北京城市化進(jìn)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

付夢(mèng)娣,肖能文,趙志平,高曉奇,李俊生

(中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 生物多樣性研究中心,北京 100012)

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北京城市化進(jìn)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

付夢(mèng)娣,肖能文,趙志平,高曉奇,李俊生

(中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 生物多樣性研究中心,北京 100012)

基于熵值法對(duì)1993—2013年北京城市化水平進(jìn)行了綜合測(cè)度，以1993年、2003年、2013年3期遙感數(shù)據(jù)為基本信息源，采用GIS技術(shù)和InVEST (integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與權(quán)衡綜合評(píng)價(jià))模型，分析了北京市土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化特征，并研究了北京城市化進(jìn)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。結(jié)果表明：北京城市化綜合水平不斷提高，主要表現(xiàn)為社會(huì)和空間城市化，其次是人口城市化，而經(jīng)濟(jì)城市化的影響相對(duì)較弱；全市土地利用變化劇烈，建設(shè)用地和草地大幅增長(zhǎng)，林地稍有增長(zhǎng)，耕地和水體縮減嚴(yán)重；城市生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，總體上碳儲(chǔ)量減少了5%，水源供給和土壤保持服務(wù)分別增加216%和76%。林地、草地面積的增加和耕地面積的減少改善了土壤保持服務(wù)，森林的擴(kuò)張同時(shí)也改善了固碳服務(wù)，但溫度和降水條件的限制導(dǎo)致后10 a固碳服務(wù)出現(xiàn)明顯減少，人口聚集和城市硬化地表的增加則是導(dǎo)致城市生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)大幅增長(zhǎng)的主要原因。由于城市生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)這塊短板，建議放緩或停止北京城市化發(fā)展進(jìn)程，重點(diǎn)加強(qiáng)其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)城市化發(fā)展質(zhì)量。

城市化; 城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 北京市; InVEST模型

維持和改善城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、提高人類福祉、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前城市生態(tài)學(xué)研究的重要議題之一[1]。全球城市化背景下，城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其空間演化過(guò)程受到較大影響，其可提供的服務(wù)也受到明顯制約。如何緩解和降低城市化帶來(lái)的負(fù)面影響，進(jìn)而提高城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性是當(dāng)前城市發(fā)展所面臨的重要挑戰(zhàn)。以往對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究多以靜態(tài)的、價(jià)值量評(píng)估為主[2-4]，對(duì)物質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化及成因研究相對(duì)較少[5-6]，而關(guān)于城市化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制及其規(guī)律還有待深入研究[7]。

北京作為快速發(fā)展的超大規(guī)模城市，是中國(guó)城市化發(fā)展最快、最典型地區(qū)之一。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，北京城市發(fā)展加速，常駐人口以每年35萬(wàn)的速度增加，尤其是2000年以來(lái)，城市人口增長(zhǎng)更為迅速，以每年78萬(wàn)的速度增加。相應(yīng)地，城市建成區(qū)面積也以每年13 km2的速度擴(kuò)張，2000年以后更是以每年109 km2的速度擴(kuò)張[8]，導(dǎo)致城市土地利用發(fā)生了巨大的變化。造成北京市水資源不足、城市發(fā)展空間回旋余地小、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需矛盾等問(wèn)題十分突出[9]。如何在巨大的發(fā)展壓力和較為脆弱的生態(tài)條件下，有效地維護(hù)和恢復(fù)城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，增強(qiáng)城市土地資源承載力，協(xié)調(diào)城市發(fā)展和生態(tài)保護(hù)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處，已成為當(dāng)前北京城市發(fā)展所面臨的重要挑戰(zhàn)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與權(quán)衡綜合評(píng)價(jià)(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs，InVEST)模型是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估常用的工具，該模型運(yùn)行較簡(jiǎn)單，并且已取得了良好的模擬效果[10-11]。本文擬利用該模型評(píng)估城市化發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，以期為北京建設(shè)生態(tài)文明城市提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　研究區(qū)概況

北京市轄14區(qū)2縣，土地總面積16 410.54 km2。地處華北平原西北邊緣，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.77℃，年均降水量548.86 mm，年均蒸發(fā)量1 785 mm。境內(nèi)有永定河、潮白河、北運(yùn)河、大清河和冀運(yùn)河5大水系，大小河流200余條，大中小型水庫(kù)85座，大型引水渠4條。全市森林覆蓋率為40.1%，地帶性植被為落葉闊葉林和溫性針葉林，主要樹(shù)種包括側(cè)柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)、櫟類(Quercus sppi)、樺樹(shù)(Betula allegansis)、山楊(Populus davidiana)等，在不同的海拔高度和坡向形成不同的優(yōu)勢(shì)種。土壤類型以褐土、潮土、棕壤和粗骨土為主。全市中度以上土壤侵蝕所占比重之和為27.24%[12]，屬輕度水力侵蝕，水蝕的主要形式是坡面侵蝕和細(xì)溝、小切溝侵蝕，并伴有重力侵蝕和泥石流。

2　數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)主要包括：(1)土地利用數(shù)據(jù)，以北京3期9景Landsat TM影像作為基本信息源，結(jié)合北京市土地利用現(xiàn)狀圖、30 m×30 m分辨率的數(shù)字高程模型(DEM)以及野外實(shí)測(cè)的地物光譜數(shù)據(jù)，采用人工交互解譯的方法提取土地利用信息，經(jīng)過(guò)精度驗(yàn)證及成果修訂后形成北京市土地利用矢量數(shù)據(jù)。(2)氣候數(shù)據(jù)，來(lái)源于中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)共享中心，包括日平均溫度、相對(duì)濕度、降水量和日照時(shí)數(shù)等。其中，降水量的空間分布格局通過(guò)ANUSPLIN插值軟件[13]將研究區(qū)及周邊氣象站點(diǎn)的降水量觀測(cè)值進(jìn)行插值獲得，空間分辨率為1 km×1 km；各氣象站點(diǎn)的潛在蒸散(ET0)采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)1998年對(duì)Penman-Monteith模型修訂后的版本[14]計(jì)算獲得，并進(jìn)一步借助ANUSPLIN插值軟件得到其空間分布格局，空間分辨率為1 km×1 km。(3)土壤數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)1∶100萬(wàn)土壤空間屬性數(shù)據(jù)柵格化獲得。(4)NPP(凈初級(jí)生產(chǎn)力)，采用周廣勝等[15]的自然植被NPP模型得到。(5)城市化水平綜合測(cè)度各類指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于1993—2013年的《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2城市化水平綜合測(cè)度

本次研究在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上[16-18]，提出北京城市化水平綜合測(cè)度指標(biāo)體系(表1)。由人口城市化、經(jīng)濟(jì)城市化、社會(huì)城市化和空間城市化4大類18項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成，采用熵值法確定權(quán)重，以消除多指標(biāo)變量間信息的重疊和人為確定權(quán)重的主觀性。

表1　北京城市化水平綜合測(cè)度指標(biāo)體系

2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估

(1)固碳?；谥脖坏厣仙锪抗浪闾紟?kù)，進(jìn)而評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)碳固定功能[19]。

(1)

式中：Vc為固碳量；NPPj為第j類生態(tài)系統(tǒng)類型的凈初級(jí)生產(chǎn)力[g/(m2·a)]。

(2)水源供給。采用InVEST模型對(duì)北京市生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)進(jìn)行定量評(píng)估[20]，其產(chǎn)水模塊基于水量平衡原理，忽略地下水的影響，認(rèn)為柵格單元的降雨量減去實(shí)際蒸散后的水量即為水源供給量，包括地表產(chǎn)流、土壤含水量、枯落物持水量和冠層截留量。

(3)土壤保持。采用InVEST模型的通用水土流失方程(USLE)進(jìn)行評(píng)價(jià)[21]。

A=R·K·LS·C·P

(2)

式中：A為柵格x的土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕力[(MJ·mm)/(hm2·h·a)]；K為土壤可蝕性因子[(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)]；LS為坡度坡長(zhǎng)因子；C為作物/植被覆蓋和管理因子；P為工程措施因子。土壤保持量即潛在土壤侵蝕量和實(shí)際土壤侵蝕量之間的差值，就是因植被覆蓋和水土保持措施而減少的土壤侵蝕量[20]。

3　結(jié)果與分析

3.1城市化綜合水平演變過(guò)程分析

從城市化子系統(tǒng)的權(quán)重上看(表1)，社會(huì)城市化和空間城市化的權(quán)重均在0.25以上，表明1993—2013年北京的城市化主要表現(xiàn)為社會(huì)和空間城市化。測(cè)評(píng)結(jié)果表明：北京城市化綜合水平呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，由1993年的0.116 6上升到2003年的0.452 2，再升至2013年的0.891 0，與一般常用的人口城市化指標(biāo)(即城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎?呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，Pearson Correlation系數(shù)達(dá)0.979。

城市化各子系統(tǒng)水平在不斷提高同時(shí)也表現(xiàn)出不同的演變特征(圖1)，1993—2002年，主要表現(xiàn)為社會(huì)城市化，它對(duì)北京城市化的貢獻(xiàn)在37.21%以上；2003—2009年，主要表現(xiàn)為空間城市化，它對(duì)北京城市化的貢獻(xiàn)在31.91%以上；2010—2013年，主要表現(xiàn)為人口城市化，它對(duì)北京城市化的貢獻(xiàn)在27.5%以上；與此同時(shí)，經(jīng)濟(jì)城市化對(duì)北京城市化的貢獻(xiàn)也不斷提高，2013年已達(dá)到了25.67%?？傮w而言，各子系統(tǒng)城市化水平不斷提高并趨于協(xié)調(diào)。

圖1　1993-2013年北京城市化子系統(tǒng)的演變過(guò)程

3.2土地利用變化分析

1993—2003年，變化較大的土地利用類型依次為建設(shè)用地、耕地和林地。建設(shè)用地面積增加796.33 km2，增加部分主要由耕地、林地和草地轉(zhuǎn)入，其中工礦交通用地面積增加505.20 km2，城鎮(zhèn)用地面積增加217.24 km2，農(nóng)村居民點(diǎn)面積增加73.88 km2。耕地面積減少499.23 km2，減少的部分絕大多數(shù)轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地。林地面積減少157.82 km2，其中有林地面積減少95.20 km2，減少的部分主要轉(zhuǎn)出城鎮(zhèn)用地和工礦交通用地。

2003—2013年，變化較大的土地利用類型依次為耕地、建設(shè)用地和草地。耕地面積減少288.43 km2，減少的部分轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地、林地和草地，轉(zhuǎn)出面積分別為194.81，64.51，26.56 km2；建設(shè)用地面積增加203.65 km2，其中工礦交通用地面積增加228.34 km2，城鎮(zhèn)用地面積增加16.90 km2，農(nóng)村居民點(diǎn)面積減少41.59 km2；草地面積增加132.72 km2，主要由建設(shè)用地和耕地轉(zhuǎn)入。

3.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化分析

隨著北京城市化進(jìn)程的不斷提高，全市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也相應(yīng)發(fā)生了顯著變化(表2，附圖3)。1993—2013年，全市生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)呈先增加后減少的趨勢(shì)，3期的固碳量分別為5.33×106，7.41×106，5.08×106t，總體上碳儲(chǔ)量減少了5%。從地理空間來(lái)看，全市植被凈初級(jí)生產(chǎn)力具有明顯的地貌分異特征，西部和北部山區(qū)到平原農(nóng)耕區(qū)，再到主城區(qū)，NPP總量逐漸減小。植物形成的產(chǎn)量是其自身生物學(xué)特征與外界環(huán)境因子相互作用的結(jié)果[15]，植被生產(chǎn)力受降水、溫度和太陽(yáng)輻射條件影響，不同區(qū)域的主要影響因子不同，西部和北部山區(qū)為多年生自然植被受溫度影響顯著，東南部平原區(qū)植被主要以旱地作物為主受降水影響較大，山區(qū)與平原交界地帶植被多為灌木光照對(duì)其生產(chǎn)力影響更為明顯。1993—2003年，山區(qū)林地面積增加是該時(shí)間段內(nèi)固碳量增加的主要原因；近年來(lái)北京地區(qū)降水量、太陽(yáng)輻射呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而氣溫則不斷增加[22]，表明植被可利用的水分不斷減少，影響了植被的長(zhǎng)勢(shì)而減少了固碳量。

全市的水源供給量在研究期內(nèi)逐漸增加，3期的年均產(chǎn)水深分別為88.69，141.14，280.15 mm，水源供給量分別為14.57，23.19，45.99億m3，總的來(lái)看水源供給量增長(zhǎng)了2.16倍。從空間上來(lái)看，全市產(chǎn)水量的空間分布極不平衡，中部地區(qū)產(chǎn)水量最大，可達(dá)6 711.86 m3/hm2，西部地區(qū)產(chǎn)水量最少，最低值僅為109.1 m3/hm2。從水量平衡角度來(lái)看，降水和實(shí)際蒸散是影響生態(tài)系統(tǒng)水源供給量的主要因子，土地利用則是通過(guò)改變下墊面狀況影響地表實(shí)際蒸散，進(jìn)而影響區(qū)域水循環(huán)的過(guò)程。隨著城市的快速發(fā)展，城區(qū)面積的擴(kuò)展必然引起周邊林地和耕地面積的縮減，改變城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，影響地表實(shí)際蒸散，此外，城市不透水面積的增加阻礙了地下水回補(bǔ)過(guò)程，導(dǎo)致北京市地下水位連年下降，因此城市建成區(qū)的產(chǎn)水量較大，城市生態(tài)系統(tǒng)水源供給量逐年增多。

全市的土壤保持總量也呈現(xiàn)出逐漸增加的變化趨勢(shì)，3期的土壤保持量分別為8.50，10.13，14.93億t，總體上增加76%，這表明研究期內(nèi)全市生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)持續(xù)得到改善。1993年、2003年、2013年全市土壤侵蝕模數(shù)分別為2.26，2.58，3.75 t/(km2·a)，呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，主要由于3個(gè)時(shí)段的降雨侵蝕力逐漸增強(qiáng)，分別為3 134.46，3 774.59，5 829.72 (MJ·mm)/(hm2·h·a)。2003—2013年北京山區(qū)土壤保持量增幅比前10年更加明顯，這是由于該時(shí)期林地面積的大幅度增加引起的，土壤保持量在1 200～3 300 t/hm2的區(qū)域占全市總面積的41.74%。從地理空間來(lái)看，土壤保持量各等級(jí)分布區(qū)域大致相同，懷柔、密云、延慶、門頭溝和房山等地山區(qū)，植被覆蓋度大于80%，土壤侵蝕面積和模數(shù)均較小，土壤保持能力最大；山區(qū)與平原交界地帶坡度較大，且多為人工林，土壤保持量較低；平原地區(qū)是人類生產(chǎn)生活頻繁地區(qū)，建設(shè)用地和耕地為主要用地類型，其土壤保持量最低。

表2　北京市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量

4　討論與結(jié)論

4.1討 論

基于熵值法和綜合測(cè)度指標(biāo)體系，應(yīng)用于北京城市化進(jìn)程研究，能夠較全面、完整地反映出北京城市化的綜合發(fā)展?fàn)顩r。研究時(shí)段內(nèi)北京城市化綜合水平不斷提高，1993—2002年主要表現(xiàn)為社會(huì)城市化，2003—2009年主要表現(xiàn)為空間城市化，該時(shí)期城市用地增長(zhǎng)過(guò)快，用地增速與城市化發(fā)展速度不協(xié)調(diào)，2010—2013年則主要表現(xiàn)為人口城市化，而經(jīng)濟(jì)城市化的影響相對(duì)較弱，滯后于其他方面的城市化。方創(chuàng)琳等[23]在中國(guó)城市化發(fā)展質(zhì)量的研究中指出，近30年中國(guó)城市化進(jìn)程提質(zhì)速度慢于提速速度，分類城市化發(fā)展質(zhì)量呈現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)城市化<社會(huì)城市化<空間城市化的態(tài)勢(shì)。北京城市化進(jìn)程與中國(guó)城市化發(fā)展的趨勢(shì)與特征基本一致。

隨著城市化進(jìn)程的加速，北京市域內(nèi)土地利用發(fā)生了巨大的變化，主要表現(xiàn)為建設(shè)用地和草地大幅增長(zhǎng)，林地稍有增長(zhǎng)，耕地和水體縮減嚴(yán)重。由于退耕還林和重點(diǎn)林業(yè)生態(tài)工程等一系列政策的實(shí)施，全市有林地、灌木林面積持續(xù)增加，未成林地、宜林荒山逐漸減少，森林碳匯作用明顯，而在后10年，植被生產(chǎn)力受溫度和降水變化的影響，固碳服務(wù)出現(xiàn)明顯的減少。本次研究發(fā)現(xiàn)，人口聚集和城市硬化地表的增加是導(dǎo)致城市生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)大幅增長(zhǎng)的主要原因。城市人口的不斷增加，城市水資源供需矛盾日益突出，北京市平原區(qū)主要地下水開(kāi)采區(qū)地下水位已經(jīng)處于歷史的較低水位處，地下水資源已處于極度的過(guò)量開(kāi)采狀態(tài)[24]，南水北調(diào)的實(shí)施強(qiáng)化了本市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。北京市地形以山地為主，水土流失范圍分布較廣，部分地區(qū)水土流失程度嚴(yán)重，城市化帶來(lái)的大規(guī)模建設(shè)更是加大了對(duì)土壤和植被的破壞，對(duì)此北京市實(shí)行了多年的退耕還林還草和水土保持措施，有效遏制了全市嚴(yán)重的水土流失狀況，使得城市生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)持續(xù)增大，空間分布圖也顯示研究時(shí)段內(nèi)山區(qū)及山前坡地土壤保持量明顯增加。由于不同城市存在城市化發(fā)展路徑、氣候變化、土地利用變化等方面的差異，城市化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響不盡一致。黃云鳳等[25]探討半城市化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)土地利用變化的響應(yīng)過(guò)程，得出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量隨著土地利用強(qiáng)度增加呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，調(diào)節(jié)和支持服務(wù)呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；蔡邦成等[26]通過(guò)對(duì)昆山城市化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的耦合關(guān)系研究表明，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)隨著城市化水平的提高并非單純呈下降趨勢(shì)，而是呈現(xiàn)不規(guī)則“U”型耦合狀態(tài)；程琳等[27]對(duì)中國(guó)9個(gè)超大城市土地利用狀況及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動(dòng)態(tài)演變的研究得出，城市化對(duì)中國(guó)超大城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在負(fù)效應(yīng)，但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量減少程度不顯著，主要由于其周邊地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的輸入，強(qiáng)化了本市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

按照城市化水平與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動(dòng)態(tài)演變的對(duì)比結(jié)果，適時(shí)適度發(fā)展城市化顯得尤為迫切。由于北京城市生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)這塊短板，需依靠其他地區(qū)水資源來(lái)維持本市城市化進(jìn)程，建議放緩或停止北京城市化發(fā)展進(jìn)程，重點(diǎn)加強(qiáng)其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)城市化發(fā)展質(zhì)量，優(yōu)化城市空間布局和城鎮(zhèn)規(guī)模結(jié)構(gòu)，提高其空間投入產(chǎn)出效益。

自然植被NPP模型可用于較大尺度上的生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量變化分析，為進(jìn)一步提高生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的估算精度，NPP數(shù)據(jù)應(yīng)與實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)反演參數(shù)的本地化。此外，由于缺少相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)的限制，本研究缺少植被土壤層和枯枝落葉層的碳儲(chǔ)量估算。氣候變化和土地利用變化是影響城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要因素，二者對(duì)其協(xié)同作用機(jī)理尚有待進(jìn)一步研究。

4.2結(jié) 論

(1)北京城市化綜合水平不斷提高，主要表現(xiàn)為社會(huì)和空間城市化，其次是人口城市化，而經(jīng)濟(jì)城市化的影響相對(duì)較弱.

(2)城市生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，總體上碳儲(chǔ)量減少了5%，水源供給和土壤保持服務(wù)分別增加216%和76%.

(3)林地草地面積的增加和耕地面積的減少改善了土壤保持服務(wù)，森林的擴(kuò)張同時(shí)也改善了固碳服務(wù)，但溫度和降水條件的限制導(dǎo)致后10年固碳服務(wù)出現(xiàn)明顯減少，人口聚集和城市硬化地表的增加則是導(dǎo)致城市生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)大幅增長(zhǎng)的主要原因.

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Effects of Urbanization on Ecosystem Services in Beijing

FU Mengdi,XIAO Nengwen,ZHAO Zhiping,GAO Xiaoqi,LI Junsheng

(Biodiversity Research Center,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China)

We analyzed the evolution of Beijing′s urbanization level with the entropy method from 1993 to 2013.Based on the remote sensing images in 1993,2003 and 2013,the spatial and temporal variation characteristics of land use and ecosystem services were examined by using GIS technology and InVEST (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)models.The effects of urbanization on ecosystem services were also detected in Beijing.The results showed that the urbanization of Beijing continuously increased from 1993 to 2013.The urbanization represented the fast development of the society and space urbanization,followed by the population urbanization,and the economy urbanization was the weakest.The land use had a great change: urban construction sites and grassland area increased,forest area slightly increased,and farmland and water area decreased.Carbon sequestration service increased firstly and then decreased,with a reduction of 5% carbon storage in total in the past 20 years.Water supply service and sediment retention increased by 216% and 76%,respectively.The increased forestland and grassland and decreased farmland improved the ability of sediment retention.The expansion of forest improved the ability of carbon sequestration service from 1993 to 2003,but temperature and precipitation had decreased this ability since 2003.The increase in population gathering and hardened ground were the main reasons for increased water supply service.Owing to the limitation of water supply service,we suggest to stop or slow the speed of the urbanization in Beijing,and focus on the development quality of society and economic urbanization.

urbanization; urban ecosystem services; Beijing; InVEST model

2016-02-22

2016-03-09

北京重點(diǎn)科技項(xiàng)目“北京城市生物多樣性評(píng)估與保護(hù)對(duì)策研究”(PXM2014-178218-000005)

付夢(mèng)娣(1987—),女(蒙古族),黑龍江饒河人,學(xué)士,工程師,主要從事遙感與GIS應(yīng)用研究。E-mail:mengdi_fu@163.com

李俊生(1968—),男,安徽巢湖人,博士,研究員,主要從事環(huán)境科學(xué)與生物多樣性研究。E-mail:lijsh@craes.org.cn

F291; F301.2; X171.1

A

1005-3409(2016)05-0235-05