濱海城市土地利用格局演變及對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

張?zhí)旌?田 野,徐 舒,唐立娜,郭 蔚

1 四川師范大學(xué),工學(xué)院,成都 610068 2 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所,遙感科學(xué)國家重點實驗室,北京 100083 3 中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012 4 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所,城市環(huán)境與健康重點實驗室,廈門 361021

土地利用/土地覆蓋變化(Land use and land cover change,LUCC)是全球環(huán)境變化重點研究內(nèi)容[1-2]。土地利用變化影響生態(tài)系統(tǒng)的類型、面積及空間分布格局[1],是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化的重要驅(qū)動力[3]。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是衡量地區(qū)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的重要視角[4-6],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的退化和喪失影響土地利用的結(jié)構(gòu)、效率和人類可持續(xù)發(fā)展[7]。因此土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)二者是相互影響、相互制約的關(guān)系。

伴隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和城鎮(zhèn)化的快速推進,土地資源的轉(zhuǎn)變和占用日益活躍,由此導(dǎo)致土地利用類型和面積的階段性急劇轉(zhuǎn)變[8-9],對地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV,Ecosystem Services Values)產(chǎn)生了顯著影響[10]。因此,在當(dāng)前城市化快速發(fā)展時期,研究土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響,對于調(diào)整、優(yōu)化土地利用格局,促進、協(xié)調(diào)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[11-13]。

自1997年Costanza在《Nature》提出ESV估算原理、方法和計算了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟價值后[5],國際上眾多學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的理論方法進行了不斷探索和完善[14-15]。在土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響方面,也有實證研究工作[16-17]。

我國學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究主要體現(xiàn)在兩方面。一方面為對ESV評估方法尤其是單位面積生態(tài)服務(wù)價值表的估算[18-19],其中2006年建立的評估單價體系及其修正結(jié)果被不少學(xué)者應(yīng)用[20-22]。另一方面則主要是應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估方法結(jié)合土地利用進行理論或案例研究[23-26]。

廈門市作為改革開放后的五個經(jīng)濟特區(qū)之一,其經(jīng)濟、城市化發(fā)展迅速,在全國處于領(lǐng)先地位。該地區(qū)的工業(yè)化、城市化建設(shè)對全國及周邊地區(qū)起到示范和輻射作用。

本文選擇沿海城市廈門市為研究區(qū),進行土地利用演變及其對ESV的影響機理研究,根據(jù)1989、2000和2010年3期TM遙感影像提取的土地利用數(shù)據(jù)和查閱文獻獲得的其他數(shù)據(jù),使用土地利用凈變化量、動態(tài)度、ESV、ESV貢獻率等指標(biāo)定量描述了近20余年廈門市土地利用/覆被變化及其影響下的地區(qū)ESV變化。并將計算結(jié)果與全國及福建沿海地區(qū)進行比較,以期對研究區(qū)廈門市的土地利用和ESV變化取得更加深入全面的認(rèn)識,為促進該市土地資源和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供理論和方法支持。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)處理

廈門市位于中國沿海,福建省東南部,是中國東南沿海典型的港口風(fēng)景旅游城市,與臺灣島隔海相望。全市轄思明區(qū)、湖里區(qū)、集美區(qū)、海滄區(qū)、同安區(qū)、翔安區(qū)6個行政區(qū),總土地面積1617.2 km2。廈門地勢由西北向東南傾斜,西北部為戴云山脈的東南余脈,地勢較高。

廈門市自1980年設(shè)立經(jīng)濟特區(qū)以來,城市人口增加迅速,特別是近20年來經(jīng)濟發(fā)展和城市化建設(shè)更是突飛猛進,截至2015年底,全市總常住人口為386萬人[27],廈門市2009年城市化率為88.4%(第六次全國人口普查),遠(yuǎn)高于2010年全國城市化率49.68%。

本研究以廈門市6個區(qū)為研究對象,選擇1989—2010年為研究期是由于這一時期是廈門市工業(yè)化、城市化發(fā)展最迅速,土地利用變化異常顯著的階段,研究該時段內(nèi)的土地利用變化有重要意義。本文將1989—2000年作為第一個研究時期,2000—2010年為第二期。

本研究利用3期Landsat-TM遙感影像(1989、2000和2010年)解譯土地利用/覆被圖,包括建設(shè)用地、耕地、水體、草地、林地5種用地類型。參與計算的柵格數(shù)據(jù)單元為30 m×30 m,采用人機交互解譯方式制圖,平均定性準(zhǔn)確率90%以上。土地利用研究主要包含變化監(jiān)測、驅(qū)動力分析、土地利用變化預(yù)測的建模等內(nèi)容。由于本文主要采用描述性統(tǒng)計方式分析土地利用變化的監(jiān)測,不作精細(xì)的土地利用變化驅(qū)動因素分析和過程模擬與預(yù)測,因此該數(shù)據(jù)精度已經(jīng)能滿足研究需要。

1.2 研究方法

1.2.1 凈變化量與動態(tài)度

土地利用動態(tài)度刻畫研究區(qū)土地利用在一定時間內(nèi)的變化速度,綜合土地利用動態(tài)度用于測算區(qū)域整體的土地利用變化速度,單一土地利用動態(tài)度(Land Use Dynamic Degree,LUDD)用于計算某種土地類型的變化速度[28]。指標(biāo)數(shù)值越大,表示土地利用變化劇烈程度越高,數(shù)值越低,土地利用變化越緩慢。研究區(qū)綜合土地利用動態(tài)度等于單一土地利用動態(tài)度之和。

該指標(biāo)傳統(tǒng)、簡明扼要,廣泛應(yīng)用于各種專業(yè)性及非專業(yè)性的報告和論文之中,其計算方式為研究期內(nèi)某一地類轉(zhuǎn)化為其他地類的面積總和與該地類轉(zhuǎn)移初期面積的比值。本文為了更綜合的描述變化幅度和變化速度,將單一地類在研究期內(nèi)的變化量抽離出來,構(gòu)建凈變化量指標(biāo)(Land Use Net Change,LUNC)和凈變化量倍數(shù)指標(biāo)。三個指標(biāo)的計算公式依次為：

LUNCi=LUib-LUia

(1)

(2)

(3)

式中,LUNCi為地類i凈變化量；LUib為該地類i研究終期的值；LUia為研究初期的值；Mmn為兩個不同研究期m和n凈變化量的比值；LUDDi為動態(tài)度；T為研究時段；本研究中T設(shè)定為年,公式計算結(jié)果表示該地類的年平均變化率。綜合土地利用動態(tài)度等于各地類LUDDi之和。

3個指標(biāo)中,凈變化量用來比較研究區(qū)內(nèi)不同地類變化幅度的大小；由于不同研究區(qū)土地面積存在差異,凈變化量不便于比較不同研究區(qū)土地利用變化,因此凈變化量倍數(shù)和動態(tài)度則消減了不同面積大小和時期的差異,便于不同研究區(qū)土地利用變化之間的比較研究。

1.2.2 生態(tài)服務(wù)價值

為了便于分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化情況和對不同地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值進行比較,本文在傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算方法上增加了生態(tài)服務(wù)價值貢獻(CR,Contribution rate)率和單位面積生態(tài)系統(tǒng)價值(UESV,ESV per unit)兩個指標(biāo),CR描述單項生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值變化量對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的影響。UESV由于消減了不同研究區(qū)面積大小的差異,便于比較研究。四者的計算公式為：

ESV=∑Vi×Ai

(4)

ESVs=∑Vsi×Asi

(5)

(6)

(7)

式中,ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值；Vi為單位面積上土地利用類型i的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Ai為研究區(qū)土地利用類型的面積。ESVs為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值；Vsi為單位面積上土地利用類型i的生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值。CR是單項生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值變化量ΔESVs對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的比值；UESV是生態(tài)服務(wù)價值總量和總面積的比值。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 廈門市土地利用變化分析

2.1.1 結(jié)構(gòu)變化

本文研究中,通過對廈門市1989年、2000年以及2010年的土地利用進行解譯,得到土地利用分類信息,表1所示。

表1 從1989年到2010年的土地利用變化

1989、2000和2010年廈門市土地利用結(jié)構(gòu)表中(表1),耕地、林地是廈門市主要的土地利用類型,3個時間節(jié)點中二者面積合計占廈門市總面積的70.4%,67.7%,58.7%。

從全時間段看,21年間建設(shè)用地凈變化量最大(235.2 km2),2010年其比例上升到25.6%,成為主要用地類型之一。凈變化量大小其次為耕地(-191.8 km2)和水域(-27.3 km2)。耕地、水域面積的減少和建設(shè)用地的增加量基本相等,說明這一階段城市擴張中建設(shè)用地的增加很可能來源于減少的耕地和水域(填埋)。林地總量和比例保持穩(wěn)定,說明20年間的林地保護很好。

分階段來看,2000—2010年間建設(shè)用地、耕地、水域的凈變化量均數(shù)倍于1989—2000年間,分別為512.5%、370.1%、668.8%(表1)?？疾焱瑫r期全國數(shù)據(jù)[29-30],全國建設(shè)用地2000—2010年間凈變化量是1989—2000年的213.64%,遠(yuǎn)高于全國其他地類凈變化量倍數(shù)。這一對比結(jié)果顯示全國范圍在2000—2010年間建設(shè)用地普遍處于急劇增加時期,而研究區(qū)廈門市的建設(shè)用地增速尤為迅速。

從各個階段各個地類具體來看,廈門市1989—2000年耕地凈變化量最大(-40.8 km2),其次為建設(shè)用地(38.4 km2)和水域(4.8 km2)。2000—2010年間建設(shè)用地凈變化量最大(196.8 km2),其次為耕地(-151.0 km2)和水域(-32.1 km2)。這一結(jié)果顯示,廈門市兩時間段內(nèi)均是耕地的大量減少和建設(shè)用地的大量增加。

在ArcGIS中對土地利用類型間的動態(tài)轉(zhuǎn)化進行分析,通過對兩個年份的土地利用數(shù)據(jù)進行疊加分析得到土地利用轉(zhuǎn)移信息,將土地轉(zhuǎn)出量大于10 km2的地類轉(zhuǎn)移信息整理成土地轉(zhuǎn)移矩陣表,如表2所示。

表2 1989到2010年間土地的轉(zhuǎn)移/km2 /%

從表中可見,土地利用的主要轉(zhuǎn)移是耕地、水域向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移。具體特點有：

1989年到2000年減少的耕地44.5 km2中有31.8 km2轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地,比例最大。

2000年到2010年這10年間減少的耕地156.8 km2中有150.5 km2轉(zhuǎn)向了建設(shè)用地,比例最大。其次為水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的占2000年水域總面積的30.8%(47.3 km2),一個不小的比例。此階段建設(shè)用地面積大幅激增,由2000年的216.7 km2(13.4%)增加到了2010年的413.5 km2(25.6%),接近翻倍。說明這一階段廈門市的土地利用異?；钴S,并且進入新的階段,其中尤其是建設(shè)用地增量大幅超過歷史時期和同時期其他各類用地。由此可知,廈門市主要的城市化加速過程發(fā)生在這10年中,并且主要是通過填埋水域和占用耕地來完成。

2.1.2 動態(tài)度分析

土地利用動態(tài)度描述變化速度的大小,表征階段內(nèi)人類活動對自然環(huán)境影響的強弱。結(jié)合研究區(qū)廈門市土地利用數(shù)據(jù)和查閱相關(guān)文獻數(shù)據(jù),計算得到廈門市和全國同時期土地利用的動態(tài)度(全國值為1990—2010),如表3所示。對比廈門市和全國數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)如下特點：

表3 從1989年到2010年的土地利用變化對比/%

(1)從全時期總體情況來看,研究區(qū)廈門市1989—2010年間全市土地利用綜合動態(tài)度為9.63%,為同時期全國水平(1.90%)的5倍多(507.10%)。這一結(jié)果表明,廈門市作為全國經(jīng)濟特區(qū),其社會經(jīng)濟活動導(dǎo)致的土地利用活躍程度和變化速率遠(yuǎn)超出全國平均水平。

(2)從各類土地利用分別來看,建設(shè)用地的動態(tài)度尤其高出其他地類。如,全國土地利用動態(tài)度最高的地類建設(shè)用地(1.60%)和排名第二的水域(0.12%)差別較大；同樣,廈門市動態(tài)度最高的地類建設(shè)用地(6.59%)和排名第二的耕地(1.44%)之間也存在較大差距,表明此階段全國各地的城市化建設(shè)活動處于高頻時期,而地處改革開放前沿的經(jīng)濟特區(qū)廈門市其城市化活動尤其領(lǐng)先于全國。

(3)從兩個階段土地利用綜合動態(tài)度分別來看,廈門市2000—2010年全市土地利用綜合動態(tài)度(15.12%)是1989—2010年間(3.30%)近5倍(458.94%)；而全國前后兩個階段的土地利用綜合動態(tài)度略有下降。

(4)而從兩個階段各地類動態(tài)度來看,則廈門市和全國都表現(xiàn)出如下共同特征：

其一,建設(shè)用地的動態(tài)度在階段Ⅱ高于階段Ⅰ。如,全國2000—2010年間建設(shè)用地動態(tài)度(1.98%)是1989—2010年間(1.02%)的近兩倍(193.86%),廈門市2000—2010年間建設(shè)用地動態(tài)度(9.08%)是1989—2010年間(2.15%)的4倍多(421.38%)。

其二,建設(shè)用地在兩個階段的動態(tài)度排名均靠前。兩個階段中,只有全國建設(shè)用地的動態(tài)度(1.02%)在1989—2010年間低于水域(1.62%),在階段Ⅱ中建設(shè)用地動態(tài)度最高(1.98%),且是排名第二的林地(0.46%)的4倍多(427.96%)。而廈門市建設(shè)用地動態(tài)度在兩個階段均最高,且遠(yuǎn)高于其他地類,如2000—2010年間廈門市動態(tài)度最高的地類建設(shè)用地(9.08%)和排名第二的耕地(2.42%)的近4倍(375.18%)。

分階段分地類動態(tài)度的差異分析結(jié)果顯示,在2000—2010年間,全國各地的城市建設(shè)活動處于增速狀態(tài),遠(yuǎn)超過歷史時期并進入加劇活動的新階段。而廈門市在階段Ⅱ的建設(shè)用地增速更是遠(yuǎn)超過階段Ⅰ,表明廈門市的城市化建設(shè)處于急劇加速時期。參考第六次全國人口普查數(shù)據(jù),廈門市2009年城市化率為88.4%,遠(yuǎn)高于2010年全國城市化率49.68%,是對廈門市該時期城市化快速發(fā)展的證明之一。

為進一步確認(rèn)研究區(qū)廈門市土地利用變化程度,本文查閱相關(guān)文獻[31-33],獲取相似沿海地區(qū)的土地利用變化數(shù)據(jù)進行比較。所選沿海地區(qū)包括江蘇3個地市(連云港、鹽城及南通)、浙江7個地市(舟山、嘉興、杭州、紹興、寧波、臺州和溫州)和福建臨海的23個縣(市、區(qū))。計算過程中主要關(guān)注建設(shè)用地、水域和耕地的變化,林地、草地和未用地歸為其他。計算所得各地區(qū)LUDD如表4所示。

表4 從1989年到2010年沿海各地區(qū)土地利用動態(tài)度對比/%

*各地區(qū)動態(tài)度時間段：江蘇為1990年到2009年,浙江為1990年到2010年動態(tài)度,福建為2005年到2010年

從表4可見,各個沿海地區(qū)中,建設(shè)用地的動態(tài)度仍然高于其他各個單一地類(江蘇其他類別的0.89%動態(tài)度包含林地、草地、鹽田等多種地類)。表明1989—2010年中整個沿海地區(qū)都處于城市化快速發(fā)展的過程中。進一步比較建設(shè)用地動態(tài)度,其大小排序為浙江沿海>廈門>福建沿海>江蘇沿海,其中廈門和浙江沿海地區(qū)動態(tài)度非常接近,可以看出,廈門的城市土地利用變化動態(tài)度普遍高于東部沿海其他的城市和地區(qū)。說明研究時段內(nèi)廈門的城市化發(fā)展速度不僅高于全國平均水平,也領(lǐng)先于東部經(jīng)濟發(fā)達的沿海各地。

2.1.3 空間特征與生態(tài)保護

圖1 2000—2010年間廈門市土地利用變化Fig.1 Land-use changefrom 2000 to 2010 in Xiamen city

上述分析可知,廈門市的城市化過程主要發(fā)生在2000年到2010年階段。對該階段土地利用的轉(zhuǎn)移在GIS中進行表達,如圖1所示。由圖可見,廈門市土地利用變化中水域的減少在空間分布上主要表現(xiàn)為對灘涂的填埋,發(fā)生在廈門島西北的機場周圍和港區(qū)、東北的五緣灣一帶、海滄的港區(qū)和同安工業(yè)區(qū)?？梢?水域減少的主要原因仍然是城市化和工業(yè)化的影響所致；水域轉(zhuǎn)化為其他用地的量都非常小(小于1 km2)。

耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地主要發(fā)生在廈門島內(nèi)和周邊海滄、集美、同安、翔安四區(qū)的濱海平坦地帶。造成這種轉(zhuǎn)變的原因在于：一方面,受到島內(nèi)城市化以及各區(qū)區(qū)中心城市化的輻射影響；另一方面,與地理坡度可能有很大關(guān)系。此外,政策導(dǎo)向特別是對臺投資開發(fā)區(qū)的布局以及港口、保稅區(qū)、高新區(qū)的建設(shè)也是重要原因。

林地總量和比例保持穩(wěn)定的原因,一方面是20年間的林地保護很好,另外的原因則可能是林地主要分布于廈門和泉州、漳州接壤的較高海拔山區(qū),坡度較大。并且這些山區(qū)遠(yuǎn)離建成區(qū)或各區(qū)中心,因而較少受到城市化的直接沖擊。島內(nèi)和海滄的林地主要分布于觀音山、東坪山、大坪山等成片山體中。

上述分析結(jié)果的啟示在于,對研究區(qū)廈門市,在制定城市未來發(fā)展規(guī)劃時應(yīng)統(tǒng)籌考慮該市土地利用空間分布特征,進而優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu),在空間上進行合理有序的時序開發(fā)。更具體的,對于海岸線和本島區(qū)域,可以繼續(xù)對現(xiàn)有建成區(qū)進行合理擴張,但應(yīng)當(dāng)對林地、水域劃出生態(tài)紅線,嚴(yán)格控制開發(fā)。而對于北部大面積的林地區(qū)域,由于其承載重要的生態(tài)系統(tǒng)功能,因此應(yīng)當(dāng)盡量控制建成區(qū)向該地區(qū)的延伸,甚至以通過劃出生態(tài)紅線建立生態(tài)保護區(qū)的方式保障生態(tài)用地比重,保護生態(tài)系統(tǒng)的完整性和系統(tǒng)功能,建立生態(tài)環(huán)境友好型的土地利用合理空間格局。

后續(xù)將深入進行的工作：土地利用轉(zhuǎn)移的空間特征及其驅(qū)動因素、驅(qū)動機制；已經(jīng)采用的指標(biāo)、模型能夠測度土地利用變化的總體綜合活躍程度和單一地類的轉(zhuǎn)化方向,但是無法測算和比較區(qū)域差異性,即不能識別土地利用變化的空間“熱點”或“敏感”區(qū)域。這部分工作有待采用空間聚類等分析方法深入探討。

2.2 廈門市生態(tài)服務(wù)價值變化分析

2.2.1 ESV變化與生態(tài)保護

有學(xué)者曾對中國具有生態(tài)學(xué)背景的專業(yè)人員進行問卷調(diào)查,得出新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估單價體系[20-21]。目前,該評估體系已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算研究,并取得了較好的研究成果,雖然后續(xù)也有不少學(xué)者進行ESV方法的改進與應(yīng)用研究,其實質(zhì)仍以2003年提出的基于單位面積價值當(dāng)量表為基礎(chǔ)進行[20]。

采用不同的ESV參數(shù)得到不同的計算結(jié)果,據(jù)研究,ESV計算結(jié)果對ESV參數(shù)敏感性較小[34-35]。此外,利用已有研究[20-21]訂正生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量可將該方法推廣到不同的研究區(qū),并使結(jié)果更符合實際。但在本研究中,考慮到便于在不同沿海地區(qū)之間進行橫向比較及數(shù)據(jù)可獲得性,本研究統(tǒng)一采用謝高地2007ESV系數(shù)表進行計算[21]。計算所得廈門市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值變化情況如表5所示。

生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性、復(fù)雜性造成ESV測量的困難。由于ESV對當(dāng)量參數(shù)敏感性小的特點,有利于探討自然資產(chǎn)變化時其服務(wù)價值的邊際變化。因此,本文以此對研究期ESV的變化做差值計算并進而討論ESV的時序演變情況。

從表5中可以看出,林地是研究區(qū)ESV的最主要構(gòu)成部分(49.14%—55.32%),其次為水域和耕地。研究期1989—2010年間,除林地維持穩(wěn)定外,其他三類用地ESV均呈負(fù)增長。由公式可知,ESV變化的本質(zhì)是地類面積的變化,因此討論單一地類ESV的變化幅度和比例本質(zhì)是討論地類面積的變化幅度和比例,與土地利用的分析部分重復(fù),因此本文此處只討論研究區(qū)整體ESV總量的變化量及其幅度。由表中可知,研究區(qū)21年間ESV總量一直處于下降趨勢,反映了該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)為人類提供服務(wù)能力的下降。其中2000—2010年ESV總減少量(1.2億元)是1989—2000年總減少量(1000萬元)的1382.57%,十余倍。說明2000—2010年是研究區(qū)ESV總量急速下降階段。其中,該階段對總量的減少貢獻最大的是耕地(7000萬元),其次是水域(5000萬元)。結(jié)合前述土地利用變化分析可知,主要是該時期快速城市化促使大量耕地和水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地,從而導(dǎo)致整體ESV的急速下降。

表5 1989到2000年間不同地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(十億元)

從表6中可以看出,研究區(qū)各類ESV中,水文調(diào)節(jié)占比最大(19.84%—20.52%),其次為廢物處理和維持生物多樣性,食物生產(chǎn)占比最小(3.11%—3.56%)。這種排序結(jié)果與魏慧等對山東德州的研究結(jié)果一致[36],參考謝高地等的ESV系數(shù)表可知,食物生產(chǎn)的ESV系數(shù)在各個地類中都較低,林地、草地中均倒數(shù)第二,水域中倒數(shù)第四[21]。因此,雖然研究區(qū)耕地面積所占比例很高,且食物生產(chǎn)ESV主要體現(xiàn)在耕地上,但仍不能改變其排名最低的結(jié)果。

表6 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化及貢獻率

水域的各類ESV成分系數(shù)中,最大的三者分別是水文調(diào)節(jié)(8429.61)、廢物處理(6669.14)和維持生物多樣性(1540.41)。廈門市ESV的這種構(gòu)成,一方面歸因于ESV系數(shù),另一方面也反映出研究區(qū)地處沿海,擁有大面積水域地類的特點。

研究區(qū)各類ESV成分的變化方面,在1989—2010年間整體上均處于下降趨勢。下降幅度最大的仍然是水文調(diào)節(jié)(4000萬元)和廢物處理(4000萬元),主要原因是水域地類在城市化過程中大面積轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。與土地利用類型中耕地減少面積最大的情況相反,食物和原材料生產(chǎn)的ESV變化幅度最小(1000萬元,400萬元),原因在于ESV系數(shù)表中森林的原材料生產(chǎn)系數(shù)最大(1338.32),其次才是耕地(175.15)。由于廈門市21年間林地面積基本維持穩(wěn)定(470.1—474.5 km2),因此極大的緩解了因為耕地面積下降對食物和原材料生產(chǎn)ESV的影響。考慮到林地是研究區(qū)ESV的最主要構(gòu)成部分(占比49.14%—55.32%),因此廈門市林地的良好保護對地區(qū)維持ESV穩(wěn)定發(fā)揮了積極的作用。

從各成分對ESV總量減小的貢獻看,1989—2000階段中保持土壤ESV變化的貢獻最大(35.17%),主要是這一階段耕地減少面積最大。2000—2010階段中水文調(diào)節(jié)ESV變化的貢獻最大(26.39%),原因主要是這一階段水域面積減少很多,而水域的水文調(diào)節(jié)ESV系數(shù)最大(8429.61),其次為廢物處理(25.45%),其原因有兩方面,一為該階段耕地減少面積最大,二為水域的廢物處理ESV系數(shù)很大(6669.14)。

上述分析結(jié)果表明,對于研究區(qū)廈門市,由于水域和耕地的大面積減少,逐步被低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值區(qū)域(建設(shè)用地)所替代。導(dǎo)致水源涵養(yǎng)、廢物處理等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能趨于弱化,最終致使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值趨于下降趨勢。此外,由于林地是研究區(qū)ESV的最主要構(gòu)成部分,因此在未來的城市建設(shè)中,廈門市應(yīng)當(dāng)加強對水域、林地、耕地等生態(tài)用地的保護,及時劃出生態(tài)紅線給予保護,注重城市的合理開發(fā)和有序建設(shè),避免過度開發(fā)導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)失衡和危機。

2.2.2 ESV時空探討

ESV空間分析方面,本文將廈門市與外部其他沿海地區(qū)進行橫向比較以便進一步確定廈門ESV發(fā)展?fàn)顟B(tài)。查閱相關(guān)文獻并使用本文中同樣方法計算、比較發(fā)現(xiàn)[31-33],2010年廈門市單位面積ESV(6697.22)低于福建省沿海23個縣(市、區(qū))ESV均值(8051.45)和浙江沿海地區(qū)ESV均值(8168.67),僅高于江蘇沿海地區(qū)ESV均值(4750.69)。亦即,2010年廈門市的ESV在中國東部沿海地區(qū)中處于較低水平。反觀廈門市2000—2010年遠(yuǎn)高于全國水平的土地利用動態(tài)度,表明2000—2010年期間廈門市土地利用變化速度急劇加速,區(qū)域人類社會經(jīng)濟活動對自然環(huán)境系統(tǒng)的影響明顯加強。該地區(qū)協(xié)調(diào)城市的快速化發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前應(yīng)該注意的問題。

由于本文主要致力于確認(rèn)研究區(qū)廈門市的城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)(土地利用變化)以及由此導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)變化,因此本文主要進行的是研究區(qū)與外部其他沿海地區(qū)之間的橫向比較分析。在研究區(qū)內(nèi)部空間分析上,本文沒有計算其ESV空間差異及其與土地利用空間部分的關(guān)系。以研究區(qū)各縣區(qū)為統(tǒng)計單元,對土地利用面積變化量與ESV變化量進行相關(guān)性分析是進一步的工作。

此外,為便于比較分析,本文在不同時空計算上采用的是統(tǒng)一參數(shù)。對于單一區(qū)域研究,修正空間和時間序列上ESV參數(shù)的差異,也有利于使計算結(jié)果更貼近實際值,提高ESV評價的準(zhǔn)確性和可比性。

3 結(jié)論

1989—2010年全時間段土地利用變化方面,作為經(jīng)濟特區(qū)的廈門市土地利用綜合動態(tài)度為同時期全國水平的5倍多。同時廈門市和全國建設(shè)用地動態(tài)度均高于其他地類。其中,廈門市和全國2000—2010年間建設(shè)用地凈變化量和動態(tài)度均數(shù)倍于1989—2000年間,遠(yuǎn)高于其他地類凈變化量倍數(shù)。全國各地的城市建設(shè)活動處于增速狀態(tài),而廈門市建設(shè)用地增速尤為迅速,遠(yuǎn)超過歷史時期并進入加劇活動的新階段。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值方面,林地是研究區(qū)廈門市ESV的最主要構(gòu)成部分,其次為水域和耕地。研究期1989—2010年間,除林地維持穩(wěn)定外,其他三類用地ESV均呈負(fù)增長。說明快速的經(jīng)濟發(fā)展,致使城市擴張加劇進而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降。其中2000—2010年ESV總減少量是1989—2000年總減少量的十余倍。其中水域地類大面積轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地從而導(dǎo)致水文調(diào)節(jié)和廢物處理大幅度下降,是ESV總體下降的主要原因。

通過比較發(fā)現(xiàn),2010年廈門市單位面積ESV在沿海地區(qū)中處于較低水平。反觀廈門市2000—2010年遠(yuǎn)高于全國水平的土地利用動態(tài)度和急劇增加的建設(shè)用地,表明研究期間廈門市劇烈的土地利用變化對自然環(huán)境系統(tǒng)的影響明顯加強。該地區(qū)協(xié)調(diào)城市快速化發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護與可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前應(yīng)該高度重視的問題。在未來的土地利用總體規(guī)劃中,應(yīng)當(dāng)注意土地空間格局的調(diào)控,劃出生態(tài)紅線,維持甚至增加生態(tài)用地。