供需關系下長三角城市群生態系統服務空間流轉

　　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年的生態系統服務供給和需求，揭示其供需盈虧關系;根據整體供需空間格局，確定生態源地到生態需求地的生態系統服務空間流轉路徑與價值流轉量.結果表明：長三角城市群2010年和2018年生態系統服務供給變化微小，而生態系統服務需求顯著增長;生態系統服務供給呈南高北低的分布形態，生態系統服務需求呈東高西低的分布形態;供需盈余區主要分布于皖南山地丘陵，供需赤字區主要分布于經濟發達城市的主城區;研究年份內，供需平衡區面積減少，供需失衡區面積增加，經濟發展與土地利用變化導致供需空間異質性增強;將生態源地與生態需求地之間的重要生態廊道作為生態系統服務空間流轉路徑，2010年和2018年的生態系統服務價值流轉總量分別為127.1，272.6億元.

　　關鍵詞：長三角城市群;生態系統服務;供需平衡;空間流轉

　　隨著人口劇增與快速城市化，城市群生態系統的結構和功能均受到人類活動的干擾[1]，區域生態系統服務供需失衡，威脅著生態安全與可持續發展.生態系統服務供需平衡是區域生態環境健康程度的重要衡量指標之一[2]，而生態系統服務空間流轉是實現生態服務供給和人類需求耦合的重要橋梁[3]，對生態系統服務的傳輸、轉化和消費具有重要的作用[4].

　　因此，基于供給和需求關系的生態系統服務空間流轉研究能夠明確生態系統服務的產生源頭、耗散過程及受益區域，有助于優化生態系統服務管理，改善區域生態環境狀況.生態系統服務空間流轉是指重要生態服務功能通過一定的流通介質流轉到區域外的地區，并產生效應[5��6]，是生態系統服務供給與需求關聯研究的深化[7]，關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展[8��9].

　　目前，生態系統服務空間流轉研究主要是對生態系統服務從產生到耗散過程中受益區接受的生態系統服務價值量進行評估[10��11]，且主要集中于單一區域供給服務的流轉研究[12]，關于跨區域空間流轉及綜合考慮供需關系的研究仍然較少.長江三角洲(長三角)城市群是我國人口最密集、經濟最發達、城市化進程最快的地區之一.

　　2019年，國家政府工作報告提出，將長三角區域一體化發展上升為國家戰略，建設生態型城市群[13].近年來，長三角地區在經濟快速發展的同時，出現了生物多樣性銳減、河流湖泊水質惡化、城市空氣質量下降等一系列生態環境問題，城市生態空間遭受不同程度的破壞，其實質是區域生態系統服務供需關系的空間差異或失衡[14].基于此，本文對供需關系下長三角城市群生態系統服務空間流轉進行研究.

　　1研究區域及數據來源

　　1.1研究區域

　　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性濕潤氣候.2018年統計年鑒數據表明，長三角城市群城鎮化率為68%;2018年土地利用分類數據中，長三角城市群建設用地比例約為20%，城市用地類型及空間結構變化顯著.快速的城市化在促進社會經濟高速發展的同時，也削弱了生態系統為城市提供的重要生態服務功能[15]，城市群空間的高強度開發導致生態系統服務供需失衡等一系列環境問題愈演愈烈，協調生態環境保護與區域經濟發展成為長三角城市群綠色一體化發展的重要任務.

　　1.2數據來源

　　使用的4類數據來源如下.

　　1)土地利用數據.

　　該數據包括長三角城市群2010年、2018年的土地利用數據(30m×30m)，來源于中國科學院資源環境科學數據中心.2010年的土地利用數據以當年Land�瞫atTM遙感影像為主信息源，通過人工目視解譯生成;2018年的土地利用數據是在2015年土地利用遙感監測數據的基礎上，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)社會經濟數據.該數據包括2010年、2018年全國與長三角城市群城鄉居民人口、人均可支配收入、地區生產總值、糧食產值與產量等，來源于國家統計局、長三角城市群各市統計局.3)植被凈初級生產力(NPP)、年降水量數據.該數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心.4)長三角城市群主要河流、主要道路、行政邊界等矢量數據.該數據來源于長江三角洲科學數據中心.

　　2研究方法

　　2.1生態系統服務供需核算

　　2.1.1生態系統服務供給價值核算

　　由于采用全國參數表征長三角城市群生態系統服務供給價值具有一定的誤差，因此，對研究區域生態系統服務價值當量系數進行調整：采用社會經濟調節因子修正糧食產量的經濟價值[18]，采用NPP時空調節因子和降水時空調節因子修正價值當量系數[17].

　　2.2基于供需關系的生態系統服務空間流轉

　　2.2.1生態系統服務空間流轉路徑的確定

　　生態源地具有高供給價值，是生態系統服務流動和傳遞的源頭[1];生態需求地具有高需求指數，是生態系統服務的主要受益區.生態廊道是由阻力較小的景觀類型構成的條帶狀通道，是區域內物質交換及能量流動的載體[24].

　　基于生態系統服務供需空間格局確定生態源地與生態需求地，采用最小累積阻力(MCR)模型提取生態廊道[25].將熱點分析結果識別出的供需盈余區判定為生態源地，供需赤字區判定為生態需求地，利用ArcGIS平臺的成本路徑工具，以所有生態源地質心為源，以生態需求地質心為目標，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廊道;通過重力模型計算生態源地與生態需求地之間的相互作用矩陣，提取最小成本路徑作為生態系統服務空間流轉的最優路徑.

　　2.2.2生態系統服務價值流轉量的構建生態系統服務具有一定的方向性和區域性，不同位置發生的效用不同，發生流轉的價值量基本遵循距離衰減規律[12].根據生態系統服務空間流轉的特點，借鑒康維斯在引力模型基礎上提出的斷裂點公式，模擬生態系統服務從生態源地向生態需求地流動的邊界，再根據場強理論計算單位面積內生態系統服務流轉強度[6]，可得生態源地到生態需求地的生態系統服務價值流轉量(犈s，d).

　　3研究結果與分析

　　3.1長三角城市群生態系統服務供需空間特征

　　3.1.1生態系統服務供給空間特征

　　2010年和2018年生態系統服務供給價值.2010年和2018年長三角城市群生態系統服務供給價值分別為65694，67312元·km-2，鹽城、紹興、臺州等個別區/縣供給價值增加，常州和上海的部分區/縣供給價值減少，研究年份內，生態系統服務供給價值變化微小;長三角城市群生態系統服務供給呈南高北低的分布形態，供給高值區主要分布于杭州市淳安縣、安慶市宿松縣及蘇州市吳中區，該區域土地利用類型主要為林地、草地和水域，提供生態系統服務的能力較強，蘇州市吳中區擁有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服務價值極高，供給價值達1326元·km-2，是供給值最高的區/縣單元;供給低值區主要分布于南京市秦淮區、杭州市下城區及上海市區，供給最低值區為上海市靜安區(6.5元·km-2)，土地利用類型主要是生態服務功能極少的建設用地.

　　3.1.2生態系統服務需求空間特征

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

　　3.2生態系統服務供需平衡分析

　　盈余充足區和盈余一般區稱為供需盈余區;赤字嚴重區和赤字一般區稱為供需赤字區.2010年和2018年生態系統服務熱點分析結果。

　　2010年和2018年分別有9個和11個大斑塊為供需失衡的關鍵區域;2010年有4個斑塊為供需盈余區，主要分布于池州、安慶、銅陵3市交界處的區/縣，總面積為13023.56km2，2010年有5個斑塊為供需赤字區，分布于上海、南京、杭州等經濟發達城市的主城區，總面積為20082.03km2;2018年有5個斑塊為供需盈余區，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�？h，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年城鎮經濟發展分散，需求增長不顯著，生態服務供給富余。

　　寧�？h近8年間生態治理成效顯著，生態系統服務供給充足，2018年有6個斑塊為供需赤字區，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、鎮江市句容市、蘇州市張家港市、無錫市江陰市，自2010年后，江寧區進入工業化后期階段，區域經濟高質量發展，生態需求顯著提升，句容市大力推進城鎮化建設，研究年份內建設用地比例增加12.5%，江陰市和張家港市位列2018年中國縣域經濟百強排行榜前三，產業結構以第二產業為主導，工業發達，部分生態用地被占用，區域生態系統服務供需失衡.

　　3.3生態系統服務空間流轉路徑與價值流轉量

　　3.3.1生態系統服務空間流轉路徑

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

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

　　2010年的5個生態需求地均與貴池區的相互作用力最強，表明貴池區與各生態需求地進行生態系統服務流轉的可能性最大，進而提取出5條重要生態廊道.2018年的6個生態需求地均與建德市的相互作用力最強，由此提取出6條重要生態廊道作為生態系統服務從生態源地到生態需求地的流轉路徑.重要生態廊道將生態需求地與生態源地進行了有效連通，以此作為生態系統服務流轉的最佳路徑，建立起自然生態系統與城鎮需求空間的聯系紐帶。

　　4討論與結論

　　2018年供需失衡區面積的增加導致生態服務價值流轉量的增多，以及生態源地和生態需求地空間 分布格局的改變，其關鍵原因在于區域經濟水平的提升使生態需求指數顯著增長，第二、三產業是區/縣經濟發展的主要動力，為滿足人們對更高生態質量的需求提供各種原材料和消費品，生態系統服務供不應求.此外，城鎮化進程改變原有土地利用結構，建設用地擴張占用部分生態用地，自然生態系統受到人為活動干擾程度加深，導致生態系統服務功能下降，供需空間異質性增強.

　　結合長三角城市群生態系統服務供需關系，通過構建生態源地和生態需求地之間的重要生態廊道確定生態系統服務流轉路徑，并計算生態系統服務價值流轉量，可為相關部門制定生態補償等跨區域環境協調治理政策提供一定的科學依據;根據生態源地流轉到生態需求地的生態系統服務價值流轉量比例，地方政府可以進行生態服務價值補償出資比例的安排，從而保障地區公平的發展權.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年的生態系統服務供給和需求，揭示其供需空間格局特征，并確定生態系統服務空間流轉路徑和生態系統服務價值流轉量，可得以下3個結論.

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

　　文中構建的生態系統服務空間流轉模型有一定的不足：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驗值，隨著對生態系統服務流轉規律認識的加深，需進一步提高其準確性;其次，在生態系統服務流轉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手段與數據信息，對生態系統服務流轉的路徑方向、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，周鎮宇1，萬榮榮

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