平潭岛“三生空间”格局演变与生态系统服务研究

欧 惠，陈 娟，戴文远

(1.福建师范大学 湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室，地理科学学院，福建 福州 350007；2.福建师范大学 旅游学院，福建 福州 350117)

0 引言

生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务，形成和维持了人类生存和发展的环境条件与效用，是人类赖以生存的基础，包括供给、调节、支持和文化4种服务[1]。土地作为人类主要经济社会活动的空间载体，其利用方式的改变及相应覆盖格局的变化一方面可以影响生物多样性和生态系统生产力，另一方面也必然导致城乡空间及其生态系统结构的变化，进而影响土地资源的承载功能和生态系统的服务功能[2]。因此，研究土地利用变化引起的生态系统服务变化对调整土地利用方式、提高土地资源利用效率、实现土地资源优化配置、促进区域可持续发展具有重要意义。

改革开发以来中国实现了经济的巨大飞跃，但同时也面临着日益严重的生态破坏、环境污染等问题。党的十八大报告将优化国土空间开发格局作为生态文明建设的重要抓手，提出了“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的总要求，学界关于“三生空间”的研究由此进入高潮[3-6]。“三生空间”是对生态空间、生产空间、生活空间的总称，其中，生产空间是进行物质资料生产而获取产品与服务的空间，生活空间是为人类生存和发展提供空间承载、保障人居功能的空间，而生态空间则是以调节、维持和保障生态安全功能的空间，是前两类空间实现自身功能的前提[7]。随着城市化进程不断推进，中国许多城市土地利用冲突加剧，生态环境问题突出[8]。因此，土地利用变化引起的生态环境效应成为研究热点之一[9，10]。相关研究主要分为生态环境要素效应以及综合生态环境效应两个方面。前者主要包括土地利用变化对大气、水文、土壤以及生物多样性等单一自然要素的影响[11-13]；后者则包括景观格局效应[14]、生态环境质量[9]、生态系统服务[15]以及生态风险[16]等。近年来，随着研究逐渐深入，基于“三生空间”开展土地利用变化对生态环境影响的研究已成为新的方向，但相关研究多以区域或城市研究[10，17-20]，对于生态环境脆弱的海岛研究鲜少见于报道。

平潭岛是福建省第一大岛，具有近台区位优势、开放开发条件较好、对台历史渊源悠久等独特优势。2009年福建省成立平潭综合实验区，自此平潭岛拉开了发展的新篇章。平潭岛自身生态环境较为脆弱，而新的开发发展不可避免地对生态系统造成影响。本研究基于平潭岛土地利用情况，从“三生空间”的角度分析土地利用变化对生态系统服务的影响，以期为平潭岛“三生空间”协调发展和生态环境保护提供科学依据。

1 研究区概况

平潭岛位于中国东南沿海福建省境内，为平潭县主岛，地理位置介于25°15′N～25°45′N，119°32′E～120°10′E ，距福州128 km，东面与台湾新竹港仅距68 km，是中国大陆距台湾本岛最近处，也是南海疆对台经贸和人文交往的重要窗口。平潭岛南北长29 km，东西宽19 km，2015年土地总面积324.66 km2，是中国第五大岛，福建省第一大岛(图1)。平潭岛地势低平，地形以丘陵、平原为主，海蚀地貌十分典型；属南亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨热同季。2009年，福建省委、省政府在国务院下发《关于支持福建省加快建设海峡西岸经济区的若干意见》后，福建省政府决定成立平潭综合实验区，2011年平潭开放开发上升为国家战略。平潭岛作为平潭综合实验区的主体部分，迎来了经济的快速发展。2000～2015年平潭地区GDP增长了158.64亿元，实现了经济的快速飞跃。但高速的开发建设往往伴随生态环境的破坏，平潭岛经济增长的同时也对当地生态系统服务价值造成了严重的影响。

图1 平潭岛区位图与DEM

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文数据来源于2000 年 Landsat7_ETM+(30×30m)、2009 年 SPOT_5(10×10m)和2015 年 SPOT_7(6m×6m)3期遥感影像。经几何校正处理后，首先采用eCognition软件对2009年SPOT5影像进行解译。在此基础上，为统一数据精度，将解译后的2009年数据分别基于2000年Landsat_ETM+和2015年SPOT_7 影像进行修改，并与土地利用变更数据比对，得到2000年、2009年和2015年3期平潭岛土地利用数据。利用ArcGIS10.2随机选取500个点，得到3期影像解译精度 90.30%、92.20%、91.40%，符合研究需要。参照全国土地利用分类体系(GB/T 21010—2017)并结合研究需要，将平潭岛土地利用类型划分为耕地、园地、林地、草地、水域、建设用地以及未利用地共7个一级类。平潭粮食产量数据来源于《福建省统计年鉴》(2016)(1)福建省统计局，2016.，粮食价格数据来源于《全国农产品成本收益资料汇编2016》(2)国家发展和改革委员会价格司，2016.。

2.2 研究方法

2.2.1 “三生空间”分类体系构建

土地是一个多功能综合体，其利用表现出生产、生活和生态的多功能性，但不同的土地利用方式、强度和相关的使用者，可使土地表现出不同功能的主次和高低，即土地具有主体功能[7]。本文在对平潭岛土地利用进行分类的基础上，根据土地利用的主体功能和次要功能，借鉴张红旗等[7]、廖李红等[8]的研究成果，并结合研究需要，将平潭岛土地利用类型划分为生态空间、生态生产空间、生产生态空间、生产生活空间4个一级类，各类空间具体对应地类见表1。

表1 平潭岛“三生空间”分类体系

2.2.2“三生空间”转移矩阵

本文基于土地利用转移矩阵构建“三生空间”转移矩阵，从而可以得到影响生态系统服务变化的具体空间类型。

(1)

2.2.3 生态系统服务价值

本文借鉴谢高地等[21]制定的中国陆地生态系统服务价值当量因子法对平潭岛生态系统服务价值进行评估。其中，耕地、林地、草地分别对应谢高地单位面积生态系统服务价值当量表中的农田、森林和草地，园地取森林和农田的平均值；河湖水面对应水体，滩涂对应湿地；考虑到水库坑塘水面和沟渠具有一定的生产功能，不能完全与河湖水面一致，其单位生态系统服务当量做出相应的缩减；未利用地对应荒漠。最后将上述土地利用类型根据修正系数进行修正(福建省修正系数为1.56)，得到平潭岛各土地利用类型生态系统服务价值当量表(表2)。此外，由于谢高地的研究中缺乏建设用地的单位生态系统服务价值当量，本研究参考胡喜生[22]的研究，对建设用地单位生态系统服务价值当量进行确定。

谢高地认为1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年中国平均粮食单产市场价值的1/7，基于此，得到平潭岛2015年单位生态系统服务价值为1 527.43元/hm2。最后计算平潭岛生态系统服务价值，计算公式为：

(2)

式中：VCk为第k类土地的生态系统服务价值系数，即单位面积上土地利用类型k的生态系统服务价值(元/hm2)；Ak为第k类土地利用类型的面积；ESV为第K类土地的生态系统服务价值(元/hm2)。

表2 平潭岛生态系统服务价值当量系数表

3 结果分析

3.1 “三生空间”格局演变

根据“三生空间”分类体系，得到平潭岛2000、2009、2015年“三生空间”结构演变与空间分布(表3、图2)。从时间跨度来看，2000-2015年，平潭岛生态空间、生态生产空间、生产生态空间面积均呈下降趋势，比例也同时缩减。其中生态生产空间总体占比下降最快，由33.02%缩减到28.98%；生产生态空间虽然在2009年达到10 281.37 hm2，但之后又大幅减少了2 029 hm2。而生活生产空间面积则不断上升，从4 295.6 hm2增长到7 116.37 hm2，占比也从13.25%迅速增长到21.92%。4种空间类型由2000年生态生产空间占比最大，转为2015年4种空间类型占比差距不断缩小，是平潭岛城市化进程不断推进，生活生产空间快速扩张，不断侵占其他3类空间的结果。

从空间分布来看，平潭岛生态空间主要呈条带状分布于环岛，且集中分布在岛西部，反映了其海岛的生态环境属性；生态生产空间和生产生态空间相间分布于平潭岛内陆地区，生产生活空间则主要集中在平潭岛中部和西南部(潭城镇、北厝镇、澳前镇)，且呈不断扩张趋势，侵占了大量生态生产空间和生产生态空间。

表3 平潭岛2000～2015年“三生空间”结构变化

图2 平潭岛2000～2015年三生空间格局对比

Fig.2 Spatial distribution of ecological-production-living spaces of Pingtan Island from 2000 to 2015

3.2 “三生空间”转移矩阵

为了进一步分析“三生空间”格局演变的具体情况，分别构建平潭岛2000～2009年、2009～2015年“三生空间”转移矩阵(表4、表5)。结果表明，2000～2009年，平潭岛各空间类型面积转移较大，且各空间类型两两互相转化的情况较多，如生态空间与生态生产空间、生态生产空间与生产生态空间之间的转化。9a间转出面积最多的为生态生产空间，对其它空间类型均有一定转出，面积达2 787.6 2hm2；转入较多的则为生态空间和生产生态空间。动态变化最大的为生活生产空间，转入与转出面积相差805.18 hm2，扣除生活生产空间转化为其他类型的面积后，分别从生态空间、生态生产空间、生产生态空间净转入191.16 hm2、416.63 hm2和197.39 hm2。2009～2015年，各空间类型转移面积幅度降低，主要表现为生态空间、生态生产空间和生产生态空间对生活生产空间的转移。但该时间段生活生产空间转入面积增加，仅6a间共转入2 014.12 hm2，而转出仅7.67 hm2。这是由于2009年平潭综合实验区的成立导致了平潭岛生活生产空间快速扩张，侵占了大量其它3类空间。

表4 平潭岛2000～2009年“三生空间”转移矩阵

表5 平潭岛2009～2015年“三生空间”转移矩阵

3.3 生态系统服务价值

据式(1)和表2计算得到平潭岛2000年、2009年、2015年各空间类型的生态系统服务价值以及生态系统服务总价值(表5)，其3个年份生态系统服务总价值分别为15.27亿元、14.12亿元和12.75亿元，呈持续下降趋势，2015年较2000年减少了16.5%。从4种空间类型来看，生态系统服务价值也均有所降低。其中，生态空间生态系统服务价值减少最多，15a共减少了0.99亿元；生活生产空间生态系统服务价值下降幅度最大，降幅达65.67%。具体到地类，平潭岛生态系统服务价值减少的主要表象是滩涂与林地，耕地和水库坑塘水面的减少，特别是滩涂和林地，分别减少0.99亿元和0.78亿元，其原因主要是建设用地的扩张对生态空间和生态生产空间的侵占。此外，尽管生态空间的生态系统服务价值减少最多，但其对平潭岛生态系统服务价值贡献仍是最大的。3年生态系统服务价值均占比55%以上，2015年达到61.24%。其次为生态生产空间，占比均在40%以上。此外建设用地不断扩张本身也对生态系统服务价值造成重要影响，导致其减少0.77亿元。

表6 平潭岛2000～2015年“三生空间”生态系统服务价值变化

利用ArcGIS10.3软件，将平潭岛2000年、2009年和2015年生态系统服务价值基于500 m×500 m的网格进行空间表现，并根据自然间断点方法将生态系统服务价值划分为极低、低、中、高、极高5个等级(图3)，以表示2000～2015年生态系统服务价值的时空变化。结果表明，2000～2015年，平潭岛生态系统服务价值极低区域不断扩张。2000年主要分布于潭城镇、北厝镇以及澳前镇部分区域，到2015年，极低区域在潭城镇与澳前镇集中连片，并延伸到中部的岚城乡，而北厝镇、敖东镇生态系统服务价值极低区域不断扩大，成为第二极低区域。此外苏澳镇、平原镇、中楼乡、流水镇生态系统服务价值极低区面积也均增大，并与建设用地扩张方向一致。生态系统服务价值低值区主要分布在极低区域外围，15a年来大部分被极低区域所侵占。生态系统服务价值中级区与高级区的分布与研究区林地位置较一致，主要分布在平潭岛东北部、西北部以及南部，15a来生态系统服务价值等级不断下降，由2000年的高生态系统服务价值转为2009年的中生态系统服务价值，2015年甚至有部分被低生态系统服务价值区所取代。生态系统服务价值极高区则主要为平潭岛西部以及环岛滩涂部分，面积保持较稳定。

图3 平潭岛2000～2015年生态系统服务价值时空变化

3.4 “三生空间”格局演变对生态系统服务价值的影响

相关研究表明，区域生态系统服务价值在保持稳定的表象下，其服务价值仍存在提高和下降的变化趋势[19]。对平潭岛2000～2015年生态系统服务价值的变化分析表明，15年间平潭岛“三生空间”格局演变导致了生态系统服务价值的变化，其中生态系统服务价值降低主要表现为生活生产空间对生态生产空间、生产生态空间的侵占。具体来看，生活生产空间对生态生产空间的侵占影响最大，贡献率达32.31%。其次是生活生产空间对生产生态空间的侵占，贡献率为18.56%。此外，生态空间对生活生产空间的转化也是生态系统服务价值缩减的重要原因，表现为滩涂对建设用地的转化。尽管滩涂是平潭岛生态系统服务价值的主要来源，但由于生活生产空间扩张以边缘式扩张为主，对林地和耕地的占用面积远大于滩涂，因此生态生产空间和生产生态空间面积的减少对生态系统服务价值变化影响较大，建设用地对林地、耕地以及滩涂的侵占导致生态系统服务价值缩减的贡献率分别为26.63%、18.56%和11.01%。此外，平潭岛生态系统服务价值也存在提高的一面，主要来源于生产生态空间和生态空间对生态生产空间的转化，贡献率分别为23.67%和20.2%。具体表现为耕地、草地和未利用地转化为林地，由于林地单位生态系统服务价值系数较高，转换后生态系统服务价值高于原有地类价值。综上所述，15a间平潭岛生态系统服务价值降低源于生活生产空间面积的大幅度增长，而提高则源于林地的适当增加，但林地增长面积远低于建设用地的增长面积。

表7 2000～2015年平潭岛生态系统服务价值降低的土地利用转变方式及其贡献率

表8 2000～2015年平潭岛生态系统服务价值提高的土地利用转变方式及其贡献率

Tab.8 Modes and contribution rates of land use transitions increasing ecosystem service value in Pingtan Island from 2000 to 2015

土地利用转变方式ESV差值/106元贡献率/%耕地转为林地15.1315.33生产生态空间→生态生产空间耕地转为水库坑塘水面5.155.22耕地转为沟渠3.083.12小计23.5423.67生活生产空间→生产生态空间城乡建设用地转为耕地19.9320.2小计19.9520.2草地转为林地8.658.76生态空间→生态生产空间草地转为水库坑塘水面3.883.93未利用地转为林地6.576.66小计19.8419.35生活生产空间→生态生产空间建设用地转为林地9.529.64小计12.539.64生态空间→生态空间未利用地转为滩涂9.299.41小计10.79.41生活生产空间→生态空间建设用地转为滩涂3.193.23小计6.033.23总计92.5985.5

4 结论与讨论

4.1 结论

本文基于平潭岛土地利用分类现状构建“三生空间”格局，借鉴生态系统服务价值当量因子法计算了平潭岛2000年、2009年和2015年生态系统服务价值，并分析“三生空间”格局演变对平潭岛生态系统服务价值的影响，结果表明：

(1)2000～2015年平潭岛生态生产空间、生产生态空间和生态空间面积不断减少，生活生产空间则面积迅速增加，主要原因是平潭岛在2009年成立综合实验区后实施了大开发战略，生活生产空间迅速扩张，侵占了岛内大量生态生产空间、生产生态空间和生态空间。

(2)2000～2015年平潭岛生态系统服务总价值持续下降，共减少了2.52亿元。其中生活生产空间减少幅度最大，降幅达65.67%，但生态生产空间生态系统服务价值总量减少最多，达0.99亿元。岛内生态系统服务价值等级不断降低，极低区域面积不断扩大，与生活生产空间扩展方向一致。

(3)“三生空间”格局演变会对生态系统服务造成明显影响。平潭岛生态系统服务价值降低的原因是生活生产空间对生态生产空间、生产生态空间和生态空间的侵占，贡献率分别为33.49%、18、7%和14.45%。生态系统服务价值提高则主要源于其他空间类型向生态生产空间，主要是林地的转化。但林地增加面积远低于建设用地的扩张，因此总生态系统服务价值不断下降。

4.2 讨论

2000～2015年平潭岛城镇面积不断增长，尤其是2009年成立平潭综合实验区之后，平潭岛积极探索两岸合作新模式的示范区和海峡西岸经济区科学发展的先行区，其建设与发展进入了飞速发展阶段。但作为海岛，平潭岛生态环境较为脆弱，发展的同时应重点关注生态保护。未来平潭岛发展应在基于“三生空间”的基础上划定重点生态用地和一般生态用地，对重点生态用地实施严格保护；合理规划城区范围，划定城镇增长边界，防止城镇一味“摊大饼”式扩张；提高土地利用效率，盘活存量建设用地，促进低效用地再开发；加强生活生产空间的生活宜居性和生产高效性，积极打造“新兴产业区”、“高端服务区”和“宜居生活区”，推动平潭岛现代化生态型海岛城市建设。