泉州灣土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變分析

張 臻, 王曉文, 吳曉黎, 林書亭, 萬媛媛

(福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350107)

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泉州灣土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變分析

張 臻, 王曉文, 吳曉黎, 林書亭, 萬媛媛

(福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350107)

采用矩陣分析以及生態(tài)服務(wù)價值計算公式,基于1995、2006、2015年3個時期的Landsat-5/8 TM遙感提取該區(qū)的各土地利用變化指標,結(jié)合Arcgis軟件與ENVI軟件采用人工目視判讀和監(jiān)督分類法對其進行分析。研究表明,1995年與2015年2個時期城市擴展速度明顯,且生態(tài)服務(wù)價值的損失率達到899 982 316元,其2006—2015年的后一時期損失量與前一時期相比,損失比重增大,其中以農(nóng)業(yè)生態(tài)用地向城鎮(zhèn)用地轉(zhuǎn)換所損失的比重最大,地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值損失有加速趨勢。通過研究以期為泉州灣城鄉(xiāng)土地利用規(guī)劃與管理以及可持續(xù)發(fā)展提供參考。

生態(tài)系統(tǒng); 土地利用; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值; 泉州灣

0 引 言

國內(nèi)外研究學(xué)者對于生態(tài)服務(wù)價值的研究做了很多詳細的論述,目前對它的研究逐漸成為生態(tài)學(xué)以及國際生態(tài)領(lǐng)域的焦點[1]。土地利用是在人類為主導(dǎo)的前提下,人與自然的相互關(guān)系所造成的結(jié)果,土地利用的變化也直接影響著生態(tài)服務(wù)功能的變化[2-5]。因此在這個大背景下研究泉州灣地區(qū)的土地利用變化,為該區(qū)今后城市規(guī)劃和實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考具有實際意義。

文章主要基于目前常用的GIS軟件,結(jié)合遙感制圖ENVI軟件,計算泉州灣地區(qū)在整個研究區(qū)的土地利用矩陣變化量。應(yīng)用目前國內(nèi)學(xué)者常用的生態(tài)服務(wù)價值計算公式,探討泉州灣1995—2015年的生態(tài)服務(wù)價值量的變化,了解該區(qū)在長期發(fā)展過程中土地利用的變化與生態(tài)服務(wù)價值的關(guān)系[6-7],旨在為泉州灣未來的城市規(guī)劃和土地的科學(xué)利用,土地資源與社會資源的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

泉州灣(24°37N′—24°53′N,118°37′E—119°00′E),是海上絲綢之路的起點,泉州灣是晉江、洛陽江匯合入海的半封閉海灣。泉州灣東鄰臺灣海峽,西部靠近南安市,北抵莆田市,南達廈門市,具有重要的交通優(yōu)勢和華僑地區(qū)人文優(yōu)勢,是福建省重要的經(jīng)濟地帶。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

文章所有影像全部下載自美國地質(zhì)勘探局(www.usgs.gov/)國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺,成像時間分別為1995年1月、2006年11月和2015年9月,影像空間分辨率為30 m,影像質(zhì)量較好,選用無云或者少云的影像進行分析。利用中國行政區(qū)圖矢量文件對遙感影像裁剪出所需區(qū)域;裁剪前對影像進行必要的大氣校正與幾何校正,并把幾何校正誤差控制在1個像元之內(nèi);裁剪后通過最大似然分析將遙感影像分為4～5類(有云或者無云類);從遙感影像分類結(jié)果中計算各類用地面積和比例。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價方法

借助Costanza等人已有的研究理論[8-13],泉州灣地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生態(tài)服務(wù)系數(shù)公式為

其中:Ea單位農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)所能提供的食物生產(chǎn)服務(wù)的經(jīng)濟價值(元/hm2);i為泉州市主要的糧食作物稻米、豆類、花生、食用菌、水果、蔬菜;Pi為i種糧食作物的單產(chǎn)(t/hm2);mi為i種糧食作物的播種面積(hm2);M為糧食作物總的播種面積(hm2)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,其公式如下:

其中:ESVi為i年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值;Pi為i類型土地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù);Aj為土地利用類型j的面積。

3 結(jié)論及分析

3.1 影像分析

通過ENVI軟件對(1995年、2006年和2015年)TM影像進行分析。其中,對處理后的影像利用監(jiān)督分類和目視解譯,將泉州灣土地利用類型分為5類,分別為:城鎮(zhèn)用地類型、水體類型、綠地林地類型、農(nóng)業(yè)用地類型以及局部地區(qū)的云層類,并對影像的分類結(jié)果進行必要的后處理。結(jié)果如圖1所示。

綜合表1、表2和圖2分析可以發(fā)現(xiàn),在研究期間,水體的面積波動范圍最小,保持在204 km2左右;林地面積前期保持穩(wěn)定,后期林地面積增加了233.8km2,城鎮(zhèn)面積處于不斷增加的趨勢,前后2個時期分別增加349.2 km2和417.04 km2,城市處于不斷的擴展之中;農(nóng)業(yè)用地處在不斷遞減的變化過程,總體面積減少了955.57 km2,前期和后期分別減少了368.17 km2和587.4 km2。分析可以發(fā)現(xiàn)泉州灣城鎮(zhèn)用地的變化較為明顯,呈現(xiàn)用地面積不斷增加的趨勢,其中減少比較明顯的是耕地面積,變化的原因主要是轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地。

3.2 生態(tài)服務(wù)價值分析

基于前人總結(jié)應(yīng)用的理論方法[14-16],結(jié)合泉州灣地區(qū)的具體實際情況以及便于研究的需要,此次的糧食平均收購價格統(tǒng)一為2015年的泉州市平均價格1.9元/kg計算,該區(qū)域一個生態(tài)服務(wù)當(dāng)量的的經(jīng)濟價值量為937元(見表3)。

(a) 1995年; (b) 2006年; (c) 2015年

名稱水體林地城鎮(zhèn)用地農(nóng)業(yè)用地2006年總計水體179.520.0337.5317.84234.92林地2.15255.6710.1861.16329.16城鎮(zhèn)用地8.074.71269.24488.53770.55農(nóng)業(yè)用地6.888.16104.41024.321223.681995年總計196.54348.57421.351591.852558.31

表2 泉州灣地區(qū)2006—2015年土地利用變化面積(km2)

圖2 土地利用類型變化情況

圖3 各用地類型變化趨勢

生態(tài)系統(tǒng)類型森林草地農(nóng)田濕地水體荒漠價值系數(shù)(元·hm-2·a-1)20473.456783.886474.6758759.2743073.89393.54

通過對泉州灣地區(qū)土地類型的變化計算生態(tài)服務(wù)價值,其中農(nóng)業(yè)用地對應(yīng)農(nóng)田,城鎮(zhèn)用地與空地對應(yīng)荒漠,林地對應(yīng)森林,水體對應(yīng)水體的土地分類系統(tǒng)一一對照,便于進行分析(見表4)。

表4 不同時期泉州灣ESV生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(元)

在研究期間,泉州灣的ESV生態(tài)服務(wù)價值從1995年的2 607 469 400元下降至2006年的2 508 412 500元和2015年的2 409 819 800元,分別減少99 056 900元和98 592 700元。前期每年以9 005 173元/a的速度遞減,后期每年以10 954 744元/a的速度遞減,后期的損失速率大于前期。從不同時期泉州灣ESV生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表中可見,只有城鎮(zhèn)用地與林地的生態(tài)服務(wù)價值呈現(xiàn)增加趨勢,分別是29 918 091元和118 868 148元,其余的土地利用導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)價值均是呈現(xiàn)損失的狀態(tài),其中農(nóng)業(yè)用地和水體的服務(wù)價值分別為-3 517 380 228元和-66 807 603元。其次,水體前期以165 317 590元/a遞增,后期以-232 125 193元/a遞減;林地以-39 738 966.4元/a和158 607 114元/a的變化與水體相反趨勢;城鎮(zhèn)用地前后2個時期分別以13 742 416.8元/a和16 175 674.6元/a遞增;農(nóng)業(yè)用地以-238 377 925元/a和-3 279 002 303元/a遞減。由此可以看出在2個階段,雖然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有升有降,但反映出了泉州灣地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化總體趨于損失的過程,第一時期年損失99 056 885.2元,第二時期年損失3 336 344 707元。

在過去的20年里,泉州灣的城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積由1995的421.35 km2增加到20015年的1 181.58 km2增加了760.23 km2,結(jié)合矩陣分析出泉州灣的生態(tài)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移的情況,計算各個土地利用類型轉(zhuǎn)變所造成的生態(tài)服務(wù)價值的損失情況如下(見表5)。

表5 泉州灣生態(tài)服務(wù)價值損失變化(元)

由上表分析可知泉州灣的生態(tài)服務(wù)價值共損失9 093 454元,其中前一階段農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地的生態(tài)服務(wù)損失量比重最大,達到了87.1%左右,其次為水體轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)的損失,大約占總損失的10.1%,最少的為林地轉(zhuǎn)變的城鎮(zhèn)用地的損失;第二階段中,損失率發(fā)生較大變化,其中農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)用地所造成的生態(tài)服務(wù)損失比重為47.7%,比前期比重減小了將近40%左右,其次為水體轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)的42%,比重比前期提升了30%左右,林地轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)用地的生態(tài)服務(wù)價值損失占該時期總的比重為10.2%,比前期提高了7.3%左右。

4 結(jié)論與展望

泉州作為福建省重要的沿海城市,其經(jīng)濟的增長對福建省的貢獻十分明顯,而泉州灣地區(qū)作為泉州市的核心發(fā)展地區(qū),其地位尤為重要。通過文章的分析,可以得出如下結(jié)論:

1) 通過1995—2015年這20年間遙感影像的分析,泉州灣地區(qū)土地利用類型發(fā)生了明顯的變化,農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地出現(xiàn)相反的變化趨勢,農(nóng)業(yè)用地面積急劇減小,城鎮(zhèn)用地面積快速增加,其中農(nóng)業(yè)生態(tài)用地同比減少了926.21 km2,年均變化率為-46.31 km2/a,城鎮(zhèn)用地面積擴展了760.23 km2,年均變化率為30.01 km2/a,其他生態(tài)用地中的水體和林地變化相比變化較小,二者面積同比變化分別為-15.51 km2和214.39 km2,年變化率為-0.78 km2/a和10.72 km2/a。

2) 在生態(tài)服務(wù)價值方面,由于泉州灣地區(qū)整體土地利用類型的變化導(dǎo)致其相應(yīng)的生態(tài)服務(wù)價值發(fā)生很大的變化,其中農(nóng)業(yè)生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)用地的生態(tài)服務(wù)價值損失了568 305 900元,水體生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)用地所造成的生態(tài)服務(wù)價值損失為273 410 340元,林地生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)用地所損失的價值為58 266 076元,且2006年后一時期的損失量比前期多了236 744 284元,可見生態(tài)服務(wù)價值的損失呈現(xiàn)加劇的趨勢,因此對本區(qū)進行科學(xué)合理的開發(fā)利用能力急需提高和增強。

本文更多從土地利用類型變化的角度來分析泉州灣地區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值的變化,對于今后的工作可以更多的考慮空間結(jié)構(gòu)的角度以及從城鄉(xiāng)變化的梯度角度分析;盡可能的反映該地區(qū)的生態(tài)服務(wù)的變化,雖然生態(tài)類型的用地不僅僅是用人類經(jīng)濟價值的角度分析,其更多的生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)以及與環(huán)境的關(guān)系是用經(jīng)濟價值所不能體現(xiàn),今后可以加大對該方面的研究投入,力求更科學(xué)合理全面的分析該區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值的變化,以期待能夠為地區(qū)決策和科學(xué)發(fā)展提供一定的理論基礎(chǔ),促進本區(qū)社會與生態(tài)的和諧發(fā)展。

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Analysis of ecosystem evolution and service value of land usage in Quanzhou Bay

ZHANG Zhen, WANG Xiaowen, WU Xiaoli, LIN Shuting, WAN Yuanyuan

(School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350107, China)

The article discusses the idea for planning and development based on the value of ecosystem services and matrix analysis in Quanzhou Bay urban and rural land. The analysis was based on the various land-use change in the area indicators collected by Landsat-5/8 TM during remote sensing in 1995,2006, and 2015 respectively. The artificial visual interpretation and supervised classification with the assistance of Arcgis software and ENVI software were used in the analysis. The results of research show two significant urban expansions in 1995 and 2015, with an ecosystem services value loss of ￥899 982 316 Chinese Yuan. It is clear that there is an increasing loss in second half period from 2006 to 2015, specifically the loss of converting agro-ecological land to urban land accounted for the largest portion of the loss. It also shows an increasing tendency of ecological service loss, which provides data for Quanzhou Bay urban and rural land usage planning and management, and sustainable development.

ecosystem; land use; the value of ecosystem services; Quanzhou Bay

1673-5862(2017)02-0175-05

2017-01-12。

國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金項目(J1210067)。

張 臻(1993-),女,福建泉州人,福建師范大學(xué)碩士研究生; 通信作者: 王曉文(1966-),女,遼寧營口人,福建師范大學(xué)副教授。

F301.24; X321

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.02.010