福州市生态系统服务价值演变及生态经济协调发展分析

刘燕, 王圳峰, 吴雅华, 李倩, 刘兴诏, 黄柳菁

福州市生态系统服务价值演变及生态经济协调发展分析

刘燕, 王圳峰, 吴雅华, 李倩, 刘兴诏*, 黄柳菁

福建农林大学园林学院, 福州 350002

生态系统服务的研究对于分析生态系统职能构成及区域可持续性发展具有重要意义。在测算2010—2020年福州市土地利用动态度的基础上, 研究分析十年间城市生态系统服务价值的动态变化, 并结合生态经济发展协调度模型, 分析了生态系统服务价值变化影响因素以及生态发展与经济建设之间的相互作用。结果表明: (1)福州市土地利用变化程度近年来呈放缓趋势, 其中, 建设用地是单一土地利用动态度一项中指标变化最大的用地类型, 变化最小的用地类型为农田。(2)2010—2020年间, 生态系统服务价值呈逐年递减的趋势, 但近年来生态系统服务价值的减小幅度较往年放缓。不同土地利用类型提供的生态系统服务中, 森林为生态系统服务提供最大价值, 为250.95×108元(2020年); 不同组分的生态系统服务中, 调节服务是占比最大的一项, 文化服务为占比最小。(3)2010—2020年间, 福州市的生态经济发展协调度均在-1与0之间, 且表现出小幅度增长的趋势, 表明福州市生态文明建设起到了积极的效果, 但生态发展仍处于回退状态。旨在保护福州市生态发展和促进土地合理规划应用, 为福州市将来优化城市布局建设和推动生态健康发展提供了理论依据和参考。

生态系统服务价值; 土地利用动态变化; 生态经济协调指度; 福州市

0 前言

生态系统服务是指将土地划分为与生态系统相对应的利用类型, 其在功能、结构、运行中可以直接或间接为人类活动提供不同类型的服务, 有四大类, 主要为供给、调节、支持、文化等不同方面的基础服务类型。其中又可以细分为九项二级类目, 主要有粮食作物生产、大气环境调节、水土保持和提供景观美景度等[1-3]。生态系统不仅是人与自然之间的重要纽带, 更是城市可持续化发展的核心[4]。因此, 对生态服务价值进行量化具有重要意义。在COSTANZA等学者1997年提出的生态系统服务价值评估的基础上, 我国学者谢高地等基于我国土地类型分布以及主要粮食生产等情况研究得到基于中国生态特点的生态系统服务价值评估系数, 并结合全国粮食净利润得到对应的价值当量[3]。谢高地等学者提出的生态系统价值当量因子评估法所需数据大部分依赖于研究区土地利用变化和区域粮食生产价值, 具有所需数据量少、易获取、评估结果更准确全面等优点[3], 因此被应用于多地的生态系统服务价值测算[6-8]。

福州市作为典型沿海城市, 在经历了“十二五”、“十三五”规划后, 社会经济高速发展, 大量城中村转化以及新区的开拓给城市发展带来了新的机遇与挑战。在此背景下福州市土地利用的变动会对生态系统服务造成一定的影响。因此本文结合谢高地等研究得出的当量因子法对福州市2010—2020年间生态系统服务价值进行量化计算, 采用生态经济发展协调度模型, 对福州市经济发展和生态建设之间的相互关系进行评价, 以期为福州市土地利用合理分配布局、资源可持续利用发展、生态安全前提下城市发展布局提供科学的理论支撑和参考。

1 研究区域概况及研究方法

福州市作为福建省的省会城市, 拥有着优越的沿海地理位置, 是福建省的文化、行政、经济中心。2015年, 福州在国务院的批复下成为海峡西岸经济区城市之一, 同时也是拥有沿海地理优势的生态园林城市。福州市地理坐标25°14′—26°38′N, 118°09′—120°31′E, 地势西北高, 东南低, 主要地形以山地、丘陵为主, 主城区内部地势起伏不大。福州三面环山, 西侧是绵延的海岸线, 福建第一大河闽江横跨市区内部, 将主城区分为南北两侧。福州地属亚热带季风气候, 在春秋两季气候温暖适宜, 光照充足, 降水充沛, 少霜无雪, 霜期仅有39天, 极端天气时在海拔较高处偶有冰雹或零丁降雪。由于福州的盆地地形, 市区内夏季常出现超高温现象, 导致最高温可达40 ℃以上; 夏季常有台风登陆, 对沿海渔业造成一定损害。2019年, 福州市总面积1139600公顷, 总人口710.85万人, 全年生产总值9392.30×108元, 其中三次产业占比分别为: 5.61%, 40.79%, 53.61%。(福州市统计年鉴2020)

2 数据来源与分析方法

2.1 数据获取

本文使用的土地利用数据, 包括2010年、2015年和2020年, 均来自地理空间数据云网站(http:// www.gscloud.cn)各期Landsat图像, 通过人工目译解译, 然后利用Arcgis软件进行面积统计分析。用地类型分为九类一级分类, 其中包括森林、草地、农田、湿地、河流湖泊、荒漠、建设用地、未利用用地、海域。其余相关经济数据来源于历年《福州市统计年鉴》。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用动态度

土地利用动态度是指同一种土地利用类型在一定时间内变化的程度。土地利用动态度可以反应出土地在一定时间内的变化数量、变化类型以及变化程度[9]。土地利用动态度包括单一土地利用动态度()和综合土地利用动态度(), 计算公式为:

单一土地利用动态度:

其中, U和U为研究区的土地利用类型在研究起始期和结束期的面积, hm2;为始末研究时间, a。

综合土地利用动态度:

其中,ΔMU为研究始末第类土地利用类型转变为类土地利用类型面积的变化值, hm2;MU为研究始末研究区第类土地利用类型面积;为始末研究时间, a。

2.2.2 生态系统服务价值估算

关于生态系统服务价值的计算, 参考了谢高地等[3, 10]的生态系统服务价值化的计算方法。将单位面积农田生产的粮食所创造的利润的数值当作一个标准生态系统服务价值因子的价值量。由于不同地区生产的粮食产量净利润存在差异性, 利用偏差系数修正法得到福州市的单位生态系统服务价值当量。2010年全中国生态系统的单位服务经济价值为3406.50元·hm-2, 福州市在同年的单位面积可利用粮食产出量为5235 kg·hm-2(福州市统计年鉴2011), 对比同一时期全国单位面积可利用粮食产出量为4974 kg·hm-2。以此确定生态系统服务价值当量系数的偏差系数为1.052, 最终确定福州市的单位生态系统服务价值当量为3583.64元·hm-2。根据系数修正后的生态系统服务价值确定福州市不同用地类型的服务价值当量, 结合不同用地类型的土地面积, 得到福州市生态系统服务价值(), 计算公式为:

生态系统服务价值:

其中,为研究范围内总生态服务价值, 元;A为研究始末研究区内第类土地利用类型面积, hm2;V为研究区内第类土地利用类型服务价值标准量, 元/ hm2;V为第类生态系统服务价值, 元;V为研究区内对应第类土地利用类型的第类生态系统服务价值标准量, 元·hm-2。

2.2.3 生态经济协调度

生态经济协调度是用来衡量社会经济发展和生态环境发展协调性的指标之一, 指的是研究年限内生态系统服务价值动态度(ES)与人均变化率(GDP)的比值[11]。

生态经济协调度:

其中,ES为研究期内单位面积生态系统服务价值动态度,ES、ES分别为研究区内始末的单位生态系统服务价值, 元·hm-2;GDP为研究期内人均在单位面积上的变化率,GDP、GDP分别为研究区内末期、初始的人均在单位面积上的均值, 元·hm-2。

根据相关研究[11-13]以及福州市生态和经济发展具体情况: 当≥1时, 认为生态系统服务价值增速大于经济发展价值增速, 这可能是由于生态发展建设受到当地重视发展, 形成了一种良性的社会发展趋势; 另一种情况是由于当地的生态系统已经受到破坏, 在人工干预的情况下, 经济建设的速度放缓, 政府大力扶持生态发展建设以支撑经济建设, 此时, 生态系统发展限制了经济建设的发展[11]。当0<<1时, 认为生态系统服务价值增速小于经济发展价值增速, 但生态系统服务价仍为正向增长, 此时存在潜在的生态系统衰退的风险。当-1≤<0时, 认为生态系统服务价值负向增长, 此时区域经济发展已经对生态系统造成负面影响, 生态系统可持续性遭到破坏。当<-1时, 认为经济发展已经对生态系统造成恶性影响, 生态系统发展为不可持续性。

3 结果与分析

3.1 土地利用变化特征分析

2010年、2015年和2020年, 福州市面积占比最大的土地利用类型为森林, 分别占福州市总面积的63.55%、60.41%、60.22%; 土地利用占比最小的为荒漠, 占比0.01%、0.01%、0.02%(图1)。

以5年作为分界, 研究福州市土地利用变化的综合动态度, 在前5年间(2010—2015)土地利用类型变化幅度达到最大, 为0.46%, 这可能是由于在“十二五”期间, 福州对于8个新城的大力开拓并疏解了旧城区, 建设用地的面积大幅度变动影响了其他类型用地的面积改变。从2010—2015年间的建设用地单一动态度也可以看出, 建设用地变化达到6.21%, 增加了54043.83 hm2。十年间, 福州市人口增速加快, 大量人口的涌入导致建设用地在一定程度上侵占了其他类型的用地, 这也能解释在2010—2015年间森林、湿地和河流湖泊面积的减少。

在2010—2015年间, 福州市土地利用类型面积占比最大的为森林, 均在60%以上; 其次分别为农田和草地, 其中, 农田占比在16.14%—16.96%之间, 草地占比在12.57%—13.63%之间。福州市土地利用类型变化程度较大的主要为建设用地、森林以及荒漠, 分别为2.41%、-1.11%和1.08%; 变化程度最小用地类型依次为农田、草地和河流湖泊, 分别为-0.14%、0.17%和0.27%。在所有用地类型中, 除森林、农田和湿地面积有所减少外, 其他用地面积都正向增加(表1)。

3.2 生态系统服务价值变化特征分析

通过研究福州市生态系统服务价值的变化, 可以发现2010—2020年间福州市生态系统服务价值整体呈负增长趋势, 生态系统服务价值变化比例为-9.30%。其中近5年间生态系统服务价值变化比例为-0.46%, 要远小于前5年间的-8.88%(表2)。

2010、2015和2020年的福州市生态系统服务价值总计分别为984.51×108元、897.10×108元、892.98×108元。十年中, 对于生态系统服务价值起到较大贡献的服务类型主要为调节服务, 最高可以达到518.54×108元。在调节服务中, 生态服务价值较高的二级分类为水文调节和气候调节, 最高分别可以达到150.70×108元、144.03×108元。大气环境调节是调节服务在十年中生态系统服务价值变化较大的二级分类项目, 十年间变化比例为-9.90%。森林在调节服务中起到重要作用, 十年间, 城市化的快速推进不可避免的会影响非建设用地的面积, 森林面积的减少直接影响了调节服务价值的改变。

生态系统服务价值中占比第二的是支持服务, 最高可达286.91×108元。支持服务主要由水土保持和维持生物多样性两个二级分类构成, 2010—2020年间, 生态系统服务价值变化的比例分别为-9.16%和-9.54%, 和调节服务一样, 支持服务主要受森林影响较大, 支持服务价值下降趋势明显。供给服务和文化服务相比前两类一级类型而言, 对生态系统服务价值影响较小。占总价值第三位的是供给服务, 在2010、2015、2020年三年间对应的服务价值分别为108×108元、97.65×108元、97.60×108元。供给服务中粮食作物生产主要依赖于农田, 农田的价值系数远大于其他用地的价值系数, 在2015—2020年间, 由于农田面积的增长, 使得食物供给的生态系统服务价值升高, 这也是一众服务类型中唯一一项正向增长的项目。文化服务在2010、2015和2020年中分别为生态系统提供了71.06×108元、64.72×108元和64.29×108元的价值, 对文化服务价值影响较大的用地类型是湿地以及河流湖泊。

图1 福州市土地利用变化

Figure1 Land use change in Fuzhou

表1 2010—2015福州市土地利用变化动态度

表2 2010—2020年福州市生态系统服务价值及其变化

根据不同用地类型提供的生态系统服务价值来研究, 其中影响最大的用地类型为森林, 最高在2010年达到787.71×108元, 占比80.01%。但三年以来, 城市建设用地的扩展也使得森林的面积缩减, 森林在2010—2020年间所提供的生态系统服务价值呈减小趋势。其次是草地, 在三个年份分别占比6.57%、7.32%和7.36%, 随着“绿水青山”的建设, 草地用地面积近年略有增加, 所提供的生态系统服务价值有所提升。湿地和河流湖泊在十年间的生态系统服务价值占比变动上幅度较小, 处于较稳定的状态。荒漠由于其面积和其他类型用地面积相比, 相差过大, 所以导致荒漠提供的生态系统服务价值基本为零(表3)。

3.3 生态经济发展协调度分析

从整体上来看, 2010—2020年间, 福州市单位面积人均变化率为160.67%, 呈正向增长趋势; 而生态系统服务价值变化率(以下简称价值变化率)在单位面积上的数值为-17.50%, 生态经济发展协调度为-0.11,值在-1—0之间, 说明经济发展已经在一定程度上抑制了生态系统的发展, 生态系统的可持续性遭到破坏。以五年为分界, 2010—2015年间, 人均在单位面积上的变化率为66.89%, 价值变化率为-15%, 生态系统经济发展协调度为-0.23, 经济发展对生态系统造成一定负面影响; 在2015—2020年间, 人均在单位面积上变化率为56.19%, 价值变化率为-5.16%, 此时的生态经发展协调度为-0.09, 生态系统处于脆弱状态。相比两个五年间的指标变化, 2015—2020年的五年间相比前五年,增速和减速都有所放缓, 因此这五年间生态经济发展协调度明显优于前五年。这是由于福州自十八大以来, 对国家“生态文明建设“指示的思想建设和具体落实, 并采取了内河整治、福道建设、公园翻新、基本农田保护等措施。

表3 2010—2020年福州市主要用地类型生态系统服务价值

表4 2010—2020年福州市生态经济发展协调度变化

4 讨论

土地利用类型的改变会在一定程度上影响生态系统的格局和进程, 从而导致生态系统服务价值产生一定的波动[14], 因此土地利用类型的变动会使得生态系统服务价值的类型构成产生不同的组合, 从而促使土地利用类型向不同需求的生态系统服务转变[15]。近年来, 有关于各地市范围的生态服务价值方面的研究增加[13, 19, 16-18], 不同地域中, 调节服务均为所有服务中提供生态价值最高的一项; 用地类型中对生态系统提供最高的价值的有草地、森林(林地)或耕地, 这是由于不同地市的用地规划布局导致用地面积上的差异从而影响了生态系统服务价值。本文利用当量因子法对福州市生态系统服务价值进行量化计算, 得出近年来福州市生态系统服务价值整体呈现负增长趋势, 建设用地的面积变化幅度最大, 森林用地在生态系统服务价值中占据较大的比例, 生态系统在调节服务以及支持服务中的价值有着较为明显的降低,这与有关福州市生态系统服务价值的研究结果相符[1]。生态经济发展协调度的结果表示福州市的经济建设和生态发展还处于一种不平衡、不匹配的状态中。

生态系统的服务价值测算受土地面积变化的影响较大, 不同价值当量的导入也会使得服务价值的测算产生一定的偏差, 但整体趋势相差不大[19]。近年来福州的经济建设确实在一定程度上引起了生态系统服务价值的减少, 在维持经济发展、开拓建设用地的同时, 也应该考虑到森林、草地、湿地等对生态系统起到重要作用的用地类型的布局和保护。维护好当前生态环境, 提高森林、草地、湿地的有效面积, 降低人类活动对生态的负面影响, 需要政府出台有效措施, 在退耕还林政策的基础下, 还需要规划部门对于生态景观的规划有长远的考虑, 这对福州市的生态系统服务价值的提高有着重要的意义。

5 结论

生态服务系统价值的评估一直是行业的热点之一, 许多学者也都致力于利用不同地域的生态系统价值评估来对保护生态环境、提高生态贡献率。本文根据谢高地等提出的生态服务价值量化方法, 结合福州市2010、2015和2020年三年土地利用数据, 研究十年间福州市生态系统服务价值变化情况及特征, 并通过构建生态经济发展协调度的方法分析了福州市生态发展和经济建设之间的关系特征。主要结论如下:

(1) 福州市土地利用面积占比最高的土地类型为森林, 最高可达781679.07 hm2, 占总土地利用面积的63.55%。其次, 依序为农田、草地、建设用地、湿地、河流湖泊以及荒地, 在2020年间, 土地利用面积分别为195692 hm2、1527247.6 hm2、67066.4 hm2、25286.9 hm2、13481.2 hm2、176.67 hm2。在2010—2020年间, 土地利用面积变化可以描述为“四增三减”, 其中建设用地增幅最高为2.41%, 其次分别为荒漠1.08%、河流湖泊0.27%、草地0.17%, 减幅最大的用地类型为森林-1.11%, 其次分别为湿地-0.90%和农田-0.14%。

(2) 在2010、2015、2020年福州市生态系统服务价值分别为984.51×108元、897.10×108元、892.98×108元。十年间, 福州市生态系统服务价值逐年递减。总体变化趋势表现为前五年减速较快, 后五年减速趋于平缓。调节服务在生态系统服务价值中贡献最大, 其中起到重要作用的用地类型为森林。从土地分类来看, 森林提供了最高的生态系统服务价值, 其次是湿地和农田。湿地在生态系统服务价值中占比5.56%, 河流湖泊占比2.45%, 两者之和也远小于森林78.42%的占比。通过生态经济发展协调度的测算可知, 2010—2020年间, 福州市生态建设和经济发展速度处于一种不匹配的状态, 甚至由于快速的经济建设, 使得福州市生态系统的服务价值增速处于负增长的阶段。但随着近年来福州市生态文明的建设, 经济建设增速放缓, 生态系统服务价值呈现逐年回升趋势。

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Ecosystem service evolution and eco-economic harmonious development in Fuzhou

LIU yan, WANG zhenfeng, WU yahua, LI qian, LIU xingzhao*, HUANG liujing

College of Landscape Architecture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China

The study of ecosystem services is of great significance for the analysis of ecosystem function composition and regional sustainable development. Based on the land remote sensing image data of 2010-2020, this study analyzed the dynamic changes of the value of urban ecosystem services during the decade. Combined with the construction of eco-economic development coordination degree model, this paper analyzed the influencing factors of ecosystem service value change, and the interaction between ecological development and economic construction in Fuzhou. The results showed that: (1) The degree of land use change in Fuzhou had been slowing down in recent years. Among them, construction land was the land type with the largest change in land use dynamic degree, while farmland was the land type with the least change. (2) From 2010 to 2020, the value of ecosystem services showed a decreasing trend year by year, but in recent years, the decrease of the value of ecosystem services was slower than that of previous years. Among the ecosystem services provided by different land use types, forest provided the largest value of ecosystem services, which was 250.95×108yuan (2020). Among the different components of ecosystem services, regulatory services accounted for the largest proportion, while cultural services accounted for the least. (3) From 2010 to 2020, the eco-economic harmony index was between -1 and 0 in Fuzhou, and showed a small increase trend, indicating that the ecological civilization construction in Fuzhou played a positive effect, but the ecological development was still in the state of regression. The purpose of this study is to protect the ecological development of Fuzhou and promote the rational land planning and application, and to provide theoretical basis and reference for Fuzhou to optimize the urban layout and promote the healthy ecological development in the future.

ecosystem services; change of land-use; eco-economic harmony; Fuzhou

2021-01-11;

2021-01-19

国家自然科学基金资助项目(31800401)

刘燕(1996—), 女, 福建福州人, 硕士研究生, 主要从事园林与景观设计研究, E-mail:lllnnny@163.com

X171.1

A

1008-8873(2022)02-149-07

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.02.018

刘燕, 王圳峰, 吴雅华, 等.福州市生态系统服务价值演变及生态经济协调发展分析[J]. 生态科学, 2022, 41(2): 149–155.

LIU yan, WANG zhenfeng, WU yahua, et al. Ecosystem service evolution and eco-economic harmonious development in Fuzhou[J]. Ecological Science, 2022, 41(2): 149–155.

刘兴诏(1984—), 男, 博士, 硕士研究生导师, 主要从事生态规划与区域发展研究, E-mail:xzliu@fafu.edu.cn