基于生態系統服務權衡的粵港澳大灣區土地利用沖突識別研究

柯欽華，周俏薇，孫傳諄,2，李景剛，李 燦，朱慶瑩

（1.華南農業大學 公共管理學院，廣州 510642；2.自然資源部華南熱帶亞熱帶自然資源監測重點實驗室，廣州510700）

中國正處于經濟轉型與社會發展的關鍵時期，土地利用面臨著巨大的壓力和挑戰，土地利用結構失衡凸顯，各類用地矛盾日趨激烈，由此引發的土地利用沖突問題日益受到重視（鄒利林 等，2020）。土地利用沖突是各利益相關者在土地資源利用過程中，對土地利用方式、數量等方面的不一致、不和諧，以及各種土地利用方式與環境方面的矛盾狀態（于伯華 等，2006）。土地利用沖突研究能為穩定土地利用結構，緩解土地利用沖突，優化國土空間資源配置提供重要的參考依據（邱國強 等，2022）。

近年來許多學者對土地利用沖突內涵及其原因作進一步的闡釋。一些學者從人與人之間價值沖突視角闡述土地利用沖突，如王越等（2021）認為土地利用類型競爭是土地利用沖突的表象，其深層原因是利益相關者之間的矛盾；阮松濤等（2014）認為土地利用方式所引發的土地沖突本質上是土地價值的客觀博弈和社會對土地價值取舍的主觀誤判。一些學者從空間視角闡述土地沖突概念，如趙旭等（2019）認為，由于一定空間內土地資源的數量有限性及功能的多宜性，土地利用沖突內涵可以納入空間因素，延伸為土地利用空間沖突。即指不同利益群體之間的土地利用方式、效果等方面在空間表征上的不和諧，以及空間資源利用的負面生態環境效應。從土地利用的生態系統服務效應看，人們改變土地利用類型會造成生態系統服務之間的空間競爭或者損害多種服務供給之間的因果關系，從而引起多種生態系統服務之間不利的權衡關系，降低生態系統服務總供給（傅伯杰 等，2014）。

生態系統服務權衡指不同生態系統服務之間在一定的空間范圍內此消彼長的關系，是人類在土地利用過程中對生態系統服務消耗取舍進行權衡的行為（彭建 等，2017）。如人類將林地轉變為耕地，雖然能提高食物供給服務，但會降低木材供給服務和森林的氣候調節服務（Schneibel et al., 2016）；實施退耕還林還草能增強水土保持和碳固定服務，但在一些地區會削弱產水量服務（Feng et al., 2020）。因此，可以理解土地利用沖突是在一定空間范圍內，人們由于偏好某種生態系統服務而選擇特定的土地利用方式，對其他生態系統服務的提供產生影響，從而引起生態系統服務權衡問題。生態系統服務權衡是一定空間范圍內土地利用方式選擇的重要結果，能更進一步有效表征土地利用空間沖突，并在一定程度上反映土地利用空間沖突的內在原因（吳蒙 等，2021）。

當前土地利用沖突識別方法主要有參與式調查法、壓力-狀態-響應（Pressure-State-Response,PSR）模型法、景觀指數法等。其中，參與式調查法（甄霖 等，2007；Hjalager, 2020）從微觀尺度界定具體的土地利用沖突類型及其根源，但難以判斷土地利用沖突強度；PSR 模型（楊永芳 等，2012）可以診斷土地利用沖突強度，但缺點是難以準確定位沖突空間范圍；景觀指數法（蒙吉軍 等，2020；Jiang et al., 2021）可以識別沖突的具體空間位置，但對社會經濟因素考慮不足（李晨欣 等，2022）。更多學者基于土地利用適宜性評價，評估不同土地利用方式的潛在空間沖突（田若穎 等，2020；Dong et al., 2021）。但目前為止，該類研究尚未形成統一的沖突識別指標體系框架與標準，指標構建主觀性較強（羅莎莎 等，2022），且其對于土地利用的所造成的負面效果，尤其是生態環境負面效應的表征不足。如部分研究僅從植被覆蓋度、生態用地比例等指標表征土地利用沖突的生態環境負面效應（肖練練 等，2020；Dong et al., 2021；王檢萍等，2021），缺乏對生態環境效果的進一步刻畫。而生態系統服務權衡概念由于可以表征土地利用引起的生態系統整體的過程特征，在表達土地利用沖突負面效應及其沖突內在原因上具有重要優勢。鑒于此，本文基于生態系統服務的視角，以生態系統服務權衡分析方法識別粵港澳大灣區在不同類型空間上的土地利用沖突的強度和空間分布特征。以期一方面為土地利用空間沖突研究提供新的沖突識別方案，另一方面為高人口密度和經濟發達區域緩解土地利用沖突提供決策參考。

1 研究區概況與方法

1.1 研究區概況

粵港澳大灣區位于中國華南沿海（21°25'—24°30' N，111°12'—115°35' E），由香港、澳門2 個特別行政區和廣東省廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶9個城市組成，總面積5.6萬km2（圖1）。以亞熱帶季風氣候為主，植被類型為亞熱帶常綠闊葉林，年均溫為22.5℃，年均降水量為1 500～2 500 mm，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。2018 年，粵港澳大灣區常住人口超6 800萬人，GDP生產總值達16 418億美元，是中國開放程度最高、經濟活力最強的區域之一（劉漢儀 等，2021）。2020 年，大灣區耕地和林地的面積分別占研究區面積的29.09%和38.77%，耕地主要沿城鎮用地外延分布，林地主要分布在研究區的西北部、東北部地區；城鎮用地的面積占比為13.60%，主要沿珠江口岸分布，整體呈現“馬蹄”狀。

圖1 粵港澳大灣區土地利用類型及其區位Fig.1 Land use types and location of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

1.2 數據來源

本文使用的基礎數據包括：土地利用數據、高程數據、土壤數據、歸一化植被指數數據、凈第一性生產力數據、氣象數據、流域數據以及糧食產量數據（表1）。

1.3 研究方法

1.3.1 沖突區域劃分 生態系統服務權衡取決于生態系統服務供給強度空間分布特征（彭建 等，2017；Wei et al., 2022），不同生態系統服務供給區域具有不同的沖突特征。因此，劃分不同沖突區域類型，并在此基礎上識別不同區域的土地利用沖突大小及其內部空間差異，可科學地表征土地利用沖突。劉曉娜等（2020）研究發現，大多生態系統服務隨植被覆蓋度和土地開發程度呈現明顯的梯度效應，即存在植被覆蓋度和土地開發程度變化導致的生態系統服務變化的突變點。梯度效應直接影響不同區域的生態系統服務的供給。

本研究突變點尋找方法為：將研究區劃分為1 km×1 km 的網格單元，獲取每一網格的植被覆蓋度、土地開發程度和生態系統服務綜合供給值。為避免空間自相關性，隨機選取網格總數的10%作為樣本，分析生態系統服務綜合供給分別隨植被覆蓋度、土地開發程度變化的梯度效應，尋找突變點。利用R 語言的The Change Point Model（CPM）包識別突變點，該方法可識別1組連續變量中突變點的位置（Ross, 2015），并采用R 語言的trend包進行趨勢性檢驗。其中，植被覆蓋度取2010—2020年的歸一化植被指數平均值，取值范圍為0～1；土地開發程度為耕地和建設用地面積之和占區域總面積的比例，取值范圍為0～100%；生態系統服務綜合供給圖層為對本文的5種生態系統服務評估結果進行極差標準化后疊加的結果，計算公式（Jiang et al.,2021）為：

式中：Supplyj是像元j上的生態系統服務綜合供給；Si，j是像元j上第i項生態系統服務供給量；Si，min為第i項生態系統服務的最小供給量；Si，max為第i項生態系統服務的最大供給量；n是生態系統服務數量，本研究n=5。

1.3.2 生態系統服務評估 選擇5項生態系統服務作為評估對象，包括2項供給服務（食物供給、產水量），2項調節服務（碳固定、土壤保持）和1項支持服務（生境質量）。這5項生態系統服務受土地利用變化的影響較大且容易顯現。在生態系統服務評估過程中，土地利用是這5項服務的最主要變量之一。評估方法主要運用InVEST（Integrated Valu‐ation of Environmental Services and Tradeoffs）模型，該模型由斯坦福大學等機構聯合開發，主要采用土地利用等數據評估區域生態系統服務，獲取其空間分布特征（Natural Capital Project, 2022）。各生態系統服務供給的評估方法和計算過程如表2所示。

表2 粵港澳大灣區生態系統服務評估方法Table 2 Methods for evaluating ecosystem service of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

1.3.3 土地利用沖突測度與空間表征

1）基于生態系統服務權衡的土地利用沖突概念模型 基于以下思路構建土地利用沖突概念模型：①土地利用通過影響生態系統過程而改變生態系統服務及其權衡特征；②采用生態系統服務權衡關系表征土地利用沖突。模型基本原理為：生態系統服務是人類從生態系統中獲得的各種惠益，包括有形的物質產品供給與無形的服務提供2方面。土地利用變化通過對生態系統格局與過程的影響，改變生態系統產品與服務的提供能力，生態系統服務間的權衡關系也隨之變化。因此，從某種程度上說，生態系統服務權衡是土地利用變化的結果，反映土地利用沖突的重要原因?；谕恋乩米兓c生態系統服務權衡的關系，本文構建了土地利用沖突概念模型（圖2），利用相關性系數和雙變量局部莫蘭指數分別測度生態系統服務權衡關系及其空間分布，以此表征土地利用沖突強度和空間格局。

圖2 土地利用空間沖突模型Fig.2 Land use conflicts model

2）區域土地利用沖突指數構建 基于生態系統服務之間的相關性系數構建區域土地利用沖突指數。具體方法為：以1 km 網格統計2010—2020 年的各生態系統服務變化量的平均值，并利用SPSS軟件，獲取各生態系統服務兩兩之間變化關系的相關性系數。正相關表明生態系統服務間為相互增益的協同關系，即不存在土地利用沖突。負相關則表明生態系統服務間表現為此消彼長的權衡關系，即存在土地利用沖突。用負相關系數大小表示土地利用沖突大小。土地利用沖突指數計算公式為：

式中：LUCI 為土地利用沖突指數，指數越大，土地利用沖突越強；i為顯著負相關的關系類型；n為顯著負相關的關系類型總數；|Pi|是相關性系數的絕對值。

3）土地利用沖突空間表征 以空間網格為基本單元，采用生態系統服務兩兩高低聚集特征表征土地利用沖突空間范圍，采用兩兩高低聚集的個數顯示空間沖突強度。首先，沖突空間范圍表征的具體方法為：利用1 km 網格統計2010—2020 年的各生態系統服務變化量的平均值，然后利用GeoDA 軟件的雙變量局部莫蘭指數（Bivariate Local Moran'sI）對生態系統服務進行雙變量空間自相關分析（Liu et al., 2021）?？臻g上如果呈高高集聚及低低集聚均表示協同關系，呈現高低集聚及低高集聚均表示權衡關系（錢彩云 等，2018），Moran'sI指數計算公式為：

式中：Zi=xi-xˉ，xi和yj分別為網格i和j的不同生態系統服務值，xˉ和yˉ分別為所有網格i和j的不同生態系統服務的均值；n為網格數目；wij為每個網格i和j之間的空間相鄰權矩陣。Moran'sI>0 表示空間正相關性，其值越大空間相關性越明顯；Moran'sI<0表示空間負相關性，其值越小空間差異越大；Mo‐ran'sI=0表示空間呈隨機性。

沖突強度的表征方法為：以上述網格為基本單元，土地利用沖突單元的沖突強度以單元中生態系統服務兩兩高低聚集的個數，即權衡類型個數表示。權衡類型個數越多，沖突強度越大，沖突強度范圍為0～8。將土地利用沖突強度按等間距法劃分土地利用沖突等級，分為無沖突、弱沖突、中等沖突、強沖突、極強沖突5個等級。

2 結果分析

2.1 沖突區域劃分結果

生態系統服務梯度效應結果表明，研究區生態系統服務綜合供給隨植被覆蓋度的增加呈顯著上升（P<0.05），隨土地開發程度的增加呈顯著下降趨勢（P<0.05）。這2 種趨勢均存在顯著的突變點，突變點分別是植被覆蓋度為0.45、土地開發程度為28.27%時的生態系統服務綜合供給（圖3）。因此，以0.45 的植被覆蓋度和28.27%的土地開發程度為劃分依據，將粵港澳大灣區劃為4個土地利用沖突分區（表3、圖4）。其中，I區的土地利用現狀以林地為主，主要分布在研究區外圍；II區以水體為主，主要分布在珠江入?？冢籌II區以耕地為主，主要分布在城市區域外圍；IV區以城鎮用地為主，主要分布在研究區中心。

表3 土地利用沖突分區及特征描述Table 3 Land use conflicts zoning and characteristics

圖3 粵港澳大灣區生態系統服務隨植被覆蓋度（a）和土地開發程度（b）梯度效應Fig.3 The gradient effect of ecosystem services with the vegetation coverage(a) and land development intensity(b) in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

圖4 粵港澳大灣區土地利用沖突分區Fig.4 Land use conflicts zoning in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

2.2 粵港澳大灣區土地利用時空變化特征

2010—2020年，粵港澳大灣區土地利用變化較為劇烈。其中耕地面積減少了1 440.90 km2（減幅為8.20%），其主要轉變為城鎮用地（表4、圖5）。林地面積增加了485.48 km2，大部分由耕地、農田與自然植被混合用地轉變而來。草地減少幅度較大，為44.03%，其主要轉為城鎮用地。從空間分布看，耕地轉為城鎮用地的區域集中分布在III、IV區；耕地、農田與自然植被混合用地轉為林地的區域主要分布在I 區；草地轉為城鎮用地的區域集中分布在IV區?？梢钥闯觯?010—2020年粵港澳大灣區城鎮化快速擴張，在III、IV區，大量耕地和草地轉換為城鎮用地，而在I 區，耕地和農田與自然植被混合用地轉變為林地的比例較大。

圖5 2010—2020年粵港澳大灣區主要土地利用類型轉換空間分布Fig.5 Spatial distribution of main land-use types conversion in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area from 2010 to 2020

2.3 粵港澳大灣區生態系統服務時空變化特征

總體上，2010—2020 年碳固定、土壤保持、產水量3 項生態系統服務均呈上升趨勢，而生境質量和食物供給服務則呈下降趨勢（表5）。其中，碳固定、土壤保持、產水量的平均變化量在不同分區的差異性較大。碳固定和土壤保持在I 區有較大的增幅，而產水量在I 區下降較多。另外，研究期間耕地面積減少量與食物供給服務減損量具有空間一致性。在IV區，有大量耕地轉為城鎮用地，該區的食物供給服務下降的最多，平均變化量為-1.58 t/hm2。生境質量的平均變化量在不同分區的差異性較小。

表5 2010—2020年粵港澳大灣區生態系統服務平均變化量全域及分區統計Table 5 Average change in ecosystem services for the whole region and sub-regions in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area from 2010 to 2020

從空間分布（圖6）看，碳固定、食物供給、產水量、土壤保持服務的減損區域和增益區域的空間分布差異明顯。其中，糧食供給的減損區域主要分布在研究區中部，與耕地轉為城鎮用地區域的空間分布基本一致；糧食供給和碳固定的高增益區均分布在研究區的西南部和西北部；產水量的高增益區集中分布在研究區中部，土壤保持的高增益區與林地的空間分布基本一致；產水量與土壤保持的高減損區均主要分布在研究區的西南部和西北部。

圖6 2010—2020年粵港澳大灣區生態系統服務時空變化Fig.6 Spatiotemporal changes of ecosystem services in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area from 2010 to 2020

2.4 粵港澳大灣區土地利用沖突強度特征

總體上，粵港澳大灣區的土地利用沖突指數為1.05，土地利用沖突較強。主要原因為研究區權衡服務類型較多，且權衡關系較強（表6），共有5對生態系統服務屬于此消彼長的權衡關系，包括土壤保持與食物供給、碳固定的權衡關系以及產水量與食物供給、生境質量、碳固定的權衡關系。其中，產水量與生境質量的權衡關系最強，相關性系數為-0.43。

表6 2010—2020年粵港澳大灣區及分區生態系統服務相關系數Table 6 Correlation coefficients in ecosystem services for the whole region and sub-regions in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area from 2010 to 2020

從分區看，各區的土地利用沖突強度由強到弱依次是I 區（1.10）>III 區（0.97）>IV 區（0.77）>II 區（0.45）。I區與整個研究區的情況基本一致，也存在多種權衡服務類型，且權衡關系較強。該區土地利用沖突較強的主要原因是權衡關系數量較多，即食物供給和碳固定均與土壤保持、產水量保持較強的權衡關系。III 區和IV 區的土地利用沖突強度相近，且這2 個區的土地利用沖突的主要原因均為產水量與食物供給、生境質量的生態系統服務權衡。II區的土地利用沖突強度最弱，而且生態系統服務間的相關系數較小。

綜上可知，I 區是研究區土地利用沖突的主要區域，而產水量與食物供給、生境質量、碳固定的權衡關系是研究區土地利用沖突的主導因素。

2.5 粵港澳大灣區土地利用沖突空間分布特征

總體上，粵港澳大灣區土地利用沖突等級以弱沖突和中等沖突為主，二者的面積之和占研究區面積的66.43%。強沖突和極強沖突的面積分別占研究區面積的5.43%和0.08%（表7）。

表7 2010—2020年粵港澳大灣區及分區土地利用沖突等級面積及比例Table 7 Area and proportion of land use conflict levels for the whole region and sub-regions in the Greater Bay Area from 2010-2020

從空間分布看，研究區土地利用沖突等級從外圍到中部整體呈中等—弱—中等的結構，局部地區土地利用沖突強烈的空間分布特征（圖7）。即弱沖突區域主要分布在研究區中部兩側，中等沖突區域主要分布在研究區的中部和四周，而強沖突和極強沖突區域集中分布在研究區西南部和西北部的局部地區。其直接原因是研究區中部及其四周存在多種生態系統服務權衡關系而中部兩側較少（圖8）。其中，共有3種權衡類型，即產水量分別與食物供給、碳固定、生境質量的權衡關系所表征的土地利用沖突區域集中連片分布在研究區的中部，致使該區域的土地利用沖突等級以中等沖突為主。共有6種權衡類型，即產水量分別與食物供給、碳固定、生境質量的權衡關系以及土壤保持分別與食物供給、碳固定的權衡關系所表征的土地利用沖突區域集中分布在研究區西南部和西北部的局部地區，是強沖突區域主要分布在該區域的原因。

圖7 2010—2020年粵港澳大灣區土地利用沖突等級空間分布Fig.7 Spatial distribution of land use conflict levels in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area from 2010 to 2020

圖8 2010—2020年粵港澳大灣區生態系統服務權衡關系表征土地利用沖突區域空間分布Fig.8 Spatial distribution of land use conflicts characterized by ecosystem services trade-offs from 2010 to 2020 in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

從分區看，4 個分區的土地利用沖突等級均是以弱沖突和中等沖突為主。強沖突和極強沖突區域均主要分布在I 區。根據各分區的沖突差異及其內部沖突特征，不同區域沖突緩解策略可以分為：1）I 區有較多的耕地和農田與自然植被混合用地轉為林地，其產水量和食物供給有所下降，同時出現多種權衡服務類型，導致該區的土地利用沖突強度最強。因此需在考慮糧食安全的前提下，評估該區域的土壤流失和水資源狀況，因地制宜地實施退耕還林。2）II區的土地利用沖突強度較小，其面積僅占研究區面積的2.53%，而且土地利用類型以水體為主，因此要在現狀的基礎上集約高效利用水資源。3）III區和IV區土地利用沖突較強的原因是二者的土地利用變化劇烈，大量耕地轉變為城鎮用地。因此該區域在未來的發展建設中，要充分挖掘存量建設用地，提高建設用地的集約度。嚴格控制城鎮發展邊界，避免城市建設侵占III區和IV區的耕地。

3 結論與討論

3.1 結論

1）2010 年—2020 年粵港澳大灣區土地利用變化劇烈。主要變化為大量的耕地和草地轉為城鎮用地，以及大量的耕地和農田與自然植被混合用地轉為林地。與此同時，研究期間區域碳固定、土壤保持和產水量服務均呈上升趨勢，而生境質量和食物供給服務則呈下降趨勢。其中，糧食供給和碳固定的高增益區以及產水量與土壤保持的高減損區均主要分布在研究區的西南部和西北部。

2）從土地利用沖突指數看，粵港澳大灣區的土地利用沖突較強。主要原因是研究區權衡服務類型較多，且權衡關系較強。其中，產水量與食物供給、生境質量、碳固定的權衡關系是研究區土地利用沖突的主導因素。從分區看，各區的土地利用沖突強度由強到弱依次是I區（自然或半自然區域）>III區（半自然-半人工區域）>IV區（人工區域）>II區（半自然區域）。其中，I區是研究區土地利用沖突的主要區域，主要原因是該區存在較多的權衡服務類型，且權衡關系較強。

3）粵港澳大灣區土地利用沖突空間分布范圍以弱沖突和中等沖突區域為主，局部區域土地利用沖突較為劇烈。研究區的土地利用沖突等級從研究區外圍到中部整體呈中等—弱—中等的空間分布結構。強沖突和極強沖突區域均集中分布在I區。

3.2 討論

本文基于生態系統服務的視角，以生態系統服務權衡分析方法識別粵港澳大灣區在不同類型空間上的土地利用沖突強度和空間分布特征，較好地反映了粵港澳大灣區土地資源開發利用的特點，揭示了研究區因生態系統服務權衡而產生的土地利用沖突的強度和空間分布特征，為土地可持續利用管理提供依據。本文的土地利用沖突結果反映的趨勢與其他研究存在差異。如于伯華等（2006）指出城鄉過渡帶是土地利用沖突的熱點地區之一。而本文得出自然或半自然區域是研究區土地利用沖突的主要區域，也是研究區土地利用沖突強度最高的區域。主要原因是，本研究的沖突結果側重反映土地利用/覆被變化的潛在沖突，特別是對生態環境維度的沖突表征，而自然或半自然區域的對于土地利用/覆被變化生態環境效應的敏感度較高，因此潛在沖突會更強?，F有相關研究則更重視區域土地利用的沖突現狀識別，對城鄉過渡帶的沖突現狀表征更為明顯。也有相關學者將生態系統服務概念納入土地利用沖突識別的研究中。如吳蒙等（2021）將生態系統服務作為沖突風險這個維度的表征指標，分析空間沖突的形成機理，對未來研究國土空間生態適宜性評價具有借鑒意義。但該研究的生態系統服務的評估以單位面積生態系統服務價值為基礎，未能反映不同生態系統服務之間的權衡或協同關系。未來進一步的研究將借鑒該文的多維度研究思路，并同時納入生態系統服務權衡概念。

本文在選擇生態系統服務類型時，偏重選擇與土地利用關系較為直接的服務類型，但對于人口密度高、經濟發達的都市區而言，其對生態系統服務的需求層次應該更高，如其對休閑游憩等文化服務的需求較高（徐迪航 等，2021）。未來應把休閑游憩等文化服務納入評估范圍，使得土地利用沖突的識別方案更為客觀。

本文以生態系統服務權衡類型的個數表征土地利用沖突強度，暫未考慮每個評價單元每類權衡關系的相對大小，未來可以進一步構建權衡個數與相對大小的土地利用沖突強度指數，更客觀地反映土地利用沖突強度特征。