快速城市化进程对农业生态系统服务功能的影响及其空间分异的模拟研究- - 以广佛都市圈为例

Evaluation of ecosystem services, an improtant method to quantify and value the strong or weak ability of the ecosystem services value, is one of the hottest issues in the field of ecology and ecological economics since the publication of Costanza's famous article in Nature in 1997 and the issue of the Millennium Ecosystem Assessment(MA) in 2005. Althouth as one of the important systems in the world, the agro-ecosystem was shift to urban ecosystem during the urbanization and its services capacity for humanity was seriously effected. And now，the studies on the agro-ecosystem services value are major in the main grain producing areas or the natural and ecological fragile zones but there are little studies on the effects of rapid urbanization on the agro-ecosystem services and its spatial variation. So, based on the remote sensing images in 1990,1995,2000,2005 and 2010, using the 3S technologies and the system dynamics simulation method, this project selects Guangzhou-Foshan metropolitan area with fast urbanization as the study case to discuss the evaluation methods of the positive and negative benefits of the 4 typical ecosystems of farmland, Garden plot, forestland and waterbodyn, to explore the coupling relationship and the mechanism between urbanization process and agro-ecosystem services, and also to simulate the suitable land of agro-ecosystem and the law of optimal spatial configuration during the rapid urbanization process. The results are of importantly realistic significance to correctly understand the value of agro-ecosystem and to protect the agricultural ecological environment and have certain theoretical meaning in urban planning of rapid urbanization area and conserving the agro-ecosystem services.

生态系统服务价值是对其服务功能强弱进行量化和评价的重要方法。农业生态系统是世界上最重要的生态系统之一，但城市化却使区域农业生态系统不断向城市生态系统转变，严重影响了农业生态系统提供服务的能力。目前，对农业生态系统服务的研究多集中在农业主产区或自然生态脆弱区，快速城市化进程对农业生态系统服务的影响及空间分异却鲜有报道。本项目以城市化快速发展的广佛都市圈为研究对象，以1990、1995、2000、2005和2010年5个典型时期的遥感影像为基础，以3S技术和系统动力学模拟为支撑，探讨耕地、园地、林地及水域4大农业生态系统服务价值评估方法；揭示城市化与农业生态系统服务间的耦合关系及作用机制；模拟城市化进程中农业生态系统的适宜用地及其空间优化配置。研究结果对正确认识城市农业生态系统的价值空间、保护区域农业生态环境具有重要现实意义，对快速城市化区域的城市发展规划、农业生态系统服务保育等具有指导作用。

基于广佛都市圈1990、1995、2000、2005和2010年5期土地利用矢量数据，从中提取出耕地、林地、园地和水域4类农业用地。在对农业生态系统服务价值系数进行区域修正以及功能性和经济性调整的基础上，完成了相关研究工作：广佛都市圈农业生态系统服务价值时空变化规律；生态系统服务的供给与需求变化趋势；城市化发展水平与农业生态系统服务间的耦合关系；研究区到2030年的农业生态系统服务价值变化趋势预测；农业生态系统服务的时空梯度变化；农村和城市居民对农业生态系统服务的认知。结果表明：. （1）1990—2010年间，随着经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高，居民对农业生态系统服务的支付意愿和支付能力逐年增强，广佛都市圈农业生态系统服务价值总体上呈波动上升趋势，1990到2010年的20年间提高了284.93×108 元。在空间分布上，广佛都市圈农业生态系统服务价值总体表现为从东北和西南部向中部减少的趋势。（2）以1990年的供给价值为基准，城市化使总的供给服务价值下降了4.4%。但因人口和GDP的快速增长，在同时考虑供给和需求服务价值时，总服务价值则增加了+1322.9%。表明随着城市化的快速发展，生态系统的需求服务价值大大高于系统的供给价值。（3）随着城市社会经济的发展，各子系统的城市化水平对综合城市化水平的贡献率也在发生变化。城市化与农业生态系统服务功能耦合度介于0.35-0.65之间，属于中等强度协调耦合状态。（4）系统动力学模型STELLA的模拟预测结果显示，到2030年，广佛都市圈的土地利用结构表现为建设用地、园地和水域的面积将持续增加，耕地和林地持续减少，未利用土地得到进一步开发的趋势, 但其变动幅度将逐渐趋向平稳。并由此导致农业生态系统服务在未来20年间总计减少45.88×108元。为此，因此，从区域生态系统功能保护的角度考虑，林地、水域和园地均应作为快速城市化地区重点保护的农业土地利用类型。（5）80%以上的被调查者认同农业用地保护的必要性，且54%以上的被调查者认为保护的主要原因是能保证农民权益。城市居民认为农业生态系统具有较高的服务价值，且有74%的城市居民愿意以捐资或参加义务劳动的方式参与农业用地保护，而农村居民则相对较少，占62%。.