供需關(guān)系下長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)

　　摘要：基于價值量、熱點分析、最小累計阻力(MCR)模型和距離衰減等多種方法和模型，量化分析長三角城市群2010年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求，揭示其供需盈虧關(guān)系;根據(jù)整體供需空間格局，確定生態(tài)源地到生態(tài)需求地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑與價值流轉(zhuǎn)量.結(jié)果表明：長三角城市群2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給變化微小，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求顯著增長;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給呈南高北低的分布形態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求呈東高西低的分布形態(tài);供需盈余區(qū)主要分布于皖南山地丘陵，供需赤字區(qū)主要分布于經(jīng)濟發(fā)達城市的主城區(qū);研究年份內(nèi)，供需平衡區(qū)面積減少，供需失衡區(qū)面積增加，經(jīng)濟發(fā)展與土地利用變化導(dǎo)致供需空間異質(zhì)性增強;將生態(tài)源地與生態(tài)需求地之間的重要生態(tài)廊道作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑，2010年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)總量分別為127.1，272.6億元.

　　關(guān)鍵詞：長三角城市群;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);供需平衡;空間流轉(zhuǎn)

　　隨著人口劇增與快速城市化，城市群生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能均受到人類活動的干擾[1]，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡，威脅著生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡是區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康程度的重要衡量指標(biāo)之一[2]，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)是實現(xiàn)生態(tài)服務(wù)供給和人類需求耦合的重要橋梁[3]，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的傳輸、轉(zhuǎn)化和消費具有重要的作用[4].

　　因此，基于供給和需求關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)研究能夠明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生源頭、耗散過程及受益區(qū)域，有助于優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)是指重要生態(tài)服務(wù)功能通過一定的流通介質(zhì)流轉(zhuǎn)到區(qū)域外的地區(qū)，并產(chǎn)生效應(yīng)[5��6]，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求關(guān)聯(lián)研究的深化[7]，關(guān)于這方面的研究尚處于起步階段，并向空間制圖與定量分析的方向發(fā)展[8��9].

　　目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)研究主要是對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從產(chǎn)生到耗散過程中受益區(qū)接受的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量進行評估[10��11]，且主要集中于單一區(qū)域供給服務(wù)的流轉(zhuǎn)研究[12]，關(guān)于跨區(qū)域空間流轉(zhuǎn)及綜合考慮供需關(guān)系的研究仍然較少.長江三角洲(長三角)城市群是我國人口最密集、經(jīng)濟最發(fā)達、城市化進程最快的地區(qū)之一.

　　2019年，國家政府工作報告提出，將長三角區(qū)域一體化發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，建設(shè)生態(tài)型城市群[13].近年來，長三角地區(qū)在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，出現(xiàn)了生物多樣性銳減、河流湖泊水質(zhì)惡化、城市空氣質(zhì)量下降等一系列生態(tài)環(huán)境問題，城市生態(tài)空間遭受不同程度的破壞，其實質(zhì)是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的空間差異或失衡[14].基于此，本文對供需關(guān)系下長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)進行研究.

　　1研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

　　1.1研究區(qū)域

　　長三角城市群是由上海市及江蘇省、浙江省、安徽省的25個地級市組成，面積為21.17萬km2，地形以平原和丘陵為主，氣候類型主要為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候.2018年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)表明，長三角城市群城鎮(zhèn)化率為68%;2018年土地利用分類數(shù)據(jù)中，長三角城市群建設(shè)用地比例約為20%，城市用地類型及空間結(jié)構(gòu)變化顯著.快速的城市化在促進社會經(jīng)濟高速發(fā)展的同時，也削弱了生態(tài)系統(tǒng)為城市提供的重要生態(tài)服務(wù)功能[15]，城市群空間的高強度開發(fā)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡等一系列環(huán)境問題愈演愈烈，協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展成為長三角城市群綠色一體化發(fā)展的重要任務(wù).

　　1.2數(shù)據(jù)來源

　　使用的4類數(shù)據(jù)來源如下.

　　1)土地利用數(shù)據(jù).

　　該數(shù)據(jù)包括長三角城市群2010年、2018年的土地利用數(shù)據(jù)(30m×30m)，來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心.2010年的土地利用數(shù)據(jù)以當(dāng)年Land�瞫atTM遙感影像為主信息源，通過人工目視解譯生成;2018年的土地利用數(shù)據(jù)是在2015年土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于Landsat8遙感影像，通過人工目視解譯生成.兩期遙感影像的獲取時間均為云覆蓋較少(云量小于10%)的5—9月，解譯精度達90%以上.

　　2)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)包括2010年、2018年全國與長三角城市群城鄉(xiāng)居民人口、人均可支配收入、地區(qū)生產(chǎn)總值、糧食產(chǎn)值與產(chǎn)量等，來源于國家統(tǒng)計局、長三角城市群各市統(tǒng)計局.3)植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)、年降水量數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心.4)長三角城市群主要河流、主要道路、行政邊界等矢量數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)來源于長江三角洲科學(xué)數(shù)據(jù)中心.

　　2研究方法

　　2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需核算

　　2.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價值核算

　　由于采用全國參數(shù)表征長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價值具有一定的誤差，因此，對研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量系數(shù)進行調(diào)整：采用社會經(jīng)濟調(diào)節(jié)因子修正糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值[18]，采用NPP時空調(diào)節(jié)因子和降水時空調(diào)節(jié)因子修正價值當(dāng)量系數(shù)[17].

　　2.2基于供需關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)

　　2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑的確定

　　生態(tài)源地具有高供給價值，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動和傳遞的源頭[1];生態(tài)需求地具有高需求指數(shù)，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要受益區(qū).生態(tài)廊道是由阻力較小的景觀類型構(gòu)成的條帶狀通道，是區(qū)域內(nèi)物質(zhì)交換及能量流動的載體[24].

　　基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間格局確定生態(tài)源地與生態(tài)需求地，采用最小累積阻力(MCR)模型提取生態(tài)廊道[25].將熱點分析結(jié)果識別出的供需盈余區(qū)判定為生態(tài)源地，供需赤字區(qū)判定為生態(tài)需求地，利用ArcGIS平臺的成本路徑工具，以所有生態(tài)源地質(zhì)心為源，以生態(tài)需求地質(zhì)心為目標(biāo)，生成阻力最小的成本路徑(最小成本路徑)，作為兩地之間的潛在生態(tài)廊道;通過重力模型計算生態(tài)源地與生態(tài)需求地之間的相互作用矩陣，提取最小成本路徑作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)的最優(yōu)路徑.

　　2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)量的構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有一定的方向性和區(qū)域性，不同位置發(fā)生的效用不同，發(fā)生流轉(zhuǎn)的價值量基本遵循距離衰減規(guī)律[12].根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)的特點，借鑒康維斯在引力模型基礎(chǔ)上提出的斷裂點公式，模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從生態(tài)源地向生態(tài)需求地流動的邊界，再根據(jù)場強理論計算單位面積內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)強度[6]，可得生態(tài)源地到生態(tài)需求地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)量(犈s，d).

　　3研究結(jié)果與分析

　　3.1長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間特征

　　3.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給空間特征

　　2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價值.2010年和2018年長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價值分別為65694，67312元·km-2，鹽城、紹興、臺州等個別區(qū)/縣供給價值增加，常州和上海的部分區(qū)/縣供給價值減少，研究年份內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價值變化微小;長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給呈南高北低的分布形態(tài)，供給高值區(qū)主要分布于杭州市淳安縣、安慶市宿松縣及蘇州市吳中區(qū)，該區(qū)域土地利用類型主要為林地、草地和水域，提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力較強，蘇州市吳中區(qū)擁有180余千米的親水岸，占太湖水域的3/5，水資源供給和水源涵養(yǎng)服務(wù)價值極高，供給價值達1326元·km-2，是供給值最高的區(qū)/縣單元;供給低值區(qū)主要分布于南京市秦淮區(qū)、杭州市下城區(qū)及上海市區(qū)，供給最低值區(qū)為上海市靜安區(qū)(6.5元·km-2)，土地利用類型主要是生態(tài)服務(wù)功能極少的建設(shè)用地.

　　3.1.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求空間特征

　　2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù)，如圖3所示.由圖3可知：2010年和2018年長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù)分別為520.48，798.50，呈明顯的增長趨勢，南京、紹興、金華、寧波等地區(qū)大部分區(qū)/縣需求指數(shù)顯著增加;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)，各區(qū)/縣差異顯著，整體呈東高西低的分布形態(tài);需求高值區(qū)主要分布于南京、杭州、合肥、上海等經(jīng)濟發(fā)達城市的中心城區(qū)，需求最高值區(qū)為上海市黃浦區(qū)(地均GDP高達1107630.17萬元·km-2，人口密度為31955人·km-2，建設(shè)用地比例為91.70%);需求低值區(qū)主要分布于安慶、池州、宣城及杭州西南部的區(qū)/縣，需求最低值區(qū)為安慶市岳西縣(地均GDP為171.98萬元·km-2，人口密度為136人·km-2，建設(shè)用地比例僅為0.2%)，土地的開發(fā)程度明顯不足，各項指標(biāo)均遠低于平均值.

　　3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡分析

　　盈余充足區(qū)和盈余一般區(qū)稱為供需盈余區(qū);赤字嚴重區(qū)和赤字一般區(qū)稱為供需赤字區(qū).2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點分析結(jié)果。

　　2010年和2018年分別有9個和11個大斑塊為供需失衡的關(guān)鍵區(qū)域;2010年有4個斑塊為供需盈余區(qū)，主要分布于池州、安慶、銅陵3市交界處的區(qū)/縣，總面積為13023.56km2，2010年有5個斑塊為供需赤字區(qū)，分布于上海、南京、杭州等經(jīng)濟發(fā)達城市的主城區(qū)，總面積為20082.03km2;2018年有5個斑塊為供需盈余區(qū)，總面積為19921.69km2，比2010年增加6898.13km2，增加的斑塊主要位于杭州市桐廬縣、杭州市建德市和寧波市寧海縣，桐廬縣2018年森林覆蓋率達75.31%，林地面積顯著增加，總供給價值增加48.15元·km2，建德市2010年至2018年城鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展分散，需求增長不顯著，生態(tài)服務(wù)供給富余。

　　寧�？h近8年間生態(tài)治理成效顯著，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給充足，2018年有6個斑塊為供需赤字區(qū)，總面積為24079.65km2，比2010年增加3997.62km2，增加的斑塊主要位于南京市江寧區(qū)、鎮(zhèn)江市句容市、蘇州市張家港市、無錫市江陰市，自2010年后，江寧區(qū)進入工業(yè)化后期階段，區(qū)域經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展，生態(tài)需求顯著提升，句容市大力推進城鎮(zhèn)化建設(shè)，研究年份內(nèi)建設(shè)用地比例增加12.5%，江陰市和張家港市位列2018年中國縣域經(jīng)濟百強排行榜前三，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，工業(yè)發(fā)達，部分生態(tài)用地被占用，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡.

　　3.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑與價值流轉(zhuǎn)量

　　3.3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑

　　將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈余和供需赤字的斑塊分別判定為生態(tài)源地和生態(tài)需求地，考慮到部分斑塊區(qū)/縣數(shù)不止一個，且少數(shù)相鄰區(qū)/縣集中連片，文中生態(tài)源地和生態(tài)需求地的名稱用其中面積最大且聚集程度最高的區(qū)/縣名稱表示.2010年，有4個主要生態(tài)源地(安慶市太湖縣、池州市貴池區(qū)、銅陵市樅陽縣和常州市溧陽市)，5個主要生態(tài)需求地(南京市六合區(qū)、湖州市德清縣、嘉興市桐鄉(xiāng)市、杭州市蕭山區(qū)和上海全區(qū)/縣).

　　2018年，有5個主要生態(tài)源地(安慶市宿松縣、池州市貴池區(qū)、銅陵市樅陽縣、杭州市建德市和寧波市寧�？h)，6個主要生態(tài)需求地(杭州市蕭山區(qū)、嘉興市海寧市、嘉興市桐鄉(xiāng)市、無錫市江陰市、南京市江寧區(qū)及上海全區(qū)/縣).由ArcGIS平臺的成本路徑工具生成生態(tài)源地和生態(tài)需求地之間的多條潛在生態(tài)廊道.2010年和2018年生態(tài)廊道、生態(tài)源地和生態(tài)需求地的空間分布.根據(jù)重力矩陣可得2010年和2018年生態(tài)斑塊的相互作用矩陣。

　　2010年的5個生態(tài)需求地均與貴池區(qū)的相互作用力最強，表明貴池區(qū)與各生態(tài)需求地進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)的可能性最大，進而提取出5條重要生態(tài)廊道.2018年的6個生態(tài)需求地均與建德市的相互作用力最強，由此提取出6條重要生態(tài)廊道作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從生態(tài)源地到生態(tài)需求地的流轉(zhuǎn)路徑.重要生態(tài)廊道將生態(tài)需求地與生態(tài)源地進行了有效連通，以此作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)的最佳路徑，建立起自然生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)需求空間的聯(lián)系紐帶。

　　4討論與結(jié)論

　　2018年供需失衡區(qū)面積的增加導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)量的增多，以及生態(tài)源地和生態(tài)需求地空間 分布格局的改變，其關(guān)鍵原因在于區(qū)域經(jīng)濟水平的提升使生態(tài)需求指數(shù)顯著增長，第二、三產(chǎn)業(yè)是區(qū)/縣經(jīng)濟發(fā)展的主要動力，為滿足人們對更高生態(tài)質(zhì)量的需求提供各種原材料和消費品，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供不應(yīng)求.此外，城鎮(zhèn)化進程改變原有土地利用結(jié)構(gòu)，建設(shè)用地擴張占用部分生態(tài)用地，自然生態(tài)系統(tǒng)受到人為活動干擾程度加深，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降，供需空間異質(zhì)性增強.

　　結(jié)合長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系，通過構(gòu)建生態(tài)源地和生態(tài)需求地之間的重要生態(tài)廊道確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)路徑，并計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)量，可為相關(guān)部門制定生態(tài)補償?shù)瓤鐓^(qū)域環(huán)境協(xié)調(diào)治理政策提供一定的科學(xué)依據(jù);根據(jù)生態(tài)源地流轉(zhuǎn)到生態(tài)需求地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)量比例，地方政府可以進行生態(tài)服務(wù)價值補償出資比例的安排，從而保障地區(qū)公平的發(fā)展權(quán).基于價值量、熱點分析、MCR模型和距離衰減等多種模型和方法，量化分析長三角城市群2010年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求，揭示其供需空間格局特征，并確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)量，可得以下3個結(jié)論.

　　1)長三角城市群2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給變化微小，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求顯著增長;在空間分布上，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給呈南高北低的分布形態(tài);需求大致呈現(xiàn)東高西低的分布形態(tài)，沿海、沿江明顯高于內(nèi)陸地區(qū).2)供需盈余區(qū)主要分布于皖南山地丘陵，供需赤字區(qū)主要分布于上海、南京、杭州等經(jīng)濟發(fā)達城市的主城區(qū)，研究年份內(nèi)，供需平衡區(qū)面積下降，供需失衡區(qū)面積增加，經(jīng)濟發(fā)展水平與土地利用方式的變化導(dǎo)致供需空間異質(zhì)性增強.3)將生態(tài)源地和生態(tài)需求地之間的重要生態(tài)廊道作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)路徑，可得2010年和2018年長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值流轉(zhuǎn)總量為127.1，272.6億元.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)是一個動態(tài)變化的過程，不同廊道間傳遞的服務(wù)流量各有差異.

　　文中構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)模型有一定的不足：首先，評估模型中用于反映自然影響因素的修正因子的選取多為經(jīng)驗值，隨著對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)規(guī)律認識的加深，需進一步提高其準確性;其次，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)過程中僅考慮了自然因素，忽略了人為活動的影響.今后的研究還需借助多種技術(shù)手段與數(shù)據(jù)信息，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)的路徑方向、流量大小、衰減特征等進行具體、準確的描述.

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　　作者：陳燕1，2，譚堰琴1，邱曉敏3，宋新山1，周鎮(zhèn)宇1，萬榮榮

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