辽中南城市群土地利用及其生态系统服务价值评估

王晨 张雪娜 韩茉

（辽宁省城乡建设规划设计院有限责任公司，辽宁沈阳 110006）

土地利用变化(LUCC)是全球气候、环境变化研究的重要内容之一，也是自然环境对人类活动最直接的响应[1,2]。社会经济的发展需求驱动区域自然环境发生变化，陆地表层及土地利用类型发生显著变化。20世纪80年代以来我国工业化、城市化的飞速发展[3]，及近年来生态文明建设相关政策法规的出台与落实，均对土地利用情况产生了较大影响。生态系统的结构和功能随土地利用变化而改变，并体现为生态系统服务价值的演变。因此，可通过对生态系统服务功能的定量计算，评估土地变化生态环境效应的指标。Constanza[4]等在大量数据的基础上建立了全球生态系统服务的价值量评估模型，并受到学界普遍认可。谢高地[5]等在Constanza模型的基础上修订建立了符合中国实际的陆地生态系统单位面积服务价值表，并在在国内区域各类生态系统服务价值评估研究中得到了普遍应用[6,7,8]。

一、研究区域与数据来源

1.研究区域

辽中南城市群共包括沈阳、大连、鞍山、抚顺、本溪、营口、辽阳、铁岭、盘锦9个城市，面积8.15万平方公里，以全省55.7%的国土面积吸纳了68.5%的人口，创造了84%的地区生产总值，其人均生产总值超过全省27.5%的平均水平、地均生产总值水平超过全省50.7%的平均水平[9]，成为辽宁向城镇化后期发展、参与区域竞合的重要载体。城市群内国土开发强度较高，建设用地后备资源相对不足；部分地区过度推进新城新区建设，土地利用较为粗放；水资源相对贫乏且空间分布不均；污染问题突出，生态治理任务艰巨；部分地区剩余环境容量相对不足。

2.数据来源

本文主要采用辽宁省1980-2020年共5期土地利用现状遥感监测1km栅格数据。数据主要来源于中国科学院资源环境科学数据中心。

二、研究方法

1.土地利用转移矩阵

通过ArcGIS 10.2软件的空间分析工具，对各期土地利用数据进行统计分析，计算土地利用类型转移概率矩阵和贡献率矩阵。

2.价值量评价法

以Costanza[4]和谢高地[5]等学者的研究成果为依据，得到适用于辽中南城市群的生态服务价值表，分析生态服务价值情况。

生态系统服务价值计算模型：

其中：ESV为生态系统服务总价值；n为生态系统个数；S为各个生态系统的占地面积；Vj为各个生态系统服务类型的单位价值；m表示生态系统服务类型的个数。

3.空间自相关分析

空间自相关分析可以揭示某种变量的空间分布与其临近区域的关联性与差异性。其中全局空间自相关是分析整个研究区域内变量的聚集性,全局Moran指数是常用的全局空间自相关指标；局域空间系相关是分析特定局部区域内变量的聚集性，且能得出具体的聚集类型及聚集区域位置。

全局空间自相关计算公式如下：

其中：I为Moran指数；n为评价单元格式；x为观测变量属性值；x为观察变量属性均值；wij是要素i和要素j的权重，邻接取值为1，否则为0。对结果进行统计检验：

E(I)和var(I)分别为I值的期 望 和方差。

三、辽中南城市群土地利用变化情况分析

对五期土地利用数据进行处理，得到辽中南城市群各时期土地利用情况（表 1）。城市群内土地利用以辽中地区的耕地、辽东地区的林地为主，占比均超过总面积的 40%，与全省均值基本持平，高于全国平均水平；建设用地占比 10%，高于全省平均 8.76%及全国平均水平；受地理因素影响，城市群草地占比较少，仅为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。

对五期土地利用数据进行处理，得到辽中南城市群各土地利用情况变化表 （表2、表3）。可以看出，随着社会经济的发展，受人类活动影响，不同类型土地利用面积有所变化，但土地利用类型仍以林地、耕地为主，林地面积呈现轻微下降趋势，耕地面积则呈现先上升后下降的趋势，但占比仍远高于其他类型用地。

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土地利用类型 变化面积 变化率 变化面积 变化率 变化面积 变化率 变化面积 变化率

表3 1980-2020年辽中南城市群土地利用转移矩阵

40年间土地利用变化情况中，草地流失最严重，年均减少1.745%， 目前仅占城市群总面积的0.75%，远低于全省水平，其中40%的草地转化为林地。未利用地、林地、耕地年均减少率为0.12%，0.12%和0.05%。排除辽河流域数据误差后，未利用地呈现缓慢下降趋势；流失林地多转化为耕地；流失耕地多转化为林地及建设用地，耕地流失区县多为城市群建设用地增长明显的区县。建设用地、水域面积出现增长，其中建设用地年均增幅1.28%，占城市群总面积的10.25%，占全省建设用地总面积的64.95%。建设用地增长多集中在原有城区，如大连的瓦房店市、金州区、甘井子区、普兰店区、庄河市，沈阳市的于洪区、浑南区、铁西区、沈北新区，鞍山的千山区、海城市，盘锦的普兰店区，抚顺的开原市等；部分城市因发展战略的制定与实施出现建设用地大幅增加的情况，如辽东湾新区是盘锦市向海发展、全面转型、以港强市战略的重要载体和对外开放的重要窗口，盘锦的大洼区建设用地明显增加。水域面积年均增长率为0.46%，观音阁水库、桓仁水库、卧龙湖与三台子水库等面积均明显增加。水资源政策法规文件的建立健全，对辽中南城市群水资源的保障效果明显，水库修建、辽河流域保护及“河长制”的成效显现。

四、辽中南城市群生态系统服务价值分析

1.生态系统服务价值时间分析

通过计算得到五期辽中南城市群的生态系统服务价值及其变化情况（表4）。辽中南城市群生态系统服务价值为886.6亿元，其中森林生态系统贡献率最大，占65.8%，其次为农田及水体，占21.2%和12.6%。 生态系统服务价值总体呈下降趋势，共减少31.4亿元。其中水体呈上升趋势，增加6.2亿元，其余生态系统均为下降趋势：森林生态系统服务价值下降最多，减少30.3亿元，下降率为4.9%；草地生态系统下降3.6亿元，下降最快，下降率为50.9%；农田生态系统下降3.6亿元，下降率为1.9%；荒漠生态系统减少0.02亿元，下降率为4.7%。在4个10年时间跨度中，生态系统服务价值减少率分别为0.1%，0.9%，0.2%和2.2%。

进一步估算城市群单项生态服务功能价值（表5），各项生态服务功能价值均呈现出不同程度下降趋势。

表5 辽中南城市群单项生态服务功能价值

气体调节、气候调节、土壤形成与保护、原材料及生物多样性类别的服务功能价值年均下降超过0.1%，超过平均水平。主要受森林面积减少的影响，而唯一面积增加的水域占比较小、单位面积价值较低，故影响不大。

表辽中南城市群各类生态系统服务价值变化

食物生产及废物处理两项功能价值在2000年以前出现短暂上升，后又回落至较低水平。食物生产主要受耕地面积变化影响，2000年以前，耕地面积略有上升，食物生产功能价值也随之上升，之后因建设用地占用等情况导致耕地面积回落，食物生产功能也随之回落。单位面积生态系统废物处理功能中水域贡献较大，虽然水域面积总体呈上升趋势，但由于城市群内水域占比较小，耕地、林地以及草地等总面积基数较大，下降面积尤其是近二十年下降面积较大，导致废物处理功能总体价值下降。

水源涵养与娱乐文化功能价值均受水域影响较大，但是水域面积占比远小于其他生态系统，这两项功能价值仍呈下降趋势。

2.生态系统服务价值空间分析

对2020年各区县生态系统服务价值进行估算，并进行空间自相关分析。 不同区县生态系统服务价值存在较大差别（图1），部分区县建成区占比高，在1千米分辨率内基本没有森林草地，总价值约为0，如鞍山的铁西区、立山区、铁东区，沈阳的皇姑区、沈河区、大东区、和平区，辽阳的白塔区，大连的西岗区、沙河口区、中山区，营口市的站前区等。各区县生态系统服务价值在空间上明显相关，进行空间自相关分析（图2），其Moran I指数为0.239927，z得 分 约 为4.31，p小 于0.01，即辽中南城市群内各区县生态系统服务价值在空间上有关联，且为聚类分布。

图1 各区县生态系统服务价值分布

图2 空间自相关分析结果

进一步对辽中南城市群各区县生态系统服务价值进行聚类分析（图3）。其中“高-高”类型区分布在清原、新宾、桓仁、岫岩与庄河，此区域与临近区县生态系统服务价值均较高。该区域山区占比较大，森林覆盖率高，除庄河市外均属于辽东绿色经济区，与辽宁省总体战略相符。“低-低”类型区为沈阳市和平区，该区与临近区县生态系统服务价值均偏低。这种情况与沈阳市市区内区县划分较为密集、建设用地面积占比较大有关。“高-低”类型区为辽阳县，该区域生态系统服务价值高、邻近区县价值却相对较低，呈现出空间负相关性。辽阳市市区建设用地比例较大，且与辽宁东部森林较近。该区域与周围临近区域相比既有明显的生态系统服务价值优势，又临近建设用地较为集中的区域，区位优势明显，可发展城镇周边生态服务相关产业。

图3 各区县聚类和异常值分析结果

五、结论

辽中南城市群内土地利用主要以辽中地区的耕地及辽东地区的林地为主；建设用地及水域面积出现增加，其他类型用地多向建设用地转移；总体生态系统服务价值呈下降趋势，2020年总价值为886.6亿元，森林对城市群生态系统服务价值的贡献率最大，各类生态系统中仅水体生态价值呈上升趋势；城市群内各区县生态系统服务价值在空间上相关性显著，沈阳市和平区与周围区域生态系统服务价值均偏低，清原、新宾、桓仁、岫岩四县及庄河市与周围区域生态系统服务价值均较高。

六、未来发展建议

1.推进建设用地集约利用

辽中南城市群内建设用地占比较高，且粗放现象严重。土地节约集约利用是生态文明建设的根本之策，是新型城镇化的战略选择。应把握辽宁城市更新行动的机遇，盘活城市低效空间资源，尊重产业发展趋势和市场经济的客观规律，调整土地利用结构，推动产业结构转换，逐步提高第三产业用地比例，促进区域经济效益的提高和改善城市生态环境。利用经济手段合理调整土地使用及征收税，推进企业及个人自觉集约利用土地，盘活闲置商务楼宇等。沈阳、大连等建设用地量最大、人地矛盾最突出的地区，应注意内涵挖潜，加快旧城改造和清理整顿力度，统筹实施拆除重建、综合整治、改变功能等更新方式，鼓励利用老旧厂房和闲置厂区发展集商业、文化、体育、旅游、休闲等多功能与一体的新型消费模式，培育城市新业态。

2.加强碳汇保障

森林面积变化对生态系统服务价值影响较大，且未引起市场足够重视，常在政策决策中被忽视。虽然城市群内林地面积较大，但也存在着一定程度的缩减现象。

中国在75届联大上庄严宣告“2030年前要碳达峰，2060年实现碳中和”，彰显了我国积极应对气候变化、走低碳发展道路的雄心和决心。辽中南城市群气体调节的生态服务功能将为城市群带来新的发展机遇与方向，同时也将为其他暂未量化交易的生态服务功能打开新的篇章。辽中南城市群仍需注重不断增加森林面积和蓄积量，增强自然生态系统固碳能力，推进经济绿色低碳转型与可持续发展。把握生态系统服务价值的优势，与碳排放权交易试点地区加强交流合作，积极开展碳排放交易。

3.强化重点地区生态保护

沈阳、大连等城市市区生态系统服务价值较低，生态系统服务需求主要依赖于其他地区的价值转移。应率先转变空间开发模式，严控新增建设用地规模和开发强度，适度扩大农业和生态空间，可发展新城新区以缓解城镇压力。

东部地区生态系统服务价值较高，多位于辽东绿色经济区，建设用地占比较低，但受发展规划及区位特征限制，仍需严格保护绿色生态空间，加强水资源保护、生态修复与建设，维护生态系统结构和功能稳定。

沈大轴线是城市群发展的重点开发区域。该区域发展前景好，且生态系统服务价值较高，可强化产业和人口集聚能力，适度扩大产业和城镇空间，优化农村生活空间。

4.推东生态一体化建设

城市群内不同区县对生态环境的要求有所差异，生态系统服务价值差别也较大。可建立信息共享与应用平台，加强生态预警，利于决策者总体把控城市群生态发展。设立城市群内生态补偿资金，满足低价值地区生态服务需求，并对高价值地区进行生态补偿，推动生态良性循环，达成区域共赢。强化各级领导干部属地管理责任，统筹山水林田湖草一体化治理，推进辽东生态屏障建设，实施重大生态修复工程，扩大森林、湖泊、湿地面积，提高沙区、草原植被覆盖率。推进辽河流域跨区域治理，严格保护东部水源涵养区，支持水源涵养区内人口逐步有序转移。明确开发边界，严控开发强度。加强西部草原生态屏障建设，科学推进北部沙漠化地区治理，筑牢防风固沙生态屏障。