趙育恒,曾 晨

1 浙江大學(xué)公共管理學(xué)院, 杭州 310058 2 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院, 武漢 430070 3中國(guó)科學(xué)院地理與資源研究所, 北京 100101 4 美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)城市與區(qū)域規(guī)劃系, 美國(guó)教堂山 27599

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉關(guān)系極其密切[1-2],隨著科技發(fā)展和人類進(jìn)步,高強(qiáng)度的人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的破壞和沖擊[3],造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的迅速衰退。聯(lián)合國(guó)《千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估報(bào)告》(Millennium Ecosystem Assessment,MA)顯示人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)有60%正處于不斷退化的狀態(tài),地球上近2/3的自然資源消耗殆盡。全球性和區(qū)域性生態(tài)危機(jī)的日益嚴(yán)峻,促使人類更加深刻的思考和反省自身發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系[4]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸開(kāi)始關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和功能價(jià)值等的研究[5-9],并進(jìn)一步拓展到生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力分析[10]。

自1997年Costanza通過(guò)對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的定量估算,使得生態(tài)服務(wù)價(jià)值的估算原理及方法從科學(xué)意義上得以明確[4,7,11]；隨后MA在生態(tài)服務(wù)分類和評(píng)估思想等方面的研究也得到生態(tài)學(xué)者的廣泛認(rèn)可和使用[12-13]。由于價(jià)值當(dāng)量適用的差異性和生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、異質(zhì)性等特點(diǎn)[7,14-16],國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后對(duì)Costanza提出的評(píng)估方法進(jìn)行研究與實(shí)證[17]。謝高地根據(jù)中國(guó)實(shí)際情況修正系數(shù)建立了“中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”[18],為國(guó)內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算和演化研究提供了重要依據(jù)并得到廣泛應(yīng)用[4,19]?；谏鷳B(tài)服務(wù)價(jià)值核算理論,相關(guān)學(xué)者針對(duì)不同的土地利用類型分別對(duì)林地[20]、濕地[21-22]和耕地、水域等進(jìn)行了廣泛討論,并在不同的研究尺度[23],利用多樣化的研究方法[24]對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行適時(shí)修正與完善[25],針對(duì)諸如快速城市化[26-28]、土地利用變化[6,20,29-30]等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)證研究和分析。在生態(tài)服務(wù)價(jià)值(ESV,Ecological Service Values)基本核算的基礎(chǔ)上,學(xué)者們也逐漸開(kāi)始關(guān)注驅(qū)動(dòng)機(jī)制探索[10,31]。其中關(guān)于土地利用/覆被變化響應(yīng)[16]、時(shí)空變化特征[32]及其對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的影響研究較多,主要結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素[2,12,33-34]與自然環(huán)境[6,15,35]估算與構(gòu)建、預(yù)測(cè)ESV的變化。近年來(lái),由于城市擴(kuò)張帶來(lái)了景觀空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化,有關(guān)景觀生態(tài)對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響也成為了學(xué)者們新的關(guān)注熱點(diǎn)[36-37]。一定程度的景觀異質(zhì)性可以保證一定景觀范圍內(nèi)生態(tài)元素和物種的多樣性[38]。已有研究表明生態(tài)服務(wù)價(jià)值與植被的覆蓋面積和破碎程度是顯著相關(guān)的,同時(shí)多功能景觀格局又能夠強(qiáng)化糧食安全和區(qū)域的生物多樣性[39]。一定區(qū)域范圍內(nèi)的景觀同質(zhì)性和異質(zhì)性與不同生態(tài)服務(wù)價(jià)值的供應(yīng)和包容也是密切相關(guān)的[40],比如農(nóng)業(yè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值與水田的空間布局就是高度相關(guān)的[41]。

作為中國(guó)中部最大經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)合體的武漢城市圈,同時(shí)又是“兩型社會(huì)”建設(shè)試驗(yàn)區(qū),經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的同時(shí)與生態(tài)資源約束的矛盾日益凸顯。生態(tài)系統(tǒng)的格局特征決定區(qū)域生態(tài)過(guò)程,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受區(qū)域生態(tài)過(guò)程調(diào)控[34],因此本文采用修正的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量,基于土地利用變化基礎(chǔ)核算理論[18],以景觀指數(shù)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展內(nèi)在生態(tài)約束條件用于分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化[15,37],以社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展外在驅(qū)動(dòng)因素用于分析人類活動(dòng)強(qiáng)度,從廣域多空間格局角度對(duì)武漢城市圈48個(gè)縣市(區(qū))ESV價(jià)值及其影響因素與內(nèi)涵機(jī)理進(jìn)行研究。一方面從社會(huì)經(jīng)濟(jì)與景觀格局兩方面綜合研究生態(tài)服務(wù)價(jià)值,闡釋研究區(qū)各類ESV價(jià)值量增減趨勢(shì)和時(shí)空變化規(guī)律；另一方面通過(guò)構(gòu)造空間計(jì)量模型,進(jìn)一步分析生態(tài)服務(wù)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)、景觀的互饋影響機(jī)理[37],為區(qū)域生態(tài)管護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供切實(shí)建議與對(duì)策。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域

武漢城市圈位于湖北省東部、長(zhǎng)江中游、江漢平原中東部,地貌類型多樣且以平原為主。武漢城市圈是指以中國(guó)中部地區(qū)最大城市武漢為圓心,覆蓋武漢市在內(nèi)的周圍100 km范圍內(nèi)的黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、潛江、天門等8個(gè)大中型城市組成的區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體,行政區(qū)劃面積共5.78萬(wàn) km2,是中國(guó)中部最大的城市群和城市組團(tuán)之一。截止2017年,武漢城市圈常住人口約3800萬(wàn),地區(qū)生產(chǎn)總值突破18000億元人民幣,面積不到湖北省三分之一的武漢城市圈,集中了全省一半以上的人口、六成以上的GDP總量,是湖北經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域。湖北省加快把武漢城市圈打造成長(zhǎng)江中游城市群最重要的增長(zhǎng)極,協(xié)同推進(jìn)漢江生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶、三峽生態(tài)經(jīng)濟(jì)合作區(qū)、洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè),是拉動(dòng)中部崛起的重要引擎和以長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)帶為軸線的我國(guó)東、中、西部協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵接力點(diǎn)之一。2007年12月7日,國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)武漢城市圈為“全國(guó)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)”(圖1)。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 The study area of Wuhan Urban Agglomeration

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與獲取

本文所使用的數(shù)據(jù)主要包括武漢城市圈2005年、2010年和2015年3期土地利用矢量數(shù)據(jù)和城市圈涵蓋在內(nèi)的各個(gè)縣域、市域單元社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、景觀指數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。其中研究區(qū)的LUCC(Land-Use and Land-Cover Change)數(shù)據(jù)主要通過(guò)2005年、2010年和2015年獲取的Landsat TM/ETM精度30 m的高分辨率衛(wèi)星影像空間數(shù)據(jù)解譯。參照“土地利用現(xiàn)狀分類”國(guó)標(biāo)體系(GB/T21010-2007),結(jié)合武漢城市圈的實(shí)際土地利用情況和本研究需要,將武漢城市圈土地利用類型的一級(jí)地類分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類(表1),在此基礎(chǔ)上利用FRAGSTATS工具軟件計(jì)算分析得到景觀格局指數(shù)數(shù)據(jù)。此外,為獲取武漢城市圈內(nèi)各個(gè)縣域、市域單元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分別從湖北各縣統(tǒng)計(jì)年鑒,2017年武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒,中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒以及武漢城市圈48個(gè)縣域的政府門戶網(wǎng)站收集了人口、GDP、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。由于不是所有指標(biāo)都能從年鑒及政府門戶網(wǎng)站中獲取,所以部分?jǐn)?shù)據(jù)也通過(guò)回歸和預(yù)測(cè)等科學(xué)方法補(bǔ)齊所缺數(shù)據(jù)[34]。比如2005年部分縣市的第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)增加值數(shù)據(jù)缺失,我們利用2008—2017年的數(shù)據(jù)構(gòu)建了回歸模型,模擬推算出了2005年的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。總體缺失數(shù)據(jù)小于5%,能夠滿足和保證研究工作和精度需要。

表1 武漢城市圈土地利用現(xiàn)狀分類

1.2.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)修正與價(jià)值計(jì)算

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的效益,生態(tài)系統(tǒng)給人類提供各種效益,包括供給、調(diào)節(jié)、文化及支持功能(MA)。由于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的空間異質(zhì)性、復(fù)雜性及動(dòng)態(tài)性等諸多特性[4,14-15,42],直接將Costanza提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化評(píng)估方法[11]應(yīng)用于中國(guó)其他研究區(qū)域勢(shì)必會(huì)帶來(lái)諸多誤差,難以有效衡量不同地區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[18],為此需要建立適用于特定研究區(qū)域的“生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量”,對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行科學(xué)修正。

為建立適用于武漢城市圈的生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù),評(píng)估武漢城市圈生態(tài)服務(wù)價(jià)值,本文借鑒謝高地的做法,采用問(wèn)卷調(diào)查的方式進(jìn)行系數(shù)修正。由于生態(tài)服務(wù)價(jià)值不能基于觀察確定,本研究采用意愿調(diào)查價(jià)值評(píng)估法,通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和基于調(diào)查對(duì)象的回答來(lái)確定[18]。問(wèn)卷設(shè)計(jì)選定了6類生態(tài)系統(tǒng)9個(gè)單項(xiàng)功能,選擇研究區(qū)域內(nèi)接受過(guò)相關(guān)教育背景(衡量標(biāo)準(zhǔn)：一是研究方向和專業(yè)背景相適,通過(guò)高校教師網(wǎng)頁(yè)介紹判斷；二是研究成果、論文集或研究課題與ESV相適,通過(guò)“中國(guó)知網(wǎng)”搜索引擎論文成果輔助判斷)的人包括武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、華中師范大學(xué)、中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)等研究方向教師和科研工作者共26人作為問(wèn)卷調(diào)查者以保證對(duì)ESV的了解。進(jìn)一步收集整理問(wèn)卷利用調(diào)查結(jié)果結(jié)合實(shí)際情況、參照謝高地當(dāng)量表修正武漢城市圈生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)表。

謝高地等根據(jù)Costanza的研究結(jié)合胡瑞法和冷燕的方法[18,43],將1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子定義為1hm2全國(guó)平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,其意義在于體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)服務(wù)貢獻(xiàn)的大小[44],并由此計(jì)算得出中國(guó)1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為449.1元/hm2。本文利用研究區(qū)各城市耕地地均糧食產(chǎn)量與同期全國(guó)地均糧食產(chǎn)量修正各個(gè)年份的當(dāng)量?jī)r(jià)值,得到武漢城市圈生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表。利用公式(1)計(jì)算武漢城市圈各年度土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

ESV=∑Ak×VCk

(1)

式中,ESV 為生態(tài)服務(wù)價(jià)值；Ak為研究區(qū)第k種土地利用類型面積；VCk為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù),即第k種土地利用類型單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

此外,為消除時(shí)間序列間農(nóng)作物價(jià)格波動(dòng)和貨幣通貨膨脹對(duì)總價(jià)值量的影響[10,15],本文同時(shí)設(shè)置2005年ESV為基線,根據(jù)不同年份間的經(jīng)濟(jì)GDP計(jì)算相較2005年的價(jià)值系數(shù),估算出最終武漢城市圈的各項(xiàng)ESV[45]。因此,所計(jì)算的ESV隨時(shí)間推移相互之間是可比的,便于后期時(shí)間動(dòng)態(tài)的分析研究。

1.2.3 空間回歸模型

為了解釋自變量和因變量之間存在的空間相關(guān)性,將變量之間的空間相關(guān)關(guān)系納入一般空間模型考慮的基本形式中,形成了空間回歸模型[46],其基本形式如下：

y=λW1y+Xβ1+W2Xβ2+u

(2)

u=ρW3u+θW4ε+ε

(3)

式中,W1,W2,W3,W4(Wi(i=1,2,3…))分別代表被解釋變量(y,一個(gè)n維向量)、解釋變量(X)、誤差項(xiàng)(u)和隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)(ε)的空間權(quán)重矩陣,其值在實(shí)證分析應(yīng)用與研究中一般不等；λ,β2,ρ,θ則表示空間回歸系數(shù)。

常用的一般空間模型是空間滯后模型和空間誤差自相關(guān)模型的組合?；诓煌募s束,模型參數(shù)在設(shè)定不同取值時(shí),會(huì)得到不同的特定模型。

本文通過(guò)價(jià)值當(dāng)量貨幣化測(cè)算[1]武漢城市圈2005—2015年間48個(gè)縣域空間行政單元的總量和9個(gè)單項(xiàng)ESV,將ESV的價(jià)值估算結(jié)果分別作為被解釋變量y,選取農(nóng)村經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[45,47]、景觀格局指標(biāo)數(shù)據(jù)[6]分別作為解釋變量x,通過(guò)對(duì)各個(gè)單變量的相關(guān)性分析和正負(fù)影響趨勢(shì)實(shí)際意義檢驗(yàn)的方式,在散點(diǎn)圖和相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上通過(guò)逐步回歸和顯著性檢驗(yàn)逐步剔除不顯著的變量,進(jìn)一步綜合模型解釋構(gòu)造以解釋變量擬合被解釋變量的線性回歸方程[48-49]。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況考慮,研究區(qū)的解釋變量農(nóng)村經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)(經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值GDP、人均可支配收入等)具有空間溢出效應(yīng),存在一定空間自相關(guān)關(guān)系,因此在經(jīng)典計(jì)量回歸分析模型的基礎(chǔ)上,將武漢城市圈的空間關(guān)系考慮入內(nèi),構(gòu)建適當(dāng)?shù)目臻g權(quán)重矩陣,利用空間計(jì)量回歸的理論方法進(jìn)一步對(duì)回歸計(jì)量模型進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn),研究總量和各個(gè)單項(xiàng)ESV與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、景觀演變之間的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)理和影響關(guān)系。

綜合模型顯著性檢驗(yàn)和事實(shí)合理性正負(fù)影響解釋,通過(guò)剔除和精選變量,本文最終選取農(nóng)村居民人均可支配收入[34](x1)和農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值[10,32-34,50](x2)作為農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的衡量、城市景觀聚集度指數(shù)AI[15，37,51](x3)作為景觀演變的測(cè)度,結(jié)合相關(guān)性分析散點(diǎn)圖的趨勢(shì)和走向?qū)忉屪兞亢透黜?xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值被解釋變量進(jìn)行雙對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)上,構(gòu)建基于武漢城市圈總量/單項(xiàng)ESV為被解釋變量的空間回歸計(jì)量模型,研究武漢城市圈景觀演變、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展與ESV的變化及驅(qū)動(dòng)影響關(guān)系。

(4)

式中,gii指景觀類型的相似鄰接斑塊數(shù)量。景觀聚集度指數(shù)AI(Aggregation Index)基于同類型斑塊像元間公共邊界長(zhǎng)度計(jì)算。當(dāng)某類型中所有像元間不存在公共邊界時(shí),該類型聚合程度最低；當(dāng)類型中所有像元間存在的公共邊界達(dá)到最大值時(shí),具有最大聚合指數(shù)[51]。

2 研究結(jié)果和分析

2.1 土地利用與生態(tài)服務(wù)價(jià)值轉(zhuǎn)換結(jié)果

2.1.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)

統(tǒng)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果(表2)。其中對(duì)于建設(shè)用地的部分當(dāng)量(調(diào)節(jié)服務(wù)和供給服務(wù))假定為0[4,7,11],因考慮到建設(shè)用地在文化娛樂(lè)等功能上具有一定價(jià)值,即建設(shè)用地依賴于人類土地利用/覆被,形成了獨(dú)特的人為景觀格局類型,作為生態(tài)系統(tǒng)的組分發(fā)揮作用并影響人類福祉,所以在建設(shè)用地的當(dāng)量調(diào)整中本文一定程度上保留問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果,即保留建設(shè)用地文化服務(wù)當(dāng)量。針對(duì)不同專家的調(diào)查結(jié)果,對(duì)0—4相關(guān)性結(jié)果采取均值化方法,以耕地食物生產(chǎn)功能為標(biāo)準(zhǔn)(耕地—4強(qiáng)相關(guān)性—食物生產(chǎn)功能)對(duì)其他價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行0—1之間標(biāo)準(zhǔn)化處理和適當(dāng)調(diào)整,得到武漢城市圈生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量(表3)。

表2 問(wèn)卷相關(guān)性分值調(diào)查結(jié)果(武漢城市圈,2017)

表3 武漢城市圈生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表(2018)

2.1.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值

根據(jù)調(diào)整后的武漢城市圈單位面積ESV價(jià)值當(dāng)量(表3),結(jié)合修正后的武漢城市圈1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,利用公式(1)首先計(jì)算得到武漢市生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元/hm2,以2005年武漢市為例,表4)。

在武漢城市圈單位面積ESV價(jià)值當(dāng)量表的基礎(chǔ)上,根據(jù)武漢城市圈各縣域空間單元不同土地利用類型面積統(tǒng)計(jì),利用ESV公式分別計(jì)算得到2005年、2010年、2015年3期不同時(shí)間序列空間行政單元的總量和單項(xiàng)服務(wù)功能ESV結(jié)果(表5,表6),利用ArcGIS將武漢城市圈各個(gè)縣域單元總量/單項(xiàng)ESV進(jìn)行分級(jí)顯示,分析ESV的空間格局差異與時(shí)間變化特征(圖2—4)。

(1)生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征

計(jì)算結(jié)果顯示(表5),武漢城市圈在2005—2015年間的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值分別是176.175億元、169.296億元、153.717億元,3年間ESV總量逐年減少,以5年時(shí)間尺度為跨度,分別逐期減少6.880億元、15.578億元,減少變化率分別占-3.90%、-9.20%,2010—2015年間減少量增加且更為劇烈,較2005—2010期間超出近一倍多(圖2)。從空間格局上講(圖3),研究區(qū)內(nèi)各地區(qū)ESV的分布和變化存在較為明顯的空間差異現(xiàn)象：武漢城市圈ESV的空間分布整體上呈現(xiàn)以武漢市為圓心的環(huán)狀圈層外延遞增結(jié)構(gòu),東北與東南方向ESV價(jià)值整體較高,區(qū)域差異顯著。局部分析來(lái)看,武漢市內(nèi)的洪山、江漢、硚口等幾個(gè)中心城區(qū)的ESV最低,漢南、東西湖等新城區(qū)次之,麻城、蘄春、羅田等縣域相對(duì)較高。綜合空間差異與時(shí)間對(duì)比分析,2005—2010年安陸市的ESV顯著減少,其他區(qū)縣變化幅度相對(duì)較??；2010—2015年則出現(xiàn)了高頻度、廣范圍的ESV減少趨勢(shì),主要集中于以武漢市為中心、武漢與武漢城市圈最外沿之間的環(huán)層,其中包括大悟、漢川、羅田、通山等地在內(nèi)的縣區(qū)均較大幅度減少,是造成期間武漢城市圈ESV劇烈減少的重要因素。由此也使2010—2015年之間ESV降低比率急劇超過(guò)2005—2010年,生態(tài)服務(wù)功能受到嚴(yán)重影響,應(yīng)加大保護(hù)力度。

表4 武漢市生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元/hm2,2005年)

表5 武漢城市圈市域總量生態(tài)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)

圖2 武漢城市圈各縣域單元生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化Fig.2 Changes in the value of ecological services in each county in Wuhan Urban Agglomeration

圖3 武漢城市圈2005—2015年總量生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布Fig.3 Spatial distribution of total ecosystem services value in Wuhan Urban Agglomeration from 2005 to 2015

(2)單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值時(shí)空變化特征

對(duì)武漢城市圈不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單項(xiàng)的價(jià)值計(jì)算結(jié)果(表6)表明,研究期間各個(gè)單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),但從局部分析、相較武漢城市圈總量ESV而言,單項(xiàng)服務(wù)功能之間的降低比率和趨勢(shì)有所差異(圖4)。其中,2005—2015年期間價(jià)值比率下降較明顯的生態(tài)服務(wù)功能有氣候調(diào)節(jié)(-12.89%)、氣體調(diào)節(jié)(-12.94%)和土壤保持(-12.94%)等。研究發(fā)現(xiàn),3期序列間各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值大小順序均為：食物生產(chǎn)>土壤保持>水文調(diào)節(jié)>提供景觀美學(xué)>自然遺產(chǎn)&自然多樣性>氣候調(diào)節(jié)>氣體調(diào)節(jié)>文化娛樂(lè)>淡水供應(yīng)；整體的功能服務(wù)大小排序?yàn)椋赫{(diào)節(jié)服務(wù)>文化服務(wù)>供給服務(wù),橫向分析供給服務(wù)最低,縱向?qū)Ρ榷詥雾?xiàng)服務(wù)類型價(jià)值集中于外沿個(gè)別縣域的急劇下降。武漢城市圈內(nèi)水體分布較為廣泛,尤其是長(zhǎng)江、漢江、東湖等諸多河流、湖泊分布其中,對(duì)于城市圈內(nèi)部的小氣候改善及生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)具有重要影響。此外研究結(jié)果在一定程度上同時(shí)也反映出雖然人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)武漢城市圈生態(tài)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生了巨大的負(fù)向影響,但基于土地利用類型格局和面積大小的分布,單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值之間變化和結(jié)構(gòu)分布相對(duì)比較穩(wěn)定。十年來(lái)食物生產(chǎn)一直是武漢城市圈區(qū)域性的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,這與研究區(qū)的耕地面積分布、耕地紅線政策保障以及日益漸增的龐大人口壓力帶來(lái)的巨大剛性糧食需求是密不可分的,與人類的選擇性需求息息相關(guān)。

2.2 總生態(tài)服務(wù)價(jià)值影響因素的結(jié)果分析

武漢城市圈總量ESV與景觀結(jié)構(gòu)、農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)3個(gè)指標(biāo)構(gòu)建的線性回歸方程結(jié)果(表7)表明：2005年、2010年、2015年3期回歸結(jié)果P值均小于0.001極顯著,模型總體擬合效果極好。另外,總量ESV與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)農(nóng)村居民人均可支配收入和景觀格局指標(biāo)AI聚集度指數(shù)呈現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性,而與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)性。根據(jù)3個(gè)指標(biāo)模型擬合系數(shù)得知,2005—2015年期間,3個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響劇烈程度呈現(xiàn)倒“V”字型變化,即先遞增后遞減：以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為例,系數(shù)變化0.648—0.728—0.542,影響劇烈程度呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。

圖4 武漢城市圈2005—2015年單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of individual ecosystem services in Wuhan Urban Agglomeration from 2005 to 2015

利用空間計(jì)量分析的方法構(gòu)建基于距離的空間權(quán)重矩陣代入模型進(jìn)行空間擬合與優(yōu)化。通過(guò)分析Moran′s I值(2005年0.1473,2010年0.2153,2015年0.1241)可以得出結(jié)論：2005—2015年武漢城市圈總量ESV的全局空間自相關(guān)指數(shù)Moran’s I值均為正值,暗示可能存在一定的正向空間自相關(guān)關(guān)系,即總量ESV的空間分布不是隨機(jī)分布,而是表現(xiàn)出相似值之間的空間集聚。利用空間誤差模型(spatial error)和空間滯后模型(spatial lag)進(jìn)行模型改進(jìn)。最終選取基于距離權(quán)重矩陣改進(jìn)的空間誤差模型,得到2005—2015年總量ESV空間誤差回歸改進(jìn)模型(表8)。從3年的空間回歸結(jié)果來(lái)看,模型的擬合效果有所改進(jìn),且均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。其中,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值對(duì)應(yīng)的正向回歸系數(shù)和農(nóng)村居民人均可支配收入與AI景觀指數(shù)的負(fù)向回歸系數(shù)均適當(dāng)減小,消除了由地域空間自相關(guān)帶來(lái)的空間誤差影響,使得模型更加穩(wěn)健和準(zhǔn)確。

表6 武漢城市圈2005—2015年不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值變化

表7 武漢城市圈總量ESV雙對(duì)數(shù)線性回歸分析

*表示顯著水平P<0.05;**表示顯著水平P<0.01;***表示顯著水平P<0.001極顯著；y：總量生態(tài)服務(wù)價(jià)值ESV,x1：農(nóng)村居民人均可支配收入,x2：農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值,x3：聚集度指數(shù)AI(Aggregation index)。OLS: 普通最小二乘法,Ordinary least square

農(nóng)村居民人均可支配收入可以描述生活水平和社會(huì)福利等,其值的增加表征農(nóng)村居民生活的改善,伴隨娛樂(lè)、消費(fèi)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)需求的增長(zhǎng)和加劇,包括農(nóng)民自身對(duì)于住房宅基地的擴(kuò)張、改建、遷移新建等,造成較高生態(tài)服務(wù)價(jià)值如耕地、林地等土地利用類型向低值建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變,帶來(lái)了ESV的負(fù)向變化；農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值與高價(jià)值的農(nóng)用地利用息息相關(guān),進(jìn)一步與生態(tài)服務(wù)功能和價(jià)值的提供具有重要的聯(lián)系,其價(jià)值則側(cè)面反映了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),表征地方區(qū)域?qū)r(nóng)業(yè)發(fā)展的重視和利用程度,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的正向變化指示對(duì)于農(nóng)用地的科學(xué)高效改造和利用諸如水利設(shè)施、節(jié)約集約等土地、農(nóng)業(yè)投入的完善,進(jìn)一步改善了生態(tài)結(jié)構(gòu),使得ESV隨之正相關(guān)變化[10]。此外,基于本研究數(shù)據(jù)采集時(shí)景觀指數(shù)較側(cè)重于反映城鎮(zhèn)土地景觀,相對(duì)農(nóng)地景觀的作用不是較明顯；也就是說(shuō)人類活動(dòng)背景下隨著高值ESV土地類型如耕地、林地等的破碎化、零星化加劇,轉(zhuǎn)而逐漸為低值建設(shè)用地取代,其景觀類型擁有公共邊長(zhǎng)概率增大(公式(4)),使得城鎮(zhèn)景觀AI聚集度指數(shù)的正向變化指示了城鎮(zhèn)低值土地利用類型的集聚,造成相對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的負(fù)相關(guān)關(guān)系?？臻g模型的優(yōu)化和實(shí)際合理性對(duì)照解釋較好的描述了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和景觀演變二者對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響關(guān)系和內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)理。

表8 總量ESV空間誤差回歸模型

*表示顯著水平P<0.05;**表示顯著水平P<0.01;***表示顯著水平P<0.001極顯著；y：總量生態(tài)服務(wù)價(jià)值ESV,x1：農(nóng)村居民人均可支配收入,x2：農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值,x3：聚集度指數(shù)AI(Aggregation index)

2.3 單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值影響因素的結(jié)果分析

立足于不同土地利用類型之間的9個(gè)單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能,進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值的回歸計(jì)量分析(表9)。結(jié)果表明,不同時(shí)間序列間模型總體效果極好,模型效果極顯著；不同的系數(shù)間也基本通過(guò)顯著性檢驗(yàn),值得留意的是2015年些許指標(biāo)未通過(guò)檢驗(yàn),但整體效果較好。從時(shí)間靜態(tài)角度,3年的局部趨勢(shì)相似,其中農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值對(duì)食物生產(chǎn)單項(xiàng)功能的影響系數(shù)最大,城市景觀AI聚集度指數(shù)對(duì)文化服務(wù)(文化娛樂(lè)、提供景觀美學(xué)功能等)的影響效果較為顯著。動(dòng)態(tài)時(shí)間序列分析而言,自變量的回歸擬合系數(shù)3年間有較大差異,這與由土地利用類型定向改變引起的單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的變化密切相關(guān)。

表9 武漢城市圈單項(xiàng)ESV雙對(duì)數(shù)線性回歸分析

*表示顯著水平P<0.05；**表示顯著水平P<0.01；***表示顯著水平P<0.001極顯著; OLS: 普通最小二乘法,Ordinary least square; AI: 聚集度指數(shù), Aggregation index

利用空間權(quán)重矩陣分別對(duì)武漢城市圈3期時(shí)間序列的9個(gè)單項(xiàng)ESV進(jìn)行空間優(yōu)化,最終得到改進(jìn)后的單項(xiàng)ESV空間回歸模型,擬合結(jié)果較線性回歸有所改善,主要表現(xiàn)在回歸系數(shù)的適當(dāng)減弱和穩(wěn)健上,較好的展示了單項(xiàng)ESV與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、景觀間的相互關(guān)系。

分析各單項(xiàng)ESV的空間誤差改進(jìn)模型(圖5),相關(guān)擬合結(jié)果均得到了較好的優(yōu)化改進(jìn)。雷達(dá)圖的空間誤差改進(jìn)模型系數(shù)分析結(jié)果顯示,2005—2015年期間不同的解釋變量分別對(duì)各單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能被解釋變量產(chǎn)生了差異化的影響。農(nóng)村居民人均可支配收入主要負(fù)向的作用于土壤保持等生態(tài)服務(wù)功能,且對(duì)彼此之間的各個(gè)單項(xiàng)服務(wù)功能作用差異較大；隨著農(nóng)村居民人均可支配收入的提高,伴隨消費(fèi)、住房、娛樂(lè)等基礎(chǔ)設(shè)施與用地的需求增長(zhǎng)與改善,使得土地利用類型向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?cè)斐赏寥辣３值葐雾?xiàng)功能的衰退。農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值在不同時(shí)間序列間對(duì)武漢城市圈9項(xiàng)單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能的正向作用大小較為均衡,相對(duì)維持穩(wěn)定；AI聚集度指數(shù)影響系數(shù)則表現(xiàn)出了較大的時(shí)間差異。研究表明,本文在農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)、景觀方面選取的三者表征變量之間對(duì)9項(xiàng)單項(xiàng)服務(wù)功能產(chǎn)生了復(fù)雜綜合性的差異性作用,具體則表現(xiàn)在影響系數(shù)值大小的差異和自然服務(wù)功能貨幣代價(jià)的響應(yīng)。

圖5 武漢城市圈2005—2015年單項(xiàng)ESV回歸系數(shù)雷達(dá)圖分析Fig.5 Radar diagram analysis of single ESV regression coefficient in Wuhan Urban Agglomeration from 2005 to 2015

3 結(jié)論與討論

本文基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的理論分析框架,通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查建立“武漢城市圈生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量”,分別對(duì)武漢城市圈48個(gè)縣域空間行政單元2005年、2010年和2015年3期時(shí)間序列的ESV進(jìn)行了貨幣化定量測(cè)算,估算得到研究區(qū)域時(shí)空兩個(gè)維度的定量生態(tài)價(jià)值。結(jié)果顯示,2005—2015年間武漢城市圈ESV逐年遞減,伴隨武漢城市圈人口、資金涌入與農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟(jì)崛起的同時(shí)對(duì)區(qū)域生態(tài)功能造成了巨大的負(fù)向效應(yīng)。此外,由于人類活動(dòng)強(qiáng)度空間差異顯著,生態(tài)價(jià)值縣域空間差異性較大,其中羅田、通山等縣的生態(tài)價(jià)值雖然總體較高但遞減趨勢(shì)較快；單項(xiàng)功能與生態(tài)服務(wù)中總體分布格局相對(duì)穩(wěn)定。利用測(cè)算結(jié)果,構(gòu)建了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、景觀演變對(duì)ESV的雙對(duì)數(shù)空間擬合影響模型,其中農(nóng)村居民人均可支配收入和景觀AI聚集度指數(shù)負(fù)向作用于生態(tài)服務(wù)價(jià)值,而農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值則與生態(tài)服務(wù)價(jià)值正相關(guān),闡釋了農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和景觀演變對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響與互饋關(guān)系[37]。

目前生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算方法可以分為基于單位服務(wù)功能價(jià)格的方法(功能價(jià)值法)和基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的方法(當(dāng)量因子法)兩類[44],當(dāng)量因子法因數(shù)據(jù)需求少、直觀易用因而受到廣泛應(yīng)用。但當(dāng)量因子表的準(zhǔn)確構(gòu)建是當(dāng)量因子法的核心,結(jié)合謝高地等[18]“中國(guó)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”利用問(wèn)卷調(diào)查專家打分和經(jīng)濟(jì)波動(dòng)去修訂當(dāng)量因子,雖然具有一定的科學(xué)性和可行性,但同時(shí)也具有一定的主觀臆斷性。其實(shí)對(duì)于特定區(qū)域的研究和政策參考而言,不同的生態(tài)服務(wù)價(jià)值測(cè)算方法所得到的計(jì)算結(jié)果必然會(huì)有差異,但我們并不需要僅局限于計(jì)算的生態(tài)服務(wù)價(jià)值絕對(duì)量的大小,更應(yīng)關(guān)注于其邊際分析和生態(tài)服務(wù)的相對(duì)貢獻(xiàn)大小,即在可比體系下的相對(duì)增減變化[52]?？茖W(xué)利用定量生態(tài)價(jià)值結(jié)果,輔助政策決策與價(jià)值利弊權(quán)衡才能有助于促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

(1)整治修復(fù)生態(tài)系統(tǒng),健全生態(tài)保護(hù)的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。生態(tài)服務(wù)價(jià)值是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的直接體現(xiàn)[53],表征了區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的強(qiáng)弱變化與正負(fù)效應(yīng)。利用定量測(cè)算結(jié)果用經(jīng)濟(jì)手段量化生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)生態(tài)補(bǔ)償與生態(tài)足跡的理論框架,在研究區(qū)不同ESV價(jià)值行政單元內(nèi)搭建交易指標(biāo),分區(qū)發(fā)展,差異對(duì)待,促進(jìn)區(qū)域生態(tài)修復(fù)治理落實(shí)和保護(hù)。

(2)政策制定要合理權(quán)衡產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與景觀格局構(gòu)成。政策措施作為區(qū)域性經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素,科學(xué)定量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值并權(quán)衡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,為景觀布局與調(diào)控方案制定提供依據(jù),為農(nóng)村產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與安排提供參考,在生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展二者博弈之間尋求政策施行平衡點(diǎn),合理權(quán)衡相互利弊關(guān)系,實(shí)現(xiàn)政策效果帕累托最優(yōu)。針對(duì)ESV價(jià)值高的縣市區(qū)優(yōu)先發(fā)展景觀旅游等產(chǎn)業(yè),充分結(jié)合和發(fā)揮當(dāng)?shù)鼐坝^服務(wù)優(yōu)勢(shì)；差異化發(fā)展。

(3)判別生態(tài)服務(wù)影響驅(qū)動(dòng)機(jī)理,定向改善促進(jìn)可持續(xù)。影響機(jī)理的結(jié)果表明農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與景觀格局二者彼此影響共同作用于生態(tài)服務(wù)價(jià)值,農(nóng)村居民人均可支配收入和聚集度指數(shù)的負(fù)向影響與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的正向影響,社會(huì)經(jīng)濟(jì)與景觀均呈現(xiàn)了對(duì)ESV變化極顯著的相關(guān)關(guān)系,有針對(duì)性的制定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)同時(shí)定向改善,促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。