福清市生态系统服务价值时空变化特征分析

王建文 朱志鹏

摘 要：【目的/意义】研究城市土地利用变化特征对生态环境的影响，可以为城市的有序发展及其生态可持续的发展提供参考。【方法/过程】以福清市2005、2010、2015年土地利用类型数据为基础，借助SPSS、ArcGIS等软件，从福清市土地利用结构的时空变化特征出发，研究用地类型变化与生态系统服务价值之间的关系。【结果/结论】结果表明：（1）2005-2015年间，福清市建设用地变化幅度最大，共增加39 km2;其次是耕地，共下降24 km2。（2）福清市新增建设用地主要来自于郊区，由耕地转化成建设用地，城镇化水平呈向周边扩散的趋势。（3）生态系统服务价值也表现为日益下降的趋势，10年间共下降13.30亿元;水体和林地的生态服务价值较高，但由于水体面积的下降，其生态服务价值下降较为显著，成为生态系统服务价值总体下降的主要原因。这些结果表明，土地利用结构会直接影响城市的生态系统，因此必须合理规划城市土地利用结构才能保证城市的健康可持续发展。

关键词：用地结构;生态服务;城镇化;时空特征

中图分类号：X171.1;F323文献标志码：A文章编号：1637-5617（2020）05-0070-06

Abstract： 【Objective/Meaning】The study on the impact of the change characteristics of urban land use on ecological environment can provide reference for the orderly development of the city and its ecological sustainable development.【Methods/Procedures】Based on the data of land use types in Fuqing City in 2005， 2010 and 2015， and with the help of the softwares such as SPSS and ArcGIS， this article studies the relationship between the changes of land use types and the service value of ecosystem from the perspectetive of the spatial-temporal change characteristics of land-use structure in Fuqing City. 【Results/Conclusions】The results showed that： （1） From 2005 to 2015， the construction land in Fuqing City had the largest change range， with a total increase of 39 km2， followed by the cultivated land， with a total decrease of 24 km2. （2） The newly-added construction land in Fuqing City mainly came from the suburbs， which was converted from the cultivated land to construction land， and the level of urbanization was spreading to the surrounding areas. （3） The value of ecosystem service also showed a declining trend， with a total decline of 1.33 billion over the 10 years; the value of ecological service of water bodies and forest land was higher， but due to the decline of the area of water bodies， the value of its ecological service has declined significantly， which became the main reason for the overall decline of the ecosystem service value. These results indicated that the land use structure would directly affect the urban ecosystem， so the urban land use structure should be properly planned to ensure the healthy and sustainable development of the city.

Key words： land use structure; ecological service; urbanization; spatial-temporal characteristics

隨着城镇化进程的推进，为满足城镇化建设发展的需求，城市的用地结构特征发生巨大的转变[1-3]。城镇化对社会改善和经济发展作出了重大贡献，同时对非城市生态系统的健康构成了严重威胁[4]。而用地类型的变化走向则会直接或间接地影响生态系统的平衡。许多研究表明生态系统服务与城镇化呈负相关。主要原因在于快速城镇化过程中，自然和半自然生态系统的增加转变为不透水面，导致生态系统服务供给急剧减少[5-7]。因此研究城市土地利用变化特征对生态环境的影响，对城市的有序发展及其生态可持续的发展具有重大的研究意义。

城市用地特征与城市生态系统的关系也得到国内外专家学者的重视，并取得了许多重大的成果。如Mario等[8]通过城乡梯度变化研究了生态系统服务价值与城市化之间的空间关系，并指出在城市化程度较高的地区，生态系统容量和生态系统服务流量通常较低。García-Nieto等[9]发现郊区的城市化正在增加，城市及其周边城市提供生态系统的能力普遍在下降，生态系统服务能力的下降已成为实现城市可持续性的严峻挑战。Eshetu等[10]研究了生态系统服务和城市化，证明了城市化过程与生态系统服务绩效表现为负相关。岑晓腾[11]对杭州湾南岸开展土地利用景观格局与生态系统服务价值的关联研究，也表明土地结构会影响城市生态系统的稳定性。张天海等[12]通过研究滨海城市土地利用格局演变对生态系统服务的影响，强调应加强对具有关键生态功能的生态用地保护，特别是水体和林地的保护。

福清市是中国经济建设发展主要的城市之一，也是中国工业、全国综合实力等百强县市之一。改革开放以来城市的经济高速发展，但也因此导致了其用地结构特征变化迅猛。因此如何平衡城市发展带来的用地结构变化和生态系统服务之间的关系尤为重要。本文以福清市为例，研究其生态系统服务价值的变化规律特征，以期为其他城市的建设和发展提供参考。

1 研究地概况与研究方法

1.1 研究地概况

福清市位于福建省东南沿海，福州的南端，东临台湾海峡，地理坐标为N 25° 18′～25° 52′，E 119°03′～119 ° 42′。属于南亚热带海洋性气候，温暖湿润，年平均气温21.1℃。年均降水量1525 mm。截至2015年底，福清市户籍户数为39.5万户，人口134.42万人。2016年福清被列为第三批国家新型城镇化综合试点地区，2018-2019年获得全国综合实力百强县市、全国绿色发展百强县市、全国科技创新百强县市等诸多荣誉。

1.2 研究方法

1.2.1 用地类型数据

研究使用的土地利用类型数据来源于中国科学院资源环境数据云平台（http：//www.resdc.cn/Default.aspx），选择2005年、2010年、2015年的相关数据进行土地利用分析。结合研究区具体情况，参照GB/T21010-2010《土地利用现状分类标准》[13]，结合实地调查的土地利用数据在ArcGIS 10.2上将研究区土地利用类型分为6大类：耕地、林地、草地、水体、建设用地和湿地。

1.2.2 生态系统服务价值评价方法

根据前人的研究成果[14-16]，将生态系统生产的净利润看作该生态系统所能提供的生产价值，将单位面积农田生态系统粮食生产的净利润当作1个标准当量的生态系统服务价值量，确定中国2010年1个生态系统服务价值量的经济价值为3406.50元/hm2。由福建省统计局《2010福建统计年鉴》可知，福建省单位面积粮食产量为5822.60 kg/hm2，而同期全国单位面积粮食产量为5527.54 kg/hm2[17]。参考前人研究对各生态系统服务当量价值进行系数修订，得出研究区的修正系数为1.0534，即福建省的一个生态系统服务价值当量为3588.41元/hm2，以此推断出其他类型用地的单位价值，如表1所示。

2 结果与分析

2.1 福清市土地利用格局时空变化分析

2.1.1 空间变化分析

本研究通过对福清市2005年、2010年和2015年福清市土地利用空间分布图进行分析，结果显示，2005-2015年间，由于受城镇化进程的影响，福清市的建设用地逐渐由中心主城区向四周开始扩散，而耕地的面积随着建设用地的扩张逐渐缩小，被建设用地侵蚀。水体有所缩小，主要转化成湿地，但也受城镇化的影响，小部分水体出现被建设用地侵蚀的现象。此外，林地、草地和湿地主要集中在福清的东部和西部，10年间未发生较大改变。

2.1.2 时间变化分析

从表2可以看出，林地是福清市主要的土地利用类型，3个时期的占比均约40%左右。其次占比较大的用地类型是耕地，但与林地不同的是，耕地受城镇化进程的影响较大，随着时间的推移耕地占比逐渐下降，2005年、2010年和2015年分別为31.20%、30.16%、29.75%，总降幅达到4.22%，面积共减少24 km2。10年间，变化最大的是建设用地，共增加用地面积达39 km2，增幅比高达34.51%，尤其是在2005-2010年期间，增长了21.24%。随着政府对城市建成区的控制，在2010-2015年间建设用地增速有所缓和，但增幅面积也达到15 km2，增幅比为10.95%。水体的面积也有所下降，主要是转化成湿地，小部分转化成建设用地。草地的面积变化不大，与林地之间存在相互转化的过程。

2.2 生态系统服务价值时空变化特征

2.2.1 生态系统服务价值时间变化特征

从表3可知，2005-2015年福清市生态服务价值总量呈逐年下降的趋势，其中2005年为419.28亿元，2010年为411.96亿元，2015年为405.97亿元。2005-2010年变化幅度略大于2010-2015，共降低了7.3亿元，变化率为-1.74%;2010-2015年下降了6亿元，变化率为-1.46%;2005-2015年减少13.30亿元，变化率为-3.17%。从生态系统服务价值类型看，原料生产、水资源供给、气体调节、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持和维持养分循环的价值量在研究时段内呈逐年递减的趋势。而生物多样性和美学景观则表现为先上升再降低的倒“V”型，但整体仍表现为上升的趋势。从福清市各项生态服务功能来看，水文调节的服务价值在所有生态系统服务类别中服务价值最高，2005年、2010年和2015年占比分别为40.20%、39.32%和38.84%，但呈逐年下降趋势;其次是气候调节服务， 2005年、2010年和2015年占比分别为17.89%、18.19%和18.39%，呈逐年上升趋势;其余各生态系统服务类别的服务价值从大到小分别为生物多样性、土壤保持、气体调节、净化环境、美学景观、食物生产、原料生产、水资源供给和维持养分循环。

从各类用地生态服务价值来看，如表4所示，林地和水体的价值服务量最大。2005-2015年间，林地的价值量较为平稳，未发生较大的变化，基本维持在177亿左右的水平。但水体的生态系统服务价值逐年降低，从2005年的133.63亿元下降到2015年的121.73亿元，降幅高达8.91%。建设用地的价值量均为负数，表明城镇化的发展，对生态系统服务的价值具有负向作用，2005年负向作用最低，生态服务价值量为-8.16亿元，随着城市的扩张于2015年负向作用达到最高，生态服务价值量为-10.97亿元，负向作用涨幅34.43%。耕地、草地的生态服务价值的变化也较为稳定，呈略微下降的趋势。湿地呈现出上升的趋势，但变化量较小，在2005-2010年期间变化幅度较大，共增长3.29亿元。

2.2.2 生态系统服务敏感性指数分析

根据公式（3）对福清市生态系统服务价值进行敏感性指数（CS）分析得出表5结果。从表5中我们可以看出，福清市的用地类型生态价值系数在增加或减少50%时，该研究区的敏感性指数（CS）均小于1，说明估算的生态系统服务价值系数不具有弹性，准确性较高，适用于福清。其中，林地、水体的敏感性指数较高，耕地和建设用地最小，这证明林地、水体在福清市生态系统服务价值中具有重要地位。

3 结论与讨论

3.1 福清市土地利用时空特征

从福清市2005-2015年土地利用变化特征中得出，福清市的城镇化进程仍处于增长的阶段，城镇化的进程通过将耕地转化为建设用地的发展模式来满足城市发展的需要，加快了土地的转化。尤其是福清周边地区，主城区的建设已达到较为饱和的状态，因此周边地区成为城镇化进程中首选的区域。而林地、水体和湿地的总体面积变化不大，也表明政府的环境保护政策在福清市得到了良好的实施。此外，人们对环境保护及其重要性的认识也日益提升，使得福清市的生态处于较佳水平。但也存在少部分水体被侵蚀的现象，表明仍存在部分填海、填湖造城的现象。在未来的城市建设发展中，仍然要加强城市生态文明的建设，合理规划城市发展的模式，不能随意地对土地用地类型进行转化，注重生态环境的保护[18-20]。

3.2 福清市生态系统服务价值时空变化特征

土地利用方式的转变对福清城市生态系统的稳定性产生了一定的影响，生态系统服务价值表现为逐年下降的趋势。具体结果为：（1）随着水体面积的下降，水体生态系统服务价值下降，也最终导致了生态系统服务中的调节服务能力大幅降低，尤其是表现在水文调节方面。因此在未来的城市发展上，要重视水体生态的保持，才能更好地发挥水体的生态调节功能。（2）林地的面积总量变化较小，因此森林对气候的调节作用变化不大，但由于整体生态服务价值总量的降低，因此其气候调节服务的生态服务价值占比有所提高。（3）随着林地和水体等生态用地面积的整体降低，最终也导致了各生态系统服务能力表现为下降的趋势。（4）随着建设用地面积的增加，其对生态服务系统的负向价值也日益增大。因此，在未来的城市建设上，要合理规划城市的建设范围，规划出生态保护线、耕地保护线和城市建设红线，以防止城市的无序发展[5， 21]。

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