新疆和田地區城鎮化與土地生態系統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 資源與環境科學學院/綠洲生態教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046)

城鎮化是鄉村振興和區域協調發展的有力支撐，涉及人口、經濟、土地、社會、生態等[1].隨著新型城鎮化不斷推進，城鎮化發展必須以提高質量為主要目標[2].生態系統服務是指通過生態系統結構、功能和過程而獲得的產品和服務，包括供給、調節、支持和文化4 種功能[3-5].1997年，Costanza 等[6]對全球生態系統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]提出并修訂的生態系統服務價值當量因子表為基礎，結合研究區單位生態系統服務的經濟價值來估算區域生態系統服務價值[9].

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

以和田地區為研究對象，定量分析和田地區城鎮化水平、生態系統服務價值時空變化、兩者之間整體耦合協調關系及整體與子系統之間交互耦合關系，可為促進具有相似發展特征的城市城鎮化與生態環境間的協調可持續發展提供參考.

1 研究區概況

和田地區位于新疆南部，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，和田地區經濟快速發展，2017 年和田地區生產總值達268.26 億元，比2010 年增多了167.66 億元，城鎮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 數據來源

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

2.2 研究方法

2.2.1 城鎮化水平評價

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

表1 和田地區城鎮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 土地生態系統服務指標體系

以謝高地等[8]在2007 年提出的“中國生態系統單位面積生態服務價值當量表”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，可得單位面積生態系統服務價值為2 059.62 元/(hm2·a-1)，由此可得出和田地區生態系統服務價值系數，見表2.同時，由于文獻[8]在制定土地生態系統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 和田地區生態系統單位面積生態服務價值系數 元/(hm2·a-1)

3 結果分析

3.1 城鎮化水平時空變化

從和田地區各縣市城鎮化水平時間變化來看，其城鎮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)以及醫療衛生機構(0.112 8)所占比重較高，這說明在2010―2017 年城鎮人口快速增加導致城鎮土地擴張是和田地區各縣市城鎮化發展的主要因素.

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

圖1 和田地區各縣市城鎮化水平

從城鎮化空間變化來看(見圖2)，和田地區各縣市綜合城鎮化水平均有所提高.2010 年，各縣市綜合城鎮化水平發展較低，且差距不顯著，城鎮化發展水平依次為：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，和田地區各縣市城鎮化總體水平有著明顯上升趨勢，且各縣市的城鎮化水平差異更加顯著，城鎮化發展水平依次為：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，和田市綜合城鎮化發展水平最快，其次為墨玉縣，和田縣發展最為緩慢.

圖2 和田地區各縣市城鎮化水平空間變化

3.2 生態系統服務價值變化分析

2010―2017 年和田地區生態系統服務價值呈現先增加后減少趨勢，生態系統服務價值總體減少了0.63×108元.

從和田地區各縣市總體生態系統服務價值來看(見表3)，各縣市生態系統服務價值變化不一，呈“三增五減”趨勢.其中，和田市、于田縣與皮山縣生態系統服務價值呈增加趨勢；其他各縣生態系統服務價值均呈減少趨勢.各縣市生態系統服務價值依次為：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生態系統服務價值貢獻最高，和田市對和田地區生態系統服務價值貢獻最低.

表3 和田地區各縣市單項生態系統服務價值 億元

從單項生態系統服務價值來看，各縣市單項生態系統服務價值有所波動，但總體上變動趨勢不太顯著.各縣市單項生態系統服務價值主要以水文調節、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較大造成的.

3.3 城鎮化與生態系統服務價值互動脅迫關系

3.3.1 整體互動脅迫關系

將耦合協調度分為4 個等級，0＜D≤0.4 時為低度協調；0.4＜D≤0.5 時為中度協調；0.5＜D≤0.8時為高度協調；0.8＜D＜1 時為極度協調.和田地區各縣市城鎮化與生態系統服務價值耦合協調度見圖3.

圖3 和田地區各縣市城鎮化與生態系統服務價值耦合協調度

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

3.3.2 各子系統互動脅迫關系

從圖4 城鎮化子系統與生態系統服務價值耦合協調度來看，城鎮化4 大子系統與生態系統服務價值耦合總體呈緩慢上升趨勢.其中，經濟城鎮化與生態系統服務價值耦合增長趨勢較為顯著；空間城鎮化與生態系統服務價值耦合變化趨勢最為平緩；人口城鎮化、社會城鎮化與生態系統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，和田市城鎮化4 大子系統與生態系統服務價值耦合值顯著低于其他各縣，2010―2014 年4 大子系統耦合值呈下降趨勢，2014―2017 年則呈上升趨勢.民豐縣城鎮化4 大子系統與生態系統服務價值耦合值始終高于其他縣市.這表明，民豐縣城鎮化與生態系統發展最為協調.

圖4 城鎮化子系統與生態系統服務價值耦合協調度

從圖5 城鎮化與不同生態系統服務功能耦合 協調度來看，除和田市與和田縣外，其他各縣不同生態系統服務功能與城鎮化耦合值整體呈現緩慢增長趨勢.和田市與和田縣的不同生態系統服務功能與城鎮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系統服務功能與城鎮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化耦合呈現緩慢上升—急劇下降—緩慢上升趨勢，其他服務功能與城鎮化耦合則呈現先上升后下降趨勢.

圖5 城鎮化與不同生態系統服務功能耦合協調度

4 結論與討論

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

2)2010―2017 年間和田地區生態系統服務價值呈現先增加后減少趨勢，總體上減少了0.63×108元.各縣市生態系統服務價值變化不一，呈現“三增五減”趨勢，其中和田市、于田縣與皮山縣生態系統服務價值呈增加趨勢，其他各縣均呈減少趨勢；各縣市單項生態系統服務價值總體上變動趨勢不太顯著，主要以水文調節、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，和田地區各縣市耦合協調度值均有增加，協調類型經歷了低度協調、中度協調與高度協調3 個階段.各縣市生態系統服務價值與城鎮化子系統耦合協調呈緩慢增長趨勢，其他各縣整體呈現緩慢增長趨勢，僅和田市與和田縣變化趨勢相反.在研究和田地區各縣市城鎮化與生態系統服務價值關系時，通過調整價值系數來計算該地區的生態系統服務價值，這同時也適用于其他地區.但是，與生態系統服務價值有關的許多問題仍需要進一步探討，僅靠專家決策和現有知識，生態系統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生態系統服務價值的估計.另外，價值系數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、更全面的生態系統服務價值模型以降低這些影響.在研究城鎮化進程時，指標選取是否合理，以及數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化.