福州中心城區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化及相關(guān)性分析

徐乙文, 戴文遠(yuǎn),3,, 黃萬(wàn)里,3, 黃康, 胡航簫

福州中心城區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化及相關(guān)性分析

徐乙文1,2, 戴文遠(yuǎn)1,2,3,*, 黃萬(wàn)里1,2,3, 黃康1,2, 胡航簫1,2

1. 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, 福州 350007 2. 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350007 3. 福建師范大學(xué)地理研究所, 福州 350007

基于“三生用地”土地利用分類(lèi), 應(yīng)用GIS、Fragstats和GeoDa等軟件輔助, 以福州中心城區(qū)為研究區(qū), 基于2000、2009和2015年三期遙感影像提取土地利用數(shù)據(jù), 分析2000—2015年間研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值和景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征以空間相關(guān)性, 結(jié)果表明: (1)三生用地變化上看, 研究區(qū)生態(tài)用地及生態(tài)生產(chǎn)用地小幅度減少, 生產(chǎn)生態(tài)用地和生活生產(chǎn)用地變化相對(duì)較大, 城市擴(kuò)張所需的生活生產(chǎn)用地主要從生產(chǎn)生態(tài)用地轉(zhuǎn)出; (2)2000—2015 年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量由772.06×108元降低到562.16×108元, 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)緩慢降低趨勢(shì), 區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所好轉(zhuǎn); (3)研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)數(shù)量上顯著相關(guān), 時(shí)間上2000年為負(fù)向相關(guān), 2009年與2015年為正向相關(guān)。研究結(jié)果有助于調(diào)控福州中心城區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn), 優(yōu)化土地利用布局, 為城市健康持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn); 三生用地; 生態(tài)服務(wù)價(jià)值; 福州中心城區(qū)

0 前言

隨著城市化進(jìn)程的加快, 城市在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)也造成大氣、土壤和水資源等污染與破壞[1-3], 導(dǎo)致城市面臨諸多生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[4-6], 直接影響城市生活質(zhì)量及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)可直觀反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能效益, 為制定生態(tài)保護(hù)規(guī)劃與管理制度提供參考和依據(jù)[7], 而景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能夠?qū)崿F(xiàn)多源風(fēng)險(xiǎn)的綜合表征及其空間可視化, 有效指引區(qū)域景觀格局優(yōu)化與管理[8]。因此, 開(kāi)展上述研究對(duì)提高人類(lèi)生活質(zhì)量及維持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有重要意義, 相關(guān)研究也逐漸成為科研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。

關(guān)于景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究, 目前國(guó)內(nèi)外研究主要包括時(shí)空變化、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面, 研究區(qū)域多集中在流域[9]、行政區(qū)[10]、城市[11]、礦區(qū)[12]和海岸帶[13]等區(qū)域, 從評(píng)價(jià)方法上來(lái)看, 可分為兩類(lèi): 一是基于風(fēng)險(xiǎn)源匯的評(píng)價(jià)[14]。該方法需要識(shí)別威脅區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)源, 如許妍等[15]從風(fēng)險(xiǎn)源、生境、受體等方面構(gòu)建評(píng)價(jià)體系, 對(duì)太湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演化特征進(jìn)行分析。二是基于景觀格局的評(píng)價(jià)。該方法是以土地利用變化為誘因的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià), 如汪翡翠等[16]通過(guò)劃分生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū), 計(jì)算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心, 來(lái)揭示京津冀城市群地區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征以及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的空間轉(zhuǎn)移動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究, 目前主要側(cè)重于城市[17]、雨林[18]、山區(qū)[19]等環(huán)境敏感地帶, 研究方法主要有土地利用的面積當(dāng)量法, 遙感定量法和模型綜合法三種。如Costanza[20]等利用土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)核算了全球生系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值; 何浩[21]等設(shè)置遙感參數(shù)對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值進(jìn)行測(cè)算; 王蓓[22]等利用Invest模型對(duì)黑河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局進(jìn)行分析。隨著2015年中央城市工作會(huì)議提出城市發(fā)展要依照“三生用地”內(nèi)在聯(lián)系統(tǒng)籌布局的新要求, 這為城市環(huán)境質(zhì)量與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了新的視角。但目前從“三生用地”視角上開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合的研究還較少見(jiàn)。

福州是閩江口金三角經(jīng)濟(jì)圈的核心城市，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展, 近年來(lái)城市用地快速擴(kuò)張, 土地開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日益加劇。因此本文基于“三生用地”劃分, 對(duì)福州市中心城區(qū)2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行定量分析, 探究?jī)身?xiàng)指標(biāo)的時(shí)空變化及相關(guān)程度, 為福州調(diào)控城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn), 優(yōu)化城市土地空間布局提供科學(xué)參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

福州是福建省政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心, 位于中國(guó)東南沿海, 閩江下游, 地理坐標(biāo)介于118°08′E—120°31′E, 25°15′N(xiāo)—26°39′N(xiāo)。福州屬于典型亞熱帶季風(fēng)氣候,氣溫溫暖, 雨量充沛, 年降水約1500 mm。地形為典型的河口盆地, 盆地四周群山環(huán)繞, 東接鼓山, 西靠旗山, 南有五虎山, 北臨蓮花峰, 地勢(shì)自西向東傾斜, 閩江自西北向東南橫貫盆地后注入東海。本文以《福州市城市總體規(guī)劃(2011—2020)》劃定的中心城區(qū)為研究區(qū)(圖1), 包括鼓樓區(qū)、倉(cāng)山區(qū)、臺(tái)江區(qū)、馬尾區(qū)，晉安區(qū)的茶園街道、王莊街道、象園街道、鼓山鎮(zhèn)、新店鎮(zhèn)、岳峰鎮(zhèn),閩侯縣的荊溪鎮(zhèn)、南嶼鎮(zhèn)、南通鎮(zhèn)、尚干鎮(zhèn)、祥謙鎮(zhèn)、青口鎮(zhèn)、上街鎮(zhèn)和連江縣的琯頭鎮(zhèn), 土地面積1443 km2。截止2016年, 福州中心城區(qū)建設(shè)面積已達(dá)260 km2, 常住人口達(dá)300萬(wàn), 但城市的快速發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境造成日益嚴(yán)重的干擾, 非農(nóng)建設(shè)用地大量侵占農(nóng)用地, 水資源污染較為嚴(yán)重, 城市建設(shè)用地布局不合理, 導(dǎo)致城市面臨日益嚴(yán)重的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于研究區(qū)2000年、2009年Landsat7 ETM+和2015年Landsat8 OLI三期遙感影像。在幾何校正與影像匹配的基礎(chǔ)上, 利用eCognition軟件對(duì)三期影像采用面向?qū)ο蟮谋O(jiān)督分類(lèi)進(jìn)行解譯, 獲得研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)。結(jié)合研究區(qū)土地利用二調(diào)數(shù)據(jù)、Google Earth對(duì)解譯精度進(jìn)行校正, 并進(jìn)行實(shí)地抽樣驗(yàn)證, 數(shù)據(jù)精度達(dá)到86%以上, 滿(mǎn)足研究要求。參考全國(guó)土地利用分類(lèi)體系(GB/T 21010—2017)與前人研究[23-25], 并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況, 根據(jù)土地利用功能特點(diǎn)將土地利用類(lèi)型劃為分濕地生態(tài)用地、林業(yè)生態(tài)用地、其他生態(tài)用地、特殊用地、水域生產(chǎn)用地、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、城鄉(xiāng)生活用地、工礦交通用地8大類(lèi), 如表1:

圖1 研究區(qū)位置示意圖

Figure 1 Location of the study area

表1 福州中心城區(qū)“三生用地”分類(lèi)體系

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算及修正

參考謝高地[26]的研究, 采用當(dāng)量因子法計(jì)算福州中心城區(qū)2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值, 考慮研究區(qū)實(shí)際, 本文利用研究區(qū)種植面積較大、產(chǎn)量較高的糧食、蔬菜、水果和茶葉的單位面積產(chǎn)值來(lái)計(jì)算單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值, 公式如(1)。在此基礎(chǔ)上, 分別計(jì)算不同“三生用地”類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。其中,由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地中包含園地, 園地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量取農(nóng)田與森林的平均值, 故生產(chǎn)生態(tài)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值取園地和農(nóng)田的平均值; 而生活生產(chǎn)用地則參考胡喜生[27]的研究對(duì)城鄉(xiāng)生活用地、工礦交通用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行修正, 采用替代成本法、防治成本法等從氣體調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、固體廢物、娛樂(lè)文化四方面計(jì)算。其中前三項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算公式如(2)(3)(4), 而娛樂(lè)文化用旅游收入代替。

=S×W+S×W+S×W+S×W(1)

式中,S、S、S、S分別表示糧食、蔬菜、水果和茶葉的播種面積占四種作物總播種面積的百分比;W、W、W、W分別指糧食、蔬菜、水果和茶葉的單位面積產(chǎn)值。

式中,P為建設(shè)用地氣體調(diào)節(jié)單位面積生態(tài)價(jià)值,Q為類(lèi)廢氣排放量,C為類(lèi)廢氣治理成本,S為建設(shè)用地面積。

P=–(+QC)/S(3)

式中,P為建設(shè)用地水源涵養(yǎng)單位面積生態(tài)價(jià)值,為用水總量,為水單價(jià),Q為廢水排放總量,C為治理廢水所需的成本,S含義同上。

P=–QC/S(4)

式中,P為建設(shè)用地廢物單位面積生態(tài)價(jià)值,Q為廢物排放量,C為治理廢物所需的成本,S含義同上。

1.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是由區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)受到外部干擾和內(nèi)部抵抗力共同決定的。本文首先利用景觀干擾度指數(shù)、脆弱性指數(shù)共同構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模型, 公式如(5), 其次, 利用ArcGIS對(duì)研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格化處理, 將研究區(qū)按照1 km×1 km的正方形網(wǎng)格來(lái)劃分,并計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)單元的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù); 最后將計(jì)算結(jié)果其作為該樣地中心點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平,利用克里金插值法得到研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖。

式中:ERI第個(gè)評(píng)價(jià)單元的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);S為第個(gè)評(píng)價(jià)單元的第類(lèi)景觀類(lèi)型的面積;S為第個(gè)評(píng)價(jià)單元的面積;為第類(lèi)景觀類(lèi)型的干擾度指數(shù);F為第類(lèi)景觀類(lèi)型的脆弱度指數(shù)。

(1)景觀干擾度指數(shù)

E=aC+bS+cD(6)

式中:E為景觀干擾度指數(shù);C為景觀破碎度指數(shù);S為景觀分離度指數(shù);D為景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù);、、為各對(duì)應(yīng)指數(shù)的權(quán)重系數(shù), 且和為1, 參考相關(guān)研究[28], 三個(gè)指數(shù)分別賦值為0.5, 0.3, 0.2。

(2)景觀脆弱性指數(shù)。結(jié)合相關(guān)的研究經(jīng)驗(yàn)[29], 采用專(zhuān)家打分法, 根據(jù)研究區(qū)實(shí)際對(duì)不同地類(lèi)排序, 其他生態(tài)用地為8, 林業(yè)生態(tài)用地為7, 水域生產(chǎn)用地為6, 濕地生態(tài)用地為5, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地為4, 特殊用地為3, 工礦交通用地為2, 城鄉(xiāng)生活用地為1。并進(jìn)行歸一化處理最終得到景觀脆弱度指數(shù)。

1.5 雙變量空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)是反映一個(gè)空間單元位置的要素觀測(cè)值與相鄰單元的觀測(cè)值之間的關(guān)聯(lián)程度[30]一般包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)[31]。全局空間自相關(guān)是對(duì)整個(gè)區(qū)域的空間特征的描述和關(guān)聯(lián)程度的測(cè)度, 本文采用 Morans′ I系數(shù)來(lái)表示區(qū)域總體的空間關(guān)聯(lián)和空間差異程度。計(jì)算如公式(7):

式中:為樣本總數(shù),x與x分別為樣本與在所在位置的屬性值,`為樣本平均值,w為空間權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 “三生用地”格局演變

據(jù)研究區(qū)2000、2009和2015年“三生用地”數(shù)量統(tǒng)計(jì)(圖2)、變化圖(圖3)和土地轉(zhuǎn)移矩陣(表3)可看出,隨著城市化進(jìn)程加快,15a間福州中心城區(qū)內(nèi)“三生用地”面積發(fā)生了顯著的變化, 生態(tài)用地面積從75824.59hm2減少到72232.64 hm2, 生產(chǎn)生態(tài)用地面積由18601.64 hm2減少到17250.38hm2, 生態(tài)生產(chǎn)用地面積由27901.3 hm2減少到18684 hm2, 而生活生產(chǎn)用地面積增加, 由21907.04 hm2增加到36067.61 hm2。從二級(jí)分類(lèi)看, 福州中心城區(qū)主要以林業(yè)生態(tài)用地、城鄉(xiāng)生活用地為主, 2015年的林地、城鄉(xiāng)生活用地面積分別為: 66737.31 hm2、31310.63 hm2, 分別占總面積的: 46.27%、21.71%, 2000—2015年濕地面積減少474.83 hm2, 水域生產(chǎn)用地、其他生態(tài)用地面積分別減少了1526.21 hm2和1597.92 hm2, 特殊用地、工礦交通用地面積分別增加了174.94 hm2和2668 hm2。福州地貌為河口盆地，建設(shè)空間有限，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城鄉(xiāng)生活用地和工礦交通用地面積擴(kuò)張, 侵占了不少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、水域生產(chǎn)用地和其他生態(tài)用地。其中，城鄉(xiāng)生活用地侵占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地面積高達(dá)7732.94 hm2, 工礦交通用地占用了1362.58 hm2。而研究區(qū)生態(tài)用地及生態(tài)生產(chǎn)用僅有小幅減少,主要是因?yàn)楦Ｖ葜行某菂^(qū)林業(yè)生態(tài)用地多分布于盆地四周的山地上, 城市建設(shè)對(duì)其影響較小。

圖2 2000—2015年福州中心城區(qū)三生用地變化圖

Figure 2 Spatial structure change of production-living-ecological land use in the Fuzhou central city during 2000-2015

圖3 2000—2015年三生格局變化

Figure 3 Changes in production-living-ecological pattern from 2000 to 2015

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

據(jù)式(1)—(4)計(jì)算不同用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表3)可知, 2000—2015年間研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值由772.06×108元降低到562.16×108元, 年均減少13.99×108 元, 年均增長(zhǎng)率為-5.28%。從三生用地分類(lèi)看各類(lèi)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值都在不斷減少, 其中，林地的年均變化率最小為0.16%, 工礦交通用地是年均變化率最大為6.05%。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能上看, 四種功能逐年減少,調(diào)節(jié)功能變化最大, 年均變化率為4.49%；其次是支持功能，年均變化率為0.69%；第三為供給功能，年均變化率為0.59%；文化功能變化最小, 年均變化率為0.55%, 四種服務(wù)的年均變化速率呈現(xiàn)波動(dòng)性增長(zhǎng)。

計(jì)算1618個(gè)網(wǎng)格的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值, 賦值到每個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)再利用Arcgis的克里金插值法,進(jìn)行空間插值，并根據(jù)自然斷點(diǎn)法將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分為5個(gè)等級(jí)(圖4)。從圖4可以看出2015年研究區(qū)高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布區(qū)居多, 面積占31.47%; 其次是中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值, 占20.46%; 低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值面積最少, 僅占9.7%。同時(shí), 15a間高、較高、中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值面積不斷減少, 較低、低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值面積劇增, 高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布在福州中心城區(qū)的外圍山地, 多為林業(yè)生態(tài)用地, 生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高, 低生態(tài)服務(wù)價(jià)值的區(qū)域?yàn)橹鞒菂^(qū)部分, 建設(shè)用地占比大, 幾乎無(wú)生態(tài)服務(wù)價(jià)值。隨著中心城區(qū)建設(shè)擴(kuò)張,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地等用地被大量侵占,導(dǎo)致低生態(tài)服務(wù)價(jià)值區(qū)域增多。

表2 2000—2015年福州中心城區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(hm2)

表3 2000—2015福州中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

圖4 福州中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布圖

Figure 4 Spatial distribution of ecosystem services value in Fuzhou central city

2.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化

將評(píng)價(jià)單元的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算結(jié)果賦值給評(píng)價(jià)單元中心點(diǎn), 借助ArcGIS用普通克里金插值形成3期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的分布圖，結(jié)果顯示，3期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍介于0.055—10.231之間,并采用自然間斷點(diǎn)分為5級(jí)得到2000、2009和2015年的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖(圖5)。由圖5 統(tǒng)計(jì)可得, 從2000年到2015年福州中心城區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)都是以中高風(fēng)險(xiǎn)為主, 分別占不同年份土地總面積的57.59%、44.68%、46.80%, 但15a間中高風(fēng)險(xiǎn)的面積一直在減少, 從82874.73 hm2減少到67339.40 hm2。從空間分布看, 中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)多位于福州周邊山地, 景觀以林業(yè)生態(tài)用地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地為主；低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要分布在鼓樓區(qū)、臺(tái)江區(qū)、倉(cāng)山區(qū)等城市中心地, 且面積在不斷增加, 15a間面積從6916.78 hm2上升到10957.24 hm2高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要分布在馬尾區(qū), 羅亭街道, 亭江鎮(zhèn)等地, 15a間面積先減少后增加, 該區(qū)域處于城鄉(xiāng)結(jié)合部, 其中林業(yè)、農(nóng)業(yè)、工交等多種用地交雜一起, 人類(lèi)活動(dòng)干擾強(qiáng)烈, 導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所回升, 值得引起重視。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性分析

用Geoda軟件的雙變量空間相關(guān)性分析, 分析2000—2015年間生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值的空間相關(guān)性, 結(jié)果表明, 2000年、2009年和2015年的莫蘭指數(shù)為-0.073, 0.200和0.258, 且P<0.05, 說(shuō)明空間上具有相關(guān)性。2000年生態(tài)服務(wù)價(jià)值與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間存在負(fù)向空間關(guān)聯(lián)性且空間差異較大, 2009和2015年二者之間為正向空間關(guān)聯(lián)性；局部空間自相關(guān)LISA 分析結(jié)果如圖6所示, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)局部關(guān)聯(lián)性顯著區(qū)域主要分布在鼓樓區(qū), 倉(cāng)山區(qū), 臺(tái)江區(qū)、晉安區(qū)等地, 分為高價(jià)值—高風(fēng)險(xiǎn)(HH) 、低價(jià)值—低風(fēng)險(xiǎn)(LL)、低價(jià)值—高風(fēng)險(xiǎn)(LH)、高價(jià)值—低風(fēng)險(xiǎn)(HL)和不顯著(NS)共5 種類(lèi)型。其中，高生態(tài)服務(wù)價(jià)值高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布在晉安區(qū)鼓山一帶。鼓山地區(qū)以林地生態(tài)用地為主, 但其中也交織了少量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和其他生態(tài)用地, 所以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也較高。低生態(tài)服務(wù)價(jià)值低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布在倉(cāng)山區(qū)、鼓樓區(qū)和臺(tái)江區(qū)等主城區(qū)。主城區(qū)主要為集中連片的城鄉(xiāng)建設(shè)用地, 幾乎無(wú)生態(tài)服務(wù)價(jià)值, 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低。隨著城市發(fā)展,城區(qū)面積進(jìn)一步擴(kuò)大, 低價(jià)值—低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域還將繼續(xù)擴(kuò)大。高價(jià)值—低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布在閩江干流及沿岸附近。閩江是福州的母親河, 生態(tài)保護(hù)日益受到重視, 其生態(tài)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體將保持穩(wěn)定。

圖5 福州中心城區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布圖

Figure 5 Spatial distribution map of ecological risk scale in Fuzhou central city

圖6 福州中心城區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間自相關(guān)

Figure 6 The spatial autocorrelation between unit area ecosystem service values and ecological risk index in Fuzhou central city

表4 2000—2015福州中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)灰色綜合關(guān)聯(lián)度

選取每個(gè)評(píng)價(jià)單元的服務(wù)價(jià)值、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、供給服務(wù)、文化服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)做灰色關(guān)聯(lián)度分析, 分辨系數(shù)選取0.5, 結(jié)果顯示, 2000年、2009年和2015年各服務(wù)功能與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)關(guān)聯(lián)度都大于0.5, 說(shuō)明有顯著相關(guān)性。其中, 2000年的支持服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的相關(guān)性最大, 2015年的調(diào)節(jié)服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相關(guān)性最小。四種調(diào)節(jié)服務(wù)中, 調(diào)節(jié)服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的相關(guān)性最小, 表明調(diào)節(jié)服務(wù)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)影響較小; 支持服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相關(guān)性最大, 且支持服務(wù)的相關(guān)系數(shù)比綜合服務(wù)價(jià)值高, 說(shuō)明單項(xiàng)支持服務(wù)更能反映與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

本文基于“三生用地”視角, 以福州中心城區(qū)2000、2009和2015年三期遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 利用ArcGIS計(jì)算了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù), 并采用灰色關(guān)聯(lián)度分析和雙變量空間自相關(guān)分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間變化特征及空間相關(guān)性, 結(jié)果表明:

(1)2000—2015年福州市中心城區(qū)的“三生用地”發(fā)生了較大的變化, 主要表現(xiàn)為隨著城市的擴(kuò)張,城鄉(xiāng)生活用地面積在不斷增加,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地面積不斷減少,城鄉(xiāng)生活用地侵占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地面積達(dá)7732.94 hm2。

(2)15年間研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化較為顯著,中高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)向中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、中低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較多, 城市中心地帶如鼓樓區(qū)、臺(tái)江區(qū)等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值一直較低, 而靠近主城區(qū)近郊的上街鎮(zhèn)、南嶼鎮(zhèn)、南通鎮(zhèn)等部分地區(qū)因城市化發(fā)展較快, 地塊整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值逐年降低, 高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在2000—2009年有所降低, 但在2009—2015年間部分地區(qū)有所反彈, 說(shuō)明在后7年的發(fā)展過(guò)程中, 城市新發(fā)展導(dǎo)致景觀破碎度增加提高了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。

(3)15年間研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由772.06×108元降低到562.16×108元, 年均減少13.99×108元, 單位面積上生態(tài)服務(wù)價(jià)值大小順序是, 林業(yè)生態(tài)用地>水域生產(chǎn)用地>農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地>濕地生態(tài)用地>其他生態(tài)用地>特殊用地>城鄉(xiāng)生活用地>工礦交通用地, 且各類(lèi)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值都在不斷減少, 從服務(wù)功能上看, 調(diào)節(jié)服務(wù)>支持服務(wù)>供給服務(wù)>文化服務(wù), 15年間各類(lèi)服務(wù)價(jià)值亦在不斷減少。

(4)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間相關(guān)性上看, 2000年兩者呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性而2009年和2015年呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性。從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)服務(wù)功能的灰色關(guān)聯(lián)度上看, 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與各生態(tài)服務(wù)功能有顯著相關(guān)性, 調(diào)節(jié)服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的相關(guān)性最小,支持服務(wù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相關(guān)性最大, 且支持服務(wù)的相關(guān)系數(shù)比綜合服務(wù)價(jià)值高, 說(shuō)明單項(xiàng)支持服務(wù)更能反映與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系。

“三生用地”視角下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)能準(zhǔn)確反映某一地區(qū)發(fā)展導(dǎo)致不同用地的生態(tài)環(huán)境變化情況, 評(píng)價(jià)區(qū)域各種用地的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿? 為區(qū)域合理用地劃分和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。從文章研究結(jié)果看, 福州中心城區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所回升, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低, 因此在未來(lái)城市規(guī)劃中首先應(yīng)加強(qiáng)對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè), 針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)受體建立信息管理庫(kù)并提出應(yīng)對(duì)措施; 其次要依據(jù)“三生用地”的內(nèi)在聯(lián)系整合城市內(nèi)部景觀單元, 防止城市景觀破碎化, 提高城市內(nèi)部生態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性; 最后應(yīng)重視景觀結(jié)構(gòu)功能改變對(duì)生態(tài)安全造成的影響, 在城市擴(kuò)張方面要合理控制建設(shè)用地的規(guī)模和速度, 實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展, 建成宜居城市。另外, 本文對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系的研究?jī)H限于相關(guān)性分析, 并不能很好反映兩者的內(nèi)在聯(lián)系, 研究的廣度和深度有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

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Spatiotemporal evolution and correlation analysis of ecosystem service values and ecological risk in Fuzhou central city

XU Yiwen1,2, DAI Wenyuan1,2,3,*, HUANG Wanli1,2,3, HUANG Kang1,2, HU Hangxiao1,2

1. Key Laboratory for Humid Subtropical Eco-geographical Processes of the Ministry of Education,Fuzhou 350007, China 2. Fujian Normal University, School of Geographical Sciences, Fuzhou 350007, China 3. Institute of Geography, Fujian Normal University, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China

According to the land use classification of “production-living-ecological”,using GIS, Fragstats, GeoDa and other software, this paper analyzed the spatial temporal evolution and correlation of ecosystem service value and ecological risk in the central urban area of Fuzhou from 2000 to 2015. The results showed that: (1)the landscape type of central urban area of Fuzhou was forestry ecological land in 2000 to 2015.The change of landscape pattern was mainly reflected in the occupation of agricultural production land by urban and rural living land.(2)From 2000 to 2015,the total value of ecosystem services in the central urban area of Fuzhou continued to increased from 772.06×108yuan to 562.16×108yuan and the ecological risk index showed a slowly decreasing trend. Therefore, regional ecological risks improved. (3)There was a significant correlation between the value of ecosystem services per unit area and the ecological risk index. Spatially, there was a negative correlation in 2000 and a positive correlation in 2009 and 2015. The results of the research are helpful to regulate urban ecological risks, optimize the layout of urban land resources, and provide a scientific basis for the healthy and sustainable urban development of Fuzhou.

landscape ecological risk; production-living-ecological;ecosystem service ; Fuzhou central city

徐乙文, 戴文遠(yuǎn), 黃萬(wàn)里, 等. 福州中心城區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化及相關(guān)性分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(4): 92–101.

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10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.04.011

K903

A

1008-8873(2021)04-092-08

2020-01-23;

2020-02-27

國(guó)家自然科學(xué)基金(41971261); 福建省自然科學(xué)基金(2018J01741); 福建省科技廳公益類(lèi)重點(diǎn)項(xiàng)目(2017R1034-2)

徐乙文(1995—), 女, 江西宜春人, 碩士研究生, 主要從事自然地理學(xué)方面的研究, E-mail: 492921109@qq.com

戴文遠(yuǎn)(1972—), 男, 福建莆田人, 副教授, 主要從事土地利用與城鄉(xiāng)發(fā)展研究, E-mail: dwygeo@fjnu.edu.cn