發(fā)布時間：所屬分類：農業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:從快速城鎮(zhèn)化背景下土地利用變化的角度來分析浙江省海岸帶生態(tài)系統服務價值(ESV)損益情況，將ESV的估算引入海岸帶開發(fā)決策，對浙江省海岸帶資源的可持續(xù)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(zhèn)化背景下浙江省海岸帶
摘要:從快速城鎮(zhèn)化背景下土地利用變化的角度來分析浙江省海岸帶生態(tài)系統服務價值(ESV)損益情況，將ESV的估算引入海岸帶開發(fā)決策，對浙江省海岸帶資源的可持續(xù)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(zhèn)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(zhèn)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(zhèn)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(qū)域向低價值區(qū)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(zhèn)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(huán)境科學;城鎮(zhèn)化;海岸帶;土地利用;生態(tài)系統服務價值(ESV);浙江省
生態(tài)系統服務是指生態(tài)系統及生態(tài)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(yī)藥及其他工農業(yè)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(huán)與水文循環(huán)，維持生物物種遺傳多樣性，凈化環(huán)境，維持大氣化學的平衡與穩(wěn)定[2].工業(yè)革命以來，人口急劇增長且城鎮(zhèn)化進程不斷加快，全球生態(tài)系統遭受到了空前沖擊和破壞，生態(tài)系統服務功能迅速衰退[3].
Costanza等(1997)對生態(tài)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(qū)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(huán)境條件，豐富多彩的自然資源，生態(tài)系統類型多樣，生態(tài)服務功能的區(qū)域差異也較大.海岸帶在維護近岸地區(qū)生態(tài)系統穩(wěn)定、海岸帶經濟可持續(xù)發(fā)展等方面具有極其重要的意義，作為一種特殊的生態(tài)系統，也有較多學者以其為研究區(qū)域進行研究[10-11].近年來，海岸帶成為人類活動最密集的區(qū)域，在海岸帶開發(fā)熱潮下，海岸帶地區(qū)城鎮(zhèn)化進程持續(xù)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(zhèn)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(zhèn)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(qū)土地利用變化對海岸生態(tài)環(huán)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(zhèn)化進程決策中，才能促進海岸帶資源合理開發(fā)和利用，實現海岸帶地區(qū)城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展.為此，本研究選取浙江省海岸帶作為研究區(qū)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(zhèn)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(fā)以及海岸帶生態(tài)環(huán)境綜合整治提供參考.
1材料與方法
1.1研究區(qū)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(qū)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(xiāng)鎮(zhèn)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(qū)域矢量數據后生成的閉合多邊形區(qū)域即為研究區(qū)范圍(圖1).
“一帶一路”戰(zhàn)略構想的提出，必將對各區(qū)域土地資源利用格局產生深遠影響.浙江省作為率先發(fā)展的沿海發(fā)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(qū)位與交通優(yōu)勢，是全省重要沿海經濟區(qū)，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(jié)點.浙江省海岸帶岸線曲折，研究區(qū)內主要生態(tài)系統類型包括河口蘆葦濕地、農田、水產養(yǎng)殖池塘、鹽田、海岸帶山地森林、海岸沙地和城鎮(zhèn)等多種類型.隨著城鎮(zhèn)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(qū)域生態(tài)平衡，還威脅區(qū)域生態(tài)安全和社會經濟的可持續(xù)發(fā)展.
1.2數據來源與處理
從浙江省城市發(fā)展角度來看，1990年是浙江省快速城鎮(zhèn)化進程的開端，也是沿海地區(qū)改革開放推進的加快時期，而2000年則是城鎮(zhèn)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(qū)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(qū)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(tài)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(qū)ESV總量及各單項生態(tài)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(qū)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(tài)背景與土地利用現狀及本研究需要，將研究區(qū)內土地利用類型分為林地、耕地、建設用地、水域、養(yǎng)殖用地、灘涂、未利用地等7大類.土地利用類型和生態(tài)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(tài)系統當量進行估算:將耕地與農田生態(tài)系統對應;林地與森林生態(tài)系統對應;水域、海域及養(yǎng)殖用地與水域生態(tài)系統對應;灘涂與濕地生態(tài)系統對應;未利用地與荒漠生態(tài)系統對應;建設用地為人工生態(tài)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(zhèn)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(huán)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(qū)內各土地利用類型強度劃分為5級，級別越大，人類開發(fā)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(qū)的ESV評估誤差較大.因此，對中國生態(tài)系統單位面積ESV系數進行修訂，建立研究區(qū)ESV當量表.
ESV當量系數是生態(tài)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(qū)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(qū)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(qū)土地利用類型的分布圖(圖2)及其面積變化表(表3).
研究區(qū)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(qū)和浙東南沿海平原區(qū)，林地主要分布于浙東南沿海丘陵區(qū).2010年，研究區(qū)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(qū)土地利用程度高、后備資源略顯不足.受地貌限制，城鎮(zhèn)建設用地布局較為分散，僅在浙北平原區(qū)和浙東南沿海平原區(qū)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(yǎng)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(zhèn)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?yōu)樘接懜魍恋乩妙愋烷g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(qū)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(qū)域城鎮(zhèn)經濟快速發(fā)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(yǎng)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(yè)迅猛發(fā)展，漁民多選擇整合沿海耕地及新增灘涂，用于發(fā)展養(yǎng)殖用地以提高經濟效益，所以有176.24km2耕地轉為養(yǎng)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(qū)分成了636個研究小區(qū).參考土地利用強度計算方法，計算單個研究小區(qū)土地利用強度指數，分析了1990、2000、2010年研究區(qū)土地利用強度空間分布(圖4).對比3個時期圖像發(fā)現，近20a研究區(qū)土地利用強度指數普遍偏高，且隨著城鎮(zhèn)化進程中人類對海岸帶開發(fā)利用熱度和強度不斷上升，各研究小區(qū)土地利用強度仍不斷轉高，高土地利用開發(fā)強度的研究小區(qū)個數明顯增加，在地形較為平坦、易于開發(fā)利用的杭州灣南岸、臺州灣沿岸等海岸平原區(qū)域尤為明顯.
2.2ESV變化分析
2.2.1生態(tài)系統服務總價值變化根據研究區(qū)ESV評估模型，計算出1990～2010年各時期研究區(qū)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(qū)ESV總量從352.78×108CNY降至299.64×108CNY，降幅為15.06%.生態(tài)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(tài)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(qū)各單項生態(tài)系統服務功能價值變化(表6).1990～2010年各單項生態(tài)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(jié)、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(tài)系統服務功能價值構成上分析，水文調節(jié)、廢物處理、氣候調節(jié)和維持生物多樣性是研究區(qū)最主要的生態(tài)系統服務功能，研究期內上述功能占比均高于10%.研究區(qū)位于東南沿海，水網密布且水量充沛，故水文調節(jié)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(chuàng)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(qū)海域(東海、南海)的物理海洋學、海洋化學、海洋環(huán)境學、海洋生物與水產學、海洋地質與地震學、海洋開發(fā)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(huán)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(yè)的師生等。
研究期間，浙江省海岸帶各研究小區(qū)不斷由高價值區(qū)域轉為低價值區(qū)域.其中，ESV高、極高區(qū)域多為沿岸的水域或海域，主要為水體生態(tài)系統，多分布于杭州灣沿岸區(qū)域.隨著杭州灣灘涂向海發(fā)育，此區(qū)域一些沿海小區(qū)的ESV從高值區(qū)域轉為極高值區(qū)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(qū)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(qū)域.ESV為低的區(qū)域多為耕地，而ESV極低區(qū)域與建設用地分布相吻合，且隨城鎮(zhèn)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(qū)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(qū)土地利用強度空間分布與1990～2010年研究區(qū)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(qū)域的ESV減損率也較高，說明快速城鎮(zhèn)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(tài)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(tài)系統的載體，土地利用變化引起區(qū)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(tài)系統服務功能也有所差異，導致各生態(tài)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(tài)過程的變化，并通過因子間相互作用間接導致生態(tài)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(tài)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(xiāng)”，浙江省擁有優(yōu)越的農業(yè)生產要素，且自然條件穩(wěn)定，對土地利用影響甚微.浙江省海岸帶地區(qū)經濟發(fā)展迅速，快速城市化、工業(yè)化及人口增長，對生態(tài)系統影響的最直接體現便是土地利用變化.結合研究區(qū)ESV整體下降的背景來看，快速城市化導致研究區(qū)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(yè)結構調整，特別是水產養(yǎng)殖面積逐年增加，造成水域和灘涂面積萎縮.研究區(qū)土地利用變化直接影響了各生態(tài)類型的ESV.1990～2000年期間，研究區(qū)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(tài)系統服務功能變化過程上看，隨著研究區(qū)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(zhèn)化過程中，城市建成區(qū)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(qū)土地利用變化對不同生態(tài)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(tài)系統的調節(jié)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(jié)等生態(tài)服務也將隨之消失[3].
因此，科學把握城鎮(zhèn)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(yōu)化布局提供科學依據，且能有效地控制ESV減損和生態(tài)環(huán)境恢復和重建，同時將促進海岸帶生態(tài)環(huán)境科學管理和社會經濟可持續(xù)發(fā)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(zhèn)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(qū)土地利用類型在人類大規(guī)模開發(fā)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(qū)和浙東南沿海平原區(qū)，林地主要分布于浙東南沿海丘陵區(qū).
(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(tài)系統服務功能看，研究區(qū)在水文調節(jié)、廢物處理、氣候調節(jié)和維持生物多樣性上作用突出，但幾十年來，各單項生態(tài)系統服務功能的價值均處于下降趨勢，生態(tài)環(huán)境呈現明顯退化趨勢.
(3)海岸帶各研究小區(qū)ESV不斷由高價值區(qū)域轉為低價值區(qū)域，在杭州灣、三門灣以及臺州灣沿岸的城市建成區(qū)內轉變尤為顯著，城鎮(zhèn)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(qū)城鎮(zhèn)化是以占用耕地、林地等生態(tài)用地類型為代價的，這直接導致了生態(tài)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(guī)劃來引導合理城鎮(zhèn)化，保護海岸帶生態(tài)環(huán)境，提高ESV.快速城鎮(zhèn)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(xù)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
