福清市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)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(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，可以為城市的有序發(fā)展及其生態(tài)可持續(xù)的發(fā)展提供參考。【方法/過程】以福清市2005、2010、2015年土地利用類型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助SPSS、ArcGIS等軟件，從福清市土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化特征出發(fā)，研究用地類型變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的關(guān)系?！窘Y(jié)果/結(jié)論】結(jié)果表明：（1）2005-2015年間，福清市建設(shè)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(shè)用地主要來自于郊區(qū)，由耕地轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地，城鎮(zhèn)化水平呈向周邊擴(kuò)散的趨勢。（3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也表現(xiàn)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(tài)服務(wù)價(jià)值較高，但由于水體面積的下降，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值下降較為顯著，成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體下降的主要原因。這些結(jié)果表明，土地利用結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響城市的生態(tài)系統(tǒng)，因此必須合理規(guī)劃城市土地利用結(jié)構(gòu)才能保證城市的健康可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：用地結(jié)構(gòu);生態(tài)服務(wù);城鎮(zhèn)化;時(shí)空特征

中圖分類號(hào)：X171.1;F323文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，為滿足城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展的需求，城市的用地結(jié)構(gòu)特征發(fā)生巨大的轉(zhuǎn)變[1-3]。城鎮(zhèn)化對(duì)社會(huì)改善和經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，同時(shí)對(duì)非城市生態(tài)系統(tǒng)的健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[4]。而用地類型的變化走向則會(huì)直接或間接地影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。許多研究表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與城鎮(zhèn)化呈負(fù)相關(guān)。主要原因在于快速城鎮(zhèn)化過程中，自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)的增加轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌杆?，?dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給急劇減少[5-7]。因此研究城市土地利用變化特征對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，對(duì)城市的有序發(fā)展及其生態(tài)可持續(xù)的發(fā)展具有重大的研究意義。

城市用地特征與城市生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系也得到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視，并取得了許多重大的成果。如Mario等[8]通過城鄉(xiāng)梯度變化研究了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與城市化之間的空間關(guān)系，并指出在城市化程度較高的地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)容量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流量通常較低。García-Nieto等[9]發(fā)現(xiàn)郊區(qū)的城市化正在增加，城市及其周邊城市提供生態(tài)系統(tǒng)的能力普遍在下降，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的下降已成為實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)性的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。Eshetu等[10]研究了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和城市化，證明了城市化過程與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)績效表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。岑曉騰[11]對(duì)杭州灣南岸開展土地利用景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的關(guān)聯(lián)研究，也表明土地結(jié)構(gòu)會(huì)影響城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。張?zhí)旌５萚12]通過研究濱海城市土地利用格局演變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，強(qiáng)調(diào)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)具有關(guān)鍵生態(tài)功能的生態(tài)用地保護(hù)，特別是水體和林地的保護(hù)。

福清市是中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展主要的城市之一，也是中國工業(yè)、全國綜合實(shí)力等百強(qiáng)縣市之一。改革開放以來城市的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，但也因此導(dǎo)致了其用地結(jié)構(gòu)特征變化迅猛。因此如何平衡城市發(fā)展帶來的用地結(jié)構(gòu)變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系尤為重要。本文以福清市為例，研究其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化規(guī)律特征，以期為其他城市的建設(shè)和發(fā)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(tái)灣海峽，地理坐標(biāo)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(shù)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(zhèn)化綜合試點(diǎn)地區(qū)，2018-2019年獲得全國綜合實(shí)力百強(qiáng)縣市、全國綠色發(fā)展百強(qiáng)縣市、全國科技創(chuàng)新百強(qiáng)縣市等諸多榮譽(yù)。

1.2 研究方法

1.2.1 用地類型數(shù)據(jù)

研究使用的土地利用類型數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http：//www.resdc.cn/Default.aspx），選擇2005年、2010年、2015年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用分析。結(jié)合研究區(qū)具體情況，參照GB/T21010-2010《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》[13]，結(jié)合實(shí)地調(diào)查的土地利用數(shù)據(jù)在ArcGIS 10.2上將研究區(qū)土地利用類型分為6大類：耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和濕地。

1.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法

根據(jù)前人的研究成果[14-16]，將生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)的凈利潤看作該生態(tài)系統(tǒng)所能提供的生產(chǎn)價(jià)值，將單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的凈利潤當(dāng)作1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量，確定中國2010年1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為3406.50元/hm2。由福建省統(tǒng)計(jì)局《2010福建統(tǒng)計(jì)年鑒》可知，福建省單位面積糧食產(chǎn)量為5822.60 kg/hm2，而同期全國單位面積糧食產(chǎn)量為5527.54 kg/hm2[17]。參考前人研究對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量價(jià)值進(jìn)行系數(shù)修訂，得出研究區(qū)的修正系數(shù)為1.0534，即福建省的一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量為3588.41元/hm2，以此推斷出其他類型用地的單位價(jià)值，如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 福清市土地利用格局時(shí)空變化分析

2.1.1 空間變化分析

本研究通過對(duì)福清市2005年、2010年和2015年福清市土地利用空間分布圖進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，2005-2015年間，由于受城鎮(zhèn)化進(jìn)程的影響，福清市的建設(shè)用地逐漸由中心主城區(qū)向四周開始擴(kuò)散，而耕地的面積隨著建設(shè)用地的擴(kuò)張逐漸縮小，被建設(shè)用地侵蝕。水體有所縮小，主要轉(zhuǎn)化成濕地，但也受城鎮(zhèn)化的影響，小部分水體出現(xiàn)被建設(shè)用地侵蝕的現(xiàn)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(fā)生較大改變。

2.1.2 時(shí)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(gè)時(shí)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(zhèn)化進(jìn)程的影響較大，隨著時(shí)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(dá)到4.22%，面積共減少24 km2。10年間，變化最大的是建設(shè)用地，共增加用地面積達(dá)39 km2，增幅比高達(dá)34.51%，尤其是在2005-2010年期間，增長了21.24%。隨著政府對(duì)城市建成區(qū)的控制，在2010-2015年間建設(shè)用地增速有所緩和，但增幅面積也達(dá)到15 km2，增幅比為10.95%。水體的面積也有所下降，主要是轉(zhuǎn)化成濕地，小部分轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地。草地的面積變化不大，與林地之間存在相互轉(zhuǎn)化的過程。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化特征

從表3可知，2005-2015年福清市生態(tài)服務(wù)價(jià)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值類型看，原料生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)、土壤保持和維持養(yǎng)分循環(huán)的價(jià)值量在研究時(shí)段內(nèi)呈逐年遞減的趨勢。而生物多樣性和美學(xué)景觀則表現(xiàn)為先上升再降低的倒“V”型，但整體仍表現(xiàn)為上升的趨勢。從福清市各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能來看，水文調(diào)節(jié)的服務(wù)價(jià)值在所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類別中服務(wù)價(jià)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(diào)節(jié)服務(wù)， 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(tài)系統(tǒng)服務(wù)類別的服務(wù)價(jià)值從大到小分別為生物多樣性、土壤保持、氣體調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、美學(xué)景觀、食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給和維持養(yǎng)分循環(huán)。

從各類用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值來看，如表4所示，林地和水體的價(jià)值服務(wù)量最大。2005-2015年間，林地的價(jià)值量較為平穩(wěn)，未發(fā)生較大的變化，基本維持在177億左右的水平。但水體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(dá)8.91%。建設(shè)用地的價(jià)值量均為負(fù)數(shù)，表明城鎮(zhèn)化的發(fā)展，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值具有負(fù)向作用，2005年負(fù)向作用最低，生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為-8.16億元，隨著城市的擴(kuò)張于2015年負(fù)向作用達(dá)到最高，生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為-10.97億元，負(fù)向作用漲幅34.43%。耕地、草地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化也較為穩(wěn)定，呈略微下降的趨勢。濕地呈現(xiàn)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)敏感性指數(shù)分析

根據(jù)公式（3）對(duì)福清市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行敏感性指數(shù)（CS）分析得出表5結(jié)果。從表5中我們可以看出，福清市的用地類型生態(tài)價(jià)值系數(shù)在增加或減少50%時(shí)，該研究區(qū)的敏感性指數(shù)（CS）均小于1，說明估算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)不具有彈性，準(zhǔn)確性較高，適用于福清。其中，林地、水體的敏感性指數(shù)較高，耕地和建設(shè)用地最小，這證明林地、水體在福清市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中具有重要地位。

3 結(jié)論與討論

3.1 福清市土地利用時(shí)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(zhèn)化進(jìn)程仍處于增長的階段，城鎮(zhèn)化的進(jìn)程通過將耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的發(fā)展模式來滿足城市發(fā)展的需要，加快了土地的轉(zhuǎn)化。尤其是福清周邊地區(qū)，主城區(qū)的建設(shè)已達(dá)到較為飽和的狀態(tài)，因此周邊地區(qū)成為城鎮(zhèn)化進(jìn)程中首選的區(qū)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(huán)境保護(hù)政策在福清市得到了良好的實(shí)施。此外，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)及其重要性的認(rèn)識(shí)也日益提升，使得福清市的生態(tài)處于較佳水平。但也存在少部分水體被侵蝕的現(xiàn)象，表明仍存在部分填海、填湖造城的現(xiàn)象。在未來的城市建設(shè)發(fā)展中，仍然要加強(qiáng)城市生態(tài)文明的建設(shè)，合理規(guī)劃城市發(fā)展的模式，不能隨意地對(duì)土地用地類型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[18-20]。

3.2 福清市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征

土地利用方式的轉(zhuǎn)變對(duì)福清城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定的影響，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)為逐年下降的趨勢。具體結(jié)果為：（1）隨著水體面積的下降，水體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降，也最終導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中的調(diào)節(jié)服務(wù)能力大幅降低，尤其是表現(xiàn)在水文調(diào)節(jié)方面。因此在未來的城市發(fā)展上，要重視水體生態(tài)的保持，才能更好地發(fā)揮水體的生態(tài)調(diào)節(jié)功能。（2）林地的面積總量變化較小，因此森林對(duì)氣候的調(diào)節(jié)作用變化不大，但由于整體生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量的降低，因此其氣候調(diào)節(jié)服務(wù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值占比有所提高。（3）隨著林地和水體等生態(tài)用地面積的整體降低，最終也導(dǎo)致了各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力表現(xiàn)為下降的趨勢。（4）隨著建設(shè)用地面積的增加，其對(duì)生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的負(fù)向價(jià)值也日益增大。因此，在未來的城市建設(shè)上，要合理規(guī)劃城市的建設(shè)范圍，規(guī)劃出生態(tài)保護(hù)線、耕地保護(hù)線和城市建設(shè)紅線，以防止城市的無序發(fā)展[5， 21]。

參考文獻(xiàn)：

[1]洪冬晨. 哈薩克斯坦土地利用景觀格局演變及驅(qū)動(dòng)因素分析[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2015.

[2]雷金睿，陳宗鑄，吳庭天，等.1989-2015年?？诔鞘袩岘h(huán)境與景觀格局的時(shí)空演變及其相互關(guān)系[J]. 中國環(huán)境科學(xué)，2019，39（4）：1734-1743.

[3]梁保平，雷艷，覃業(yè)努，等. 快速城市化背景下廣西典型城市景觀空間格局動(dòng)態(tài)比較研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，38（12）：4526-4536.

[4]張志成. 廈門市土地利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（19）：288-290.

[5]劉璽，何守陽，劉貝貝. 巖溶山區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的土地利用景觀格局演變特征——以貴陽市為例[J]. 地球與環(huán)境，2019（47）： 1-10.

[6]王鳳云. 城市化深度探求：城市建設(shè)——生態(tài)平衡[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2008（11）：145-146.

[7]馬勇剛，塔西甫拉提·特依拜，黃粵，等. 城市景觀格局變化對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響——以烏魯木齊市為例[J]. 干旱區(qū)研究，2006（1）：172-176.

[8]BALZAN M， CARUANA J， ZAMMIT A. Assessing the capacity and flow of ecosystem services in multifunctional landscapes： Evidence of a rural-urban gradient in a Mediterranean small island state[J]. Land Use Policy，2018（75）： 711-725.

[9]GARCIA-NIETO A P， GEIJZENDORFFER I R， BARO F， et al. Impacts of urbanization around Mediterranean cities： Changes in ecosystem service supply[J]. Ecological Indicators. 2018（91）： 589-606.

[10] ESHETU SHIFAW，SHA J M，LI X M，et al. An insight into land-cover changes and their impacts on ecosystem services before and after the implementation of a comprehensive experimental zone plan in Pingtan island， China[J]. Land Use Policy. 2019， 82： 631-642.

[11]岑曉騰. 土地利用景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的關(guān)聯(lián)分析及優(yōu)化研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2016.

[12]張?zhí)旌?，田野，徐舒，? 濱海城市土地利用格局演變及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，38（21）：7572-7581.

[13]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 土地利用現(xiàn)狀分類[S]. 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2017.

[14]COSTANZA R， D′ARGE R， DE GROOT R， et al. The value of the world's ecosystem services and natural capital[J].Nature，1997（387）：253-260.

[15]謝高地，張彩霞，張昌順，等. 中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值[J]. 資源科學(xué)，2015，37（9）：1740-1746.

[16]吳嬌，李月臣. 三峽庫區(qū)（重慶段）景觀格局變化及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2018，34（4）：308-317.

[17]福建省統(tǒng)計(jì)局. 福建統(tǒng)計(jì)年鑒2011[M]. 北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2011.

[18]劉巧婧，王莉紅. 城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關(guān)系研究——以杭州市為例[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（10）：4214-4222.

[19]劉頌，楊瑩. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡視角下的城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃策略探討[J]. 中國城市林業(yè)，2018，16（2）：1-4.

[20]滿強(qiáng). 長春市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展研究[D]. 長春：東北師范大學(xué)，2007.

[21]周媛，石鐵矛. 基于數(shù)值模擬的城市綠地景觀格局優(yōu)化研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2017，40（11）：167-174.