閩江福州段生態系統服務價值時空變化研究

陳秋琰

（福州大學環境與安全工程學院 福建福州 350108）

0 引言

生態系統服務（Ecosystem Service，ES），是直接或間接地促進人類幸福的生態特征、功能或過程，即人們從運行的生態系統中獲得的利益［1］。近幾年，人們對經濟發展過度追求，生態系統的功能逐步退化［2］。生態系統服務的研究，可以為生態建設和土地利用規劃提供理論依據［3］，對閩江福州段的生態發展有深刻的意義。

1 研究區域及研究方法

1.1 研究區概述

福州市是福建省省會，是1 座濱江濱海生態園林城市。本文研究區為閩江福州段，其地理位置位于東經119°2′16.687″—119°5′36.386″，北緯25°56′13.828″—26°9′57.583″之間。

1.2 數據源及預處理

本文以2000 年Landsat 5 TM 和2020 年Landsat 8 OLI 為數據源，再結合閩江福州段的基本地理數據資料為背景，對閩江福州段進行生態系統服務價值評價。在研究過程中運用到了ArcGIS、ENVI 等軟件，對研究區域進行相關的操作與分析。

為了減少地形、光照以及大氣對影像的影響，需要對影像進行幾何校正、裁剪、配準、輻射校正等預處理操作，本文采用IACM 模型進行大氣校正。

1.3 生態系統服務價值計算

本文根據2007 年9 月3 日發布的《土地利用現狀分類》，結合研究區實際情況進行分類，并利用Google Earth 高分辨率影像進行目視解譯，最終將閩江福州段的土地生態系統類型分為6 大類，分別為建設用地、林地、水域、濕地、農田和未利用地。

利用ENVI5.3 軟件，以Costanza 全球生態系統服務價值評估方法為基礎，計算出不同用地類型的面積［4］。根據分類統計的結果，計算出閩江福州段2000 年和2020 年土地生態系統服務總價值。

2 實驗結果與分析

2.1 土地利用分類

根據已經確定的6 類景觀類型，利用ENVI Classic 中的ROI Tool 工具對不同的地類選擇不同的訓練區，設置不同的顏色代表不同地物。結合不同的波段組合體現不同的波段信息以及目視解譯，分別對2 期影像選取訓練區，對每種地類選取了50 個～60 個訓練區，且均勻分布，以便保證后期分類的準確性。

監督分類中有多種具體分類方法，本研究采用最大似然分類法（Maximum Likelihood）進行監督分類。在采用監督分類的過程中，影像分類將生成小斑塊，小斑塊難免對后期的專題制圖或者實際運用，產生不利影響，因此有必要采取措施進行小斑塊的去除。本文采用Majority/Minority 分析方法，最后分類結果對比如圖1 所示。

圖1 分類后的2000 年及2020 年閩江福州段地圖

2.2 生態系統服務價值計算

根據Costanza 的研究成果，國內學者結合實際情況，將生態系統服務價值分為9 類［5-7］，見表1 第2 列。這9 類服務價值基本可以適用于我國的地質情況和用地類型。但是在實際研究中，通常要根據研究區的實際情況進行適當的調整，用地類型也需要根據當地情況進行必要的整合和去除。

參考表1 并結合閩江福州段土地利用特征，將提供服務功能的土地利用類型歸納為林地、農田、水域、濕地、建設用地和未利用地6 類，建設用地單位面積的生態價值視為0［8］。

表1 中國陸地生態系統單位面積生態服務價值當量

生態系統服務價值計算公式如式（1）和式（2）。

式中：ESV 表示研究區生態系統服務總價值，元；Ak為研究區內土地利用類型k 的分布面積，hm2；VCk為土地利用類型k 單位面積生態系統服務價值系數，元/（hm2·a）；k 為土地利用類型；f為生態系統單項服務功能類型。在計算時，各生態系統單位面積生態服務價值當量歸類如下所述：森林對應林地，河流/湖泊對應水域，荒漠對應未利用地。2000 年和2020 年閩江福州段生態系統服務價值分別見表3 和表4，2000 年和2020 年間生態系統服務價值變化趨勢見圖2。

表2 閩江福州段土地利用結構特征表

從表3、表4 和圖2 可以清晰地看出，總體來說，在2000—2020 年間，土地利用類型均未改變而生態系統服務價值總體呈現下降的趨勢。其中，農田和水域顯著減少，林地、濕地和未利用地變化幅度較小。

圖2 2000 和2020 年間生態系統服務價值變化趨勢

表3 2000 年閩江福州段生態系統服務價值 （單位：萬元）

表4 2020 年閩江福州段生態系統服務價值 （單位：萬元）

土地利用結構變化表顯示，在這20 年間，林地的面積下降了724.70 hm2，農田的面積下降了21 223.27 hm2，濕地的面積下降了581.52 hm2，水域的面積下降了2 180.86 hm2，未利用地的面積下降了1 153.90 hm2，而建設用地的面積上升了25 864.24 hm2。

生態系統服務價值表顯示，在這20 年間，林地的生態系統服務價值下降了20 378.56 萬元，農田生態系統服務價值下降了167 663.75 萬元，濕地的生態系統服務價值下降了31 849.85 萬元，水域的生態系統服務價值下降了98 902.00 萬元，未利用地的生態系統服務價值下降了1 603.92 萬元，而總的生態系統服務價值下降了32 0398.08 萬元。

3 結論

本文對福建省閩江福州段2000 年和2020 年生態系統服務價值進行計算。使用ENVI Classic、ArcGIS 軟件對2 期影像進行監督分類、精度評價，根據公式計算出土地利用動態度，最后對實驗結果進行討論。結果表明，2000—2020 年間建設用地的面積不斷上升，生態系統服務價值總體呈現下降的趨勢。上述研究表明，閩江福州段地區在發展經濟應注重對生態系統的保護。本文研究結論可為將來閩江福州段生態環境研究提供參考。