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 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。總體來(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,探討廈門市耕地?cái)?shù)量的時(shí)空演變特征,解析廈門市耕地?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市,同安區(qū)和翔安區(qū)則慢于廈門市。

圖4 1990—2015年廈門市各區(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)與廈門島中心市區(qū)距離較遠(yuǎn),歷史上是廈門市郊縣,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)廈門市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

廈門市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。