2010年-2020年西安市景觀格局變化及其生態(tài)效應研究

劉哲　馬新萍

摘要：選取2010年、2020年西安市地表覆蓋數(shù)據(jù)，利用3S技術和景觀生態(tài)學理論，分析城市景觀格局變化及其生態(tài)效應。結論：2010年-2020年，西安市以秦嶺林地、關中農(nóng)田地景觀為主的大背景格局未發(fā)生變化，城市空間連接度提高，多樣性提高，區(qū)域空間格局得到優(yōu)化。城市新區(qū)使水源涵養(yǎng)、娛樂文化功能服務價值提升，食物生產(chǎn)功能服務價值損失較明顯，其他生態(tài)功能服務價值損失不足1%。在生態(tài)紅線管控下，城市建設有效保障區(qū)域生態(tài)功能服務價值整體處于動態(tài)平衡。“北跨”時代，城市建設過程中可增加生態(tài)景觀比重和空間分布，進一步提高西安市生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值。

關鍵詞：10年；西安市；景觀格局；生態(tài)服務價值

中圖分類號：X37 文獻標志碼：A

前言

在西部大開發(fā)、“一帶一路”建設、黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展等時代大背景下，2010年-2020年作為陜西省省會，中國西部區(qū)域重要的中心城市，國家歷史文化名城，區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，西安市全面開展國際化大都市建設，特別是生態(tài)城市建設方面，通過國土空間規(guī)劃與城市新區(qū)建設，“三河一山”等生態(tài)建設，改變地表覆蓋，改善城市生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

目前，對于西安市城市地表覆蓋研究集中為城市建設擴張空間優(yōu)化或熱島方面，關于生態(tài)效應方面研究也比較早。隨著西安市開啟“北跨”時代，對前期發(fā)展變化及其生態(tài)效應及時總結十分必要。文章擬從景觀生態(tài)學角度出發(fā)，利用35技術，研究西安市2010年-2020年的地表覆蓋及其生態(tài)效應時空變化，以期為西安市“北跨”期城市規(guī)劃與建設提供參考。

1 研究區(qū)概況

西安市位于黃河流域中部關中平原，北緯33042-34°45＇、東經(jīng)107°40'-109°49'，轄11區(qū)2縣，總面積10096.81km2（該面積不含西咸新區(qū)）。境內(nèi)有黑河、澇河、灞河、滈河、灃河、渭河、浐河、灞河、石川河、澇河、零河等眾多河流，其中絕大多數(shù)屬黃河流域的渭河水系。境內(nèi)秦嶺山地與渭河平原界線分明，構成西安市的地貌主體，西安城區(qū)地處渭河平原的二級階地上。西安市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，冷暖干濕四季分明，年降水量506.1-690.3mm，主要集中在7月-9月。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

選取自然資源部發(fā)布的2010年、2020年地表覆蓋數(shù)據(jù)（30m），結合西安市行政區(qū)域劃矢量文件，利用Arcgis平臺進行裁切、疊加、融合、面積統(tǒng)計等操作，獲取2010年、2020年西安市各區(qū)縣地表覆蓋數(shù)據(jù)。結合西安市國土空間規(guī)劃與地表覆蓋現(xiàn)狀特征，將區(qū)域景觀分為7類（見表1）。

2.2 研究方法

2.2.1 景觀格局分析

景觀指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局信息，應用較廣，此次選取景觀破碎度，多樣性指數(shù)、景觀優(yōu)勢3指標分析區(qū)域景觀要素特征變化情況。具體公示及生態(tài)學涵義見表2。

2.2.2 生態(tài)效應分析

選擇生態(tài)服務價值法對生態(tài)區(qū)格局變化引起的生態(tài)影響進行分析。生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算是對生態(tài)系統(tǒng)提供居住場所、生物資源、系統(tǒng)資源以及過程的功能進行核算。研究采用Costanza、謝高地等提出估算方法，計算研究區(qū)不同景觀類型生態(tài)服務價值系數(shù)（Eij）和生態(tài)系統(tǒng)服務功能的經(jīng)濟價值（ESV）。

Eij=eij·Ea 式（1）

式（1）中，ei為j類景觀i種服務功能相對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務單價的當量因子，采用謝高地等提出的中國生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務價值當量因子表。E。為區(qū)域農(nóng)田景觀生態(tài)系統(tǒng)提供食物生態(tài)服務功能的經(jīng)濟價值（以西安市2010年-2020年，1hm2農(nóng)田的平均產(chǎn)量的市場價值的1/7計，即1707.43元／（hm2·a））。

式（2）中，Aj為j類生態(tài)系統(tǒng)的面積；Eij為j生態(tài)系統(tǒng)i種服務功能的價值系數(shù)。

為反映實際支付的意義，引入社會階段發(fā)展系數(shù)對結果進行修正，使其更加符合實際，修正后的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值ESV'評估模型為式（3）：

式（3）中，e為自然對數(shù)的底，Ea為區(qū)域恩格爾系數(shù)。

3 結果與分析

3.1 景觀格局變化

利用Arcgis、Excel等軟件，對西安市2010年、2020年景觀分類圖進行分類統(tǒng)計，得到2010年-2021年這一建設階段的景觀結構變化數(shù)據(jù)。

如表3所示：

（1）2010年-2020年，西安市7類景觀出現(xiàn)“3減4增”的變化特征，其中：“3減”包括林地景觀、農(nóng)田景觀、裸地，以農(nóng)田景觀變化為主。“4增”包括建設用地景觀、草地景觀、水體景觀、濕地景觀，以城市建設、草地景觀、濕地景觀變化為主。

（2）從空間分布看，2010年-2020年，西安市景觀格局變化主要集中于灞橋區(qū)、鄠邑區(qū)、長安區(qū)、雁塔區(qū)、高陵區(qū)、未央?yún)^(qū)等距離主城區(qū)近的區(qū)縣，這些區(qū)域近年城市新區(qū)開發(fā)活動強烈，新建居住小區(qū)、濱河公園、人工濕地等，農(nóng)田景觀城鎮(zhèn)化轉換特征明顯，同時水體、濕地、草地等生態(tài)景觀增加。

如表4所示2010年-2020年西安市景觀格局變化如下：

（1）區(qū)域景觀斑塊數(shù)呈減少趨勢，由36758個減少到35982個；破碎度略降低，由3.64降低至3.56。說明城市建設使空間布局連接度提高，規(guī)劃建設對區(qū)域空間格局起到優(yōu)化作用。

（2）區(qū)域景觀多樣性指數(shù)略有上升，由1.08上升至1.11。說明城市建設用地、綠地、景觀水體等景觀比重上升，各景觀組分面積比例差異逐漸減小，區(qū)域景觀多樣性略有提高。

（3）區(qū)域景觀優(yōu)勢度指數(shù)略有下降，由0.87降低至0.84。但農(nóng)田景觀的絕對控制地位優(yōu)勢依然保持，主要與基本農(nóng)田保護政策和生態(tài)紅線管控措施有關。

整體而言，隨著西安市城市建設活動的開展，居民區(qū)、公園綠地、水生態(tài)建設等快速增長，區(qū)域景觀多樣性有所提高，但不改變以秦嶺林地、關中農(nóng)用地景觀為主的大背景格局，說明西安市區(qū)域開發(fā)在生態(tài)管控前提下進行，并不斷優(yōu)化空間格局，這一建設過程產(chǎn)生積極的生態(tài)效應。

3.2 生態(tài)效應變化分析

如表5、表6所示2010年-2020年西安市景觀總生態(tài)服務價值變化情況如下：

（1）西安市景觀總生態(tài)服務價值由2010年的112559.10萬元減少至2020年的111852.89萬元，減少了706.21萬元，下降了0.63%，降幅微小，生態(tài)系統(tǒng)服務價值整體處于動態(tài)穩(wěn)定，城市建設未帶來明顯的負面生態(tài)影響。

（2）西安市7類景觀類型生態(tài)服務價值出現(xiàn)“2減（林地景觀、農(nóng)田景觀）5增（草地景觀、水體景觀、濕地景觀、裸地和建設用地景觀”。其中：①以農(nóng)田景觀生態(tài)服務價值損失較大，由2010年的22262.74萬元降低至2020年的21209.09萬元，生態(tài)服務價值損失近16.74%，主要分布在高陵區(qū)、未央?yún)^(qū)、鄂邑區(qū)、灞橋區(qū)等城市新區(qū)建設區(qū)域，說明生態(tài)區(qū)建設占用農(nóng)用地，對農(nóng)田景觀產(chǎn)生較大的負效應。②綠地景觀、水體景觀、濕地景觀生態(tài)服務價值均呈增長趨勢，增幅均在10%以上，特別是水體景觀和濕地景觀，分別由2010的1761.57萬元、103.98萬元增長至2020年的2083.40萬元、128.02萬元，增幅20%左右，主要分布于秦嶺北麓、浐灞河、渭河、灃河、澇河沿岸等規(guī)模性生態(tài)保護區(qū)域，說明2010年-2020年的秦嶺生態(tài)保護、水生態(tài)保護修復等大型工程建設對提高區(qū)域生態(tài)效益作用明顯。

（3）西安市9類功能生態(tài)服務價值出現(xiàn)“2升6微降”的變化。其中：①水源涵養(yǎng)和文化娛樂功能生態(tài)服務價值出現(xiàn)增長趨勢，2020年較2010年分別增長了0.30%和0.41%。②其他的氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、廢物處理、氣候調(diào)節(jié)以及原材料功能價值損失不足1%，且主要由農(nóng)陽和林地占用引起。③食物生產(chǎn)功能服務價值損失明顯，降幅約3.96%，主要因城市開發(fā)建設占用農(nóng)田導致。整體而言，區(qū)域景觀格局演變在保障城市化建設的同時能夠穩(wěn)定區(qū)域所需生態(tài)服務功能，保障居民日常生產(chǎn)生活。

（4）目前，林地生態(tài)功能服務價值損失集中在秦嶺北麓坡腳線及浐灞河、渭河、灃河、澇河沿岸，該區(qū)域曾發(fā)生過占用活動，為生態(tài)修復區(qū)域。因尚處于生態(tài)恢復初期，地表覆蓋以草地、復耕地為主，隨著時間推移生態(tài)系統(tǒng)群落演替，地表覆蓋或被灌、林替代，生態(tài)功能服務價值將得到回升。

4 結論

2010年-2020年，西安市以秦嶺林地、關中農(nóng)田地景觀為主的大背景格局未發(fā)生變化，建設用地、綠地、濕地等景觀比重上升，城市空間布局連接度提高，多樣性提高，空間格局得到優(yōu)化。城市新區(qū)建設占用農(nóng)田，使得食物生產(chǎn)功能服務價值損失明顯；秦嶺生態(tài)保護、河道水生態(tài)修復及城市綠地建設使得水源涵養(yǎng)、娛樂文化功能服務價值提升。整體生態(tài)服務價值略微下降0.63%，在生態(tài)紅線管控下，城市化建設過程能夠有效保障區(qū)域所需生態(tài)服務功能，生態(tài)服務價值整體處于動態(tài)平衡。“北跨”時代，空間規(guī)劃中繼續(xù)提高生態(tài)景觀比重與分布，通過生態(tài)景觀提升改造，補償已損失部分，通過河湖生態(tài)緩沖帶建設、秦嶺北麓水源涵養(yǎng)、生態(tài)公園建設，進一步提高西安市生態(tài)系統(tǒng)服務功能。

基金項目：陜社科聯(lián)2022年度陜西生態(tài)空間治理重點課題（2022H21851）