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海口市地处海南岛北部,具有典型热带滨海特色,是全省政治、经济、科技、文化中心和交通邮电枢纽。近二十年来,我国城市化进程加速,城市扩张显著,城市建设用地和生态用地之间的协调关系成为多学科交叉研究的一个热点。从生态系统服务角度探讨土地资源空间优化,对土地利用规划及制定相应的政策措施具有十分重要的意义。本文以海口市为研究对象,在分析2008年生态系统现状的基础上,建立了生态系统服务价值评估体系,评估计算出海口市生态系统服务价值;运用多智能体模型构建了城市用地空间优化模型,模拟得出基于生态服务价值损失最小的2015年和2020年新增用地的优化空间布局,结合《海口市城市总体规划(2005-2020)》分析了城市拓展政策。
首先,利用遥感和GIS手段,根据2008年海口市TM卫星影像,得到生态系统质量、面积和空间分布等基础信息;然后,基于生态系统服务功能评价方法,提出了生态系统服务价值估算的标准体系,依据生态系统的空间分布特征对其服务价值进行了调整;利用蚁群算法构建了空间格局优化模型,以生态服务价值损失最小为目标,分别对2015年和2020年的海口市新增建设用地进行空间格局优化。最后,在优化布局的基础上,结合城市总体规划和相关研究,回顾海口城市化进程,进行发展模式与发展空间分析,从生态系统服务功能的角度,提出了合理的城市发展建议。
本文的主要研究结论如下:
(1)2008年,海口市土地利用主要类型是热作园和农业用地,占总面积的75.3%;其次是人工林和湿地,占总面积的14.9%;城市建设用地占总面积的7.6%;而原始森林生态系统分布较少,仅占到2.2%,说明海口市的生态系统受到显著的人工干预。
(2)生态系统服务价值评估2008年,海口市生态系统服务总价值为85.14亿元,农林生态系统的贡献率最大,而湿地生态系统的平均单位面积价值最大。其中,森林生态系统、农业生态系统、湿地生态系统和城市绿地生态系统的服务功能价值分别为4亿元、59亿元、16亿元和2.6亿元。在服务功能构成中,涵养水源、固碳释氧是生态系统的主要服务功能。
(3)服务价值空间调整根据生境质量和生态区位因素的影响,对研究区的生态系统服务价值做出空间调整。结果表明:2008年,海口市生态系统服务价值调整为110.4亿元,提高了29.6%。其中,森林生态系统价值略有提高,增加了1517.5万元,是灌草地质量较好和原始森林质量较低的综合结果;农业生态系统价值提高40%,主要贡献在于农田生态系统和园地生态系统高质量服务能力:湿地生态系统价值基本持平。
(4)新增建设用地空间优化以生态服务价值损失最小为原则,构建多智能体模型对研究区2015年和2020年的新增建设用地进行空间优化。结果表明:2015年,新增建设用地在长流区和三江镇形成了两个较高稳定性聚类;南部地区零星分布小型斑块,聚集度低。2020年,新增建设用地在长流区和三江镇聚集度进一步提高;同时,在江东区形成了第三个较稳定聚类。结合城市总体规划,海口市适合采取组团式发展模式,而“一个中心、两个组团”的用地布局结构和“中强、西拓、东优、南控”的发展原则符合海口市的客观要求。
模拟得到的2015年和2020年研究区新增建设用地空间布局可以为海口市城市发展规划提供参考。将生态系统服务价值研究与建设用地的空间优化相结合,以实现生态价值损失最小化为原则的研究方法可以作为城市规划中城市拓展政策制定的辅助手段。