基于CA-Markov和InVEST模型的土地利用變化對(duì)生境影響評(píng)價(jià)
——以福建省福州新區(qū)為例

黃 康, 戴文遠(yuǎn),3, 黃萬(wàn)里,3, 歐 惠, 胡航簫

(1.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 福建 福州 350007; 2.福建師范大學(xué) 地理研究所, 福建 福州 350007;3.福建師范大學(xué) 濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)地理過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建 福州 350007)

土地利用變化是在經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展階段轉(zhuǎn)型相適應(yīng)的區(qū)域土地利用格局變化的過(guò)程。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展，土地利用變化一直是全球變化與可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)之一[1-3]。在自然和人為等多方面驅(qū)動(dòng)因素的綜合影響下土地利用發(fā)生變化，反之，土地利用變化也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)交換與能量循環(huán)產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響生境質(zhì)量和生態(tài)變化過(guò)程，最終改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能[4]。因此，深入研究土地利用變化對(duì)生境質(zhì)量的影響，對(duì)分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。近年來(lái)生境質(zhì)量評(píng)價(jià)多采用模型的方法[5-7]，其中采用最廣的是由美國(guó)斯坦福大學(xué)和世界自然基金會(huì)等機(jī)構(gòu)研發(fā)的一種可以量化多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的InVEST模型，該模型具有數(shù)據(jù)需求量相對(duì)較小，結(jié)果可視化等特點(diǎn)。褚琳等[8]利用InVEST模型對(duì)2000—2010年遼寧省海岸帶景觀格局與生境質(zhì)量變化進(jìn)行了研究并分析了引起變化的原因。鄭宇等[9]采用InVEST模型分析昌黎縣土地利用及景觀格局的變化對(duì)生境質(zhì)量產(chǎn)生的影響，但多數(shù)研究都只針對(duì)于研究區(qū)過(guò)去和現(xiàn)在的生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)未來(lái)情況預(yù)測(cè)的研究較少。而CA-Markov模型[10-11]可以對(duì)未來(lái)的土地利用格局進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)將CA模型[12-13]和Markov模型[14]有機(jī)結(jié)合，既可以提高預(yù)測(cè)的精度，又可以更好地模擬土地利用格局的空間變化。井云清[15]等、吳晶晶[11]等運(yùn)用CA-Markov模型分別對(duì)艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)和烏江下游地區(qū)的土地利用/覆被變化及預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析。但目前運(yùn)用CA-Markov模型對(duì)土地利用變化模擬預(yù)測(cè)的研究多集中在較大區(qū)域尺度，而在中小區(qū)域尺度范圍內(nèi)的研究較少。因此，本文以福建省福州新區(qū)為例，將CA-Markov模型的模擬預(yù)測(cè)能力以及InVEST模型的生境質(zhì)量分析能力相結(jié)合，針對(duì)中尺度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)生境質(zhì)量變化與預(yù)測(cè)的研究。

國(guó)家級(jí)新區(qū)——福州新區(qū)既是推進(jìn)福州大都市區(qū)向東面海發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，又是兩岸交流合作的重要承載區(qū)、擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放重要門(mén)戶、東南沿海重要現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)基地、改革創(chuàng)新示范區(qū)和生態(tài)文明先行區(qū)。根據(jù)《福州新區(qū)發(fā)展規(guī)劃》(初稿)，福州新區(qū)應(yīng)堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，充分利用區(qū)內(nèi)的生態(tài)優(yōu)勢(shì)，走新型城鎮(zhèn)化的道路，建設(shè)生態(tài)宜居型新城區(qū)。但在新區(qū)發(fā)展過(guò)程中，無(wú)法避免的會(huì)造成生態(tài)用地的破壞以及生境質(zhì)量的下降。因此，本文首先利用CA-Markov模型對(duì)福州新區(qū)內(nèi)各土地利用類型的變化進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，深入分析其土地利用變化規(guī)律；其次通過(guò)InVEST模型對(duì)過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析土地利用變化對(duì)生境產(chǎn)生的影響，為福州新區(qū)今后的發(fā)展建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福州新區(qū)于2015年經(jīng)國(guó)務(wù)院批復(fù)成立，2016年被進(jìn)一步確立為大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新示范基地。該區(qū)位于福州市濱海地區(qū)，地理坐標(biāo)介于119°13′12″—119°42′47″E，25°20′41″—26°8′11″N，與臺(tái)灣北部隔海相望，對(duì)臺(tái)優(yōu)勢(shì)明顯。初期規(guī)劃范圍包括馬尾區(qū)、倉(cāng)山區(qū)、長(zhǎng)樂(lè)區(qū)、福清市的部分區(qū)域，共涉及30個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，規(guī)劃面積800 km2。新區(qū)屬典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)自然生態(tài)環(huán)境條件優(yōu)越，景觀獨(dú)特，森林覆蓋率高，土壤肥沃，濕地資源豐富，海域遼闊，海岸線綿長(zhǎng)，擁有江陰、松下等深水良港以及廣闊的潮間灘涂，具有綜合開(kāi)發(fā)潛力。福州新區(qū)地處長(zhǎng)三角與珠三角之間，區(qū)位條件優(yōu)越，不僅是福州大都市發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極，而且在深化對(duì)臺(tái)交流合作方面具有重要的戰(zhàn)略地位。福州新區(qū)近年來(lái)各項(xiàng)建設(shè)快速展開(kāi)，城鎮(zhèn)化發(fā)展很快，在人類活動(dòng)強(qiáng)烈的干擾下，土地利用變化顯著，對(duì)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生深刻影響。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云2000年Landsat_ETM+和2015年Landat_OLI影像，分辨率為15 m×15 m。應(yīng)用ENVI 5.0對(duì)兩期影像進(jìn)行幾何校正，并在ecognition軟件支持下對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督分類。參照全國(guó)土地利用分類體系(GB/T21010-2017)并根據(jù)研究區(qū)域的景觀特征，把研究區(qū)域的土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、海域、未利用地等7類。最后結(jié)合人工目視解譯，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查錯(cuò)和修改，并利用Google Earth軟件進(jìn)行精度的檢驗(yàn)，兩期遙感影像解譯精度均在83%以上，分類精度達(dá)到要求，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況建立了土地利用二級(jí)分類體系(表1)。

表1 研究區(qū)土地利用分類體系

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間分析模型 傳統(tǒng)的單一土地利用動(dòng)態(tài)度模型和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度模型都只考慮了一種土地利用類型轉(zhuǎn)換為另一種土地利用類型的單向變化過(guò)程，并沒(méi)有考慮到由其它土地類型轉(zhuǎn)變?yōu)樵擃愋偷淖兓^(guò)程。因此本研究利用劉盛和等[16]提出的土地利用變化的空間分析模型，其計(jì)算公式為：

TRLi=(LA(i,t1)-ULAi)/LA(i,t1)/(t2-t1)×100%

(1)

IRLi=(LA(i,t2)-ULAi)/LA(i,t1)/(t2-t1)×100%

(2)

CCLi={(LA(i,t2)-ULAi)+(LA(i,t1)-ULAi)}/

LA(i,t1)/(t2-t1)×100%=TRLi+IRLi

(3)

式中：TRLi， IRLi， CCLi——第i種土地利用類型在t1至t2期間的轉(zhuǎn)移速率、新增速率和變化速率； LA(i,t1)， LA(i,t2)——t1和t2時(shí)刻的第i種土地利用類型的面積； ULAi——研究期內(nèi)第i種土地利用類型未變化部分的面積；t1，t2——研究初期和末期的時(shí)間。

根據(jù)各土地利用類型面積增加或減少將其劃分為擴(kuò)張型和衰減型，結(jié)合各土地利用類型轉(zhuǎn)移速率與新增速率對(duì)比，進(jìn)一步將其劃分為高速型、中速型和低速型。綜合考慮兩種劃分方式，對(duì)其進(jìn)行排列組合共可產(chǎn)生6種類型，其計(jì)算公式與劃分方式(表2)為：

M=│Ti-Ni│/max(Ti,Ni)

(4)

式中：M——土地利用類型的變化類型的定量表示；Ti——第i種土地利用類型的轉(zhuǎn)移速率；Ni——第i種土地利用類型的新增速率。

表2 土地利用變化類型劃分

2.2.2 CA-Markov模型

(1) CA模型主要由空間、元胞、鄰域和轉(zhuǎn)化規(guī)則4個(gè)要素組成。在傳統(tǒng)的土地利用CA模型中，時(shí)間、空間和狀態(tài)被認(rèn)為是離散的[17]。每個(gè)柵格都代表著一個(gè)元胞，每個(gè)元胞都代表著各自特定的狀態(tài)即土地利用類型，并且每一個(gè)元胞的狀態(tài)都會(huì)隨著鄰域狀態(tài)和轉(zhuǎn)化規(guī)則的變化而變化，CA模型可表達(dá)為：

S(t+1)=f[S(t),N]

(5)

式中：S——元胞空間即元胞有限、離散狀態(tài)的集合；f——元胞狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則函數(shù)；N——每個(gè)元胞的鄰域；t+1，t——兩個(gè)不同的時(shí)刻。

(2) 馬爾科夫預(yù)測(cè)是一種具有“無(wú)后效應(yīng)”的隨機(jī)過(guò)程，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率僅與轉(zhuǎn)移時(shí)的狀態(tài)、轉(zhuǎn)移步數(shù)、轉(zhuǎn)移后的狀態(tài)有關(guān)，而與轉(zhuǎn)移前的時(shí)刻無(wú)關(guān)。由于土地利用變化也具有類似馬爾科夫過(guò)程的性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于預(yù)測(cè)土地利用的動(dòng)態(tài)變化[18]。其模擬土地利用變化的計(jì)算公式為：

S(t+1)=Pij×S(t)

(6)

式中：S(t+1)，S(t)——t+1時(shí)刻和t時(shí)刻的土地利用系統(tǒng)的狀態(tài)；Pij——狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣。

(3) CA-Markov模型可以有機(jī)結(jié)合Markov模型長(zhǎng)時(shí)間序列模擬預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)和CA模型在模擬空間變化的優(yōu)勢(shì)，可以較好地在數(shù)量和空間上對(duì)土地利用變化的時(shí)空格局進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)[19]。在IDRISI軟件的支持下，利用轉(zhuǎn)移概率矩陣和轉(zhuǎn)換適宜性圖集實(shí)現(xiàn)模型的運(yùn)算，并構(gòu)建5×5的濾波器。CA濾波器通過(guò)確定元胞的鄰域創(chuàng)建具有顯著空間意義的權(quán)重因子，使其作用于元胞從而確定其狀態(tài)的改變。以2000年為基期年，迭代次數(shù)設(shè)為15次，得到2015年模擬的土地利用格局，并對(duì)其進(jìn)行Kappa系數(shù)檢驗(yàn)。最后再以2015年為基期年，迭代次數(shù)設(shè)為15次，最終得到2030年模擬的土地利用格局。

2.2.3 InVEST生境質(zhì)量模型 InVEST生境質(zhì)量模型中定義生境為“通過(guò)給定的有機(jī)體為生命體提供資源和生存及繁育條件的空間[20]”。該模型是通過(guò)建立威脅源與生境質(zhì)量之間的聯(lián)系，綜合考慮威脅的相對(duì)影響(權(quán)重)、生境柵格與威脅之間的距離、柵格受法律保護(hù)的程度以及每一種生境類型對(duì)每一種威脅的相對(duì)敏感性等因素，計(jì)算威脅源對(duì)生境質(zhì)量的負(fù)面影響，得到研究區(qū)域的生境退化程度與生境質(zhì)量。具體計(jì)算過(guò)程為：

(7)

式中：R——威脅因子；y——威脅因子r柵格圖層的柵格數(shù)；Yr——威脅因子所占柵格數(shù)；ωr——威脅因子權(quán)重；ry——柵格y的威脅因子值(0或1)；irxy——柵格y的威脅因子值ry對(duì)生境柵格x的威脅水平；βx——柵格x的可達(dá)性水平取值0～1； 1表示極易達(dá)到，Sjr——生境類型j對(duì)威脅因子r的敏感程度；irxy通過(guò)下式得到:

(8)

(9)

式中：dxy——柵格x與柵格y之間的直線距離；drmax——威脅因子r的最大影響距離。

(10)

式中：Hj——地類j的生境適宜度；Dxj——地類j中柵格x的生境退化度；k——半飽和常數(shù)，即退化度最大值的1/2；z——模型默認(rèn)參數(shù)。

運(yùn)行生境質(zhì)量模型需要的主要參數(shù)包括威脅因子影響的距離及其權(quán)重、生境對(duì)各威脅因子的適宜度和敏感性。根據(jù)模型推薦的參考值和研究區(qū)實(shí)際情況，將對(duì)自然環(huán)境影響程度較大的人工用地(建設(shè)用地)和半人工用地(耕地)作為威脅因子，其影響范圍和權(quán)重按照人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境影響程度，即人工用地>半人工用地進(jìn)行賦值(表3)。參考InVEST模型的實(shí)例并結(jié)合Foresman[21]、肖明[22]、鞏杰[23]、吳季秋[24]等學(xué)者的研究，對(duì)各生境類型對(duì)威脅因子的適宜度與敏感性進(jìn)行賦值(表4)。

表3 威脅因子的最大影響距離及其權(quán)重

表4 不同生境類型對(duì)不同威脅因子的敏感度

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用動(dòng)態(tài)演變

根據(jù)土地利用變化空間分析模型對(duì)福州新區(qū)2000—2015年的土地利用變化程度的測(cè)算和變化類型劃分的結(jié)果(表5—6)可以看出： ①15 a間福州新區(qū)耕地的轉(zhuǎn)移面積最大，達(dá)7 047.27 hm2，占區(qū)域總體轉(zhuǎn)移面積的37.49%，是其他土地利用類型新增部分的主要來(lái)源。轉(zhuǎn)移速度明顯快于其他土地利用類型，接近其新增速度的3倍，且耕地的轉(zhuǎn)移速率遠(yuǎn)大于其新增速率，屬于中速衰減型。但是由于耕地的基期面積在所有類型中最大，導(dǎo)致其變化速率以及轉(zhuǎn)移速率并不高。 ②建設(shè)用地的新增速度和速率在所有土地利用類型中都是最快的，其新增面積同樣也是最大的，且新增速率遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)移速率，屬于高速擴(kuò)張型。在研究期內(nèi)，建設(shè)用地的新增面積占區(qū)域總體新增面積的61.52%，可見(jiàn)福州新區(qū)在15 a內(nèi)經(jīng)歷了較為劇烈的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張。 ③未利用地是福州新區(qū)內(nèi)變化最為劇烈的地類，其變化比例高達(dá)49.23%，遠(yuǎn)高于其他土地利用類型。在研究期內(nèi)，未利用地的轉(zhuǎn)移速率最快且新增速率僅次于建設(shè)用地，從而導(dǎo)致其轉(zhuǎn)移面積與新增面積相當(dāng)，說(shuō)明新區(qū)內(nèi)對(duì)未利用地的使用和閑置程度都較高。 ④除林地和水域?qū)儆谥兴偎p型外，草地和海域分別均屬于低速衰減型，其轉(zhuǎn)移速度和速率一般大于其同期的新增速度與速率，凈地面積在減少。其中林地和水域的衰減趨勢(shì)較為明顯，在轉(zhuǎn)移速率為1.34%和1.86%的同時(shí)新增速率只有0.37%和0.64%。

表5 福州新區(qū)2000-2015年土地利用動(dòng)態(tài)變化率

表6 福州新區(qū)2000-2015年各類用地變化類型

注：M為土地利用類型的變化類型的定量表示。

3.2 CA-Markov預(yù)測(cè)結(jié)果

為提高CA-Markov模型的預(yù)測(cè)精度，本研究采用土地利用分類中的二級(jí)地類進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，運(yùn)用IDRISI模型中的Crosstab模塊對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行Kappa系數(shù)檢驗(yàn)。其計(jì)算公式為：

Kappa=(Po-Pc)/(Pp-Pc)

(11)

式中：Po——正確模擬的比例；Pp——理想分類情況下的正確模擬比例；Pc——隨機(jī)情況下期望的正確模擬比例。通常，當(dāng)Kappa≥0.75時(shí)，則說(shuō)明模擬精度較高；當(dāng)0.4≤Kappa≤0.75時(shí)，模擬精度一般；當(dāng)Kappa≤0.4時(shí)，則精度較差。將2000年土地利用現(xiàn)狀圖與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到模擬結(jié)果對(duì)比數(shù)據(jù)(表7)。由模擬結(jié)果可知，968 637個(gè)柵格得到正確模擬，占總柵格數(shù)量的92.51%。2015年模擬值與實(shí)際值的總體Kappa系數(shù)達(dá)到0.957 2，遠(yuǎn)大于0.75，并且各土地利用類型的Kappa系數(shù)均大于0.75。表明兩者一致性較高，變化相對(duì)較小，模擬結(jié)果可信。據(jù)此，本研究進(jìn)一步模擬研究區(qū)2030年土地利用情況。

表7 福州新區(qū)2015年部分土地利用類型模擬Kappa系數(shù)

3.3 生境質(zhì)量的時(shí)空演變特征

基于CA-Markov和InVEST模型得到研究區(qū)2000，2015和2030年的生境質(zhì)量時(shí)空分布。生境質(zhì)量指數(shù)在柵格圖層中是以0～1之間連續(xù)變化的值來(lái)體現(xiàn)，其值越接近1，則生境質(zhì)量越好，越有利于生物多樣性的維持。為更好地比較研究區(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)果等距劃分為低(0～0.2)、較低(0.2～0.4)、中等(0.4～0.6)、較高(0.6～0.8)和高(0.8～1)5個(gè)級(jí)別，分別統(tǒng)計(jì)3期各等級(jí)生境質(zhì)量柵格數(shù)及其所占百分比(圖1，表8)。結(jié)果表明： ①在時(shí)間上，研究區(qū)2000—2030年生境質(zhì)量明顯下降。其中，2000年生境質(zhì)量最好，中等及以上生境占62.33%，且低等級(jí)生境僅占17.50%。至2015年，中等及以上生境占比降至56.07%，雖然較低等級(jí)生境占比有所上升，但低等級(jí)生境占比顯著上升至29.48%。至2030年，生境質(zhì)量進(jìn)一步下降，低等級(jí)生境占比上升至41.23，而較低等級(jí)生境驟降為0，主要向低等級(jí)和中等級(jí)生境轉(zhuǎn)移。雖然2030年中等及以上生境占比達(dá)58.57%，較2015年有所上升，但不可忽視的是低等級(jí)生境占比增加了11.94%和高等級(jí)生境占比減少了6.45%。以上變化表明，2000—2030年研究區(qū)生境質(zhì)量明顯退化，從土地利用及其轉(zhuǎn)移變化來(lái)看，其主要原因?yàn)?000—2030年建設(shè)用地和未利用地等生境適宜度較低的地類面積大大增加，而研究區(qū)內(nèi)面積最大的耕地和生境適宜度較高的林地以及水體面積大量減少。 ②在空間上，研究區(qū)生境質(zhì)量整體體現(xiàn)出由西北向東南逐漸遞增的趨勢(shì)。其中，北部地區(qū)生境退化較為嚴(yán)重，主要分布在馬尾鎮(zhèn)和城門(mén)鎮(zhèn)地區(qū)，上述地區(qū)與福州市中心緊密相連，主要受福州市中心建設(shè)用地向外擴(kuò)張的影響；其次為瑯岐開(kāi)發(fā)區(qū)，其位于閩江入?？谔?，2000—2015年生境退化并不顯著，至2030年，瑯岐開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)用地環(huán)島擴(kuò)張趨勢(shì)明顯，同時(shí)影響閩江入?？谔幧迟|(zhì)量。中部地區(qū)以長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)向外擴(kuò)散生境質(zhì)量逐年降低，以低等和中等為主。雖然文武砂水庫(kù)保持著高等級(jí)的生境質(zhì)量，但由于福州濱海新城東湖VR小鎮(zhèn)的建設(shè)導(dǎo)致其周邊生境質(zhì)量已達(dá)到低等級(jí)。南部變化較為緩和，主要以江陰國(guó)際集裝箱碼頭為中心向外擴(kuò)張以及侵占沿海灘涂和淺海水域?qū)е律迟|(zhì)量逐年下降；江鏡鎮(zhèn)人工環(huán)境侵占相對(duì)較少仍然保持著高等級(jí)的生境質(zhì)量；而高山鎮(zhèn)和東瀚鎮(zhèn)內(nèi)分布著眾多丘陵，低生境分布較為零星，且根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，該地區(qū)中部分草地及耕地轉(zhuǎn)換為林地，生境質(zhì)量有所上升。

圖1 福州新區(qū)生境質(zhì)量空間分布(2000-2030年)

表8 福州新區(qū)2000-2030年不同等級(jí)生境質(zhì)量比例

等級(jí)生境質(zhì)量2000年?yáng)鸥駭?shù)/104所占比例/%2015年?yáng)鸥駭?shù)/104所占比例/%2030年?yáng)鸥駭?shù)/104所占比例/%低等0～0.218.327 317.5030.869 829.4843.375 441.43較低等0.2～0.422.046 721.0617.760 416.9600中等0.4～0.625.847 024.6924.710 523.6036.833 935.18較高等0.6～0.80.768 60.730.653 60.620.538 30.51高等0.8～137.713 536.0230.708 829.3323.955 522.88

3.4 生境質(zhì)量變化原因分析

從上述分析可以看出，研究區(qū)2000—2030年生境質(zhì)量呈明顯地下降趨勢(shì)。從土地利用的角度來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)主要的變化特征為建設(shè)用地的高速擴(kuò)張以及生境質(zhì)量較高的林地和水域的大量減少，草地和灘涂等中等生境適宜度的地類也有一定程度的減少。作為研究區(qū)生境質(zhì)量威脅源的建設(shè)用地在研究期間急劇增長(zhǎng)，特別是以長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)周邊擴(kuò)張最為劇烈，不斷侵占生境適宜度較高的林地、水域、灘涂和草地，從而導(dǎo)致威脅源的面積不斷增加，其影響范圍也不斷擴(kuò)張，導(dǎo)致研究區(qū)生境質(zhì)量不斷下降。從地形的角度來(lái)看，福州新區(qū)背山面海，地形較為平坦，最高海拔僅為384 m，研究區(qū)內(nèi)僅有北部的羅星街道和亭江鎮(zhèn)交界處、瑯岐開(kāi)發(fā)區(qū)，中部的松下鎮(zhèn)以及南部的東瀚鎮(zhèn)內(nèi)有少量丘陵地區(qū)。就地形而言其建設(shè)用地開(kāi)發(fā)難度較小，不加以限制易造成無(wú)序擴(kuò)張的狀態(tài)，而丘陵地區(qū)由于人類活動(dòng)對(duì)其影響較小，因此一直保持著較高的生境質(zhì)量。從生境質(zhì)量的空間分布來(lái)看，生境質(zhì)量指數(shù)在0.6以上的區(qū)域主要分布在北部的閩江河口，中部的文武砂水庫(kù)，南部的江鏡鎮(zhèn)沿海地區(qū)以及東瀚鎮(zhèn)的丘陵地區(qū)，閩江河口和文武砂水庫(kù)為福州市重要的濕地區(qū)域，特別是閩江口國(guó)家濕地公園，自然環(huán)境優(yōu)越，是我國(guó)候鳥(niǎo)遷徙重要越冬地，生物多樣性豐富，同時(shí)政府十分重視對(duì)上述區(qū)域的生態(tài)保護(hù)，因此具有較高的生境質(zhì)量。

4 討 論

本文將福州新區(qū)未來(lái)土地利用變化模擬預(yù)測(cè)結(jié)果與《福州新區(qū)總體規(guī)劃(2015—2030年)》的遠(yuǎn)景用地布局規(guī)劃(以下簡(jiǎn)稱“2030年用地規(guī)劃”)進(jìn)行對(duì)比(圖2)，分析模擬預(yù)測(cè)結(jié)果與規(guī)劃之間的差異。結(jié)果表明，預(yù)測(cè)的2030年建設(shè)用地在空間分布上與2030年用地規(guī)劃基本相同，但在面積上存在一定的差距。2030年用地規(guī)劃顯示規(guī)劃建設(shè)用地面積將達(dá)41 398.31 hm2，占研究區(qū)總面積高達(dá)43.93%，而本研究預(yù)測(cè)的建設(shè)用地面積為31 169.21 hm2，二者相差11.83%，相當(dāng)于2015年新區(qū)內(nèi)所有林地的面積。按此規(guī)劃，2015—2030年建設(shè)用地增長(zhǎng)速度將高達(dá)1 162.52 hm/a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2000—2015年的建設(shè)用地增長(zhǎng)速度。同時(shí)，研究區(qū)北部擁有長(zhǎng)樂(lè)海蚌省級(jí)自然保護(hù)區(qū)和文武砂水庫(kù)，生態(tài)價(jià)值重要，按照2030年用地規(guī)劃將對(duì)其生境造成嚴(yán)重影響。其次，新區(qū)內(nèi)由于各類建設(shè)用地的擴(kuò)張，將導(dǎo)致生境質(zhì)量明顯下降，除河流海域等地類以外，2030年大部分區(qū)域生境質(zhì)量均在中等級(jí)以下范圍。因此，為對(duì)新區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行保育，避免生境質(zhì)量向更嚴(yán)重的情況退化，建議將2030年用地規(guī)劃中的建設(shè)用地邊界作為限制建設(shè)區(qū)邊界，將預(yù)測(cè)結(jié)果作為允許建設(shè)區(qū)邊界，提高建設(shè)用地的集約利用程度，以期達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益的綜合提高，建設(shè)生態(tài)型新城區(qū)。

圖2 福州新區(qū)2030年模擬與規(guī)劃建設(shè)用地對(duì)比

5 結(jié) 論

(1) 從土地利用變化空間分析模型和變化類型的劃分結(jié)果可以看出，研究區(qū)耕地、林地和水域與建設(shè)用地分別屬于中速衰減型和高速擴(kuò)張型，衰減速度和擴(kuò)張速度均較大；雖然未利用地面積變化較小，但由于其轉(zhuǎn)移與新增速度和速率相當(dāng)，導(dǎo)致其變化最為劇烈；草地和海域均屬于低速衰減型，衰減速度較低。

(2) 從對(duì)模擬精度的檢驗(yàn)結(jié)果看，研究區(qū)各二級(jí)地類的Kappa系數(shù)均超過(guò)0.750 0，且新區(qū)總體的Kappa系數(shù)高達(dá)0.957 2，模擬結(jié)果可信度較高。

(3) 2000—2030年，福州新區(qū)由于大量生境質(zhì)量高的地類轉(zhuǎn)化為生境質(zhì)量較低的建設(shè)用地以及土地利用強(qiáng)度和圍墾強(qiáng)度加大，威脅源數(shù)量增多，威脅范圍更廣，導(dǎo)致生境質(zhì)量退化嚴(yán)重。