基于FLUS模型的常州市土地利用多情景模擬與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

摘要：以江蘇省常州市作為研究區(qū)域，基于2000—2020年的遙感影像，綜合運(yùn)用FLUS模型及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）評(píng)估方法，系統(tǒng)模擬研究在自然發(fā)展、耕地保護(hù)和生態(tài)保護(hù)3種不同情景下2035年常州市土地利用變化對(duì)ESV的影響。結(jié)果表明，2000—2020年常州市土地利用動(dòng)態(tài)度呈下降趨勢(shì)，其中轉(zhuǎn)出量最高的是耕地，轉(zhuǎn)入量最高的是建設(shè)用地；受土地利用變化的影響，2000—2020年常州市ESV整體呈先增加后減少的趨勢(shì)，水域是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的主要土地利用類型，調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)是常州市主要的兩大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。常州市ESV在不同情景模擬下差異較大，其中，自然發(fā)展情景下ESV最低，生態(tài)保護(hù)情景下ESV最高。最后提出生態(tài)保護(hù)情景是優(yōu)化區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)、維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的最佳發(fā)展模式，應(yīng)作為常州市未來(lái)土地利用的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。

關(guān)鍵詞：土地利用；多情景模擬；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；FLUS模型；常州市

中圖分類號(hào)：X321；F301.2" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2024）11-0047-10

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.11.009 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Multi-scenario simulation of land use and changes of ecosystem service value in Changzhou City based on FLUS model

HE Yu-chen1， JING Xiao-dong1，2， SUN Yuan-yuan1

（1.Business School， Hohai University，Nanjing" 211100，China； 2.Yangtze Institute for Conservation and Development， Nanjing" 210098，China）

Abstract：Taking Changzhou City of Jiangsu Province as the study area， based on remote sensing images from 2000 to 2020， the FLUS model and the ecosystem service value （ESV） assessment method were used to systematically study the impacts of land use changes on ESV in Changzhou City in 2035 under three different scenarios of natural development， cultivated land preservation and ecological protection. The results showed that the dynamic degree of land use in Changzhou City showed a downward trend from 2000 to 2020. Among them， the highest amount of transferred out was cultivated land， and the highest amount of transferred in was construction land. The ESV in Changzhou City from 2000 to 2020 demonstrated a trend of initially increasing and then decreasing， owing to the impact of land use changes. The water area exerted the primary impact on the change of ESV， and regulatory and support services were the two main ecosystem service functions in Changzhou City. The ESV of Changzhou City exhibited significant variations under different scenario simulations， with the natural development scenario resulting in the lowest ESV and the ecological protection scenario resulting in the highest ESV. Finally， it was recommended that the ecological protection scenario was the best development model to optimize the regional land use structure and maintain the value of ecosystem services， which should be used as a long-term development strategy for future land use in Changzhou City.

Key words： land use； multi-scenario simulation； ecosystem service value； FLUS model； Changzhou City

土地既是承載人類活動(dòng)的重要載體，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。21世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世矚目的歷史性成就。與此同時(shí)，城市擴(kuò)張、工業(yè)區(qū)建設(shè)、農(nóng)田改造等對(duì)土地利用的不同需求和利用方式也發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。然而，高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和不合理利用極有可能導(dǎo)致土地資源的過(guò)度開(kāi)采、土地退化和環(huán)境污染，進(jìn)而威脅到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)的平衡。近年來(lái)，隨著人類對(duì)土地利用強(qiáng)度的持續(xù)提升，土地利用轉(zhuǎn)變和空間重構(gòu)速度不斷加快，中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性加劇、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化等問(wèn)題日益嚴(yán)重［1，2］。與此同時(shí)，不合理的人類活動(dòng)直接導(dǎo)致了環(huán)境惡化，造成空氣污染、水土流失、生境破碎等一系列問(wèn)題［3］。2012年，中共十八大報(bào)告提出要優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)格局及大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。中國(guó)高度重視土地利用工作，并相繼出臺(tái)了一系列政策和措施，要求完善土地科學(xué)規(guī)劃、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展。2022年，中共二十大報(bào)告中提出要構(gòu)建優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、高質(zhì)量發(fā)展的區(qū)域經(jīng)濟(jì)布局和國(guó)土空間體系。

以土地利用變化為基礎(chǔ)，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）是解決國(guó)土空間合理布局、推動(dòng)區(qū)域資源節(jié)約型、環(huán)境友好型可持續(xù)發(fā)展的重要出發(fā)點(diǎn)［4，5］。近年來(lái)，隨著黨和國(guó)家的不斷重視以及時(shí)代發(fā)展相關(guān)需求的不斷增加，土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的相關(guān)研究日益成為熱點(diǎn)話題。自1997年Costanza等［6］首次依據(jù)氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、食物供應(yīng)等不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的重要程度對(duì)其進(jìn)行分類并構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值核算模型以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究日益豐富，并在價(jià)值核算領(lǐng)域取得了一系列研究成果。如謝高地等［7］對(duì)單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化方法進(jìn)行改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了適用于中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)評(píng)估方法。張彪等［8］基于北京市濕地資源調(diào)查數(shù)據(jù)，重點(diǎn)評(píng)估了濕地生態(tài)系統(tǒng)在洪水調(diào)蓄、水源供給等重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的作用及其價(jià)值。此外，土地利用也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價(jià)值改變的重要影響因素。近年來(lái)，圍繞土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的研究也受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，如張宇碩等［9］從空間尺度視角出發(fā)，就土地利用/覆蓋變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響做出了詳細(xì)論述；Carpenter等［10］認(rèn)為土地利用方式的改變會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過(guò)程，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。另外，隨著土地利用領(lǐng)域研究的不斷深入，運(yùn)用土地利用模擬模型對(duì)未來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行預(yù)測(cè)分析也逐漸成為研究熱點(diǎn)。目前，學(xué)界主要圍繞CLUE-S模型［11，12］、FLUS模型［13-15］、CA-Markov模型［16，17］以及PLUS模型［18，19］等開(kāi)展了大量研究，且研究成果日益豐富。

開(kāi)展基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算的土地利用已逐步成為評(píng)估項(xiàng)目或政策可行性、確定土地利用決策優(yōu)先級(jí)、實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償措施等工作的重要參考依據(jù)，對(duì)于統(tǒng)籌國(guó)土空間安排、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)等決策具有重要現(xiàn)實(shí)意義［20］。常州市作為長(zhǎng)三角地區(qū)的重要城市之一，在“長(zhǎng)三角一體化”戰(zhàn)略中具有重要地位［21］。近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，常州市土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的擾動(dòng)也逐步加劇。2022年頒布的《江蘇省建立健全生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制實(shí)施方案》中明確提出，到2025年，生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)的制度框架初步形成；到2035年，全面建立完善的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制。在此背景下，研究不同情景模擬下常州市未來(lái)土地利用發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估具有鮮明的政策啟示和引導(dǎo)作用。因此，本研究結(jié)合常州市當(dāng)前城市發(fā)展需求，從2000—2020年常州市土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化特征出發(fā)，使用FLUS模型模擬2035年常州市在自然發(fā)展、耕地保護(hù)以及生態(tài)保護(hù)3種不同發(fā)展情景下土地利用變化，同時(shí)使用價(jià)值當(dāng)量因子法評(píng)估3種情景下常州市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值并進(jìn)行對(duì)比分析，以期為常州市進(jìn)一步優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、提升可持續(xù)發(fā)展水平，加快建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化提供理論參考和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

常州市是江蘇省的地級(jí)市，屬于長(zhǎng)江三角洲中心區(qū)城市，地處華東地區(qū)、江蘇省南部，東部與無(wú)錫市相鄰，西部與南京市、鎮(zhèn)江市接壤，南部與無(wú)錫市、安徽省宣城市交界，整體區(qū)位條件優(yōu)越。截至2022年，常州市下轄新北區(qū)、天寧區(qū)、武進(jìn)區(qū)、金壇區(qū)、鐘樓區(qū)和溧陽(yáng)市，總面積為4 385 km2，常住人口536.62萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率78.01%。地理地貌上，常州市地處長(zhǎng)江下游三角洲蘇南平原，地貌類型屬于沖積平原，境內(nèi)地勢(shì)西南略高，地形復(fù)雜，形成了豐富多樣的自然生態(tài)。常州市區(qū)地勢(shì)平坦、河網(wǎng)稠密，西北略高，東南略低［22］。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

選取2000年、2005年、2010年、2015年和2020年常州市土地利用數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)投影、重分類等預(yù)處理使其統(tǒng)一為WGS84坐標(biāo)系且空間分辨率為30 m的數(shù)據(jù)，其中土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)（http：//www.resdc.cn）。FLUS模型所需要一系列模擬驅(qū)動(dòng)因子中，DEM高程來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn）；坡度和坡向數(shù)據(jù)由DEM數(shù)據(jù)提取得到；植被覆蓋率、到鐵路與高速公路的距離數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)，人口、GDP數(shù)據(jù)均來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)的GDP和人口空間公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)格式為柵格，并經(jīng)投影變換、裁剪、距離分析等預(yù)處理后，統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為30 m×30 m的柵格數(shù)據(jù)格式。核算ESV所需的糧食數(shù)據(jù)分別來(lái)自《常州統(tǒng)計(jì)年鑒》及《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。

2 研究方法

2.1 土地利用變化分析

1）單一土地利用動(dòng)態(tài)度。常州市不同時(shí)期不同用地類型的土地面積的變化是其土地利用變化的主要表現(xiàn)。參考文獻(xiàn)［23］，采用土地利用類型動(dòng)態(tài)度方法測(cè)度用地的變化速率。單一土地利用動(dòng)態(tài)度的計(jì)算式如下。

[K=Ib-IαIα×1N×100%] （1）

式中，K表示該區(qū)域某類土地利用類型的變化動(dòng)態(tài)度；[Iα]與[Ib]分別表示研究初期與研究末期的某一類土地利用類型的面積；N表示研究年限。

2）綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度只能體現(xiàn)一定時(shí)間范圍內(nèi)研究區(qū)域中某類土地?cái)?shù)量變化的速度與幅度，而綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可以很好體現(xiàn)研究區(qū)域在一定時(shí)間范圍內(nèi)整個(gè)土地利用類型的變化速度，從而體現(xiàn)區(qū)域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)土地利用變化的綜合影響［24］，計(jì)算式如下。

[Lc=i=1nΔLUi-j2i=1nLUi×1N×100%] （2）

式中，[Lc]表示該區(qū)域的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；[LUi]表示研究起始時(shí)間第i類土地利用類型的面積；[ΔLUi-j]表示在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)第i類土地轉(zhuǎn)化為第j類土地利用類型面積的絕對(duì)值；N表示研究年限。

2.2 土地利用變化模擬

2.2.1 情景設(shè)置 基于吳欣昕等［13］的研究，F(xiàn)LUS模型在預(yù)測(cè)和控制城市未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和擴(kuò)張強(qiáng)度與方向時(shí)需要考慮不同的約束條件，情景設(shè)置對(duì)于預(yù)測(cè)土地利用發(fā)展情況具有重要意義。進(jìn)一步結(jié)合吳曉青等［25］以及湯江龍等［26］在情景方面的設(shè)定，在常州市當(dāng)前統(tǒng)籌兼顧、綠色發(fā)展的建設(shè)原則上，依據(jù)常州市歷史年份土地利用變化特征及其未來(lái)區(qū)域空間發(fā)展規(guī)劃，分別設(shè)置自然發(fā)展情景、耕地保護(hù)情景和生態(tài)保護(hù)情景3種情景模式對(duì)常州市2035年土地利用變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)（表1）。

2.2.2 FLUS模型 FLUS模型是在傳統(tǒng)的元胞自動(dòng)機(jī)原理基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新的新模型，它通過(guò)使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法處理基準(zhǔn)土地利用數(shù)據(jù)和各種驅(qū)動(dòng)因素?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算區(qū)域內(nèi)不同地類的發(fā)展可能性，并將發(fā)展概率與領(lǐng)域影響因子、自適應(yīng)慣性系數(shù)和轉(zhuǎn)換成本相結(jié)合，從而得出元胞的整體轉(zhuǎn)換概率，最后通過(guò)輪盤競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制獲得最終模擬結(jié)果［27］。運(yùn)用FLUS模型耦合Markov模型，基于2000—2020年常州市土地利用數(shù)據(jù)模擬預(yù)測(cè)2035年不同情景下常州市土地利用的空間分布格局。

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)［28］，范圍為0～1，越接近1表示該用地類型的擴(kuò)張能力就越強(qiáng)?；跍埖龋?6］、王保盛等［28］及王超越等［29］已有研究并反復(fù)進(jìn)行精度模擬驗(yàn)證，最終確定自然發(fā)展、耕地保護(hù)和生態(tài)保護(hù)3種不同情景下的鄰域權(quán)重參數(shù)，具體見(jiàn)表2。其中，采用Kappa系數(shù)驗(yàn)證模型精度，利用2015年常州市土地利用數(shù)據(jù)模擬獲取2020年土地利用數(shù)據(jù)，并與2020年常州市實(shí)際土地利用情況進(jìn)行比較，最終得出所用模型的Kappa系數(shù)為0.86，大于0.75，表明模型預(yù)測(cè)在研究中效果較好、精度較高［29］，因此本模型適用于常州市未來(lái)土地利用變化模擬。

2.2.3 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［30］，取值為0和1，其中當(dāng)一種用地類型允許轉(zhuǎn)化為另一種用地類型時(shí)設(shè)為1，反之設(shè)置為0。根據(jù)所設(shè)置的3種情景，相應(yīng)設(shè)置了3種與之相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換成本矩陣，具體見(jiàn)表3。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估是生態(tài)建設(shè)的代表指標(biāo)，其評(píng)估可以提高人們的生物多樣性保護(hù)意識(shí)和對(duì)“自然資源有價(jià)”的認(rèn)知程度，從而進(jìn)一步促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的綠色轉(zhuǎn)型。借鑒謝高地等［7］的研究成果，結(jié)合常州市的實(shí)際情況對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子進(jìn)行修正，并在此基礎(chǔ)上核算常州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

1）標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子核算。標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子（簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量）指農(nóng)田平均每年單位面積自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，具有量化不同類型生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)服務(wù)功能的潛在貢獻(xiàn)能力的作用。相關(guān)研究表明，現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的1/7［31］。其具體計(jì)算式如下。

[Eα=17i=1nmipiqiN]" " " " " " " " （3）

式中，[Eα]表示單位農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，元/hm2；i表示作物的種類，常州市的主要作物為水稻、小麥與大豆；[pi]表示第i種糧食作物的平均市場(chǎng)價(jià)格，元/t；[qi]表示第i種糧食作物單位面積產(chǎn)量，t/hm2；[mi]表示第i種糧食作物的面積，hm2；N為n種糧食作物總面積，hm2。

通過(guò)搜集《常州統(tǒng)計(jì)年鑒》《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》等資料，統(tǒng)計(jì)了常州市2000—2020年的水稻、小麥、大豆3種主要農(nóng)作物的單位面積產(chǎn)量和播種面積以及這一時(shí)段該種農(nóng)作物的全國(guó)平均出售價(jià)格等數(shù)據(jù)，計(jì)算得出常州市單位標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量為2 181.203 0元/hm2。

2）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的修正。以謝高地等［7］ 基于中國(guó)實(shí)際情況修正的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表為基礎(chǔ)，結(jié)合常州市近5年來(lái)糧食單位面積產(chǎn)量以及全國(guó)平均糧食價(jià)格等資料，對(duì)價(jià)值當(dāng)量因子表進(jìn)行修正，具體見(jiàn)表4。

3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算。采用Costanza等［6］提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算模型，計(jì)算常州市各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，計(jì)算式如下。

[ESV=j=1nAj×VCj]" " " " " （4）

[ESVf=j=1nAj×VCfj]" " " " " " "（5）

式中，ESV表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，元；[ESVf]表示第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值，元；[Aj]表示第j類土地的面積，hm2；[VCj]表示第j類土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，元/hm2；[VCfj]表示第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能第j類土地的價(jià)值系數(shù)，元/hm2。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

2000—2005年常州市土地利用類型變化如圖1所示。由圖1可知，耕地是常州市區(qū)域內(nèi)分布最廣泛且占比最大的土地類型，且最大占比狀況一直延續(xù)至今；建設(shè)用地占比次之，且呈現(xiàn)明顯的向周邊地區(qū)擴(kuò)張的趨勢(shì)；林地和水域分布較為集中，其中林地集中在西南部，即茅山地區(qū)，水域集中在中部地區(qū)，主要包括滆湖、長(zhǎng)蕩湖以及太湖的部分地區(qū)；草地和未利用地占比較低。從土地利用面積變化來(lái)看，2000—2020年，建設(shè)用地變化最大，用地面積增加56 355.75 hm2；其次是耕地，面積減少52 424.01 hm2；林地與水域面積有所縮減，分別減少5 129.01 hm2和2 277.81 hm2；其余2種用地類型的面積相對(duì)穩(wěn)定，面積變化較小。

用地類型變化的速度可以用土地利用動(dòng)態(tài)度來(lái)反映。根據(jù)常州市2000—2020年土地利用數(shù)據(jù)計(jì)算出各用地類型的單一以及綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，結(jié)果如表5所示。常州市土地利用動(dòng)態(tài)變化表明，城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地利用產(chǎn)生了明顯影響。由表5可知，2000—2020年常州市綜合土地利用動(dòng)態(tài)度總體呈下降趨勢(shì)，表明常州市土地利用類型的變化速度總體呈下降趨勢(shì)。從單一土地利用動(dòng)態(tài)度看，耕地和林地的動(dòng)態(tài)度在2000—2015年為負(fù)數(shù)，之后由負(fù)轉(zhuǎn)正，說(shuō)明耕地與林地面積呈先下降后上升的趨勢(shì)，這可能與政府對(duì)耕地保護(hù)以及林地保護(hù)的重視不斷加強(qiáng)有關(guān)。建設(shè)用地變化較為強(qiáng)烈，2000—2005年動(dòng)態(tài)度達(dá)7.56%/年，且2000—2020年均為正數(shù)，但總體變化速度呈下降趨勢(shì)。水域的動(dòng)態(tài)度呈下降趨勢(shì)，由20世紀(jì)初的2.77%/年下降至2015—2020年的-3.65%/年。草地和未利用地的動(dòng)態(tài)度雖然較大，但由于二者用地面積基數(shù)較小，因此對(duì)常州市總體土地利用變化影響較小。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

根據(jù)2000—2020年的土地利用數(shù)據(jù)、修正后的當(dāng)量表以及計(jì)算出的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量計(jì)算得出常州市不同土地利用類型的ESV及其變化情況，結(jié)果見(jiàn)表6和表7?？傮w來(lái)看，常州市近21年的ESV呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中2010年的ESV最高，為1 674 564.68萬(wàn)元。從各土地利用類型來(lái)看，水域的ESV是6類一級(jí)分類用地中占比最高的，其次分別為耕地與林地，草地與未利用地的ESV相對(duì)較小，這與常州市各土地利用類型的面積密不可分。從變化率來(lái)看，2015—2020年總體ESV變化率最大，達(dá)-14.01%，這是由于常州市此時(shí)段水域面積以及耕地面積縮減導(dǎo)致的。

為更直觀研究常州市各行政區(qū)的ESV，利用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行可視化處理，采用網(wǎng)格法建立常州市區(qū)域漁網(wǎng)，計(jì)算得出單位柵格面積的ESV后，利用克里金法進(jìn)行空間插值，并根據(jù)自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將其分為5類，分別為低（≤19 319.72元/hm2）、較低（19 319.72～47 695.20元/hm2）、中（47 695.20～93 103.75元/hm2）、較高（93 103.75～154 301.17元/hm2）和高（gt;154 301.17元/hm2），具體結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，ESV高值區(qū)多分布于滆湖和長(zhǎng)蕩湖即兩湖地區(qū)，并以兩湖地區(qū)為中心向四周擴(kuò)散。從時(shí)間變化上看，2000—2010年ESV多為低值向較低值和中值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而2010年后ESV呈下降趨勢(shì)，較低值和中值區(qū)域相對(duì)減少，低值區(qū)域相對(duì)增多。

3.3 多情景模擬預(yù)測(cè)

3.3.1 多情景模擬下土地利用變化 通過(guò)運(yùn)用FLUS模型，模擬得到2035年常州市在3種情景下的土地利用狀況（圖3），以2020年為基年，計(jì)算得出3種情景下各土地利用類型的動(dòng)態(tài)度以及面積變化情況（表8）。

結(jié)合圖3和表8可知，在自然發(fā)展情景下，建設(shè)用地呈繼續(xù)擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，預(yù)測(cè)增加10 283.66 hm2，動(dòng)態(tài)度為10.43%/年，與之相對(duì)應(yīng)的耕地、草地及水域面積呈下降態(tài)勢(shì)，且大部分轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。在耕地保護(hù)情景下，由于強(qiáng)化對(duì)非農(nóng)建設(shè)占用耕地的控制和引導(dǎo)，耕地面積預(yù)測(cè)將增加1 074.78 hm2，與自然發(fā)展情景相比，有效地達(dá)成了保護(hù)耕地的目的。在這種情景下，除未利用地和草地由于自身面積較小導(dǎo)致動(dòng)態(tài)度較大外，林地、水域和建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度均較小，少部分用地轉(zhuǎn)化為耕地，因此在耕地保護(hù)情景下，各土地利用類型面積變化并不明顯，維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的比例。在生態(tài)保護(hù)情景下，區(qū)域建設(shè)發(fā)展將更加重視生態(tài)保護(hù)，是符合人們未來(lái)對(duì)適宜環(huán)境需求的良好情景。在這種情景下，耕地和建設(shè)用地面積分別減少3 101.22 hm2和4 103.05 hm2，而林地與水域面積分別增加1 094.13 hm2和6 113.38 hm2，在保證發(fā)展的同時(shí)，加強(qiáng)了對(duì)林地和水域兩大生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，總體上符合生態(tài)保護(hù)的要求。

3.3.2 多情景模擬下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化 在使用FLUS模型模擬預(yù)測(cè)出3種不同情景下常州市2035年的土地利用數(shù)據(jù)后，結(jié)合網(wǎng)格計(jì)算法計(jì)算2035年自然發(fā)展、耕地保護(hù)、生態(tài)保護(hù)3種不同情景下常州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（圖4、表9），分別為123.96億、137.94億、151.34億元。與2020年相比，在自然發(fā)展及耕地保護(hù)情景下，常州市ESV分別減少15.32億元和1.34億元，而在生態(tài)保護(hù)情景下，常州市ESV增加了12.05億元。由此可見(jiàn)，自然發(fā)展情景不利于常州市ESV的持續(xù)提升，不符合人與自然和諧共生的長(zhǎng)期發(fā)展愿景；耕地保護(hù)情景可以有效減緩ESV下降趨勢(shì)同時(shí)保持耕地面積、嚴(yán)守耕地紅線，有利于保障常州市的糧食安全，但對(duì)于整體ESV的提升作用并不理想；而生態(tài)保護(hù)情景兼顧了生態(tài)保護(hù)與長(zhǎng)效發(fā)展，既有利于提高常州市整體的ESV，也在一定程度上維持了糧食安全的保障能力，符合未來(lái)常州市的長(zhǎng)期發(fā)展需求，可為構(gòu)建人與自然和諧共生的現(xiàn)代化常州奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

從生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)功能來(lái)看，情景設(shè)置為自然發(fā)展情景時(shí)，2020—2035年各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均呈下降趨勢(shì)，其中，在一級(jí)分類中調(diào)節(jié)服務(wù)減少量最大，共減少12.44億元，而二級(jí)分類中水文調(diào)節(jié)減少量最大，為10.88億元。在耕地保護(hù)情景下，2020—2035年一級(jí)分類各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值也均減少，但損失值均未超過(guò)1.5億元，相較于自然發(fā)展情景，其價(jià)值的損失程度明顯減弱。在生態(tài)保護(hù)情景下，2020—2035年一級(jí)分類的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都有所增加，其中調(diào)節(jié)服務(wù)與支持服務(wù)增加最多，分別為9.72億元與0.98億元；從二級(jí)分類角度看，水資源供給價(jià)值增加0.82億元，生物多樣性價(jià)值增加0.73億元，相較于前2種發(fā)展情景都有很大提升，ESV總價(jià)值也從減少轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾印?/p>

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)值的影響特征 通過(guò)計(jì)算模擬預(yù)測(cè)2035年的各類用地ESV具體數(shù)值并與2020年數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析（表10）發(fā)現(xiàn)，水域面積變化是影響常州市自然發(fā)展、耕地保護(hù)與生態(tài)保護(hù)情景下ESV發(fā)生變化的主要因素。在自然發(fā)展情景下，水域面積減少導(dǎo)致的ESV減少量占該情景下總價(jià)值減少量的98%，雖然草地ESV價(jià)值變化率較高但由于常州市草地面積較小，其對(duì)ESV總價(jià)值影響占比也較小。耕地保護(hù)情景下各類用地變化幅度較小，ESV總價(jià)值變動(dòng)也是 3種情景下幅度最小的。生態(tài)保護(hù)情景下水域面積的增加是該情景下導(dǎo)致ESV總價(jià)值增加的主要原因，在該情景設(shè)置下，林地、草地、水域等向建設(shè)用地、耕地轉(zhuǎn)換的概率降低，有效緩解了建設(shè)用地向水域、林地的大幅轉(zhuǎn)化趨勢(shì)，河湖等水域用地得到了保護(hù)，其ESV也隨之增加。生態(tài)用地，尤其是水域和林地的面積變化是3種不同情景下ESV總價(jià)值發(fā)生變化的重要貢獻(xiàn)者，其面積變化帶來(lái)的ESV總價(jià)值的變化量均占總價(jià)值變化量的95%以上。

4 小結(jié)與討論

4.1 小結(jié)

基于2000—2020年常州市土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化狀況，并綜合使用FLUS模型模擬3種不同情景下常州市2035年的土地利用變化，探究此種變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響，最終得到以下結(jié)論。

1）2000—2020年，常州市建設(shè)用地面積明顯增加，除未利用地外，其余土地利用類型均有不同程度的減少，其中耕地與林地在2015年后呈正向發(fā)展趨勢(shì)。此外，各用地類型間均存在一定程度的轉(zhuǎn)換，其中轉(zhuǎn)出量最高的是耕地，而轉(zhuǎn)入量最高的則是建設(shè)用地，常州市的土地利用動(dòng)態(tài)變化表明城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地利用產(chǎn)生了明顯影響，耕地減少、建設(shè)用地增加是近21年發(fā)展的主要趨勢(shì)。

2）2000—2020年，常州市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈先增加后減少的趨勢(shì)，其中2000—2010年ESV逐漸增加，2010年后ESV呈減少趨勢(shì)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值一級(jí)分類中的調(diào)節(jié)服務(wù)與支持服務(wù)是常州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的主要組成部分，是ESV總價(jià)值的主要貢獻(xiàn)者。此外，ESV的增加主要來(lái)自各用地類型向水域與林地轉(zhuǎn)化，而ESV的減少主要來(lái)自耕地、林地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化以及水域面積的不斷縮減。

3）在多情景土地利用模擬下，以2020年為基期進(jìn)行比較，常州市2035年的ESV總價(jià)值在自然發(fā)展和耕地保護(hù)情景下均有損失，分別減少15.32億元和1.34億元，而在生態(tài)保護(hù)情景下ESV總價(jià)值不減反增，共增加12.05億元。在3種情景下，水域面積的縮減是造成ESV總價(jià)值變化的主要因素，其中自然發(fā)展情景設(shè)置下由于建設(shè)用地的擴(kuò)張，其他生態(tài)用地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化量提高，最終導(dǎo)致ESV的下降；耕地保護(hù)情景下，在穩(wěn)定耕地面積保證糧食生產(chǎn)的同時(shí)，減緩了ESV的下降趨勢(shì)；而生態(tài)保護(hù)情景有效保護(hù)了林地、水域的面積，為ESV總價(jià)值提升注入動(dòng)力，由此看出生態(tài)用地，尤其是林地和水域的面積變化是造成不同情景下ESV總價(jià)值差異變化的重要原因。

4.2 討論

近年來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究逐漸成為熱點(diǎn)話題，本研究使用ArcGIS軟件和單位面積價(jià)值因子當(dāng)量法對(duì)常州市21世紀(jì)以來(lái)土地利用變化以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化進(jìn)行了分析，并基于FLUS模型，選取了自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面共8項(xiàng)驅(qū)動(dòng)力因子，設(shè)置3種情景對(duì)常州市2035年的土地利用狀況進(jìn)行模擬，結(jié)合常州市當(dāng)前加強(qiáng)建設(shè)“國(guó)際化智造名城、長(zhǎng)三角中軸樞紐”城市定位的需求，最終得出對(duì)常州市的長(zhǎng)期發(fā)展而言，生態(tài)保護(hù)情景是優(yōu)化區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)、維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的最佳發(fā)展模式，契合人與自然和諧共生的未來(lái)發(fā)展前景，有利于打造山水林田湖草沙生命共同體，促進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)入新篇章。

在方法選用上，近年來(lái)基于FLUS模型并結(jié)合Markov鏈的耦合模型被廣泛應(yīng)用于土地利用模擬以及城市邊界擴(kuò)張等研究，本研究所選取的8個(gè)因子雖然包含自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面，但仍未考慮全面，這將導(dǎo)致結(jié)果的不確定性增加，因此在未來(lái)的研究中如何更精準(zhǔn)地模擬預(yù)測(cè)土地利用狀況以及如何更好地結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的核算仍需深入探究。此外，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是國(guó)外主流的研究命題，在當(dāng)前研究階段，賦予其中國(guó)特色的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的實(shí)現(xiàn)機(jī)制以及相應(yīng)的技術(shù)支撐如生態(tài)產(chǎn)品信息云平臺(tái)、生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算云平臺(tái)的建設(shè)等還需要進(jìn)行更深層次的探索。

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［28］ 王保盛，廖江福，祝 薇，等.基于歷史情景的FLUS模型鄰域權(quán)重設(shè)置——以閩三角城市群2030年土地利用模擬為例［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（12）：4284-4298.

［29］ 王超越，郭先華，郭 莉，等.基于FLUS-In VEST的西北地區(qū)土地利用變化及其對(duì)碳儲(chǔ)量的影響——以呼包鄂榆城市群為例［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2022，31（8）：1667-1679.

［30］ 張曉瑤，張 瀟，李冬花，等.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［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2022，42（6）：2086-2097.

［31］ 魏 慧，趙文武，張 驍，等.基于土地利用變化的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)——以山東省德州市為例［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37（11）：3830-3839.

何宇辰，景曉棟，孫媛媛. 基于FLUS模型的常州市土地利用多情景模擬與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，" "63（11）：47-56，78．

收稿日期：2023-09-18

基金項(xiàng)目：江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（KYCX22_0688）

作者簡(jiǎn)介：何宇辰（2003-），男，江蘇南京人，在讀本科生，專業(yè)方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)，（電話）13951685608（電子信箱）2163310127@hhu.edu.cn；通信作者，景曉棟（1996-），男，山西介休人，在讀博士研究生，研究方向?yàn)樗Y源管理及生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)方面，（電子信箱）jingxiaodong@hhu.edu.cn。