基于“三生空間”的福州市土地利用功能轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究

李晶, 陳松林*

基于“三生空間”的福州市土地利用功能轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究

李晶1,2, 陳松林1,2*

1 福建師范大學地理科學學院, 福州 350117 2 福建省亞熱帶資源與環(huán)境重點實驗室, 福州 350117

基于2000、2010、2020年3期土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù), 按照“生產(chǎn)—生活—生態(tài)”土地利用主導(dǎo)功能分類, 通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)貢獻率等方法, 定量分析了2000—2020年間福州市“三生空間”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的時空演化特征與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。結(jié)果表明: (1)福州市“三生空間”分布格局基本保持一致, 生態(tài)空間分布最廣泛呈縮減趨勢, 生活空間主要分布在市轄區(qū)呈擴張趨勢, 生產(chǎn)空間主要分布在福州主城區(qū)和東部地區(qū)呈先減后增趨勢。(2)“三生空間”的轉(zhuǎn)換以生態(tài)空間的轉(zhuǎn)出、生活空間的轉(zhuǎn)入為主, 轉(zhuǎn)入量和轉(zhuǎn)出量并不平衡, 轉(zhuǎn)換較為活躍的地區(qū)主要分布在福州主城區(qū)和東部地區(qū), 其他地區(qū)轉(zhuǎn)換較為零散。(3)福州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善和退化趨勢并存, 但兩者發(fā)生區(qū)域在空間上并不重疊, 整體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分異顯著, 高值區(qū)主要位于永泰縣, 低值區(qū)集中于主城區(qū)。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、草地生態(tài)用地轉(zhuǎn)為林地生態(tài)用地為主, 林地生態(tài)用地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)用地則是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化的主要影響因素。

三生空間; 土地利用轉(zhuǎn)型; 生態(tài)環(huán)境效應(yīng); 福州市

0 前言

人類利用土地的范圍和強度日益增加常常引發(fā)整個區(qū)域生態(tài)環(huán)境的破壞[1], 生態(tài)、氣候和人居環(huán)境方面的許多負面效應(yīng)開始顯現(xiàn)[2–3]。土地利用功能轉(zhuǎn)型, 即土地利用的生產(chǎn)、生活、生態(tài)(簡稱“三生”)三大主導(dǎo)功能間的轉(zhuǎn)化[4], 是有限的土地資源在各種主導(dǎo)功能之間進行數(shù)量和空間再配置的動態(tài)過程, 反映了區(qū)域經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型發(fā)展的不同階段[5]。土地利用功能轉(zhuǎn)型對于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)過程有著深刻的影響, 研究土地利用功能轉(zhuǎn)型的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)是了解和預(yù)測區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況與變化特征的途徑之一[6]。

黨的“十八大”提出“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的國土空間規(guī)劃目標, “十九大”進一步強調(diào)“堅定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路”[7]。基于“三生”土地利用主導(dǎo)功能分類體系, 可將土地利用轉(zhuǎn)型與區(qū)域轉(zhuǎn)型發(fā)展相銜接, 是研究土地利用轉(zhuǎn)型的重要切入點[6]?，F(xiàn)階段, 以“三生空間”視角開展區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究主要集中土地利用變化對生態(tài)服務(wù)功能變化[8]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化[9]以及景觀格局變化[10]的影響效應(yīng)。從研究區(qū)域來看, 多圍繞縣域如重慶市巴南區(qū)[11]、重慶市北碚區(qū)[12]、昌黎縣[13], 省域如甘肅省[14]、廣東省[15], 區(qū)域如長三角地區(qū)[6,16]、東北地區(qū)[17]、喀斯特山區(qū)流域[18]、黔中區(qū)[19]等。研究方法主要采用景觀格局指數(shù)[10]、景觀生態(tài)風險指數(shù)[20]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值模型[9]、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[5–8]、土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)貢獻率[11–21]、核密度估計[10]、地統(tǒng)計分析[13,18]和重心轉(zhuǎn)移矩陣[7]等, 其中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)得到廣泛應(yīng)用。但已有研究對“三生空間”的識別仍有不足, “三生空間”內(nèi)涵與空間范圍還不夠明確或不盡合理[22], 關(guān)于“三生空間”功能分類體系中各功能地類的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)賦值思想和觀點尚未統(tǒng)一, 仍有可改進之處。基于“三生空間”主導(dǎo)功能轉(zhuǎn)型帶來的生態(tài)環(huán)境問題逐漸引起學者關(guān)注, 但目前相關(guān)研究仍然較少, 特別是市域尺度的“三生空間”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的實證研究尚不多見。

福州市地處我國東南沿海, 位于閩江中下游地區(qū), 是閩江口金三角經(jīng)濟圈中心, 也是國家首個生態(tài)文明試驗區(qū), 同時, 隨著福州新區(qū)的設(shè)立和福州都市圈的規(guī)劃, 土地資源開發(fā)和占用日益活躍。因此, 探討福州市“三生空間”土地利用功能轉(zhuǎn)型及其引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的時空演變, 可為區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)提供參考, 對于優(yōu)化福州市“三生空間”布局、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展, 從而制定符合客觀實際的土地利用優(yōu)化配置對策具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

福州市位于中國東南沿海, 沿福建省中東部的閩江口分布。經(jīng)緯跨度在25°15'—26°39’N和118°08’—120°31’E之間。全市行政區(qū)劃包括6個區(qū)、1個縣級市、5個縣。福州屬于亞熱帶海洋性季風氣候, 光溫水資源充沛，地形復(fù)雜, 地貌多樣, 以山地、丘陵為主, 東部沿海為丘陵與平原區(qū), 地勢自西向東傾斜, 森林覆蓋率高, 是國家生態(tài)文明建設(shè)示范市。福州作為福建省政治、文化和交通中心, 集福建自貿(mào)試驗區(qū)福州片區(qū)、福州新區(qū)、國家生態(tài)文明試驗區(qū)、國家級自主創(chuàng)新示范區(qū)、海上絲綢之路核心區(qū)、國家海洋經(jīng)濟發(fā)展示范區(qū)“六區(qū)疊加”優(yōu)勢。此外, 《福州都市圈發(fā)展規(guī)劃》獲批, 讓福州打造強省會, 促進福州中心城市競爭力提升, 創(chuàng)建國家中心城市得到了戰(zhàn)略層級和實力上的雙加持, 輻射帶動效應(yīng)也更加明顯, 其土地利用景觀格局的變化在東南沿海城市中具有一定典型性。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

福州市2000、2010、2020年土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn), 空間分辨率為30 m, 其中土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地6個一級地類以及25個二級地類。

根據(jù)《全國遙感監(jiān)測土地利用/覆蓋分類體系》二級分類標準, 借鑒相關(guān)研究[5–6], 以用地行為主體使用地類的主導(dǎo)功能為依據(jù)劃分用地, 建立“三生空間”結(jié)構(gòu)與土地利用類型銜接表(表1)。同時, 借鑒李曉文等[23]制定的不同二級地類的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量值, 參考相關(guān)學者的研究成果[6,24–26],利用面積加權(quán)法對土地利用主導(dǎo)功能分類生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)進行賦值。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用轉(zhuǎn)型

土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型主要通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣模型來實現(xiàn), 運用ArcGIS10.6對任意兩期土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)進行空間疊加運算, 獲取各研究時段土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣, 從而更好地表征土地利用功能結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型過程[6], 其表達式為:

表1 “三生空間”土地利用功能分類及其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

式中,為面積,分別為研究初期和末期的土地利用類型,為土地利用的類型數(shù)。對不同時期土地利用類型數(shù)據(jù)進行交叉分析, 進而建立2000—2010年、2010—2020年和2000—2020年3期土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。

1.3.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是當前測度生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要方法[1,27], 通過“三生空間”生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)及其面積的比例, 定量反映某一區(qū)域不同時段下生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體狀況。其表達式為:

式中,EV為區(qū)域第時期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù);A該區(qū)域第時期第種土地利用類型的面積;A為區(qū)域總面積;R為第種土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù);為區(qū)域土地利用類型數(shù)量。

1.3.3 生態(tài)貢獻率

生態(tài)貢獻率是指某一種土地利用主導(dǎo)功能地類變化所導(dǎo)致的區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的改變, 該指數(shù)量化了各類功能用地之間的相互轉(zhuǎn)換對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響, 揭示出影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變動的主要土地利用類型, 有利于探討造成區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的主導(dǎo)因素[16], 其表達式為:

=(1–0)/(3)

式中,為研究區(qū)某一土地利用類型的生態(tài)貢獻率;LE、LE分別為某一土地利用類型在變化初期和變化末期所賦予的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù);為該變化用地的面積;為區(qū)域總面積。

生態(tài)貢獻率既有正值也有負值, 通過正負兩方面的分析可以綜合判斷影響福州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的土地利用類型, 有利于分辨福州市生態(tài)環(huán)境改善和退化的主導(dǎo)因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 “三生空間”時空演變特征分析

根據(jù)2000、2010、2020年三個時期福州市各地類面積, 采用“三生空間”土地利用分類體系, 計算出“三生空間”用地類型面積及其變化幅度(表2)。

表2 2000—2020年福州市“三生空間”面積及其變化幅度

由表2、圖1可知, 2000—2020年福州市“三生空間”中生態(tài)空間面積占比最大, 其次為生產(chǎn)空間, 生活空間面積最小, 從二級地類結(jié)構(gòu)來看, 主要以林地生態(tài)用地、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、草地生態(tài)用地為主。在此期間, 生態(tài)空間面積總體減少, 其中草地生態(tài)用地和水域生態(tài)用地減幅較大, 水域生態(tài)用地在2000—2010年面積增加, 但在2010—2020年間減幅較大, 其他生態(tài)用地面積先減少后增加; 生活空間呈上升趨勢, 城鎮(zhèn)生活用地和農(nóng)村生活用地增長較快, 增幅達73.81%和39.03%。生產(chǎn)空間先減少后增加, 2000、2010和2020年面積占比分別為19.67%、19.48%、19.54%, 其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地不斷減少, 工礦生產(chǎn)用地面積增長, 2000—2020年凈增加217.70 km2, 增幅達248.93%。

由圖2可知, 2000—2020年, 福州市“三生空間”空間分布格局基本一致, 生態(tài)空間分布最為廣泛,林地生態(tài)用地大面積覆蓋福州市, 水域生態(tài)用地主要在閩江流域和東南沿海地區(qū), 草地生態(tài)用地零散分布于山間。生活空間主要分布在市轄區(qū)(晉安區(qū)、鼓樓區(qū)、倉山區(qū)、臺江區(qū)、馬尾區(qū)、長樂區(qū)), 尤其是城鎮(zhèn)生活用地片狀集聚于此區(qū)域, 農(nóng)村居民點零散分布于福州東部以及沿海區(qū)域, 面積呈持續(xù)擴張的趨勢。生產(chǎn)空間主要分布在福州市轄區(qū)、福清市、羅源灣附近, 以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地為主, 大部分在福清市和閩江沿岸; 工礦生產(chǎn)用地主要分布在羅源灣附近、長樂區(qū)東部沿海, 福清市南部, 增長明顯。

2.2 土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型分析

2000—2020年間, 福州市土地利用格局發(fā)生顯著變化, 為進一步探討土地利用功能轉(zhuǎn)型特征, 根據(jù)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣, 按照土地利用主導(dǎo)功能分類體系, 得到“三生空間”二級地類構(gòu)造轉(zhuǎn)移矩陣(表3)。

圖1 2000—2020年福州市“三生空間”面積占比

Figure 1 The area proportion of "production-living- ecological space" in Fuzhou from 2000 to 2020

圖2 福州市2000—2020年“三生空間”分布格局

Figure 2 Distribution pattern of "production-living- ecological space" in Fuzhou from 2000 to 2020

表3 2000—2020年福州市“三生空間”土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣(km2)

2000—2020年間, 工礦生產(chǎn)用地、城鎮(zhèn)生活用地和農(nóng)村生活用地增加明顯, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、草地生態(tài)用地和林地生態(tài)面積減少。從“三生空間”結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)出來看, 生產(chǎn)空間方面, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地面積轉(zhuǎn)出量最大, 為295.52 km2, 主要轉(zhuǎn)換為工礦生產(chǎn)用地、農(nóng)村生活用地和城鎮(zhèn)生活用地, 其中轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)用地的面積達121.69 km2, 占該轉(zhuǎn)出面積41.18%, 工礦生產(chǎn)用地以增加為主, 因此向其他用地類型的轉(zhuǎn)換面積較少; 生態(tài)空間方面, 林地生態(tài)用地轉(zhuǎn)出量最大, 其次是草地生態(tài)用地和水域生態(tài)用地, 除林地生態(tài)用地和草地生態(tài)用地兩者互相轉(zhuǎn)換較大外, 大部分生態(tài)用地轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)用地; 生活空間方面, 城鎮(zhèn)生活用地和農(nóng)村生活用地主要以其他地類轉(zhuǎn)入為主, 轉(zhuǎn)出量較少?！叭臻g”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)入中, 生產(chǎn)空間方面, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地主要由林地生態(tài)用地轉(zhuǎn)換而來, 工礦生產(chǎn)用地則主要由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和生態(tài)用地轉(zhuǎn)換; 生態(tài)空間方面, 草地生態(tài)用地主要是由林地生態(tài)用地轉(zhuǎn)換得來, 林地生態(tài)用地的增長主要以草地生態(tài)用地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)換為主, 水域生態(tài)用地則主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)換; 生活空間方面, 城鎮(zhèn)生活用地主要是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和林地生態(tài)用地轉(zhuǎn)換得來, 農(nóng)村生活空間則大部分是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)換。雖然“三生空間”之間都互相發(fā)生轉(zhuǎn)換, 但轉(zhuǎn)入量和轉(zhuǎn)出量并不平衡, 主要還是以生態(tài)空間的減少、生活空間增加為主, 生產(chǎn)空間總體是減少的趨勢, 其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地是減少的, 工礦生產(chǎn)用地增加, 減少量大于增加量。

由圖3可進一步分析土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的空間異質(zhì)性情況, 2000—2020年間, “三生空間”轉(zhuǎn)換較為活躍的地區(qū)主要分布在福州主城區(qū)(鼓樓區(qū)、倉山區(qū)和臺江區(qū))和東部地區(qū), 其他地區(qū)轉(zhuǎn)換較為零散, 以生產(chǎn)空間和生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生活空間為主, 其次是生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間。2000—2010年間, 生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生活空間較為集中, 尤其是倉山區(qū), 其次分布在連江縣東南部、馬尾區(qū)西南, 生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間主要分布在倉山區(qū)、鼓樓區(qū)、晉安區(qū)和長樂區(qū)。2010—2020年間, 生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生活空間有向外延伸的趨勢, 生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生活空間增加明顯, 主要分布在晉安區(qū)、連江縣西南。此外, 2010—2020年生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間較2000—2010年有所增加, 且以轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)用地為主, 主要分布在羅源灣附近、長樂區(qū)東北和福清市南部, 分布格局與羅源灣能源產(chǎn)業(yè)集群、長樂區(qū)空港高新科技產(chǎn)業(yè)集群以及福清市江陰灣臨港產(chǎn)業(yè)集群基本吻合。

圖3 福州市2000—2020年“三生空間”格局演化

Figure 3 Pattern evolution of "production-living-ecological space" in Fuzhou from 2000 to 2020

2.3 土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

2.3.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時空演化特征

由于不同土地利用類型的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)不同, 因此不同地類結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換也會影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分異。根據(jù)1.3.2公式計算得到福州市2000、2010、2020年的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù), 結(jié)果分別為0.659、0.654、0.647, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體變化幅度較小, 略呈下降趨勢, 這主要是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)較高的生態(tài)用地轉(zhuǎn)換為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)較低的生活用地導(dǎo)致的。

借助ArcGIS軟件, 根據(jù)自然斷點分級法將全市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)分為5個等級, 根據(jù)數(shù)值范圍由小到大依次為低值區(qū)、較低質(zhì)量區(qū)、中質(zhì)量區(qū)、較高質(zhì)量區(qū)和高值區(qū)。如圖4所示, 福州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分異顯著, 高值區(qū)主要位于永泰縣, 低值區(qū)集中于主城區(qū)。在2000—2010年間, 福州生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)空間分布變化較大, 主要表現(xiàn)為區(qū)域生態(tài)環(huán)境的退化, 閩清縣從高值區(qū)轉(zhuǎn)為較高質(zhì)量區(qū), 長樂區(qū)則由較高質(zhì)量區(qū)變?yōu)檩^低質(zhì)量區(qū), 說明在此期間該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所下降。2010—2020年, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的空間分布基本未發(fā)生改變。總體而言, 隨著福州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的演化, 形成主城區(qū)低值區(qū)和東南沿海較低值區(qū)。

圖4 福州市2000—2020年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)空間分布

Figure 4 Spatial distribution of eco-environmental quality index in Fuzhou from 2000 to 2020

2.3.2 土地利用轉(zhuǎn)型對生態(tài)環(huán)境的影響及生態(tài)貢獻率

一般而言, 區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在改善和退化兩種趨勢, 并且在一定程度上可以相互抵消, 最終使總體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)維持相對穩(wěn)定, 但這并不意味該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量未發(fā)生改變。根據(jù)前文“三生空間”土地利用轉(zhuǎn)型分析, 結(jié)合1.3.3公式計算出各類用地類型對區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響的生態(tài)貢獻率, 選取了2000—2020年間福州市導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境改善和退化的主要功能地類結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及貢獻率, 結(jié)果如表4所示。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、草地生態(tài)用地轉(zhuǎn)為林地生態(tài)用地是改善福州市生態(tài)環(huán)境的主導(dǎo)因素, 兩者貢獻率總和的百分比高達75.47%, 其次是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)為水域生態(tài)用地, 這三者占生態(tài)貢獻率的83.41%。導(dǎo)致福州市生態(tài)環(huán)境退化的“三生空間”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型主要是生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)換為工礦生產(chǎn)用地和生活空間, 其中林地生態(tài)用地轉(zhuǎn)為其他用地占生態(tài)環(huán)境貢獻率49.52%, 其次是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、水域生態(tài)用地轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)用地。總體來看, 福州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善和退化的趨勢并存, 但土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型所帶來的生態(tài)環(huán)境負效應(yīng)要大于正效應(yīng), 因而整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是呈下降趨勢。

從土地利用轉(zhuǎn)型帶來的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的空間分異來看(圖5), 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善主要以其他用地轉(zhuǎn)為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)高的林地生態(tài)用地和水域生態(tài)用地為主, 空間上呈零散分布, 地類轉(zhuǎn)換面積較少, 前者帶來的正效應(yīng)主要在閩清縣和長樂區(qū)西北, 后者主要分布在連江縣靠近羅源灣附近以及長樂區(qū)東部沿海。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化以其他用地轉(zhuǎn)為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)低的城鎮(zhèn)生活用地和工礦生產(chǎn)用地為主, 大體是在福州主城區(qū)和東部沿海一片, 在區(qū)域空間上呈集聚狀態(tài), 尤其以主城區(qū)周圍集聚明顯, 其次是福清市北部。其他地類轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)生活用地導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境負效應(yīng)分布在主城區(qū)、晉安區(qū)西南和連江縣西南, 而其他地類轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)用地帶來的生態(tài)環(huán)境負效應(yīng)則主要分布在羅源縣、福清市和長樂區(qū), 分布范圍較廣。

表4 2000—2020年福州市影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要功能地類結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及其生態(tài)貢獻率

ULL: 城鎮(zhèn)生活用地 Urban living land; RLL: 農(nóng)村生活用地 Rural living land; APL: 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地 Agricultural production land; IML: 工礦生產(chǎn)用地 Industrial and mining land; GEL: 草地生態(tài)用地 Grassland ecological land; FEL: 林地生態(tài)用地 Forest ecological land; WEL: 水域生態(tài)用地 Water ecological land; OEL: 其他生態(tài)用地 Other ecological land.

Figure 5 Pattern evolution of eco-environmental effect in Fuzhou from 2000 to 2020

土地利用結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換對生態(tài)環(huán)境效應(yīng)有正負之分, 但兩者發(fā)生的區(qū)域在空間上并不重疊, 如羅源縣生態(tài)環(huán)境改善的區(qū)域主要在西部, 生態(tài)環(huán)境退化的區(qū)域在東部, 且正負效應(yīng)相當, 因而該區(qū)域的整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量值就維持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。但土地利用轉(zhuǎn)型帶來的生態(tài)環(huán)境負效應(yīng)明顯高于正效應(yīng)時, 該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)就會下降, 如長樂區(qū)在2000—2020年間也存在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善和生態(tài)環(huán)境退化兩種趨勢, 但土地利用結(jié)構(gòu)帶來的生態(tài)環(huán)境正效應(yīng)明顯小于負效應(yīng), 因而該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量由中質(zhì)量區(qū)變化為較低質(zhì)量區(qū)。

福州市同時存在著生態(tài)環(huán)境改善和退化的兩種趨勢, 2000—2020年間土地利用轉(zhuǎn)移帶來的正貢獻率為0.00616, 負貢獻率為0.01788, 因而生態(tài)環(huán)境改善的趨勢略小于生態(tài)環(huán)境退化的趨勢。雖然從總體來看2000—2020年間福州市整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在一定程度上維持著相對平衡, 但不能忽略其內(nèi)部環(huán)境發(fā)生的局部退化。

3 討論

土地利用功能轉(zhuǎn)型對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響是復(fù)雜的, 存在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善和退化的趨勢, 福州市整體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化不大, 但其內(nèi)部區(qū)域的變化較大, 并存在相應(yīng)的區(qū)域分異特征。城市經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展, 在一定程度上會使區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降, 但不能簡單的強調(diào)其負面效應(yīng)。例如，羅源縣由于羅源灣產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展使大量的用地轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)用地帶來了負效應(yīng), 但是在該縣在發(fā)展過程中可能注重林地保護, 其他區(qū)域有大面積的用地轉(zhuǎn)為林地生態(tài)用地, 正負效應(yīng)的相互抵消, 該區(qū)域的整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量值就維持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著城市發(fā)展, 福州市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地大量減少, 工礦生產(chǎn)用地和生活空間大量增加, 導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化, 這與東部沿海[5]、長江三角洲[6]等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)近20年間土地利用轉(zhuǎn)型特征表現(xiàn)大致相同, 而工礦生產(chǎn)用地的擴張也體現(xiàn)了沿海發(fā)達地區(qū)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點。此外, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的演化受到多方因素的影響, 例如坡度、降水、人口密度等, 而土地利用強度是對中國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響最大的人文因素[21]。因此, 未來需要進一步結(jié)合福州市經(jīng)濟發(fā)展等研究各時段土地利用轉(zhuǎn)型的驅(qū)動力機制, 分析“三生空間”轉(zhuǎn)型對生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及其影響因素。未來的規(guī)劃發(fā)展中應(yīng)當如何協(xié)調(diào)福州市的生產(chǎn)、生活、生態(tài)用地建設(shè)的時序, 在城市發(fā)展的同時穩(wěn)步提升生態(tài)環(huán)境效應(yīng), 仍值得深入研究。

4 結(jié)論

基于“三生空間”的視角, 通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對福州市“三生空間”時空演化特征進行分析研究, 通過生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、生態(tài)貢獻率定量分析了2000—2020年間福州市土地利用功能轉(zhuǎn)型的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的時空演變特征, 主要結(jié)論如下:

(1)研究期內(nèi)福州市生態(tài)空間分布最廣泛但總體減少, 生活空間主要分布在市轄區(qū)呈上升趨勢, 生產(chǎn)空間主要分布在福州中部、東北以及東南地區(qū)且面積減少。

(2)“三生空間”之間互相發(fā)生轉(zhuǎn)換, 主要以生態(tài)空間的轉(zhuǎn)出、生活空間的轉(zhuǎn)入為主, 生產(chǎn)空間內(nèi)部轉(zhuǎn)換量大。土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的空間分異明顯, “三生空間”轉(zhuǎn)換較活躍的地區(qū)主要分布在福州主城區(qū)和東部地區(qū), 以生產(chǎn)空間和生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生活空間為主。

(3)福州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善和退化趨勢并存, 但整體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降。土地利用結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換對生態(tài)環(huán)境的效應(yīng)在區(qū)域空間上并不重疊, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分異顯著。以其他用地轉(zhuǎn)為林地和水域生態(tài)用地是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的重要因素, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的退化主要是其他用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)和工礦生產(chǎn)用地導(dǎo)致的。

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Land use function transformation and associated eco-environmental effect in Fuzhou city based on "production-living-ecological space"

LI Jing1,2,CHEN Songlin1,2*

1 School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350117, China 2 Provincial Key Laboratory of Subtropical Resources and Environment of Fujian, Fuzhou 350117, China

Based on the remote sensing monitoring data of the three phases of land use in 2000, 2010 and 2020, according to the "production-living-ecological" land use dominant function classification, then through land use transfer matrix, eco-environmental quality index, ecological contribution rate of land use transition, this paper quantitatively analyzes the temporal and spatial evolution characteristics of structural transformation of "production-living-ecological space" and eco-environmental effect in Fuzhou city from 2000 to 2020. The results show that: (1)The distribution pattern of "production-living-ecological space" in Fuzhou is basically the same. The ecological space is the most widely distributed but showing a trend of shrinking, the living space is mainly distributed in the municipalities and is expanding. The production space is mainly distributed in the main urban area of Fuzhou and the eastern region, showing a trend of decreasing first and then increasing. (2)The conversion of "production-living-ecological space" is mainly based on the transfer-out of ecological space and the transfer-in of living space. The transfer-in amount and transfer-out amount are not balanced. The areas where the conversion is more active are mainly distributed in the main urban area of Fuzhou and the eastern region. Conversions in other regions are more sporadic. (3)The improvement and degeneration trend of eco-environmental quality coexist in Fuzhou, but the occurrence areas do not overlap in space. The overall eco-environmental quality index declines, and the spatial differentiation of eco-environmental quality is significant. The high-value area is mainly located in Yongtai County, and the low-value area is concentrated in the main urban area. The improvement of eco-environmental quality is mainly based on the conversion of agricultural production land and grassland ecological land to forest ecological land, while the conversion of forest ecological land and agricultural production land to industrial and mining production land is the main factor leading to the degeneration of eco-environmental quality.

production-living-ecological space; land use function transformation; eco-environmental effect; Fuzhou city

10.14108/j.cnki.1008-8873.2024.01.022

X24; F301.2

A

1008-8873(2024)01-186-09

2021-07-23;

2021-09-07

國家自然科學基金項目(41771136); 福建省科技計劃項目(2019R0124)

李晶(1998—), 女, 江西寧都人, 碩士, 主要從事土壤地理與土地資源利用研究, E-mail: 2494486322@qq.com

通信作者:陳松林, 男, 博士, 教授, 主要從事土地利用規(guī)劃與評價研究, E-mail: slchen6@163.com

李晶, 陳松林. 基于“三生空間”的福州市土地利用功能轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究[J]. 生態(tài)科學, 2024, 43(1): 186–194.

LI Jing, CHEN Songlin. Land use function transformation and associated eco-environmental effect in Fuzhou city based on "production-living-ecological space"[J]. Ecological Science, 2024, 43(1): 186–194.