福州市生态系统服务价值对土地利用变化的响应研究＊

刘克玉,廖善刚

(福建师范大学地理科学学院,福建福州350007)

福州市生态系统服务价值对土地利用变化的响应研究＊

刘克玉,廖善刚

(福建师范大学地理科学学院,福建福州350007)

根据福州市3期(1988年、1999年和2008年)遥感影像解译数据,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,并参照谢高地等人的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表,分析了福州市土地利用变动及其对生态系统服务价值的影响.结果表明:1988～2008年福州市建设用地急剧扩展,耕地、林地和未利用地面积相应缩减,导致生态系统服务价值不断下降.福州市1988年、1999年和2008年的的生态系统服务价值分别为16.60亿元、16.69亿元和15.60亿元,从1988～2008年间减少了1.01亿元.敏感性分析表明,福州市生态系统服务价值相对于生态价值系数来说是缺乏弹性的,说明研究可信.

福州市;土地利用;生态系统服务价值

引言

生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务,这些产品和服务是人类生活的必需品和人类生活质量的保证[1].这种服务可以通过经济价值估算.自1997年Costanza等在《Nature》上发表了“全球生态系统服务价值和自然资本”一文后,生态系统服务价值的定量评估成为国际生态学和生态经济学的热点和前沿领域.作为全球环境变化研究的核心领域之一,土地利用/土地覆被变化通过改变生态系统的结构和功能,对生态系统维持其服务功能起决定性作用.因此,研究土地利用/土地覆被情况下的生态系统服务价值的变化具有重要意义.

近年来,随着福州市经济不断发展,城市化进程不断加快,土地利用发生了较大变化,由此引致生态系统服务价值也随之发生变化.本文通过分析福州市LUCC及其引起的生态服务价值的变化,为福州市土地资源可持续利用和生态环境保护提供决策支持.

1 研究区概况

福州位于福建省东部沿海,闽江下游,介于北纬25°15′～26°39′,东经118°08′～120°31′.东濒东海,与台湾省隔海相望,西邻三明市和南平市,北接宁德市区,南连莆田市,陆域总面积12152.5km2.2008年末,全年全市常住总人口约683万人,其中市区常住总人口290万人.属海洋性亚热带季风气候.

2 研究方法

2.1 土地利用类型变化率

土地利用类型年变化率(K)指的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型数量的年变化情况.

式中,Ua和Ub分别为研究初期和研究末期某一种土地利用类型的数量,T为时间.

2.2 生态系统服务价值评价方法

2003年,谢高地等根据中国实际[2],参考Costanza等[3]的研究成果,制定了中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表(见表1).本文基于Costanza的生态系统服务价值理论,结合谢高地等对我国平均状态的生态系统服务价值表,研究了福州市生态系统服务价值的变化,其估算公式为:

式中,ESV为研究区生态系统服务总价值(元);VCk为第k类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数(元/hm2);Ak为研究区内第k类土地利用类型的面积(hm2),n为土地利用类型数目;ESVf是研究区生态系统服务功能f的总价值(元),VCfk是单位面积生态系统服务功能f的价值(元/hm2· a).

表1 中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表元/hm2·a

2.3 生态价值敏感性指数计算方法

为验证以上生态系统类型对于土地利用类型的代表性以及生态价值系数的准确性,引入生态系统价值敏感性指数(the coefficient of sensitivity, CS)[2～4],以反映生态系统服务价值对生态价值系数的依赖程度.本文将各土地利用类型的价值系数分别调整50%,来衡量总生态系统服务价值的变化情况.当CS<1,表明生态系统价值缺乏弹性,当CS> 1,表明生态系统价值是有弹性的.CS越大,表明生态系统服务价值相对于价值系数是有弹性的,同时也说明生态系统价值系数的准确性对生态系统服务价值评估越重要.

式中,ESV是估算的总生态系统服务价值,VC为生态价值系数,i和j代表初始总价值和生态价值系数调整以后的总价值,k代表各土地利用类型.

3 结果与分析

3.1 福州市土地利用变化分析

根据1988年、1999年和2008年的landsat T M/ ET M+遥感影像解译判读得到福州市的五大类土地利用类型:①耕地,包括水田和旱地;②林地,包括有林地、灌木林地、其他林地等;③水域,包括坑塘、河流、水库以及湖泊等;④建设用地,包括城镇用地、工矿用地、农村居民点等;⑤未利用地包括滩涂和荒地.

根据解译分类数据统计及式(1)得到福州市各土地利用类型的面积及其变化率,见表2.由表2可知,随着工业化和城市化的快速发展,1988～2008年20年时间建设用地增加,其余土地利用类型减少,其中耕地减少最多.

表2 福州市土地利用/覆被变化

耕地面积从1988年的21744.7hm2减少为2008年的11535hm2,20年间共减少了10209.7hm2,变化率为-46.95%;建设用地面积增加最多,20年间增加了11279.0hm2,土地利用变化率达到161.1%,前期(1988～1999年)年均变化率4.37%,后期(1999～2008年)年均变化率为8.5%,后期变化加快;林地20年间减少较少,总减少面积87.2 hm2,前期面积增加,年均变化率0.16%,后期面积减少,年均变化率-0.2%,变化率为-0.13%,变化较小;水域面积变化趋势与林地一致,前期增加后期减少,前期的年均变化率0.42%,后期的为-2.1%,较前期变化快,总的变化率为-14.67%;未利用地变化率比较大,前期的年均变化率为-4.54%,后期的年均变化率5.9%,后期增加较快.

3.2 生态系统服务价值的变化

根据不同土地利用方式单位面积生态服务价值和土地利用类型面积利用公式计算得出福州市生态系统服务价值,见表3.

表3 1988～2008年福州市生态系统服务总价值及价值构成变化

从表3可以看出,福州市1988年的总生态服务价值为16.6亿元,1999年为16.69亿元,2008年为15.6亿元,20年间共减少了1.01亿元,变化趋势是前期增加后期减少,前期增加了0.09亿元,后期减少了1.09亿元.说明在经济较快发展的同时,福州市政府及有关部门并未十分重视生态环境的建设,对生态服务价值贡献率较高的林地、水域和耕地减少较大.

对土地利用类型具体分析,耕地所提供的的生态服务价值减少最多,其损失的ESV为0.62亿元,变化贡献率61.33%,前期年均变化贡献率为3.89%,后期为3.56%,后期有所减小;水域损失的ESV达到0.38亿元,变化贡献率为37.58%,仅次于耕地,前期年均变化贡献率为1.73%,后期年均变化贡献率为5.09%,后期明显快于前期;林地在20年间变化贡献率较小,仅为0.99%,前期年均变化率3.45%,后期为2.44%,逐渐减小.但是林地提供的生态服务价值在各地类中占的比例最多,1988年为76.50%,1999年为77.53%,2008年为81. 41%,比例逐渐增大.未利用地所提供的生态服务价值的变化贡献率不显著.

3.3 生态系统单项服务功能价值的变化

采用公式(3)计算得出福州市生态系统单项服务功能价值,见表4.

由表4可知,水源涵养、土壤形成和保护、生物多样性、气体调节、废物处理是其主要的生态服务功能.20年间生态系统单项服务功能减少最多的是食物生产,变化率达到-34.62%,这主要是食物生产价值系数最高的耕地减少造成的;其次是废物处理达到-13.88%,原材料变化不明显.各生态系统单项服务功能在两个时间段的变化率不同,其中前期处于增加趋势的分别是气体调节、水源涵养、生物多样性、原材料和娱乐文化,其他单项服务功能处于减少趋势,后期阶段各单项服务功能均处于减少趋势,其中变化率最大的食物生产,达到-22.73%.

表4 1988～2008年福州市生态系统单项服务功能价值变化

3.4 敏感性分析

根据敏感性指数(CS)的计算公式,本文将研究区各土地利用类型的生态价值系数VC分别上下调整50%[3,5],以此分析某一土地利用类型的变化对生态系统服务价值变化的重要程度(见表5).

表5 1988～2008年福州市生态系统服务价值敏感指数分析

从表5可以看出,研究区所有土地利用类型的ESV对VC的敏感性指数均小于1,由高到低依次为林地、水域、耕地、未利用地,表明研究区内ESV对VC是缺乏弹性的,研究结果是可信的.

4 结论与讨论

1)福州市土地利用发生较大变化 本文依据福州市1988、1999和2008年3期土地利用数据,分析了福州市土地利用变化特征.研究结果表明,在1988～2008年20年期间,福州市土地利用结构发生了较大的变化:耕地面积减少最多,其减少率达到46.95%;建设用地面积变化量的绝对值在所有变化的土地利用类型中最大,增加率高达161.1%;此外,水域、未利用地、林地也有不同程度的减少,减少率分别为14.67%、23.4%和0.13%,说明在快速城市化过程中大量的耕地及其他用地被建设用地占用.

2)福州市生态系统服务价值不断减少 福州市的生态系统服务总价值在1988～2008年间呈现较快的减少趋势.20年共减少了1.01亿元,其中耕地的变化贡献率最大达到61.33%,其次是水域37. 58%.在各地类中林地提供的生态服务价值占的比例最大,均达到70%以上,说明林地是福州市生态系统服务功能价值贡献率最大的地类.

需要说明的是,本文在计算生态系统服务功能价值时没有对各生态系统单位服务价值修订,而只是根据谢高地等指定的中国不同陆地生态系统单位面积服务价值标准进行计算,故计算得出的结果可能会与研究区实际情况存在误差.由于本文研究只是属于估算,因此,若要较准确的计算,则需对生态服务过程及其功能价值开展深入系统的研究,这也是今后要深入的一个方向.

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Responses of the Ecosystem Service Value to Land Use Change in Fuzhou City

L IU Ke-yu,L IAO Shan-gang

(School of Geographical Science,Fujian NormalUniversity,Fuzhou Fujian 350007,China)

According to the Interpretation data of Remote Sensing Images(1988s,1999s and 2008s)in Fuzhou City,using Costanza’s calculation formula of ecosystem service value and referring to Xie Gao-di’s table of every unit area’s ecosystem service value to China land,this paper analyses the land use change and appraises its effect on Ecosystem ServicesValue(ESV)in Fuzhou City.The results show that the area of construction land rapidly extended and the area of cultivated land,woodland and unused land decreased from 1988 to 2008.Therefore,the total value of ecosystem services in Fuzhou City declined.in 1988 the total value of ecosystem services 1. 660 billion,in 1999 for 1.669 billion,in 2008 for 1.560 billion,from 1988 to 2008 the total value of ecosystem services decrease by 0.101 billion.The sensitivity analysis suggested that these estimates are relatively robust.

Fuzhou city;Land use;Ecosystem Service Value

book=9,ebook=394

F 301.24

A

1673-2103(2010)05-0078-05

2010-05-14

刘克玉(1981-),女,山东淄博人,在读硕士研究生,研究方向:区域开发与国土整治.

廖善刚(1963-),男,福建宁化人,副教授,博士,研究方向:区域开发与国土整治.