高雪莉,張 劍,楊德偉,劉 斌,3

(1.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 蘭州 730070;2.中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所 廈門(mén) 361021;3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

在快速城市化和工業(yè)化背景下,土地利用變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[1-3]。耕地作為一種主要的弱生態(tài)功能性用地,在與強(qiáng)生態(tài)功能性用地(如林地、草地)和非生態(tài)功能性用地(如建設(shè)用地)的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中,影響和制約著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及演變方向[4]。耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量及其合理的利用,將有利于提高區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展水平。作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料,耕地是保障糧食供給、促進(jìn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)安全、實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要物質(zhì)條件[5],受到了政府和學(xué)術(shù)界的重點(diǎn)關(guān)注與研究[6-9]。

生態(tài)位理論是生態(tài)學(xué)重要的基礎(chǔ)理論之一。生態(tài)位(niche)概念源于鳥(niǎo)類種群生態(tài)學(xué),此后在動(dòng)物生態(tài)學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用,繼而引入植物生態(tài)學(xué)[10]。Grinnell[11]于 1917年提出了生態(tài)位的概念,定義為生物種群所占據(jù)的基本生活單位,主要指物理空間(空間生態(tài)位)。1927年,Elton定義生態(tài)位為有機(jī)體在與環(huán)境的相互關(guān)系中所處的功能地位(功能生態(tài)位)。1957年,Hutchinson將生態(tài)位定義為生物個(gè)體或物種可以在其中不受限制的生活下去的多維生態(tài)因子空間(超體積生態(tài)位)[12-14]。此后,又有諸多學(xué)者對(duì)這一概念作了不同的闡述,并建立了許多量化模型,豐富了生態(tài)位理論[15-18]。

生態(tài)位概念于20世紀(jì)80年代引入中國(guó),并在生態(tài)學(xué)、生物地理學(xué)、地理學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用。近年來(lái),生態(tài)位理論擴(kuò)展到土地資源和利用領(lǐng)域,相關(guān)研究涉及土地開(kāi)發(fā)與利用[19-22]、土地利用功能分區(qū)及評(píng)價(jià)[23-24]、用地適應(yīng)性評(píng)價(jià)[25-26]等。牛海鵬和張安錄[4,27]在耕地研究中,提出了耕地生態(tài)元和耕地生態(tài)位概念,從數(shù)量生態(tài)位和效益生態(tài)位的耦合關(guān)系入手,構(gòu)建了耕地?cái)?shù)量變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制和相關(guān)數(shù)學(xué)測(cè)度模型?？傮w來(lái)看,采用生態(tài)位理論研究耕地的文獻(xiàn)較少,研究?jī)?nèi)容主要有測(cè)度模型的構(gòu)建及應(yīng)用[27-28]、耕地保護(hù)與可持續(xù)性[29-30]、高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)和耕地整治適宜性評(píng)價(jià)[31-32]。

基于生態(tài)位態(tài)勢(shì)、生態(tài)位擴(kuò)充與壓縮等生態(tài)位理論,本研究將測(cè)算1990—2015年廈門(mén)市不同土地利用類型和各區(qū)的生態(tài)位寬度與熵,探討廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量的時(shí)空演變特征,解析廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。以期推動(dòng)耕地生態(tài)位理論的發(fā)展,為耕地保護(hù)、土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整、糧食安全等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提供理論參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

廈門(mén)市地處福建省南部,屬于副省級(jí)城市,經(jīng)濟(jì)特區(qū),是東南沿海重要的中心城市、港口及風(fēng)景旅游城市。1985—2015年,全市面積由1 516.12 km2增加到1 699.39 km2,常住人口由103萬(wàn)人增長(zhǎng)到386萬(wàn)人,城鎮(zhèn)化率由 37.50%提高到 88.89%,地區(qū)生產(chǎn)總值由18億元增長(zhǎng)到 3 466億元,三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由 14.7∶50.3∶35.0調(diào)整為0.7∶43.5∶55.8[33]。廈門(mén)市在近30年發(fā)展迅速,其土地利用變化,尤其是耕地?cái)?shù)量演變極具代表性。

1.2 研究方法

耕地作為一種生態(tài)元,是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)眾多土地利用類型生態(tài)元的一種。耕地生態(tài)位是耕地生態(tài)元在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中所占有的相對(duì)空間、所處的相對(duì)地位和所具有的功能,以及與其他土地利用類型生態(tài)元的相對(duì)關(guān)系[27]。耕地?cái)?shù)量生態(tài)位和效益生態(tài)位分別是耕地生態(tài)位在數(shù)量和效益維度上的生態(tài)位,經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益三者之和為綜合效益。耕地?cái)?shù)量生態(tài)位會(huì)擴(kuò)充或壓縮,其驅(qū)動(dòng)力是耕地與其他土地利用類型生態(tài)元的綜合效益生態(tài)位差。參考前人成果[4,21,34],本文運(yùn)用生態(tài)位寬度模型和生態(tài)位熵模型,測(cè)度了耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的時(shí)空變化,并進(jìn)行了對(duì)比分析。運(yùn)用綜合效益生態(tài)位差模型,測(cè)度了耕地?cái)?shù)量生態(tài)位變化驅(qū)動(dòng)因素。

1.2.1 生態(tài)位寬度

生態(tài)位寬度是指生態(tài)位的大小,常用的計(jì)算生態(tài)位寬度的方法有Shannon-Wiener函數(shù)、Simpson指數(shù)的倒數(shù)及基于態(tài)勢(shì)的寬度公式,本文借鑒其他學(xué)者[27,35]的研究,基于生態(tài)位態(tài)勢(shì)來(lái)研究生態(tài)位寬度,計(jì)算公式如下：

式中：N為耕地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度;j=1,2,3,…,n,為不同土地利用類型生態(tài)元;S為耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的態(tài);P為耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的勢(shì);Sj和Pj分別為j土地利用類型數(shù)量生態(tài)位的態(tài)和勢(shì);A和Aj表示量綱轉(zhuǎn)換系數(shù);S+AP表示耕地生態(tài)元的絕對(duì)數(shù)量生態(tài)位。公式(1)即求耕地生態(tài)元的絕對(duì)數(shù)量生態(tài)位與所有土地利用類型生態(tài)元的絕對(duì)數(shù)量生態(tài)位之和的比值。N的值越大,表示耕地生態(tài)元在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中的相對(duì)地位越高、發(fā)揮的生態(tài)作用越大,寬度增加表示生態(tài)位擴(kuò)充,說(shuō)明耕地面積占有率上升。本文以耕地的當(dāng)年面積及其過(guò)去 5年的年均增長(zhǎng)量分別作為耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的態(tài)和勢(shì),以 1年為時(shí)間尺度,量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)為1。

1.2.2 生態(tài)位熵

耕地?cái)?shù)量生態(tài)位熵表示區(qū)域耕地?cái)?shù)量生態(tài)位相對(duì)于上一級(jí)區(qū)域耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的變化程度,其計(jì)算公式如下[27]：

式中：Q為區(qū)域耕地?cái)?shù)量生態(tài)位熵,n為區(qū)域耕地?cái)?shù)量生態(tài)位,N為上級(jí)區(qū)域耕地?cái)?shù)量生態(tài)位。當(dāng)Q＞1表示區(qū)域的耕地面積占有率大于上級(jí)區(qū)域;當(dāng)Q＜1表示區(qū)域的耕地面積占有率小于上級(jí)區(qū)域。熵減小表示區(qū)域生態(tài)位擴(kuò)充壓縮度小于上級(jí)區(qū)域,說(shuō)明區(qū)域耕地?cái)?shù)量減少速度快于上級(jí)區(qū)域,熵增加表示區(qū)域生態(tài)位擴(kuò)充壓縮度大于上級(jí)區(qū)域,說(shuō)明區(qū)域耕地?cái)?shù)量減少速度慢于上級(jí)區(qū)域。本研究把廈門(mén)市作為各轄區(qū)的上級(jí)區(qū)域。

1.2.3 綜合效益生態(tài)位差

耕地?cái)?shù)量變化驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)度可用耕地與其他土地利用類型生態(tài)元的綜合效益生態(tài)位差予以衡量,其計(jì)算公式如下[4]：

式中：D表示綜合效益生態(tài)位差,C耕表示耕地綜合效益生態(tài)位,Cj表示j土地利用類型綜合效益生態(tài)位。當(dāng)C耕＞Cj,D越大,表示耕地增加的驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)度越大;當(dāng)C耕＜Cj,D越大,表示耕地減少的驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)度越大。耕地?cái)?shù)量生態(tài)位變化驅(qū)動(dòng)因素包括經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益3種,本文在此基礎(chǔ)上計(jì)算綜合效益生態(tài)位差。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于福建省和廈門(mén)市1986—2016年5年一期的統(tǒng)計(jì)年鑒,以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[33]。土地利用數(shù)據(jù)通過(guò) Landsat的30 m 分辨率遙感影像解譯而來(lái),總體精度在90%以上。土地利用分類系統(tǒng)采用中國(guó)科學(xué)院土地資源分類系統(tǒng),共 7類兩級(jí)[36-37]。土地利用數(shù)據(jù)包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地和其他用地 7類土地利用類型。廈門(mén)市在1985—2015年間有數(shù)次行政區(qū)劃調(diào)整,土地利用數(shù)據(jù)的分區(qū)以2015年的行政區(qū)劃為準(zhǔn),劃分為6個(gè)行政區(qū)：湖里區(qū)、思明區(qū)、集美區(qū)、海滄區(qū)、同安區(qū)和翔安區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量生態(tài)位演變分析

2.1.1 各土地利用類型數(shù)量生態(tài)位分析

區(qū)域土地利用類型具有多樣性,在與各種土地利用類型生態(tài)元生態(tài)位的對(duì)比中,才能掌握耕地在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中的相對(duì)地位和發(fā)揮的生態(tài)作用。因此,根據(jù)公式(1)計(jì)算廈門(mén)市7種土地利用類型數(shù)量生態(tài)位寬度。

圖1顯示了1990—2015年期間廈門(mén)市耕地與其他土地利用類型生態(tài)元數(shù)量生態(tài)位的變化特征。在廈門(mén)市區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中,一直占據(jù)數(shù)量生態(tài)位優(yōu)勢(shì)地位的土地利用類型生態(tài)元主要是耕地、林地和建設(shè)用地。在1990年,耕地生態(tài)元占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),至2015年,3種生態(tài)元在生態(tài)系統(tǒng)中的影響力則較為均衡;數(shù)量生態(tài)位壓縮最大的是耕地,耕地?cái)?shù)量生態(tài)位從1990年的0.413 2壓縮到2015年的0.286 6,壓縮了30.63%,年均壓縮率1.45%,這表明廈門(mén)市耕地面積占有率下降。2000—2005年間,壓縮速度最快;數(shù)量生態(tài)位擴(kuò)充最大的是建設(shè)用地,這也是唯一擴(kuò)充的土地利用類型。建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位從1990年的0.121 1擴(kuò)充到2015年的0.268 3,擴(kuò)充了1.22倍,年均擴(kuò)充率3.23%,這表明廈門(mén)市建設(shè)用地面積占有率上升。建設(shè)用地同樣在2000—2005年間擴(kuò)充速度最快;林地、草地和水域的數(shù)量生態(tài)位在1990—2015年間基本保持穩(wěn)定;其他用地和未利用地的數(shù)量生態(tài)位本身就極小,變化也非常小。

圖1 1990—2015年廈門(mén)市耕地與其他土地利用類型數(shù)量生態(tài)位寬度Fig.1 The breadth of quantity niche of cultivated land and other land use types in Xiamen City during 1990-2015

2.1.2 耕地?cái)?shù)量生態(tài)位演變特征

耕地生態(tài)元的態(tài)和勢(shì)是耕地生態(tài)位的兩個(gè)不可分割的重要方面,態(tài)和勢(shì)的有機(jī)結(jié)合體現(xiàn)了生態(tài)位的寬度。研究耕地?cái)?shù)量生態(tài)位演變即是了解生態(tài)位態(tài)勢(shì)變化。由圖1可知耕地和建設(shè)用地是兩種變化最大的土地利用類型。因此,通過(guò)Origin軟件工具對(duì)兩者的數(shù)量生態(tài)位寬度、態(tài)和勢(shì)進(jìn)行曲線擬合。

擬合結(jié)果見(jiàn)圖2。廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度呈下降趨勢(shì),建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度呈上升趨勢(shì),兩曲線大體呈軸對(duì)稱。耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的態(tài)曲線呈S型下降趨勢(shì),建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位的態(tài)曲線呈 S型上升趨勢(shì)。勢(shì)曲線都比較平直,耕地生態(tài)位勢(shì)為負(fù)值,建設(shè)用地生態(tài)位勢(shì)為正值。

2.2 廈門(mén)市各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位演變分析

2.2.1 各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位分析

廈門(mén)市自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素的相異性,使得各區(qū)的耕地?cái)?shù)量及其變化情況也存在一定差異性。為進(jìn)一步了解各區(qū)耕地面積占有率大小及擴(kuò)充壓縮情況,分析廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量變化的驅(qū)動(dòng)因素和驅(qū)動(dòng)機(jī)制,首先,運(yùn)用公式(1)測(cè)算了廈門(mén)市6區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的寬度,結(jié)果如圖3所示。1990—2015年間,廈門(mén)市各區(qū)的耕地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度總體呈下降趨勢(shì),表明各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位壓縮,即耕地面積占有率下降。具體而言,有以下幾個(gè)特征：耕地?cái)?shù)量生態(tài)位壓縮最大的是湖里區(qū),研究期內(nèi)下降了 0.340 1;耕地?cái)?shù)量生態(tài)位壓縮最小的是同安區(qū),研究期內(nèi)僅下降了0.076 5;耕地?cái)?shù)量生態(tài)位最大的是翔安區(qū),研究期內(nèi)均大于其余各區(qū),在1990年高達(dá) 0.525 0;耕地?cái)?shù)量生態(tài)位最小的是思明區(qū),研究期內(nèi)除2015年外均小于其他各區(qū),2015年為0.011 2。

圖2 廈門(mén)市耕地和建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位的寬度及其態(tài)勢(shì)Fig.2 The breadth,ecostate and ecorole of quantity niche of cultivated land and construction land in Xiamen City

圖3 1990—2015年廈門(mén)市各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度Fig.3 The breadth of cultivated land quantity niche of each district in Xiamen City during 1990-2015

其次,以廈門(mén)市作為上一級(jí)區(qū)域,運(yùn)用公式(2)計(jì)算各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位熵,結(jié)果如圖4所示。湖里區(qū)、思明區(qū)和同安區(qū)的耕地?cái)?shù)量生態(tài)位熵在1990—2015年均小于1,表明這3區(qū)的耕地面積占有率低于廈門(mén)市,說(shuō)明其耕地資源數(shù)量較為稀缺,尤其是思明區(qū)和湖里區(qū);翔安區(qū)的耕地?cái)?shù)量生態(tài)位熵在1990—2015年均大于 1,說(shuō)明其耕地資源數(shù)量較為豐富;集美區(qū)和海滄區(qū)的耕地?cái)?shù)量生態(tài)位熵在1990—2000年大于 1,在2005—2015年小于 1,表明這兩區(qū)的耕地資源經(jīng)歷了由較為豐富到較為稀缺的轉(zhuǎn)變。由熵的變化趨勢(shì)來(lái)看,湖里區(qū)、思明區(qū)、集美區(qū)和海滄區(qū)的耕地?cái)?shù)量減少速度快于廈門(mén)市,同安區(qū)和翔安區(qū)則慢于廈門(mén)市。

圖4 1990—2015年廈門(mén)市各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位熵Fig.4 The entropy of cultivated land quantity niche of each district in Xiamen City during 1990-2015

2.2.2 各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位演變特征

對(duì)廈門(mén)市 6區(qū)耕地和建設(shè)用地的數(shù)量生態(tài)位寬度、態(tài)和勢(shì)進(jìn)行曲線擬合,結(jié)果如圖5所示。廈門(mén)市6區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度和態(tài)曲線呈下降趨勢(shì),建設(shè)用地寬度及態(tài)曲線呈上升趨勢(shì)。相對(duì)來(lái)說(shuō),勢(shì)曲線都比較平直,耕地?cái)?shù)量生態(tài)位勢(shì)基本為負(fù)值,建設(shè)用地基本為正值。根據(jù)各區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位測(cè)度和演變的分析結(jié)果,可以將廈門(mén)市6區(qū)劃分為3類：1)湖里區(qū)和思明區(qū),不同于其他 4區(qū),兩區(qū)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度在研究期內(nèi)都小于建設(shè)用地,耕地態(tài)曲線在6區(qū)中處于低位且年際變化小,建設(shè)用地態(tài)曲線平穩(wěn)上升。這兩區(qū)是廈門(mén)市核心市區(qū),經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平高,速度快,對(duì)建設(shè)用地?cái)?shù)量需求大。2)集美區(qū)和海滄區(qū),耕地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度經(jīng)歷了從大于到小于建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變,耕地態(tài)曲線在6區(qū)中處于中位,建設(shè)用地態(tài)曲線增長(zhǎng)幅度較大。這兩區(qū)與廈門(mén)島中心市區(qū)距離近,近年來(lái),兩區(qū)工業(yè)用地迅速增加。3)同安區(qū)和翔安區(qū),耕地和建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位寬度變化幅度最小,耕地態(tài)曲線在6區(qū)中處于高位,同安區(qū)建設(shè)用地態(tài)曲線增長(zhǎng)幅度大。這兩區(qū)與廈門(mén)島中心市區(qū)距離較遠(yuǎn),歷史上是廈門(mén)市郊縣,城市化和工業(yè)化發(fā)展速度較慢。

2.3 耕地?cái)?shù)量生態(tài)位變化的驅(qū)動(dòng)因素

耕地生態(tài)元與其他土地利用類型生態(tài)元在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中相互影響。在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)有限的環(huán)境容量?jī)?nèi),各土地利用類型生態(tài)元相互競(jìng)爭(zhēng),并誘發(fā)新的生態(tài)元,從而促進(jìn)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化。根據(jù)公式(3)測(cè)算耕地和建設(shè)用地效益生態(tài)位差。本文以農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)以及二三產(chǎn)業(yè)的增加值分別作為耕地、林地、草地、水域以及建設(shè)用地經(jīng)濟(jì)效益生態(tài)位的態(tài)的測(cè)度值[21],以其 5年平均變化量為勢(shì)的測(cè)度值,未利用地和其他用地則參考李景剛[9]的核算成果,設(shè)定其經(jīng)濟(jì)效益為耕地的1/1 204。另外,采用李景剛核算成果中,生態(tài)效益、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的比例[9],來(lái)確定生態(tài)效益和社會(huì)效益,然后,運(yùn)用公式(1)、(3)計(jì)算耕地和建設(shè)用地的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益以及綜合效益的生態(tài)位和生態(tài)位差,結(jié)果如表1所示。

研究時(shí)段內(nèi),耕地的綜合效益生態(tài)位一直小于建設(shè)用地的綜合效益生態(tài)位,兩者的綜合效益生態(tài)位差的絕對(duì)值逐漸拉大,這表明廈門(mén)市存在著耕地?cái)?shù)量生態(tài)位壓縮的潛在驅(qū)動(dòng)力,且不斷增強(qiáng)。耕地與其他土地利用類型生態(tài)元的綜合效益生態(tài)位差,對(duì)耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的擴(kuò)充與壓縮起決定性作用,表1表明,建設(shè)用地的擴(kuò)充導(dǎo)致了耕地的壓縮。

圖5 1990—2015年廈門(mén)市各區(qū)耕地和建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位的寬度及其態(tài)勢(shì)Fig.5 The breadth,ecostate and ecorole of quantity niche of cultivated land and construction land of each district in Xiamen City during 1990-2015

表1 1990—2015年廈門(mén)市耕地和建設(shè)用地效益生態(tài)位Table 1 The benefit niche of cultivated land and construction land in Xiamen City during 1990-2015

在經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)3種效益生態(tài)位差中,耕地與建設(shè)用地的經(jīng)濟(jì)效益生態(tài)位差最大,這說(shuō)明經(jīng)濟(jì)效益是耕地和建設(shè)用地?cái)?shù)量變化的主導(dǎo)效益。也就是說(shuō),經(jīng)濟(jì)效益促進(jìn)了耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的壓縮和建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位的擴(kuò)充。需要指出的是,主要效益不一定是主導(dǎo)效益。結(jié)果中,耕地的主要效益是社會(huì)效益,即社會(huì)效益生態(tài)位比經(jīng)濟(jì)效益高,但其主導(dǎo)效益仍是經(jīng)濟(jì)效益。

3 討論

3.1 耕地?cái)?shù)量生態(tài)位演變規(guī)律

過(guò)往研究表明,從整個(gè)人類發(fā)展過(guò)程來(lái)看,耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的態(tài)(耕地?cái)?shù)量)的變化呈“S”型曲線,而耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的勢(shì)(耕地?cái)?shù)量變化量)的變化呈“鐘”型曲線[35]。在不同時(shí)段內(nèi),態(tài)和勢(shì)的變化呈震蕩型曲線,其勢(shì)甚至表現(xiàn)為負(fù)值[27]。廈門(mén)市及其各區(qū)的生態(tài)位態(tài)勢(shì)演變曲線(圖2、圖5),與態(tài)勢(shì)演變的一般規(guī)律曲線具有一定差異(圖6)。綜合來(lái)看,廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量生態(tài)位演變處于后期滯緩階段,其態(tài)的下降趨勢(shì)還將持續(xù),最后穩(wěn)定在一定水平,而其勢(shì)還將保持在較低水平。建設(shè)用地態(tài)勢(shì)演變規(guī)律也符合耕地態(tài)勢(shì)演變規(guī)律[35]。廈門(mén)市建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位處于中后期穩(wěn)定階段,其態(tài)的上升趨勢(shì)還將持續(xù),最后穩(wěn)定在一定水平,但其勢(shì)值較低。

我們嘗試根據(jù)人類發(fā)展過(guò)程中生態(tài)位態(tài)勢(shì)演變的一般規(guī)律,來(lái)劃定當(dāng)前我國(guó)耕地和建設(shè)用地演變階段。在人類社會(huì)形態(tài)的演變過(guò)程中,耕地和建設(shè)用地經(jīng)歷了不同的發(fā)展曲線。人類進(jìn)入工業(yè)社會(huì)后,耕地?cái)?shù)量生態(tài)位處于發(fā)展中后期,耕地?cái)?shù)量增長(zhǎng)即將達(dá)到最大值,耕地?cái)?shù)量變化量逐漸減小;建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位則處于發(fā)展中期,數(shù)量快速增長(zhǎng),變化量在達(dá)到最大值后逐漸減小。在生態(tài)位態(tài)勢(shì)演變中,廈門(mén)市的耕地和建設(shè)用地都處在比我國(guó)當(dāng)前全社會(huì)更快的階段,這與東南沿海城市較快的發(fā)展進(jìn)程相關(guān)。

圖6 耕地生態(tài)位態(tài)和勢(shì)演變規(guī)律Fig.6 The evolution of ecostate and ecorole of cultivated land niche

3.2 耕地?cái)?shù)量變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制

耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的變化受經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益多種驅(qū)動(dòng)因素的影響,經(jīng)濟(jì)效益是耕地?cái)?shù)量生態(tài)位變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。研究發(fā)現(xiàn),與過(guò)往研究類似[1,4],土地利用類型生態(tài)元數(shù)量生態(tài)位變化,突出表現(xiàn)為建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位壓縮了耕地?cái)?shù)量生態(tài)位,受到快速城市化和工業(yè)化的交織影響?？焖俪鞘谢^(guò)程中,建設(shè)用地綜合效益生態(tài)位迅速高于耕地綜合效益生態(tài)位,生態(tài)位差越來(lái)越大,打破了之前的平衡狀態(tài)。廈門(mén)市城鎮(zhèn)化率在1985年僅為37.50%,2015年增加到88.89%。人口城鎮(zhèn)化推動(dòng)了建設(shè)用地的迅速擴(kuò)張,這占用了越來(lái)越多的耕地。此外,廈門(mén)市工業(yè)總產(chǎn)值從1985年的21.85億元增長(zhǎng)到2015年的5 028.68億元,工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也增加了對(duì)建設(shè)用地的需求,擠占了大量耕地。相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)實(shí)行建設(shè)用地總量和強(qiáng)度“雙控”,落實(shí)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度,劃定永久基本農(nóng)田紅線。提升土地管理科學(xué)水平,實(shí)現(xiàn)節(jié)約集約利用土地。

3.3 耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的環(huán)境效應(yīng)

廈門(mén)市各土地利用類型的生態(tài)位寬度變化對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)效應(yīng)。由2.1.1節(jié)結(jié)果可知,1990—2015年期間占據(jù)廈門(mén)市生態(tài)位優(yōu)勢(shì)地位的生態(tài)元是耕地、林地和建設(shè)用地,耕地作為弱生態(tài)功能性用地,其生態(tài)位壓縮;建設(shè)用地作為非生態(tài)功能性用地,其生態(tài)位擴(kuò)充;林地作為強(qiáng)生態(tài)功能性用地在研究時(shí)段內(nèi)變化很小。其他土地利用類型變化都較小。就用地生態(tài)功能性而言,耕地生態(tài)位壓縮、建設(shè)用地生態(tài)位擴(kuò)充,會(huì)對(duì)廈門(mén)市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

廈門(mén)市6區(qū)的耕地和建設(shè)用地生態(tài)位變化對(duì)環(huán)境同樣產(chǎn)生了負(fù)效應(yīng)。由2.2.2節(jié)結(jié)果可知,各區(qū)的耕地生態(tài)位壓縮、建設(shè)用地生態(tài)位擴(kuò)充。根據(jù)在研究時(shí)段內(nèi)的變化值排序,生態(tài)位變化對(duì)環(huán)境的影響程度大小依次為：湖里區(qū)、海滄區(qū)、集美區(qū)、思明區(qū)、同安區(qū)、翔安區(qū)。參考陳雅君等[38]對(duì)廈門(mén)市2013年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究,從生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)6個(gè)方面建立生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型,認(rèn)為廈門(mén)市 6區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得分從低到高為：湖里區(qū)、思明區(qū)、海滄區(qū)、翔安區(qū)、集美區(qū)、同安區(qū)。這與本文得出結(jié)論具有相似性,從側(cè)面驗(yàn)證了生態(tài)位變化對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

4 結(jié)論

本文依據(jù)生態(tài)位理論對(duì)廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了研究,主要得出以下結(jié)論：①1990—2015年,廈門(mén)市的耕地?cái)?shù)量生態(tài)位逐漸下降,一直處于壓縮狀態(tài),這與建設(shè)用地?cái)?shù)量生態(tài)位的擴(kuò)充直接相關(guān)。綜合來(lái)看,廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的演變處于后期滯緩階段。②1990—2015年,廈門(mén)市各區(qū)的耕地?cái)?shù)量生態(tài)位在寬度、熵、態(tài)勢(shì)演變幾個(gè)方面有較大差異,根據(jù)其演變特征可以將廈門(mén)6區(qū)劃分為3類,湖里區(qū)和思明區(qū)發(fā)展最成熟,集美區(qū)和海滄區(qū)其次,同安區(qū)和翔安區(qū)相對(duì)較不成熟。③1990—2015年,廈門(mén)市的耕地與建設(shè)用地綜合效益生態(tài)位差逐漸變大,其驅(qū)動(dòng)了耕地?cái)?shù)量生態(tài)位的演變,其中經(jīng)濟(jì)效益是主導(dǎo)效益,即廈門(mén)市耕地?cái)?shù)量減少主要是由于建設(shè)用地的占用,經(jīng)濟(jì)效益是耕地面積減少的主導(dǎo)因素。這與快速城市化和工業(yè)化對(duì)建設(shè)用地的需求增長(zhǎng)密切相關(guān)。相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)實(shí)行建設(shè)用地總量和強(qiáng)度“雙控”,同時(shí)落實(shí)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度,劃定永久基本農(nóng)田紅線。