澳门土地利用变化对陆域生态系统服务价值的影响*

许 超 孟 楠 阳 烨 逯 非 刘晓明

1 北京林业大学园林学院 北京 100083

2 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室 北京 100085

3 中国城市建设研究院有限公司 北京 100120

城市的发展离不开土地，土地是陆地生态系统的主要部分，其利用方式和结构的变化都会对它提供的生态系统服务产生重要影响[1-2]。生态系统服务作为生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件及效用，具有重要的经济价值[3]。1997 年 Costanza 等[4]初步提出了生态系统服务价值 (ecosystem service value，ESV)评估的理论和方法，为使用土地利用/覆盖类型量化ESV、研究二者关系提供了基础，谢高地等[5-6]也构建了符合我国国情的ESV 指标体系。国内外众多学者逐渐以此开展探索土地利用变化对ESV 影响的研究[7-11]。

澳门回归祖国20 年来，社会经济得到快速发展，但随着建设用地的急剧扩张，澳门的城市生态系统不断遭受负面影响[12]； 城市绿地比例缩减，生态环境品质下降[13]； 持续进行的填海造地工程导致天然湿地等原有生态资源减少，生态空间受到侵占[14]。在土地存量和增量发展并存的背景下，重新审视澳门的生态系统价值变化就显得尤为重要，但是相关的研究极少，只有李金平等[15]评估了1983—2003 年的ESV 变化。

因此，本研究基于2001 和2017 年两期土地利用数据，从城市和分区两种尺度评估和分析城市发展、土地扩张对生态系统服务价值的影响，解读其发展规律，并提出有针对性的城市可持续发展思路。

1 研究区概况及研究方法

澳门特别行政区 (113°31′33″—113°35′43″E，22°06′39″—22°13′06″N)位于我国南部沿海珠三角地区，北接广东省珠海市，西邻横琴岛，是世界上人口密度最高的地区之一。澳门土地资源稀缺，随着城市发展不断地进行填海造地，已经由最初的三岛变成半岛和离岛两岛格局，城市生态系统的特征和格局也发生了较大变化。本研究区域是基于澳门2017 统计年鉴里的统计分区，将两岛分为24 个分区进行比较分析 (研究区域不包括新城A 区和澳门大学珠海校区； 因路环区南北生态系统特征差异较大，故将其拆分为路氹填海区和圣方济各堂区两区进行比较)(图1)。

1.1 数据来源

由于2001 年的遥感影像数据获取有限且受云层影响严重，研究使用的2001 年土地利用分类图是基于2001 年IKONOS 数据并结合部分2003 年QuickBird 数据 (主要为半岛北部区域)解译得出。2017 年土地利用分类图是基于该年GF2 遥感影像数据解译得出。结合澳门现状情况和研究目的，并参考 《GB/T21010—2017》 土地用地分类方法，将土地利用体系分类合并为草地、建设用地、林地、湿地、水体 (陆域)及未利用地 6 类土地利用类型 (林地包括自然林地和人工林地，草地含草坪)。

图1 2001 年和2017 年土地利用分类图

1.2 生态系统服务价值核算

本研究在Costanza 等[4]提出的ESV 评估方法基础上，结合谢高地等[5-6]提出的我国不同陆地生态系统价值系数，使用符合澳门实际情况的指标进行ESV 核算。因此，澳门城市生态系统服务总价值和每项服务功能的价值通过以下公式进行计算:

式 (1)中:ESV为研究区生态系统服务功能的总价值 (元)；VCk为单位面积k 类土地利用类型生态系统服务功能的价值 (元/hm2·a)。式(2)中:ESVf为f项生态系统服务功能的总价值(元)；VCfk为k类土地利用类型f项生态系统服务功能的价值系数 (元/hm2·a)。

1.3 敏感性分析

研究引入生态环境敏感度 (CS)指标[16]反映ESV 对VC 的依赖性，通过公式 (3)的计算方法，在每种土地利用类型的VC 上下调整50%后计算 ESV 相应变化。当 CS＞1，ESV 对 VC 具备弹性，VC 的变动会导致ESV 的较大变动； CS≤1，说明ESV 对 VC 缺乏弹性，VC 的变动引起 ESV的变动较小，研究结果可信。

式 (3)中:ESV为生态系统服务价值(元)；VC为价值系数 (元/hm2·a)；i和j分别为初始值和调整值 (系数分别调整到上限的50%和下限的50%)；k为土地利用类型。

2 结果与分析

2.1 土地利用变化

由表1 可以看出，研究区域内土地的总面积增加了490.45 hm2，这主要是由2001—2017 年两期间不断进行的填海造地所致。建设用地、林地一直是区域内主要的土地利用类型[12]，并且是面积变化最大的两类，分别增加了434.73 hm2和162.90 hm2，增长了 44.10%和 18.12%。未利用地和水体未发生明显变化，但从图1 可知，未利用地在空间分布上有了较大改变。草地和湿地的面积明显减少，分别减少了20.87%和51.82%。建设用地和林地的增加主要是因为城市发展的需要，草地、湿地的减少则说明在发展过程中影响到了原有的生态空间。

表1 2001—2017 年不同土地利用类型变化

2.2 生态系统服务价值变化

从表2 可以看出，研究区域内的 ESV 从2001—2017 年并没有发生明显变化，只增加了1.44%，但是由于区域内的土地面积有较大增加，因此得出2017 年的单位面积ESV 比2001 年还减少了 1 460 元 /hm2。

2.2.1 各项服务功能价值变化

从各项服务功能价值的统计来看，各项占比相对均衡且排名也未出现较大波动。水源供给、土壤形成与保护和废物处理是主要价值贡献项，合计贡献了一半的价值，其中水源供给贡献最大。7 项功能中有3 项出现了小幅度减少，其中废物处理功能减少较多，这与湿地、水体的减少有直接关系。4 项增加的功能中气体调节增幅最大，这与林地的增加有较大关系。

表2 2001—2017 年不同生态系统服务类型价值及变化

2.2.2 土地利用价值变化

由表3 可以看出，林地和未利用地的ESV 是增加的，其余类型都有一定程度的减少。林地是研究区域内服务功能的主要提供类型，随着林地面积的增加，其 ESV 占比由 59.66%增加到了69.49%。未利用地的规模没有较大的变化，因此其ESV 波动较小。在ESV 出现减少的土地类型中，湿地减少的最多，主要是因为有很多湿地被占用并开发成了建设用地，而湿地又是提供服务功能的重要载体，导致湿地的 ESV 减少了51.82%。草地的 ESV 减少了 21.04%，水体的减少不明显。

表3 2001—2017 年各土地利用类型生态系统服务价值及变化

2.3 敏感性分析

由表4 可以看出，各类土地利用类型的CS 值都小于 1，说明 ESV 对 VC 缺乏弹性，VC 的变化对ESV 的评估影响较小，研究结果是可靠的。草地、未利用地的CS 值都在0.1 以下，说明调整这两种类型的VC 对总ESV 影响很小。林地的CS 值最大，在 0.5 以上，说明其 VC 对整体 ESV 的评估起关键作用。

表4 2001—2017 年生态系统服务价值敏感度

2.4 各分区变化分析

从图2 可以看出，24 个分区中有14 个分区的面积因填海造地都有一定的增加，其余10 个分区面积不变，各分区在ESV、土地利用类型的变化上各有特征。

在14 个面积增加的分区中路氹填海区、海洋及小潭山区、北安及大潭山区、外港及南湾湖新填海区、新口岸区和青洲区6 个分区增幅较大，但并不是所有区的面积增加都带来了ESV 的增加，其中路氹填海区和青洲区反而有所下降，从土地利用变化上看是因为增加的用地主要为建设用地，同时又有一些林地、湿地、草地的减少。剩下8 个面积增幅不大的分区中，氹仔旧城及马场区和大学及北安湾区的ESV 有所减少，主要由湿地和草地的减少导致； 其余的6 个分区ESV 是增加的，其中下环区、台山区和黑沙环及祐汉区的增幅较大，主要是因为建设用地、未利用地的减少和林地、草地的增加； 沙梨头及大三巴区和黑沙环新填海区的增幅不大，因为林地、草地都同时有增减。

图2 2001—2017 年各分区面积、ESV 变化率和不同土地利用类型变化量占比

在10 个面积不变的分区中除了氹仔中心区和中区，其他8 个区的ESV 都是增加的，主要是因为有建设用地、未利用地转化为了林地。氹仔中心区和中区则是因为建设用地的拓展侵占林地、草地进而导致ESV 的降低。

总体来看，海洋及小潭山区等15 个分区在单位面积ESV 和总量上都有一定的增加，但土地无扩张或不显著，主要是由林地、草地、湿地比例增加引起。北安及大潭山区和外港及南湾湖新填海区2 个分区的单位面积ESV 虽然减少，但因土地扩张、生态系统类型转变使 ESV 总量有所增加。路氹填海区等7 个分区的ESV 在总量和单位面积上都有减少，主要是由于建设用地比例的显著增加所致。

3 结论与讨论

本研究利用澳门2001 年和2017 年的遥感数据评估量化两期的ESV，并结合土地利用的变化从城市尺度和分区尺度分析各自ESV 的变化。研究表明，2017 年较2001 年研究区域内的土地因填海造地增加了490.45 hm2，建设用地和林地是两期的优势土地类型，也是增幅最明显的两种类型，草地和湿地则出现明显的减少。区域内土地面积的增长达19.02%，ESV 却只增长了1.44%；林地是研究区域内服务功能的主要提供类型，但林地增加的ESV 被其他类型减少的量所抵消，进而导致整体的ESV 并没有大幅度的增加； 单位面积ESV 出现降低导致城市土地的扩张并没有带来ESV 的同步提高。从分区的角度来看，涉及填海造地的分区ESV 都受到一定程度的负面影响，而老城区的ESV 大多出现增加，这与澳门一直在老城区进行的绿化更新密切相关。因此，未来澳门城市的发展在保持现有的城市更新之下，需要特别注重填海造地发展模式的改善，科学地做好土地利用规划和结构优化，有机融合生态空间，力求实现经济价值和生态价值双增长。

基于价值系数进行的ESV 评估是将复杂的生态系统过程进行简化后的一种土地利用和ESV 的简单对应，虽然可以在一定程度上体现ESV 的时空变化，但是过于依赖面积指标，容易忽视生态系统内在的影响因素，如植被生长带来的ESV 增加。在数据完备的情况下，通过不同服务功能量的评估核算ESV 会更有针对性和指导性。由于城市的发展与土地的使用息息相关，所以研究仅关注了陆地ESV 的评估和分析，对于沿海城市而言，海洋的ESV 也客观存在并具备一定的研究意义，后续研究可将其加入以增加研究的全面性。