基于土地利用變化的福建省生境質(zhì)量時(shí)空變化研究

劉智方, 唐立娜,*,邱全毅,肖黎姍,許 通,楊 麗,2

1 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所, 城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廈門 361021 2 山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院,青島 266590

基于土地利用變化的福建省生境質(zhì)量時(shí)空變化研究

劉智方1, 唐立娜1,*,邱全毅1,肖黎姍1,許 通1,楊 麗1,2

1 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所, 城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廈門 361021 2 山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院,青島 266590

地利用變化引起的生態(tài)效應(yīng)已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)研究的核心問題,分析土地利用變化引起生境質(zhì)量時(shí)空變化可以為生態(tài)保護(hù)和土地規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。以福建省為例,利用InVEST模型對(duì)福建省生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)生境質(zhì)量指數(shù)將其生境劃分為低、中、良好、優(yōu)等。同時(shí)分析了福建省土地利用變化對(duì)其生境質(zhì)量時(shí)空格局的影響。 研究結(jié)果表明：2000—2010年,福建省景觀破碎度指數(shù)逐漸降低,斑塊之間連通性好,生境破碎化程度降低,整體生境得分值在0.9以上。林地是福建省的優(yōu)勢(shì)景觀,其覆蓋面積達(dá)到了福建省的86%以上, 并且林地的破碎化程度低,人類活動(dòng)對(duì)它的干擾較小,所以福建省大部分地區(qū)生境質(zhì)量處于良好、優(yōu)質(zhì)等級(jí)。但是福建省東南沿海地區(qū)生境值低于0.6,處于中、低等級(jí)之間,主要因?yàn)榻ㄔO(shè)用地的急劇擴(kuò)張?jiān)黾恿藢?duì)生境質(zhì)量的破壞強(qiáng)度。東南沿海地區(qū)的GDP占到福建省的65%以上,形成了以二、三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)格局, 對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)、居住用地等的需求急劇增加。所以,福建省的57%以上的建設(shè)用地主要集中于東南沿海地區(qū)。東南沿海地區(qū)高度聚集的建設(shè)用地,侵占了大量的裸地和耕地,嚴(yán)重干擾了該地區(qū)整體生態(tài)格局,破壞了生境質(zhì)量,導(dǎo)致其生境質(zhì)量低于福建省其他地區(qū)。

InVEST模型；生境質(zhì)量；景觀格局

土地是人類賴以生存的空間,是人類社會(huì)生產(chǎn)中重要的自然資源和生產(chǎn)資源,是地球上各類復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)的載體及物種的棲息地[1]。人類的各種生產(chǎn)生活活動(dòng)都是以土地利用為基礎(chǔ)的。隨著人類對(duì)土地開發(fā)利用的逐漸深入,土地利用的格局、深度和強(qiáng)度都不斷發(fā)生變化。與此同時(shí),土地利用的變化能夠影響生境斑塊之間的物質(zhì)流、能量流循環(huán)過程,進(jìn)而改變區(qū)域生境分布格局和功能[2]。因此研究土地利用變化對(duì)生境質(zhì)量的影響對(duì)于區(qū)域的生態(tài)保護(hù)和土地管理政策的制訂具有重要意義[3]。

圖1 福建省地區(qū)圖Fig.1 Administrative map of Fujian province

近年來,許多學(xué)者利用模型,如生境適宜性模型HIS[4]、SolVES模型[5]、InVEST模型[6]等,分別在縣域[7]、山區(qū)[8]、流域[9]等多個(gè)尺度對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)估。在這些模型中,InVEST模型是目前較為成熟且應(yīng)用最多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模型[10]。如Bhagabati等[11]用InVEST模型對(duì)蘇門答臘島中部的老虎棲息地生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估,并分析指出適合老虎保護(hù)的情景模式；包玉斌等[12]利用InVEST模型對(duì)陜西省黃河濕地保護(hù)區(qū)土地利用對(duì)生境質(zhì)量的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。吳健聲等[3]利用InVEST模型分析了京津冀地區(qū)2000—2010年土地利用變化引起的生境質(zhì)量的時(shí)空演變,得出結(jié)論：2000—2010年,由于景觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的減弱和破碎度的提升,京津冀地區(qū)東南部和南部生境質(zhì)量較低、北部和西部較高。其中,東南部和南部2010年生境質(zhì)量明顯下降,發(fā)生了一定生境退化乃至喪失現(xiàn)象。這些學(xué)者利用InVEST模型分析了不同地區(qū)生境質(zhì)量的時(shí)空演化情況,并且基于土地利用及其景觀格局的變化,分析了生境質(zhì)量變化對(duì)土地利用變化的生態(tài)響應(yīng)。本文在國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上,以福建省為研究區(qū),利用InVEST模型分析土地利用變化引起的生境質(zhì)量的時(shí)空變化,并且結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)深入的闡述了福建省生境質(zhì)量變化的原因。最終提出如何恢復(fù)東南沿海地區(qū)的生境質(zhì)量以及如何在保證閩西、閩北、閩中等地區(qū)生境質(zhì)量良好的情況下,發(fā)展這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì),最終協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生境質(zhì)量提高之間的關(guān)系,為福建省未來的生態(tài)規(guī)劃提供一定的理論支持。

1 研究區(qū)概況

福建省位于中國(guó)東南沿海(28°30′—28°22′N, 115°50′—120°40′E),東北與浙江省毗鄰,西、西北與江西省接界,西南與廣東省相連,東隔臺(tái)灣海峽與臺(tái)灣島相望。陸域面積12.4萬km2,海域面積13.6萬km2。大部分屬中亞熱帶,閩東南部分地區(qū)屬南亞熱帶；年均氣溫在17—21℃,沿海全年高于10℃。冬季溫暖,1月沿海平均氣溫7—10℃,山區(qū)6—8℃。夏季炎熱,平均氣溫20—39℃。年降水量1400—2000mm,從東南向西北遞減。季節(jié)分配不均,有較明顯雨季和干季。年日照時(shí)數(shù)為1700—2300h。沿海及島嶼地區(qū)有效風(fēng)能達(dá)2500—6500kWh/m2。主要河流有閩江、晉江、九龍江、汀江。福建的森林覆蓋率為63.1%,居全國(guó)首位。林地面積617.9萬km2,全國(guó)六大林區(qū)之一(圖1)。

2 數(shù)據(jù)獲取與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2000 年、2005 年的土地利用數(shù)據(jù)由Landsat TM遙感影像目視解譯獲取,2010年的土地利用數(shù)據(jù)由HJ- 1衛(wèi)星CCD 影像目視解譯獲取,數(shù)據(jù)分辨率均為30 m × 30 m。建立了土地利用類型二級(jí)分類體系,如表1所示,共劃分為6個(gè)一級(jí)類和17個(gè)二級(jí)類。人口和國(guó)民經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于福建省統(tǒng)計(jì)年鑒。

表1 土地利用分類體系

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化分析

首先計(jì)算出福建省土地利用數(shù)量的變化,通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算出各類型土地的流失去向以及研究末期各土地利用類型的來源構(gòu)成。其次,選取景觀格局指數(shù)進(jìn)一步分析福建省土地利用景觀格局特征及其演變,基于類型水平和景觀水平進(jìn)行分析。在類型水平上選擇的指數(shù)有：斑塊數(shù)量(NP)、平均斑塊面積(AREA_MN)、邊界密度(PD)、 凝聚度指數(shù)(COHESION)；在景觀水平上選擇的指數(shù)有斑塊數(shù)量(NP) 、邊界密度(PD) 、蔓延度指數(shù)(CONTAG) 、破碎度指數(shù)(表2)。指數(shù)計(jì)算由Fragstats4.2軟件完成[13]。各指數(shù)描述如下表[14- 15]所示。

表2 景觀指數(shù)描述

NP：斑塊數(shù)Number of Patches；PD： 斑塊密度Patch Density； LPI：最大斑塊指數(shù)Largest Patch Index；AREA_MN：平均斑塊面積Mean of Patch Area；COHESION：凝聚度指數(shù)Cohesion Index；CONTAG：蔓延度指數(shù)Contag Index；破碎度指數(shù)：FN Fragmentation index

2.2.2 InVEST 模型的生境質(zhì)量模塊

本研究選擇美國(guó)斯坦福大學(xué)、世界自然基金會(huì)和大自然保護(hù)協(xié)會(huì)聯(lián)合開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估工具InVEST模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs Model) 計(jì)算空間效應(yīng)[16- 17]。本研究選取其中的生境質(zhì)量模塊,生境質(zhì)量實(shí)際上是指生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給物種生存繁衍所需條件的潛力。InVEST模型假設(shè)生境質(zhì)量好的地區(qū),其生物多樣性也高。生境質(zhì)量用生境質(zhì)量指數(shù)來反映,其計(jì)算公式如下:

(1)

式中,Qxj為土地利用與土地覆蓋(生境類型)j中柵格x的生境質(zhì)量；Dxj為土地利用與土地覆蓋(生境類型)j中柵格x所受脅迫水平；x為半飽和常數(shù),通常取Dxj最大值的一半(模型運(yùn)行一次獲得)；Hj為土地利用與土地覆蓋j的生境適合性；z為歸一化常量,通常取值2.5。

InVEST模型中生境質(zhì)量是4個(gè)變量的函數(shù): 各期土地利用/土地覆被和各期脅迫因子圖層數(shù)據(jù)、脅迫因子表(包括脅迫強(qiáng)度、最大脅迫距離等)。

一個(gè)生境類型受威脅敏感度是基于景觀生態(tài)學(xué)生物多樣性保護(hù)的一般性原則而定的[18- 19],一般而言,自然環(huán)境對(duì)于外來威脅因子敏感度最大,半人工環(huán)境次之,人工環(huán)境基本不受影響,因此本文將地類劃分為自然環(huán)境和人工環(huán)境。由于建設(shè)用地是人類活動(dòng)最為集中的體現(xiàn),因此本文將建設(shè)用地作為脅迫因子；各脅迫因子最大脅迫距離、權(quán)重及不同生境類型對(duì)脅迫因子敏感性的設(shè)置結(jié)合InVEST模型的實(shí)例,參照BethStys等[20]、Foresman[18]、肖明[4]和包玉斌等[12]的研究以及專家的建議進(jìn)行賦值(表3和表4)。

表3 生態(tài)脅迫因子屬性

表4 福建省不同生境類型對(duì)不同脅迫因子的敏感度

2.2.3 生境質(zhì)量變化原因分析

基于福建省社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素結(jié)合區(qū)域內(nèi)土地利用及其景觀格局特征的變化,深入的闡述福建省生境質(zhì)量變化的原因。

3 結(jié)果與分析

3.1 福建省土地利用其轉(zhuǎn)移的變化

相比2000年,福建省2005年建設(shè)用地烈擴(kuò)張,增加了1016.16 km2,增幅面積最大,為28.5%；裸地僅減少了6.69 km2,但是由于裸地的基數(shù)小,所以裸地的減幅最大,為28.3%；林地、耕地、草地和濕地均有不同程度的增加和減少,其中林地增加了242.34 km2,但是由于林地的基數(shù)較大,所以僅增長(zhǎng)了0.2%,變化幅度最??；耕地減少了1073.85 km2,減幅達(dá)到9.41%,草地和濕地分別減少了52.98 km2和125.46 km2,減幅達(dá)到11.3%和7.8%。

2005—2010年,福建省的建設(shè)用地增加546.36 km2,增長(zhǎng)幅度略微放緩,為11.9%；裸地減少了14.14 km2,減幅最大,達(dá)到83.5%；林地增加了365.79 km2,增長(zhǎng)了0.03%,變化幅度最小；耕地減少了937.42 km2,減幅達(dá)到9.07%；濕地和草地分別增加了49.5km2和20.02 km2,增幅達(dá)到3.3%和 4.5%。

2000—2010年,福建省裸地減少了20.83 km2,由于整體基數(shù)小,所以裸地的減幅最大,達(dá)到了88.1%；建設(shè)用地大面積擴(kuò)張,增加了1562.22 km2,增幅最大,為43.8%；耕地面積大幅度減少了2011.27 km2,減幅達(dá)到17.6%；草地和濕地都有不同程度的減少,減幅分別達(dá)到7.02%和4.7%；林地略有增加,增加了0.5%；總體來說,建設(shè)用地急劇擴(kuò)張、耕地資源逐漸減少是福建省土地利用變化的一大特點(diǎn)(圖2)。

圖2 福建省土地利用類型分布及其變化(2000—2010)Fig.2 Land use distribution and changes of the Fujian province (2000—2010)

為全面理解福建省土地利用在這一時(shí)期內(nèi)變化的結(jié)構(gòu)特征,構(gòu)建了土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。如表5所示：2000—2005年,裸地雖然基數(shù)小,但是向其他地類轉(zhuǎn)變最為劇烈,分別約有63%和10%的裸地轉(zhuǎn)換為林地和建設(shè)用地,8.4%和7%的裸地轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾蜐竦?；約有91%的耕地較為穩(wěn)定,并未發(fā)生轉(zhuǎn)換,減少的耕地主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地和林地,分別為4.6%和3.7%；草地向其他地類也有較劇烈的轉(zhuǎn)換,其中約有28%和5%的草地轉(zhuǎn)換為林地和建設(shè)用地,也有約7%的濕地轉(zhuǎn)換為林地。

2005—2010年,裸地和草地向其他地類的轉(zhuǎn)換仍然最為劇烈,但是裸地有較大一部分轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地,為61.3%,向林地、耕地和濕地的轉(zhuǎn)換減少,分別為19%,7%和3%；草地向林地和建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換增加到約40%和9%,耕地仍然以轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地和林地為主,分別為約2%和6%；同時(shí)約有15%和9%的濕地轉(zhuǎn)換為林地和耕地。

總體來說,從2000—2010年,裸地和草地向其他地類的轉(zhuǎn)變最為劇烈。福建省有65%、12%、8%的裸地轉(zhuǎn)換成林地、建設(shè)用地、耕地和濕地；約50%和10%的草地轉(zhuǎn)換為林地和建設(shè)用地；約有84%的耕地保持穩(wěn)定,并未發(fā)生轉(zhuǎn)換,減少的的耕地主要轉(zhuǎn)換成建設(shè)用地,約為9%； 同時(shí)約有16%和9%的濕地轉(zhuǎn)換成林地和建設(shè)用地。因此,福建省裸地向其他用地的轉(zhuǎn)換,草地、耕地、濕地向建設(shè)用地與林地的轉(zhuǎn)化是福建省這一時(shí)期主要土地利用變化類型。

表5 福建省土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

3.2 福建省土地利用景觀格局變化

3.2.1 類型水平景觀格局分析

在分析土地利用數(shù)量變化的基礎(chǔ)上,基于景觀格局的視角進(jìn)一步探討土地利用的變化。在三個(gè)時(shí)期,林地的NP、PD指數(shù)不斷減少,AREA_MN指數(shù)不斷增加且LPI指數(shù)是最高的,說明林地是福建省的優(yōu)勢(shì)景觀。建設(shè)用地的LPI指數(shù)呈迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì),在2005年之后成為福建省除林地外的優(yōu)勢(shì)景觀,它的NP、PD、AREA_MN、COHESION指數(shù)均為不斷增長(zhǎng)。耕地的NP和PD指數(shù)是整個(gè)研究區(qū)最高的,它的AREA_MN、COHESION、LPI指數(shù)均為不斷下降的趨勢(shì)。草地NP、PD、LPI 指數(shù)呈下降趨勢(shì),但AREA_MN、COHESION 指數(shù)為先減后增的趨勢(shì)。濕地的NP、LPI指數(shù)均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì),但是其AREA_MN、COHESION 指數(shù)不斷增加(圖3)。

3.2.2 景觀水平分析

2000—2010 年期間研究區(qū)PD、NP指數(shù)呈下降趨勢(shì),CONTAG 指數(shù)增加說明研究區(qū)破碎化程度降低。FN指數(shù)的降低更能體現(xiàn)出研究區(qū)破碎化程度降低(表6)。

圖3 類型水平景觀指數(shù)變化(2000—2010)Fig.3 Landscape index changes on class metric (2000—2010)

年份YearNPAREA_MNCONTAGPDFN200088173137.710778875.00040.7260.0073200587453138.843984875.17860.720.0072201086222140.859415275.2070.710.0071

3.3 福建省生境質(zhì)量的時(shí)空變化

生境質(zhì)量指數(shù)在模型中呈現(xiàn)在柵格圖層上0—1之間連續(xù)變化的值,值越靠近1,生境質(zhì)量越好,就相對(duì)越完整,并具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和功能,有利于生物多樣性的維持。通常,土地利用強(qiáng)度的增加會(huì)引起威脅源地的增加和強(qiáng)度的增大,而使其附近的生境質(zhì)量退化[21]。為便于比較和說明保護(hù)區(qū)土地利用變化對(duì)生境質(zhì)量的影響,將3 期生境質(zhì)量指數(shù)運(yùn)算結(jié)果劃分為0—0.2,0.3—0.6,0.6—0.9,0.9—1共計(jì)4個(gè)區(qū)間并據(jù)此將生境質(zhì)量劃分為低、中、良好和優(yōu)等4個(gè)級(jí)別,統(tǒng)計(jì)了各等級(jí)生境所占百分比。

從空間格局來看(圖4),福建省總體生境質(zhì)量處于較高水平,良好、優(yōu)質(zhì)等級(jí)生境占據(jù)絕大部分面積。生境質(zhì)量呈現(xiàn)趨勢(shì)為從西北地區(qū)向東南沿海地區(qū)遞減。東南部沿海地區(qū)的廈門市各區(qū)、泉州市轄區(qū)、晉江市、石獅市、惠安縣、莆田市轄區(qū)、仙游縣、福州市轄區(qū)、福清市、長(zhǎng)樂市、平潭縣等地區(qū)的生境得分值多在0.6以下,存在較多的0-0.3等級(jí)的生境。福建省其他地區(qū)的生境得分值大多位于中等級(jí)以上,但是距離小型建設(shè)用地斑塊近的地區(qū),受到的威脅程度較大,生境得分較低,零星的分布與東南沿海地區(qū)外的其他地區(qū)。

從時(shí)間格局來看(表7),2000年,低等級(jí)的生境占3%,中等級(jí)占9.9%；2005年低等級(jí)的生境占3.8%,中等級(jí)占9.4%；2010年,低等級(jí)生境占4.2%,中等級(jí)占8.7%；從2000—2010年,中等級(jí)以上的生境幾乎沒有發(fā)生變化。

表7 福建省不同年份各等級(jí)生境比例

圖4 福建省生境質(zhì)量空間分布Fig.4 Spatial distribution of habitat quality in Fujian Province

3.4 福建省生境質(zhì)量變化的原因分析

建設(shè)用地的增加是生境質(zhì)量變化的主要威脅源,城鎮(zhèn)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高、工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)和地方政策是建設(shè)用地變化的核心驅(qū)動(dòng)力,本文通過分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的土地利用數(shù)量的變化和景觀格局的變化,分析福建省生境質(zhì)量變化的原因。

2000—2010年,福建省整體景觀蔓延度指數(shù)分別為75.0004、75.1786、75.207,景觀破碎度分別為0.0073、0.0072、0.0071,景觀蔓延度指數(shù)的上升和景觀破碎度指數(shù)的降低,表明福建省整體斑塊集聚程度高,景觀連通性較好,破碎化程度低,在一定程度上減緩了區(qū)域維持生態(tài)平衡和保持生境質(zhì)量的壓力。所以,福建省整體生境質(zhì)量較好,生境質(zhì)量總體處于0.9以上。同時(shí),福建省閩北、閩西、閩東、閩中地區(qū)生境質(zhì)量處于良好、優(yōu)質(zhì)等級(jí),占福建省面積的87%,這主要是由于：林地不僅是這些地區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀,并且面積占這些地區(qū)的93%以上,受“退耕還林”等政策的影響,福建省的林地面積一直處于增長(zhǎng)的狀態(tài),2000—2010年林地的聚集度指數(shù)分別為99.8、99.9、99.99,破碎化程度低,連通性好,覆蓋度大,人類活動(dòng)對(duì)它的影響很小,所以這些地區(qū)生境質(zhì)量處于較高的水平。

福建省大部分地區(qū)生境質(zhì)量處于良好、優(yōu)質(zhì)等級(jí),但是廈門市各區(qū)、泉州市轄區(qū)、晉江市、石獅市、惠安縣、莆田市轄區(qū)、仙游縣、福州市轄區(qū)、福清市、長(zhǎng)樂市、平潭縣等東南沿海地區(qū)生境得分值位于0.6以下,存在較多的0—-0.3等級(jí)的生境。

圖5 福建省東南沿海地區(qū)土地利用圖Fig.5 The land use map in the southeast coastal area of Fujian Province

從社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素來看,自改革開放以來,以廈門、泉州、莆田、福州為代表的東南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,2004 年“海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)”的建立并且以廈門、泉州、福州等6個(gè)城市為中心區(qū)更大力推動(dòng)了東南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,2000年、2005年、2010年的GDP分別為2534.8億元、4157.35億元以及8930.33億元,增長(zhǎng)率達(dá)到64%、115%和252.3%；而福建省2000—2010年的GDP為3764.54億元、6554.69億元、14737.12億元,這3個(gè)時(shí)間段東南沿海城市的GDP占據(jù)福建省的67.3%、63.4%和61%。

從表8可以看出,從2000—2010年,東南沿海地區(qū)三大產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值變化為：第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)緩慢,10年間其產(chǎn)值增加了80%； 第二產(chǎn)業(yè)一直占主導(dǎo)地位,其產(chǎn)值增加了266.7%； 第三產(chǎn)業(yè)也呈高速發(fā)展的態(tài)勢(shì),10 年間其產(chǎn)值增加了274%,形成二三產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)格局。第二三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,需要大量的就業(yè)人口,而這10年間東南沿海4個(gè)城市非農(nóng)業(yè)人口為329.4萬人、531.68萬人、629.9萬人,增長(zhǎng)了91.2%。

表8 福建省東南沿海地區(qū)三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值變化(2000—2010)

GDP數(shù)據(jù)與建設(shè)用地是呈正相關(guān)的[22],經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加也相應(yīng)的對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)、居住用地的需求增加,東南沿海城市已經(jīng)沒有裸地等未利用地,且東南沿海地區(qū)的土地面積僅占福建省的約14%,從2000—2010年,東南沿海地區(qū)的建設(shè)用地面積為2181.2、2748.5、2938.8 km2,占福建省土地利用面積的57%以上,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使建設(shè)用地的迅速增加且侵占了裸地和耕地等用地,加大了對(duì)這幾個(gè)地區(qū)的生境威脅程度,使生境質(zhì)量低于福建省其他地區(qū)。

4 結(jié)論與討論

2000—2010年,福建省整體景觀破碎化程度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),總體生境得分值在0.9以上。 自 1999 年“退耕還林”政策在我國(guó)全面實(shí)施以來,福建省各地區(qū)積極開展造林綠化工程。2000年,習(xí)近平同志在福建創(chuàng)新性地提出了“生態(tài)省”戰(zhàn)略構(gòu)想。圍繞這一戰(zhàn)略構(gòu)想,2001年至今,福建年均造林綠化面積超過133333.33hm2, 2003 年福建省推行集體林權(quán)制度改革,促進(jìn)人們主動(dòng)保護(hù)林地,造林面積繼續(xù)增加,2010年啟動(dòng)的“綠色城市、綠色村鎮(zhèn)、綠色通道、綠色屏障”城鄉(xiāng)綠化一體化建設(shè),都促使福建省林地面積不斷增加。除了東南沿海地區(qū)以外,林地面積覆蓋福建省大部分地區(qū),林地的覆蓋度大,景觀破碎化程度低,受人類活動(dòng)影響小,所以福建省大部分地區(qū)生境質(zhì)量處于良好、優(yōu)質(zhì)等級(jí)。

2000—2010年,福建省耕地面積減少了2011.27 km2,減幅達(dá)到17.6%；耕地的破碎化程度有所增加,除了受退耕還林政策的影響之外,很大程度上受快速城市化進(jìn)程的影響。建設(shè)用地取代耕地成為福建省除林地外最大的優(yōu)勢(shì)景觀,人為的開發(fā)和建設(shè)使得建設(shè)用地的斑塊不斷聚集,在空間上主要聚集在東南沿海區(qū)域且集中連片分布。雖然東南沿海地區(qū)的面積僅占福建全省的14%,但其GDP總量卻占到61%以上。東南沿海地區(qū)二、三產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)格局,吸引了大量人口的涌入,導(dǎo)致對(duì)建設(shè)、工業(yè)、居住用地的需求的急劇增加,建設(shè)用地急劇擴(kuò)張且不斷侵占耕地、裸地等未利用地。作為生境質(zhì)量威脅源的建設(shè)用地的高度聚集,對(duì)東南沿海地區(qū)生境質(zhì)量造成巨大威脅,使得該地區(qū)生境得分值低于0.6,例如廈門市各區(qū)、泉州市轄區(qū)、晉江市、石獅市、惠安縣、莆田市轄區(qū)、仙游縣、福州市轄區(qū)、福清市、長(zhǎng)樂市、平潭縣等地區(qū)均處于0—0.3之間,且生境質(zhì)量持續(xù)下降。

福建省的生境質(zhì)量總體上處于較高的水平,但是東南沿海部分地區(qū)建設(shè)用地的急劇擴(kuò)張導(dǎo)致其生境質(zhì)量的持續(xù)下降。所以未來決策者如何維持生境質(zhì)量不會(huì)退化且恢復(fù)東南沿海地區(qū)的生境質(zhì)量是一個(gè)關(guān)鍵的問題。未來東南沿南海地區(qū)的城市土地利用規(guī)劃中,土地規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)工作中需優(yōu)化林地、耕地、建設(shè)用地等景觀格局,在保持合理的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)基礎(chǔ)上也應(yīng)配置必要的生態(tài)用地。從政策層面分析,在未來城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中,應(yīng)當(dāng)在保證生境質(zhì)量維持在較高水平的基礎(chǔ)上,著重開發(fā)閩西、閩北、閩中等地區(qū),協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生境質(zhì)量維持之間的關(guān)系,促進(jìn)福建省整體經(jīng)濟(jì)與生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

本研究只考慮了生境質(zhì)量對(duì)于土地利用變化的響應(yīng),深入研究可以結(jié)合模型的其他子模塊,定量評(píng)估土地利用變化對(duì)于多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化,如：碳儲(chǔ)量、水源涵養(yǎng)等,綜合的評(píng)估土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)。

[1] Fleskens L, Duarte F, Eicher I. A conceptual framework for the assessment of multiple functions of agro-ecosystems: a case study of Trás-os-Montes olive grocers. Journal of Rural Studies, 2009, 25(1): 141- 155.

[2] 歐陽志云, 鄭華. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)學(xué)機(jī)制研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(11): 6183- 6188.

[3] 吳健生, 曹祺文, 石淑芹, 黃秀蘭, 盧志強(qiáng). 基于土地利用變化的京津冀生境質(zhì)量時(shí)空演變. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 26(11): 3457- 3466.

[4] 肖明. GIS在流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用——以昌化江下游為例. ?？? 海南大學(xué), 2011.

[5] Brown G, Brabyn L. The extrapolation of social landscape values to a national level in New Zealand using landscape character classification. Applied Geography, 2012, 35(1/2): 84- 94.

[6] Goldstein J H, Caldarone G, Duarte T K, Ennaanay D, Hannahs N, Mendoza G, Polasky S, Wolny S, Daily G C. Integrating ecosystem-service tradeoffs into land-use decisions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109(19): 7565- 7570.

[7] 徐佩, 王玉寬, 楊金鳳, 彭怡. 汶川地震災(zāi)區(qū)生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)分析. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(3): 718- 725.

[8] Polasky S, Nelson E, Pennington D, Johnson K A. The impact of land-use change on ecosystem services, biodiversity and returns to landowners: a case study in the State of Minnesota. Environmental and Resource Economics, 2011, 48(2): 219- 242.

[9] 白楊, 鄭華, 莊長(zhǎng)偉, 歐陽志云, 徐衛(wèi)華. 白洋淀流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估及其調(diào)控. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(3): 711- 717.

[10] Wong C P, Jiang B, Kinzig A P, Lee K N, Ouyang Z Y. Linking ecosystem characteristics to final ecosystem services for public policy. Ecology Letters, 2015, 18(1): 108- 118.

[11] Bhagabati N K, Ricketts T, Sulistyawan T B S, Conte M, Ennaanay D, Hadian O, McKenzie E, Olwero N, Rosenthal A, Tallis H, Wolny S. Ecosystem services reinforce Sumatran tiger conservation in land use plans. Biological Conservation, 2014, 169: 147- 156.

[12] 包玉斌, 劉康, 李婷, 胡勝. 基于InVEST模型的土地利用變化對(duì)生境的影響——以陜西省黃河濕地自然保護(hù)區(qū)為例. 干旱區(qū)研究, 2015, 32(3): 622- 629.

[13] Saura S, Torné J. Conefor Sensinode 2.2: a software package for quantifying the importance of habitat patches for landscape connectivity. Environmental Modelling & Software, 2009, 24: 135- 139.

[14] Xie Y C, Yu M, Bai Y F, Xing X R. Ecological analysis of an emerging urban landscape pattern-desakota: a case study in Suzhou, China. Landscape Ecology, 2006, 21(8): 1297- 1309.

[15] 鄔建國(guó). 景觀生態(tài)學(xué): 格局、過程、尺度與等級(jí)(第二版). 北京: 高等教育出版社, 2007.

[16] Tallis H T, Ricketts T, Nelson E, Ennaanay D, Wolny S, Olwero N, Vigerstol K, Pennington D, Mendoza G, Aukema J, Foster J, Forrest J, Cameron D, Arkema K, Lonsdorf E, Kennedy C. InVEST 1.004 Beta User′S Guide. The Natural Capital Project. Stanford, CA: Stanford University, 2010.

[17] Nelson E, Mendoza G, Regetz J, Polasky S, Tallis H, Cameron D R, Chan K M A, Daily G C, Goldstein J, Kareiva P M, Lonsdorf E, Naidoo R, Ricketts T H, Shaw M R. Modeling multiple ecosystem services, biodiversity conservation, commodity production, and tradeoffs at landscape scales. Frontiers in Ecology and the Environment, 2009, 7(1): 4- 11.

[18] Foresman K R. Small mammal use of modified culverts on the Lolo South Project of Western Montana-an update//Irwin C L, Garrett P, McDermott K P, eds. Proceedings of the 2003 International Conference on Ecology and Transportation. Raleigh, NC: North Carolina State University, 2003: 342- 343.

[19] Lindenmayer D, Hobbs R J, Montague-Drake R, Alexandra J, Bennett A, Burgman M, Cale P, Calhoun A, Cramer V, Cullen P, Driscoll D, Fahrig L, Fischer J, Franklin J, Haila Y, Hunter M, Gibbons P, Lake S, Luck G, MacGregor C, McIntyre S, Nally RM, Manning A, Miller J, Mooney H, Noss R, Possingham H, Saunders D, Schmiegelow F, Scott M, Simberloff D, Sisk T, Tabor G, Walker B, Wiens J, Woinarski J, Zavaleta E. A checklist for ecological management of landscapes for conservation. Ecology Letters, 2008, 11(1): 78- 91.

[20] Stys B, Ricketts C. Mapping threats to Florida freshwater habitats. Florida: Conserve Wildlife Tag Grant Program Final Report, 2008.

[21] 余新曉, 周彬, 呂錫芝, 楊之歌. 基于InVEST模型的北京山區(qū)森林水源涵養(yǎng)功能評(píng)估. 林業(yè)科學(xué), 2012, 48(10): 1- 5.

[22] 胡冬雪, 唐立娜, 邱全毅, 石龍宇, 邵國(guó)凡. 海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)景觀格局10年變化及驅(qū)動(dòng)力. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(18): 6138- 6147.

Temporal and spatial changes in habitat quality based on land-use change in Fujian Province

LIU Zhifang1, TANG Lina1,*, QIU Quanyi1, XIAO Lishan1, XU Tong1, YANG Li1,2

1 Key Laboratory of Urban Environment and Health, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China2 College of Geomatics, Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China

The ecological effect of land use change has become a core issue in ecological studies. Analyzing the spatial and temporal changes in habitat quality caused by land-use change can provide a scientific basis for ecological protection and land planning. Taking Fujian Province as an example, we utilized the InVEST model to evaluate habitat quality. The habitat in Fujian can be classified into low, medium, good, and excellent grades based on the habitat quality index. We also analyzed the influence of land-use change on the spatiotemporal characters of habitat quality in Fujian Province. The results showed that: from 2000 to 2010, the landscape fragmentation index for Fujian Province gradually decreased, the connectivity between patches was acceptable, the extent of habitant fragmentation was improved, and the overall habitat value was higher than 0.9. In Fujian Province, woodland is a beneficial landscape covering almost 86% of the lands. The degree of fragmentation was quite low with little human interference; therefore, the majority of habitats in Fujian Province were of good and excellent quality. However, the southeast coastal areas of Fujian Province are of low and poor habitat quality (less than 0.6), the reason for which might be the rapid expansion of construction land that has increased the extent of damage to habitat quality. More than 65% of the GDP in Fujian Province can be attributed to the southeast coastal areas, and the structure of secondary or tertiary industries increasing the demand for infrastructure, industry, and residential land. As a consequence, more than 57% of the construction land in Fujian Province is concentrated in the southeast coastal areas. The high density of construction land in these areas has seriously encroached on large areas of bare land and farmland, disturbed the entire ecological pattern of the area, and destroyed habitat quality, which accounts for the typically lower habitat quality in the southeast than in other areas of Fujian Province.

InVEST model; habitat quality; landscape pattern

中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所青年人才領(lǐng)域前沿項(xiàng)目(IUEZD201404);中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所青年人才領(lǐng)域前沿項(xiàng)目(IUEQN201302); 福建省自然科學(xué)基金(2015J01177)

2016- 02- 05; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 23

10.5846/stxb201602050263

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lntang@iue.ac.cn.

劉智方, 唐立娜,邱全毅,肖黎姍,許通,楊麗.基于土地利用變化的福建省生境質(zhì)量時(shí)空變化研究.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(13):4538- 4548.

Liu Z F, Tang L N, Qiu Q Y, Xiao L S, Xu T, Yang L.Temporal and spatial changes in habitat quality based on land-use change in Fujian Province.Acta Ecologica Sinica,2017,37(13):4538- 4548.