泉州湾土地利用的生态系统服务价值演变分析

张 臻, 王晓文, 吴晓黎, 林书亭, 万媛媛

(福建师范大学 地理科学学院, 福州 350107)



泉州湾土地利用的生态系统服务价值演变分析

张 臻, 王晓文, 吴晓黎, 林书亭, 万媛媛

(福建师范大学 地理科学学院, 福州 350107)

采用矩阵分析以及生态服务价值计算公式,基于1995、2006、2015年3个时期的Landsat-5/8 TM遥感提取该区的各土地利用变化指标,结合Arcgis软件与ENVI软件采用人工目视判读和监督分类法对其进行分析。研究表明,1995年与2015年2个时期城市扩展速度明显,且生态服务价值的损失率达到899 982 316元,其2006—2015年的后一时期损失量与前一时期相比,损失比重增大,其中以农业生态用地向城镇用地转换所损失的比重最大,地区生态服务价值损失有加速趋势。通过研究以期为泉州湾城乡土地利用规划与管理以及可持续发展提供参考。

生态系统; 土地利用; 生态系统服务价值; 泉州湾

0 引 言

国内外研究学者对于生态服务价值的研究做了很多详细的论述,目前对它的研究逐渐成为生态学以及国际生态领域的焦点[1]。土地利用是在人类为主导的前提下,人与自然的相互关系所造成的结果,土地利用的变化也直接影响着生态服务功能的变化[2-5]。因此在这个大背景下研究泉州湾地区的土地利用变化,为该区今后城市规划和实现区域可持续发展提供一定的参考具有实际意义。

文章主要基于目前常用的GIS软件,结合遥感制图ENVI软件,计算泉州湾地区在整个研究区的土地利用矩阵变化量。应用目前国内学者常用的生态服务价值计算公式,探讨泉州湾1995—2015年的生态服务价值量的变化,了解该区在长期发展过程中土地利用的变化与生态服务价值的关系[6-7],旨在为泉州湾未来的城市规划和土地的科学利用,土地资源与社会资源的可持续发展提供参考。

1 研究区概况

泉州湾(24°37N′—24°53′N,118°37′E—119°00′E),是海上丝绸之路的起点,泉州湾是晋江、洛阳江汇合入海的半封闭海湾。泉州湾东邻台湾海峡,西部靠近南安市,北抵莆田市,南达厦门市,具有重要的交通优势和华侨地区人文优势,是福建省重要的经济地带。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与预处理

文章所有影像全部下载自美国地质勘探局(www.usgs.gov/)国际科学数据服务平台,成像时间分别为1995年1月、2006年11月和2015年9月,影像空间分辨率为30 m,影像质量较好,选用无云或者少云的影像进行分析。利用中国行政区图矢量文件对遥感影像裁剪出所需区域;裁剪前对影像进行必要的大气校正与几何校正,并把几何校正误差控制在1个像元之内;裁剪后通过最大似然分析将遥感影像分为4～5类(有云或者无云类);从遥感影像分类结果中计算各类用地面积和比例。

2.2 生态系统服务评价方法

借助Costanza等人已有的研究理论[8-13],泉州湾地区生态系统单位面积的生态服务系数公式为

其中:Ea单位农田生态系统所能提供的食物生产服务的经济价值(元/hm2);i为泉州市主要的粮食作物稻米、豆类、花生、食用菌、水果、蔬菜;Pi为i种粮食作物的单产(t/hm2);mi为i种粮食作物的播种面积(hm2);M为粮食作物总的播种面积(hm2)。

生态系统服务价值,其公式如下:

其中:ESVi为i年的生态系统服务总价值;Pi为i类型土地单位面积生态系统服务价值系数;Aj为土地利用类型j的面积。

3 结论及分析

3.1 影像分析

通过ENVI软件对(1995年、2006年和2015年)TM影像进行分析。其中,对处理后的影像利用监督分类和目视解译,将泉州湾土地利用类型分为5类,分别为:城镇用地类型、水体类型、绿地林地类型、农业用地类型以及局部地区的云层类,并对影像的分类结果进行必要的后处理。结果如图1所示。

综合表1、表2和图2分析可以发现,在研究期间,水体的面积波动范围最小,保持在204 km2左右;林地面积前期保持稳定,后期林地面积增加了233.8km2,城镇面积处于不断增加的趋势,前后2个时期分别增加349.2 km2和417.04 km2,城市处于不断的扩展之中;农业用地处在不断递减的变化过程,总体面积减少了955.57 km2,前期和后期分别减少了368.17 km2和587.4 km2。分析可以发现泉州湾城镇用地的变化较为明显,呈现用地面积不断增加的趋势,其中减少比较明显的是耕地面积,变化的原因主要是转化为城镇用地。

3.2 生态服务价值分析

基于前人总结应用的理论方法[14-16],结合泉州湾地区的具体实际情况以及便于研究的需要,此次的粮食平均收购价格统一为2015年的泉州市平均价格1.9元/kg计算,该区域一个生态服务当量的的经济价值量为937元(见表3)。

(a) 1995年; (b) 2006年; (c) 2015年

名称水体林地城镇用地农业用地2006年总计水体179.520.0337.5317.84234.92林地2.15255.6710.1861.16329.16城镇用地8.074.71269.24488.53770.55农业用地6.888.16104.41024.321223.681995年总计196.54348.57421.351591.852558.31

表2 泉州湾地区2006—2015年土地利用变化面积(km2)

图2 土地利用类型变化情况

图3 各用地类型变化趋势

生态系统类型森林草地农田湿地水体荒漠价值系数(元·hm-2·a-1)20473.456783.886474.6758759.2743073.89393.54

通过对泉州湾地区土地类型的变化计算生态服务价值,其中农业用地对应农田,城镇用地与空地对应荒漠,林地对应森林,水体对应水体的土地分类系统一一对照,便于进行分析(见表4)。

表4 不同时期泉州湾ESV生态系统服务价值(元)

在研究期间,泉州湾的ESV生态服务价值从1995年的2 607 469 400元下降至2006年的2 508 412 500元和2015年的2 409 819 800元,分别减少99 056 900元和98 592 700元。前期每年以9 005 173元/a的速度递减,后期每年以10 954 744元/a的速度递减,后期的损失速率大于前期。从不同时期泉州湾ESV生态系统服务价值表中可见,只有城镇用地与林地的生态服务价值呈现增加趋势,分别是29 918 091元和118 868 148元,其余的土地利用导致的生态服务价值均是呈现损失的状态,其中农业用地和水体的服务价值分别为-3 517 380 228元和-66 807 603元。其次,水体前期以165 317 590元/a递增,后期以-232 125 193元/a递减;林地以-39 738 966.4元/a和158 607 114元/a的变化与水体相反趋势;城镇用地前后2个时期分别以13 742 416.8元/a和16 175 674.6元/a递增;农业用地以-238 377 925元/a和-3 279 002 303元/a递减。由此可以看出在2个阶段,虽然生态系统服务价值有升有降,但反映出了泉州湾地区生态系统服务价值的变化总体趋于损失的过程,第一时期年损失99 056 885.2元,第二时期年损失3 336 344 707元。

在过去的20年里,泉州湾的城镇建设用地面积由1995的421.35 km2增加到20015年的1 181.58 km2增加了760.23 km2,结合矩阵分析出泉州湾的生态用地向建设用地转移的情况,计算各个土地利用类型转变所造成的生态服务价值的损失情况如下(见表5)。

表5 泉州湾生态服务价值损失变化(元)

由上表分析可知泉州湾的生态服务价值共损失9 093 454元,其中前一阶段农业用地转化为城镇用地的生态服务损失量比重最大,达到了87.1%左右,其次为水体转变为城镇的损失,大约占总损失的10.1%,最少的为林地转变的城镇用地的损失;第二阶段中,损失率发生较大变化,其中农业转变为城镇用地所造成的生态服务损失比重为47.7%,比前期比重减小了将近40%左右,其次为水体转变为城镇的42%,比重比前期提升了30%左右,林地转变为城镇用地的生态服务价值损失占该时期总的比重为10.2%,比前期提高了7.3%左右。

4 结论与展望

泉州作为福建省重要的沿海城市,其经济的增长对福建省的贡献十分明显,而泉州湾地区作为泉州市的核心发展地区,其地位尤为重要。通过文章的分析,可以得出如下结论:

1) 通过1995—2015年这20年间遥感影像的分析,泉州湾地区土地利用类型发生了明显的变化,农业用地和城镇用地出现相反的变化趋势,农业用地面积急剧减小,城镇用地面积快速增加,其中农业生态用地同比减少了926.21 km2,年均变化率为-46.31 km2/a,城镇用地面积扩展了760.23 km2,年均变化率为30.01 km2/a,其他生态用地中的水体和林地变化相比变化较小,二者面积同比变化分别为-15.51 km2和214.39 km2,年变化率为-0.78 km2/a和10.72 km2/a。

2) 在生态服务价值方面,由于泉州湾地区整体土地利用类型的变化导致其相应的生态服务价值发生很大的变化,其中农业生态用地转变为城镇用地的生态服务价值损失了568 305 900元,水体生态用地转变为城镇用地所造成的生态服务价值损失为273 410 340元,林地生态用地转变为城镇用地所损失的价值为58 266 076元,且2006年后一时期的损失量比前期多了236 744 284元,可见生态服务价值的损失呈现加剧的趋势,因此对本区进行科学合理的开发利用能力急需提高和增强。

本文更多从土地利用类型变化的角度来分析泉州湾地区的生态服务价值的变化,对于今后的工作可以更多的考虑空间结构的角度以及从城乡变化的梯度角度分析;尽可能的反映该地区的生态服务的变化,虽然生态类型的用地不仅仅是用人类经济价值的角度分析,其更多的生态系统的服务以及与环境的关系是用经济价值所不能体现,今后可以加大对该方面的研究投入,力求更科学合理全面的分析该区的生态服务价值的变化,以期待能够为地区决策和科学发展提供一定的理论基础,促进本区社会与生态的和谐发展。

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Analysis of ecosystem evolution and service value of land usage in Quanzhou Bay

ZHANG Zhen, WANG Xiaowen, WU Xiaoli, LIN Shuting, WAN Yuanyuan

(School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350107, China)

The article discusses the idea for planning and development based on the value of ecosystem services and matrix analysis in Quanzhou Bay urban and rural land. The analysis was based on the various land-use change in the area indicators collected by Landsat-5/8 TM during remote sensing in 1995,2006, and 2015 respectively. The artificial visual interpretation and supervised classification with the assistance of Arcgis software and ENVI software were used in the analysis. The results of research show two significant urban expansions in 1995 and 2015, with an ecosystem services value loss of ￥899 982 316 Chinese Yuan. It is clear that there is an increasing loss in second half period from 2006 to 2015, specifically the loss of converting agro-ecological land to urban land accounted for the largest portion of the loss. It also shows an increasing tendency of ecological service loss, which provides data for Quanzhou Bay urban and rural land usage planning and management, and sustainable development.

ecosystem; land use; the value of ecosystem services; Quanzhou Bay

1673-5862(2017)02-0175-05

2017-01-12。

国家基础科学人才培养基金项目(J1210067)。

张 臻(1993-),女,福建泉州人,福建师范大学硕士研究生; 通信作者: 王晓文(1966-),女,辽宁营口人,福建师范大学副教授。

F301.24; X321

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.02.010