和結構變化評價模型和規劃前后土地規模和結構環境影響評價模型兩大類構成，前者主要有土地利用類型轉移計算模型和多樣性指數模型，后者主要有土地生態服務價值計算模型、生態足跡和生態承載力評價模型。利用該模型體系，可以從規劃前后土地規模和結構變化評價及規劃前后土地規模和結構環境影響評價兩方面比較全面系統地評價土地規劃中土地利用規模和結構調整的相關環境影響。

3 土地利用規模和結構調整的環境影響評價的具體模型方法

3.1 規劃前后土地規模和結構變化評價

3.1.1 規劃前后土地利用變化方向評價 對于任意兩個時刻（k和k+1）的土地利用圖和，利用公式和圖像的空間疊加運算，可以得到土地利用類型變化的空間分布，從而求得土地利用類型相互轉化的數量關系的轉移矩陣[7]。

利用轉移矩陣分析規劃前后不同土地利用類型轉換速度、強烈程度和分析土地利用類型的轉移趨向。

3.1.2 規劃前后土地利用結構多樣化程度評價 土地利用多樣性變化采用吉布斯·馬丁公式：

式2中，Gm為多樣性指數；Xi為第i種土地利用類型的面積；n為區域內土地利用類型數。此公式可用于測算區域土地利用結構的多樣化程度，Gm越大，土地利用類型越多樣。

3.2 規劃前后土地規模和結構環境影響評價

3.2.1 規劃前后土地生態服務價值變化評價 土地作為各種陸地生態系統的總稱，土地利用結構的變化引起各類生態系統類型、面積以及空間分布格局的變化。以經濟利益為目的的土地利用結構調整導致自然生態系統面積在土地利用結構中所占比重越來越小，而人工系統中工礦、交通和建設用地面積比重卻不斷上升。自然環境的惡化制約了經濟發展，造成經濟生態雙重滯后的局面。Costanza等[8]在Nature上發表了“全球生態系統服務價值和自然資本”一文，逐項估計了各種生態系統的各項生態系統服務價值。但在該項研究中，某些數據存在較大偏差，如對耕地的估計過低，對濕地的估計又偏高等，不宜于直接應用到中國的相關研究中。因此，謝高地等學者[9]針對上述不足，對中國各類生態系統服務價值進行修訂，形成了中國陸地生態系統單位面積服務價值。

區域內生態系統服務總價值計算公式為：

式3中，ESV為生態系統服務總價值；Ak為第k類土地利用類型的面積；VCk為第k類土地利用類型單位面積服務價值，即生態價值系數。

區域內某種生態系統服務功能的價值計算公式為：

式4中，ESVf為生態系統第f類服務功能總價值；Ak為第k類土地利用類型的面積；VCfk為單位面積上第k類土地利用類型第f類服務功能的生態價值系數。

通過分析規劃前后區域生態服務功能總價值變化情況作為對該規劃環評的綜合性評價結論，并將結論反饋至調整該項規劃，可以防止區域內生態服務功能價值改變程度和速度過大，優化生態服務功能價值的空間結構。

3.2.2 生態足跡和生態承載力評價 生態足跡的計算結構可用來反映土地利用總體規劃的指標對周圍環境的影響。生態足跡的優點在于將所消費的所有資源和吸納這些人口所產生的廢棄物折合成統一的土地面積，極大簡化了自然資本的統計，并且相對于各種繁雜的自然資本項目之間、各類土地之間容易建立等價關系，方便自然資本總量的計算；方法相對簡單，容易掌握；適用范圍廣泛，可用于不同層次、不同區域的土地利用規劃。

計算生態足跡的方法如下[10]：

（1）計算均衡因子。

6類生態生產性土地的生物生產力是存在差異的，均衡因子就是一個使不同類型的生態生產性土地轉化為在生物生產力上等價的系數。其計算公式為：某類生態生產性土地的均衡因子=全球該類生態生產性土地的平均生物生產力+全球所有各類生態生產性土地的平均生物生產力。目前普遍采用的均衡因子為：耕地和建筑用地為2.8，森林和化石能源用地為1.1，草地為0.5，海洋為0.2。

（2）計算生態足跡。

式5中，EF為區域總人口生態足跡；ef為區域人均生態足跡；γ為均衡因子；N為區域人口總數量；Ai為折算的生物生產性土地面積；Ci為人均消費量；Pi為全球平均生產能力。

計算生態承載力的方法為[11]：首先，獲取各類生態生產性土地的實際面積（AAi）；然后計算產量因子（YFi），各國各地區同類生物性生產面積的實際面積不能直接進行對比，為使其有可比性，需通過“產量因子”修正；最后計算生態承載力（EC，又稱生態容量）。

式6中，ECi為各土地類型的生態承載力。

區域生態足跡如果超過了區域所能提供的生態承載力，就出現生態赤字；如果小于區域的生態承載力，則表現為生態盈余。

式7—8中，ED為生態赤字；ER為生態盈余。

將規劃區內的生態足跡同區域所能提供的生物生產面積進行比較，可為判斷一個國家或地區的生產消費活動是否處于當地生態系統承載力范圍內提供定量依據。

4 應用實例

本研究利用土地利用類型轉移計算模型和多樣性指數模型評價了上海市規劃前（2005年以前）和規劃后（2005—2020年）土地規模和結構的變化；利用生態服務價值計算模型、生態足跡和生態承載力模型評價了規劃前后上海市的土地規模和結構調整對環境的影響。

4.1 規劃前后土地規模和結構變化評價

上海市2005年、2010年和2020年的土地利用多樣性指數如表1所示。從表1中可見，至2020年上海市土地利用結構多樣化程度總體呈上升趨勢，但上升趨勢不明顯；土地利用率、建設用地、農用地比例以及林地覆蓋率有了比較明顯的上升。特別是土地利用率，達到了83.21%，提高了8個百分點，說明上海市的土地利用已經達到飽和狀態。就建設用地比例而言，由2005年的29.14%增加至2020年的36.18%，提高了7個百分點。盡管建設用地比例要低于農業用地比例，但兩者差距在逐漸減少，這更增加了對上海生態環境的壓力。此外就林地和農用地面積而言，盡管有所提高，但比例不大（均不到1%）。

表1 上海市土地利用變化情況（2005年，2010年，2020年）Tab.1 Land use changes in Shanghai in 2005，2010 and 2020

4.2 規劃前后土地規模和結構環境影響評價

4.2.1 規劃前后上海市的生態服務價值變化 利用生態服務價值評價模型計算上海市2005年，2010年和2020年土地利用生態服務價值。從2005年到2020年，由于林地面積增加，森林的生態服務功能價值提高至815.89×106元，從2005年到2010年，農田面積稍微增加，到2020年，農田面積減少，生態服務價值降低。水體面積明顯減少，其生態服務功能價值明顯降低，而且相對比重較大，導致了總生態服務功能價值減少了9%。可以看出上海市的土地利用結構變化相對明顯，結構調整導致了生態服務功能價值的減少。

4.2.2 規劃前后上海市的生態足跡變化 根據上海市統計年鑒數據，選取了糧食、豆類、蔬菜、食用油、豬肉、牛羊肉、禽蛋、奶類、水果、水產品共10種計算生物資源消費，利用煤炭、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、天然氣、電力9種指標計算能源消費生態足跡。利用生態足跡模型，將各項生物資源和能源消費轉化為提供這些消費所需要的生物生產性面積。根據各時期上海市的土地利用類型面積數據和規劃的土地利用類型面積數據，利用生態承載力模型，計算了生態承載力。2005年上海市生態足跡的需求及供給結果如表2所示。

從表2可以看出，2005年水體和耕地類型的人均生態足跡需求量較大，分別為0.13712 hm2和0.13138 hm2；建筑用地類型的人均生態足跡需求量最小，僅為0.00014 hm2。草地類型和CO2吸收面積人均生態足跡供給為0。在所有的類型中，僅建筑用地類型產生了生態盈余，其他類型均產生了生態赤字。對2005年上海所有類型的人均生態足跡需要和供給分別匯總可以看出，總生態足跡為0.38075 hm2，總生態承載力為0.1431 hm2，生態赤字為0.23765 hm2，表明上海市處于生態壓力區。

表2 上海市生態足跡與生態承載力（2005年）Tab.2 Eco-footprint and eco-capacity of Shanghai City in 2005

表3 上海市人均生態足跡動態變化表 單位：hm2/人Tab.3 Dynamic changes of eco-footprint per capita of Shanghai Cityunit：hm2/person

采用上海市2002—2005年的統計數據和規劃數據，計算了2002—2005年及規劃期的生態足跡和生態承載力（表3）。從中可見，規劃前（2002—2005年），生態足跡和生態承載力逐年降低，計算得到的生態赤字也在逐漸降低。這表明從2002—2005年，上海市生態供給滿足不了生態需求，已超出自然生態系統的生態承載能力的范圍，但生態赤字逐漸降低，生態系統正向良性方向發展。規劃后（2006—2020年）的生態足跡需求降低，生態赤字比規劃前有所減少，表明規劃后的土地生態狀況要好于規劃前生態狀況，生態壓力逐漸減輕。這表明本次土地利用規劃可以在一定程度上促進上海市生態環境的改善。

5 結論和討論

本文在參考《省級土地利用總體規劃環境影響評價技術指引》和《市級土地利用總體規劃環境影響評價技術指南》的基礎上，構建了一個全面定量評價土地利用規模和結構調整相關環境影響的模型體系，并給出了相關的具體模型方法。該模型體系主要由規劃前后土地規模和結構變化評價模型和規劃前后土地規模和結構環境影響評價模型兩大類模型構成，前者主要有土地利用類型轉移計算模型和多樣性指數模型，后者主要有土地生態服務價值計算模型、生態足跡和生態承載力評價模型。通過計算規劃前后區域土地利用類型的轉移矩陣，可以表明規劃前土地利用類型的去向和規劃后不同土地利用類型的來源；利用多樣性指數可以討論規劃前后土地利用結構多樣性程度的變化趨勢。通過計算不同年份生態系統服務價值，可以找出生態系統服務價值的變化，從而確定土地利用規劃造成的生態環境影響。生態足跡方法可以揭示出一定區域生物資源的消費需求與其供給能力的平衡狀況的變化趨勢，也可以揭示出資源消費的構成，還可以揭示出人類對哪類資源的占用超過了其可再生能力。將規劃區內的生態足跡同區域范圍所能提供的生物生產面積進行比較，可以為判斷區域的生產消費活動是否處于當地生態系統承載力范圍提供定量依據。

本文利用該模型比較全面地評價了上海市土地利用規劃的環境影響。評價結果顯示，上海市的土地利用規劃將導致區域土地利用結構明顯變化，在一定程度上減少區域生態壓力。同時，該評價案例也顯示該模型體系體現能夠比較客觀地評價土地利用規模和結構調整的相關環境影響，有一定的應用推廣價值。

（References）：

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Research on the Model for Assessing the Impacts of Land Use Scale and Structure Adjustment on Environment

JIA Ke-jing1,WANG Hong2，3,XU Xiao-li1,HE Chun-yang2，3
（1.China Land Surveying and Planning Institute,Beijing 100035,China;2.College of Resources Science&Technology,Beijing Normal University,Beijing 100875,China;3.State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology（Beijing Normal University）,Beijing 100875,China）

The purpose of this paper is to establish a model system,which can comprehensively and quantitatively assess the impact of land use scale and structure adjustment on environment.Methods employed are to systematically integrate relevant models,including land-use type conversion calculation model,diversity index model,land eco-service value calculation model,eco-footprint and eco-capacity models,etc.and to conduct empirical research taking Shanghai as an example.The results indicate:（1）the model system can relatively and comprehensively assess the impacts of land-use plan on the environment in Shanghai City;（2）the assessment results revealed that the land-use plan of Shanghai City will cause remarkable variation on regional land-use structure and will reduce regional eco-pressures to certain extent.It is concluded that the model system can objectively assess the impacts of land-use scale and structure adjustment on environment,and therefore it is meaningful to be applied and popularized.

land use;scale and structure adjustment;environmental impact assessment;model;Shanghai City

F301.2

：A

1001-8158（2010）07-0047-06

2009-11-13

2010-03-19

國土資源部公益性行業科研專項經費項目（200811035）。

賈克敬（1966-），男，山東陽谷人，研究員。主要研究方向為土地利用規劃和規劃環境影響評價。E-mail:jkj05@yahoo.com.cn

何春陽（1975-），男，副教授，四川射洪人，博士生導師。主要研究方向為土地資源管理與城市化過程。E-mail:hcy@bnu.edu.cn