北京邊緣地區(qū)景觀格局變化及對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響評價
——以牛欄山-馬坡鎮(zhèn)為例

王麗群,張志強,李 格,馬豐偉,陳立欣,*

1 北京林業(yè)大學水土保持國家林業(yè)局重點實驗室,北京 100083 2 北京林業(yè)大學北京市水土保持工程技術(shù)研究中心,北京 100083 3 北京林業(yè)大學林業(yè)生態(tài)工程教育部工程研究中心,北京 100083

城市邊緣區(qū)作為城市與鄉(xiāng)村的過渡地帶和未來城市的擴展區(qū)域[1],是城市化進程中生態(tài)環(huán)境比較敏感的地區(qū),在城市發(fā)展中占有重要地位。很多學者研究認為城鎮(zhèn)化對生態(tài)環(huán)境帶來了負面影響,使生態(tài)系統(tǒng)服務價值降低[2],例如,城鎮(zhèn)擴張、道路建設、工業(yè)發(fā)展等破壞自然植被、打斷水文系統(tǒng)[3- 4]。此外,城市邊緣地區(qū)集體產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展快,但規(guī)模小且數(shù)量多,導致很多農(nóng)業(yè)用地[5]和生態(tài)用地被違法占用,造成整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能改變。但是,人為干擾下造成土地利用結(jié)構(gòu)和功能的改變是否一定會使邊緣地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值降低,目前尚無定論。例如：Pickett等[6]認為擴大城市空間有利于提高生物多樣性。因此,在國家大力推進生態(tài)文明建設和美麗鄉(xiāng)村建設的背景下,探索城市邊緣地區(qū)景觀格局變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值影響具有重要現(xiàn)實意義。

定量評估生態(tài)系統(tǒng)服務價值已成為國際可持續(xù)發(fā)展研究的熱點之一[7],是當前生態(tài)學、生態(tài)經(jīng)濟學、環(huán)境科學以及土地管理科學的交叉前沿領(lǐng)域。對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的核算,在國內(nèi)主要是以謝高地等[8]的研究為基礎,根據(jù)不同區(qū)域?qū)嶋H情況調(diào)整生態(tài)服務當量因子表,從而估算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值,能夠比較科學地反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值情況,為區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設提供依據(jù)[9]。在研究尺度上,當前對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究主要集中于大尺度、多區(qū)域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究,例如：劉金勇等[10]探討了濟南市土地利用變化及其對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響；趙丹等[11]以淮北市為例,闡述了1987—2007間城市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響；劉桂林等[12]分析了整個長三角地區(qū)1980—2010年的土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響。但將土地利用格局變化運用到量化城市邊緣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值鮮有報道。相比于大尺度研究中復雜的政策和土地利用變化,小尺度研究更容易發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生變化的驅(qū)動機制[13]。

根據(jù)《2004—2020年北京城市總體規(guī)劃》,順義新城是東部發(fā)展帶的重要節(jié)點和重點發(fā)展的新城之一,帶動區(qū)域發(fā)展的臨空產(chǎn)業(yè)中心和先進制造業(yè)基地,是首都國際航空中心核心區(qū)。其中牛欄山-馬坡鎮(zhèn)是順義新城建設的核心區(qū),又是未來順義發(fā)展的產(chǎn)業(yè)核心區(qū)。在持續(xù)的快速經(jīng)濟發(fā)展背景下,兩地土地利用格局已發(fā)生并有可能持續(xù)發(fā)生劇烈的土地利用格局變化。因此,研究生態(tài)系統(tǒng)服務價值對當?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究旨在分析與探討社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下,牛欄山-馬坡鎮(zhèn)景觀格局的變化趨勢及其引起的生態(tài)服務價值的動態(tài)變化和驅(qū)動機制。本研究主要創(chuàng)新之處是分析了在快速發(fā)展地區(qū),時間變化造成的土地利用空間差異和結(jié)構(gòu)變化帶來的生態(tài)服務價值變化,并判斷整個區(qū)域生態(tài)服務價值增減的主要土地利用類型及原因。因此,本研究不僅為北京邊緣地區(qū)土地資源優(yōu)化配置、土地利用效益評價和可持續(xù)發(fā)展提供支撐,而且通過分析土地利用類型景觀指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值的關(guān)系,可為其他類似城市邊緣地區(qū)提高生態(tài)服務價值提出針對性對策提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

牛欄山-馬坡鎮(zhèn)(40°00′—40°18′ N, 116°28′—116°58′ E)位于北京市外邊緣順義區(qū)[14](圖1),共有23個行政村,占地面積7029 hm2。該區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L性氣候,年平均氣溫為11.5℃,最低氣溫零下19.1℃,最高氣溫達40.5℃。年日照2750 h,無霜期195 d左右。年均相對濕度50%,年均降雨量約625 mm,是華北地區(qū)降水量較均衡的地區(qū)之一,全年降水的75%集中在夏季。其中,屬地財稅收入馬坡鄉(xiāng)由2004年的0.61億元增長到2014的11.73億元。牛欄山鎮(zhèn)由2009年的3.53億元增長到2013年的11.26億元,經(jīng)濟跨越式增長明顯。

圖1 牛欄山-馬坡鎮(zhèn)地理位置示意圖Fig.1 Schematic map of the geographical location of Niulanshan-Mapo town

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)范圍為牛欄山-馬坡鎮(zhèn),包括1992年、2001年、2015年3期土地利用數(shù)據(jù),其中1992年和2001年土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所(http://www.radi.ac.cn/)和北京市國土局1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖,2015年土地利用數(shù)據(jù)根據(jù)worldview 2高分影像目視解譯得到。參考我國GB/T21010—2007《土地利用現(xiàn)狀分類》和生態(tài)用地相關(guān)分類體系[15],將研究區(qū)景觀類型分為2個一級分類,分別為建設用地和生態(tài)用地,其中生態(tài)用地又包括農(nóng)田、林地、水體、城市綠地、未利用地。具體分類見表1。

1.3 研究方法

1.3.1 景觀格局分析

景觀格局的變化直接影響棲息地質(zhì)量[16]以及營養(yǎng)元素食物遷移路徑[17- 18],間接改變生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和物質(zhì)循環(huán)過程。因此,對景觀格局進行定量分析并研究其動態(tài)特征,是理解生態(tài)過程的基礎[19]。由于景觀指數(shù)種類較多,且往往是高度相關(guān)的,所以本文以 Fragstat 4.2軟件作為技術(shù)平臺獲取景觀格局變化動態(tài)指數(shù),根據(jù)不同功能及屬性選取斑塊個數(shù)(NP, Number of Patches)、斑塊密度(PD, Patch Density)、最大斑塊指數(shù)(LPI, Largest Patch Index)、景觀形狀指數(shù)(LSI, Landscape Shape Index)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI, Shannon′s Diversity Index) 、散布與并列指數(shù)(IJI, Interspersion Juxtaposition Index)和蔓延度指數(shù)(CONTAG, Contagion Index)進行分析。其中,斑塊個數(shù)(NP)反映景觀的空間格局,經(jīng)常用來描述整個景觀的異質(zhì)性,其值的大小與景觀的破碎度有很好的正相關(guān)性；斑塊密度(PD)反映景觀總體斑塊的分化程度或破碎化程度,斑塊密度高表示單位面積斑塊規(guī)模小,景觀異質(zhì)性高；最大斑塊指數(shù)(LPI)是景觀中最大斑塊面積與總面積之比,有助于確定景觀優(yōu)勢類型；景觀形狀指數(shù)(LSI)是景觀邊界總長度與總面積平方根之比,值越大,表明類型越復雜,斑塊越分離；香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)反映景觀類型豐富和復雜程度,值越大表明景觀中沒有優(yōu)勢類型且各景觀類型趨于均勻分布；散布與并列指數(shù)(IJI)可以用來表征景觀總體分散情況,指標越大不同斑塊交替出現(xiàn)的規(guī)律越明顯；蔓延度指數(shù)(CONTAG)一般用來表征景觀中不同斑塊類型的團聚程度或蔓延趨勢,高蔓延值表明景觀類型中的某種優(yōu)勢斑塊類型形成了良好的連接性,反之則表明景觀是具有多種要素的密集格局,景觀的破碎化程度較高[20]。

1.3.2 土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

(1) 生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)

在國內(nèi),對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估主要采用謝高地等[8]的中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表。由于本研究中土地利用類型劃分與謝高地等的劃分不完全一致,需要將兩者的生態(tài)系統(tǒng)類型進行對比,并根據(jù)其他生態(tài)系統(tǒng)進行調(diào)整。其中,由于建設用地是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng),包括喬木、灌木、草地等組成的綠地系統(tǒng)和水體組成的流域生態(tài)系統(tǒng)等,與程琳等[20]的研究中土地利用分類相似,且都是基于城市生態(tài)服務價值的評估,因此,參考程琳等[21]的方法調(diào)整建設用地生態(tài)系統(tǒng)的當量因子,并將其他用地因轉(zhuǎn)化為建設用地而減少的損失納入建設用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的進行計算。由于沒有1992年建設用地綠地面積,本研究設定當年建設用地生態(tài)服務價值為0。

(2) 生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

根據(jù)各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù),基于謝高地等[8]的研究,生態(tài)服務價值系數(shù)=生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量×全國平均糧食單產(chǎn)市場價值/7,分別計算1992—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)各用地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值,計算公式如下：

式中,ESVn為某類生態(tài)系統(tǒng)服務的價值量,Vin為第i類用地類型的第n種生態(tài)系統(tǒng)服務的價值系數(shù),Ai為一種用地類型的面積。

1.3.3 景觀指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值相關(guān)性分析

建立景觀指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值的耦合關(guān)系,能夠較好反映景觀指數(shù)變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響。顧澤賢等[22]以瀾滄縣為研究對象,利用2000年、2005年和2010年影像的解譯結(jié)果,建立并分析了景觀格局變化與其ESV的相關(guān)性關(guān)系。基于顧澤賢的研究,本研究利用SPSS軟件,選用Spearman相關(guān)系數(shù),采用1992年、2001年和2015年3期影像解譯出的結(jié)果,建立景觀指數(shù)與ESV的關(guān)系,分析研究區(qū)景觀指數(shù)變化對ESV的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛欄山-馬坡鎮(zhèn)1992—2015年景觀格局空間變化特征

根據(jù)牛欄山-馬坡鎮(zhèn)1992、2001、2015年3期土地利用圖(圖2),并參照上表中土地利用一級分類,得到2002—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)不同景觀類型面積變化及空間格局差異?？傮w來看,1992—2015年期間,牛欄山-馬坡鎮(zhèn)建設用地呈現(xiàn)向四周擴張的趨勢,農(nóng)田大面積收縮,林地面積向四周顯著擴張；水域面空間分布由分散到集中,從分散在北部和東部到集中到東南部。

圖2 牛欄山-馬坡鎮(zhèn)1992—2015年景觀格局空間變化Fig.2 Changing landscape patterns of Niulanshan-Mopo town from 1992 to 2015

2.2 景觀格局指數(shù)變化分析

1992—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)景觀斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)呈增長趨勢,且景觀斑塊數(shù)量(NP)年增長均值有減弱趨勢；說明在1992—2015年雖然景觀破碎化程度加劇,異質(zhì)性不斷增高,但有減弱趨勢,景觀類型趨于豐富多元化,斑塊類型趨于均勻分布。景觀蔓延度指數(shù)(CONTAG)、散布與并列指數(shù)(IJI)呈遞減趨勢,且景觀蔓延度指數(shù)(CONTAG)遞減趨勢減弱；說明研究區(qū)的景觀破碎化程度升高,但升高趨勢有所減弱,不同斑塊類型的鄰接概率降低；最大斑塊指數(shù)(LPI)先減小后增大,但景觀形狀指數(shù)(LSI)卻正好相反,表明牛欄山-馬坡鎮(zhèn)1992—2015年優(yōu)勢景觀類型發(fā)生了改變,且景觀形狀發(fā)生劇烈改變。可知研究區(qū)的景觀格局受到人類活動的嚴重干擾(表2)。

表2 1992—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)土地利用景觀指數(shù)變化

NP:景觀斑塊數(shù)量Number of Patches；PD：斑塊密度 Patch Density；LPI：最大斑塊指數(shù) Largest Patch Index；LSI：景觀形狀指數(shù) Landscape Shape Index；CONTAG：景觀蔓延度指數(shù) Contagion Index；SHDI：香農(nóng)多樣性指數(shù) Shannon′s Diversity Index；IJI：散布與并列指數(shù) Interspersion Juxtaposition Index

2.3 不同景觀類型面積動態(tài)變化

圖3 牛欄山-馬坡鎮(zhèn)景觀類型面積變化 Fig.3 Changing area of different landscape types in Niulanshan-Mapo town

圖3表明1992—2015年農(nóng)田面積不斷減小,建設面積、林地不斷增大,尤其在2001—2015年變化趨勢更加明顯,在2015年建設用地已成為優(yōu)勢景觀類型,水體和未利用地面積變化不大,建設用地和林地主要由不斷減小的農(nóng)田轉(zhuǎn)化而來。1992—2001年北京邊緣區(qū)牛欄山-馬坡鎮(zhèn)城鎮(zhèn)用地面積從1988.7 hm2增加到2078.54 hm2,增長率為4.52%,城鎮(zhèn)化并不明顯,但2001—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)受人為干擾嚴重,城鎮(zhèn)用地面積從2078.54 hm2增加到3091 hm2,增長率達32.76%,城鎮(zhèn)化速度明顯加快。

2.4 不同景觀的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值分析

依據(jù)牛欄山-馬坡鎮(zhèn)3期土地利用變化數(shù)據(jù),結(jié)合不同土地利用類型的生態(tài)服務價值系數(shù)(表3),估算牛欄山-馬坡鎮(zhèn)景觀格局變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值(ESV)變化(圖4、圖5)。結(jié)果表明：較1992—2001年,2001—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務總價值增加了2528.39萬元；其中,林地ESV增加明顯,從1992年的1109.67萬元增加到2015年的8940.98萬元。水域、未利用地ESV變化不明顯,農(nóng)田和建設用地ESV逐年減小。在1992—2001年水體提供的ESV最多,是牛欄山-馬坡鎮(zhèn)提供生態(tài)系統(tǒng)服務的主要土地類型；但在2001—2015年,林地所提供的ESV超過水域,成為提供研究區(qū)ESV的主要土地類型。1992—2015年隨著景觀格局改變,牛欄山-馬坡鎮(zhèn)食物生產(chǎn)和廢物處理的ESV減少,其他各項生態(tài)服務功能價值均呈增加趨勢。由于農(nóng)田主要提供食物材料等價值,從側(cè)面說明農(nóng)田面積不斷較少。

表3 牛欄山-馬坡鎮(zhèn)不同景觀類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值

圖4 1992—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化 Fig.4 Changes of ecosystem services value of Niulanshan-Mapo town from 1992 to 2015

圖5 1992—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)各服務功能生態(tài)價值量 Fig.5 Ecosystem values of different functions in Niulanshan-Mapo town from 1992 to 2015圖中0,1000,2000,3000,4000代表生態(tài)服務價值量,從低到高代表服務價值量的增加

2.5 不同景觀類型對生態(tài)系統(tǒng)服務價值貢獻率分析

圖6 牛欄山-馬坡鎮(zhèn)五種景觀類型對生態(tài)系統(tǒng)服務價值貢獻率Fig.6 Ecosystem services value contribution of five landscape types in Niulanshan-Mapo town

從不同時期各景觀類型對生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的貢獻率來看(圖6),1992—2015年,林地對生態(tài)系統(tǒng)服務貢獻率最大,農(nóng)田和建設用地貢獻率最小,水體和未利用地對生態(tài)系統(tǒng)服務總價值貢獻率并沒有顯著變化。這表明：研究區(qū)ESV提高的主要原因是由于林地的增加,農(nóng)田面積的減少和建設用地的增加是造成生態(tài)系統(tǒng)服務總價值減少的原因。對于建設用地,2001—2015年相比1992—2015年對ESV的貢獻率明顯增大,表明隨著居民生活水平的提高,牛欄鎮(zhèn)-馬坡鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境有所改善。

2.6 景觀指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值相關(guān)性分析

根據(jù)牛欄山-馬坡鎮(zhèn)1992—2015年不同景觀指數(shù)與生態(tài)服務功能做關(guān)聯(lián)度分析,得到相關(guān)系數(shù)(表4),由表4可知：在選擇的6類景觀指數(shù)中,生態(tài)系統(tǒng)服務總價值與香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、散布與并列指數(shù)(IJI)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)相關(guān)性較高,說明景觀類型越豐富,破碎度越大有利于提高整體服務價值,景觀類型越分散可能不利于ESV的提升。在研究區(qū)雖然連通性逐漸降低,生態(tài)系統(tǒng)服務價值卻逐年升高,林地生態(tài)系統(tǒng)服務總價值與斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)均呈高度正相關(guān),與散布與并列指數(shù)呈高度負相關(guān),表明提高林地斑塊密度、最大斑塊指數(shù) 、景觀形狀指數(shù)有利于提高林地ESV,進而有利于提高總ESV；香農(nóng)多樣性指數(shù)、斑塊密度、散布與并列指數(shù)、蔓延度指數(shù)與各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能之間存在較高相關(guān)性,提高香農(nóng)多樣性指數(shù)、斑塊密度對提高原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀價值有較大影響,提高散布與并列指數(shù)、蔓延度指數(shù)有可能提高食物生產(chǎn)和廢物處理價值。

表4 景觀指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務各項價值的相關(guān)系數(shù)分析

3 討論

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化分析

通常認為,建設用地增加等人為擾動會造成ESV降低。例如,王佼佼[22]在北京ESV研究指出,由于建設用地急劇增長,耕地和水域面積大幅度減少,造成北京順義區(qū)2000—2008年ESV降低；張軼秀等[23]對廣州城市邊緣區(qū)ESV變化進行研究,發(fā)現(xiàn)在2000—2008年ESV隨著經(jīng)濟的發(fā)展也逐漸下降；馬鳳等[24]對同屬于一線城市的上海臨港新城ESV變化的研究發(fā)現(xiàn),由于人為干擾和土地利用的改變,2000—2006年ESV逐漸降低?？傮w來看,由于經(jīng)濟的發(fā)展,在2000—2008年期間一線城市邊緣地區(qū)ESV普遍降低。與此形成對比的是：牛欄山-馬坡鎮(zhèn)1992—2015年建設用地雖然不斷侵占農(nóng)田和生態(tài)用地。但ESV并沒有減少,反而增加3382.73萬元,且2002—2015年增幅加大。這是由于雖同處城市邊緣區(qū),但經(jīng)濟發(fā)展和政策導向存在城市間差異。本研究中牛欄山-馬坡鎮(zhèn)ESV增大主要原因包括：(1)牛欄山-馬坡鎮(zhèn)大量農(nóng)田轉(zhuǎn)化為林地,例如,苗圃面積增加1394 hm2,占林業(yè)總增長量的81.25%,而林地的生態(tài)價值系數(shù)相對較大,林地對ESV起決定性作用；(2)研究區(qū)植被覆蓋率顯著提高。由于2001年實施的退耕還林工程、水上奧運場館及配套綠化工程、公路綠色交通體系建設、生態(tài)廊道建設工程、百村萬戶綠化美化工程、首都平原百萬畝造林工程等使牛欄山-馬坡鎮(zhèn)植被覆蓋率增大,林地面積增加,使得植被固碳釋氧、吸熱降溫、空氣和水質(zhì)凈化等生態(tài)功能,因此對氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、保持土壤價值有顯著提高作用[25]。同時增大了截留降水和補充地下水的能力,對水源涵養(yǎng),水文調(diào)節(jié)功能有較大貢獻；(3)在經(jīng)濟拉力上,由于果業(yè)在收益上高于糧食作物,所以傳統(tǒng)耕地更多用于種植經(jīng)濟林,直接增加了植被覆蓋度[26],從而提高ESV。整體而言：牛欄山-馬坡鎮(zhèn)林地和園地帶來的生態(tài)經(jīng)濟效益彌補了由于建設用地的擴大造成的ESV的損失；加強林業(yè)建設、擴大園地面積、加大建設用地綠地覆蓋率是提高牛欄山-馬坡鎮(zhèn)生態(tài)服務價值的主要措施。因此,牛欄山-馬坡鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境建設模式可為其他邊緣地區(qū)城市發(fā)展提供參考。

3.2 景觀格局對生態(tài)系統(tǒng)服務價值影響分析

景觀格局演變與生態(tài)系統(tǒng)服務變化之間存在著密切相關(guān)性[27]。第一,景觀功能決定生態(tài)過程,由于氣候、天氣狀況等會影響景觀功能,景觀功能的改變影響能量的流動和營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán),從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務價值。例如,農(nóng)田耕作、施肥等改變土壤物理化學性質(zhì),影響土壤對有機物的儲存,增加非點源污染的發(fā)生。最終影響生態(tài)系統(tǒng)服務價值[28]。第二,景觀格局的改變影響景觀指數(shù)的變化,從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務價值。王云等[29]以西安市為例,利用1999年、2004年和2011年影像數(shù)據(jù),研究了都市農(nóng)業(yè)景觀破碎化過程對ESV的影響,表明最大斑塊指數(shù)與各項ESV均呈較強的正相關(guān)關(guān)系,但斑塊密度和分離度呈負相關(guān)。張明陽等[30]分析了桂西北典型喀斯特區(qū)ESV與景觀格局的關(guān)系,表明最大斑塊指數(shù)、蔓延度指數(shù)與ESV呈曲線正相關(guān),隨著連通性的增強,ESV有所增加；分離度指數(shù)、斑塊豐富度與ESV呈曲線負相關(guān),隨著斑塊的破碎與分離的加大生態(tài)服務價值有所減少。岑曉騰[25]以杭州灣南岸區(qū)域為例,研究了景觀格局與ESV的關(guān)系,表明增加景觀多樣性、提高破碎度和分散度有利于提高整體服務價值。從目前研究來看,不同區(qū)域,由于景觀格局的不同,景觀指數(shù)與ESV的關(guān)系不同,每種景觀指數(shù)對生態(tài)系統(tǒng)服務影響的程度有待于深入研究。本研究結(jié)果表明牛欄山-馬坡鎮(zhèn)受城鎮(zhèn)化影響,斑塊密度增大,最大斑塊指數(shù)先減后增,蔓延度不斷減小,破碎度增大,ESV不斷增大。

鑒于以上分析,提出以下幾點對策建議,對未來北京邊緣區(qū)發(fā)展規(guī)劃提供參考：

(1)潮白河與牛欄山鎮(zhèn)緊密相連,且位于牛欄山鎮(zhèn)內(nèi),潮白河是順義新城發(fā)展的生態(tài)屏障。因此,對于毗鄰水系的城市邊緣區(qū),要加強對林地的保護力度,要嚴格控制耕地及其他地類對林地、水域的侵占,合理利用國家政策,提升牛欄山鎮(zhèn)潮白河作為生態(tài)屏障的服務功能。

(2)牛欄山-馬坡鎮(zhèn)在完成耕地保護指標的同時,要保護提高全域林地和水域面積,注重維持現(xiàn)有苗圃面積和經(jīng)濟林面積,通過各種方式提升牛欄山-馬坡鎮(zhèn)生態(tài)服務價值。

(3)牛欄山-馬坡鎮(zhèn)要控制建設用地比例,并且提高建設用地綠地覆蓋率,緩解由于建設用地面積增加,生態(tài)服務價值劇烈減小的趨勢。

(4)對于北京市邊緣區(qū)要通過提高斑塊面積及數(shù)量,提高整個區(qū)域景觀格局斑塊密度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和多樣性指數(shù),注重提高林地密度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù),以提高生態(tài)服務價值,改善生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)論

本文以牛欄山-馬坡鎮(zhèn)1992年、2001年和2015年3期土地利用數(shù)據(jù)為基礎開展城市邊緣區(qū)景觀格局變化及其生態(tài)服務價值影響分析,年份跨度大,尺度小,能夠較好的反映城市邊緣地區(qū)小尺度上景觀格局變化及其對ESV空間變化影響,并且構(gòu)建了“土地利用景觀指數(shù)—生態(tài)系統(tǒng)服務價值”相關(guān)性分析,找出了決定牛欄山-馬坡鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化的主要土地利用類型以及相關(guān)指數(shù),可以較好地分析自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會系統(tǒng)之間的驅(qū)動和反饋機制,結(jié)果表明：

(1)1992—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)受到人類強烈干擾,景觀格局發(fā)生顯著變化,破碎化程度加劇,異質(zhì)性不斷提高,且景觀類型趨于豐富多元化,斑塊類型趨于均勻分布,優(yōu)勢景觀類型由農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO用地。

(2)1992—2015年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)ESV總量不斷增大,其中1992—2001年牛欄山-馬坡鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務總價值變化不大,僅增加427.17萬元,但2001—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務總價值增加了2955.56萬元,增幅明顯。除食物生產(chǎn)和廢物處理價值減少外,其他各項生態(tài)服務功能價值均呈增加趨勢。主要提供ESV的優(yōu)勢景觀類型由水域變?yōu)榱值亍?/p>

(3)從景觀格局對ESV影響分析得知：不同區(qū)域景觀指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務價值相關(guān)性不同,在城市邊緣區(qū)林業(yè)對ESV起著決定性作用,提高林地斑塊數(shù)量及面積有利于提高林地生態(tài)服務功能,進而提高生態(tài)系統(tǒng)服務總價值。加強林業(yè)建設,提高建設用地綠地覆蓋率是克服建設面積擴張而導致生態(tài)服務功能降低的有效措施。

[1] 劉巧芹, 吳克寧, 潘瑜春, 趙華甫, 馬建輝, 郭愛請. 大城市邊緣區(qū)土地利用空間格局特征分析——以北京大興區(qū)為例. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報, 2014, 30(2): 174- 181.

[2] Zang Z, Zou X Q, Zuo P, Song Q C, Wang C L, Wang J J. Impact of landscape patterns on ecological vulnerability and ecosystem service values: an empirical analysis of Yancheng Nature Reserve in China. Ecological Indicators, 2017, 72: 142- 152.

[3] de la Barrera F, Rubio P, Banzhaf E. The value of vegetation cover for ecosystem services in the suburban context. Urban Forestry & Urban Greening, 2016, 16: 110- 122.

[4] Alberti M, Marzluff J M. Ecological resilience in urban ecosystems: linking urban patterns to human and ecological functions. Urban Ecosystems, 2004, 7(3): 241- 265.

[5] 陽文銳. 北京城市景觀格局時空變化及驅(qū)動力. 生態(tài)學報, 2015, 35(13): 4357- 4366.

[6] Pickett S T A, Cadenasso M L, Grove J M, Groffman P M, Band L E, Boone C G, Burch W R Jr, Grimmond C S B, Holm J, Jenkins J C, Law N L, Nilon C H, Pouyat R V, Szlavecz K, Warren P S, Wilson M A. Beyond urban legends: an emerging framework of urban ecology, as illustrated by the Baltimore ecosystem study. BioScience, 2008, 58(2): 139- 150.

[7] 李全, 李騰, 楊明正, 應瑋. 基于梯度分析的武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空分異特征. 生態(tài)學報, 2017, doi: 10.5846/stxb201510282180.

[8] 謝高地, 魯春霞, 肖玉, 鄭度. 青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估. 山地學報, 2003, 21(1): 50- 55.

[9] 黃湘, 陳亞寧, 馬建新. 西北干旱區(qū)典型流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化. 自然資源學報, 2011, 26(8): 1364- 1376.

[10] 劉金勇, 孔繁花, 尹海偉, 閆偉姣, 孫常峰, 許峰. 濟南市土地利用變化及其對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響. 應用生態(tài)學報, 2013, 24(5): 1231- 1236.

[11] 趙丹, 李鋒, 王如松. 城市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響——以淮北市為例. 生態(tài)學報, 2013, 33(8): 2343- 2349.

[12] 劉桂林, 張落成, 張倩. 長三角地區(qū)土地利用時空變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響. 生態(tài)學報, 2014, 34(12): 3311- 3319.

[13] 張舟, 吳次芳, 譚榮. 生態(tài)系統(tǒng)服務價值在土地利用變化研究中的應用: 瓶頸和展望. 應用生態(tài)學報, 2013, 24(2): 556- 562.

[14] 李世峰. 北京城市邊緣區(qū)存在的主要問題及解決對策. 經(jīng)濟師, 2006, (2): 272- 273.

[15] 鄧紅兵, 陳春娣, 劉昕, 吳鋼. 區(qū)域生態(tài)用地的概念及分類. 生態(tài)學報, 2009, 29(3): 1519- 1524.

[16] Guiomar N, Godinho S, Fernandes P M, Machado R, Neves N, Fernandes J P. Wildfire patterns and landscape changes in Mediterranean oak woodlands. Science of the Total Environment, 2015, 536: 338- 352.

[17] Jansson ?, Folke C, Langaas S. Quantifying the nitrogen retention capacity of natural wetlands in the large-scale drainage basin of the Baltic Sea. Landscape Ecology, 1998, 13(4): 249- 262.

[18] Li X Z, Qu X R, Wang L P, Zhang H R, Xiao D N. Purification function of the natural wetland in the Liaohe Delta. Journal of Environmental Sciences, 1999, 11(2): 236- 242.

[19] Turner M G, Gardner R H. Quantitative Methods in Landscape Ecology. New York: Springer-Verlag, 1991: 11- 19.

[20] 傅伯杰, 陳利頂, 馬克明, 王仰麟. 景觀生態(tài)學原理及應用. 北京: 科學出版社, 2001: 202- 207.

[21] 程琳, 李鋒, 鄧華鋒. 中國超大城市土地利用狀況及其生態(tài)系統(tǒng)服務動態(tài)演變. 生態(tài)學報, 2011, 31(20): 6194- 6203.

[22] 顧澤賢, 趙筱青, 高翔宇, 謝鵬飛. 瀾滄縣景觀格局變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價. 生態(tài)科學, 2016, 35(5): 143- 153.

[23] 張軼秀, 千懷遂. 廣州城市邊緣區(qū)土地利用變化及其對生態(tài)服務價值的影響. 廣東農(nóng)業(yè)科學, 2010, 37(9): 294- 298, 304- 304.

[24] 馬鳳, 蔡永立. 上海臨港新城開發(fā)對土地利用及生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響. 復旦學報: 自然科學版, 2013, 52(1): 69- 77.

[25] 岑曉騰. 土地利用景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務價值的關(guān)聯(lián)分析及優(yōu)化研究——以杭州灣南岸區(qū)域為例[D]. 杭州: 浙江大學, 2016.

[26] 劉焱序, 任志遠, 李春越. 秦嶺山區(qū)景觀格局演變的生態(tài)服務價值響應研究——以商洛市為例. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2013, 27(3): 109- 114.

[27] 李鋒, 葉亞平, 宋博文, 王如松. 城市生態(tài)用地的空間結(jié)構(gòu)及其生態(tài)系統(tǒng)服務動態(tài)演變——以常州市為例. 生態(tài)學報, 2011, 31(19): 5623- 5631.

[28] Adhikari K, Hartemink A E. Linking soils to ecosystem services——a global review. Geoderma, 2016, 262(15): 101- 111.

[29] 王云, 周忠學, 郭鐘哲. 都市農(nóng)業(yè)景觀破碎化過程對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響——以西安市為例. 地理研究, 2014, 33(6): 1097- 1105.

[30] 張明陽, 王克林, 劉會玉, 陳洪松, 章春華, 岳躍民. 桂西北典型喀斯特區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值對景觀格局變化的響應. 應用生態(tài)學報, 2010, 21(5): 1174- 1179.