2018, Vol. 38文章信息
- 张天海, 田野, 徐舒, 唐立娜, 郭蔚.
- ZHANG Tianhai, TIAN Ye, XU Shu, TANG Lina, GUO Wei.
- 滨海城市土地利用格局演变及对生态系统服务价值的影响
- The evolvement of land use patterns in coastal cities and its influence on ecosystem service values
- 生态学报. 2018, 38(21): 7572-7581
- Acta Ecologica Sinica. 2018, 38(21): 7572-7581
- http://dx.doi.org/10.5846/stxb201710131837
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文章历史
- 收稿日期: 2017-10-13
- 网络出版日期: 2018-08-08
2. 中国科学院遥感与数字地球研究所, 遥感科学国家重点实验室, 北京 100083;
3. 中国环境科学研究院, 北京 100012;
4. 中国科学院城市环境研究所, 城市环境与健康重点实验室, 厦门 361021
2. Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Beijing 100083, China;
3. Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;
4. Key Lab for Urban Environment and Health, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China
土地利用/土地覆盖变化(Land use and land cover change, LUCC)是全球环境变化重点研究内容[1-2]。土地利用变化影响生态系统的类型、面积及空间分布格局[1], 是影响生态系统服务功能变化的重要驱动力[3]。而生态系统服务是衡量地区可持续发展状况的重要视角[4-6], 生态系统服务的退化和丧失影响土地利用的结构、效率和人类可持续发展[7]。因此土地利用与生态系统服务二者是相互影响、相互制约的关系。
伴随着我国经济的迅猛发展和城镇化的快速推进, 土地资源的转变和占用日益活跃, 由此导致土地利用类型和面积的阶段性急剧转变[8-9], 对地区生态系统服务价值(ESV, Ecosystem Services Values)产生了显著影响[10]。因此, 在当前城市化快速发展时期, 研究土地利用变化对生态系统服务价值的影响, 对于调整、优化土地利用格局, 促进、协调地区可持续发展具有重要意义[11-13]。
自1997年Costanza在《Nature》提出ESV估算原理、方法和计算了全球生态系统服务的经济价值后[5], 国际上众多学者对生态系统服务价值的理论方法进行了不断探索和完善[14-15]。在土地利用变化对生态系统服务价值的影响方面, 也有实证研究工作[16-17]。
我国学者对生态系统服务价值的研究主要体现在两方面。一方面为对ESV评估方法尤其是单位面积生态服务价值表的估算[18-19], 其中2006年建立的评估单价体系及其修正结果被不少学者应用[20-22]。另一方面则主要是应用生态系统服务价值评估方法结合土地利用进行理论或案例研究[23-26]。
厦门市作为改革开放后的五个经济特区之一, 其经济、城市化发展迅速, 在全国处于领先地位。该地区的工业化、城市化建设对全国及周边地区起到示范和辐射作用。
本文选择沿海城市厦门市为研究区, 进行土地利用演变及其对ESV的影响机理研究, 根据1989、2000和2010年3期TM遥感影像提取的土地利用数据和查阅文献获得的其他数据, 使用土地利用净变化量、动态度、ESV、ESV贡献率等指标定量描述了近20余年厦门市土地利用/覆被变化及其影响下的地区ESV变化。并将计算结果与全国及福建沿海地区进行比较, 以期对研究区厦门市的土地利用和ESV变化取得更加深入全面的认识, 为促进该市土地资源和社会经济可持续发展提供理论和方法支持。
1 数据来源与研究方法 1.1 研究区概况、数据来源、数据处理厦门市位于中国沿海, 福建省东南部, 是中国东南沿海典型的港口风景旅游城市, 与台湾岛隔海相望。全市辖思明区、湖里区、集美区、海沧区、同安区、翔安区6个行政区, 总土地面积1617.2 km2。厦门地势由西北向东南倾斜, 西北部为戴云山脉的东南余脉, 地势较高。
厦门市自1980年设立经济特区以来, 城市人口增加迅速, 特别是近20年来经济发展和城市化建设更是突飞猛进, 截至2015年底, 全市总常住人口为386万人[27], 厦门市2009年城市化率为88.4%(第六次全国人口普查), 远高于2010年全国城市化率49.68%。
本研究以厦门市6个区为研究对象, 选择1989—2010年为研究期是由于这一时期是厦门市工业化、城市化发展最迅速, 土地利用变化异常显著的阶段, 研究该时段内的土地利用变化有重要意义。本文将1989—2000年作为第一个研究时期, 2000—2010年为第二期。
本研究利用3期Landsat-TM遥感影像(1989、2000和2010年)解译土地利用/覆被图, 包括建设用地、耕地、水体、草地、林地5种用地类型。参与计算的栅格数据单元为30 m×30 m, 采用人机交互解译方式制图, 平均定性准确率90%以上。土地利用研究主要包含变化监测、驱动力分析、土地利用变化预测的建模等内容。由于本文主要采用描述性统计方式分析土地利用变化的监测, 不作精细的土地利用变化驱动因素分析和过程模拟与预测, 因此该数据精度已经能满足研究需要。
1.2 研究方法 1.2.1 净变化量与动态度土地利用动态度刻画研究区土地利用在一定时间内的变化速度, 综合土地利用动态度用于测算区域整体的土地利用变化速度, 单一土地利用动态度(Land Use Dynamic Degree, LUDD)用于计算某种土地类型的变化速度[28]。指标数值越大, 表示土地利用变化剧烈程度越高, 数值越低, 土地利用变化越缓慢。研究区综合土地利用动态度等于单一土地利用动态度之和。
该指标传统、简明扼要, 广泛应用于各种专业性及非专业性的报告和论文之中, 其计算方式为研究期内某一地类转化为其他地类的面积总和与该地类转移初期面积的比值。本文为了更综合的描述变化幅度和变化速度, 将单一地类在研究期内的变化量抽离出来, 构建净变化量指标(Land Use Net Change, LUNC)和净变化量倍数指标。三个指标的计算公式依次为：
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(1) |
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(2) |
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(3) |
式中, LUNCi为地类i净变化量；LUib为该地类i研究终期的值；LUia为研究初期的值；Mmn为两个不同研究期m和n净变化量的比值；LUDDi为动态度；T为研究时段；本研究中T设定为年, 公式计算结果表示该地类的年平均变化率。综合土地利用动态度等于各地类LUDDi之和。
3个指标中, 净变化量用来比较研究区内不同地类变化幅度的大小；由于不同研究区土地面积存在差异, 净变化量不便于比较不同研究区土地利用变化, 因此净变化量倍数和动态度则消减了不同面积大小和时期的差异, 便于不同研究区土地利用变化之间的比较研究。
1.2.2 生态服务价值为了便于分析生态系统服务价值变化情况和对不同地区生态服务价值进行比较, 本文在传统生态系统服务价值计算方法上增加了生态服务价值贡献(CR, Contribution rate)率和单位面积生态系统价值(UESV, ESV per unit)两个指标, CR描述单项生态系统单项服务价值变化量对生态系统服务总价值的影响。UESV由于消减了不同研究区面积大小的差异, 便于比较研究。四者的计算公式为：
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(4) |
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(5) |
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(6) |
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(7) |
式中, ESV为研究区生态系统服务总价值；Vi为单位面积上土地利用类型i的生态系统服务价值；Ai为研究区土地利用类型的面积。ESVs为研究区生态系统单项服务价值；Vsi为单位面积上土地利用类型i的生态系统单项服务价值。CR是单项生态系统单项服务价值变化量ΔESVs对生态系统服务总价值的比值；UESV是生态服务价值总量和总面积的比值。
2 研究结果与分析 2.1 厦门市土地利用变化分析 2.1.1 结构变化本文研究中, 通过对厦门市1989年、2000年以及2010年的土地利用进行解译, 得到土地利用分类信息, 表 1所示。
| 时间 Time |
耕地 Farmland |
林地 Forest |
草地 Grassland |
水域 Watershed |
建设用地 Built-up land |
|||||||||
| 面积/km2 | 比例/% | 面积/km2 | 比例/% | 面积/km2 | 比例/% | 面积/km2 | 比例/% | 面积/km2 | 比例/% | |||||
| 1989 | 664.8 | 41.1 | 474.3 | 29.3 | 150.9 | 9.3 | 148.9 | 9.2 | 178.3 | 11.0 | ||||
| 2000 | 624.0 | 38.6 | 470.1 | 29.1 | 152.7 | 9.4 | 153.7 | 9.5 | 216.7 | 13.4 | ||||
| 2010 | 473.0 | 29.3 | 474.5 | 29.4 | 130.7 | 8.1 | 121.6 | 7.5 | 413.5 | 25.6 | ||||
| 1989—2000 | -40.8 | -6.1 | -4.2 | -0.9 | 1.8 | 1.2 | 4.8 | 3.2 | 38.4 | 21.5 | ||||
| 2000—2010 | -151.0 | -24.2 | 4.4 | 0.9 | -22.0 | -14.4 | -32.1 | -20.9 | 196.8 | 90.8 | ||||
| 1989—2010 | -191.8 | -28.9 | 0.2 | 0.0 | -20.3 | -13.4 | -27.3 | -18.3 | 235.2 | 131.9 | ||||
1989、2000和2010年厦门市土地利用结构表中(表 1), 耕地、林地是厦门市主要的土地利用类型, 3个时间节点中二者面积合计占厦门市总面积的70.4%, 67.7%, 58.7%。
从全时间段看, 21年间建设用地净变化量最大(235.2 km2), 2010年其比例上升到25.6%, 成为主要用地类型之一。净变化量大小其次为耕地(-191.8 km2)和水域(-27.3 km2)。耕地、水域面积的减少和建设用地的增加量基本相等, 说明这一阶段城市扩张中建设用地的增加很可能来源于减少的耕地和水域(填埋)。林地总量和比例保持稳定, 说明20年间的林地保护很好。
分阶段来看, 2000—2010年间建设用地、耕地、水域的净变化量均数倍于1989—2000年间, 分别为512.5%、370.1%、668.8%(表 1)。考察同时期全国数据[29-30], 全国建设用地2000—2010年间净变化量是1989—2000年的213.64%, 远高于全国其他地类净变化量倍数。这一对比结果显示全国范围在2000—2010年间建设用地普遍处于急剧增加时期, 而研究区厦门市的建设用地增速尤为迅速。
从各个阶段各个地类具体来看, 厦门市1989—2000年耕地净变化量最大(-40.8 km2), 其次为建设用地(38.4 km2)和水域(4.8 km2)。2000—2010年间建设用地净变化量最大(196.8 km2), 其次为耕地(-151.0 km2)和水域(-32.1 km2)。这一结果显示, 厦门市两时间段内均是耕地的大量减少和建设用地的大量增加。
在ArcGIS中对土地利用类型间的动态转化进行分析, 通过对两个年份的土地利用数据进行叠加分析得到土地利用转移信息, 将土地转出量大于10 km2的地类转移信息整理成土地转移矩阵表, 如表 2所示。
| 时间 Time |
转出地类 Land use out |
转入地类Land use into | |||||
| 耕地 Farmland |
林地 Forest |
草地 Grassland |
水域 Watershed |
建设用地 Built-up land |
合计 Total |
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| 1989—2000 | 耕地 | 1.2 (0.2) | 0.5(0.1) | 11.1(1.7) | 31.8(4.8) | 44.5(6.7) | |
| 2000—2010 | 耕地 | 0.6(0.1) | 0.1(0.0) | 5.6(0.9) | 150.5(24.1) | 156.8(25.1) | |
| 林地 | 0.9(0.2) | 2.3(0.5) | 0.8(0.2) | 14.2(3.0) | 18.2(3.9) | ||
| 草地 | 0.3(0.2) | 19.8(13.0) | 0.1(0.1) | 5.6(3.7) | 25.8(17.0) | ||
| 水域 | 0.5(0.3) | 0.3(0.2) | 0.1(0.1) | 47.3(30.8) | 48.2(31.4) | ||
| 建设用地 | 4.2(1.9) | 1.9(0.9) | 1.2(0.6) | 13.6(6.3) | 20.9(9.7) | ||
从表中可见, 土地利用的主要转移是耕地、水域向建设用地的转移。具体特点有：
1989年到2000年减少的耕地44.5 km2中有31.8 km2转化为建设用地, 比例最大。
2000年到2010年这10年间减少的耕地156.8 km2中有150.5 km2转向了建设用地, 比例最大。其次为水域转化为建设用地的占2000年水域总面积的30.8%(47.3 km2), 一个不小的比例。此阶段建设用地面积大幅激增, 由2000年的216.7 km2(13.4%)增加到了2010年的413.5 km2(25.6%), 接近翻倍。说明这一阶段厦门市的土地利用异常活跃, 并且进入新的阶段, 其中尤其是建设用地增量大幅超过历史时期和同时期其他各类用地。由此可知, 厦门市主要的城市化加速过程发生在这10年中, 并且主要是通过填埋水域和占用耕地来完成。
2.1.2 动态度分析土地利用动态度描述变化速度的大小, 表征阶段内人类活动对自然环境影响的强弱。结合研究区厦门市土地利用数据和查阅相关文献数据, 计算得到厦门市和全国同时期土地利用的动态度(全国值为1990—2010), 如表 3所示。对比厦门市和全国数据, 发现如下特点：
| 地类 Land use |
全国—厦门National—Xiamen | |||||||||
| 动态度 Land use dynamic degree |
净变化量倍数 Times of net change amount |
|||||||||
| 阶段Ⅰ PeriodⅠ(1989—2000) |
阶段Ⅱ PeriodⅡ(2000—2010) |
阶段Ⅰ+Ⅱ PeriodⅠ+Ⅱ(1989—2010) |
阶段Ⅱ/阶段Ⅰ PeriodⅠ/PeriodⅡ |
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| 耕地Farmland | 0.20 | 0.61 | 0.07 | 2.42 | 0.06 | 1.44 | 35.46 | 369.87 | ||
| 林地Forest | 0.48 | 0.09 | 0.46 | 0.09 | 0.02 | 0.00 | 92.10 | 104.93 | ||
| 草地Grassland | 0.12 | 0.12 | 0.07 | 1.44 | 0.09 | 0.67 | 54.65 | 1248.46 | ||
| 水域Watershed | 1.62 | 0.32 | 0.16 | 2.09 | 0.12 | 0.92 | 9.76 | 669.20 | ||
| 建设用地Built-up land | 1.02 | 2.15 | 1.98 | 9.08 | 1.60 | 6.59 | 213.64 | 512.16 | ||
| 合计Total | 3.44 | 3.30 | 2.73 | 15.12 | 1.90 | 9.63 | 405.62 | 2904.63 | ||
(1) 从全时期总体情况来看, 研究区厦门市1989—2010年间全市土地利用综合动态度为9.63%, 为同时期全国水平(1.90%)的5倍多(507.10%)。这一结果表明, 厦门市作为全国经济特区, 其社会经济活动导致的土地利用活跃程度和变化速率远超出全国平均水平。
(2) 从各类土地利用分别来看, 建设用地的动态度尤其高出其他地类。如, 全国土地利用动态度最高的地类建设用地(1.60%)和排名第二的水域(0.12%)差别较大；同样, 厦门市动态度最高的地类建设用地(6.59%)和排名第二的耕地(1.44%)之间也存在较大差距, 表明此阶段全国各地的城市化建设活动处于高频时期, 而地处改革开放前沿的经济特区厦门市其城市化活动尤其领先于全国。
(3) 从两个阶段土地利用综合动态度分别来看, 厦门市2000—2010年全市土地利用综合动态度(15.12%)是1989—2010年间(3.30%)近5倍(458.94%)；而全国前后两个阶段的土地利用综合动态度略有下降。
(4) 而从两个阶段各地类动态度来看, 则厦门市和全国都表现出如下共同特征：
其一, 建设用地的动态度在阶段Ⅱ高于阶段Ⅰ。如, 全国2000—2010年间建设用地动态度(1.98%)是1989—2010年间(1.02%)的近两倍(193.86%), 厦门市2000—2010年间建设用地动态度(9.08%)是1989—2010年间(2.15%)的4倍多(421.38%)。
其二, 建设用地在两个阶段的动态度排名均靠前。两个阶段中, 只有全国建设用地的动态度(1.02%)在1989—2010年间低于水域(1.62%), 在阶段Ⅱ中建设用地动态度最高(1.98%), 且是排名第二的林地(0.46%)的4倍多(427.96%)。而厦门市建设用地动态度在两个阶段均最高, 且远高于其他地类, 如2000—2010年间厦门市动态度最高的地类建设用地(9.08%)和排名第二的耕地(2.42%)的近4倍(375.18%)。
分阶段分地类动态度的差异分析结果显示, 在2000—2010年间, 全国各地的城市建设活动处于增速状态, 远超过历史时期并进入加剧活动的新阶段。而厦门市在阶段Ⅱ的建设用地增速更是远超过阶段Ⅰ, 表明厦门市的城市化建设处于急剧加速时期。参考第六次全国人口普查数据, 厦门市2009年城市化率为88.4%, 远高于2010年全国城市化率49.68%, 是对厦门市该时期城市化快速发展的证明之一。
为进一步确认研究区厦门市土地利用变化程度, 本文查阅相关文献[31-33], 获取相似沿海地区的土地利用变化数据进行比较。所选沿海地区包括江苏3个地市(连云港、盐城及南通)、浙江7个地市(舟山、嘉兴、杭州、绍兴、宁波、台州和温州)和福建临海的23个县(市、区)。计算过程中主要关注建设用地、水域和耕地的变化, 林地、草地和未用地归为其他。计算所得各地区LUDD如表 4所示。
| 沿海地区* Coastal area |
耕地 Farmland |
建设用地 Built-up land |
水域 Watershed |
其他 Other |
| 江苏 | 0.01 | 0.72 | 0.29 | 0.89 |
| 浙江 | 0.90 | 6.76 | 0.77 | 0.01 |
| 福建 | 1.94 | 2.52 | 0.37 | 0.59 |
| 厦门 | 1.44 | 6.59 | 0.92 | 0.16 |
| *各地区动态度时间段：江苏为1990年到2009年, 浙江为1990年到2010年动态度, 福建为2005年到2010年 | ||||
从表 4可见, 各个沿海地区中, 建设用地的动态度仍然高于其他各个单一地类(江苏其他类别的0.89%动态度包含林地、草地、盐田等多种地类)。表明1989—2010年中整个沿海地区都处于城市化快速发展的过程中。进一步比较建设用地动态度, 其大小排序为浙江沿海＞厦门＞福建沿海＞江苏沿海, 其中厦门和浙江沿海地区动态度非常接近, 可以看出, 厦门的城市土地利用变化动态度普遍高于东部沿海其他的城市和地区。说明研究时段内厦门的城市化发展速度不仅高于全国平均水平, 也领先于东部经济发达的沿海各地。
2.1.3 空间特征与生态保护上述分析可知, 厦门市的城市化过程主要发生在2000年到2010年阶段。对该阶段土地利用的转移在GIS中进行表达, 如图 1所示。由图可见, 厦门市土地利用变化中水域的减少在空间分布上主要表现为对滩涂的填埋, 发生在厦门岛西北的机场周围和港区、东北的五缘湾一带、海沧的港区和同安工业区。可见, 水域减少的主要原因仍然是城市化和工业化的影响所致；水域转化为其他用地的量都非常小(小于1 km2)。
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| 图 1 2000—2010年间厦门市土地利用变化 Fig. 1 Land-use changefrom 2000 to 2010 in Xiamen city |
耕地转建设用地主要发生在厦门岛内和周边海沧、集美、同安、翔安四区的滨海平坦地带。造成这种转变的原因在于：一方面, 受到岛内城市化以及各区区中心城市化的辐射影响；另一方面, 与地理坡度可能有很大关系。此外, 政策导向特别是对台投资开发区的布局以及港口、保税区、高新区的建设也是重要原因。
林地总量和比例保持稳定的原因, 一方面是20年间的林地保护很好, 另外的原因则可能是林地主要分布于厦门和泉州、漳州接壤的较高海拔山区, 坡度较大。并且这些山区远离建成区或各区中心, 因而较少受到城市化的直接冲击。岛内和海沧的林地主要分布于观音山、东坪山、大坪山等成片山体中。
上述分析结果的启示在于, 对研究区厦门市, 在制定城市未来发展规划时应统筹考虑该市土地利用空间分布特征, 进而优化土地利用结构, 在空间上进行合理有序的时序开发。更具体的, 对于海岸线和本岛区域, 可以继续对现有建成区进行合理扩张, 但应当对林地、水域划出生态红线, 严格控制开发。而对于北部大面积的林地区域, 由于其承载重要的生态系统功能, 因此应当尽量控制建成区向该地区的延伸, 甚至以通过划出生态红线建立生态保护区的方式保障生态用地比重, 保护生态系统的完整性和系统功能, 建立生态环境友好型的土地利用合理空间格局。
后续将深入进行的工作：土地利用转移的空间特征及其驱动因素、驱动机制；已经采用的指标、模型能够测度土地利用变化的总体综合活跃程度和单一地类的转化方向, 但是无法测算和比较区域差异性, 即不能识别土地利用变化的空间“热点”或“敏感”区域。这部分工作有待采用空间聚类等分析方法深入探讨。
2.2 厦门市生态服务价值变化分析 2.2.1 ESV变化与生态保护有学者曾对中国具有生态学背景的专业人员进行问卷调查, 得出新的生态系统服务评估单价体系[20-21]。目前, 该评估体系已被广泛应用于生态系统服务价值核算研究, 并取得了较好的研究成果, 虽然后续也有不少学者进行ESV方法的改进与应用研究, 其实质仍以2003年提出的基于单位面积价值当量表为基础进行[20]。
采用不同的ESV参数得到不同的计算结果, 据研究, ESV计算结果对ESV参数敏感性较小[34-35]。此外, 利用已有研究[20-21]订正生态系统服务当量可将该方法推广到不同的研究区, 并使结果更符合实际。但在本研究中, 考虑到便于在不同沿海地区之间进行横向比较及数据可获得性, 本研究统一采用谢高地2007ESV系数表进行计算[21]。计算所得厦门市生态系统单项服务价值变化情况如表 5所示。
| 时间Time | 耕地Farmland | 草地Grassland | 林地Forest | 水域Watershed | 合计Total |
| 1989 | 0.24 | 0.08 | 0.60 | 0.30 | 1.22 |
| 2000 | 0.22 | 0.08 | 0.59 | 0.31 | 1.21 |
| 2010 | 0.17 | 0.07 | 0.60 | 0.25 | 1.08 |
生态系统的异质性、复杂性造成ESV测量的困难。由于ESV对当量参数敏感性小的特点, 有利于探讨自然资产变化时其服务价值的边际变化。因此, 本文以此对研究期ESV的变化做差值计算并进而讨论ESV的时序演变情况。
从表 5中可以看出, 林地是研究区ESV的最主要构成部分(49.14%—55.32%), 其次为水域和耕地。研究期1989—2010年间, 除林地维持稳定外, 其他三类用地ESV均呈负增长。由公式可知, ESV变化的本质是地类面积的变化, 因此讨论单一地类ESV的变化幅度和比例本质是讨论地类面积的变化幅度和比例, 与土地利用的分析部分重复, 因此本文此处只讨论研究区整体ESV总量的变化量及其幅度。由表中可知, 研究区21年间ESV总量一直处于下降趋势, 反映了该地区生态系统为人类提供服务能力的下降。其中2000—2010年ESV总减少量(1.2亿元)是1989—2000年总减少量(1000万元)的1382.57%, 十余倍。说明2000—2010年是研究区ESV总量急速下降阶段。其中, 该阶段对总量的减少贡献最大的是耕地(7000万元), 其次是水域(5000万元)。结合前述土地利用变化分析可知, 主要是该时期快速城市化促使大量耕地和水域转化为建设用地, 从而导致整体ESV的急速下降。
从表 6中可以看出, 研究区各类ESV中, 水文调节占比最大(19.84%—20.52%), 其次为废物处理和维持生物多样性, 食物生产占比最小(3.11%—3.56%)。这种排序结果与魏慧等对山东德州的研究结果一致[36], 参考谢高地等的ESV系数表可知, 食物生产的ESV系数在各个地类中都较低, 林地、草地中均倒数第二, 水域中倒数第四[21]。因此, 虽然研究区耕地面积所占比例很高, 且食物生产ESV主要体现在耕地上, 但仍不能改变其排名最低的结果。
| 一级服务功能 1st level services |
二级服务功能 2nd level services |
价值 Value billion/(10亿元) |
价值变化贡献率 Contribution rate of value change/% |
|||||
| 1989 | 2000 | 2010 | 1989—2000 | 2000—2010 | 1989—2010 | |||
| 供给服务 | 食物生产 | 0.04 | 0.04 | 0.03 | 19.32% | 6.33% | 7.20 | |
| Supply services | 原材料生产 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 12.92% | 2.34% | 3.05 | |
| 调节服务 | 气体调节 | 0.13 | 0.13 | 0.12 | 21.00% | 5.00% | 6.08 | |
| Regulating services | 气候调节 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 21.80% | 8.24% | 9.15 | |
| 水文调节 | 0.25 | 0.25 | 0.21 | -22.00% | 26.39% | 23.13 | ||
| 废物处理 | 0.19 | 0.19 | 0.15 | -4.81% | 25.45% | 23.40 | ||
| 支持服务 | 保持土壤 | 0.15 | 0.14 | 0.13 | 35.17% | 9.59% | 11.32 | |
| Support services | 维持生物多样性 | 0.16 | 0.16 | 0.15 | 20.19% | 10.26% | 10.93 | |
| 文化服务Cultural services | 提供美学景观 | 0.08 | 0.09 | 0.08 | -3.60% | 6.41% | 5.73 | |
水域的各类ESV成分系数中, 最大的三者分别是水文调节(8429.61)、废物处理(6669.14)和维持生物多样性(1540.41)。厦门市ESV的这种构成, 一方面归因于ESV系数, 另一方面也反映出研究区地处沿海, 拥有大面积水域地类的特点。
研究区各类ESV成分的变化方面, 在1989—2010年间整体上均处于下降趋势。下降幅度最大的仍然是水文调节(4000万元)和废物处理(4000万元), 主要原因是水域地类在城市化过程中大面积转化为建设用地。与土地利用类型中耕地减少面积最大的情况相反, 食物和原材料生产的ESV变化幅度最小(1000万元, 400万元), 原因在于ESV系数表中森林的原材料生产系数最大(1338.32), 其次才是耕地(175.15)。由于厦门市21年间林地面积基本维持稳定(470.1—474.5 km2), 因此极大的缓解了因为耕地面积下降对食物和原材料生产ESV的影响。考虑到林地是研究区ESV的最主要构成部分(占比49.14%—55.32%), 因此厦门市林地的良好保护对地区维持ESV稳定发挥了积极的作用。
从各成分对ESV总量减小的贡献看, 1989—2000阶段中保持土壤ESV变化的贡献最大(35.17%), 主要是这一阶段耕地减少面积最大。2000—2010阶段中水文调节ESV变化的贡献最大(26.39%), 原因主要是这一阶段水域面积减少很多, 而水域的水文调节ESV系数最大(8429.61), 其次为废物处理(25.45%), 其原因有两方面, 一为该阶段耕地减少面积最大, 二为水域的废物处理ESV系数很大(6669.14)。
上述分析结果表明, 对于研究区厦门市, 由于水域和耕地的大面积减少, 逐步被低生态系统服务价值区域(建设用地)所替代。导致水源涵养、废物处理等生态系统服务功能趋于弱化, 最终致使生态系统服务价值趋于下降趋势。此外, 由于林地是研究区ESV的最主要构成部分, 因此在未来的城市建设中, 厦门市应当加强对水域、林地、耕地等生态用地的保护, 及时划出生态红线给予保护, 注重城市的合理开发和有序建设, 避免过度开发导致区域生态失衡和危机。
2.2.2 ESV时空探讨ESV空间分析方面, 本文将厦门市与外部其他沿海地区进行横向比较以便进一步确定厦门ESV发展状态。查阅相关文献并使用本文中同样方法计算、比较发现[31-33], 2010年厦门市单位面积ESV(6697.22)低于福建省沿海23个县(市、区)ESV均值(8051.45)和浙江沿海地区ESV均值(8168.67), 仅高于江苏沿海地区ESV均值(4750.69)。亦即, 2010年厦门市的ESV在中国东部沿海地区中处于较低水平。反观厦门市2000—2010年远高于全国水平的土地利用动态度, 表明2000—2010年期间厦门市土地利用变化速度急剧加速, 区域人类社会经济活动对自然环境系统的影响明显加强。该地区协调城市的快速化发展和生态环境的可持续发展是当前应该注意的问题。
由于本文主要致力于确认研究区厦门市的城市发展状态(土地利用变化)以及由此导致的生态服务变化, 因此本文主要进行的是研究区与外部其他沿海地区之间的横向比较分析。在研究区内部空间分析上, 本文没有计算其ESV空间差异及其与土地利用空间部分的关系。以研究区各县区为统计单元, 对土地利用面积变化量与ESV变化量进行相关性分析是进一步的工作。
此外, 为便于比较分析, 本文在不同时空计算上采用的是统一参数。对于单一区域研究, 修正空间和时间序列上ESV参数的差异, 也有利于使计算结果更贴近实际值, 提高ESV评价的准确性和可比性。
3 结论1989—2010年全时间段土地利用变化方面, 作为经济特区的厦门市土地利用综合动态度为同时期全国水平的5倍多。同时厦门市和全国建设用地动态度均高于其他地类。其中, 厦门市和全国2000—2010年间建设用地净变化量和动态度均数倍于1989—2000年间, 远高于其他地类净变化量倍数。全国各地的城市建设活动处于增速状态, 而厦门市建设用地增速尤为迅速, 远超过历史时期并进入加剧活动的新阶段。
生态系统服务价值方面, 林地是研究区厦门市ESV的最主要构成部分, 其次为水域和耕地。研究期1989—2010年间, 除林地维持稳定外, 其他三类用地ESV均呈负增长。说明快速的经济发展, 致使城市扩张加剧进而导致生态系统服务价值下降。其中2000—2010年ESV总减少量是1989—2000年总减少量的十余倍。其中水域地类大面积转化为建设用地从而导致水文调节和废物处理大幅度下降, 是ESV总体下降的主要原因。
通过比较发现, 2010年厦门市单位面积ESV在沿海地区中处于较低水平。反观厦门市2000—2010年远高于全国水平的土地利用动态度和急剧增加的建设用地, 表明研究期间厦门市剧烈的土地利用变化对自然环境系统的影响明显加强。该地区协调城市快速化发展和生态环境的保护与可持续发展是当前应该高度重视的问题。在未来的土地利用总体规划中, 应当注意土地空间格局的调控, 划出生态红线, 维持甚至增加生态用地。
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