發布時間：2021-05-20所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:從快速城鎮化背景下土地利用變化的角度來分析浙江省海岸帶生態系統服務價值(ESV)損益情況，將ESV的估算引入海岸帶開發決策，對浙江省海岸帶資源的可持續利用具有重要意義.以1990、2000、2010年遙感解譯數據為基礎，研究了快速城鎮化背景下浙江省海岸帶
摘要:從快速城鎮化背景下土地利用變化的角度來分析浙江省海岸帶生態系統服務價值(ESV)損益情況，將ESV的估算引入海岸帶開發決策，對浙江省海岸帶資源的可持續利用具有重要意義.以1990、2000、2010年遙感解譯數據為基礎，研究了快速城鎮化背景下浙江省海岸帶土地利用類型變化，并通過構建ESV估算模型，估算了1990～2010年間浙江省海岸帶ESV變化.結果表明:1990～2010年間，由于城鎮化速度不斷加快，浙江省海岸帶土地利用類型變化顯著，主要表現為城鎮建設用地大量增加，林地和耕地面積減少.期間浙江省海岸帶ESV總量不斷減少，從352.78億元降至299.64億元，降幅達15.06%.浙江省海岸帶ESV空間分布不斷由高價值區域向低價值區域轉變.各土地利用類型價值系數(CS)均小于1，價值總量對價值系數彈性不大，所設置的ESV系數原始值較為合適.浙江省海岸帶土地利用強度不斷上升，其空間分布與ESV變化率空間分布具有一致性，無序增加的城鎮建設用地占用林地和耕地而引起的土地利用結構轉變是海岸帶ESV不斷減損的主要原因.
關鍵詞:海洋環境科學;城鎮化;海岸帶;土地利用;生態系統服務價值(ESV);浙江省
生態系統服務是指生態系統及生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然效用[1]，其為人類提供了食物、醫藥及其他工農業生產原料，支撐與維持了地球生命支持系統，維持生命物質的生物地球化學循環與水文循環，維持生物物種遺傳多樣性，凈化環境，維持大氣化學的平衡與穩定[2].工業革命以來，人口急劇增長且城鎮化進程不斷加快，全球生態系統遭受到了空前沖擊和破壞，生態系統服務功能迅速衰退[3].
Costanza等(1997)對生態系統服務價值(ESV)進行了評估[4]，引起了國內外學者的廣泛研究，并取得較快進展[5-6].近年來，國內對ESV研究逐漸深入，多參考謝高地等(2008)得出的ESV當量因子[7]，對各區域ESV進行估算[8-9].海岸帶處于海洋和陸地之間的過渡地帶，具有復雜多樣的環境條件，豐富多彩的自然資源，生態系統類型多樣，生態服務功能的區域差異也較大.海岸帶在維護近岸地區生態系統穩定、海岸帶經濟可持續發展等方面具有極其重要的意義，作為一種特殊的生態系統，也有較多學者以其為研究區域進行研究[10-11].近年來，海岸帶成為人類活動最密集的區域，在海岸帶開發熱潮下，海岸帶地區城鎮化進程持續加快，其對海岸帶的影響已經遠遠超過了自然營力作用[12]，而土地利用類型轉變作為城鎮化進程的重要標志，研究其對海岸帶ESV造成的影響成為近年來的研究重點和熱點[13-14].
從快速城鎮化背景下的土地利用類型轉變角度來研究海岸帶ESV損益具有重要意義，也是評價海岸帶地區土地利用變化對海岸生態環境產生影響的一個重要指標.只有將ESV估算引入到海岸帶城鎮化進程決策中，才能促進海岸帶資源合理開發和利用，實現海岸帶地區城鎮可持續發展.為此，本研究選取浙江省海岸帶作為研究區域，以1990、2000、2010年3個時期遙感解譯數據為基礎，定量分析了快速城鎮化背景下土地利用類型轉變以及浙江省海岸帶ESV損益情況，以期為浙江省海岸帶合理開發以及海岸帶生態環境綜合整治提供參考.
1材料與方法
1.1研究區概況
浙江省位于中國長江三角洲南翼，海域面積廣闊，擁有包括嘉興、杭州、紹興、寧波、臺州、溫州及舟山在內的7個沿海城市，海岸線長達2253.7km，大陸岸線和海島岸線長達6500km，占全國海岸線總長的20.3%[15].以浙江省海岸帶為研究區域，參照20世紀80年代全國海岸帶綜合調查的土地利用調查原則，將海岸帶向陸一側邊界定義為沿海鄉鎮內側邊界，向海一側定義為1990、2000、2010年大陸海岸線疊加后的最外沿邊界，以此結合向陸、向海邊界區域矢量數據后生成的閉合多邊形區域即為研究區范圍(圖1).
“一帶一路”戰略構想的提出，必將對各區域土地資源利用格局產生深遠影響.浙江省作為率先發展的沿海發達省份，在全國經濟中扮演著重要角色，而浙江省海岸帶兼具區位與交通優勢，是全省重要沿海經濟區，并在新形勢下致力于轉型為江海聯運服務中心，勢必成為在新絲綢之路經濟帶中的重要節點.浙江省海岸帶岸線曲折，研究區內主要生態系統類型包括河口蘆葦濕地、農田、水產養殖池塘、鹽田、海岸帶山地森林、海岸沙地和城鎮等多種類型.隨著城鎮化進程加快，浙江省海岸帶土地利用格局變動劇烈，其內部功能結構也隨之變化，不僅破壞區域生態平衡，還威脅區域生態安全和社會經濟的可持續發展.
1.2數據來源與處理
從浙江省城市發展角度來看，1990年是浙江省快速城鎮化進程的開端，也是沿海地區改革開放推進的加快時期，而2000年則是城鎮化進程不同階段的重要轉折年.同時，為減少數據來源差異性所帶來的誤差以及加強對ESV變化感知的顯著性，本研究以10a為時間間隔，選取了1990、2000、2010年3個時期浙江省海岸帶TM遙感影像作為數據源(影像資料在研究區域均無云霧遮擋)，根據土地利用類型分類基礎，利用eCognition8.7基于樣本的分類方法進行初步分類，再通過分類后比較法及人機交互解譯等方法得到研究區3個時期土地利用類型分類矢量圖.將土地利用類型與生態系統類型聯系起來，以此構建浙江省海岸帶ESV估算模型，計算出研究區ESV總量及各單項生態系統服務功能價值，結合地統計學以及ArcGIS的GeostatisticalAnalyst模塊，分析研究區ESV的時空變化.
1.3土地利用類型劃分
以《土地利用現狀分類》國家標準[16]為基礎，根據浙江省海岸帶自然生態背景與土地利用現狀及本研究需要，將研究區內土地利用類型分為林地、耕地、建設用地、水域、養殖用地、灘涂、未利用地等7大類.土地利用類型和生態系統類型雖非一一對應，但根據已有研究及浙江省海岸帶實際，可利用與每種地類最接近的生態系統當量進行估算:將耕地與農田生態系統對應;林地與森林生態系統對應;水域、海域及養殖用地與水域生態系統對應;灘涂與濕地生態系統對應;未利用地與荒漠生態系統對應;建設用地為人工生態系統，其ESV當量為零[8].
1.4土地利用強度計算
1.4.1土地利用強度分級快速城鎮化背景下，土地利用強度不僅顯示出土地利用中土地本身的自然屬性，同時也反映了人類因素和自然環境因素的綜合效應[17].根據莊大方等(1997)提出的土地利用程度綜合分析方法[18]，根據研究實際需要，將研究區內各土地利用類型強度劃分為5級，級別越大，人類開發利用強度越大，具體分級情況如表1所示.
1.5ESV估算
1.5.1ESV估算模型依據謝高地等(2008)對Costanza的ESV當量修訂后建立的中國ESV評估模型[7]，構建浙江省海岸帶ESV估算模型.由于謝高地改進后的評估模型適用于全國尺度，直接應用于本研究區的ESV評估誤差較大.因此，對中國生態系統單位面積ESV系數進行修訂，建立研究區ESV當量表.
ESV當量系數是生態系統潛在服務價值的相對貢獻率，該系數則等于每年每公頃糧食價值的1/7[19]，以此對價值系數進行修正.根據浙江省年鑒資料，研究區1990～2010年的平均糧食產量為5352.55kg/hm2，全省2010年糧食均價為1.967CNY/kg，計算得研究區單位面積耕地的食物生產服務價值因子為1496.47CNY/hm2，得到土地利用類型的ESV系數如表2.
2結果與討論
2.1土地利用變化分析
2.1.1土地利用時空格局變化基于3個時期TM遙感影像解譯數據，得到1990～2010年研究區土地利用類型的分布圖(圖2)及其面積變化表(表3).
研究區各地類中，林地和耕地分布最廣，耕地主要集中分布在浙北平原區和浙東南沿海平原區，林地主要分布于浙東南沿海丘陵區.2010年，研究區林地和耕地面積分別為3421.47、3130.43km2，各占總面積的34.48%和31.55%.未利用地面積為322.55km2，零星分布于全省，僅占總面積的3.25%，說明研究區土地利用程度高、后備資源略顯不足.受地貌限制，城鎮建設用地布局較為分散，僅在浙北平原區和浙東南沿海平原區集中分布.研究期內，浙江省海岸帶土地利用格局變化顯著(表3)，建設用地、未利用地和養殖用地面積不斷增加，其余地類面積均有所減小.其中，建設用地變幅最大，研究期間變化率為478.50%，表明城鎮化水平的提高;其次為未利用地，其變化率為406.91%，但其占比最小.灘涂面積在前10a呈增加趨勢，但后10a大幅減小;耕地、林地及水域面積不斷下降.
2.1.2土地利用類型空間轉變為探討各土地利用類型間的內部轉變，利用ArcGIS的空間分析功能對各時期的土地利用類型圖進行疊加分析，獲得了研究區3個時段的土地利用類型轉變圖(圖3)，同時建立了1990～2010年間的土地利用類型轉移表(表4).
從各地類的轉移模式來看，研究期間，建設用地不斷擴張，主要由耕地轉入，轉化量達861.42km2，原因在于研究期間浙江省沿海區域城鎮經濟快速發展過程中建設用地大量占用耕地.其次是林地和灘涂，有158.46km2林地和55.58km2灘涂轉為建設用地.雖有其他地類轉為耕地，但由于耕地的轉出量遠超轉入量，其面積仍不斷減少.同期約198.77km2的耕地轉為林地，但轉為耕地的林地則多達376.20km2，造成林地面積萎縮.灘涂的變化主要表現為向養殖用地和耕地轉出，分別有204.79、80.67km2轉出，灘涂的轉移面積占1990年灘涂總面積的69.86%.近幾十年浙江省海洋漁業迅猛發展，漁民多選擇整合沿海耕地及新增灘涂，用于發展養殖用地以提高經濟效益，所以有176.24km2耕地轉為養殖用地.
2.1.3土地利用強度時空變化運用ArcGIS10.2構建5km×5km的漁網，將研究區分成了636個研究小區.參考土地利用強度計算方法，計算單個研究小區土地利用強度指數，分析了1990、2000、2010年研究區土地利用強度空間分布(圖4).對比3個時期圖像發現，近20a研究區土地利用強度指數普遍偏高，且隨著城鎮化進程中人類對海岸帶開發利用熱度和強度不斷上升，各研究小區土地利用強度仍不斷轉高，高土地利用開發強度的研究小區個數明顯增加，在地形較為平坦、易于開發利用的杭州灣南岸、臺州灣沿岸等海岸平原區域尤為明顯.
2.2ESV變化分析
2.2.1生態系統服務總價值變化根據研究區ESV評估模型，計算出1990～2010年各時期研究區ESV總量和各土地利用類型的ESV(表5).由表可知，3個時期ESV值分別為352.78×108、341.15×108、299.64×108CNY.各地類中，林地對ESV總量貢獻最大，其貢獻率在44%～48%之間;而未利用地對ESV總量貢獻率最小，僅為0.01%左右.1990～2010年間，研究區ESV總量從352.78×108CNY降至299.64×108CNY，降幅為15.06%.生態系統服務價值系數最高的灘涂和水體的ESV也有所減少.
2.2.2單項生態系統服務功能價值變化根據價值評估模型，計算出3個時期研究區各單項生態系統服務功能價值變化(表6).1990～2010年各單項生態系統服務功能價值均處于下降趨勢，其中食物生產、水文調節、廢物處理和提供美學景觀服務價值變化較大，變幅均高于15.00%.原材料生產服務價值變化最為緩慢，變化率僅為-10.96%.從生態系統服務功能價值構成上分析，水文調節、廢物處理、氣候調節和維持生物多樣性是研究區最主要的生態系統服務功能，研究期內上述功能占比均高于10%.研究區位于東南沿海，水網密布且水量充沛，故水文調節功能價值最高，各時期所占比例均超過20%.
相關期刊推薦：《應用海洋學學報》(季刊)創刊于1982年，本刊為全國性海洋科學學術期刊。主要刊載臺灣海峽及其鄰區海域(東海、南海)的物理海洋學、海洋化學、海洋環境學、海洋生物與水產學、海洋地質與地震學、海洋開發與管理等方面的學術論文和研究報告等。讀者對象主要是國內外海洋生物、水產、化學、環保、水文、氣象、港工、地質、地震等單位和部門的科技人員、管理人員、高等院校相應專業的師生等。
研究期間，浙江省海岸帶各研究小區不斷由高價值區域轉為低價值區域.其中，ESV高、極高區域多為沿岸的水域或海域，主要為水體生態系統，多分布于杭州灣沿岸區域.隨著杭州灣灘涂向海發育，此區域一些沿海小區的ESV從高值區域轉為極高值區域，但2010年后，杭州灣沿岸圍填海工程不斷加快，ESV又重新轉低.ESV為中的區域分布極廣，與海岸帶林地的范圍大致吻合，但其面積大幅減少，逐步轉為低或極低價值區域.ESV為低的區域多為耕地，而ESV極低區域與建設用地分布相吻合，且隨城鎮化進程加快而急劇擴大，尤以杭州灣、三門灣以及臺州灣沿岸城市建成區內最為顯著.
2.3敏感性分析
將各用地類型的ESV系數提高50%，分析了ESV變化及其對價值系數的敏感程度(表7).
從表7可以看出，由于林地價值系數較大、覆蓋面積最廣，故其敏感性指數在各年中均為最高值，可知林地對當地ESV影響程度最高.水體敏感性指數也較大，耕地和灘涂敏感性指數較小.未利用地因覆蓋面積相對較小，其價值系數僅為2080.12CNY/(hm2·a)，故敏感性指數幾乎為零，不影響總體的評價.各地類價值系數的敏感性指數各異，但均小于1.00，價值總量對價值系數的彈性不大，可知研究采用的價值系數較為合適.
2.4討論
2.4.1土地利用變化對ESV的影響將2010年研究區土地利用強度空間分布與1990～2010年研究區ESV變化率進行對比可見(圖6)，兩者的空間分布具有一致性，即土地利用強度指數較高區域的ESV減損率也較高，說明快速城鎮化背景下的土地利用變化對ESV影響顯著.
土地利用變化與生態系統服務之間聯系緊密，導致土地利用變化對ESV影響顯著.首先，土地是陸地上各種生態系統的載體，土地利用變化引起區域地類、面積和空間位置變化，而不同地類所提供的主要生態系統服務功能也有所差異，導致各生態系統類型、面積、價值以及空間格局分異;其次，土地利用格局變動造成相應生態過程的變化，并通過因子間相互作用間接導致生態系統服務功能及價值變化;另外，土地利用的強度不同對生態系統服務功能的影響也不同.
2.4.2浙江省海岸帶ESV變化原因作為著名的“魚米之鄉”，浙江省擁有優越的農業生產要素，且自然條件穩定，對土地利用影響甚微.浙江省海岸帶地區經濟發展迅速，快速城市化、工業化及人口增長，對生態系統影響的最直接體現便是土地利用變化.結合研究區ESV整體下降的背景來看，快速城市化導致研究區城市急速擴張，建設用地急劇增加、林地和耕地面積銳減.產業結構調整，特別是水產養殖面積逐年增加，造成水域和灘涂面積萎縮.研究區土地利用變化直接影響了各生態類型的ESV.1990～2000年期間，研究區ESV下降的主要原因是林地及水體面積的下降，期間灘涂面積的增加減緩了ESV的降幅;而2000～2010年期間，水體、灘涂、耕地和林地的減少引起ESV大幅縮減.
從生態系統服務功能變化過程上看，隨著研究區土地利用強度的提高，各單項服務功能價值均有所下降.在快速城鎮化過程中，城市建成區的擴張以及圍海造地活動，造成耕地、近海海域和灘涂面積不斷減少.研究區土地利用變化對不同生態系統服務因其產生機理的不同會產生不同的影響效應，如生態系統的調節服務和支持服務功能與其土地利用類型的面積密切相關，在面積減少的同時其所負載的供給、調節等生態服務也將隨之消失[3].
因此，科學把握城鎮化進程中土地利用類型轉變過程和影響因素，不僅能為土地利用優化布局提供科學依據，且能有效地控制ESV減損和生態環境恢復和重建，同時將促進海岸帶生態環境科學管理和社會經濟可持續發展.
3結論
借鑒中國陸地ESV評估當量因子，利用RS和GIS技術，對1990～2010年間快速城鎮化背景下浙江省海岸帶土地利用及ESV進行了分析和測算.獲得了如下結論:
(1)1990～2010年間，研究區土地利用類型在人類大規模開發活動下變化顯著，主要表現為建設用地大量增加，林地與耕地面積減少.其中，耕地主要集中分布在浙北平原區和浙東南沿海平原區，林地主要分布于浙東南沿海丘陵區.
(2)浙江省海岸帶ESV總量從352.78×108CNY降至299.64×108CNY，降幅達15.06%.從生態系統服務功能看，研究區在水文調節、廢物處理、氣候調節和維持生物多樣性上作用突出，但幾十年來，各單項生態系統服務功能的價值均處于下降趨勢，生態環境呈現明顯退化趨勢.
(3)海岸帶各研究小區ESV不斷由高價值區域轉為低價值區域，在杭州灣、三門灣以及臺州灣沿岸的城市建成區內轉變尤為顯著，城鎮建設用地的無序增加引起的土地利用結構轉變是海岸帶ESV不斷減損的主要原因.
(4)浙江省海岸帶土地利用強度呈上升趨勢，且其空間分布與ESV變化率空間分布具有一致性.研究區城鎮化是以占用耕地、林地等生態用地類型為代價的，這直接導致了生態系統服務功能萎縮，ESV迅速下降.
因此，政府及相關部門應制定詳細規劃來引導合理城鎮化，保護海岸帶生態環境，提高ESV.快速城鎮化引起的土地利用變化不僅直接引起ESV變化，且通過引起土地利用轉變的各種因子間的相互作用而間接影響ESV變化，故繼續深入探索土地利用類型和ESV的關系及作用機制是進一步的研究方向.——論文作者：葉夢姚1，史小麗2，李加林1，3，劉永超1，姜憶湄1，史作琦1
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