城市土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的多情景模擬
——以深圳市為例

張曉瑤,張 瀟,李冬花,陸 林,*,虞 虎

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,中國(guó)科學(xué)院區(qū)域可持續(xù)發(fā)展分析與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100049

3 安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,蕪湖 241000

4 華東師范大學(xué)城市與區(qū)域科學(xué)學(xué)院,上海 200241

城市土地利用變化是城市化的直接表現(xiàn)[1],快速發(fā)展的需求引致城市土地利用結(jié)構(gòu)趨于不合理[2],對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)空間格局產(chǎn)生深刻影響。生態(tài)系統(tǒng)作為人類在生存發(fā)展進(jìn)程中無可替代的自然資產(chǎn)[3],其服務(wù)價(jià)值(ESV)體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)所提供的生命支持產(chǎn)品及服務(wù)對(duì)人類生活需求的滿足程度[4—5],是提高人類福祉的基礎(chǔ)性載體[6]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化作為土地利用變化的直接反映,土地利用的劇烈變化成為快速城鎮(zhèn)化背景下城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值遭受削弱、損害的主要因素[7—8]。探究城市土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響對(duì)識(shí)別城市區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況,優(yōu)化國(guó)土空間格局具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。深圳市作為粵港澳大灣區(qū)的核心增長(zhǎng)極之一,高速增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)水平和城市化水平致使該地區(qū)城市用地?cái)U(kuò)張迅速,土地利用方式轉(zhuǎn)換頻繁,并對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成不可忽視的破壞,如何協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)和區(qū)域發(fā)展間的關(guān)系,成為深圳市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展中亟需解決的核心問題。

伴隨聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估報(bào)告發(fā)布[8],國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸聚焦于土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合研究。由于不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)組成的多樣性,使得土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的強(qiáng)度[9]、方式[10]及作用效果[11]等都各不相同；研究視角也正經(jīng)歷著由全球—區(qū)域—地方的轉(zhuǎn)變,較小尺度和典型區(qū)域的分析使得研究問題更加聚焦[12—16]。此外,構(gòu)建分析土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響指數(shù)也成為部分學(xué)者的研究重點(diǎn),余建華等[17],郝慧梅等[18]在Costanza研究基礎(chǔ)上,構(gòu)造了土地利用變化生態(tài)效應(yīng)指數(shù)等指標(biāo)定量測(cè)度研究區(qū)土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)。隨著相關(guān)研究深入,Logistic-CA、CLUE-S、InVEST等模型[19]與3S技術(shù)廣泛應(yīng)用[20],為動(dòng)態(tài)評(píng)估、預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化提供了新思路。雖然現(xiàn)今針對(duì)城市土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的研究成果頗豐,但當(dāng)前研究側(cè)重于對(duì)“過去-現(xiàn)在”土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化影響的總結(jié)和對(duì)技術(shù)方法的優(yōu)化和思考,而對(duì)于新時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)、生態(tài)宜居城市建設(shè)導(dǎo)向、政策驅(qū)動(dòng)等方面與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化間內(nèi)在聯(lián)系的思考與探索,以及未來土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的研究有待深入。

基于此,本文在粵港澳大灣區(qū)生態(tài)文明建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值帶來了一系列機(jī)遇與挑戰(zhàn)的背景下,以統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)為目標(biāo),按照“過去-現(xiàn)在-未來”的邏輯視角,借助遙感影像解析1995—2015年研究區(qū)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化特征,并輔以FLUS模型,模擬多情景下土地利用動(dòng)態(tài)變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響,以期為促進(jìn)深圳市土地資源優(yōu)化配置,協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域概況

深圳位于中國(guó)南部珠江三角洲東岸,毗鄰中國(guó)香港,東經(jīng)113°43′—114°38′,北緯22°24′—22°52′(圖1)。1980年8月,中國(guó)第一個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)在深圳市設(shè)立,經(jīng)過41年的建設(shè)發(fā)展,深圳由一個(gè)邊陲小鎮(zhèn)發(fā)展為具有國(guó)際影響力的新興現(xiàn)代化大都市。改革開放40多年來,“特區(qū)速度”世界矚目,其GDP體量也迅速趕上曾經(jīng)艷羨的鄰居香港,2020年深圳地區(qū)生產(chǎn)總值突破2.8億元,位居亞洲前五,人均GDP突破20萬元,位居國(guó)內(nèi)城市首位。深圳建成區(qū)面積927.96 km2,常住人口1302.66萬人,城鎮(zhèn)化率100%,是中國(guó)第一個(gè)全部城鎮(zhèn)化的城市。高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和稠密的人口分布使得深圳市深受人類活動(dòng)影響,土地利用和生態(tài)環(huán)境變化較為活躍,至今深圳土地開發(fā)程度已經(jīng)高達(dá)49%(國(guó)際警戒線為30%)。

圖1 研究區(qū)概況

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1研究數(shù)據(jù)來源

本文選取深圳市1995、2005、2015年的Landsat遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,遙感影像數(shù)據(jù)來源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey,USGS)(http://glovis.usgs.gov/)。在FIUS模型模擬中所涉及的如GDP、人口數(shù)量、高程等數(shù)據(jù),以及進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算中涉及的單位面積糧食產(chǎn)量、平均糧食價(jià)格等數(shù)據(jù),主要從1995—2016年《深圳市統(tǒng)計(jì)年鑒》、地理空間數(shù)據(jù)云和城市交通規(guī)劃圖等獲取[21]。

1.2.2遙感影像解譯

本文所使用的三個(gè)時(shí)期Landsat遙感影像數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat- 5 TM數(shù)據(jù),云量均低于5%,其中由于2005年遙感影像數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳,本文選用相鄰不超過一年的影像數(shù)據(jù)作為替代[22—23]。依據(jù)國(guó)土資源部門組織修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》[24],結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際土地利用情況,本文將土地利用分為水域、林地、草地、耕地、建設(shè)用地和未利用土地6類。依據(jù)遙感影像的光譜特征,以2015年遙感影像為例,制定對(duì)應(yīng)地類的解譯標(biāo)志,以作其他年份圖像解譯參考。本文利用ENVI 5.3軟件,通過監(jiān)督分類和人工目視解譯相結(jié)合的方法解譯遙感影像,并對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn),三期影像的Kappa系數(shù)均高于0.80,說明解譯結(jié)果滿足基本精度要求。

2 研究方法

2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣用于反映在研究時(shí)段初至末深圳各用地類型面積間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程[25—26]。公式如下:

(1)

式中:S為面積；n為深圳地區(qū)土地利用類型數(shù)；i、j(i,j=1,2,…,n)分別是發(fā)生土地轉(zhuǎn)移前與后所代表的土地類型；Sij為i與j地類間轉(zhuǎn)換的面積量[23]。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算與系數(shù)修正

基于Costanza等[4]明確了ESV計(jì)算原理與方法,謝高地等[27]對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值單價(jià)進(jìn)行生物量的修訂,并提出適用于中國(guó)的改進(jìn)當(dāng)量因子算法。我國(guó)學(xué)者在后續(xù)研究中基于中國(guó)各地級(jí)市的生物量差異和NPP進(jìn)行了因子系數(shù)修正。基于此,本研究針對(duì)深港地區(qū)具體情況,對(duì)單位面積糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行修正[28—29],將建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值定義為0。參照深圳市因子修正系數(shù)0.67。最終確定符合深圳城市發(fā)展實(shí)情與用地特征的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表(表1)。

表1 深圳市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值/(元/km2)

2.3 FLUS模型

FLUS模型是在傳統(tǒng)元胞自動(dòng)機(jī)原理的基礎(chǔ)上改進(jìn)開發(fā)的模型,該模型由基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的適宜性概率計(jì)算和基于自適應(yīng)機(jī)制的元胞自動(dòng)機(jī)分析兩部分組成[30]。

2.3.1土地利用變化因素選取

綜合已有研究成果[31—32],土地利用變化是多重因子共同作用的結(jié)果。本文基于對(duì)研究區(qū)實(shí)際情況的考慮,以及數(shù)據(jù)可獲性、驅(qū)動(dòng)因子可量化性原則共選取了自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通三個(gè)維度的驅(qū)動(dòng)因子(表2)。政策因素是我國(guó)土地利用變化的重要因素之一,但由于該因子在量化與可獲取性方面存在較大難度,因此本文將地區(qū)政策、城市規(guī)劃作為情景原則與限制融入模擬中。

表2 深圳市土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子選取與說明

本文為確保選取驅(qū)動(dòng)因子合理性,利用Logistic回歸分析檢驗(yàn)選取因子與土地利用類型變化的相關(guān)性。各地類的ROC均大于0.75,說明上述所選因子可以描述研究區(qū)土地利用變化。

2.3.2鄰域權(quán)重參數(shù)設(shè)定

鄰域權(quán)重參數(shù)是反映不同用地類型擴(kuò)張強(qiáng)度的重要指標(biāo)[33]。王保盛等提出各用地類型斑塊總面積(Total Area, TA)的變化規(guī)律是對(duì)各用地類型擴(kuò)張能力的定性表征[30],因此本研究利用Fragstats計(jì)算1995—2015年深圳各用地類型的TA變化量,并對(duì)其進(jìn)行無量綱處理(表3)。

表3 1995—2015年深圳市各土地類型斑塊總面積變化量及鄰域權(quán)重參數(shù)

2.3.3精度驗(yàn)證分析

本研究基于1995—2005年深圳市土地利用變化規(guī)律,模擬得到2015年土地利用情況,并將其與2015年實(shí)際土地利用狀況進(jìn)行對(duì)比。為驗(yàn)證其精度準(zhǔn)確性,本研究采用驗(yàn)證模擬準(zhǔn)確性優(yōu)于Kappa系數(shù)的FoM(Figure of merit)系數(shù),FoM值為0.1080(FoM系數(shù)數(shù)值介于0.1—0.2,表示處于標(biāo)準(zhǔn)水平。),說明FLUS模型具有可靠性,適用于深圳市未來土地利用變化情況模擬。

2.3.4情境設(shè)定

遵循統(tǒng)籌兼顧、綠色發(fā)展的粵港澳大灣區(qū)建設(shè)基本原則,依據(jù)深圳市歷史年份土地利用變化特征及其未來區(qū)域空間發(fā)展規(guī)劃,本文分別設(shè)置自然情景、城市發(fā)展情景、耕地保護(hù)情景和生態(tài)保護(hù)情景四種情景模式對(duì)深圳市2025年土地利用變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)(表4)。

表4 未來土地利用變化情景模式及原則

2.3.5轉(zhuǎn)換成本矩陣

轉(zhuǎn)換成本矩陣表征由當(dāng)前地類轉(zhuǎn)換為需求地類的難度[34]。轉(zhuǎn)換成本矩陣中只存在兩個(gè)值0和1,當(dāng)成本矩陣值為0時(shí),說明該地類不允許轉(zhuǎn)換為其他地類,若成為1時(shí),則相反。本文需對(duì)應(yīng)不同情景設(shè)定四個(gè)轉(zhuǎn)換成本矩陣(表5)。

表5 4種情景模擬下土地利用轉(zhuǎn)換成本矩陣

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用變化分析

1995—2015年深圳市土地利用變化總體表現(xiàn)為,建設(shè)用地面積顯著增加,其余地類面積減少趨勢(shì)穩(wěn)定(圖2)。其中建設(shè)用地正向增加趨勢(shì)顯著,建設(shè)用地面積由1995年的275.61 km2增長(zhǎng)至2015年的881.12 km2,其動(dòng)態(tài)度也高達(dá)26.97%。伴隨著建設(shè)用地面積猛增,耕地與未利用土地面積發(fā)生較大幅度的減少,其中耕地面積減少了80.83 km2,其動(dòng)態(tài)度為-8.02%,而未利用土地僅次于耕地,面積減少量高達(dá)68.70%。此外,以林地、草地和水域?yàn)橹鞯淖匀痪坝^面積減少也不可忽視,其中林地面積減少趨勢(shì)為階梯式,1995—2005年林地面積減少幅度較顯著,減少面積占比達(dá)67.47%,2005—2015年減少趨勢(shì)稍顯緩和。而草地和水域面積的“V”型減少態(tài)勢(shì),說明兩地類在1995—2005年經(jīng)歷過減少后,于2005—2015年又呈現(xiàn)面積回升態(tài)勢(shì),但回升幅度較為微弱,僅增加了7.12 km2、2.74 km2,草地和水域面積變化的總態(tài)勢(shì)仍以下降為主。梳理深圳地區(qū)發(fā)展歷程可知,1995—2015年間,深圳發(fā)生翻天覆地的變化,區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,需求日趨多元化,大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致建設(shè)用地不斷侵占其他用地類型,以致建設(shè)用地面積增加較迅速。

圖2 1995—2015年深圳土地利用面積和單一土地利用動(dòng)態(tài)度變化

1995—2015年各用地類型間發(fā)生相互轉(zhuǎn)換(表6)。轉(zhuǎn)出量最高的是草地,其次是林地,二者轉(zhuǎn)出的主要方向均為建設(shè)用地,其中約有51.72%的草地面積轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地,林地的轉(zhuǎn)出量?jī)H次于草地,為98.0974 km2。建設(shè)用地是研究時(shí)段內(nèi)轉(zhuǎn)入量較大的地類,除草地、林地外,未利用土地也是建設(shè)用地面積增加的主要貢獻(xiàn)者之一,其轉(zhuǎn)入建設(shè)用地的面積占該地類面積的86.50%,耕地對(duì)建設(shè)用地面積增加的貢獻(xiàn)程度僅次于未利用土地,耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)出面積約占耕地面積76.81%。除建設(shè)用地外,其余用地類型的轉(zhuǎn)出量均明顯高于轉(zhuǎn)入量,呈“入不敷出”態(tài)勢(shì)。

表6 1995—2015年深圳市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/km2

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

1995—2015年深圳市ESV總價(jià)值呈下降趨勢(shì)。其中1995—2005年ESV總價(jià)值下降劇烈,減少了約1445755.11元,2005—2015年僅減少了160641.40元,價(jià)值損失趨勢(shì)緩和。2005—2015年ESV總價(jià)值損失量低于1995—2005年主要由于該階段深圳大規(guī)模興建基礎(chǔ)設(shè)施活動(dòng)已然結(jié)束,當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)城市綠色景觀的需求與日俱增以及當(dāng)?shù)卣畬?duì)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的響應(yīng),紛紛促使建設(shè)用地對(duì)草地、林地、耕地和水域等用地類型的侵占力度減弱,城市綠色景觀復(fù)蘇態(tài)勢(shì)展露,總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的損失狀況得到緩和。

1995—2015年,深圳市各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化度均表現(xiàn)為負(fù)值,也再次驗(yàn)證了深圳市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的損失趨勢(shì)。水資源供給服務(wù)的負(fù)向變化最突出,為-2.4038%,水文調(diào)節(jié)服務(wù)次之,為-2.0924%。1995—2015年深圳市各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的比重格局較為穩(wěn)定,調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)功能的變化始終對(duì)深圳市整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化具有決定性影響,其中調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值占總價(jià)值量的66.40%,而支持服務(wù)占比20.84%,因此調(diào)節(jié)服務(wù)成為深圳市最主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

圖3 1995—2015年深圳市各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量變化

各用地類型ESV變化與其面積變化趨勢(shì)具有一致性(圖4)。1995—2005年,水域、林地、草地、耕地和未利用土地面積的負(fù)向減少引致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化度均為負(fù)值,其中未利用土地的變化最大為-5.17%,耕地次之為-4.74%。雖然水域在各地類中面積變化最小,但其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值負(fù)向變化趨勢(shì)高達(dá)-4.98%,說明了水域?qū)?yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高,未來水域景觀的保護(hù)是各用地類型保護(hù)中不可忽視的重點(diǎn)之一。2005—2015年,林地、耕地和未利用土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化度依舊為負(fù)值。耕地面積的減少使其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值負(fù)向減少加劇,耕地逐漸成為各地類中負(fù)向變化最突出的用地類型,其變化值為-6.23%,林地和未利用土地因面積減少趨勢(shì)有所緩和,其負(fù)向減少一定程度上也得到優(yōu)化,分別為-0.98%、-3.52%。

圖4 1995—2015年深圳市土地利用動(dòng)態(tài)變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

3.3 多情景模擬下土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化特征

3.3.1多情景模擬下土地利用動(dòng)態(tài)變化特征

在延續(xù)歷史發(fā)展情景基礎(chǔ)上,2015—2035年深圳市各用地類型大規(guī)模轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地。截至2035年,深圳市建設(shè)用地增加157.87 km2,其中約72.85%的土地面積由草地和林地轉(zhuǎn)換而成(圖5)。

圖5 2015—2035年深圳市各用地類型面積變化率

城市發(fā)展情景下,建設(shè)用地面積增量高于其余三種情景,林地和草地依舊是建設(shè)用地面積增加的主要貢獻(xiàn)者,較自然發(fā)展情景,兩地類對(duì)建設(shè)用地面積增量貢獻(xiàn)比重增至76.80%。在該情景下,由于增加了各地類向建設(shè)用地轉(zhuǎn)換的概率,以致建設(shè)用地對(duì)于水域面積侵占也較為突出,水域轉(zhuǎn)入量占建設(shè)用地面積增量的21.55%(圖5)。

耕地保護(hù)情景下,耕地面積增加了7.16 km2,建設(shè)用地也增加了125.52 km2(圖5)。從面積增減看,雖然建設(shè)用地面積增量高于耕地,但耕地的變化率略勝一籌,耕地的變化率為35.86%,建設(shè)用地則為14.25%。

生態(tài)保護(hù)情景是未來土地利用變化的理想情景,該情景下自然景觀總體向優(yōu)發(fā)展。雖然草地面積減少態(tài)勢(shì)依舊,但其減少幅度相對(duì)較小,水域、林地、耕地面積減少態(tài)勢(shì)得到有效遏制,分別增加了0.05 km2、2.24 km2、2.85 km2(圖5)。由于情景設(shè)定時(shí),對(duì)生態(tài)空間轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地的概率進(jìn)行了降低處理,因此在該情景中建設(shè)用地面積增量明顯低于其余三種情景,20a間僅增加18.10km2。

3.3.2多情景模擬下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化特征

2035年在自然發(fā)展、城市發(fā)展、耕地保護(hù)和生態(tài)保護(hù)四種情景下ESV值分別是2444091.80元、2369814.52元、2712496.73元和2918616.70元(圖6,表7),較2015年,四種情景的ESV分別損失476545.10元、550822.38元、208140.17元和2020.20元。其中城市發(fā)展情景下,深圳市ESV的高額損失,為地方政府未來城市規(guī)劃建設(shè)深圳市提供了警示借鑒,城市建設(shè)不可一味追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展,生態(tài)與發(fā)展協(xié)同并進(jìn)才是城市健康發(fā)展的有效途徑。自然發(fā)展情景的ESV損失值僅次于城市發(fā)展情景,表明了1995—2015年的發(fā)展規(guī)律已不再適合目前深圳市的發(fā)展,應(yīng)及時(shí)調(diào)整城市發(fā)展策略,優(yōu)化城市土地利用布局。

表7 2015—2035年多情景模擬下深圳市ESV變化/元

圖6 多情景模擬下2035年深圳市ESV變化

從各單項(xiàng)ESV看,自然發(fā)展情景下,各單項(xiàng)ESV均存在損失,一級(jí)類型中調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)分別損失348841.75元和75162.01元,共占總損失的88.97%,二級(jí)類型中,水文調(diào)節(jié)功能損失最多,達(dá)215960.75元,其次是氣候調(diào)節(jié)功能,損失量為73152.89元；城市發(fā)展情景下,ESV損失比自然發(fā)展情景多74277.28元,主要由于該情景中草地、林地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地的比重較高,造成調(diào)節(jié)功能價(jià)值出現(xiàn)顯著下降,尤其是草地的氣體、氣候調(diào)節(jié)功能；耕地保護(hù)情景下,耕地和水域面積的增加使得氣候調(diào)節(jié)和水文調(diào)節(jié)的損失量較自然發(fā)展和城市發(fā)展兩情景要低出許多,分別為57525.20元、39101.06元,雖然該情景下ESV損失仍然存在,但與自然發(fā)展和城市發(fā)展情景相比,損失程度明顯減弱；生態(tài)保護(hù)情景下,供給服務(wù)的ESV呈正向增加,其中水資源供給功能增值了681.97元,食物生產(chǎn)功能增值了647.51元,由于該情景對(duì)生態(tài)空間實(shí)施有目的的保護(hù),一定程度上延緩了建設(shè)用地的蔓延,雖然ESV總價(jià)值的減少趨勢(shì)并未逆轉(zhuǎn),但損失量明顯低于其余三種情景,僅減少了2020.20元。

3.3.3多情景模擬下土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響差異

圖7 2015—2035年深圳市各用地類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

草地面積損失是造成四種情景內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的關(guān)鍵因素。其中城市發(fā)展情景下,草地減少引致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少量占該情景總價(jià)值減少量的50.43%,而自然發(fā)展情景受草地面積減少的影響僅次于城市發(fā)展情景,減少量占31.76%。相較于其他三種情景,生態(tài)保護(hù)情景受草地變化影響較弱,草地減少僅帶來了12486.83元的價(jià)值損失,主要由于該情景降低了林地、耕地、草地和水域轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地的概率,明確了生態(tài)紅線等限制轉(zhuǎn)化區(qū),使得水域、林地和耕地面積顯著上升,三地類價(jià)值的增長(zhǎng)一定程度上削弱草地面積下降帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少(圖7)。

水域、林地變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響次于草地。水域和林地面積減少引致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低比重分別為64.76%和48.68%,自然景觀(草地、水域和林地)的顯著減少成為自然發(fā)展和城市發(fā)展情景中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少的巨大推力。而在生態(tài)保護(hù)情景下,林地面積增加帶來的價(jià)值增長(zhǎng)與草地價(jià)值減少間表現(xiàn)出互補(bǔ)趨勢(shì),草地面積的減少多受林地草地間相互轉(zhuǎn)化的影響。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

本文在分析深圳市歷史土地利用變化規(guī)律基礎(chǔ)上,參照深圳市土地利用總體規(guī)劃,借助FLUS模型模擬自然發(fā)展、城市發(fā)展、耕地保護(hù)與生態(tài)發(fā)展四種情景下深圳市土地利用變化情況,進(jìn)而利用當(dāng)量因子法對(duì)不同情景下土地利用結(jié)構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力進(jìn)行價(jià)值化表達(dá)。對(duì)研究區(qū)而言,生態(tài)保護(hù)情景是優(yōu)化區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)、緩解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少的最佳模式,而城市發(fā)展情景則是對(duì)區(qū)域發(fā)展具有一定警示作用,如何權(quán)衡發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系是深圳市亟待考慮的問題之一。

從研究方法上看,FLUS模型的模擬結(jié)果與驅(qū)動(dòng)因子間關(guān)聯(lián)密切,驅(qū)動(dòng)因素的選取易受主觀性與數(shù)據(jù)獲取有限性的影響,加之城市土地利用變化易受政策規(guī)劃導(dǎo)向影響,因此導(dǎo)致模擬結(jié)果不確定性增加。在未來研究中,對(duì)研究區(qū)驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行合理更新,對(duì)區(qū)域政策等人文因素實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間化,考慮驅(qū)動(dòng)因素全面性,也需根據(jù)國(guó)家最新土地利用規(guī)劃不斷完善情景設(shè)置。

4.2 結(jié)論

本文基于1995—2015年深圳市土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化現(xiàn)狀,利用FLUS模型模擬多種情景下2035年土地利用的動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響。主要結(jié)論如下:

(1)1995—2015年建設(shè)用地面積顯著增加,其余用地類型面積減少趨勢(shì)穩(wěn)定,其中耕地和未利用土地面積負(fù)向變化最為顯著。各用地類型間均存在類型轉(zhuǎn)換,其中轉(zhuǎn)出量最高的是草地,轉(zhuǎn)入量最高的則是建設(shè)用地,林地與草地之間存在密切的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,除建設(shè)用地外,其余用地類型均呈現(xiàn)“入不敷出”態(tài)勢(shì)。

(2)1995—2015年深圳市ESV總價(jià)值呈下降趨勢(shì),下降速度經(jīng)歷了由迅猛到緩和的變化,調(diào)節(jié)服務(wù)是深圳市最主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,其次則是支持服務(wù)功能。1995—2005年,水域、林地、草地、耕地和未利用土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化度均呈負(fù)向變化,其中未利用土地的變化度最大,耕地次之。2005—2015年,耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值負(fù)向變化程度加劇,林地和未利用土地面積減少趨勢(shì)得到緩和。

(3)多情景土地利用模擬中,自然發(fā)展、城市發(fā)展、耕地保護(hù)和生態(tài)保護(hù)四種情景的ESV總價(jià)值均存在損失,草地面積減少成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少的關(guān)鍵,調(diào)節(jié)功能對(duì)四種情景生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少具有顯著推動(dòng)作用。草地、水域和林地面積的損失是引致自然發(fā)展與城市發(fā)展兩情景價(jià)值減少的重要推手,生態(tài)保護(hù)情景下,草地、林地的價(jià)值變化呈此消彼長(zhǎng)態(tài)勢(shì),草地林地間相互轉(zhuǎn)化影響顯著。