福清市生態系統服務價值時空變化特征分析

王建文 朱志鵬

摘 要：【目的/意義】研究城市土地利用變化特征對生態環境的影響，可以為城市的有序發展及其生態可持續的發展提供參考。【方法/過程】以福清市2005、2010、2015年土地利用類型數據為基礎，借助SPSS、ArcGIS等軟件，從福清市土地利用結構的時空變化特征出發，研究用地類型變化與生態系統服務價值之間的關系。【結果/結論】結果表明：（1）2005-2015年間，福清市建設用地變化幅度最大，共增加39 km2;其次是耕地，共下降24 km2。（2）福清市新增建設用地主要來自于郊區，由耕地轉化成建設用地，城鎮化水平呈向周邊擴散的趨勢。（3）生態系統服務價值也表現為日益下降的趨勢，10年間共下降13.30億元;水體和林地的生態服務價值較高，但由于水體面積的下降，其生態服務價值下降較為顯著，成為生態系統服務價值總體下降的主要原因。這些結果表明，土地利用結構會直接影響城市的生態系統，因此必須合理規劃城市土地利用結構才能保證城市的健康可持續發展。

關鍵詞：用地結構;生態服務;城鎮化;時空特征

中圖分類號：X171.1;F323文獻標志碼：A文章編號：1637-5617（2020）05-0070-06

Abstract： 【Objective/Meaning】The study on the impact of the change characteristics of urban land use on ecological environment can provide reference for the orderly development of the city and its ecological sustainable development.【Methods/Procedures】Based on the data of land use types in Fuqing City in 2005， 2010 and 2015， and with the help of the softwares such as SPSS and ArcGIS， this article studies the relationship between the changes of land use types and the service value of ecosystem from the perspectetive of the spatial-temporal change characteristics of land-use structure in Fuqing City. 【Results/Conclusions】The results showed that： （1） From 2005 to 2015， the construction land in Fuqing City had the largest change range， with a total increase of 39 km2， followed by the cultivated land， with a total decrease of 24 km2. （2） The newly-added construction land in Fuqing City mainly came from the suburbs， which was converted from the cultivated land to construction land， and the level of urbanization was spreading to the surrounding areas. （3） The value of ecosystem service also showed a declining trend， with a total decline of 1.33 billion over the 10 years; the value of ecological service of water bodies and forest land was higher， but due to the decline of the area of water bodies， the value of its ecological service has declined significantly， which became the main reason for the overall decline of the ecosystem service value. These results indicated that the land use structure would directly affect the urban ecosystem， so the urban land use structure should be properly planned to ensure the healthy and sustainable development of the city.

Key words： land use structure; ecological service; urbanization; spatial-temporal characteristics

隨著城鎮化進程的推進，為滿足城鎮化建設發展的需求，城市的用地結構特征發生巨大的轉變[1-3]。城鎮化對社會改善和經濟發展作出了重大貢獻，同時對非城市生態系統的健康構成了嚴重威脅[4]。而用地類型的變化走向則會直接或間接地影響生態系統的平衡。許多研究表明生態系統服務與城鎮化呈負相關。主要原因在于快速城鎮化過程中，自然和半自然生態系統的增加轉變為不透水面，導致生態系統服務供給急劇減少[5-7]。因此研究城市土地利用變化特征對生態環境的影響，對城市的有序發展及其生態可持續的發展具有重大的研究意義。

城市用地特征與城市生態系統的關系也得到國內外專家學者的重視，并取得了許多重大的成果。如Mario等[8]通過城鄉梯度變化研究了生態系統服務價值與城市化之間的空間關系，并指出在城市化程度較高的地區，生態系統容量和生態系統服務流量通常較低。García-Nieto等[9]發現郊區的城市化正在增加，城市及其周邊城市提供生態系統的能力普遍在下降，生態系統服務能力的下降已成為實現城市可持續性的嚴峻挑戰。Eshetu等[10]研究了生態系統服務和城市化，證明了城市化過程與生態系統服務績效表現為負相關。岑曉騰[11]對杭州灣南岸開展土地利用景觀格局與生態系統服務價值的關聯研究，也表明土地結構會影響城市生態系統的穩定性。張天海等[12]通過研究濱海城市土地利用格局演變對生態系統服務的影響，強調應加強對具有關鍵生態功能的生態用地保護，特別是水體和林地的保護。

福清市是中國經濟建設發展主要的城市之一，也是中國工業、全國綜合實力等百強縣市之一。改革開放以來城市的經濟高速發展，但也因此導致了其用地結構特征變化迅猛。因此如何平衡城市發展帶來的用地結構變化和生態系統服務之間的關系尤為重要。本文以福清市為例，研究其生態系統服務價值的變化規律特征，以期為其他城市的建設和發展提供參考。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況

福清市位于福建省東南沿海，福州的南端，東臨臺灣海峽，地理坐標為N 25° 18′～25° 52′，E 119°03′～119 ° 42′。屬于南亞熱帶海洋性氣候，溫暖濕潤，年平均氣溫21.1℃。年均降水量1525 mm。截至2015年底，福清市戶籍戶數為39.5萬戶，人口134.42萬人。2016年福清被列為第三批國家新型城鎮化綜合試點地區，2018-2019年獲得全國綜合實力百強縣市、全國綠色發展百強縣市、全國科技創新百強縣市等諸多榮譽。

1.2 研究方法

1.2.1 用地類型數據

研究使用的土地利用類型數據來源于中國科學院資源環境數據云平臺（http：//www.resdc.cn/Default.aspx），選擇2005年、2010年、2015年的相關數據進行土地利用分析。結合研究區具體情況，參照GB/T21010-2010《土地利用現狀分類標準》[13]，結合實地調查的土地利用數據在ArcGIS 10.2上將研究區土地利用類型分為6大類：耕地、林地、草地、水體、建設用地和濕地。

1.2.2 生態系統服務價值評價方法

根據前人的研究成果[14-16]，將生態系統生產的凈利潤看作該生態系統所能提供的生產價值，將單位面積農田生態系統糧食生產的凈利潤當作1個標準當量的生態系統服務價值量，確定中國2010年1個生態系統服務價值量的經濟價值為3406.50元/hm2。由福建省統計局《2010福建統計年鑒》可知，福建省單位面積糧食產量為5822.60 kg/hm2，而同期全國單位面積糧食產量為5527.54 kg/hm2[17]。參考前人研究對各生態系統服務當量價值進行系數修訂，得出研究區的修正系數為1.0534，即福建省的一個生態系統服務價值當量為3588.41元/hm2，以此推斷出其他類型用地的單位價值，如表1所示。

2 結果與分析

2.1 福清市土地利用格局時空變化分析

2.1.1 空間變化分析

本研究通過對福清市2005年、2010年和2015年福清市土地利用空間分布圖進行分析，結果顯示，2005-2015年間，由于受城鎮化進程的影響，福清市的建設用地逐漸由中心主城區向四周開始擴散，而耕地的面積隨著建設用地的擴張逐漸縮小，被建設用地侵蝕。水體有所縮小，主要轉化成濕地，但也受城鎮化的影響，小部分水體出現被建設用地侵蝕的現象。此外，林地、草地和濕地主要集中在福清的東部和西部，10年間未發生較大改變。

2.1.2 時間變化分析

從表2可以看出，林地是福清市主要的土地利用類型，3個時期的占比均約40%左右。其次占比較大的用地類型是耕地，但與林地不同的是，耕地受城鎮化進程的影響較大，隨著時間的推移耕地占比逐漸下降，2005年、2010年和2015年分別為31.20%、30.16%、29.75%，總降幅達到4.22%，面積共減少24 km2。10年間，變化最大的是建設用地，共增加用地面積達39 km2，增幅比高達34.51%，尤其是在2005-2010年期間，增長了21.24%。隨著政府對城市建成區的控制，在2010-2015年間建設用地增速有所緩和，但增幅面積也達到15 km2，增幅比為10.95%。水體的面積也有所下降，主要是轉化成濕地，小部分轉化成建設用地。草地的面積變化不大，與林地之間存在相互轉化的過程。

2.2 生態系統服務價值時空變化特征

2.2.1 生態系統服務價值時間變化特征

從表3可知，2005-2015年福清市生態服務價值總量呈逐年下降的趨勢，其中2005年為419.28億元，2010年為411.96億元，2015年為405.97億元。2005-2010年變化幅度略大于2010-2015，共降低了7.3億元，變化率為-1.74%;2010-2015年下降了6億元，變化率為-1.46%;2005-2015年減少13.30億元，變化率為-3.17%。從生態系統服務價值類型看，原料生產、水資源供給、氣體調節、氣候調節、凈化環境、水文調節、土壤保持和維持養分循環的價值量在研究時段內呈逐年遞減的趨勢。而生物多樣性和美學景觀則表現為先上升再降低的倒“V”型，但整體仍表現為上升的趨勢。從福清市各項生態服務功能來看，水文調節的服務價值在所有生態系統服務類別中服務價值最高，2005年、2010年和2015年占比分別為40.20%、39.32%和38.84%，但呈逐年下降趨勢;其次是氣候調節服務， 2005年、2010年和2015年占比分別為17.89%、18.19%和18.39%，呈逐年上升趨勢;其余各生態系統服務類別的服務價值從大到小分別為生物多樣性、土壤保持、氣體調節、凈化環境、美學景觀、食物生產、原料生產、水資源供給和維持養分循環。

從各類用地生態服務價值來看，如表4所示，林地和水體的價值服務量最大。2005-2015年間，林地的價值量較為平穩，未發生較大的變化，基本維持在177億左右的水平。但水體的生態系統服務價值逐年降低，從2005年的133.63億元下降到2015年的121.73億元，降幅高達8.91%。建設用地的價值量均為負數，表明城鎮化的發展，對生態系統服務的價值具有負向作用，2005年負向作用最低，生態服務價值量為-8.16億元，隨著城市的擴張于2015年負向作用達到最高，生態服務價值量為-10.97億元，負向作用漲幅34.43%。耕地、草地的生態服務價值的變化也較為穩定，呈略微下降的趨勢。濕地呈現出上升的趨勢，但變化量較小，在2005-2010年期間變化幅度較大，共增長3.29億元。

2.2.2 生態系統服務敏感性指數分析

根據公式（3）對福清市生態系統服務價值進行敏感性指數（CS）分析得出表5結果。從表5中我們可以看出，福清市的用地類型生態價值系數在增加或減少50%時，該研究區的敏感性指數（CS）均小于1，說明估算的生態系統服務價值系數不具有彈性，準確性較高，適用于福清。其中，林地、水體的敏感性指數較高，耕地和建設用地最小，這證明林地、水體在福清市生態系統服務價值中具有重要地位。

3 結論與討論

3.1 福清市土地利用時空特征

從福清市2005-2015年土地利用變化特征中得出，福清市的城鎮化進程仍處于增長的階段，城鎮化的進程通過將耕地轉化為建設用地的發展模式來滿足城市發展的需要，加快了土地的轉化。尤其是福清周邊地區，主城區的建設已達到較為飽和的狀態，因此周邊地區成為城鎮化進程中首選的區域。而林地、水體和濕地的總體面積變化不大，也表明政府的環境保護政策在福清市得到了良好的實施。此外，人們對環境保護及其重要性的認識也日益提升，使得福清市的生態處于較佳水平。但也存在少部分水體被侵蝕的現象，表明仍存在部分填海、填湖造城的現象。在未來的城市建設發展中，仍然要加強城市生態文明的建設，合理規劃城市發展的模式，不能隨意地對土地用地類型進行轉化，注重生態環境的保護[18-20]。

3.2 福清市生態系統服務價值時空變化特征

土地利用方式的轉變對福清城市生態系統的穩定性產生了一定的影響，生態系統服務價值表現為逐年下降的趨勢。具體結果為：（1）隨著水體面積的下降，水體生態系統服務價值下降，也最終導致了生態系統服務中的調節服務能力大幅降低，尤其是表現在水文調節方面。因此在未來的城市發展上，要重視水體生態的保持，才能更好地發揮水體的生態調節功能。（2）林地的面積總量變化較小，因此森林對氣候的調節作用變化不大，但由于整體生態服務價值總量的降低，因此其氣候調節服務的生態服務價值占比有所提高。（3）隨著林地和水體等生態用地面積的整體降低，最終也導致了各生態系統服務能力表現為下降的趨勢。（4）隨著建設用地面積的增加，其對生態服務系統的負向價值也日益增大。因此，在未來的城市建設上，要合理規劃城市的建設范圍，規劃出生態保護線、耕地保護線和城市建設紅線，以防止城市的無序發展[5， 21]。

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