澳門土地利用變化對陸域生態系統服務價值的影響*

許 超 孟 楠 陽 燁 逯 非 劉曉明

1 北京林業大學園林學院 北京 100083

2 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室 北京 100085

3 中國城市建設研究院有限公司 北京 100120

城市的發展離不開土地，土地是陸地生態系統的主要部分，其利用方式和結構的變化都會對它提供的生態系統服務產生重要影響[1-2]。生態系統服務作為生態系統與生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件及效用，具有重要的經濟價值[3]。1997 年 Costanza 等[4]初步提出了生態系統服務價值 (ecosystem service value，ESV)評估的理論和方法，為使用土地利用/覆蓋類型量化ESV、研究二者關系提供了基礎，謝高地等[5-6]也構建了符合我國國情的ESV 指標體系。國內外眾多學者逐漸以此開展探索土地利用變化對ESV 影響的研究[7-11]。

澳門回歸祖國20 年來，社會經濟得到快速發展，但隨著建設用地的急劇擴張，澳門的城市生態系統不斷遭受負面影響[12]； 城市綠地比例縮減，生態環境品質下降[13]； 持續進行的填海造地工程導致天然濕地等原有生態資源減少，生態空間受到侵占[14]。在土地存量和增量發展并存的背景下，重新審視澳門的生態系統價值變化就顯得尤為重要，但是相關的研究極少，只有李金平等[15]評估了1983—2003 年的ESV 變化。

因此，本研究基于2001 和2017 年兩期土地利用數據，從城市和分區兩種尺度評估和分析城市發展、土地擴張對生態系統服務價值的影響，解讀其發展規律，并提出有針對性的城市可持續發展思路。

1 研究區概況及研究方法

澳門特別行政區 (113°31′33″—113°35′43″E，22°06′39″—22°13′06″N)位于我國南部沿海珠三角地區，北接廣東省珠海市，西鄰橫琴島，是世界上人口密度最高的地區之一。澳門土地資源稀缺，隨著城市發展不斷地進行填海造地，已經由最初的三島變成半島和離島兩島格局，城市生態系統的特征和格局也發生了較大變化。本研究區域是基于澳門2017 統計年鑒里的統計分區，將兩島分為24 個分區進行比較分析 (研究區域不包括新城A 區和澳門大學珠海校區； 因路環區南北生態系統特征差異較大，故將其拆分為路氹填海區和圣方濟各堂區兩區進行比較)(圖1)。

1.1 數據來源

由于2001 年的遙感影像數據獲取有限且受云層影響嚴重，研究使用的2001 年土地利用分類圖是基于2001 年IKONOS 數據并結合部分2003 年QuickBird 數據 (主要為半島北部區域)解譯得出。2017 年土地利用分類圖是基于該年GF2 遙感影像數據解譯得出。結合澳門現狀情況和研究目的，并參考 《GB/T21010—2017》 土地用地分類方法，將土地利用體系分類合并為草地、建設用地、林地、濕地、水體 (陸域)及未利用地 6 類土地利用類型 (林地包括自然林地和人工林地，草地含草坪)。

圖1 2001 年和2017 年土地利用分類圖

1.2 生態系統服務價值核算

本研究在Costanza 等[4]提出的ESV 評估方法基礎上，結合謝高地等[5-6]提出的我國不同陸地生態系統價值系數，使用符合澳門實際情況的指標進行ESV 核算。因此，澳門城市生態系統服務總價值和每項服務功能的價值通過以下公式進行計算:

式 (1)中:ESV為研究區生態系統服務功能的總價值 (元)；VCk為單位面積k 類土地利用類型生態系統服務功能的價值 (元/hm2·a)。式(2)中:ESVf為f項生態系統服務功能的總價值(元)；VCfk為k類土地利用類型f項生態系統服務功能的價值系數 (元/hm2·a)。

1.3 敏感性分析

研究引入生態環境敏感度 (CS)指標[16]反映ESV 對VC 的依賴性，通過公式 (3)的計算方法，在每種土地利用類型的VC 上下調整50%后計算 ESV 相應變化。當 CS＞1，ESV 對 VC 具備彈性，VC 的變動會導致ESV 的較大變動； CS≤1，說明ESV 對 VC 缺乏彈性，VC 的變動引起 ESV的變動較小，研究結果可信。

式 (3)中:ESV為生態系統服務價值(元)；VC為價值系數 (元/hm2·a)；i和j分別為初始值和調整值 (系數分別調整到上限的50%和下限的50%)；k為土地利用類型。

2 結果與分析

2.1 土地利用變化

由表1 可以看出，研究區域內土地的總面積增加了490.45 hm2，這主要是由2001—2017 年兩期間不斷進行的填海造地所致。建設用地、林地一直是區域內主要的土地利用類型[12]，并且是面積變化最大的兩類，分別增加了434.73 hm2和162.90 hm2，增長了 44.10%和 18.12%。未利用地和水體未發生明顯變化，但從圖1 可知，未利用地在空間分布上有了較大改變。草地和濕地的面積明顯減少，分別減少了20.87%和51.82%。建設用地和林地的增加主要是因為城市發展的需要，草地、濕地的減少則說明在發展過程中影響到了原有的生態空間。

表1 2001—2017 年不同土地利用類型變化

2.2 生態系統服務價值變化

從表2 可以看出，研究區域內的 ESV 從2001—2017 年并沒有發生明顯變化，只增加了1.44%，但是由于區域內的土地面積有較大增加，因此得出2017 年的單位面積ESV 比2001 年還減少了 1 460 元 /hm2。

2.2.1 各項服務功能價值變化

從各項服務功能價值的統計來看，各項占比相對均衡且排名也未出現較大波動。水源供給、土壤形成與保護和廢物處理是主要價值貢獻項，合計貢獻了一半的價值，其中水源供給貢獻最大。7 項功能中有3 項出現了小幅度減少，其中廢物處理功能減少較多，這與濕地、水體的減少有直接關系。4 項增加的功能中氣體調節增幅最大，這與林地的增加有較大關系。

表2 2001—2017 年不同生態系統服務類型價值及變化

2.2.2 土地利用價值變化

由表3 可以看出，林地和未利用地的ESV 是增加的，其余類型都有一定程度的減少。林地是研究區域內服務功能的主要提供類型，隨著林地面積的增加，其 ESV 占比由 59.66%增加到了69.49%。未利用地的規模沒有較大的變化，因此其ESV 波動較小。在ESV 出現減少的土地類型中，濕地減少的最多，主要是因為有很多濕地被占用并開發成了建設用地，而濕地又是提供服務功能的重要載體，導致濕地的 ESV 減少了51.82%。草地的 ESV 減少了 21.04%，水體的減少不明顯。

表3 2001—2017 年各土地利用類型生態系統服務價值及變化

2.3 敏感性分析

由表4 可以看出，各類土地利用類型的CS 值都小于 1，說明 ESV 對 VC 缺乏彈性，VC 的變化對ESV 的評估影響較小，研究結果是可靠的。草地、未利用地的CS 值都在0.1 以下，說明調整這兩種類型的VC 對總ESV 影響很小。林地的CS 值最大，在 0.5 以上，說明其 VC 對整體 ESV 的評估起關鍵作用。

表4 2001—2017 年生態系統服務價值敏感度

2.4 各分區變化分析

從圖2 可以看出，24 個分區中有14 個分區的面積因填海造地都有一定的增加，其余10 個分區面積不變，各分區在ESV、土地利用類型的變化上各有特征。

在14 個面積增加的分區中路氹填海區、海洋及小潭山區、北安及大潭山區、外港及南灣湖新填海區、新口岸區和青洲區6 個分區增幅較大，但并不是所有區的面積增加都帶來了ESV 的增加，其中路氹填海區和青洲區反而有所下降，從土地利用變化上看是因為增加的用地主要為建設用地，同時又有一些林地、濕地、草地的減少。剩下8 個面積增幅不大的分區中，氹仔舊城及馬場區和大學及北安灣區的ESV 有所減少，主要由濕地和草地的減少導致； 其余的6 個分區ESV 是增加的，其中下環區、臺山區和黑沙環及祐漢區的增幅較大，主要是因為建設用地、未利用地的減少和林地、草地的增加； 沙梨頭及大三巴區和黑沙環新填海區的增幅不大，因為林地、草地都同時有增減。

圖2 2001—2017 年各分區面積、ESV 變化率和不同土地利用類型變化量占比

在10 個面積不變的分區中除了氹仔中心區和中區，其他8 個區的ESV 都是增加的，主要是因為有建設用地、未利用地轉化為了林地。氹仔中心區和中區則是因為建設用地的拓展侵占林地、草地進而導致ESV 的降低。

總體來看，海洋及小潭山區等15 個分區在單位面積ESV 和總量上都有一定的增加，但土地無擴張或不顯著，主要是由林地、草地、濕地比例增加引起。北安及大潭山區和外港及南灣湖新填海區2 個分區的單位面積ESV 雖然減少，但因土地擴張、生態系統類型轉變使 ESV 總量有所增加。路氹填海區等7 個分區的ESV 在總量和單位面積上都有減少，主要是由于建設用地比例的顯著增加所致。

3 結論與討論

本研究利用澳門2001 年和2017 年的遙感數據評估量化兩期的ESV，并結合土地利用的變化從城市尺度和分區尺度分析各自ESV 的變化。研究表明，2017 年較2001 年研究區域內的土地因填海造地增加了490.45 hm2，建設用地和林地是兩期的優勢土地類型，也是增幅最明顯的兩種類型，草地和濕地則出現明顯的減少。區域內土地面積的增長達19.02%，ESV 卻只增長了1.44%；林地是研究區域內服務功能的主要提供類型，但林地增加的ESV 被其他類型減少的量所抵消，進而導致整體的ESV 并沒有大幅度的增加； 單位面積ESV 出現降低導致城市土地的擴張并沒有帶來ESV 的同步提高。從分區的角度來看，涉及填海造地的分區ESV 都受到一定程度的負面影響，而老城區的ESV 大多出現增加，這與澳門一直在老城區進行的綠化更新密切相關。因此，未來澳門城市的發展在保持現有的城市更新之下，需要特別注重填海造地發展模式的改善，科學地做好土地利用規劃和結構優化，有機融合生態空間，力求實現經濟價值和生態價值雙增長。

基于價值系數進行的ESV 評估是將復雜的生態系統過程進行簡化后的一種土地利用和ESV 的簡單對應，雖然可以在一定程度上體現ESV 的時空變化，但是過于依賴面積指標，容易忽視生態系統內在的影響因素，如植被生長帶來的ESV 增加。在數據完備的情況下，通過不同服務功能量的評估核算ESV 會更有針對性和指導性。由于城市的發展與土地的使用息息相關，所以研究僅關注了陸地ESV 的評估和分析，對于沿海城市而言，海洋的ESV 也客觀存在并具備一定的研究意義，后續研究可將其加入以增加研究的全面性。