【学术动态】结合地理信息图谱和效益转移法，探讨土地利用转型对沿海地区生态系统服务价值的影响：以中国宁德市为例 |2025年第1期

结合地理信息图谱和效益转移法，探讨土地利用转型对沿海地区生态系统服务价值的影响：以中国宁德市为例

来源：PENG Q, SHEN L, LIN W, et al. Land-use transitions impact the ecosystem services value in a coastal region by coupling the geo-informatic tupu and benefit-transfer method: the case of Ningde city[J/OL].China. Applied Sciences, 2024, 14(9): 3643. https://doi.org/10.3390/app14093643）

1.研究背景

中国快速的城市化和工业化进程显著加速了土地利用转型（LUTs），使其成为全球环境变化的关键驱动因素之一，对生态系统构成了重大威胁。生态系统服务（ESs） 是指由生态系统产生并维持的、对人类生存至关重要的生态和环境条件及效用。这些服务包括人类直接或间接从生态系统中获得的所有益处。土地利用转型（LUTs） 是人类社会经济活动与自然环境相互作用的结果，不同的土地利用类型具有提供不同类型、数量和质量生态系统服务的不同能力。LUTs是生态系统服务和气候变化的主要驱动因素，使生态系统变得脆弱。随着城市化、工业化和社会经济的发展，一些不可持续的土地利用模式对生态系统造成了严重破坏，显著降低了区域生态系统服务价值，削弱了生态系统提供基本服务的能力。此外，研究表明气候变化通过改变温度、降水等因素直接影响生物群落，进一步破坏了生态系统服务的能力。因此，量化评估土地利用转移对生态系统服务价值的影响对于协调区域可持续发展至关重要。

2.研究设计

2.1数据处理

本研究主要收集土地利用数据、气象数据和社会经济数据。

通过Google Earth Engine （GEE） 云平台，采用随机森林算法对2000年、2010年和2020年的Landsat遥感图像进行监督分类，获取三个不同时期的土地利用数据。在土地利用分类之前，采用辐射定标、几何和大气校正等方法消除传感器和大气因素的影响。通过人机交互式视觉解释上述遥感图像获取研究区的土地利用分类数据，并通过Google Earth的实时数据进行验证。结果表明，Kappa检验的系数值均大于0.8，三个阶段遥感图像的解释精度均超过90%。土地利用类型被分类为耕地（CL）、林地（FL）、果园（OL）、草地（GL）、水体（WB）、建设用地（BL） 和未利用地（UL）。

气象数据为由国家气象信息中心提供的温度和降水数据。

社会经济数据来自《宁德统计年鉴（2001-2021）》，福建省粮食和价格储备局提供了粮食价格数据。

2.2研究方法

本文主要采用地理信息图普模型和新修订的效益转移方法来研究2000年至2020年的土地利用特征及其生态效应。

（1） 地理信息图谱模型（Geo-Informatic Tupu）记录LUTs的时空复合信息，具有在多时空条件下定量表示“空间格局”和“时序特征”的复合特征，使LUTs分析更加直观、准确。选择空间分辨率为30 m×30 m作为图谱分析的基本空间地理单元，利用图斑代数方法对两个阶段的土地利用图斑单元进行图斑代数叠加运算，实现图斑融合。此外，本文计算土地利用动态度定量描述LUTs的速度，在比较区域LUTs的差异和趋势中起重要作用。

（2）图谱特征统计（Tupu Feature Statistics）采用“TU”和“PU”进行表征，“TU”特征主要描述土地利用图谱单元的时间变化过程的空间表现，而“PU”特征是LUTs的Tupu单元的定量特征。通过采用空间分离度和不同阶段图谱过程的视觉观察，本文以数量形式展示了LUTs的“TU”特征，相应的“PU”特征通过图谱单元表展示。

（3）净生态系统服务价值模型（NESV） 是生态系统服务带来的净收益，考虑了生态成本（DESV），为减去DESV 后的净价值，即NESV = ESV – DESV。首先，本文采用利益转移方法评估生态系统服务价值（ESV），使用货币价值（价值系数） 进行评估。基于Costanza等人的框架。本文依据谢高地等人研究进一步修改了价值系数，将ESs分为4类和11个子类。其次，本文主要基于人类活动的影响因素估计宁德市的生态成本（DESV），包括土地利用驱动的碳排放、水消费、农药污染、塑料薄膜污染和化肥损失。

3.研究结果

3.1 土地利用转移图谱

宁德市的主要土地利用类型为林地和耕地，2000年至2020年期间，这两种类型的土地面积持续减少，而建设用地面积不断增加。果园和水体面积呈持续增长趋势，其中水体面积增长了70.74%。建设用地面积从2000年的132.98 km²增加到2020年的449.47 km²，增长了3倍多。2000年至2010年，宁德市共识别出49种图谱单元，其中27 种发生了变化，总面积为318.73 km²。2010年至2020年，共有31种Tupu单元发生变化，总面积为298.35 km²。在这两个时期内，“林地→耕地”和“耕地→建设用地”是影响ESV变化的重要单元。

3.2 净生态系统服务价值时空变化

宁德市的ESV 从2000 年的1105.54 亿元下降到2020 年的1020.47 亿元，整体呈下降趋势。DESV 从2000 年的12.68 亿元上升到2020 年的20.39 亿元。NESV从2000年的1092.86亿元下降到2010年的917.93亿元， 下降了16.01%， 然后在2020 年回升至1000.08亿元，增长了8.95%。

4.结论与讨论

本文主要有以下结论：①宁德市土地利用结构呈现出显著的格局演变，各土地利用类型的主要趋势包括耕地和林地持续减少，果园用地、水体和建设用地不断扩大。相反，未利用土地面积在研究期间的变化微乎其微。②土地利用转型是宁德市生态系统服务分布格局和供给变化的主要驱动因素。林地的下降、耕地大量减少是ESV下降的重要因素。③从宁德市的生态系统服务类型来看，调节服务是其生态系统服务中最重要的功能， 其价值在过去20 年中达到了2092.64亿元，占总ESV的68.43%。其次是支持服务，占21.39%，而文化服务的价值最低，仅占总价值的4.31%。

本文提出以下规划建议：①政府应严格执行“占补平衡”政策，控制耕地向ESV下降的土地类型（如建设用地和未利用地） 的转移，同时引导农民树立“自然环境和生态功能是有价值的”观念，减少农业生产对生态环境的负面影响，最终提高耕地的整体ESV。②宁德市政府应根据区域资源生态敏感性和土地生态适宜性分析结果，进行科学的空间规划和产业发展功能区域化，采用资源节约型和环境友好型技术。

本文的研究不足为ESV评估的准确性欠佳，尽管本研究努力改进了“利益转移方法”，但不同评估方法在估计ESV时仍存在差异。未来的研究需要关注提高生态系统服务价值系数的准确性，通过实地测试和广泛的多样本研究访问，提高每种土地利用类型的价值系数的准确性，从而提高评估结果的精度。

（供稿：朱雨菲，同济大学建筑与城市规划学院硕士研究生）

原文始发于微信公众号（城市规划学刊upforum）：【学术动态】结合地理信息图谱和效益转移法，探讨土地利用转型对沿海地区生态系统服务价值的影响：以中国宁德市为例 |2025年第1期