由于自然资源禀赋与社会经济发展的区域差异,土地资源利用方式、结构、强度等具有高度的空间异质性,土地利用具有多功能性^[1]。Fleskens将土地利用功能分为经济、社会、文化、生态和生产五大功能^[2]。三峡库区山高坡陡,坡耕地分布广泛,坡耕地粮食产量占库区粮食总产量的50%以上,同时来自坡耕地的泥沙量达到60%以上,是库区水土流失的主要来源^[3,4]。通过库区长江防护林、小流域水土流失治理、退耕还林还草、农业生态工程等措施,确保库区生态环境趋于良性循环是库区环境保护的既定目标^[5]。生物多样性保护、土壤保持、水源涵养和营养物质保持功能是以三峡库区为核心的生态脆弱区土地利用的主导功能^[6]。2011年6月15日,国务院正式批复《三峡工程后续工作规划》（国函[2011]69号）,明确提出加强库区生态环境建设与保护,重点解决库区发展、地质灾害、环境保护三大问题。国务院三峡建设办公室制定了《三峡库区后续工作实施规划编制大纲》（国三峡办函规[2012]28号）,按照“统一领导、分省（市）负责、以区（县）为基础”的编制原则,正式启动了《三峡库区后续工作实施规划》编制工作。以三峡库区生态屏障区土地生态功能建设为导向,分区（县）编制了《三峡库区生态屏障区土地生态功能建设专题规划（2011~2020年）》,作为土地利用总体规划的一个专项规划,统筹安排生态屏障区内各项土地利用活动。土地利用规划作为统筹安排区域各项土地利用实践活动的纲领性文件,通过土地利用结构和布局变化引起各类生态系统类型、规模及其空间格局的变化,进而影响整个生态系统所提供服务的种类和强度^[7,8]。受土地利用方式、效率等因素影响,三峡重庆库区开县消落区生态风险随海拔高度增加而加大^[9]。三峡库区草堂溪流域生态风险评价结果表明^[10],调整土地利用结构和改良林分结构是应对因流域土地利用变化导致生态风险时空变化的有效对策之一。同时,由于生态退耕和农业结构调整,三峡库区巫山县1996~2005年间土地利用变化导致生态服务价值总体呈现增加态势,林地、耕地和草地对全县生态系统服务价值的

大小起着决定性作用^[11]。长期实践表明,流域开发生态效应具有明显的极化特征,应逐步建立流域开发生态效应综合评估体系和基本标准^[12]。因此,本文基于土地利用多功能性,评估云阳县三峡库区生态屏障区土地利用规划生态效应,为区域生态建设和土地利用规划提供科学依据。

1 区域选择与研究方法

1.1 研究区域范围

目前有关生态屏障的概念尚无统一认识,但关于生态屏障基本功能的认识是相同的。潘开文等认为生态屏障具有过滤、缓冲、隔板、庇护所、水源涵养、精神美学等功能,即生态屏障能够保护和改善周边地区的生态环境^[13]。胡友兵等认为三峡库区生态屏障区范围包括从库区海拔175 m淹没线向上延伸至第一道山脊线所覆盖的区域,是库区陆域的核心区域^[14,15]。重庆市云阳县地处三峡库区腹心地带,受澎溪河、汤溪河、磨刀溪、长滩河4条支流与长江纵横切割,构成了全县“一江四河六大块”的空间格局。全县以山地为主,兼有谷、丘,呈现出“一山二岭一槽”、“一山三岭两槽”或“一山一岭、岭谷交错”的地貌特征。2010年共辖40 个乡镇,幅员面积3 649 km²;全县总人口为133.56 万人,其中农业人口为112.05 万人,是三峡库区人口大县;地区生产总值（GDP）为85.76 亿元,城镇居民人均可支配收入12 520 元,农村居民人均纯收入4 418 元^[16],是国家级贫困县。全县70%的乡镇（28个）属于三峡库区生态屏障区范围（图1）,陆域总面积为692.94 km²,为全县总面积的18.99%;其中位于三峡库区生态屏障区范围内的现状城镇及规划扩展用地为20.29 km²,扣除该部分建设用地外,云阳县三峡库区生态屏障区用于土地生态功能建设的用地规模为672.65 km²。

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Fig.1   The location of the study area

1.2 数据来源与处理

本文土地利用数据来源于2010年重庆市云阳县三峡库区生态屏障区航空正射影像图进行人机交互遥感解译形成的土地利用现状数据库（成图比例尺为1:2000）,土地分类以《土地利用现状分类》（GB/T 21010-2007）为基础,将三峡库区生态屏障区土地利用类型划分为耕地、园地、林地、草地、水域及水利用地、建设用地、其他土地共计7个一级类。将耕地细分为水田和旱地,将林地细分为有林地、灌木林地、其他林地。根据三峡库区生态屏障区1:2000 地形图,在ArcGIS9.3软件平台上生成DEM,将土地利用现状图与DEM进行空间叠加运算,按<15°、15°~25°、>25°将旱地划分为3个坡度级别。城镇工矿用地、村庄用地规模和布局来源于《重庆市云阳县土地利用总体规划（2006~2020年）》和《重庆市云阳县城市总体规划（2007~2020年）》。人口、经济以及粮食产量等社会经济数据来源于《重庆市云阳县统计年鉴（2011年）》^[16]。

1.3 研究方法

景观格局指数能够高度浓缩景观格局信息,反映景观结构组成和空间配置特征,在土地利用变化生态效应的定量评估中应用较多^[17]。本文选取斑块密度（PD）、平均斑块面积（APA）、最大斑块指数（LPI）、优势度指数（DO）、多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI）指标^[18],从面积、形态、分布状态、多样性等方面对三峡库区生态屏障区土地利用规划景观生态变化进行研究。同时,通过生态系统服务功能价值比例关系,评估土地利用变化的生态服务价值变化,是反映土地利用变化生态效应的主要研究思路^[19]。本文以Costanza等的研究理论及谢高地等制定的价值系数为基础^[20,21],估算云阳县三峡库区生态屏障区土地利用规划生态系统服务价值的变化。计算公式为：

ESV=∑Ak×Vck（1） R=（Ct+1-Ct)×Vck]ESVt+1（2）

式中：ESV为生态系统服务价值（元）;A_k为研究区第k种土地利用类型分布面积（hm²）;V_ck为该类型土地的单位面积生态系统服务价值系数;R为某一土地利用类型生态系统服务价值对区域生态系统服务总价值的贡献率;C_t+1、C_t分别为研究期末和基期某一土地利用类型的面积;ESV_t+1为研究期末区域生态系统服务总价值。

本文采用谢高地等2007年所修订的中国生态系统单位面积生态服务价值表,结合云阳县实际情况进行修订。并参照粟晓玲等采用专家打分法修正的不同类型林地的价值系数^[22,23],确定三峡库区生态屏障区水田和旱地的生态价值修正系数分别为1.0和0.8,有林地、灌木林地、其他林地的修正系数分别为1.4、1.0和0.6;园地的生态价值系数取森林与农田的平均值,建设用地的生态价值系数取0,其他土地的生态价值系数取荒漠与草地的平均值^[24]。云阳县2010年耕地粮食单产为4 368 kg/hm²,粮食平均价格为2.00 元/kg,考虑到没有人力投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位农田提供生产服务经济价值的1/7^[21],云阳县三峡库区生态屏障区1个生态服务价值当量因子的经济价值量为1 248.00 元,结合水田、旱地、有林地、灌木林地、其他林地等二级地类的修正系数,计算出云阳县三峡库区生态屏障区不同土地利用类型单位面积的生态服务价值（表1）。

2 结果与分析

2.1 生态屏障区土地利用结构调整及其景观变化

根据三峡库区生态屏障区土地利用主导功能定位,以土地利用生态功能适宜性评价为基础,将>25°旱地按照“宜林则林、宜园则园”原则,通过退耕还林、还园等方式,规划调整为有林地或园地;将尚未形成覆盖的灌木林地、其他林地,通过播种造林、补植造林等方式,规划调整为有林地;将零星散布在林地中的草地,通过播种造林方式,规划调整为有林地;将闲置、地灾搬迁等需搬迁退居的村庄用地,按照“宜耕则耕、宜林则林、宜园则园”原则,复垦为旱地、有林地和园地;将其他土地中宜林的荒山荒地通过播种造林方式,规划调整为有林地。结合《重庆市云阳县土地利用总体规划（2006~2020年）》等相关规划确定的目标和原则,利用ArcGIS9.3软件对重庆市云阳县三峡库区生态屏障区土地利用结构进行调整,编制土地利用规划结构平衡表。规划期内,云阳县三峡库区生态屏障区内水田、水域及水利设施用地保持不变,分别为3 568.62 hm²、813.84 hm²;旱地、草地、建设用地、其他土地分别从2010年的16 172.89 hm²、12 058.09 hm²、3 107.39 hm²、1 785.33 hm²减少到2020年的15 081.78 hm²、2 874.30 hm²、2 850.97 hm²、1 101.64 hm²,分别净减少1 091.11 hm²、8 183.79 hm²、256.42 hm²、683.69 hm²;园地、林地分别从2010年的1 852.48 hm²、27 906.46 hm²增加到2020年的1 861.24 hm²、38 112.71 hm²,其中有林地净增加14 343.04 hm²,灌木林地和其他林地分别净减少2 775.15 hm²和1 361.64 hm²。有林地、灌木林地地、其他林地比例由2010年的48.55%、36.82%、14.63%调整为2020年的73.18%、19.68%和7.14%,逐步形成以有林地为主体、灌木林地和其他林地为补充的林地利用格局。

通过对比分析云阳县三峡库区生态屏障区2010年、2020年景观格局指数可知（表2）,因规划期内未对水田、水域及水利用地进行结构调整,其景观格局保持不变。规划期内,将1 240.75 hm²>25°旱地（单个斑块面积为1 870.29 m²）改造为有林地,将149.64 hm²零星分布的闲置、废弃村庄用地（单个斑块面积仅为249.33 m²）改造为旱地,由于旱地转化为有林地的斑块数量（6 634个）比村庄用地转化为旱地的斑块数量（6 002个）多,导致2020年旱地斑块密度（PD）较2010年低,旱地平均斑块面积（APA）减小,旱地斑块多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI）减少,而优势度指数（DO）增加。规划期内灌木林地、其他林地、草地、建设用地、其他土地等景观类型转化为有林地的斑块数量、面积较大,至2020年,云阳三峡库区生态屏障区内灌木林地、其他林地、草地、建设用地、其他土地等景观类型斑块密度（PD）、多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI）将大幅度降低,平均斑块面积（APA）、最大斑块指数（LPI）、优势度指数（DO）较2010年有提升。2020年云阳三峡库区生态屏障区内有林地斑块面积较2010年净增加14 343.04 hm²,斑块数量净增加41 052个,导致2020年有林地斑块密度（PD）为2010年的3倍以上,有林地斑块多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI）进一步提升,而平均斑块面积（APA）、最大斑块指数（LPI）有较大幅度降低。

2.2 生态屏障区土地利用规划生态服务价值功能

根据式（1）、式（2）,计算出规划期内云阳县三峡库区生态屏障区各土地利用类型生态系统服务价值贡献率见表3。从表3可知,规划期内云阳县库区生态屏障区生态系统服务总价值从2010年的15.53亿元提升到2020年的19.98亿元,年均变化率达到2.87%,说明通过对云阳县库区生态屏障区内各土地利用类型进行结构和布局调整,有利于库区生态系统服务价值的提升。从各土地利用类型生态系统服务价值贡献率来看,规划期内水田、园地、其他林地、水域及水利用地、其他土地的生态系统服务价值变化较小;由于规划期内将大量旱地、草地通过封山育林、植树造林等措施规划调整为有林地,通过补植造林等方式将大量灌木林地、其他林地规划调整为有林地,至2020年云阳县库区生态屏障区有林地的生态系统服务价值贡献率将达到68.58%;初步构建一个以“林地为骨架,耕地、园地、草地为补充”的三峡库区生态屏障区生态系统服务格局。

通过对云阳县库区生态屏障区2010年、2020年生态系统服务功能变化情况分析（表4）可以看出,规划期内,云阳县库区生态系统在服务供给、调节服务、支持服务以及文化服务等4个一级类型以及粮食生产等9个二级类型上的生态服务价值均有较大幅度提升。规划期内屏障区生态系统的原材料生产、气体调节、气候调节提供美学景观等4个方面生态系统服务价值年变化率均超过3%,水文调节、保持土壤和维持生物多样性等3个方面的生态系统服务价值年变化率介于2%~3%之间,由于大量旱地实施退耕还林,致使规划期内库区生态屏障区生态系统的粮食生产提升缓慢。说明规划期内应通过生态移民适度转移库区生态屏障区内农村人口,通过农田水利设施建设,增强屏障区内耕地质量,实现屏障区内生态系统粮食生产与农村人口增长相适应。同时进一步完善屏障区内生产、生活污染废弃物处理配套设施建设,缓解屏障区生态系统废弃物处理压力。

2.3 生态屏障区土地利用规划生态效应空间分异

为进一步理清2011~2020年云阳县三峡库区生态屏障区生态系统服务价值空间分异情况,以乡镇为单元,计算出规划期内各乡镇生态系统服务价值变化量以及年变化率。云阳县各乡镇生态系统服务价值变化量介于0~4 576.37万元之间（票草乡土地利用结构未变）,其中高阳镇、故陵镇、龙角镇等位于三峡库区流域腹心地带的乡镇生态服务价值变化量较大,而票草乡、水口乡、双龙乡等位于三峡库区流域末端的乡镇生态服务价值变化量较小。对规划期内云阳县库区生态屏障区内各乡镇生态系统调节服务和支持服务价值变化分析可知,库区生态屏障区生态系统调节服务和支持服务价值变化趋势与总价值变化趋势保持高度一致性,说明规划期内库区生态屏障区土地利用结构和布局调整对整个生态系统尤其是调节服务和支持服务价值提升效果显著。运用SPSS软件中的分层聚类分析方法（hierarchical cluster analysis）,按照欧氏平方距离（squared Euclidean distance）测算方法对云阳库区生态屏障区生态系统服务价值变化空间分异特征进行聚类分析。根据规划期内各乡镇生态系统服务总价值年变化率、调节服务和支持服务价值年变化率,将生态系统服务价值年变化率<2%划分为基本稳定型,将2%≤年变化率<3%划分为缓慢提升型,将3%≤年变化率<5%划分为稳步提升型,将年变化率≥5%划分为快速提升型（图2）。从各乡镇所处地域来看,规划期内磨刀溪流域生态系统服务价值提升幅度最大,澎溪河流域次之,长江沿岸生态服务系统价值保持稳定增长,而长滩河流域和汤溪河流域变化不大。

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图2   重庆市云阳县三峡库区生态屏障区生态系统服务价值空间分异

Fig.2   The spatial diversities of the ecosystem service value of ecological barrier zone in Yunyang County

3 结论与讨论

本文基于土地利用多功能性,运用生态系统服务价值和景观格局指数探讨三峡库区生态屏障区土地利用规划生态效应,以此评估土地利用规划的合理性,为区域土地资源结构和布局调整的生态功能定量研究进行了有效尝试。规划期内云阳县库区生态屏障区生态系统服务总价值从2010年的15.53亿元提升到2020年的19.98亿元,年均变化率达到2.87%。结果表明以土地生态功能建设为导向的土地利用规划能够快速提升生态屏障区生态系统服务价值,增强屏障区调节气候、保持土壤、维护生物多样性等方面能力。通过退耕还林、封山育林、补植造林等措施大力培育有林地,至2020年云阳县库区生态屏障区有林地的生态系统服务价值贡献率将达到68.58%;初步构建一个以“林地为骨架,耕地、园地、草地为补充”的三峡库区生态屏障区生态系统服务格局。同时,由于云阳县三峡库区生态屏障区内各乡镇土地资源禀赋与自然地理条件差异,规划期内各乡镇生态系统服务价值及其调节服务和支持服务价值表现出显著空间分异特征。根据各乡镇生态系统服务价值及其调节服务和支持服务价值年变化率,将云阳县三峡库区生态屏障区各乡镇生态系统服务价值变化划分为基本稳定型、缓慢提升型、稳步提升型、快速提升型。规划期内磨刀溪流域生态系统服务价值提升幅度最大,澎溪河流域次之,长江沿岸生态服务系统价值保持稳定增长,而长滩河流域和汤溪河流域变化不大。

土地利用规划生态效益评估是编制和实施土地利用规划的必要环节之一,本文土地利用结构和布局调整思路以生态建设为中心,对区域土地复合型利用及其人地协调发展方面关注不足。同时由于生态系统服务价值在土地管理实践中存在价值测量的困难性、驱动因素的复合性和评价标准的片面性等瓶颈^[25],对不同土地利用类型（如建设用地、其他土地等）生态系统价值系数的确定依据及其机理方面值得商榷。因此,应深入认识土地利用变化及其生态效应机理和驱动因素,评估不同土地利用类型结构调整及其产生的生态效应,并以此为基础进一步明确土地利用结构优化调整方向,提升生态系统服务价值在土地利用规划和生态保护实践工作中决策运用能力。

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图1   研究区域区位

   

The authors have declared that no competing interests exist.

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