摘要:从快速城镇化背景下土地利用变化的角度来分析浙江省海岸带生态系统服务价值(ESV)损益情况，将ESV的估算引入海岸带开发决策，对浙江省海岸带资源的可持续利用具有重要意义.以1990、2000、2010年遥感解译数据为基础，研究了快速城镇化背景下浙江省海岸带土地利用类型变化，并通过构建ESV估算模型，估算了1990～2010年间浙江省海岸带ESV变化.结果表明:1990～2010年间，由于城镇化速度不断加快，浙江省海岸带土地利用类型变化显著，主要表现为城镇建设用地大量增加，林地和耕地面积减少.期间浙江省海岸带ESV总量不断减少，从352.78亿元降至299.64亿元，降幅达15.06%.浙江省海岸带ESV空间分布不断由高价值区域向低价值区域转变.各土地利用类型价值系数(CS)均小于1，价值总量对价值系数弹性不大，所设置的ESV系数原始值较为合适.浙江省海岸带土地利用强度不断上升，其空间分布与ESV变化率空间分布具有一致性，无序增加的城镇建设用地占用林地和耕地而引起的土地利用结构转变是海岸带ESV不断减损的主要原因.
关键词:海洋环境科学;城镇化;海岸带;土地利用;生态系统服务价值(ESV);浙江省
生态系统服务是指生态系统及生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然效用[1]，其为人类提供了食物、医药及其他工农业生产原料，支撑与维持了地球生命支持系统，维持生命物质的生物地球化学循环与水文循环，维持生物物种遗传多样性，净化环境，维持大气化学的平衡与稳定[2].工业革命以来，人口急剧增长且城镇化进程不断加快，全球生态系统遭受到了空前冲击和破坏，生态系统服务功能迅速衰退[3].
Costanza等(1997)对生态系统服务价值(ESV)进行了评估[4]，引起了国内外学者的广泛研究，并取得较快进展[5-6].近年来，国内对ESV研究逐渐深入，多参考谢高地等(2008)得出的ESV当量因子[7]，对各区域ESV进行估算[8-9].海岸带处于海洋和陆地之间的过渡地带，具有复杂多样的环境条件，丰富多彩的自然资源，生态系统类型多样，生态服务功能的区域差异也较大.海岸带在维护近岸地区生态系统稳定、海岸带经济可持续发展等方面具有极其重要的意义，作为一种特殊的生态系统，也有较多学者以其为研究区域进行研究[10-11].近年来，海岸带成为人类活动最密集的区域，在海岸带开发热潮下，海岸带地区城镇化进程持续加快，其对海岸带的影响已经远远超过了自然营力作用[12]，而土地利用类型转变作为城镇化进程的重要标志，研究其对海岸带ESV造成的影响成为近年来的研究重点和热点[13-14].
从快速城镇化背景下的土地利用类型转变角度来研究海岸带ESV损益具有重要意义，也是评价海岸带地区土地利用变化对海岸生态环境产生影响的一个重要指标.只有将ESV估算引入到海岸带城镇化进程决策中，才能促进海岸带资源合理开发和利用，实现海岸带地区城镇可持续发展.为此，本研究选取浙江省海岸带作为研究区域，以1990、2000、2010年3个时期遥感解译数据为基础，定量分析了快速城镇化背景下土地利用类型转变以及浙江省海岸带ESV损益情况，以期为浙江省海岸带合理开发以及海岸带生态环境综合整治提供参考.
1材料与方法
1.1研究区概况
浙江省位于中国长江三角洲南翼，海域面积广阔，拥有包括嘉兴、杭州、绍兴、宁波、台州、温州及舟山在内的7个沿海城市，海岸线长达2253.7km，大陆岸线和海岛岸线长达6500km，占全国海岸线总长的20.3%[15].以浙江省海岸带为研究区域，参照20世纪80年代全国海岸带综合调查的土地利用调查原则，将海岸带向陆一侧边界定义为沿海乡镇内侧边界，向海一侧定义为1990、2000、2010年大陆海岸线叠加后的最外沿边界，以此结合向陆、向海边界区域矢量数据后生成的闭合多边形区域即为研究区范围(图1).
“一带一路”战略构想的提出，必将对各区域土地资源利用格局产生深远影响.浙江省作为率先发展的沿海发达省份，在全国经济中扮演着重要角色，而浙江省海岸带兼具区位与交通优势，是全省重要沿海经济区，并在新形势下致力于转型为江海联运服务中心，势必成为在新丝绸之路经济带中的重要节点.浙江省海岸带岸线曲折，研究区内主要生态系统类型包括河口芦苇湿地、农田、水产养殖池塘、盐田、海岸带山地森林、海岸沙地和城镇等多种类型.随着城镇化进程加快，浙江省海岸带土地利用格局变动剧烈，其内部功能结构也随之变化，不仅破坏区域生态平衡，还威胁区域生态安全和社会经济的可持续发展.
1.2数据来源与处理
从浙江省城市发展角度来看，1990年是浙江省快速城镇化进程的开端，也是沿海地区改革开放推进的加快时期，而2000年则是城镇化进程不同阶段的重要转折年.同时，为减少数据来源差异性所带来的误差以及加强对ESV变化感知的显著性，本研究以10a为时间间隔，选取了1990、2000、2010年3个时期浙江省海岸带TM遥感影像作为数据源(影像资料在研究区域均无云雾遮挡)，根据土地利用类型分类基础，利用eCognition8.7基于样本的分类方法进行初步分类，再通过分类后比较法及人机交互解译等方法得到研究区3个时期土地利用类型分类矢量图.将土地利用类型与生态系统类型联系起来，以此构建浙江省海岸带ESV估算模型，计算出研究区ESV总量及各单项生态系统服务功能价值，结合地统计学以及ArcGIS的GeostatisticalAnalyst模块，分析研究区ESV的时空变化.
1.3土地利用类型划分
以《土地利用现状分类》国家标准[16]为基础，根据浙江省海岸带自然生态背景与土地利用现状及本研究需要，将研究区内土地利用类型分为林地、耕地、建设用地、水域、养殖用地、滩涂、未利用地等7大类.土地利用类型和生态系统类型虽非一一对应，但根据已有研究及浙江省海岸带实际，可利用与每种地类最接近的生态系统当量进行估算:将耕地与农田生态系统对应;林地与森林生态系统对应;水域、海域及养殖用地与水域生态系统对应;滩涂与湿地生态系统对应;未利用地与荒漠生态系统对应;建设用地为人工生态系统，其ESV当量为零[8].
1.4土地利用强度计算
1.4.1土地利用强度分级快速城镇化背景下，土地利用强度不仅显示出土地利用中土地本身的自然属性，同时也反映了人类因素和自然环境因素的综合效应[17].根据庄大方等(1997)提出的土地利用程度综合分析方法[18]，根据研究实际需要，将研究区内各土地利用类型强度划分为5级，级别越大，人类开发利用强度越大，具体分级情况如表1所示.
1.5ESV估算
1.5.1ESV估算模型依据谢高地等(2008)对Costanza的ESV当量修订后建立的中国ESV评估模型[7]，构建浙江省海岸带ESV估算模型.由于谢高地改进后的评估模型适用于全国尺度，直接应用于本研究区的ESV评估误差较大.因此，对中国生态系统单位面积ESV系数进行修订，建立研究区ESV当量表.
ESV当量系数是生态系统潜在服务价值的相对贡献率，该系数则等于每年每公顷粮食价值的1/7[19]，以此对价值系数进行修正.根据浙江省年鉴资料，研究区1990～2010年的平均粮食产量为5352.55kg/hm2，全省2010年粮食均价为1.967CNY/kg，计算得研究区单位面积耕地的食物生产服务价值因子为1496.47CNY/hm2，得到土地利用类型的ESV系数如表2.
2结果与讨论
2.1土地利用变化分析
2.1.1土地利用时空格局变化基于3个时期TM遥感影像解译数据，得到1990～2010年研究区土地利用类型的分布图(图2)及其面积变化表(表3).
研究区各地类中，林地和耕地分布最广，耕地主要集中分布在浙北平原区和浙东南沿海平原区，林地主要分布于浙东南沿海丘陵区.2010年，研究区林地和耕地面积分别为3421.47、3130.43km2，各占总面积的34.48%和31.55%.未利用地面积为322.55km2，零星分布于全省，仅占总面积的3.25%，说明研究区土地利用程度高、后备资源略显不足.受地貌限制，城镇建设用地布局较为分散，仅在浙北平原区和浙东南沿海平原区集中分布.研究期内，浙江省海岸带土地利用格局变化显著(表3)，建设用地、未利用地和养殖用地面积不断增加，其余地类面积均有所减小.其中，建设用地变幅最大，研究期间变化率为478.50%，表明城镇化水平的提高;其次为未利用地，其变化率为406.91%，但其占比最小.滩涂面积在前10a呈增加趋势，但后10a大幅减小;耕地、林地及水域面积不断下降.
2.1.2土地利用类型空间转变为探讨各土地利用类型间的内部转变，利用ArcGIS的空间分析功能对各时期的土地利用类型图进行叠加分析，获得了研究区3个时段的土地利用类型转变图(图3)，同时建立了1990～2010年间的土地利用类型转移表(表4).
从各地类的转移模式来看，研究期间，建设用地不断扩张，主要由耕地转入，转化量达861.42km2，原因在于研究期间浙江省沿海区域城镇经济快速发展过程中建设用地大量占用耕地.其次是林地和滩涂，有158.46km2林地和55.58km2滩涂转为建设用地.虽有其他地类转为耕地，但由于耕地的转出量远超转入量，其面积仍不断减少.同期约198.77km2的耕地转为林地，但转为耕地的林地则多达376.20km2，造成林地面积萎缩.滩涂的变化主要表现为向养殖用地和耕地转出，分别有204.79、80.67km2转出，滩涂的转移面积占1990年滩涂总面积的69.86%.近几十年浙江省海洋渔业迅猛发展，渔民多选择整合沿海耕地及新增滩涂，用于发展养殖用地以提高经济效益，所以有176.24km2耕地转为养殖用地.
2.1.3土地利用强度时空变化运用ArcGIS10.2构建5km×5km的渔网，将研究区分成了636个研究小区.参考土地利用强度计算方法，计算单个研究小区土地利用强度指数，分析了1990、2000、2010年研究区土地利用强度空间分布(图4).对比3个时期图像发现，近20a研究区土地利用强度指数普遍偏高，且随着城镇化进程中人类对海岸带开发利用热度和强度不断上升，各研究小区土地利用强度仍不断转高，高土地利用开发强度的研究小区个数明显增加，在地形较为平坦、易于开发利用的杭州湾南岸、台州湾沿岸等海岸平原区域尤为明显.
2.2ESV变化分析
2.2.1生态系统服务总价值变化根据研究区ESV评估模型，计算出1990～2010年各时期研究区ESV总量和各土地利用类型的ESV(表5).由表可知，3个时期ESV值分别为352.78×108、341.15×108、299.64×108CNY.各地类中，林地对ESV总量贡献最大，其贡献率在44%～48%之间;而未利用地对ESV总量贡献率最小，仅为0.01%左右.1990～2010年间，研究区ESV总量从352.78×108CNY降至299.64×108CNY，降幅为15.06%.生态系统服务价值系数最高的滩涂和水体的ESV也有所减少.
2.2.2单项生态系统服务功能价值变化根据价值评估模型，计算出3个时期研究区各单项生态系统服务功能价值变化(表6).1990～2010年各单项生态系统服务功能价值均处于下降趋势，其中食物生产、水文调节、废物处理和提供美学景观服务价值变化较大，变幅均高于15.00%.原材料生产服务价值变化最为缓慢，变化率仅为-10.96%.从生态系统服务功能价值构成上分析，水文调节、废物处理、气候调节和维持生物多样性是研究区最主要的生态系统服务功能，研究期内上述功能占比均高于10%.研究区位于东南沿海，水网密布且水量充沛，故水文调节功能价值最高，各时期所占比例均超过20%.
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研究期间，浙江省海岸带各研究小区不断由高价值区域转为低价值区域.其中，ESV高、极高区域多为沿岸的水域或海域，主要为水体生态系统，多分布于杭州湾沿岸区域.随着杭州湾滩涂向海发育，此区域一些沿海小区的ESV从高值区域转为极高值区域，但2010年后，杭州湾沿岸围填海工程不断加快，ESV又重新转低.ESV为中的区域分布极广，与海岸带林地的范围大致吻合，但其面积大幅减少，逐步转为低或极低价值区域.ESV为低的区域多为耕地，而ESV极低区域与建设用地分布相吻合，且随城镇化进程加快而急剧扩大，尤以杭州湾、三门湾以及台州湾沿岸城市建成区内最为显著.
2.3敏感性分析
将各用地类型的ESV系数提高50%，分析了ESV变化及其对价值系数的敏感程度(表7).
从表7可以看出，由于林地价值系数较大、覆盖面积最广，故其敏感性指数在各年中均为最高值，可知林地对当地ESV影响程度最高.水体敏感性指数也较大，耕地和滩涂敏感性指数较小.未利用地因覆盖面积相对较小，其价值系数仅为2080.12CNY/(hm2·a)，故敏感性指数几乎为零，不影响总体的评价.各地类价值系数的敏感性指数各异，但均小于1.00，价值总量对价值系数的弹性不大，可知研究采用的价值系数较为合适.
2.4讨论
2.4.1土地利用变化对ESV的影响将2010年研究区土地利用强度空间分布与1990～2010年研究区ESV变化率进行对比可见(图6)，两者的空间分布具有一致性，即土地利用强度指数较高区域的ESV减损率也较高，说明快速城镇化背景下的土地利用变化对ESV影响显著.
土地利用变化与生态系统服务之间联系紧密，导致土地利用变化对ESV影响显著.首先，土地是陆地上各种生态系统的载体，土地利用变化引起区域地类、面积和空间位置变化，而不同地类所提供的主要生态系统服务功能也有所差异，导致各生态系统类型、面积、价值以及空间格局分异;其次，土地利用格局变动造成相应生态过程的变化，并通过因子间相互作用间接导致生态系统服务功能及价值变化;另外，土地利用的强度不同对生态系统服务功能的影响也不同.
2.4.2浙江省海岸带ESV变化原因作为著名的“鱼米之乡”，浙江省拥有优越的农业生产要素，且自然条件稳定，对土地利用影响甚微.浙江省海岸带地区经济发展迅速，快速城市化、工业化及人口增长，对生态系统影响的最直接体现便是土地利用变化.结合研究区ESV整体下降的背景来看，快速城市化导致研究区城市急速扩张，建设用地急剧增加、林地和耕地面积锐减.产业结构调整，特别是水产养殖面积逐年增加，造成水域和滩涂面积萎缩.研究区土地利用变化直接影响了各生态类型的ESV.1990～2000年期间，研究区ESV下降的主要原因是林地及水体面积的下降，期间滩涂面积的增加减缓了ESV的降幅;而2000～2010年期间，水体、滩涂、耕地和林地的减少引起ESV大幅缩减.
从生态系统服务功能变化过程上看，随着研究区土地利用强度的提高，各单项服务功能价值均有所下降.在快速城镇化过程中，城市建成区的扩张以及围海造地活动，造成耕地、近海海域和滩涂面积不断减少.研究区土地利用变化对不同生态系统服务因其产生机理的不同会产生不同的影响效应，如生态系统的调节服务和支持服务功能与其土地利用类型的面积密切相关，在面积减少的同时其所负载的供给、调节等生态服务也将随之消失[3].
因此，科学把握城镇化进程中土地利用类型转变过程和影响因素，不仅能为土地利用优化布局提供科学依据，且能有效地控制ESV减损和生态环境恢复和重建，同时将促进海岸带生态环境科学管理和社会经济可持续发展.
3结论
借鉴中国陆地ESV评估当量因子，利用RS和GIS技术，对1990～2010年间快速城镇化背景下浙江省海岸带土地利用及ESV进行了分析和测算.获得了如下结论:
(1)1990～2010年间，研究区土地利用类型在人类大规模开发活动下变化显著，主要表现为建设用地大量增加，林地与耕地面积减少.其中，耕地主要集中分布在浙北平原区和浙东南沿海平原区，林地主要分布于浙东南沿海丘陵区.
(2)浙江省海岸带ESV总量从352.78×108CNY降至299.64×108CNY，降幅达15.06%.从生态系统服务功能看，研究区在水文调节、废物处理、气候调节和维持生物多样性上作用突出，但几十年来，各单项生态系统服务功能的价值均处于下降趋势，生态环境呈现明显退化趋势.
(3)海岸带各研究小区ESV不断由高价值区域转为低价值区域，在杭州湾、三门湾以及台州湾沿岸的城市建成区内转变尤为显著，城镇建设用地的无序增加引起的土地利用结构转变是海岸带ESV不断减损的主要原因.
(4)浙江省海岸带土地利用强度呈上升趋势，且其空间分布与ESV变化率空间分布具有一致性.研究区城镇化是以占用耕地、林地等生态用地类型为代价的，这直接导致了生态系统服务功能萎缩，ESV迅速下降.
因此，政府及相关部门应制定详细规划来引导合理城镇化，保护海岸带生态环境，提高ESV.快速城镇化引起的土地利用变化不仅直接引起ESV变化，且通过引起土地利用转变的各种因子间的相互作用而间接影响ESV变化，故继续深入探索土地利用类型和ESV的关系及作用机制是进一步的研究方向.——论文作者：叶梦姚1，史小丽2，李加林1，3，刘永超1，姜忆湄1，史作琦1
