, 王亚飞2, 张静文1, 王强1
1. 福建师范大学, 地理科学学院, 福州 350007;
2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室, 北京 100101
收稿日期: 2021-04-30; 修回日期: 2021-07-05; 录用日期: 2021-07-05
基金项目: 国家自然科学基金（No.41671126）；国家自然科学基金（No.41971159）；中国科学院战略性先导科技专项（A类）（No.XDA23020101）；国家自然科学基金项目（No.41971164）
作者简介: 王永洵(1997-), 男, E-mail: yongxunwang@163.com
通讯作者（责任作者）: 王强, E-mail: wangq@fjnu.edu.cn
摘要：基于1995年、2005年、2015年的土地利用覆被数据，使用生态环境质量指数、土地利用转型的生态环境贡献率等方法，定量分析福建海岸带土地利用转型及其生态环境效应.结果表明：①整体而言，福建海岸带地区以生态用地为主要用地类型，占比达64.4%以上，成为地区生态环境质量稳定的保证；生产和生活用地整体占比不大，但却是变化动态较高的用地类型.②时序变化上，1995—2005年，工矿生产用地、城乡生活用地不断扩张，区域生态环境质量值下降2.3%；2005—2015年，生产、生活空间变迁程度趋于缓和，区域生态环境质量值缓慢下降1.3%.③空间分布上，厦门、泉州等地市以生产、生活用地为主，较高强度的用地方式和相对破碎化的用地格局使得该地区呈现较低的生态环境质量（EV值小于0.855）；宁德市、莆田市内陆地区等以生态用地为主，较强的生态稳定性使得该地区呈现较高生态环境质量（EV值大于0.994）.④在用地转型产生的生态环境效应上，对生态环境质量产生负面影响的主要用地变化是工矿生产用地的对外扩展，两个时段的贡献率分别达到44.9%和49.7%，且用地方式变化从功能属性和空间格局两个方面对区域生态环境质量产生影响，并引发了工业污染、景观格局破碎等生态环境问题.
关键词：生态环境效应土地利用变化福建省海岸带
Land use transition in coastal area and its associated eco-environmental effect: A case study of coastal area in Fujian Province
WANG Yongxun1
, WANG Yafei2, ZHANG Jingwen1, WANG Qing11. School of Geography Science, Fujian Normal University, Fuzhou 350007;
2. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101
Received 30 April 2021; received in revised from 5 July 2021; accepted 5 July 2021
Abstract: Land use transition and its associated eco-environmental effect in Fujian coastal area was quantitatively analyzed by using eco-environmental quality index and eco-environmental contribution rate of land use change, based on land use and cover data in 1995, 2005, and 2015. The results show that: ①On the whole, ecological area was the main type of land use pattern in Fujian coastal area, accounting for more than 64.4% of the total land, which is important to ensure the eco-environmental quality stable. Although the living and production areas did not reach a high proportion, they expanded quickly. ② From 1995 to 2005, the index of eco-environmental quality decreased by 2.3% with the expansion of industrial production and living area, while it decreased by 1.3% during 2005-2015 as the demands of production and living land slowed with the tight supervision from land management departments. ③From the spatial perspective, the eco-environmental quality suffered in Xiamen, Quanzhou and other cities (less than 0.855) with an intensive and fragmented land use pattern. However, the land use pattern of Ningde and inland Putian maintained a high eco-environmental quality (more than 0.994) due to wide distribution of ecological area. ④ In terms of eco-environmental effects, the expansion of the land use for industrial and mining production posed the major threat to regional eco-environmental quality, with a contribution of 44.9% and 49.7% respectively in two periods.
Keywords: eco-environment effectland use transitionFujian Provincecoastal area
1 引言(Introduction)土地利用转型研究是土地利用/覆被变化(LUCC)研究的新视角, 具体是指在经济社会变化和革新的驱动下, 一段时期内与经济社会发展阶段转型相对应的土地利用形态的转变过程, 包括对于区域土地利用功能和结构层面的考究(龙花楼, 2015).这一概念最早由英国****Grainger在研究林业为主的国家土地利用时提出(Grainger, 1986；Grainger, 1995).自中国共产党第十八次全国代表大会报告中明确指出“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的国土“三生空间”发展目标以后, 土地利用转型的理念在理论挖掘和实践操作上, 与我国国土空间合理布局、优化配置更为紧密地结合在了一起(杨清可等, 2018).土地利用转型研究广泛地应用于乡村地理学和农业地理学领域, 在农业生产区域粮食产量估算(戈大专等, 2017)、山区农村土地整治政策制定(张佰林等, 2018)等领域发挥了作用, 为支持我国乡村振兴和区域可持续发展战略研究提供了重要理论支撑(龙花楼等, 2018).
与此同时, 作为影响全球生态环境变化的重要因素之一(Vitousek, 1994), 土地利用变化与转型过程的生态环境效应也是探索人地关系协调耦合与可持续发展路径的重要研究手段.现有研究表明, 复杂而强烈的人为干预过程对于地区生态环境产生的影响是综合而多元的.如影响地区二氧化碳排放水平(Liu et al., 2019)、环境污染负荷水平(欧维新等, 2004)等要素使得生态环境做出相应的反馈机制；也通过改变生物多样性(Pimm et al., 2000)、生态系统服务价值(Liu et al., 2020)、景观格局(周汝佳等, 2016)等要素对生态环境稳态产生综合影响, 进而导致地区生态环境质量发生改善或退化的过程.土地利用变化与转型研究由于其过程的综合性和涉及对象的多元性(刘纪远等, 2020；龙花楼等, 2021), 在测度复杂的地区生态环境效应方面发挥了一定优势, 为重点城市化地区生态环境质量估算及影响机制探讨(张杨等, 2011；Du et al., 2017)、生态敏感地带可持续发展(李景远等, 2015；井云清等, 2017)等领域提供了研究思路和视角.
海岸带区域既是陆海相互作用最强烈的地带, 也是高强度人类活动和全球气候变化双重影响下的空间单元(骆永明, 2016), 伴随人类对于全球可持续发展问题的重视, 海岸带研究呈现出重要的科学意义与学术价值(吴绍洪等, 2016；樊杰等, 2017；樊杰, 2020).由于自身生态环境的脆弱性和外部干扰的复杂性, 海岸带地区生态环境问题频发, 出现了河口环境污染(Bessa et al., 2018)、滨海湿地生境面积锐减(Jankowski et al., 2017)、海岸带生态风险加剧(Pan et al., 2021)等一系列可持续发展问题.为此, 有关专家****已对海岸带地区单一环境污染物的源地识别和扩散机制(陈能汪等, 2017；严宇等, 2019)、海岸带土地利用变化和转型特点(宋百媛等, 2019)等方面做了深入分析.而基于土地利用转型视角, 对海岸带地区生态环境效应展开综合测度的研究则有待进一步落实和完善.为此, 本文将使用生态环境质量指数、生态环境贡献率等研究方法, 对福建省海岸带地区土地利用转型及其生态环境效应进行综合评估, 以期为地方提供生态环境综合管治、国土空间格局优化的理论支撑和技术参考.
2 数据来源与研究方法(Data and methods)2.1 研究区概况与数据来源福建省大陆海岸线长度位居全国各省岸线长度第二, 曲折率全国第一, 是我国海岸带的重要组成部分(乔文慧等, 2020).由于拥有丰富多样的岸线空间资源和近海自然资源, 且具备独特的“八山一水一分田”地理空间结构, 海洋与海岸带区域对全省发展具有重大战略价值(陈凤贵等, 2016).根据研究需要, 在本文中使用行政单元选择的方法选取与海洋毗连的区、县、县级市行政单元的陆域部分作为福建省海岸带研究范围.研究区北起福鼎市沙埕虎头鼻, 南至诏安县洋林铁炉岗(乔文慧等, 2020), 西接全省山区腹地, 东隔台湾海峡与台湾隔海相望, 属亚热带海洋季风气候, 位于23°34′~27°26′N、116°55′~120°25′E的地理范围内, 共涵盖宁德、福州、莆田、泉州、厦门、漳州6个地级市的35个区、县级行政单元.
本文使用的土地利用数据来源于中国科学院资源环境数据云平台(www.resdc.cn)土地利用遥感监测数据集.进一步从土地利用分类数据中提取1995年、2005年和2015年3个年份福建海岸带土地利用数据, 源数据土地利用类型细分为6个一级类(耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地、未利用地)和25个二级类.文中使用的污染物排放数据来源于《中国城市统计年鉴》、《中国海洋统计年鉴》以及《福建省统计年鉴》.此外由于部分年份统计数据缺失, 使用临近年份替代的方法补足数据, 缺失及补足的数据将在下文图表中做具体备注.
2.2 研究方法2.2.1 土地利用变化分析依据“三生空间”土地利用主导功能选取的原则(李广东等, 2016；黄金川等, 2017), 将已获取的土地利用类型划分为生产用地、生活用地和生态用地3个功能大类以及8个功能细分二级类(表 1), 考察年际土地利用功能的变化情况.为进一步研究土地利用变化对于区域生态环境质量的影响, 采用生态环境属性因子Fi反映不同功能地类所具备的生态环境水平差异.综合考虑该功能地类所具备的生物多样性、环境污染可能性, 以及维持自身生态环境稳定性的能力等因素, 确定其赋值的相对大小.在本文中, Fi具体的取值参考已有研究(杨清可等, 2018；苑韶峰等, 2019)的经验, 并根据福建省海岸带地区实际情况, 即各功能用地类型的二级用地组成比例差异, 做出调整, 具体设置见表 1.
表 1(Table 1)
| 表 1 土地利用主导功能分类及其生态环境属性因子取值 Table 1 Land use types based on dominant function and eco-environmental quality index | |||||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 土地利用主导功能分类及其生态环境属性因子取值 Table 1 Land use types based on dominant function and eco-environmental quality index
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2.2.2 区域生态环境质量分析① 生态环境质量指数构建.综合考虑土地利用方式的空间格局和功能属性两个方面, 构建生态环境质量指数EV.
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为综合表达由土地利用格局变化引起的生态环境质量变化, 对景观破碎度Ci、景观分离度Ni和景观优势度Di3个景观格局指数进行加权计算, 构建生态环境格局因子Si.生态环境格局因子的构建过程参考了景观生态风险评价的算法(谢花林, 2008), 以景观组合的空间关系模式来反映宏观尺度下土地利用转型对区域生态环境质量的影响.我们认为景观格局的生态风险与生态环境的格局属性成反比关系, 因此使用对破碎度、分离度和优势度进行加权计算并取倒数的方法构建生态环境格局因子.综合考虑相关研究成果(周汝佳等, 2016；杜悦悦等, 2016)与区域生态环境实际情况, 分配三者权重为a=0.6, b=0.3, c=0.1, 生态环境格局因子Si的详细计算过程(谢花林, 2008)见式(2).
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| 表 2 景观指数计算方法 Table 2 Calculate methods of landscape metrics | |||||||||||||||
表 2 景观指数计算方法 Table 2 Calculate methods of landscape metrics
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② 生态环境质量空间插值.依据采样区尺度与平均斑块尺度的大小关系以及采样的工作量大小, 对研究区范围使用10 km×10 km的正方形网格进行等间距采样, 得到354个样区.再将每个样区的生态环境质量指数EV赋予样区中心点, 使用GS+10.0平台的半变异函数分析模块分析变量的空间变异程度, 确定区域生态风险变量的空间相关性(徐建华, 2017), 并获得空间插值最佳拟合参数.借助ArcGIS 10.2平台, 采用克里金插值法对样本点的风险值进行空间插值, 得到整个研究区生态环境质量空间分布情况, 按照自然断裂点法将其划分为5级, 由小到大排列为: 低质量区(ERI≤0.695)、较低质量区(0.695 < ERI≤0.855)、一般质量区(0.855 < ERI≤0.994)、较高质量区(0.994 < ERI≤1.108)、高质量区(ERI>1.108).
2.2.3 土地利用变化的生态环境效应分析① 土地利用变化的生态环境贡献率.土地利用变化的生态环境贡献率是指特定土地利用类型变化所导致的生态环境质量的变化, 用来反映影响区域生态环境变化的主要用地转变过程(杨清可等, 2018), 计算公式见式(6).
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再依据式(6)中生态环境质量的构建过程, 可将LEI分解为功能属性变化贡献LEIF和空间格局变化贡献LEIS两个部分, 其中LEIF指的是从微观角度考虑某一地类向另一地类转化时由于自身生态环境质量差异而对区域生态环境质量造成的影响, LEIS指的是从宏观的角度考虑地类转化时对景观格局造成的影响, LEI的分解公式见式(7).
 | (7) |
 | (8) |
表 3(Table 3)
| 表 3 1995—2015年福建省海岸带土地利用情况 Table 3 Land use types in coastal area of Fujian during 1995—2015 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 3 1995—2015年福建省海岸带土地利用情况 Table 3 Land use types in coastal area of Fujian during 1995—2015
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图 1(Fig. 1)
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| 图 1 1995—2015年福建省海岸带土地利用空间分布 Fig. 1Distribution of land use in coastal area of Fujian during 1995—2015 |
从土地利用的空间分布情况来看, 生产用地和生活用地主要分布在临近海岸线的平原地区, 而生态空间则主要分布在相对远离岸线的山地丘陵地区.厦门市全域、莆田市全域和泉州市的沿海区县由于地形和资源优势, 具备较为优越的农工业开发适宜性和城市建设条件, 呈现出大量农业生产用地、工矿建设用地和城镇生活用地所构成的用地格局模式.而宁德市和漳州市的沿海地区则由于鹫峰山脉、太姥山以及博平岭余脉的影响, 地形起伏较大, 呈现出以林地生态用地为主的用地格局.
3.1.2 土地利用转型模式研究时段内福建省海岸带地区经历了土地利用变化先快后慢的发展历程, 主要的土地利用转型模式为工矿生产用地和城乡生活用地的扩展, 及其引发的农业生产用地和生态用地的退缩(图 2).
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 1995—2015年福建省海岸带土地利用转移情况 Fig. 2Land use transition in coastal area of Fujian during 1995—2015 |
1995—2005年, 福建省海岸带土地利用变化较为剧烈, 发生利用方式转变的土地面积达到1372 km2, 占地区总面积的5.2%.该时段内主要的用地类型变化主要有3个方面.首先为工矿生产用地向农业生产用地、农村生活用地、水域生态用地的蔓延, 侵占原有用地类型的比重分别达到3.5%、2.6%和2.3%；其次为城镇生活用地向生产用地和农村生活用地的扩张, 共计扩张面积达到296 km2；最后为生态用地的小幅度退化过程, 具体表现为林地生态用地和草地生态用地的往复转化过程.
2005—2015年, 福建省海岸带土地利用变化的程度相对有所减缓, 仅有532 km2的土地发生功能类型的变化, 不足上一时段内变化面积的40%.土地利用的变化模式主要为农村生活用地的扩张和工矿生产用地的进一步蔓延.林地、草地生态用地面积在该时段内保持稳定, 工矿生产用地继续以侵占农业生产用地(192 km2)和水域生态用地(44 km2)的方式保持增长, 但强度有所下降.继上一阶段城市用地空间大规模扩展之后, 农村生活用地也开始向农业用地等生产用地空间扩张, 扩张面积达87 km2.
3.2 生态环境质量时空特征3.2.1 生态环境质量时序变化伴随土地利用的转型过程, 1995—2015年福建省海岸带生态环境质量值从1.002下降至0.966, 地区生态环境质量始终处于退化状态, 但两个研究阶段内的退化程度有所差异.
1995—2005年, 由于土地利用变化过程相对剧烈, 福建省海岸带生态环境质量经历了较大程度的下降, 生态环境质量值由1.002下降至0.979, 降幅达2.3%.如表 4所示, 虽然以林地为主的自然生态环境存在一定程度优化过程, 但工矿生产用地以及生活用地向农业生产和生态用地等地类的高速扩张仍然作为主要因素导致了1995—2005年内生态环境退化, 二者贡献占比分别达到44.9%和14.8%.
表 4(Table 4)
| 表 4 1995—2005年主要影响生态环境质量的土地利用方式变化 Table 4 Major land use transition influencing eco-environmental quality during 1995—2005 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 4 1995—2005年主要影响生态环境质量的土地利用方式变化 Table 4 Major land use transition influencing eco-environmental quality during 1995—2005
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在工业与城镇用地不断扩张的用地转型过程中, 生态环境的响应机制主要有如下两个方面: 一方面, 被侵占地类的生态环境格局发生退化, 出现分离化和破碎化趋势, 如林地生态用地的景观破碎度由0.029上升到0.032, 上升幅度为8.3%, 农业生产用地的破碎度由0.115上升到0.130, 分离度由0.316上升到0.349 (表 6).另一方面, 由于工业化和城市化快速发展, 工矿生产用地以及城镇生活用地自身面积发生快速扩张, 10年增长面积分别达到449 km2和331 km2, 造成环境污染的问题也不断加剧.如下图 3所示, 仅在1995—2005年间, 福建省沿海地市的工业二氧化硫排放量由30452 t骤增到261410 t, 排污量增长了7倍多, 工业废水排放量由23959万t骤增到98778万t, 排污量增长3倍多.由此导致综合环境污染指数从0.16骤增到0.47.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 福建省海岸带地区工业污染情况(1995—2015)(本图中1995年工业二氧化硫排放量因数据缺失, 使用1998年数据替代) Fig. 3Industrial pollution in coastal area of Fujian (1995—2015) |
表 5(Table 5)
| 表 5 2005—2015年主要影响生态环境质量的土地利用方式变化 Table 5 Major land use transition influencing eco-environmental quality during 2005—2015 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 5 2005—2015年主要影响生态环境质量的土地利用方式变化 Table 5 Major land use transition influencing eco-environmental quality during 2005—2015
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表 6(Table 6)
| 表 6 主要地类景观指数变化 Table 6 Landscape index changes of major land types | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 6 主要地类景观指数变化 Table 6 Landscape index changes of major land types
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2005—2015年间, 伴随生态用地空间保持相对稳定和生产、生活空间蔓延态势趋缓, 福建省海岸带生态环境质量的退化趋势也有所减弱, 地区生态环境质量值由0.979小幅度下降至0.966, 降幅为1.3%.如表 5所示, 工业生产用地扩张仍然是地区生态环境退化的重要因素, 但扩张态势有所减弱, 2005—2015年由于工矿建设用地扩张和城乡居民点扩张产生的生态环境质量退化绝对值相对上一时间段明显减小, 由0.01884降低至0.01162.
在该阶段生态环境退化趋缓的原因有两个方面: 一是生活用地与工业生产用地向生态用地的扩张减小, 使生态系统内部得以保持稳定发展.相较于上一阶段的快速扩张态势, 2005—2015年间城镇生活用地面积增长仅为26 km2, 工业生产用地扩张也降低至289 km2, 且增长方式主要是占用农田, 这使得林地、草地等生态空间内部格局保持了相对稳定, 表现在景观指数上, 林地生态系统的景观破碎度和分离度始终保持在0.032和0.131(表 6).二是由于工业生产用地等生态环境质量相对较差地类的内部环境出现一定程度优化.从工业废气和废水的排放角度来看, 2005—2015年福建省沿海地市工业产值和工业用地仍然保持增长的同时, 工业二氧化硫排放量由261410 t降低至231492 t, 工业废水排放量从98778万t降低至70529万t, 综合环境污染指数从0.47降低至0.37(图 3), 在一定程度反映了技术升级、减排政策对于工业污染的抑制效果, 从而使得生态环境质量的下降趋缓.此外, 在工业生产用地、城镇生活用地的分布格局方面, 如表 6所示, 二者的分离度和破碎度不断下降, 进而使得生态环境格局出现内部优化, 农村生活用地和工矿生产用地自身分别对生态环境质量提升贡献了9.3%和19.9%的部分.连片集群发展的城市化地区以集聚和高效率发展的方式, 使得生态环境污染源治理格局日益高效, 也在一定程度上使得工业用地自身生态环境出现优化.
3.2.2 生态环境质量空间特征从生态环境质量的空间分布来看, 生态环境等级分区与土地利用的功能方式和环境的污染水平产生了较为明确的空间对应关系.如图 4所示, 泉州市沿海地区、厦门市和莆田市由于以工农业生产和城乡建设为主要功能导向, 形成了以工矿、农业生产等生产用地和城镇、乡村居民点等生活用地相互组合的土地利用格局.较高的人工化程度、较为破碎的格局分布状况和较为剧烈的变动特征, 使得该地区成为福建省海岸带生态环境质量较低的地区.而相对远离沿海平原的地区, 如福州市罗源县以北、宁德市沿海地区, 莆田市仙游县、漳州市诏安县、云霄县靠近内陆一线, 则由于地处山区林地, 地形起伏大, 开发成本较高, 使得人类对于自然生态系统的开发和破坏的程度较小.所以该地区得以保持较丰富的物种多样性、较稳定的生态系统结构, 而呈现出较高的生态环境质量.此外, 如图 5所示, 通过进一步分析福建省沿海城市的工业污染排放情况发现, 1995—2005年间, 厦门市年均工业废水排放水平和年均工业二氧化硫排放量分别达到6.97万t· km-2和20.72 t· km-2, 为福建省沿海城市最高水平；而同期宁德市的年均工业废水和年均二氧化硫排放水平在沿海地区最低，分别仅为0.08万t·km-2和0.44 t·km-2.这一工业污染物空间分异格局与生态环境质量空间分布呈现出较为明确的对应关系, 也反映出工业生产用地的扩张造成了环境污染问题, 并使得生态环境质量出现退化的关联效应.
图 4(Fig. 4)
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| 图 4 1995—2015年福建省海岸带生态环境质量空间分布 Fig. 4Distribution of eco-environmental quality in coastal area of Fujian during 1995—2015 |
图 5(Fig. 5)
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| 图 5 福建省沿海城市工业污染排放对比(本图中1995年工业二氧化硫排放量因数据缺失, 使用1998年数据替代) Fig. 5Comparison of industrial pollution emission in coastal cities of Fujian Province |
从生态环境质量等级的面积配比上, 高质量和较高质量区一直是福建省海岸带生态环境的主导分区类型, 但随着时间推移, 生态环境质量较高的地区有所减少, 而生态环境质量较低的地区则不断增加.如表 7所示, 生态环境较高质量区和高质量区二者面积占比从1995年的61.8%下降至2015年的53.7%, 虽存在生态环境质量下降的趋势, 但优质生态环境始终保持较大的比例成分, 反映了地区优良和稳定的生态环境状况.与此同时, 生态环境低质量和较低质量区的比重从1995年的19.9%增加到2005年的23.5%和2015年的26.0%, 也反映了地区生态环境质量经历了先快速退化后退化缓和的发展态势.
表 7(Table 7)
| 表 7 1995—2015年福建省海岸带生态环境质量分区面积及比重 Table 7 Proportions of eco-environmental quality in coastal area of Fujian during 1995—2015 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 7 1995—2015年福建省海岸带生态环境质量分区面积及比重 Table 7 Proportions of eco-environmental quality in coastal area of Fujian during 1995—2015
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4 讨论(Discussion)土地利用转型及其生态环境效应的定量表述与评估是指导区域社会经济可持续发展的重要研究课题.基于这一认识, 本文从土地利用转型引起的生态环境属性和空间格局配置变化两个角度解析了海岸带地区土地利用变化产生的生态环境效应.通过研究可知, 在过去一段时间里, 福建省沿海地区由于经济发展的需求, 工矿生产和城市生活用地扩张明显, 并且造成了一定的生态环境问题, 但是也随着政府的合理管控和用地效率的提升, 生态环境的退化趋势出现缓和.当前, 福建沿海乃至全国绝大多数地区仍然存在经济增长与用地扩张的需求, 如何以更加合理、高效的土地开发和管理模式, 来推动经济社会发展与生态环境稳定之间实现良性互动, 就成为值得思考的问题.在研究中我们发现, 影响生态环境质量的重要因素不仅包括地类功能属性之间的转化, 也同样包含着转化过程中用地格局的整体改变.也就是说, 在相同的用地增量条件下, 以一种更为合理的空间布局方式减少对于生态系统廊道和关键节点等生态环境格局的破坏程度, 可以在一定程度上提高用地效率, 推动可持续发展.在各级政府全面推进以划定“三区三线”为核心思想的国土空间规划进程中, “总量控制”与“适度弹性”成为编制规划的重要调控手段.因此我们认为, 在这样一种约束与灵活共存的规划逻辑中, 适度评估与模拟新增用地对于现有用地格局以及整体生态空间完整性、连通性的影响程度, 并通过合理调整新增用地的空间位置, 尽可能减少不利影响的程度, 能够更加有助于达成开发利用土地和保护生态环境之间的可持续发展.
最后, 在本研究的过程中也存在一些不足, 例如仅以工业污染源判断环境污染情况, 未考虑生活和农业污染源的影响, 而后者对生态环境的影响也是不可忽略的.并且海岸带地区与内陆地区的差异在于, 海岸带地区处于海陆交界处, 受陆地和海洋两大系统的交互影响.因此存在由于陆地变化导致海洋生态环境受损的情况, 如内陆河流排污导致的河流入海口污染、港口码头建设导致的滨海湿地锐减等.而仅从土地利用转型的角度难以测度这一过程.因此, 如何进一步研究海岸带地区人为干扰下的海陆综合生态环境效应并指导海岸带地区可持续发展, 将是一个值得探讨的科学问题.
5 结论(Conclusions)1) 整体上, 福建省海岸带地区以生态用地为主要用地类型, 面积比重达64.4%以上, 由于空间连通度较高、生态系统功能完善, 使得生态环境较高质量区和高质量区占地区比重达54.9%以上, 成为地区生态环境质量稳定的保证.生产和生活用地整体占比不大, 但却是变化动态较高的用地类型, 工矿生产用地、城乡生活用地向农业生产用地、生态用地的拓展是地区土地利用变化的主要方式, 这一过程使得地区生态环境质量不断下降.
2) 时序变化上, 1995—2015年, 地区土地利用变化程度先强后弱, 由此导致了区域生态环境质量退化趋势逐渐放缓.1995—2005年, 伴随工矿生产用地、城乡生活用地的不断扩张和自然生态系统的退化, 区域生态环境质量值由1.002下降至0.979, 并且产生了区域景观破碎化、分离化以及污染物排放水平提高等生态环境问题；2005—2015年, 伴随生产、生活空间变迁程度趋于缓和, 区域生态环境质量值由0.979缓慢下降至0.966, 景观格局和污染物排放水平均出现一定程度的优化和缓和趋势.
3) 空间分布上, 土地利用方式、生态环境质量分布与环境污染水平呈现出较为明显的空间对应关系.厦门、泉州、莆田等地市沿海地区以生产和生活空间为主, 较高强度的用地模式、相对破碎化的用地格局以及相对高水平的污染排放, 使得该地区呈现较低的生态环境质量(EV值小于0.855)；宁德市、福州市罗源县以北以及莆田市仙游县、漳州市内陆地区则以林地、草地、水源等生态用地为主, 较强的生态稳定性和结构完整性使得该地区呈现较高生态环境质量(EV值大于0.994).
4) 从土地利用变化产生的生态环境效应来看, 用地方式变化从功能属性和空间格局两个因子对区域生态环境质量产生影响, 并最终导致生态环境质量发生优化或退化的演化进程.产生主要影响的用地方式转变为工矿生产用地向其他用地类型的扩展、蔓延, 两个时段内生态环境退化贡献率分别达到44.9%和49.7%.这一过程使得地区景观格局出现破碎化趋势, 并导致了工业废气、废水污染等环境问题.
参考文献
| Bessa F, Barría P, Neto J M, et al. 2018. Occurrence of microplastics in commercial fish from a natural estuarine environment[J]. Marine Pollution Bulletin, 128: 575-584. DOI:10.1016/j.marpolbul.2018.01.044 |
| 陈凤贵, 陈斯婷, 吴耀建. 2016. 福建海情[M]. 北京: 科学出版社. |
| 陈能汪, 董虹佳, 鲁婷, 等. 2017. 厦门湾流域河流氮污染综合溯源与水体达标策略[J]. 环境科学学报, 37(6): 2031-2039. |
| 杜悦悦, 彭建, 赵士权, 等. 2016. 西南山地滑坡灾害生态风险评价——以大理白族自治州为例[J]. 地理学报, 71(9): 1544-1561. |
| 樊杰, 周侃, 王亚飞. 2017. 全国资源环境承载能力预警(2016版)的基点和技术方法进展[J]. 地理科学进展, 36(3): 266-276. |
| 樊杰. 2020. 面向中国空间治理现代化的科技强国适应策略[J]. 中国科学院院刊, 35(5): 564-575. |
| 戈大专, 龙花楼, 屠爽爽, 等. 2017. 黄淮海地区土地利用转型与粮食产量耦合关系研究[J]. 农业资源与环境学报, 34(4): 319-327. |
| Grainger A. 1986. The future role of the tropical rain forests in the world forest economy[D]. Oxford: Department of Plant Sciences, University of Oxford |
| Grainger A. 1995. National land use morphology: Patterns and possibilities[J]. Geography, 80(3): 235-245. |
| 黄金川, 林浩曦, 漆潇潇. 2017. 面向国土空间优化的三生空间研究进展[J]. 地理科学进展, 36(3): 378-391. |
| Jankowski K L, Tornqvist T E, Fernandes A M. 2017. Vulnerability of Louisiana's coastal wetlands to present-day rates of relative sea-level rise[J]. Nature Communications, 8: 1-7. DOI:10.1038/s41467-016-0009-6 |
| 井云清, 张飞, 陈丽华, 等. 2017. 艾比湖湿地土地利用/覆被-景观格局和气候变化的生态环境效应研究[J]. 环境科学学报, 37(9): 3590-3601. |
| 李广东, 方创琳. 2016. 城市生态-生产-生活空间功能定量识别与分析[J]. 地理学报, 71(1): 49-65. |
| 李景远, 吴巍, 周孝德, 等. 2015. 车尔臣河流域土地利用变化及生态环境效应分析[J]. 环境科学学报, 35(10): 3330-3337. |
| Liu H C, Fan J, Zhou K, et al. 2019. Exploring regional differences in the impact of high energy-intensive industries on CO2 emissions: Evidence from a panel analysis in China[J]. Environmental Science and Pollution Research, 26(25): 26229-26241. DOI:10.1007/s11356-019-05865-w |
| 刘纪远, 张增祥, 张树文, 等. 2020. 中国土地利用变化遥感研究的回顾与展望——基于陈述彭学术思想的引领[J]. 地球信息科学学报, 22(4): 680-687. |
| 龙花楼, 陈坤秋. 2021. 基于土地系统科学的土地利用转型与城乡融合发展[J]. 地理学报, 76(2): 295-309. |
| 龙花楼, 屠爽爽. 2018. 土地利用转型与乡村振兴[J]. 中国土地科学, 32(7): 1-6. |
| 龙花楼. 2015. 论土地利用转型与土地资源管理[J]. 地理研究, 34(9): 1607-1618. |
| 骆永明. 2016. 中国海岸带可持续发展中的生态环境问题与海岸科学发展[J]. 中国科学院院刊, 31(10): 1133-1142. |
| 欧维新, 杨桂山, 于兴修, 等. 2004. 盐城海岸带土地利用变化的生态环境效应研究[J]. 资源科学, 26(3): 76-83. DOI:10.3321/j.issn:1007-7588.2004.03.012 |
| Pan Z, Liu Q L, Jiang R G, et al. 2021. Microplastic pollution and ecological risk assessment in an estuarine environment: The Dongshan Bay of China[J]. Chemosphere, 262: 127876. DOI:10.1016/j.chemosphere.2020.127876 |
| Pimm S L, Raven P. 2000. Biodiversity-Extinction by numbers[J]. Nature, 403(6772): 843-845. DOI:10.1038/35002708 |
| 乔文慧, 王强. 2020. 2001-2016年福建省海岸带植被覆盖变化特征[J]. 水土保持通报, 40(1): 236-242. |
| 屈小娥. 2012. 1990-2009年中国省际环境污染综合评价[J]. 中国人口·资源与环境, 22(5): 158-163. |
| 宋百媛, 侯西勇, 刘玉斌. 2019. 黄河三角洲-莱州湾海岸带土地利用变化特征及多情景分析[J]. 海洋科学, 43(10): 24-34. |
| Vitousek P M. 1994. Beyond global warming: Ecology and global change[J]. Ecology, 75(7): 1861-1876. DOI:10.2307/1941591 |
| 吴绍洪, 罗勇, 王浩, 等. 2016. 中国气候变化影响与适应: 态势和展望[J]. 科学通报, 61(10): 1042-1054. |
| 谢花林. 2008. 基于景观结构和空间统计学的区域生态风险分析[J]. 生态学报, 28(10): 5020-5026. DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.2008.10.048 |
| 徐建华. 2017. 现代地理学中的数学方法(第三版)[M]. 北京: 高等教育出版社. |
| Du X J, Huang Z H. 2017. Ecological and environmental effects of land use change in rapid urbanization: The case of Hangzhou, China[J]. Ecological Indicators, 81: 243-251. DOI:10.1016/j.ecolind.2017.05.040 |
| 严宇, 王雪松, 周家斌. 2019. 福州市区冬春季PM2.5污染特征与来源差异性分析[J]. 环境科学学报, 39(4): 1049-1056. |
| 杨清可, 段学军, 王磊, 等. 2018. 基于"三生空间"的土地利用转型与生态环境效应——以长江三角洲核心区为例[J]. 地理科学, 38(1): 97-106. |
| 杨万平. 2010. 中国省际环境污染的动态综合评价及影响因素[J]. 经济管理, 32(8): 159-165. |
| 苑韶峰, 唐奕钰, 申屠楚宁. 2019. 土地利用转型时空演变及其生态环境效应——基于长江经济带127个地级市的实证研究[J]. 经济地理, 39(9): 174-181. |
| Liu Y B, Hou X Y, Li X W, et al. 2020. Assessing and predicting changes in ecosystem service values based on land use/cover change in the Bohai Rim coastal zone[J]. Ecological Indicators, 111: 106004. DOI:10.1016/j.ecolind.2019.106004 |
| 张佰林, 高江波, 高阳, 等. 2018. 中国山区农村土地利用转型解析[J]. 地理学报, 73(3): 503-517. |
| 张杨, 刘艳芳, 顾渐萍, 等. 2011. 武汉市土地利用覆被变化与生态环境效应研究[J]. 地理科学, 31(10): 1280-1285. |
| 周汝佳, 张永战, 何华春. 2016. 基于土地利用变化的盐城海岸带生态风险评价[J]. 地理研究, 35(6): 1017-1028. |
