遼中南城市群土地利用及其生態系統服務價值評估

王晨 張雪娜 韓茉

（遼寧省城鄉建設規劃設計院有限責任公司，遼寧沈陽 110006）

土地利用變化(LUCC)是全球氣候、環境變化研究的重要內容之一，也是自然環境對人類活動最直接的響應[1,2]。社會經濟的發展需求驅動區域自然環境發生變化，陸地表層及土地利用類型發生顯著變化。20世紀80年代以來我國工業化、城市化的飛速發展[3]，及近年來生態文明建設相關政策法規的出臺與落實，均對土地利用情況產生了較大影響。生態系統的結構和功能隨土地利用變化而改變，并體現為生態系統服務價值的演變。因此，可通過對生態系統服務功能的定量計算，評估土地變化生態環境效應的指標。Constanza[4]等在大量數據的基礎上建立了全球生態系統服務的價值量評估模型，并受到學界普遍認可。謝高地[5]等在Constanza模型的基礎上修訂建立了符合中國實際的陸地生態系統單位面積服務價值表，并在在國內區域各類生態系統服務價值評估研究中得到了普遍應用[6,7,8]。

一、研究區域與數據來源

1.研究區域

遼中南城市群共包括沈陽、大連、鞍山、撫順、本溪、營口、遼陽、鐵嶺、盤錦9個城市，面積8.15萬平方公里，以全省55.7%的國土面積吸納了68.5%的人口，創造了84%的地區生產總值，其人均生產總值超過全省27.5%的平均水平、地均生產總值水平超過全省50.7%的平均水平[9]，成為遼寧向城鎮化后期發展、參與區域競合的重要載體。城市群內國土開發強度較高，建設用地后備資源相對不足；部分地區過度推進新城新區建設，土地利用較為粗放；水資源相對貧乏且空間分布不均；污染問題突出，生態治理任務艱巨；部分地區剩余環境容量相對不足。

2.數據來源

本文主要采用遼寧省1980-2020年共5期土地利用現狀遙感監測1km柵格數據。數據主要來源于中國科學院資源環境科學數據中心。

二、研究方法

1.土地利用轉移矩陣

通過ArcGIS 10.2軟件的空間分析工具，對各期土地利用數據進行統計分析，計算土地利用類型轉移概率矩陣和貢獻率矩陣。

2.價值量評價法

以Costanza[4]和謝高地[5]等學者的研究成果為依據，得到適用于遼中南城市群的生態服務價值表，分析生態服務價值情況。

生態系統服務價值計算模型：

其中：ESV為生態系統服務總價值；n為生態系統個數；S為各個生態系統的占地面積；Vj為各個生態系統服務類型的單位價值；m表示生態系統服務類型的個數。

3.空間自相關分析

空間自相關分析可以揭示某種變量的空間分布與其臨近區域的關聯性與差異性。其中全局空間自相關是分析整個研究區域內變量的聚集性,全局Moran指數是常用的全局空間自相關指標；局域空間系相關是分析特定局部區域內變量的聚集性，且能得出具體的聚集類型及聚集區域位置。

全局空間自相關計算公式如下：

其中：I為Moran指數；n為評價單元格式；x為觀測變量屬性值；x為觀察變量屬性均值；wij是要素i和要素j的權重，鄰接取值為1，否則為0。對結果進行統計檢驗：

E(I)和var(I)分別為I值的期 望 和方差。

三、遼中南城市群土地利用變化情況分析

對五期土地利用數據進行處理，得到遼中南城市群各時期土地利用情況（表 1）。城市群內土地利用以遼中地區的耕地、遼東地區的林地為主，占比均超過總面積的 40%，與全省均值基本持平，高于全國平均水平；建設用地占比 10%，高于全省平均 8.76%及全國平均水平；受地理因素影響，城市群草地占比較少，僅為0.75%，低 于全省平均3 .18%；水域占比 3.76%，未 利用地占 比 1.73%， 略高于全省平均水平。

對五期土地利用數據進行處理，得到遼中南城市群各土地利用情況變化表 （表2、表3）。可以看出，隨著社會經濟的發展，受人類活動影響，不同類型土地利用面積有所變化，但土地利用類型仍以林地、耕地為主，林地面積呈現輕微下降趨勢，耕地面積則呈現先上升后下降的趨勢，但占比仍遠高于其他類型用地。

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土地利用類型 變化面積 變化率 變化面積 變化率 變化面積 變化率 變化面積 變化率

表3 1980-2020年遼中南城市群土地利用轉移矩陣

40年間土地利用變化情況中，草地流失最嚴重，年均減少1.745%， 目前僅占城市群總面積的0.75%，遠低于全省水平，其中40%的草地轉化為林地。未利用地、林地、耕地年均減少率為0.12%，0.12%和0.05%。排除遼河流域數據誤差后，未利用地呈現緩慢下降趨勢；流失林地多轉化為耕地；流失耕地多轉化為林地及建設用地，耕地流失區縣多為城市群建設用地增長明顯的區縣。建設用地、水域面積出現增長，其中建設用地年均增幅1.28%，占城市群總面積的10.25%，占全省建設用地總面積的64.95%。建設用地增長多集中在原有城區，如大連的瓦房店市、金州區、甘井子區、普蘭店區、莊河市，沈陽市的于洪區、渾南區、鐵西區、沈北新區，鞍山的千山區、海城市，盤錦的普蘭店區，撫順的開原市等；部分城市因發展戰略的制定與實施出現建設用地大幅增加的情況，如遼東灣新區是盤錦市向海發展、全面轉型、以港強市戰略的重要載體和對外開放的重要窗口，盤錦的大洼區建設用地明顯增加。水域面積年均增長率為0.46%，觀音閣水庫、桓仁水庫、臥龍湖與三臺子水庫等面積均明顯增加。水資源政策法規文件的建立健全，對遼中南城市群水資源的保障效果明顯，水庫修建、遼河流域保護及“河長制”的成效顯現。

四、遼中南城市群生態系統服務價值分析

1.生態系統服務價值時間分析

通過計算得到五期遼中南城市群的生態系統服務價值及其變化情況（表4）。遼中南城市群生態系統服務價值為886.6億元，其中森林生態系統貢獻率最大，占65.8%，其次為農田及水體，占21.2%和12.6%。 生態系統服務價值總體呈下降趨勢，共減少31.4億元。其中水體呈上升趨勢，增加6.2億元，其余生態系統均為下降趨勢：森林生態系統服務價值下降最多，減少30.3億元，下降率為4.9%；草地生態系統下降3.6億元，下降最快，下降率為50.9%；農田生態系統下降3.6億元，下降率為1.9%；荒漠生態系統減少0.02億元，下降率為4.7%。在4個10年時間跨度中，生態系統服務價值減少率分別為0.1%，0.9%，0.2%和2.2%。

進一步估算城市群單項生態服務功能價值（表5），各項生態服務功能價值均呈現出不同程度下降趨勢。

表5 遼中南城市群單項生態服務功能價值

氣體調節、氣候調節、土壤形成與保護、原材料及生物多樣性類別的服務功能價值年均下降超過0.1%，超過平均水平。主要受森林面積減少的影響，而唯一面積增加的水域占比較小、單位面積價值較低，故影響不大。

表遼中南城市群各類生態系統服務價值變化

食物生產及廢物處理兩項功能價值在2000年以前出現短暫上升，后又回落至較低水平。食物生產主要受耕地面積變化影響，2000年以前，耕地面積略有上升，食物生產功能價值也隨之上升，之后因建設用地占用等情況導致耕地面積回落，食物生產功能也隨之回落。單位面積生態系統廢物處理功能中水域貢獻較大，雖然水域面積總體呈上升趨勢，但由于城市群內水域占比較小，耕地、林地以及草地等總面積基數較大，下降面積尤其是近二十年下降面積較大，導致廢物處理功能總體價值下降。

水源涵養與娛樂文化功能價值均受水域影響較大，但是水域面積占比遠小于其他生態系統，這兩項功能價值仍呈下降趨勢。

2.生態系統服務價值空間分析

對2020年各區縣生態系統服務價值進行估算，并進行空間自相關分析。 不同區縣生態系統服務價值存在較大差別（圖1），部分區縣建成區占比高，在1千米分辨率內基本沒有森林草地，總價值約為0，如鞍山的鐵西區、立山區、鐵東區，沈陽的皇姑區、沈河區、大東區、和平區，遼陽的白塔區，大連的西崗區、沙河口區、中山區，營口市的站前區等。各區縣生態系統服務價值在空間上明顯相關，進行空間自相關分析（圖2），其Moran I指數為0.239927，z得 分 約 為4.31，p小 于0.01，即遼中南城市群內各區縣生態系統服務價值在空間上有關聯，且為聚類分布。

圖1 各區縣生態系統服務價值分布

圖2 空間自相關分析結果

進一步對遼中南城市群各區縣生態系統服務價值進行聚類分析（圖3）。其中“高-高”類型區分布在清原、新賓、桓仁、岫巖與莊河，此區域與臨近區縣生態系統服務價值均較高。該區域山區占比較大，森林覆蓋率高，除莊河市外均屬于遼東綠色經濟區，與遼寧省總體戰略相符。“低-低”類型區為沈陽市和平區，該區與臨近區縣生態系統服務價值均偏低。這種情況與沈陽市市區內區縣劃分較為密集、建設用地面積占比較大有關。“高-低”類型區為遼陽縣，該區域生態系統服務價值高、鄰近區縣價值卻相對較低，呈現出空間負相關性。遼陽市市區建設用地比例較大，且與遼寧東部森林較近。該區域與周圍臨近區域相比既有明顯的生態系統服務價值優勢，又臨近建設用地較為集中的區域，區位優勢明顯，可發展城鎮周邊生態服務相關產業。

圖3 各區縣聚類和異常值分析結果

五、結論

遼中南城市群內土地利用主要以遼中地區的耕地及遼東地區的林地為主；建設用地及水域面積出現增加，其他類型用地多向建設用地轉移；總體生態系統服務價值呈下降趨勢，2020年總價值為886.6億元，森林對城市群生態系統服務價值的貢獻率最大，各類生態系統中僅水體生態價值呈上升趨勢；城市群內各區縣生態系統服務價值在空間上相關性顯著，沈陽市和平區與周圍區域生態系統服務價值均偏低，清原、新賓、桓仁、岫巖四縣及莊河市與周圍區域生態系統服務價值均較高。

六、未來發展建議

1.推進建設用地集約利用

遼中南城市群內建設用地占比較高，且粗放現象嚴重。土地節約集約利用是生態文明建設的根本之策，是新型城鎮化的戰略選擇。應把握遼寧城市更新行動的機遇，盤活城市低效空間資源，尊重產業發展趨勢和市場經濟的客觀規律，調整土地利用結構，推動產業結構轉換，逐步提高第三產業用地比例，促進區域經濟效益的提高和改善城市生態環境。利用經濟手段合理調整土地使用及征收稅，推進企業及個人自覺集約利用土地，盤活閑置商務樓宇等。沈陽、大連等建設用地量最大、人地矛盾最突出的地區，應注意內涵挖潛，加快舊城改造和清理整頓力度，統籌實施拆除重建、綜合整治、改變功能等更新方式，鼓勵利用老舊廠房和閑置廠區發展集商業、文化、體育、旅游、休閑等多功能與一體的新型消費模式，培育城市新業態。

2.加強碳匯保障

森林面積變化對生態系統服務價值影響較大，且未引起市場足夠重視，常在政策決策中被忽視。雖然城市群內林地面積較大，但也存在著一定程度的縮減現象。

中國在75屆聯大上莊嚴宣告“2030年前要碳達峰，2060年實現碳中和”，彰顯了我國積極應對氣候變化、走低碳發展道路的雄心和決心。遼中南城市群氣體調節的生態服務功能將為城市群帶來新的發展機遇與方向，同時也將為其他暫未量化交易的生態服務功能打開新的篇章。遼中南城市群仍需注重不斷增加森林面積和蓄積量，增強自然生態系統固碳能力，推進經濟綠色低碳轉型與可持續發展。把握生態系統服務價值的優勢，與碳排放權交易試點地區加強交流合作，積極開展碳排放交易。

3.強化重點地區生態保護

沈陽、大連等城市市區生態系統服務價值較低，生態系統服務需求主要依賴于其他地區的價值轉移。應率先轉變空間開發模式，嚴控新增建設用地規模和開發強度，適度擴大農業和生態空間，可發展新城新區以緩解城鎮壓力。

東部地區生態系統服務價值較高，多位于遼東綠色經濟區，建設用地占比較低，但受發展規劃及區位特征限制，仍需嚴格保護綠色生態空間，加強水資源保護、生態修復與建設，維護生態系統結構和功能穩定。

沈大軸線是城市群發展的重點開發區域。該區域發展前景好，且生態系統服務價值較高，可強化產業和人口集聚能力，適度擴大產業和城鎮空間，優化農村生活空間。

4.推東生態一體化建設

城市群內不同區縣對生態環境的要求有所差異，生態系統服務價值差別也較大。可建立信息共享與應用平臺，加強生態預警，利于決策者總體把控城市群生態發展。設立城市群內生態補償資金，滿足低價值地區生態服務需求，并對高價值地區進行生態補償，推動生態良性循環，達成區域共贏。強化各級領導干部屬地管理責任，統籌山水林田湖草一體化治理，推進遼東生態屏障建設，實施重大生態修復工程，擴大森林、湖泊、濕地面積，提高沙區、草原植被覆蓋率。推進遼河流域跨區域治理，嚴格保護東部水源涵養區，支持水源涵養區內人口逐步有序轉移。明確開發邊界，嚴控開發強度。加強西部草原生態屏障建設，科學推進北部沙漠化地區治理，筑牢防風固沙生態屏障。