吳 曉,周忠學(xué)

陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 西安 710119

當(dāng)前中國城鎮(zhèn)化率超過58%,仍處于快速發(fā)展階段,隨著越來越多的人口進(jìn)入城市,城市土地使用緊張,城市綠地空間遭到擠壓,加之在過去城市發(fā)展中對綠地空間建設(shè)不夠重視,城市自然景觀減少,使城市生態(tài)環(huán)境問題突出,城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的可持續(xù)性受到挑戰(zhàn)。城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施(Urban Green Infrastructure,UGI)作為現(xiàn)代城市重要的景觀構(gòu)成,在營造城市自然環(huán)境、維系城市生態(tài)平衡[1]、提升城市品味與形象以及應(yīng)對全球氣候變化[2]等方面具有重要的作用。城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施(UGI)是城市內(nèi)部及其周邊的自然區(qū)域或者人工及半人工的綠色植被、水域等[3],還包括各類未開發(fā)地和保護(hù)區(qū)等開放性空間,這些區(qū)域相互連接而構(gòu)成的綠色空間網(wǎng)絡(luò)[4- 5],并且根據(jù)其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用分為生態(tài)源地(Hubs)和不同等級的生態(tài)廊道(Corridors)[6],在提供自然生態(tài)服務(wù)與人文服務(wù)以及城市生命支撐與保障[7]、維持區(qū)域人與自然和諧具有重要作用。

關(guān)于綠色基礎(chǔ)設(shè)施的研究最早出現(xiàn)在19世紀(jì)50年代[8],隨后UGI的空間規(guī)劃、體系構(gòu)建以及評估框架得到廣泛的研究,近年來重點(diǎn)轉(zhuǎn)向UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉的研究。國際上對UGI的調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)以及供給服務(wù)和支持服務(wù)等開展了大量研究,集中在UGI改善城市空氣質(zhì)量[9]、固定二氧化碳[10]、降低地表溫度[11-12]、緩解城市洪澇[13]等方面；此外,在保護(hù)和提高生物多樣性[14]、文化服務(wù)[15]、食物供給[16]等方面也有學(xué)者進(jìn)行許多有價值的研究。當(dāng)前有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求問題成為國際生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的熱點(diǎn),如Burkhard等[17]對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求進(jìn)行了定義,認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給是生態(tài)系統(tǒng)在特定時空條件下提供實(shí)物與服務(wù)的能力,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是指當(dāng)下一段時間內(nèi)被消耗或使用的總的生態(tài)系統(tǒng)實(shí)物或者服務(wù)；Beichler[18]建立了城市區(qū)域文化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布、供需關(guān)系以及脆弱性評價的綜合方法；Nedkov和Burkhard[19]基于多源數(shù)據(jù)對保加利亞北部Malki Iskar河流域洪水調(diào)節(jié)服務(wù)的供需關(guān)系進(jìn)行了分析；Schulp等[20]對歐盟地區(qū)生物授粉服務(wù)的供需進(jìn)行了研究,并分析了國家政策對生物授粉服務(wù)供需關(guān)系的影響；Syrbe和Grunewald[21]嘗試對六種不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需場景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求研究指標(biāo)進(jìn)行確定。這些研究主要對某一種或某一類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求進(jìn)行分析,綜合研究較少；以流域、盆地以及行政區(qū)等尺度的研究居多,而對街道辦、社區(qū)與居民小區(qū)等小微尺度的研究較少。國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究也形成了一系列成果,如嚴(yán)巖等[22]基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求和消費(fèi)特征的探討,提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)聯(lián)的研究框架,并梳理了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的量化指標(biāo)與方法；王大尚等[23]分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消費(fèi)的不確定性與多尺度關(guān)聯(lián)特征；白楊等[24]以白洋淀流域為例,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生、傳遞和消耗的過程定義了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的潛在供給、實(shí)際供給和人類實(shí)際需求,引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需比和供給率指標(biāo)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間供需關(guān)系進(jìn)行分析；王文美等[25]研究了天津市濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),采用“功能當(dāng)量”法測算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量,建立了由物質(zhì)文化(人均糧食、蔬菜需求和風(fēng)景名勝用地需求)、生態(tài)安全(日常用水量、水土保持率和生物多樣性指數(shù))和環(huán)境質(zhì)量(環(huán)境舒適度、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、空氣質(zhì)量和人均綠地面積)三個方面構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)需求測算指標(biāo)體系；彭建等[26]構(gòu)建了以土地利用開發(fā)程度、人口密度和地均GDP表征的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量測算指標(biāo),基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系提出了廣東省綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)分區(qū)方案；除此之外,顧康康[27]、石憶邵[28]、孟士婷等[29]在不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的測算方法與地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間分異研究方面也取得了一些進(jìn)展。但總體上當(dāng)前對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究還不夠深入,尤其是在需求指標(biāo)的選取和量化以及測算模型的構(gòu)建與精度提高上仍然存在一定困難,以UGI為對象對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需進(jìn)行綜合分析的研究較少,而且UGI具有重要的尺度特征,街道辦作為城市管理以及規(guī)劃建設(shè)的重要單元,從街道辦尺度探討城市不同功能區(qū)內(nèi)部UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究的空間關(guān)系,對于推動城市生態(tài)建設(shè)具有重要意義。

本文以西安市為例,擬運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理論與方法測算綠色基礎(chǔ)設(shè)施的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力,在街道辦尺度上采用人口、GDP以及土地利用指標(biāo)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求測評模型,對西安建成區(qū)UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的空間關(guān)系進(jìn)行分析,這對探索城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求關(guān)系,推動UGI規(guī)劃與建設(shè),構(gòu)建城市區(qū)域生態(tài)安全體系與保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

西安市地處關(guān)中平原中部,介于107°40′—109°49′E,33°42′ — 34°45′N之間。地勢自西南向東北方向傾斜,主要由渭河沖積平原、黃土臺塬和秦嶺山地構(gòu)成；屬溫帶半濕潤大陸性氣候,年均氣溫13.0—13.7℃,年均降水量為522.4—719.5mm。西安是我國著名的古都和國家中心城市、區(qū)域性中心城市以及絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的新起點(diǎn),城市發(fā)展歷史久遠(yuǎn)。1990s以來城市化快速推進(jìn),人口大規(guī)模聚集,城市用地迅速擴(kuò)張,2017年西安市常住人口超過960萬, 規(guī)劃2020年主城區(qū)人口規(guī)模達(dá)到1000萬,市域人口達(dá)到1500萬,城市化仍將加速推進(jìn)。隨著西安城市的擴(kuò)展與人口集中,城市熱島、霾等問題日益突出,UGI覆蓋明顯不足,近年來西安市實(shí)施了一些列綠地建設(shè)項目,如浐灞國家濕地公園、灃河生態(tài)景區(qū)、園林綠化景觀提升工程、國家生態(tài)園林城市建設(shè)等。2016年西安城市綠化面積達(dá)到225km2,建成區(qū)綠化覆蓋率達(dá)到40%,但由于綠化植被品種單一、綠地覆蓋率低、空間分布極不平衡等,為全市區(qū)居民提供自然景觀與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力有限。今后,隨著“一帶一路”倡議的落實(shí)、關(guān)中平原城市群和大西安建設(shè),西安市人口及城市用地將進(jìn)一步快速擴(kuò)張,優(yōu)化和構(gòu)建UGI空間格局對建設(shè)宜居城市、保障城區(qū)生態(tài)安全尤為迫切,因此,探討西安市UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間的空間關(guān)系具有重要的實(shí)踐意義。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

圖1 西安市UGI分布圖Fig.1 Study area UGI distribution

由于當(dāng)前學(xué)術(shù)界對城市建成區(qū)的劃分方法還不統(tǒng)一,在本研究中以建設(shè)用地超過60%的區(qū)域[30]并結(jié)合西安城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃布局狀況等確定研究區(qū)范圍。研究區(qū)綠色基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)的獲取主要基于“高分一號”影像,下載自國家基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺,利用ArcGIS10.2軟件目視解譯進(jìn)行提取,參考野外調(diào)查和近幾年西安市土地利用變化情況進(jìn)行精度驗證,主要包括林地、園地、耕地、草地、水域五類,柵格化后形成柵格大小為30m×30m的UGI的空間分布(圖1)。人口數(shù)據(jù)來源西安市第六次(2010)人口普查數(shù)據(jù),經(jīng)濟(jì)社會數(shù)據(jù)來源西安統(tǒng)計年鑒(2018)。

另外,研究中地表溫度反演所需數(shù)據(jù)來自Landsat8,從中科院國家基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺下載,經(jīng)過輻射校正和大氣校正后,基于輻射傳導(dǎo)法進(jìn)行地表溫度反演。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給測算

根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)以及前人對本區(qū)域的相關(guān)研究成果,以千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MA)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分類為基礎(chǔ),結(jié)合西安市UGI的主要生態(tài)系統(tǒng)類型和特征,將本研究區(qū)UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)確定為3大類共6項,并構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的測評指標(biāo)(表1)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測評指標(biāo)

2.1.1空氣凈化服務(wù)測算

空氣凈化服務(wù)是指植被通過吸收、吸附和降解大氣中污染物的作用,不同植被類型的葉片生理特征不同,吸附和滯留空氣污染物的能力也各有差異,本研究主要考慮不同植被類型對SO2、NOx、HF以及灰塵的凈化服務(wù)價值。

(1)

式中,Spollu表示單位面積UGI的年空氣凈化服務(wù)價值；Vij表示單位面積第i種UGI類型能夠吸附的第j種空氣污染物的物質(zhì)量；Uj表示人工凈化單位質(zhì)量第j種空氣污染物的花費(fèi),根據(jù)《2017年排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》確定SO2、氮氧化物的處理費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)分別為0.60元/kg、0.63元/kg,HF為0.87元/kg,灰塵為0.15元/kg。

2.1.2高溫調(diào)節(jié)服務(wù)測算

植被通過冠層的蒸騰作用能有效降低空氣溫度,同時通過遮光作用使周邊一定范圍內(nèi)溫度降低,所以夏季植被覆蓋區(qū)地表溫度要顯著低于建筑區(qū)[31],這種降溫作用就是植被的高溫調(diào)節(jié)服務(wù)。地表溫度與近地面大氣溫度之間具有顯著的線性相關(guān)性[32],地表溫度可以間接反映近地面大氣溫度,因此可以用植被覆蓋區(qū)地表溫度與城市建筑區(qū)的地表溫度之差來評估植被的高溫調(diào)節(jié)服務(wù),所用地表溫度通過遙感影像反演獲取,最終構(gòu)建植被的高溫調(diào)節(jié)服務(wù)測算模型。

Stemp=(Ti-Tb)·ξ·C

(2)

式中,Stemp表示單位面積不同類型UGI的年高溫調(diào)節(jié)價值；Ti表示第i種UGI覆蓋區(qū)的地表溫度；Tb表示建筑區(qū)的地表溫度；ξ表示近地面2m處大氣溫度相對地表溫度的變化率；C表示單位空間人工降溫花費(fèi),采用目前環(huán)?？照{(diào)降溫系統(tǒng)的平均成本13.17元/m3,年降溫時間按60d、每天10h計算。

2.1.3其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測算

本研究的固碳釋氧、水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)和娛樂文化等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的測算主要參考李夢桃等[30,33]人研究成果。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求模擬

當(dāng)前對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的測評主要采用一些代用指標(biāo),如綜合考慮人口密度、土地開發(fā)程度、地均GDP[26,34]、夜間燈光指數(shù)[27]等經(jīng)濟(jì)社會數(shù)據(jù),也有學(xué)者通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)的重要性和服務(wù)可替代性等的主觀偏好參數(shù)來進(jìn)行衡量[35]。居民是UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求者與消費(fèi)者,經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地的利用狀況在很大程度上會影響UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,因此,本文選擇人口密度、建設(shè)用地占比和地均GDP作為代用指標(biāo)來模擬測度UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,并根據(jù)影響程度分別對人口密度和地均GDP以及土地利用情況分別賦權(quán)為0.4和0.6。陜西省實(shí)施退耕還林的面積較大,這對地表覆蓋的影響較大,而退耕還林可以認(rèn)為是人們放棄部分耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),獲取最大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的過程,所以用陜西省退耕還林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)以及西安市人均耕地面積修正人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求價值,最終構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求綜合模型。

(3)

式中,D表示各街道辦生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求；Pd表示街道辦人口密度；B表示陜西省退耕還林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),包含生活補(bǔ)助：1350元/hm2,R表示西安市人均耕地面積,約0.03hm2/人；Lj表示街道辦總面積,Ljs表示街道辦建設(shè)用地面積；GDPj表示各街道辦的地均GDP。

此外,對UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求空間關(guān)系的定量分析,運(yùn)用SPSS軟件對各類UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需測評結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析,對西安市建成區(qū)綠色基礎(chǔ)設(shè)施的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的空間關(guān)系進(jìn)行探討。

3 結(jié)果分析

3.1 UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給空間格局分析

本研究區(qū)面積為811.65km2,其中UGI所占面積為304.47km2,占西安市建成區(qū)面積比為37.51%。UGI集中分布在研究區(qū)邊緣地帶,斑塊面積大而集中；而中心區(qū)核心斑塊數(shù)量少,斑塊破碎化程度高,斑塊連通性微弱,城市的方格狀道路建設(shè)致使較大規(guī)模的景觀廊道缺乏,主要廊道分布在研究區(qū)東部的灃河沿線、中心區(qū)域古城墻護(hù)城河沿線以及漢城湖等地區(qū),此外,城市二環(huán)線沿線綠化帶構(gòu)成的廊道較為完整。

通過計算得到UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總供給達(dá)到4.23億元,UGI及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類測算結(jié)果如(表2)。其中林地與園地所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在總供給中占有最重要地位,而在各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給中的固碳釋氧供給與水源涵養(yǎng)服務(wù)最為突出。

表2 西安市建成區(qū)各類UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/萬元

受UGI主要斑塊空間格局的影響,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總供給的空間分布表現(xiàn)出從中心區(qū)域向周邊逐漸遞增的特點(diǎn)(圖2、圖3)。

研究區(qū)邊緣的草灘、徐家灣、辛家廟和紅旗等街道辦UGI斑塊面積較大,而且瀕臨渭河,沿線生態(tài)廊道保護(hù)較好,建設(shè)用地占比相對較小,而如未央宮街道辦、柏樹林街道辦等受益于大面積遺址保護(hù)區(qū)和城市公園,這些遺址保護(hù)區(qū)或者公園占地面積廣,植被覆蓋率高,是重要的生態(tài)源地,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總供給服務(wù)較高,單位面積提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給較高。但是,從居民對服務(wù)供給的可獲得性以及通達(dá)性來看,某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能夠影響整個研究區(qū),如城墻的娛樂文化服務(wù)具有全局性作用。水源涵養(yǎng)供給在各類服務(wù)供給中異常突出,主要貢獻(xiàn)來源為水域和園地、林地,水域主要分布于渭河、灞河沿岸以及大型公園如曲江公園等,因此草灘、席王、六村堡等區(qū)域水源涵養(yǎng)服務(wù)偏高。而漢城湖遺址公園、大唐芙蓉園、曲江公園等地方,水域面積相對較大,這些水域還在文化娛樂等方面也發(fā)揮了重要作用。園地和林地面積基本都在20hm2以下,核心斑塊嚴(yán)重缺乏,面積相對較大園地和林地斑塊主要分布于大型公園,如興慶公園、漢長安城遺址公園等,此外城市環(huán)線的綠化帶以及灞河、灃河沿岸也具有較高的水源涵養(yǎng)服務(wù)。在城市中心區(qū),由于天然林地少,幼林、疏林占比大,且大部分休閑綠地為草皮和低矮灌木,這些植被單位面積上提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價值沒有自然成年林高,因此,水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)、熱島調(diào)節(jié)等方面服務(wù)供給遠(yuǎn)不如研究區(qū)邊緣地區(qū)。

圖2 UGI生態(tài)系統(tǒng)供給總量圖Fig.2 Distribution of total UGI ecosystem services supply

圖3 UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)地均供給圖Fig.3 Distribution of UGI ecosystem services supply density

大型UGI斑塊能夠較為完整地體現(xiàn)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的局部臨近性、使用遷移性以及全局性特點(diǎn),其空間布局往往能夠較明顯地提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給,因而大型遺址公園在綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給上表現(xiàn)突出,尤其是文化娛樂供給具有全局性。通過計算,統(tǒng)計了六個大型遺址公園的娛樂文化價值超過100萬元,以大明宮遺址公園為例,位于研究區(qū)中心以北,公園面積為3.2km2,涵蓋了較大面積的水面,景色優(yōu)美,被看作是西安市的“城市中央公園”,為全市居民提供了良好的休憩娛樂以及文化創(chuàng)意普及場所,同時它也是絲綢之路文化遺產(chǎn)的重要組成部分。西安市政府對大明宮遺址公園進(jìn)行了較為全面的保護(hù)與建設(shè),充分發(fā)掘其文化價值內(nèi)涵,以其具有深厚歷史背景的文化遺跡和優(yōu)美的古城風(fēng)景,吸引無數(shù)游客,發(fā)揮了重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

3.2 UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的空間格局分析

經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展需要消耗生態(tài)系統(tǒng)提供的各類實(shí)物與服務(wù),不同區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求不同,而人口密度、建設(shè)用地占比以及地均GDP等指標(biāo)能夠最為直接地表現(xiàn)不同區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求程度。通過制圖得到各街道辦人口密度、建設(shè)用地占比、地均GDP以及綜合需求的空間分異圖(圖4)、(圖5)。統(tǒng)計得到人口密度超過1萬人/km2的街道辦共有32個,占研究區(qū)總?cè)丝跀?shù)的57.62%,集中于研究區(qū)中心區(qū)域,人口最為密集,而研究區(qū)邊緣區(qū)域尤其是西南部和北部區(qū)域幾個街道辦,人口密度明顯低于中心區(qū)域。長期以來,中心區(qū)域是商貿(mào)活動最為頻繁的地區(qū),經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出最多,單位面積GDP產(chǎn)出最高,而人口與經(jīng)濟(jì)活動的集中也促使建設(shè)用地高度集中,導(dǎo)致研究區(qū)中心的各街道辦建設(shè)用地占比明顯高于邊緣區(qū)域,形成了中心區(qū)與邊緣區(qū)在建設(shè)用地占比上的兩極分化。以小寨街道辦為例,街道辦面積為7.1km2,而人口密度達(dá)到38911人/km2,是西安市商業(yè)、服務(wù)業(yè)以及文化娛樂中心,同時這里也是建設(shè)用地占比最高的幾個街道辦之一,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求多。

人口密度、地均GDP以及建設(shè)用地占比向中心區(qū)域的集中也使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合需求向研究區(qū)中心區(qū)域集中,以柏樹林街道辦等為代表的區(qū)域是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求最高的區(qū)域,而在研究區(qū)邊沿,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求顯著降低,如草灘街道辦等則是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求最低的區(qū)域。

圖4 UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指標(biāo)空間分異圖Fig.4 Population density,GDP per area and proportion of construction land

3.3 UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間關(guān)系分析

參考西安市主城區(qū)規(guī)劃與各個街道發(fā)展規(guī)劃,將研究區(qū)的56個街道辦劃分為4個城市功能區(qū)(圖6)。對各個功能區(qū)內(nèi)街道辦的UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各類供給與需求進(jìn)行相關(guān)性分析,得到相關(guān)性系數(shù)表(表3)。

圖5 各街道辦UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合需求Fig.5 Demand for UGI ecosystem services in streets

圖6 城市功能分區(qū)圖Fig.6 Urban functional zoning

表3 UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各供給指標(biāo)與需求相關(guān)系數(shù)表

*表示相關(guān)性在0.05水平上顯著(雙尾)； **表示相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙尾)

總體來看,西安市建成區(qū)各街道UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總供給與需求總量之間的相關(guān)系數(shù)為-0.177,且未通過顯著性檢驗,表明西安市UGI提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間不存在明確的空間相關(guān)。但是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與各項服務(wù)供給之間普遍存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)在0.6左右,并有部分通過了顯著性檢驗,表明不同的UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間存在較顯著的空間不匹配性,需求越大的區(qū)域供給反而比較小,這個與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給以及需求測算結(jié)果一致,從中心區(qū)向邊緣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給逐漸增加而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求逐漸降低。主要原因是長期以來城市發(fā)展理念落后,以西安古城墻為中心的老城區(qū)在發(fā)展過程中對UGI建設(shè)沒有引起足夠的重視,加之原有綠色植被遭到嚴(yán)重破壞,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給不足或者下降,而隨著城市的擴(kuò)展以及生態(tài)建設(shè)理念的融入,研究區(qū)邊緣各街道辦UGI的規(guī)劃與布局增加,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給提高；另外,隨著人口向城市中心區(qū)的高度集聚,人口密度、建設(shè)用地、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出普遍增加促使中心區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的增加。在各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中僅有娛樂文化服務(wù)供給未表現(xiàn)出明顯相關(guān)性,其余類型UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需相關(guān)性上都表現(xiàn)得較為明顯,這主要與研究區(qū)的各種歷史遺址景區(qū)以及公園的分布有有關(guān),這些景區(qū)與公園的娛樂文化價值遠(yuǎn)高于的城市綠地公園,但是其空間分布缺乏規(guī)律性,從而使得這些景區(qū)和公園所在的街道辦娛樂文化供給遠(yuǎn)高于其他街道辦。

在不同城市功能區(qū),不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求之間的空間關(guān)系存在顯著的差異。在綜合工業(yè)區(qū),大部分UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間具一定的負(fù)相關(guān)性,尤其固碳釋氧服務(wù)、高溫調(diào)節(jié)服務(wù)、水源涵養(yǎng)服務(wù)以及生物多樣性供需空間錯位比較嚴(yán)重,相關(guān)系數(shù)絕對值均大于0.5,在0.05水平上顯著；而其他幾項服務(wù)供需之間的相關(guān)系數(shù)較低且未通過顯著性檢驗,其關(guān)系尚難以確定。該功能區(qū)內(nèi)工業(yè)發(fā)展歷史長,是西安市傳統(tǒng)的工業(yè)單位聚集地,人口和工廠密集,建設(shè)用地連片,UGI空間分布少,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求明顯高于供給,表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間錯位。但是工業(yè)園區(qū)普遍占地較廣,適合UGI的規(guī)劃與布局,不僅可以增加UGI核心斑塊的面積,還可以通過休憩小道的建設(shè)改善斑塊之間的連通性。以固碳釋氧、高溫調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)等服務(wù)的改善為目標(biāo),選擇固碳釋氧能力較強(qiáng),氣候調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等的植物類型,同時為了應(yīng)對工廠生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的有害氣體、廢水、廢渣等,選擇性種植對有害物質(zhì)的抗性或者凈化能力較強(qiáng)的植物種群。

科教綜合區(qū)主要分布在西安的南部,該功能區(qū)內(nèi)固碳釋氧、高溫調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)以及生物多樣性保護(hù)的供需之間也存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)絕對值總體上高于0.7,生態(tài)系統(tǒng)供給與需求之間的空間不平衡性更加顯著。本區(qū)域內(nèi)高校及科研機(jī)構(gòu)聚集,分布有西安高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、航空航天基地、諸多大學(xué)校區(qū)和大型住宅區(qū),大部分地區(qū)為1990s以來西安市新發(fā)展起來的建成區(qū),各種UGI分布較多,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較強(qiáng),但是在城市發(fā)展過程中人口的大量聚集,人口密度、建設(shè)用地快速增加,加大UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,因而UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需不平衡比較嚴(yán)重。通過增強(qiáng)各科技園區(qū)、校園等的UGI設(shè)計,提高植被覆蓋質(zhì)量,同時抓住其靠近城市邊緣的優(yōu)勢,加強(qiáng)與邊緣地區(qū)的連通廊道的規(guī)劃建設(shè),推動生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從外部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給高的地區(qū)向區(qū)域內(nèi)流動。在城市擴(kuò)展的過程中加強(qiáng)對原有植被的保護(hù),以及通過融合“城市森林大道”以及“重地被,弱中層,強(qiáng)上木”等道路綠化設(shè)計理念,在城市道路建設(shè)的過程中強(qiáng)化生態(tài)建設(shè)以增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。

在城市的商貿(mào)旅游區(qū)和生態(tài)旅游區(qū),相關(guān)分析結(jié)果表明UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間的空間相關(guān)性尚難確定。從分析結(jié)果來看, UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各供給指標(biāo)與需求之間的相關(guān)性差異較大,但均沒有通過顯著性檢驗,即相關(guān)性分析結(jié)果不可靠。因此,在這兩個城市功能區(qū),UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間是否具有相關(guān)性尚不能確定。

商貿(mào)旅游區(qū)是西安的老城區(qū)和城市核心區(qū),商業(yè)貿(mào)易發(fā)達(dá),人口密度大、流動人口多,建設(shè)用地占比和地均GDP普遍高于其他功能區(qū),而提供高水平生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施分布較少,空間分布上呈現(xiàn)破碎的點(diǎn)狀、線狀格局,不同街道辦內(nèi)的UGI分布差別大,如有興慶公園、長樂公園和環(huán)城公園,這些公園較大程度地提高了其所在街道辦生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給,但大部分地區(qū)均呈空白,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給普遍較低。這個功能區(qū)內(nèi)土地利用高度集中,更加不可能通過大面積的植樹造林蓋上UGI狀況,但是通過建筑物的綠色改造,如外墻的藤本植物覆蓋,綠墻和花墻的建設(shè),加強(qiáng)屋頂綠化,在建筑物間隙穿插修建規(guī)模不等的景觀綠植以及商鋪店面內(nèi)各類綠色盆栽的擺放,通過微觀的調(diào)整增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。

生態(tài)旅游區(qū)主要分布在渭河以及灞河沿線,這些地方植被覆蓋較高,自然植被較廣,水域面積多,大部分地方作為城市文化產(chǎn)業(yè)公園,如曲江池、浐灞生態(tài)園、漢城遺址公園等,綠色基礎(chǔ)設(shè)施較廣,能夠提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較多,而且不同街道辦的UGI分布程度差異很大,而且人口密度、地均GDP等對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求有重要影響,所以GUI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需在空間上很難匹配。但是總體上該區(qū)域的UGI基礎(chǔ)條件最好,加上《大西安發(fā)展規(guī)劃》中極力強(qiáng)調(diào)建設(shè)渭河濱水景觀帶以及浐灞沿線生態(tài)帶的建設(shè),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給有望能夠繼續(xù)提升。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)西安市建成區(qū)UGI總體呈邊緣區(qū)UGI較好、中心區(qū)UGI面積小、斑塊破碎的空間格局,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總供給超過4.23億元,水源涵養(yǎng)作用以及廢物處理服務(wù)占比最大,均在20%以上。總體上,綠色基礎(chǔ)設(shè)施提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有從城市中心向外圍逐漸遞增的空間特點(diǎn),市區(qū)各街道辦之間也存在顯著的差異。

(2)西安市建成區(qū)人口密度、地均GDP以及建設(shè)用地占比均表現(xiàn)出明顯的從周邊向市中心逐漸遞增的空間特點(diǎn),也使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求從邊緣向中心區(qū)逐漸增加,受人口和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)空間分布的影響,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求從邊緣向中心區(qū)逐漸增加。

(3)西安市建成區(qū)各街道辦UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給總量與需求之間相關(guān)性僅為-0.177,但是固碳釋氧、高溫調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間相關(guān)性在-0.6左右。綜合工業(yè)區(qū)除娛樂文化服務(wù)以外其余各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需之間具有較強(qiáng)負(fù)相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)超過-0.5,而科教綜合區(qū)除娛樂文化以外其余各類供給與需求之間的相關(guān)性顯著,相關(guān)系數(shù)-0.8左右,其余各功能區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各類供給與需求之間相關(guān)性不確定。

4.2 討論

當(dāng)前學(xué)術(shù)界對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究主要偏重于供給方面,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益主體劃分等比較困難,因此,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的定量測評仍然是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究的難點(diǎn),尤其以UGI為研究對象對城市不同功能區(qū)UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間關(guān)系的研究更少。本文從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的新視角,揭示了城市不同功能區(qū)內(nèi)UGI及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給以及受人口密度等因素影響下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求之間的空間規(guī)律,這對探討城市發(fā)展過程中的城市生態(tài)建設(shè)與人口產(chǎn)業(yè)空間規(guī)律具有一定的科學(xué)意義。

由于目前對UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的研究仍然不夠完善,本文只根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)選擇了UGI提供的幾個主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)沒有考慮更多的服務(wù)類型,比如洪水調(diào)節(jié)、花粉過敏等,在需求的測算方面,只考慮了人口密度、地均GDP以及建設(shè)用地占比情況作為需求測算的考慮因素,沒有考慮更多的因素如居民偏好等方面,因而,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的測算指標(biāo)也有待進(jìn)一步完善。

西安市建成區(qū)UGI不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的空間分異明顯,尤其是研究區(qū)中心區(qū)域形成了UGI生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的高值區(qū)和供給的低值區(qū),表明西安市的UGI建設(shè)與人口及產(chǎn)業(yè)的空間分布存在空間錯位。為了促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需區(qū)域平衡,應(yīng)當(dāng)著重強(qiáng)調(diào)UGI的規(guī)劃與建設(shè)。在當(dāng)前無法顯著增加建成區(qū)內(nèi)部UGI用地的現(xiàn)實(shí)條件下,首先可以提高現(xiàn)有景觀斑塊質(zhì)量,如2018年西安市實(shí)施的春季植樹增綠計劃,通過對原有的UGI進(jìn)行提升改造,強(qiáng)化部分地區(qū)的植被覆蓋度；此外,為增強(qiáng)夏季高溫時節(jié)的溫度調(diào)節(jié)作用,適當(dāng)增加冠幅較大樹種的種植；同時通過加強(qiáng)針葉林與灌木林的立體搭配加強(qiáng)對粉塵吸收作用等。其次,通過完善和修復(fù)現(xiàn)有廊道提高UGI斑塊之間的連通性,加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給高值區(qū)向低值區(qū)的流動,如通過地下通道以及立交橋等工程措施將研究區(qū)唐延路西側(cè)斷續(xù)的唐城墻遺址連成一條完整的寬度約100m,長度超過5km的城市帶狀廊道,這可以有效促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從研究區(qū)西南角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)向建成區(qū)中心的流動。最后,加強(qiáng)城市綠色工程技術(shù)的運(yùn)用,如2018年實(shí)施的道路兩側(cè)植樹增綠美化工程,通過立體造型、鮮花擺放、花墻建設(shè)等,屋頂綠化和建筑外墻藤本綠化等可以在不同尺度與空間下通過提升UGI建設(shè)增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。