重庆市仙女山度假小镇景观格局及生态系统服务价值时空演变

秦普艳, 胡志毅,*, 管陈雷, 张柳柳

重庆市仙女山度假小镇景观格局及生态系统服务价值时空演变

秦普艳1, 胡志毅1,*, 管陈雷2, 张柳柳1

1. 重庆师范大学地理与旅游学院, 重庆 401331 2. 重庆三峡学院工商管理学院, 重庆 404100

利用三期(2010年、2013年和2017年)遥感影像解译数据, 选取景观指数指标, 在修正单位面积生态系统服务价值当量表的基础上, 探讨重庆武隆仙女山度假小镇景观格局与生态系统服务价值的时空演变, 并进行相关性分析。结果表明: (1)2010—2017年仙女山度假小镇建设用地面积急剧增加的同时, 林地和其他用地的面积呈缩减趋势。(2)建设用地景观集中化特征明显。受其直接影响, 小镇景观格局整体的破碎化趋势凸显, 景观异质性增强, 景观优势度降低, 表明人为因素尤其是建设需求是景观格局演变的核心驱动力。(3)度假小镇生态系统服务价值总量逐年递减, 主要原因是生态系统服务价值最高的林地面积持续减少; 价值量排序为调节服务>支持服务>供给服务>文化服务; 在空间变化上, 生态系统服务价值呈现出“西北高, 东南低”的分布模式, 低值区范围持续扩大。(4)景观格局指数与生态系统服务价值量存在较强相关性。生态系统服务价值与平均斑块面积、蔓延度和聚合度呈正相关, 与香农多样性和香农均匀度呈负相关。

山地度假小镇; 景观格局; 生态系统服务价值; 时空演变; 相关性

0 前言

生态系统服务价值是当前生态学和地理学跨学科研究的热点与前沿之一[1–2]。生态系统服务功能指由生态系统与生态过程所形成的, 维持人类生存的自然环境条件及效用[3]。上世纪末, Constanza等[4]率先对全球生态系统服务功能进行了划分与价值估算。随后, 国内学者谢高地等[5]构建了中国陆地生态系统服务价值当量因子表, 并进行了多次改进[6–8], 被学者们广泛应用于生态系统服务价值的研究中[9–12]。

生态系统服务价值量变化的本质是景观格局变化的定量化表现[13]。近年来, 基于土地利用类型与空间分布数据, 将景观格局与生态系统服务价值相结合的研究日益增多, 研究区域主要以行政区划[14–15]和流域[16–17]为主。随着我国旅游业由观光型向休闲度假型的整体转型, 旅游度假区、度假小镇等新兴形式快速发展, 因其建设开发强度较大, 对原有土地利用景观格局和生态系统服务价值的演变具有明显影响, 逐渐受到学者们的重视[18–20]。

值得注意的是, 我国度假区和度假小镇的发展区域多元化特征鲜明, 海滨型、温泉型、山地型和湖泊型等类型多样。例如, 范强等[21]分析了海滨型度假小镇景观演变格局。然而, 在前期研究中, 山地型度假小镇尚未受到关注, 其在开发建设过程中的景观格局和生态系统服务价值演变特征尚未厘清。同时, 在国家大力推进生态文明建设和美丽乡村建设的宏观背景下, 摸清山地度假小镇开发建设对景观格局和生态系统服务价值的实际影响, 进而探寻小镇旅游发展与生态保护的协调模式和实现路径, 已成为亟待解决的实践难题。本文以重庆市武隆区仙女山度假小镇为例, 分析其旅游开发中景观格局和生态系统服务价值的时空变化特征, 以期为深化理论认识和解决实践难题提供参考。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

仙女山镇位于重庆市武隆区东北部(图1), 距城区20 km, 幅员面积278 km2, 地处武陵山北部余脉, 喀斯特地貌特征鲜明, 地势西北高, 东南低, 平均海拔1200 m左右。研究区属亚热带季风气候, 年平均气温17.4 ℃, 森林覆盖率达65%, 常住人口1.5万人, 避暑时节城镇聚集人口可达15万人以上, 是典型的山地型旅游度假小镇[22]。

1.2 数据来源及处理

研究数据来源于仙女山度假小镇2010年、2013年和2017年三个时期的Google earth高清影像(分辨率达1.04 m), 借助ArcGIS 10.2平台进行影像几何配准、校正和裁剪处理, 参照《土地利用现状分类》(GB/T21010—2017)标准, 将小镇土地分为耕地、林地、草地、园地、水域、其他用地和建设用地等7个地类, 以地类的形态、色调和具体影像地名名称等为识别标准建立各地类的解译标志进行人机交互解译, 通过实地调研和半结构式居民访谈, 核实土地利用情况, 得到各期土地利用矢量图(图2)。

1.3 研究方法

1.3.1 景观指数选取

参照前人研究[23–24], 从类型水平上选取斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、最大斑块指数(LPI)、景观形状指数(LSI)、相邻指数(PLADJ); 从景观水平上选取平均斑块面积(AREA_MN)、景观蔓延度(CONTAG)、景观聚合度(AI)、Shannon多样性指数(SHDI)、Shannon均匀度指数(SHEI)共10个景观指数表征景观破碎度、景观集聚性和景观多样性等特征。借助Fragstats4.2软件定量描述小镇景观格局变化。

1.3.2 生态系统服务价值估算

基于谢高地等[7]研究修正生态系统服务价值系数。其中, 根据蒋斋等[25]研究成果, 耕地对应农田系统下旱地和水田两个二级地类的均值, 林地对应森林系统下四个二级分类(针叶、针阔混交、阔叶、灌木)的均值, 草地对应草地系统下三个二级分类(草原、灌草丛、草甸)的均值, 水域对应二级分类下的水系, 其他用地对应二级分类下的裸地, 园地取耕地和林地的平均值[26]。考虑建设用地几乎没有生态效益, 设定其生态系统服务价值为0[27]。

图1 研究区位置

Figure 1 Location of the study area

图2 2010—2017年仙女山度假小镇土地利用类型分布

Figure 2 Distribution of land use type in Xiannvshan resort town in 2010-2017

谢高地等[6]将单位面积农田生态系统粮食生产的净利润当作1个标准当量因子的生态系统服务价值量。确定 2010年1个生态系统服务价值当量的经济价值为3406.50元·hm-2, 根据《重庆统计年鉴2010》, 武隆区2010 年地均粮食产量为 3570.50 kg·hm-2,而同期全国地均粮食产量为4973.58 kg·hm-2, 据此得到武隆区的修正系数为0.718, 算出研究区一个生态系统服务功能当量为2445.87 元·hm-2, 表1为研究区修正后的单位面积生态系统服务价值当量表。

生态系统服务价值计算公式如下:

式中:表示研究区的生态系统服务总价值(元);A表示研究区第种土地利用类型的面积(hm2);表示第种土地利用类型生态系统服务价值系数(元·hm-2);ESV表示生态系统第项服务功能价值(元);VC表示研究区第种土地利用类型第项生态系统服务价值系数(元·hm-2)。

表1 单位面积生态系统服务价值当量表

2 结果与分析

2.1 景观面积变化特征

研究期内, 仙女山度假小镇各景观类型面积发生明显变化(表2)。首先, 最显著的特征是建设用地面积急剧增加, 共增加455.98 hm2, 面积比重从16.33%上升到36.07%, 其快速增长, 标志着仙女山镇已逐步从传统山地居民小镇转型成为新型旅游度假小镇。新增建设用地中, 以度假小区及其配套的休闲健身、风景观赏、旅馆餐馆和购物商店等设施为主导, 在满足了旅游度假服务设施组合需求的同时, 实现了仙女山镇以避暑度假为主的旅游功能与土地利用的相对有效衔接。其次, 在此过程中, 林地和其他用地面积缩减, 成为建设用地扩展的主要来源。其中, 林地减少最多, 但面积占比保持最大, 仍是小镇的基质景观。同时, 其他用地面积减少一半多。再次, 耕地和草地面积发生波动性变化, 变化趋势相反, 耕地先减后增, 减少82.24hm2, 草地先增后减, 净增加67.17 hm2。园地和水域的面积小幅度递增。

2.2 景观格局演变特征

表3显示了小镇类型水平的景观指数变化情况。其中, 两点特征值得注意: 一是建设用地呈现明显的集中化特征。其面积大幅增加的同时, 最大斑块指数也最大, 破碎化程度降低, 其景观形状指数递减, 地块几何形状趋于简单规则化, 相邻指数递增。实地调研发现, 仙女山镇在开发之初便制定了较完善的城镇发展规划, 住宅小区从零散点状用地转变为集中连片用地, 道路网络和其他配套设施均围绕成片住宅小区进行配置, 建设用地集约化利用程度较高; 二是林地面积逐年减少的同时, 斑块数量和斑块密度大幅增加, 破碎化趋势最为严重。整体来看, 受集中开发建设的直接影响, 小镇景观格局整体破碎化趋势明显, 以林地为主的多数景观斑块数量增加, 最大斑块指数和相邻指数减小, 各景观类型内部空间连接性变弱, 同类斑块集中程度有所下降。

表2 2010—2017年仙女山度假小镇各类景观面积变化量及比重

表3 2010—2017年仙女山度假小镇类型水平的景观格局指数

表4显示了景观水平的格局变化情况。整体而言, 平均斑块面积和蔓延度总体呈减少的趋势, 表明研究区景观破碎化程度加剧。聚合度由97.41降到96.86, 表明景观组成由相对较少的大斑块向交错配置的细碎斑块转变。多样性指数由1.27增至1.32 , 表明研究区内景观格局复杂程度增加, 景观异质性增强。均匀度指数由0.65增至0.68, 表明各景观斑块类型分布趋于均匀。旅游度假小镇的开发建设使建设用地面积比重显著提高, 而优势景观林地面积减少, 主要景观的面积比例差别缩小, 因此, 优势斑块的作用减弱。总的来看, 各地类的景观指数在2010—2013年的变化趋势明显大于2013—2017年的变化趋势, 这与小镇先后经历“快速开发”与“补充开发”两个阶段的开发强度相吻合。

景观格局的生态学意义阐释比格局分析本身更重要[28]。上述特征表明, 人为因素尤其是建设需求在短期内已成为山地度假小镇景观格局破碎度增强和多样性提高的核心驱动力。一方面, 随着旅游度假人群规模扩大, 非建设用地的生态功能有所增加。例如, 林地和草地以其在水土保持、气候调节和空气净化等方面的重要作用为依托, 亦成为开展生态旅游活动的重要场所。另一方面, 各景观类型空间组合关系的旅游功能导向日益突出。例如, 为适应度假人群休闲需求, 利用镇区住宅小区不宜利用的山头、沟谷和坡地, 建设了天衢公园、鸾配公园等市政公园(图斑显示为林地或草地)。

2.3 生态系统服务价值的时空演变

2.3.1 生态系统服务价值的数量变化

2010—2017年仙女山度假小镇的生态系统服务价值总量由4723.13×104元减少到3846.69×104元, 共减少876.44×104元(表5)。其中, 林地生态系统服务价值最大, 对生态系统服务的价值贡献率始终保持在85%以上, 生态系统服务价值系数较高的林地面积锐减导致生态系统服务价值大幅下降。同时, 耕地和其他用地的生态系统服务价值呈下降趋势。2010—2013年间, 草地的生态系统服务价值增加约五倍, 而在2013—2017年减少23.57%, 研究期内呈倒V形变化。园地和水域的生态系统服务价值增加, 由于两者面积比重较小, 因而生态系统服务价值贡献率较小。整体而言, 大量生态用地尤其是林地转化为不具有生态系统服务价值的建设用地, 是仙女山镇生态系统服务总价值持续下降的主要原因。

如表6所示, 从一级分类来看, 四大生态系统服务功能的价值量呈减少趋势, 但下降率均不超过1%, 总体变化较稳定。调节服务价值量居于首位, 占到总价值量的65%以上, 远超其他三种生态系统服务功能。其次是支持服务, 供给服务和文化服务的价值量均较低。从二级分类来看, 除水资源供给和水文调节以外, 各单项生态系统服务功能的价值量均减少。其中, 气候调节价值量最高, 超过总价值量的四分之一, 同时, 水文调节占比超过20%, 两者对生态系统服务总价值量的高贡献率突现了林地对生态环境的改善作用。原因在于修订后的林地生态系统服务价值系数相对较大, 同时也反映了作为山地型度假小镇, 大面积林地资源的存在对环境的调节作用突出。

表5 2010—2017年仙女山度假小镇生态系统服务价值变化

表6 2010—2017年仙女山度假小镇各项生态系统服务功能价值及其变化

2.3.2 生态系统服务价值空间变化

仙女山度假小镇生态系统服务价值的空间变化与土地利用类型分布变化大致吻合(图3 )。生态系统服务价值呈现“西高东低”的分布格局, 林地分布集中的区域生态系统服务价值最高, 主要分布在小镇的西北部, 而建设用地覆盖的东南部区域生态系统服务价值最低。2010—2017年, 小镇的生态系统服务价值在空间上呈明显下降趋势, 生态系统服务价值高值区不断萎缩或转变为较低值区, 而生态系统服务价值低值区范围进一步扩张。建设用地不断对林地和其他用地进行分离和侵占, 使具有高生态效益的景观面积减少且分布趋于碎片化, 进而引起价值量空间上的变化。

2.4 景观格局演变对生态系统服务价值的影响

各景观指数与生态系统服务价值之间存在较高相关性, 其中与食物生产相关性最高, 相关性绝对值均达0.9以上(表7)。生态系统服务价值与平均斑块面积、蔓延度和景观聚合度指数呈高度正相关, 表明平均斑块面积的减小, 不同斑块类型的密集分布, 即景观破碎化增强与生态系统服务价值减少并存, 生态系统服务价值与Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数呈中度负相关, 表明度假小镇景观多样性增加和整体景观均匀化分布与生态系统服务价值量呈反向变化。林地的基质景观地位受到建设用地威胁, 生态型用地景观优势度丧失, 使各项生态系统服务价值遭到不同程度削减。

图3 2010—2017年仙女山度假小镇生态系统服务价值空间变化

Figure 3 Spatial changes of ecosystem service value in Xiannvshan resort town from 2010 to 2017

表7 景观指数与各项生态系统服务价值的相关性

注: *在 0.05 水平(双侧)上显著相关。相关系数: 0.8—1.0 极强相关, 0.6—0.8 强相关, 0.4—0.6 中等程度相关, 0.2—0.4 弱相关, 0.0—0.2 极弱相关或无相关。

3 讨论与结论

仙女山镇地处喀斯特山区, 地形破碎度高, 景观类型以林地为主。随着度假小镇的建设开发和旅游城镇化水平的不断提高, 各景观类型面积发生明显改变。以建设用地面积急剧增加和林地、其他用地转为建设用地为主要特征, 景观格局“去自然化”趋势明显。研究期内, 人为因素尤其是建设需求是仙女山度假小镇景观格局演变的核心驱动力。一方面, 旅游度假设施的大规模建设需求加之小镇的旅游开发在整体规划指导下开展, 使得建设用地呈现明显的集中化特征; 另一方面, 受其直接影响, 小镇景观格局整体破碎化趋势凸显, 景观异质性增强, 景观优势度降低。在时间序列变化方面, 仙女山度假小镇的生态系统服务价值总量递减, 主要原因是生态系统服务价值最高的林地面积持续减少导致小镇整体生态系统服务价值减少。就生态系统服务功能而言, 价值量排序为调节服务>支持服务>供给服务>文化服务, 调节服务是小镇最突出的生态系统服务功能, 其中, 气候调节和水文调节比重最大; 在空间序列变化方面, 研究区生态系统服务价值量呈现出“西北高, 东南低”的分布模式, 且低值区范围持续扩大。度假小镇的景观格局指数与生态系统服务价值量存在较强相关性。一方面, 表征景观破碎化的景观格局指数与生态系统服务价值呈正相关, 另一方面, 景观多样性和景观均匀度指数与生态系统服务价值呈反向变化趋势。

基于上述分析, 不难得出, 度假小镇平衡旅游发展与生态建设的重点在于合理控制建设用地规模, 但矛盾并非不可调和。就仙女山镇而言, 一方面, 应高度重视优势景观林地所具有的生态调节功能, 其不仅是小镇生态系统服务功能的重要组成部分, 更是小镇避暑度假旅游发展的核心依托。因此, 应严格管控林地的开发利用, 确保林地规模保持在合理水平; 另一方面, 应科学选择旅游发展方向和项目类型, 不宜持续开展大规模的景观转型利用, 而应在尽量不改变景观类型的前提下, 加强各景观类型的旅游综合利用。同时, 与森林公园、市民广场等度假旅游配套设施相结合, 适度开展非建设用地景观的相互转换, 优化景观类型结构以提升生态系统服务价值。

[1] 傅伯杰, 张立伟. 土地利用变化与生态系统服务: 概念、方法与进展[J]. 地理科学进展, 2014, 33(4): 441–446.

[2] TOLESSA T, SENBETA F, KIDANE M. The impact of land use/land cover change on ecosystem services in the central highlands of Ethiopia [J]. Ecosystem Services, 2017, 23: 47–54.

[3] DAILY G C. Nature's Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems[M].Washington DC:Island Press, 1997: 49–68.

[4] COSTANZA R, D'ARGE R, DE GROOT R, et al. The value of the world's ecosystem services and natural capital [J]. Nature, 1997, 387: 253–260.

[5] 谢高地, 鲁春霞, 冷允法, 等. 青藏高原生态资产的价值评估[J]. 自然资源学报, 2003, 18(2): 189–196.

[6] 谢高地, 甄霖, 鲁春霞, 等. 一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J]. 自然资源学报, 2008, 23(5): 911– 919.

[7] 谢高地, 张彩霞, 张雷明, 等. 基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J]. 自然资源学报, 2015, 30(8): 1243–1254.

[8] 谢高地, 张彩霞, 张昌顺, 等. 中国生态系统服务的价值[J].资源科学, 2015, 37(9): 1740–1746.

[9] 张艳军, 官冬杰, 翟俊, 等. 重庆市生态系统服务功能价值时空变化研究[J]. 环境科学学报, 2017, 37(3): 1169– 1177.

[10] 韩蕊, 孙思琦, 郭泺, 等. 川东地区生态系统服务价值时空演变及其驱动力分析[J]. 生态与农村环境学报, 2019, 35(9): 1136–1143.

[11] 朱治州, 钟业喜. 长江三角洲城市群土地利用及其生态系统服务价值时空演变研究[J]. 长江流域资源与环境, 2019, 28(7): 1520–1530.

[12] 徐煖银, 郭泺, 薛达元, 等. 赣南地区土地利用格局及生态系统服务价值的时空演变[J]. 生态学报, 2019, 39(6): 1969–1978.

[13]邹月, 周忠学. 西安市景观格局演变对生态系统服务价值的影响[J]. 应用生态学报, 2017, 28(8): 2629– 2639.

[14] 顾泽贤, 赵筱青, 高翔宇, 等. 澜沧县景观格局变化及其生态系统服务价值评价[J]. 生态科学, 2016, 35(5): 143–153.

[15] 孙思琦, 郭泺, 薛达元. 重庆市巫山县土地利用格局及其生态系统服务价值的时空变化[J]. 生态科学, 2019, 38(1): 176–185.

[16] 陈希, 王克林, 祁向坤, 等. 湘江流域景观格局变化及生态服务价值响应[J]. 经济地理, 2016, 36(5): 175– 181.

[17] 宋敏敏, 张青峰, 吴发启, 等. 黄土沟壑区小流域景观格局演变及生态服务价值响应[J]. 生态学报, 2018, 38(8): 2649–2659.

[18] 肖瑞, 汤洁. 长春莲花山旅游度假区景观格局特征分析[J]. 吉林化工学院学报, 2012, 29(5): 21–24.

[19] 黄金火, 傅文杰, 李申波. 湄洲岛旅游度假区景观格局及优化调控[J]. 北华大学学报(自然科学版), 2019, 20(3): 382–386.

[20] 周家艳, 田颖. 基于生态系统服务功能价值评估的旅游度假区规划环评—以苏州太湖国家旅游度假区规划环评为例[J]. 水土保持通报, 2017, 37(4): 310–314.

[21] 范强, 杨俊, 吴楠, 等. 海岸旅游小镇景观格局演变与动态模拟—以大连市金石滩国家旅游度假区为例[J]. 地理科学, 2013, 33(12): 1467–1475.

[22] 贺娜. 深耕细作仙女山绿色发展新实践[N]. 重庆日报, 2018–07–25(007).

[23] 胡金龙, 周志翔, 王金叶, 等. 1986—2006年桂林市区景观格局演变分析[J]. 水土保持研究, 2013, 20(2): 48–52.

[24] 阳文锐. 北京城市景观格局时空变化及驱动力[J]. 生态学报, 2015, 35(13): 4357–4366.

[25] 蒋斋, 孙小银, 刘飞, 等. 1975—2015年南四湖自然保护区生态系统服务价值时空变化分析[J]. 生态科学, 2019, 38(3): 201–210.

[26] 汤峰, 殷彦玲, 张蓬涛, 等. 基于土地利用变化的高阳县生态系统服务价值和碳排放风险研究[J]. 水土保持研究, 2019, 26(4): 265–271.

[27] 黄日鹏, 李加林, 段义斌, 等. 快速城镇化对杭州湾南岸慈溪市土地利用及生态系统服务价值的影响[J]. 中国水土保持科学, 2018, 16(5): 105–113.

[28] 陈利顶, 刘洋, 吕一河, 等. 景观生态学中的格局分析: 现状、困境与未来[J]. 生态学报, 2008, 28(11): 5521–5531.

An analysis on spatial-temporal evolution of landscape pattern and ecosystem service value in Xiannvshan resort town, Chongqing

QIN Puyan1, HU Zhiyi1,*, GUAN Chenlei2, ZHANG Liuliu1

1. School of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China 2. College of Business Administration, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404100, China

Based on the interpretation data of remote sensing images in three years (2010, 2013 and 2017), the selected landscape index and the revised equivalent table of ecosystem service value, the temporal and spatial evolution of landscape pattern and ecosystem service value of Xiannvshan resort town in Wulong, Chongqing was examined. The correlation between landscape index and ecosystem service value was tested. The results are as follows. (1) Between 2010 and 2017, when the area of construction land increased sharply, the area of woodland and other land use decreased. (2) The concentration trend of construction land was observable. Affected by this, the fragmentation and heterogeneity of landscape pattern in the town as a whole enhanced and meanwhile landscape dominance reduced, indicating that human activities especially urban facilities construction were the major driving force of landscape pattern evolution. (3) During the study period, the total ecosystem service value of the town decreased significantly, mainly due to the continuous decrease of woodland area which loaded the highest ecosystem service value. The value decreased in the sequence: regulation service > support service > supply service > cultural service. The ecosystem service value showed a spatial distribution mode of "high in northwest and low in southeast", in the meantime the area of low value continued to expand. (4) There was a strong correlation between the landscape pattern index and ecosystem service value. The value of ecosystem service was positively correlated with the mean patch area (AREA_MN), contagion index (CONTAG) and aggregation index (AI), and negatively correlated with Shannon diversity index (SHDI) and Shannon evenness index (SHEI).

mountainous resort town; landscape pattern; ecosystem service value; temporal and spatial evolution; relativity

秦普艳, 胡志毅, 管陈雷, 等. 重庆市仙女山度假小镇景观格局及生态系统服务价值时空演变[J]. 生态科学, 2021, 40(4): 121–129.

QIN Puyan, HU Zhiyi, GUAN Chenlei, et al. An analysis on spatial-temporal evolution of landscape pattern and ecosystem service value in Xiannvshan resort town, Chongqing[J]. Ecological Science, 2021, 40(4): 121–129.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.04.014

F301.2; X826

A

1008-8873(2021)04-121-09

2020-02-10;

2020-03-08

国家社会科学基金项目(16XJY017); 重庆师范大学研究生科研创新项目(YKC19001); 重庆师范大学研究生科研创新项目(YKC19009)

秦普艳(1996—)女, 重庆铜梁人, 硕士研究生, 主要从事区域旅游开发和景观生态学研究, E-mail: 1151595264@qq.com

胡志毅, 男, 博士, 教授, 主要从事旅游空间结构、乡村旅游及景观生态学研究, E-mail: huzhiyi@cqnu.edu.cn