2010年-2020年西安市景观格局变化及其生态效应研究

刘哲　马新萍

摘要：选取2010年、2020年西安市地表覆盖数据，利用3S技术和景观生态学理论，分析城市景观格局变化及其生态效应。结论：2010年-2020年，西安市以秦岭林地、关中农田地景观为主的大背景格局未发生变化，城市空间连接度提高，多样性提高，区域空间格局得到优化。城市新区使水源涵养、娱乐文化功能服务价值提升，食物生产功能服务价值损失较明显，其他生态功能服务价值损失不足1%。在生态红线管控下，城市建设有效保障区域生态功能服务价值整体处于动态平衡。“北跨”时代，城市建设过程中可增加生态景观比重和空间分布，进一步提高西安市生态系统服务功能价值。

关键词：10年；西安市；景观格局；生态服务价值

中图分类号：X37 文献标志码：A

前言

在西部大开发、“一带一路”建设、黄河流域生态保护和高质量发展等时代大背景下，2010年-2020年作为陕西省省会，中国西部区域重要的中心城市，国家历史文化名城，区域经济的快速发展，西安市全面开展国际化大都市建设，特别是生态城市建设方面，通过国土空间规划与城市新区建设，“三河一山”等生态建设，改变地表覆盖，改善城市生态系统的协调性，促进区域可持续发展。

目前，对于西安市城市地表覆盖研究集中为城市建设扩张空间优化或热岛方面，关于生态效应方面研究也比较早。随着西安市开启“北跨”时代，对前期发展变化及其生态效应及时总结十分必要。文章拟从景观生态学角度出发，利用35技术，研究西安市2010年-2020年的地表覆盖及其生态效应时空变化，以期为西安市“北跨”期城市规划与建设提供参考。

1 研究区概况

西安市位于黄河流域中部关中平原，北纬33042-34°45＇、东经107°40'-109°49'，辖11区2县，总面积10096.81km2（该面积不含西咸新区）。境内有黑河、涝河、灞河、滈河、沣河、渭河、浐河、灞河、石川河、涝河、零河等众多河流，其中绝大多数属黄河流域的渭河水系。境内秦岭山地与渭河平原界线分明，构成西安市的地貌主体，西安城区地处渭河平原的二级阶地上。西安市属暖温带半湿润大陆性季风气候，冷暖干湿四季分明，年降水量506.1-690.3mm，主要集中在7月-9月。

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

选取自然资源部发布的2010年、2020年地表覆盖数据（30m），结合西安市行政区域划矢量文件，利用Arcgis平台进行裁切、叠加、融合、面积统计等操作，获取2010年、2020年西安市各区县地表覆盖数据。结合西安市国土空间规划与地表覆盖现状特征，将区域景观分为7类（见表1）。

2.2 研究方法

2.2.1 景观格局分析

景观指数能够高度浓缩景观格局信息，应用较广，此次选取景观破碎度，多样性指数、景观优势3指标分析区域景观要素特征变化情况。具体公示及生态学涵义见表2。

2.2.2 生态效应分析

选择生态服务价值法对生态区格局变化引起的生态影响进行分析。生态系统服务价值估算是对生态系统提供居住场所、生物资源、系统资源以及过程的功能进行核算。研究采用Costanza、谢高地等提出估算方法，计算研究区不同景观类型生态服务价值系数（Eij）和生态系统服务功能的经济价值（ESV）。

Eij=eij·Ea 式（1）

式（1）中，ei为j类景观i种服务功能相对于农田生态系统服务单价的当量因子，采用谢高地等提出的中国生态系统生态服务价值当量因子表。E。为区域农田景观生态系统提供食物生态服务功能的经济价值（以西安市2010年-2020年，1hm2农田的平均产量的市场价值的1/7计，即1707.43元／（hm2·a））。

式（2）中，Aj为j类生态系统的面积；Eij为j生态系统i种服务功能的价值系数。

为反映实际支付的意义，引入社会阶段发展系数对结果进行修正，使其更加符合实际，修正后的区域生态系统服务价值ESV'评估模型为式（3）：

式（3）中，e为自然对数的底，Ea为区域恩格尔系数。

3 结果与分析

3.1 景观格局变化

利用Arcgis、Excel等软件，对西安市2010年、2020年景观分类图进行分类统计，得到2010年-2021年这一建设阶段的景观结构变化数据。

如表3所示：

（1）2010年-2020年，西安市7类景观出现“3减4增”的变化特征，其中：“3减”包括林地景观、农田景观、裸地，以农田景观变化为主。“4增”包括建设用地景观、草地景观、水体景观、湿地景观，以城市建设、草地景观、湿地景观变化为主。

（2）从空间分布看，2010年-2020年，西安市景观格局变化主要集中于灞桥区、鄠邑区、长安区、雁塔区、高陵区、未央区等距离主城区近的区县，这些区域近年城市新区开发活动强烈，新建居住小区、滨河公园、人工湿地等，农田景观城镇化转换特征明显，同时水体、湿地、草地等生态景观增加。

如表4所示2010年-2020年西安市景观格局变化如下：

（1）区域景观斑块数呈减少趋势，由36758个减少到35982个；破碎度略降低，由3.64降低至3.56。说明城市建设使空间布局连接度提高，规划建设对区域空间格局起到优化作用。

（2）区域景观多样性指数略有上升，由1.08上升至1.11。说明城市建设用地、绿地、景观水体等景观比重上升，各景观组分面积比例差异逐渐减小，区域景观多样性略有提高。

（3）区域景观优势度指数略有下降，由0.87降低至0.84。但农田景观的绝对控制地位优势依然保持，主要与基本农田保护政策和生态红线管控措施有关。

整体而言，随着西安市城市建设活动的开展，居民区、公园绿地、水生态建设等快速增长，区域景观多样性有所提高，但不改变以秦岭林地、关中农用地景观为主的大背景格局，说明西安市区域开发在生态管控前提下进行，并不断优化空间格局，这一建设过程产生积极的生态效应。

3.2 生态效应变化分析

如表5、表6所示2010年-2020年西安市景观总生态服务价值变化情况如下：

（1）西安市景观总生态服务价值由2010年的112559.10万元减少至2020年的111852.89万元，减少了706.21万元，下降了0.63%，降幅微小，生态系统服务价值整体处于动态稳定，城市建设未带来明显的负面生态影响。

（2）西安市7类景观类型生态服务价值出现“2减（林地景观、农田景观）5增（草地景观、水体景观、湿地景观、裸地和建设用地景观”。其中：①以农田景观生态服务价值损失较大，由2010年的22262.74万元降低至2020年的21209.09万元，生态服务价值损失近16.74%，主要分布在高陵区、未央区、鄂邑区、灞桥区等城市新区建设区域，说明生态区建设占用农用地，对农田景观产生较大的负效应。②绿地景观、水体景观、湿地景观生态服务价值均呈增长趋势，增幅均在10%以上，特别是水体景观和湿地景观，分别由2010的1761.57万元、103.98万元增长至2020年的2083.40万元、128.02万元，增幅20%左右，主要分布于秦岭北麓、浐灞河、渭河、沣河、涝河沿岸等规模性生态保护区域，说明2010年-2020年的秦岭生态保护、水生态保护修复等大型工程建设对提高区域生态效益作用明显。

（3）西安市9类功能生态服务价值出现“2升6微降”的变化。其中：①水源涵养和文化娱乐功能生态服务价值出现增长趋势，2020年较2010年分别增长了0.30%和0.41%。②其他的气体调节、气候调节、废物处理、气候调节以及原材料功能价值损失不足1%，且主要由农阳和林地占用引起。③食物生产功能服务价值损失明显，降幅约3.96%，主要因城市开发建设占用农田导致。整体而言，区域景观格局演变在保障城市化建设的同时能够稳定区域所需生态服务功能，保障居民日常生产生活。

（4）目前，林地生态功能服务价值损失集中在秦岭北麓坡脚线及浐灞河、渭河、沣河、涝河沿岸，该区域曾发生过占用活动，为生态修复区域。因尚处于生态恢复初期，地表覆盖以草地、复耕地为主，随着时间推移生态系统群落演替，地表覆盖或被灌、林替代，生态功能服务价值将得到回升。

4 结论

2010年-2020年，西安市以秦岭林地、关中农田地景观为主的大背景格局未发生变化，建设用地、绿地、湿地等景观比重上升，城市空间布局连接度提高，多样性提高，空间格局得到优化。城市新区建设占用农田，使得食物生产功能服务价值损失明显；秦岭生态保护、河道水生态修复及城市绿地建设使得水源涵养、娱乐文化功能服务价值提升。整体生态服务价值略微下降0.63%，在生态红线管控下，城市化建设过程能够有效保障区域所需生态服务功能，生态服务价值整体处于动态平衡。“北跨”时代，空间规划中继续提高生态景观比重与分布，通过生态景观提升改造，补偿已损失部分，通过河湖生态缓冲带建设、秦岭北麓水源涵养、生态公园建设，进一步提高西安市生态系统服务功能。

基金项目：陕社科联2022年度陕西生态空间治理重点课题（2022H21851）