2010年-2020年西安市景觀格局變化及其生態效應研究

劉哲　馬新萍

摘要：選取2010年、2020年西安市地表覆蓋數據，利用3S技術和景觀生態學理論，分析城市景觀格局變化及其生態效應。結論：2010年-2020年，西安市以秦嶺林地、關中農田地景觀為主的大背景格局未發生變化，城市空間連接度提高，多樣性提高，區域空間格局得到優化。城市新區使水源涵養、娛樂文化功能服務價值提升，食物生產功能服務價值損失較明顯，其他生態功能服務價值損失不足1%。在生態紅線管控下，城市建設有效保障區域生態功能服務價值整體處于動態平衡。“北跨”時代，城市建設過程中可增加生態景觀比重和空間分布，進一步提高西安市生態系統服務功能價值。

關鍵詞：10年；西安市；景觀格局；生態服務價值

中圖分類號：X37 文獻標志碼：A

前言

在西部大開發、“一帶一路”建設、黃河流域生態保護和高質量發展等時代大背景下，2010年-2020年作為陜西省省會，中國西部區域重要的中心城市，國家歷史文化名城，區域經濟的快速發展，西安市全面開展國際化大都市建設，特別是生態城市建設方面，通過國土空間規劃與城市新區建設，“三河一山”等生態建設，改變地表覆蓋，改善城市生態系統的協調性，促進區域可持續發展。

目前，對于西安市城市地表覆蓋研究集中為城市建設擴張空間優化或熱島方面，關于生態效應方面研究也比較早。隨著西安市開啟“北跨”時代，對前期發展變化及其生態效應及時總結十分必要。文章擬從景觀生態學角度出發，利用35技術，研究西安市2010年-2020年的地表覆蓋及其生態效應時空變化，以期為西安市“北跨”期城市規劃與建設提供參考。

1 研究區概況

西安市位于黃河流域中部關中平原，北緯33042-34°45＇、東經107°40'-109°49'，轄11區2縣，總面積10096.81km2（該面積不含西咸新區）。境內有黑河、澇河、灞河、滈河、灃河、渭河、浐河、灞河、石川河、澇河、零河等眾多河流，其中絕大多數屬黃河流域的渭河水系。境內秦嶺山地與渭河平原界線分明，構成西安市的地貌主體，西安城區地處渭河平原的二級階地上。西安市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，冷暖干濕四季分明，年降水量506.1-690.3mm，主要集中在7月-9月。

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

選取自然資源部發布的2010年、2020年地表覆蓋數據（30m），結合西安市行政區域劃矢量文件，利用Arcgis平臺進行裁切、疊加、融合、面積統計等操作，獲取2010年、2020年西安市各區縣地表覆蓋數據。結合西安市國土空間規劃與地表覆蓋現狀特征，將區域景觀分為7類（見表1）。

2.2 研究方法

2.2.1 景觀格局分析

景觀指數能夠高度濃縮景觀格局信息，應用較廣，此次選取景觀破碎度，多樣性指數、景觀優勢3指標分析區域景觀要素特征變化情況。具體公示及生態學涵義見表2。

2.2.2 生態效應分析

選擇生態服務價值法對生態區格局變化引起的生態影響進行分析。生態系統服務價值估算是對生態系統提供居住場所、生物資源、系統資源以及過程的功能進行核算。研究采用Costanza、謝高地等提出估算方法，計算研究區不同景觀類型生態服務價值系數（Eij）和生態系統服務功能的經濟價值（ESV）。

Eij=eij·Ea 式（1）

式（1）中，ei為j類景觀i種服務功能相對于農田生態系統服務單價的當量因子，采用謝高地等提出的中國生態系統生態服務價值當量因子表。E。為區域農田景觀生態系統提供食物生態服務功能的經濟價值（以西安市2010年-2020年，1hm2農田的平均產量的市場價值的1/7計，即1707.43元／（hm2·a））。

式（2）中，Aj為j類生態系統的面積；Eij為j生態系統i種服務功能的價值系數。

為反映實際支付的意義，引入社會階段發展系數對結果進行修正，使其更加符合實際，修正后的區域生態系統服務價值ESV'評估模型為式（3）：

式（3）中，e為自然對數的底，Ea為區域恩格爾系數。

3 結果與分析

3.1 景觀格局變化

利用Arcgis、Excel等軟件，對西安市2010年、2020年景觀分類圖進行分類統計，得到2010年-2021年這一建設階段的景觀結構變化數據。

如表3所示：

（1）2010年-2020年，西安市7類景觀出現“3減4增”的變化特征，其中：“3減”包括林地景觀、農田景觀、裸地，以農田景觀變化為主。“4增”包括建設用地景觀、草地景觀、水體景觀、濕地景觀，以城市建設、草地景觀、濕地景觀變化為主。

（2）從空間分布看，2010年-2020年，西安市景觀格局變化主要集中于灞橋區、鄠邑區、長安區、雁塔區、高陵區、未央區等距離主城區近的區縣，這些區域近年城市新區開發活動強烈，新建居住小區、濱河公園、人工濕地等，農田景觀城鎮化轉換特征明顯，同時水體、濕地、草地等生態景觀增加。

如表4所示2010年-2020年西安市景觀格局變化如下：

（1）區域景觀斑塊數呈減少趨勢，由36758個減少到35982個；破碎度略降低，由3.64降低至3.56。說明城市建設使空間布局連接度提高，規劃建設對區域空間格局起到優化作用。

（2）區域景觀多樣性指數略有上升，由1.08上升至1.11。說明城市建設用地、綠地、景觀水體等景觀比重上升，各景觀組分面積比例差異逐漸減小，區域景觀多樣性略有提高。

（3）區域景觀優勢度指數略有下降，由0.87降低至0.84。但農田景觀的絕對控制地位優勢依然保持，主要與基本農田保護政策和生態紅線管控措施有關。

整體而言，隨著西安市城市建設活動的開展，居民區、公園綠地、水生態建設等快速增長，區域景觀多樣性有所提高，但不改變以秦嶺林地、關中農用地景觀為主的大背景格局，說明西安市區域開發在生態管控前提下進行，并不斷優化空間格局，這一建設過程產生積極的生態效應。

3.2 生態效應變化分析

如表5、表6所示2010年-2020年西安市景觀總生態服務價值變化情況如下：

（1）西安市景觀總生態服務價值由2010年的112559.10萬元減少至2020年的111852.89萬元，減少了706.21萬元，下降了0.63%，降幅微小，生態系統服務價值整體處于動態穩定，城市建設未帶來明顯的負面生態影響。

（2）西安市7類景觀類型生態服務價值出現“2減（林地景觀、農田景觀）5增（草地景觀、水體景觀、濕地景觀、裸地和建設用地景觀”。其中：①以農田景觀生態服務價值損失較大，由2010年的22262.74萬元降低至2020年的21209.09萬元，生態服務價值損失近16.74%，主要分布在高陵區、未央區、鄂邑區、灞橋區等城市新區建設區域，說明生態區建設占用農用地，對農田景觀產生較大的負效應。②綠地景觀、水體景觀、濕地景觀生態服務價值均呈增長趨勢，增幅均在10%以上，特別是水體景觀和濕地景觀，分別由2010的1761.57萬元、103.98萬元增長至2020年的2083.40萬元、128.02萬元，增幅20%左右，主要分布于秦嶺北麓、浐灞河、渭河、灃河、澇河沿岸等規模性生態保護區域，說明2010年-2020年的秦嶺生態保護、水生態保護修復等大型工程建設對提高區域生態效益作用明顯。

（3）西安市9類功能生態服務價值出現“2升6微降”的變化。其中：①水源涵養和文化娛樂功能生態服務價值出現增長趨勢，2020年較2010年分別增長了0.30%和0.41%。②其他的氣體調節、氣候調節、廢物處理、氣候調節以及原材料功能價值損失不足1%，且主要由農陽和林地占用引起。③食物生產功能服務價值損失明顯，降幅約3.96%，主要因城市開發建設占用農田導致。整體而言，區域景觀格局演變在保障城市化建設的同時能夠穩定區域所需生態服務功能，保障居民日常生產生活。

（4）目前，林地生態功能服務價值損失集中在秦嶺北麓坡腳線及浐灞河、渭河、灃河、澇河沿岸，該區域曾發生過占用活動，為生態修復區域。因尚處于生態恢復初期，地表覆蓋以草地、復耕地為主，隨著時間推移生態系統群落演替，地表覆蓋或被灌、林替代，生態功能服務價值將得到回升。

4 結論

2010年-2020年，西安市以秦嶺林地、關中農田地景觀為主的大背景格局未發生變化，建設用地、綠地、濕地等景觀比重上升，城市空間布局連接度提高，多樣性提高，空間格局得到優化。城市新區建設占用農田，使得食物生產功能服務價值損失明顯；秦嶺生態保護、河道水生態修復及城市綠地建設使得水源涵養、娛樂文化功能服務價值提升。整體生態服務價值略微下降0.63%，在生態紅線管控下，城市化建設過程能夠有效保障區域所需生態服務功能，生態服務價值整體處于動態平衡。“北跨”時代，空間規劃中繼續提高生態景觀比重與分布，通過生態景觀提升改造，補償已損失部分，通過河湖生態緩沖帶建設、秦嶺北麓水源涵養、生態公園建設，進一步提高西安市生態系統服務功能。

基金項目：陜社科聯2022年度陜西生態空間治理重點課題（2022H21851）