基于图谱分析的海南岛海岸带土地利用与生态系统服务价值响应研究

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海岸带作为海陆之间的特殊过渡带,不仅具备极其丰富的自然资源,还非常适宜人类居住生活。由于长期受到海洋和陆地双重干扰,使得海岸带成为非常具有代表性的脆弱生态系统。而城镇化建设加速和人类活动范围的日益扩张,致使海岸带土地遭到进一步破坏,诱发了诸多生态问题,使得海岸带生态系统结构和功能面临更加严峻的挑战。由此引发的海岸带土地不合理利用,最终影响人类社会发展的方方面面。海南岛作为海南省主体,在国际旅游岛和自贸港建设的时代背景下,将面临着新的挑战与机遇。更加频繁的社会经济活动和更加快速的城市化建设脚步将对海南岛海岸带生态环境产生更大的压力。因此,针对海南岛海岸带土地利用和生态系统服务价值进行研究,为合理利用土地资源提供决策依据,为实现区域可持续发展提供理论支持。本研究以海南岛海岸带为研究对象,以1980、1990、2000、2010、2020年5期Landsat影像为主要数据源,借助RS和GIS技术,利用动态度分析、转移矩阵分析、图谱分析等方法揭示1980-2020年海南岛海岸带土地利用动态变化特征和时空演变规律,通过建立生态服务价值模型完成区域生态服务价值计算和评估,利用变化率分析、图谱分析、敏感性分析等方法探究1980-2020年海南岛海岸生态系统服务价值演变规律及响应机制,揭示区域生态系统服务价值与土地利用之间的相互影响,以期为海南岛沿海区域生态环境建设和可持续发展提供科学建议。主要研究成果如下:(1)通过1980-2020年研究区土地利用情况可知,研究区形成以耕地和林地为主体的土地利用格局。1980年耕地和林地面积共占比81.21%,其次为草地占比5.44%,再次为水域占比4.53%;1990年耕地和林地面积共占比81.66%,其次为草地占比4.98%,再次为水域占比4.63%;2000年耕地和林地面积共占比81.71%,其次为水域占比4.83%,再次为建设用地占比4.70%;2010年耕地和林地面积共占比80.10%,其次为水域占比6.50%,再次为建设用地占比6.35%;2020年耕地和林地面积共占比76.49%,其次为建设用地占比10.28%,再次为水域占比6.46%。(2)40年间建设用地、水域面积总体呈增长趋势,增加面积分别为605.48hm~2和174.40hm~2,建设用地面积呈持续增长态势且增加速度最快,在2010-2020年达到峰值,每年增加6.21%,主要分布于诸如海口、三亚等发达地级市区域;耕地、草地、未利用地、湿地和林地总体呈减少趋势,减少面积分别为309.23hm~2、148.08hm~2、102.44hm~2、100.85hm~2和95.15hm~2,其中缩减速度最快的是未利用地和湿地,在2000-2010年达到峰值,每年分别缩减3.32%和2.79%。(3)基于土地转移矩阵和涨落势图分析可知,建设用地转入量最大,共转入658.18hm~2,以耕地→建设用地、林地→建设用地为主;其次为水域,共转入289.67hm~2,以耕地→水域、湿地→水域为主。耕地转出量最大,共转出497.53hm~2,以耕地→林地为主;林地转出量第二,共转出383.47hm~2,以林地→建设用地为主。其土地转移呈现沿海分布趋势,具有显著空间差异性,在海口、三亚、文昌等地级市土地变化剧烈,其余县级市和自治县变化较为平缓。(4)根据修正后建立的研究区生态系统服务价值模型可知,生态系统服务价值由高到低排序分别为:湿地7.29万元/hm~2、水域5.35万元/hm~2、林地2.54万元/hm~2、草地0.84万元/hm~2、耕地0.80万元/hm~2、未利用地0.05万元/hm~2、建设用地为0。(5)40年间海南岛海岸带生态系统服务价值总量共降低了423.10万元,年变化率为0.06%。水域对区域生态系统服务价值的贡献量为923.43万元;其他用地类型的生态系统服务价值的贡献量为湿地-735.52万元、耕地-248.52万元、林地-241.81万元、草地-124.69万元、未利用地-5.00万元;建设用地不具有生态系统服务价值。40年间生态系统服务价值变化速度前三名:未利用地变化率为-1.45%/a、水域为+1.08%/a和湿地为-0.85%/a。由此可见,水域和湿地对区域生态系统服务价值变化影响最剧烈。(6)各服务项目提供的生态服务价值量占比从高到低依次为:水源涵养>废物处理>土壤形成与保护>气候调节>生物多样性>气体调节>原材料>娱乐文化>食物生产。呈减少趋势的服务项目为气体调节、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性、食物生产和原材料6项,其中降低幅度最大的是气候调节,其次为土壤形成与保护,分别降低了268.62万元和149.34万元。呈增加趋势的服务项目为水源涵养、废物处理、娱乐文化3项,其中增加幅度最大的是水源涵养,增加了160.45万元。(7)40年间的林地、湿地、水域的转出分别导致区域生态服务价值减少638.31万元、533.86万元、324.40万元;耕地、草地、未利用地、建设用地的转出分别导致服务价值增加371.34万元、307.76万元、229.58万元、183.72万元。40年间建设用地、耕地、草地、未利用地的转入分别导致服务价值减少1300.19万元、350.66万元、42.01万元、19.51万元;水域、林地、湿地的转入分别导致服务价值增加672.51万元、476.46万元、159.25万元。导致服务价值下降的图谱变化为:林地→建设用地>耕地→建设用地>水域→建设用地>湿地→水域>湿地→建设用地>湿地→耕地;导致服务价值增加的图谱变化为:耕地→水域>草地→林地>耕地→林地>林地→水域>未利用地→水域>未利用地→林地。
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