城市土地开发强度变化的生态环境效应

1、中国人口资源与环填2014王军第24卷第7期CHINA POPUlATION.RE!iOUR AND ENVIRONMENf VoI.24 No.7 2014 城市土地开发强度变化的生态环境效应 赵亚莉刘友兆龙开胜 (南京农业大学公共管理学院，江苏南京2195) 要.市土地开发.是.-个罐市建设用抱不断扩张、辘市人口不断腿脏、耀市经济不断发属的边疆。这-煌咿.备项 清精从自然.瓢属和能量，并向军事罐披靡，事.1t生.董事.产生睡响戴干扰。缅边闺罐罐市土地开发疆魔董化与生窜事辘自由 化的.AA.涮篝、精.瓣由租金.罐靡价值3个方面钩.盒态环撞戴盛的指篝体系，并对2002-2011 .舍市 土地开发应变化的生.霉蜻效应.行部份。编泉隆11:棉布土地开发程度变化对生态环槐有凰唱影响.申.硝辑、湾籍 貌与辘市土地开发.iE相关，生司悔自民罐匠价值与.市土地开.负相关:槐市土地开发应变化的生态咏梅效应.幽 .区罐份性，胃部地区省会.市主地开发疆应变化JIt盒态环梅的边际曾晴朗墨大于东、申郁地区省会篇市:.市土地开 发疆鹰fIIJ.化.lItb配应变化的墨事程度为z土地开发应低于IK的.市土地开发

2、温禽大于2O的罐市土地开发. 在10.军20.之闭的罐市.并且tI.土地开发雹摩低于10.肘，土地开发应变化对生态琢撞的擅自民曾确要大于土地*a强鹰富于 10.曲tI市。研究.画7辘市土地开发强度.快过程申生态董事.盛的变化画径.跚跚警撼首土地开发.禽的捕锐. 生.霉槐效应指篝发生先民罐后.的变化.这也是在辘市土地开发强度度低时就要强化生态环罐镖的原因所在。今后.限制禽 开.撼土地的扩张，舍. 开发.市的用撞撞钩.德商量t.资源利用效率.是鲁田生态董事.可将籍的.之画。 美笛匍辘1IJ土地:土地开发.;生.1事槐.;11窟.;省会市 申份铃回7;泊4哀麟镰恨.A 文.蹦跑-2IM(篇14)7-帽23-fI1创:lo.39/j.1002-D帆刷4.tr7.翩 改帝开放以来，我国t业化、城镇化快速发展给土地 利用变化初生态环境带来巨大影响。目前，城市化与生态 环境关系1斗、土地利用变化的生态环境效应川等受到 学术界广泛关注，已有成果为探讨生态环境效应表征指标 以及城市土地利用变化的生态环境效应奠定了基础。但 这些文献主要以土地利用类型面积变化为研究对象，针对 土地开发强度变化的较少尽管也有

3、研究从土地开发活 动的广度、深度与频度的综合度量出发探时了我国耕 地资源开发强度演化特征8、区域开发强度与资源环境水 平的剧什关系9等问题，关F城市土地开发强度变化及其 生态环境敛应的研究仍有待加强。校照全国主体功能区 规划，在我同经济总量大、人口密集的地区，以一个庆域建 民空间占该区域总面积的比例所表征的土地开发强度较 尚且资源、承载力已接近极限，合理控制土地开发强度，保 护生态环境尤为必要。因此，本研究选择全国主体功能区 规划采用的上地开发强度指标，在阐述城市土地开发强度 收稿日期:2013- 12 -19 作者简介:赵可Y_j.博士生.1:要研究JrIJ为土地资源可持续利用。 与生态环境演化关系的基础上，构建生态环境效应指标体 系并以省会城市为例收集数据，分析城市土地开发强度变 化的生态环境效应特征，试图为生态环境保护提供参考依 据。 城市土地开发强度变化与生态环境演化 的关系 城市土地开发强度受到城市经济增辰、城市化水平、 产业发展、土地规划管理政策等凶素的综合影响10- 111 城市土地开发强度的增长过程，就是一个城市建设用地不 断扩张、人口不断集聚、经济总地不断增大的过程。

4、这 过程中，城市各项活动从Il然界索取物质和能量，并向环 境排放废弃物，对生态环境产生影响或干扰。两者关系可 以从以下层面加以认识:fT先，随着城市土地开发强度增 加，大监自然资源被占用和消花。一方面，耕地、绿地等生 态用地转变为建设用地，城市原有的土地植盖类型被钢筋 通讯作者:龙开:Ift.t嗡J:.刷教搜.主要研究方向为土地资源可持续利用 基金项目:同家们然科学基金项口.经济发达地区生态补偿的土地利用变化放fif.及其优化调控研究:以苏州If为例.(编号:71373129)。 . 23 . 中国人口资源与环境2014年第7期 混凝土和水泥地面替代，植被及其生长条件遭到破坏;另 一方面，城市人口和产业扩张需要消耗大量水资源、电力、 矿产能源以及其他生物性资源，特别是随着城市人均淌费 水平的提高，城市发展对各种生活与生产资料的需求会成 倍增长。由于城市开发占用和损耗的资源一般具有不可 再生性，城市土地开发强度变化将会减少可供开发利用的 自然资源存量;其次，自然资游、大量消耗又会导致废弃物 排放增加。一般而言，废弃物排放与资源消耗量成正比。 目前，城市人口活动与经济发展日益活跃，工业废水

5、、废 气、固体废弃物、生活污水、城市垃圾以及其他有害污染气 体的持续不断排放，是生态环境恶化的重要根獗。与之密 切相关的环境净化能力却提升缓慢，区域生态空间不断萎 缩，加之城市污染物排放对环境要素损害的积累性，城市 过度开发利用带来的环境污染将超过生态环境容量，生态 环境也会相应地发生不可逆转的变化，自然资惊自我更新 能力趋于微弱。进一步看，不同城市人类活动的深度和广 度，以及不同地域的资摞禀贼、经济社会发展条件与生态 环境容量，决定了城市土地开发所能承受的资源消施和环 境污染水平，因而产生不同的生态环境效应。 综上分析，城市土地开发强度变化对生态环境的作 用，可通过自然资源消耗和污染物排放得以体现，并 最终导致生态资源短缺、环境污染与退化、生态系统服务 价值降低等一系列问题，破坏生态系统平衡。图1具体描 述了两者关系。 市地发度化 城土开强变 2 研究指标选择与数据 2.1 指标选择 城市土地开发强度指标(INT)，采用城市建设用地占 市区面积百分比表征，反映城市区域范围内土地总体开发 利用水平，与全国主体功能区规划中土地开发强度内 涵一致。 生态环境效应指标(町，已有研究中区域综合

6、生态效 应主要采用景观格局指数、生态环境指数、生态系统服务 .24. 价值等指标表征4-6.12。结合已有研究成果，以及上文城 市土地开发强度变化与生态环境关系的理论分析结果，生 态资源消耗水平、污染物排放水平与生态系统服务价值变 化反映了城市土地开发强度对生态环境的影响，本文采用 这三个层次的指标反映生态环境效应。进一步考虑指标 数据完整性和可取得性，具体指标选择如下: (1)生态资源消耗水平(ER)。对于一个城市而言，其 消耗的资源越多，对生态环境的压力也就越大。水、电资 源是一个城市正常运转的基础，本研究采用地均用水量 (ER1 ，104km 2 )、地均用电量(ER2,104 kW h/km 2 )表征 资源消耗水平。 (2)污染物排放指标(EP)。一个城市污染物排放越 多，对生态环境的影响就越大，生态环境恶化程度就越高。 工业废弃物排放是城市的主要污染源，本研究选择工业废 水、废气排放和固体废物产生量三个方面的指标衡量污染 物排放水平(见表1)。 褒1污染物排披指标体系 Tab. 1 Indicator百 ofpollutant emissions 指标指标测度及单位指标性质

7、 Index Indicators and unit Auribute 地均工业废水排放量(EP1,104 tlkm2) 地均工业废水化学需氧量排放量(EP2，km 2 ) 污染物排 放指标地均工业二氧化硫排放量(EP3,tlkm2) (EP) 地均工业烟、粉尘排放量(E.町，km 2 ) + + + + 地均工业固体废物产生量(E鸟，10 4 tlkm2 ) + (3)生态系统服务价值(EV)。已有多数研究并不考 虑城市建设用地的生态系统服务价值，实际上建设用地对 生态系统整体服务价值产生重大影响12-JS。本研究通过 考察城市建设用地的生态系统服务价值，揭示城市土地开 发强度变化的生态环境效应。生态系统服务价值计算公 式为: EV= LAx R, (1) 其中:EV为城市建设用地生态系统服务价值总和;A， 为第i类城市建设用地面积;R为第i类城市建设用地的 生态系统服务价值系数。本文城市建设用地划分为城镇 及工矿用地、城市绿地两大类，城镇及工矿用地生态系统 服务价值系数为-5 372. 1元.hm-2 a- I 14j城市绿地 生态系统服务价值系数为2696元.hm-2 a-IIS

8、。城镇 及工矿用地由中国城市建设统计年鉴中的居住用 地、公共设施用地、工业用地、仓储用地、对外交通用 地、道路广场用地、市政公用设施用地和特殊用地归并 而来:城市绿地面积直接来源于中国城市建设统计年 赵亚莉等:城市土地开发强度变化的生态环境效应 鉴的绿地面积。考虑各城市之间生态系统服务价值 的可比性，下文采用地均生态系统服务价值为分析指 标，记为EVS。 2.2 数据来源及处理 由于22年以前统计数据不完整，本研究拟探讨 22 -2011年全国30个省会城市土地开发强度变化的生 态环境效应(拉萨数据缺失较多、台港澳数据难以取得没 有纳入)。数据来源上，城市建设用地面积、城市市区面积 数据来源于中国城市统汁年鉴H23-2012)、中国城 市建设统计年鉴(22-2011) j分类型的城市建设用地 面积来源于中国城市建设统汁年鉴(22-2011)。由 于城市行政区划调整和不同年份统计口径变化的原因，个 别城市土地面积在不同年份间差异较大，本研究对由于统 计口径造成的异常数据，按照本年度城市土地面积不大于 下-年度土地面积的原则对相关城市土地面积数据进行 调整。非地均的生态资源消耗、污染物排放

9、基础数据来源 于中国统计年鉴(23-2012)、中国环境年鉴 (2003 -2012)、中国环境统计年鉴(3-2012)0所 有地均指标均以城市市区面积为分母计算而来，这样 能够更好地反映城市整体区域所承受的生态环境压力。 由于污染物排放指标(EP)数量较多、量纲也不一致， 为减少指标数量便于聚焦，并考虑污染物排放指标具有时 间和空间两个维度的特点，引人全局主成分分析法 (GPCA) 对污染物排放指标进行处理。污染物排放指标 体系包含lOa间30城市5个相同的指标所表达的生态环 境变化信息，且每1a为1张单年份的数据表，1Oa共有10 张表，将10张单年份数据表按时序从上到下排列构成1 个30 x5 x 10的3维时序立体数据表(即全局数据表)。 在此基础上，采用方差最大旋转法提取主成分，实施经典 主成分分析。KMO和Bartlett球形检验结果显示，KMO值 表2特征值与方差贡献率 Tab. 2 Eigenvalues and total variance explained 未旋转方差最大旋转 Initial extraction V田lmaxrotaliOn 主成分 Com- ponenl 解释方 解释方 特征值差累计 差百分比 genva-百分比 % of lues CumuJa- vanance tive % 方计比归% 释累分 mr 解差百M 姜比f臼 tu川lon 酬副%山 勾asa mm 臼 衍咀严 u 特问 l 3.917 78.354 78.354 2.848 56.974 56.974 2 0.558 11.165 89.520 1.627 32.545 89.520 3 0.322 6.458 95.978 4 O. 114 2.294 98.273 5 0.086 1.726 1.000 达到0.788，主成分分析有意义。进-步提取特征根大于 1的2个主成分，其累积方差贡献率达到89.520%(见表 2) ，判断污染物排放指标可归结为2个主成分，分别记为 EPF，、EPF20根据2个主成分不同年份得分，计算得出30 个城市每年污染物排放

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