李科 汪丹 孔祥斌

摘要：對湖南省生態(tài)服務(wù)價值和不同層級交通可達性進行測算，以區(qū)（縣）為基本單元，使用地理加權(quán)回歸模型，揭示了與不同層級城市聯(lián)系的交通可達性對生態(tài)服務(wù)價值的影響。研究發(fā)現(xiàn)，縣級城市交通可達性對生態(tài)服務(wù)價值的負面影響由長沙-株洲-湘潭城市群向外圍逐漸減弱，并在湘西南地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬗绊憽５丶壋鞘薪煌蛇_性對生態(tài)服務(wù)價值的影響機制與縣級城市類似，且負面影響的范圍有沿鐵路向西北蔓延的趨勢。大型城市交通可達性對整個湖南省的生態(tài)服務(wù)價值都具有正面影響，以東部最強。在考慮不同地區(qū)不同層級交通可達性對生態(tài)服務(wù)價值影響存在差異的基礎(chǔ)上，采取適合當?shù)氐慕煌ɑA(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級策略，在促進社會經(jīng)濟發(fā)展的同時維護和提升區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值。

關(guān)鍵詞：交通可達性;生態(tài)服務(wù)價值;不同層級;地理加權(quán)回歸

中圖分類號：F301.2? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）02-0070-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.02.016? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

隨著可持續(xù)發(fā)展需求的日益迫切，居民對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，社會經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)功能的影響逐步引起關(guān)注，生態(tài)功能的維護成為可持續(xù)發(fā)展的重要議題[1]。生態(tài)服務(wù)價值是衡量生態(tài)功能的一種常用方法，陳彧等[2]利用GWR模型進一步對湖北省生態(tài)服務(wù)價值的影響因素進行了研究，證實了人口、產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和城鎮(zhèn)化水平對生態(tài)服務(wù)價值有顯著影響，且存在明顯的空間差異，但忽略了交通這一對人口和物質(zhì)流動產(chǎn)生決定性影響的重要因素。同時，大量研究[3-5]基于可達性分析區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與交通網(wǎng)絡(luò)水平的空間分異規(guī)律及交通網(wǎng)絡(luò)空間格局演變引起的經(jīng)濟效應(yīng)，證明了交通基礎(chǔ)設(shè)施的配置與優(yōu)化作為社會經(jīng)濟發(fā)展的前提和結(jié)果，卻少有對生態(tài)功能的影響機理和影響程度的探討，亟待進一步研究。另外，生態(tài)服務(wù)價值和交通可達性的測度方法在最近的相關(guān)研究中都得到了不同程度的改進。生態(tài)服務(wù)價值的計算標準除了在不同地區(qū)存在差異外，生物量的大小也是決定性因素[6]，有學(xué)者利用歸一化植被指數(shù)（NDVI，Normalized Difference Vegetation Index）從植被茂盛程度的差異出發(fā)，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了修正[7]。在可達性的測度中，由于存在研究區(qū)域外部邊界難以明確的問題，大多數(shù)研究在評價區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)條件時，將研究區(qū)域看作封閉的“孤島”進行研究，對研究區(qū)域與外部的交通聯(lián)系缺乏系統(tǒng)考慮[8]，導(dǎo)致可達性測算結(jié)果受到研究區(qū)域邊界的限制，難以準確反映區(qū)域的交通條件。因此，王璐等[9]在相關(guān)研究中關(guān)注到研究區(qū)與外圍地區(qū)的聯(lián)系，大幅提高了可達性計算的科學(xué)性和真實性。

基于此，本研究以湖南省為例，以社會經(jīng)濟因素為控制基礎(chǔ)，引入交通可達性，采用地理加權(quán)回歸模型分析區(qū)域可達性對生態(tài)服務(wù)價值的影響。在空間可達性測度中，運用網(wǎng)絡(luò)分析中的時間成本算法，考慮了與大型城市、地級城市、縣級城市聯(lián)系的便捷程度，分析了與不同層級城市聯(lián)系的空間可達性，以期為理解和認知湖南省生態(tài)風(fēng)險的空間分布規(guī)律與交通網(wǎng)絡(luò)格局提供科學(xué)支撐，為湖南省的區(qū)域發(fā)展與環(huán)境保護策略提供參考。

1? 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1? 數(shù)據(jù)來源與處理

生態(tài)服務(wù)價值計算使用2014年土地利用數(shù)據(jù)，選用精度為30 m×30 m的Landsat 7 ETM+遙感影像，利用遙感圖像ENVI處理軟件對上述影像進行輻射校正和大氣校正，以1∶5萬地形圖為參照地理數(shù)據(jù)，采用二次多項法對影像進行幾何校正獲得。根據(jù)中國土地利用現(xiàn)狀分類系統(tǒng)，結(jié)合研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀特點，利用監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類兩種方法，將湖南省土地分為6種土地利用類型，即耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地，最終形成GRID格式的土地利用數(shù)據(jù)。NDVI值來源于美國宇航局Terra衛(wèi)星MODIS傳感器所觀測到的中國500 m×500 m分辨率NDVI的逐旬合成數(shù)據(jù)。計算交通可達性所使用的公路鐵路數(shù)據(jù)通過對《中國分省地圖冊》2016年版[10]中的鐵路、高速公路、國道、省道和縣道進行矢量化和幾何校正處理獲得。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自《湖南省統(tǒng)計年鑒2015》[11]，并以湖南省122個縣（市、區(qū)）為評價單元進行統(tǒng)計。

1.2? 研究方法

1.2.1? 生態(tài)服務(wù)價值測算? 生態(tài)系統(tǒng)中形成和保有的生態(tài)服務(wù)功能可以通過生態(tài)服務(wù)價值來量化評估，本研究依據(jù)肖玉等[12]在Costanza等[13]發(fā)布的評估方法的基礎(chǔ)上改進的適用于中國生態(tài)服務(wù)價值當量因子表，計算湖南省各縣（市）的生態(tài)服務(wù)價值，并以歸一化植被指數(shù)（NDVI）為參考進行生物量修正。該表定義1 hm2耕地的食物生產(chǎn)價值當量為1，其他各類生態(tài)服務(wù)價值的當量因子則參考相對于耕地食物生產(chǎn)功能的相對大小而確定，單位面積耕地的食物生產(chǎn)價值與當年市場糧食平均價格的1/7相當，計算公式如下：

式中，V為單位耕地提供的食物生產(chǎn)功能的價值（元/hm2）;i為農(nóng)作物類型，水稻、小麥、玉米是湖南省主要的糧食作物;pi為i種糧食作物平均價格（元/t）;ci為i種糧食作物單產(chǎn)（t）;ai為第i種糧食作物面積（hm2）;A為糧食作物總面積（hm2）。

根據(jù)各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值當量因子，可計算出每種地類的單位面積生態(tài)服務(wù)價值，利用公式（表1），最后依據(jù)各縣（市）每種地類的面積對生態(tài)服務(wù)價值進行測算和統(tǒng)計，得到各縣（市）的地均生態(tài)服務(wù)價值。

植物本體和外部環(huán)境差異導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值在各系統(tǒng)內(nèi)部存在不可忽視的各向異性，已有研究結(jié)果[14，15]表明，區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值與其生物量總量成正比，故可根據(jù)不同評價單元生物量總量的差異對生態(tài)服務(wù)價值的測算結(jié)果進行修正。直接計算生物量受數(shù)據(jù)來源的限制相對困難，而已有研究[16，17]表明，植被覆蓋度與生物量成正比，首先對各縣（市）所有柵格的NDVI數(shù)值按極差法完成標準化處理和統(tǒng)計匯總，然后用以下公式對生態(tài)服務(wù)價值進行修正。

1.2.2? 交通可達性測算? 空間可達性反映了空間聯(lián)系的便捷程度，是度量區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及地域?qū)ν饴?lián)系的重要指標。本研究在對可達性進行測度時，運用網(wǎng)絡(luò)分析中的時間成本（Time Cost）方法，使用了基于最小阻抗的可達性分析方法，以評價區(qū)域中心點至所有目的地點的平均最小阻抗作為該區(qū)域的通達性評價指標?；谧钚∽杩沟耐ㄟ_性分析方法應(yīng)用非常廣泛，它不考慮出行目的，僅對路網(wǎng)作一般性評價[18]，計算公式如下：

式中，Ai表示網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點i的可達性，A為交通網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點的平均可達性;Dij表示節(jié)點i、j之間的最低阻抗。Ai值越小，表明節(jié)點i的平均可達時間越短，可達性越好，反之則可達性相對較差。在可達性計算時，采用網(wǎng)絡(luò)分析中的時間成本方法生成500 m×500 m精度，共計846 884個柵格的時間成本柵格文件，計算道路網(wǎng)絡(luò)中最短時間距離作為最小阻抗。參考中國《公路工程技術(shù)標準（JTGB01-2014）》[19]規(guī)定的道路設(shè)計速度基礎(chǔ)上適當降低，按照高速公路100 km/h，國道80 km/h，省道60 km/h，縣道50 km/h的標準計算陸地的時間成本。鐵路則參考相關(guān)研究[20]，按照120 km/h計算。在計算與縣級城市和地級城市聯(lián)系的交通可達性時，參考國道和省道的1 h可達范圍，分別將湖南省外部60、80 km范圍內(nèi)的區(qū)域納入分析范疇;在計算與大型城市聯(lián)系的交通可達性時，則考慮省內(nèi)以及與湖南省接壤的省份中的大型城市，包括長沙、武漢、南昌、廣州、深圳、重慶、貴州、南寧，以求減少將研究區(qū)作為封閉“孤島”進行分析所帶來的誤差[9]。在以縣（市）為研究單元的分析中，可達性取各縣（市）范圍內(nèi)所有柵格的平均值。

1.2.3? 地理加權(quán)回歸模型? GWR是一種改進的局部線性回歸模型，通過引入地理坐標位置對傳統(tǒng)的回歸模型進行了擴展，與傳統(tǒng)的多元線性回歸模型相比，回歸系數(shù)在每個樣點上具有獨立性[21]。隨空間上局部地理位置變化而變化的變數(shù)，它更能較好地揭示經(jīng)濟變量之間的空間依賴性，設(shè)湖南省某縣市地均生態(tài)服務(wù)價值為Yi，第i個縣市的地理坐標為（μi，vi），解釋變量矩陣為Xki，構(gòu)建GWR模型為：

式中，Yi為生態(tài)服務(wù)價值，？茁1為交通可達性回歸系數(shù)，？茁2為城鎮(zhèn)化水平回歸系數(shù)，？茁3為人口密度回歸系數(shù)，？茁4為地均第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值回歸系數(shù)，？茁5為地均第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值回歸系數(shù)，？茁6為地均第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值回歸系數(shù)，？茁7為地均固定資產(chǎn)投資額回歸系數(shù)，？著i為常數(shù)項。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 生態(tài)服務(wù)價值的空間分布

通過前文所述方法得到分辨率為30 m×30 m的生態(tài)服務(wù)價值分布情況，以縣（市）為研究單元進行匯總并取平均值，采用地均生態(tài)服務(wù)價值進行地區(qū)間的橫向比較，以消除評價單元面積規(guī)模差異的影響。整體上看，湖南省土地生態(tài)服務(wù)價值平均值為37 114.56元/hm2，最高為郴州市資興縣（50 151.11元/hm2），最低為長沙市芙蓉區(qū)（4 123.50元/hm2）。通過自然斷點分級法將2014年湖南省各縣（市）的地均生態(tài)服務(wù)價值分為5級，高生態(tài)服務(wù)價值區(qū)主要位于湘西武陵山脈、湘東羅霄-幕阜山脈以及湘南南嶺山脈，而洞庭湖平原、長沙市區(qū)周邊和資水流域則是生態(tài)服務(wù)價值較低的縣（市）集中分布的區(qū)域。

2.2? 不同層級交通可達性的空間分異

縣級城市可達性主要受省道和縣道覆蓋密度的控制，空間分布呈現(xiàn)為以縣級城市政府城駐地為中心沿公路向四周逐層擴散衰減的放射狀圈層結(jié)構(gòu)。以縣級城市政府駐地為中心的內(nèi)圈交通可達性較好，可達時間在0.5 h以內(nèi)，即從這些區(qū)域內(nèi)任意地點出發(fā)均可在0.5 h內(nèi)到達研究區(qū)內(nèi)部的某個縣級城市政府駐地。研究區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域可達時間分布在1.0 h以內(nèi)，僅有西北部的懷化市沅陵縣和張家界市桃源縣存在連片的可達時間大于1.0 h的低可達性地區(qū)。

國道和省道的覆蓋密度決定了到地級城市的交通可達性的高低，目前湖南省地級城市可達性東部優(yōu)于西部的格局比縣級城市可達性更為顯著。地級城市中心區(qū)域及其鄰近地區(qū)的可達時間明顯更短。值得注意的是，將分析區(qū)域擴展到湖南省行政邊界范圍之外的方法改進，使得到地級城市的可達性評價結(jié)果相比傳統(tǒng)方法下研究區(qū)中心區(qū)域可達性優(yōu)，邊緣區(qū)域可達性差的偏差得到有效降低。例如，位置處在湖南省外圍的常德、岳陽、郴州等市附近可達性并不差，尤其岳陽市與湖北省鄰近的多個地級城市之間緊密聯(lián)系，具有極高的可達性。而湘西、張家界、常德北部，以及懷化、永州南部可達性較差則是由于當?shù)氐匦蔚孛矎?fù)雜，且省道覆蓋度低導(dǎo)致的，與其地處研究區(qū)邊緣的空間位置無關(guān)。除西部山區(qū)外，研究區(qū)可達時間較長區(qū)域還包括中部的安化縣、東部的平江縣和炎陵縣等地，直接原因可能是這些區(qū)域與地級城市駐地的距離較遠，在公路網(wǎng)絡(luò)覆蓋不佳的情況下表現(xiàn)得更加明顯。

大型城市交通可達性主要由空間距離和高速鐵路、高速公路的建設(shè)情況決定，在空間分布呈現(xiàn)出長沙周邊區(qū)域最優(yōu)，東北部次之，西部和南部差的格局。這與地級城市層級交通可達性格局大體相似?？梢娫诖笮统鞘袑蛹墸鲜〈蟛糠值貐^(qū)除了與省會長沙市的聯(lián)系最為緊密外，與距離其較近，周邊路網(wǎng)發(fā)達的武漢市和南昌市之間的聯(lián)系也相對便捷。西側(cè)大型城市重慶市、貴陽市和南寧市則由于距離遠且交通條件較差，對湖南省西部的輻射能力較弱。研究區(qū)以南的外圍區(qū)域雖然路網(wǎng)發(fā)達，但因距離廣州市、深圳市較遠，削弱了受到輻射的影響。

2.3? 不同層級交通可達性對生態(tài)服務(wù)價值的影響

縣級城市可達性較系數(shù)為負的區(qū)域主要分布在中部益陽-長沙-湘潭-株洲一線，可達性越差生態(tài)服務(wù)價值越高。在長株潭城市群，隨著生產(chǎn)要素的聚集，土地城鎮(zhèn)化在空間上連片的趨勢日益明顯，土地利用的劇烈變化會顯著拉低生態(tài)服務(wù)價值。縣級城市可達性對生態(tài)服務(wù)價值的負面影響由中部向南北方向遞減，在西南部的邵陽市和懷化市等地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)占GDP比例偏高，交通可達性的改善能夠促進區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展，加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級與轉(zhuǎn)型，因此對生態(tài)服務(wù)價值有正面影響。

地級城市可達性系數(shù)的負值區(qū)與縣級城市層級類似，沿著鐵路和高速公路向西北方向有一定擴散。主要分布在西北至中部的張家界-常德-益陽-湘潭一線，該區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價值高且地級城市可達性較差。相比縣級城市層面，地級城市可達性的提高會帶來更多規(guī)?；纳a(chǎn)活動，引起土地向非農(nóng)地快速轉(zhuǎn)移。同時，高生態(tài)服務(wù)價值區(qū)的生態(tài)環(huán)境相對更易被破壞，這將導(dǎo)致西北山區(qū)地級城市可達性的負面影響更加顯著。

大型城市可達性對生態(tài)服務(wù)價值的影響比縣級、地級層級更加平穩(wěn)，區(qū)域差異性降低，且在湖南省全境都表現(xiàn)為正面影響。與大型城市的緊密聯(lián)系能夠加速先進生產(chǎn)方式對落后生產(chǎn)方式的替代，從而減少生產(chǎn)活動對生態(tài)環(huán)境的破壞。東部由于距離長沙市、南昌市、廣州市、深圳市等大型城市較近，而長株潭城市群以西的赫山區(qū)、寧鄉(xiāng)縣、婁星區(qū)和漣源市距離長沙市較近，產(chǎn)業(yè)承接成本低廉，導(dǎo)致部分過剩的、落后的制造業(yè)產(chǎn)能向這些周邊縣（市）轉(zhuǎn)移，引起生態(tài)服務(wù)價值的下降，從而抵消了部分大型城市高可達性的積極影響。

3? 結(jié)論與建議

以湖南省為例，結(jié)合土地利用和NDVI數(shù)據(jù)對生態(tài)服務(wù)價值進行了計算和修正，運用GIS網(wǎng)絡(luò)分析方法系統(tǒng)分析了各地區(qū)到縣級城市、地級城市和大型城市交通可達性的空間特征，并以縣域為基本單元，使用地理加權(quán)模型進行分析，揭示了各地區(qū)不同層級交通可達性對生態(tài)服務(wù)價值的影響，并得出以下結(jié)論與建議。

1）長株潭城市群是湖南省社會經(jīng)濟發(fā)展的核心驅(qū)動力量，縣級城市可達性如果進一步提高會刺激制造業(yè)的用地需求向城市周邊擴張，從而拉低區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值。地級城市可達性的變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響相對較弱，主要原因是長株潭城市群內(nèi)部的國道和高速公路建設(shè)已經(jīng)十分完善，進一步提升地級城市可達性對產(chǎn)業(yè)布局的影響有限，土地利用方式因此改變的程度較弱，生態(tài)服務(wù)價值所受的影響較小。然而快速城鎮(zhèn)化進程中生態(tài)服務(wù)價值極有可能出現(xiàn)大幅下降的情況，是相關(guān)管理部門需要重點關(guān)注的地區(qū)，應(yīng)該設(shè)立更高環(huán)保標準對遷入的企業(yè)進行篩選。

2）湘西北地區(qū)聚集了大量高生態(tài)服務(wù)價值的縣市，各層級下的交通可達性都處于較低水平，經(jīng)濟基礎(chǔ)也相對薄弱，大規(guī)模的粗放生產(chǎn)方式下的人類活動會對生態(tài)環(huán)境造成破壞，故縣級城市和地級城市可達性的增加對生態(tài)服務(wù)價值具有明顯的消極影響。大型城市可達性的改善對生態(tài)服務(wù)價值有積極影響。因此，升級該地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進旅游等第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，引導(dǎo)更多農(nóng)村剩余勞動力外流或直接轉(zhuǎn)向第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)，減少對破壞林地較為嚴重的農(nóng)業(yè)和制造業(yè)的依賴，實現(xiàn)經(jīng)濟跨越式轉(zhuǎn)型，從而保護優(yōu)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境不被破壞。

3）湘西南地區(qū)的交通可達性較差，與湘西北地區(qū)相似，但生態(tài)服務(wù)價值偏低，同時對第一產(chǎn)業(yè)的依賴程度較高，各個層級的交通可達性提升對生態(tài)服務(wù)價值都具有正面影響。因此，加強各級公路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，為產(chǎn)業(yè)升級改善區(qū)位條件，同時引導(dǎo)農(nóng)村剩余勞動力轉(zhuǎn)化為二三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力是促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展與減少農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)對脆弱生態(tài)環(huán)境破壞的有效途徑。

4）洞庭湖地區(qū)是長株潭城市群與武漢城市圈的連接處，也是農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)，縣級城市可達性極佳，提升空間有限，修建更多的低等級公路不會明顯提升區(qū)域可達性。而縣級城市可達性系數(shù)為負也表明，過多的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)會轉(zhuǎn)變大量農(nóng)用地成為建設(shè)用地，從而降低生態(tài)服務(wù)價值。地級城市和大型城市下的高可達性都對生態(tài)服務(wù)價值有積極的作用，通過鐵路和高速公路的建設(shè)與升級進一步拉近與這兩個城市群的距離，在吸引高新企業(yè)遷入、推進農(nóng)業(yè)和制造業(yè)升級的同時，達到保護生態(tài)服務(wù)價值的目的。

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