稅 偉,杜 勇,王亞楠,楊海峰,付 銀,范冰雄,黃夢(mèng)圓

1 福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,福州 350116 2 福州大學(xué)空間數(shù)據(jù)挖掘與共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350116 3 福州大學(xué)福建省空間信息工程研究中心,福州 350116 4 福建農(nóng)林大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院,福州 350002

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)所形成與維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境與效用,是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)得到的所有福祉[1- 2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能包括調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)、支持服務(wù)和文化娛樂服務(wù)等四大類[3- 4]。自20世紀(jì)90年代以來,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有關(guān)研究逐漸興起,隨著研究的深入,國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn),由于人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)干擾的增加,引起了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部和不同生態(tài)系統(tǒng)之間物質(zhì)、能量、信息的流動(dòng)、遷移和轉(zhuǎn)化,影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與過程[5],導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在復(fù)雜的關(guān)系,一般表現(xiàn)為權(quán)衡-協(xié)同關(guān)系[6]。其中,權(quán)衡關(guān)系所表示的是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的對(duì)立關(guān)系,是指一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的增加會(huì)導(dǎo)致其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的減少[7],協(xié)同關(guān)系則表示兩種或者兩種以上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間同時(shí)增強(qiáng)或者減弱[8]。在供給服務(wù)之間,供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)之間以及支持服務(wù)之間通常存在權(quán)衡關(guān)系[9],四類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在協(xié)同關(guān)系,特別是在調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)之間最為普遍[10]。其中有些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡-協(xié)同是直接的、相互關(guān)聯(lián)和內(nèi)在生成的,相反,其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡-協(xié)同則是在外在干擾下形成的[11]。由于地域空間和人類干擾的影響,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡-協(xié)同關(guān)系具有時(shí)空動(dòng)態(tài)性和空間異質(zhì)性[12]。此外,權(quán)衡具有可逆行性[13],若干擾服務(wù)的因素得到消除或者緩解,有些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)就可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)。但是大部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有一定的承載閾值,一旦超出這個(gè)閾值,則難以恢復(fù)。因此,明晰多元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡-協(xié)同關(guān)系的時(shí)空特征演變可以適時(shí)診斷生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的結(jié)構(gòu)與功能的受損狀態(tài)[14],及時(shí)調(diào)整區(qū)域發(fā)展政策,創(chuàng)造條件保障和維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的自我條件機(jī)制,對(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法的成熟運(yùn)用,越來越多的學(xué)者開始關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡-協(xié)同關(guān)系[15]。目前,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡-協(xié)同研究強(qiáng)調(diào)對(duì)倆者關(guān)系的甄別[16],其中相關(guān)分析是最普遍的方法[17],通過核算相關(guān)系數(shù),如其值為負(fù)則判定為權(quán)衡關(guān)系,反之則為協(xié)同關(guān)系。也有學(xué)者運(yùn)用權(quán)衡-協(xié)同度模型[18- 20],以協(xié)同度的數(shù)值大小來量化權(quán)衡-協(xié)同關(guān)系。研究尺度從全球到行政區(qū)[21- 22],涵蓋其內(nèi)部的盆地[23]、流域[24- 25]、重要經(jīng)濟(jì)區(qū)[26- 27]、草地[28]、農(nóng)田[29]等生態(tài)易損區(qū)。研究重點(diǎn)放在探討土地利用/覆被變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡-協(xié)同的影響[30- 32]。

城市生態(tài)系統(tǒng)是一種自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng),受到自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的雙重影響[33]。城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受到人類行為和管理決策的支配與干擾[34],如人類對(duì)土地利用類型的改變,會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系發(fā)生變化,尤其是在快速城市化區(qū)域,高強(qiáng)度人類活動(dòng)所導(dǎo)致的土地利用類型的變化嚴(yán)重影響著城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力[35]。城市群作為城市的組合體,既有與城市相同的特征,也有不同之處,既是一個(gè)有機(jī)的整體,各個(gè)城市又有各自的特色。厘清城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能間的相互關(guān)系、變化規(guī)律以及未來演變趨勢(shì),對(duì)于人類合理調(diào)控社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、尋求城市和城市間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理途徑與方法,實(shí)現(xiàn)城市群生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展尤為關(guān)鍵。目前尚缺乏對(duì)完整的城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的研究,且有關(guān)研究著重于對(duì)歷史和現(xiàn)狀的分析,對(duì)未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡進(jìn)行情景分析的研究還較為欠缺。本文選擇處于快速城市化背景下的閩三角城市群為研究區(qū)域,測(cè)算2005年、2010年和2015年閩三角城市群的保水服務(wù)、保土服務(wù)、凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和食物供給服務(wù)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,使用相關(guān)分析法、空間自相關(guān)和空間制圖方法研究4種服務(wù)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和權(quán)衡關(guān)系,并基于CA-Markov模型在不同情景下模擬了2030年閩三角城市群的土地利用狀態(tài),進(jìn)一步分析不同情景下閩三角城市群的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系,為閩三角城市群的生態(tài)安全保障提供決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

閩三角城市群是指福建省閩南地區(qū)的廈門市、泉州市和漳州市3個(gè)地級(jí)市(包含29個(gè)縣區(qū)市)所組成的城市群,是福建省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心,也是我國(guó)沿海開放地區(qū)之一。研究區(qū)面積2.53萬 km2,2015年常住人口近2000萬人,平均海拔345 m,年均降水量1800—2000 mm,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。閩三角城市群地處21世紀(jì)海上絲綢之路起點(diǎn),屬于海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū),與臺(tái)灣省隔海相望,兩地的歷史文化淵源深厚,并且存在著較為緊密的社會(huì)經(jīng)濟(jì)往來。位于全國(guó)首個(gè)生態(tài)文明先行示范區(qū)福建省的閩三角城市群,進(jìn)入21世紀(jì)以來,經(jīng)歷了快速的城鎮(zhèn)化過程,在提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和人民生活水平的同時(shí),也帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題,威脅著該地區(qū)的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。

圖1 閩三角城市群區(qū)位Fig.1 Location of the Min Delta Urban Agglomeration

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文的數(shù)據(jù)來源：①土地利用分類數(shù)據(jù),分為耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用地六類,空間分辨率為1 km,由中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心下載；②DEM數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m,由地理空間數(shù)據(jù)云下載；③氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù),主要包括降水量、積溫和輻射指標(biāo),由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)下載；④NDVI數(shù)據(jù),選擇MODIS中的MOD13A3數(shù)據(jù),空間分辨率為1 km；⑤土壤類型和土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù),空間分辨率為500 m,由中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心下載；⑥社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),包括2006、2011和2016年的《廈門市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《泉州市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《漳州市統(tǒng)計(jì)年鑒》;⑦土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù),包括《廈門市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)》、《泉州市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)》和《漳州市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)》。

2 研究方法

2.1 保水服務(wù)估算

植被的保水服務(wù)主要通過林冠截流、枯枝落葉層保水和土壤理水作用實(shí)現(xiàn),以植被的蓄水能力來估算研究區(qū)的保水服務(wù)物質(zhì)量[36]。研究采用綜合蓄水法估算保水量[37- 38],主要因素包括冠層截留量、枯枝落葉吸水能力和土壤層水分截留。計(jì)算公式為：

Q=Q1+Q2+Q3

(1)

Q1=降水量(mm)×林冠截留率(%)×面積(hm2)×10

(2)

Q2=枯枝落葉層干重(t/hm2)×飽和吸水率(%)×面積(hm2)

(3)

(4)

FMC=0.003075×n1+0.005886×n2+0.008039×n3+0.002208×OM-0.14340×ρ

式中：降水量由氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值獲得,林冠截留率、枯枝落葉層干重、飽和吸水率均在結(jié)合植被類型數(shù)據(jù),參考前人研究成果獲得。FMC表示田間最大持水量,所涉及參數(shù)均由土壤類型及土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)集獲得；hi表示土壤i的厚度(本文取閩三角的平均值為0.5 m)；n1表示土壤砂粒含量百分比；n2表示土壤粉砂含量百分比；n3表示土壤黏粒含量百分比；OM表示土壤有機(jī)質(zhì)含量百分比；ρ表示土壤容重(g/cm3)。

2.2 保土服務(wù)估算

計(jì)算土壤保持量主要有兩種方法,一種是通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算土壤保持量,另一種是通過“3S”技術(shù)結(jié)合模型計(jì)算,常用模型有USLE模型、RUSLE模型和LISEM模型等,其中USLE模型由于計(jì)算科學(xué)、操作簡(jiǎn)便,在研究中使用頻率最高[39]。因此,本文選擇USLE模型計(jì)算土壤保持量。土壤保持量的計(jì)算包括兩個(gè)部分,一部分是潛在的土壤侵蝕量,一部分是現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量,兩者之差為土壤保持量。計(jì)算公式為：

Ap=R×K×L×S

(5)

Ar=R×K×L×S×C×P

(6)

Ac=R×K×L×S×(1-C×P)

(7)

式中,Ap是潛在土壤侵蝕量；Ar是現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量；Ac是土壤保持量；R是降雨量侵蝕因子；K是土壤可蝕性因子；L是坡長(zhǎng)因子；S是坡度因子；C為植被覆蓋因子；P為水土保持措施因子。

2.3 NPP估算

植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)是指陸地植被在單位時(shí)間、單位面積內(nèi),通過光合作用產(chǎn)生的有機(jī)同化物去除自養(yǎng)呼吸而剩余的有機(jī)物質(zhì)總量,它反映了植被群落在自然環(huán)境中生產(chǎn)有機(jī)物的能力[40]。CASA模型是廣泛應(yīng)用的NPP測(cè)評(píng)模型,計(jì)算公式為：

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)

(8)

式中,NPP(x,t)是象元x在月份t的凈初級(jí)生產(chǎn)力(g·C/m2)；APAR(x,t)表示象元x在月份t的光和有效輻射(MJ/m2)；ε(x,t)是象元x在月份t的實(shí)際光能利用率(g·C/MJ)。

2.4 食物供給服務(wù)計(jì)算

食物供給是生態(tài)系統(tǒng)中重要的供給服務(wù)之一,食物是人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲取的基本物質(zhì),是人類不可缺少的。本文結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù),估算研究區(qū)內(nèi)各類型土地利用的食物總產(chǎn)值,實(shí)現(xiàn)食物供給的空間化。計(jì)算公式為：

目前，我國(guó)書刊市場(chǎng)呈現(xiàn)期刊業(yè)進(jìn)入內(nèi)容為王的時(shí)代、童書發(fā)展速度驚人、按需印刷成為圖書印刷的重要組成部分、暢銷書時(shí)代即將來臨的四大特點(diǎn)。針對(duì)這一發(fā)展態(tài)勢(shì)，郭健坦言：“利豐雅高未來仍將堅(jiān)持占領(lǐng)期刊的制高點(diǎn)，努力擴(kuò)大圖書、噴繪市場(chǎng)空間，以期成為一個(gè)集期刊、圖書、文宣、噴繪于一體的、新的一站式印刷服務(wù)商?！?/p>

Gi=Ai×Ni

(9)

式中,Gi表示研究區(qū)中所對(duì)應(yīng)的食物i的總產(chǎn)值；Ai表示研究區(qū)域中食物i所占的面積；Ni表示食物i的單位面積產(chǎn)值。

(10)

式中,Fi表示食物在區(qū)域中的總產(chǎn)值；Si表示食物i在研究區(qū)域的總面積,即各類土地利用類型的總面積。

食物供給的數(shù)據(jù)主要來源于2006、2011和2016年的《廈門市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《泉州市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《漳州市統(tǒng)計(jì)年鑒》,鑒于閩三角城市群的畜牧業(yè)不發(fā)達(dá),因此只考慮耕地、林地和水域3種土地利用類型作為食物供給服務(wù)的來源,其中,耕地對(duì)應(yīng)糧食作物的食物供給能力,林地對(duì)應(yīng)水果的食物供給能力,水域?qū)?yīng)淡水漁業(yè)的食物供給能力。

2.5 Markov-CA模型

馬爾科夫(Markov)預(yù)測(cè)法是一種基于馬爾科夫鏈,根據(jù)事件目前狀況預(yù)測(cè)將來各個(gè)時(shí)刻(或時(shí)期)變動(dòng)狀況事件發(fā)生概率的方法[41]。土地利用變化過程可視為馬爾科夫(Markov)過程,其狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程無后效性[42]。土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)換的面積數(shù)量或比例為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率,可用如下公式對(duì)土地利用狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)：

S(t+1)=Pij×S(t)

(11)

式中,S(t)和S(t+1)分別表示t和t+1時(shí)刻土地利用結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。

元胞自動(dòng)機(jī)模型(Cellular Automata,簡(jiǎn)稱CA)是時(shí)間、空間、狀態(tài)都離散,且空間的相互作用及時(shí)間上的關(guān)系皆為局部的網(wǎng)格動(dòng)力學(xué)模型,其計(jì)算原理為散布在規(guī)則格網(wǎng)中的每個(gè)元胞取有限的離散狀態(tài),遵循同樣的作用規(guī)則、確定的局部規(guī)則作同步更新,每個(gè)變量只取有限的狀態(tài),且其狀態(tài)改變的規(guī)則在時(shí)間和空間上都是局部的[43]。其計(jì)算公式如下[44]：

S(t+1)=f(S(t),N)

(12)

式中,S表示元胞有限離散的集合狀態(tài)；t和t+1表示不同的時(shí)刻；N表示元胞的鄰域；f表示局域空間的元胞轉(zhuǎn)換規(guī)則。

Markov模型與CA模型均為時(shí)間和狀態(tài)離散的動(dòng)力學(xué)模型,但Markov無法預(yù)測(cè)空間變量,而CA的狀態(tài)變量則與空間位置緊密相連。CA-Markov模型不僅具有Markov模型可預(yù)測(cè)多種土地利用類型的預(yù)測(cè)數(shù)量上的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也具備了CA模型模擬復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)空動(dòng)態(tài)演變的能力,故將兩種模型結(jié)合能有效地模擬土地利用的空間變化。本文的土地利用的模擬預(yù)測(cè)分析主要通過IDRISI17.0軟件中的Markov模塊和CA-Markov模塊來實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 閩三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空演變

根據(jù)相關(guān)模型,在ArcGIS10.0軟件中使用疊加分析等工具分別計(jì)算了閩三角城市群2005、2010和2015年的保水服務(wù)、保土服務(wù)、NPP和食物供給服務(wù),并進(jìn)行空間制圖表達(dá)(圖2)。保水服務(wù)、保土服務(wù)和NPP的空間分布具有較為明顯的規(guī)律。取3種服務(wù)3個(gè)年份平均值進(jìn)行空間自相關(guān)分析,得到保水、保土和NPP三種服務(wù)的Moran′s指數(shù)分別為0.26、0.30和0.66,均呈現(xiàn)空間正相關(guān)。NPP的空間自相關(guān)性最強(qiáng),其中低低值分布主要集中在泉州的主城區(qū)、晉江市、石獅市、廈門的大部分區(qū)域以及漳州市主城區(qū)；高-高值主要分布在閩三角北部和西南部的山區(qū)森林地帶。在ArcGIS10.0軟件中分別統(tǒng)計(jì)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的平均值,發(fā)現(xiàn)在2005—2015年間,保水服務(wù)、保土服務(wù)、NPP和食物供給服務(wù)都出現(xiàn)了不同程度的下降,保水服務(wù)的降幅為15.8%,保土服務(wù)的降幅為21.5%,NPP的降幅為25%,食物供給服務(wù)的降幅為19.2%。

圖2 2005—2015年閩三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局Fig.2 Spatial pattern of the ecosystem services in Min Delta urban agglomeration from 2005 to 2015

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系

3.2.1閩三角城市群整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能權(quán)衡協(xié)同關(guān)系

本文采用相關(guān)分析方法來分析4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系。使用ArcGIS10.0軟件在研究區(qū)域建立間隔為1 km 的采樣點(diǎn),基于4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估結(jié)果的柵格圖進(jìn)行空間采樣,將采樣得到的點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為表格格式,在SPSS22.0軟件中對(duì)同一年份中不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行Person相關(guān)分析。結(jié)果顯示,2005—2015年,保水服務(wù)、保土服務(wù)和NPP之間均呈協(xié)同關(guān)系,食物供給服務(wù)分別與保水服務(wù)、保土服務(wù)和NPP之間均呈權(quán)衡關(guān)系。分析其成因可知,在林地和草地兩種土地利用類型中,保土服務(wù)、NPP與保水服務(wù)能力較強(qiáng),但是其食物供給能力較弱；而作為提供主要食物供給能力的耕地區(qū)域,其保土服務(wù)、NPP與保水服務(wù)能力則較弱。此外,在2005—2015年間,保水服務(wù)與保土服務(wù)的協(xié)同關(guān)系呈減弱趨勢(shì),而食物供給服務(wù)與保水服務(wù)和NPP之間的權(quán)衡關(guān)系加劇。

表1 2005—2015年閩三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡變化

3.2.2廈漳泉3個(gè)城市之間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系對(duì)比

作為閩三角城市群的組成部分,廈門、漳州和泉州都面臨著快速城鎮(zhèn)化所帶來的生態(tài)安全問題,但是由于三個(gè)城市的發(fā)展程度不同,各自生態(tài)安全問題的特點(diǎn)和程度也不同,因此分別統(tǒng)計(jì)3個(gè)市的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系并進(jìn)行對(duì)比分析。廈門市、泉州市和漳州市的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間權(quán)衡關(guān)系與閩三角城市群整體相同,保水服務(wù)、保土服務(wù)和NPP三種服務(wù)呈協(xié)同關(guān)系,食物供給服務(wù)與其他3種服務(wù)呈權(quán)衡關(guān)系。從空間尺度來看,廈漳泉3個(gè)城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡程度對(duì)比為廈門市>泉州市>漳州,而保水服務(wù)、保土服務(wù)和NPP三種服務(wù)的協(xié)同關(guān)系對(duì)比為廈門市>泉州市>漳州。在時(shí)間尺度上,三市的保水與NPP之間的協(xié)同關(guān)系均升高；泉州的保水與食物供給之間的權(quán)衡關(guān)系加劇,幅度大于同樣加劇的漳州。

三個(gè)城市中,廈門的城市化速度最快,程度最高,漳州的城市化程度最低,快速的城市化過程導(dǎo)致了廈門的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低較為明顯,支持服務(wù)于調(diào)節(jié)服務(wù)同供給服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系偏高且加?。徽闹菔械纳鷳B(tài)環(huán)境狀況相對(duì)優(yōu)于另外兩個(gè)城市,且生態(tài)農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá),因此權(quán)衡關(guān)系相對(duì)另外兩個(gè)城市較低。

表2 廈漳泉3市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系變化對(duì)比

3.2.3晉江流域和九龍江流域之間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系對(duì)比

閩三角城市群主要存在九龍江流域和晉江流域兩個(gè)流域,由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)限制的原因,本文將廈門市和漳州市整體作為九龍江流域,泉州市作為晉江流域。兩個(gè)流域在河流流量、地形等自然因素方面存在著較大的不同。在空間尺度上,晉江流域各項(xiàng)服務(wù)之間無論是權(quán)衡關(guān)系和協(xié)同關(guān)系都大于九龍江流域。在時(shí)間尺度上,各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同關(guān)系中,晉江流域各服務(wù)間整體呈現(xiàn)減小趨勢(shì),九龍江流域各服務(wù)間的協(xié)同關(guān)系整體呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)；在權(quán)衡關(guān)系中,晉江流域呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)趨勢(shì),九龍江流域整體呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì),其中九龍江流域在2010—2015年間,各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系增幅較大。

表3 晉江流域和九龍江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系對(duì)比

3.3 不同情景下2030年閩三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡分析

研究基于Logistic-CA-Markov模型,使用IDRISI 17.0軟件模擬了3種不同情景(自然情景、規(guī)劃情景和保護(hù)情景)下閩三角城市群2030年的土地利用類型。首先基于2005和2010年的土地利用類型,建立Logistic-CA-Markov模型,模擬2015年的土地利用類型,模型中各地類的ROC值均達(dá)到了85%以上,并與2015年的土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比結(jié)果表明模型的準(zhǔn)確率為86.6%,表明模型具有較高的可信度。3種模擬情景的設(shè)定規(guī)則為：自然情景設(shè)定依據(jù)現(xiàn)有發(fā)展規(guī)律,不對(duì)土地利用轉(zhuǎn)換概率做改變；規(guī)劃情景設(shè)定根據(jù)廈門、泉州、漳州3市的2006—2020年土地利用總體規(guī)劃,統(tǒng)計(jì)到2020年林地、耕地以及建設(shè)用地等土地利用類型的面積控制范圍,根據(jù)范圍值設(shè)置模擬到2020年土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣,并在此轉(zhuǎn)換概率的基礎(chǔ)上模擬2030年的土地利用類型；保護(hù)情景設(shè)定考慮到3個(gè)城市的土地利用總體規(guī)劃的起始年份均為2006年,彼時(shí)的規(guī)劃對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)落后于當(dāng)前,因此在該情景設(shè)定中對(duì)林地、耕地、水體和草地四種重要的生態(tài)用地類型的轉(zhuǎn)換概率進(jìn)行調(diào)整,設(shè)置林地、耕地和草地轉(zhuǎn)換為建筑用地的面積降低10%,并禁止水體轉(zhuǎn)換為建筑用地。

圖3 不同情景下2030年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布Fig.3 Spatial distribution of the ecosystem services in 2030 under different scenarios

根據(jù)相關(guān)研究成果[12]以及研究區(qū)的具體情況,本文認(rèn)為引起閩三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生變化的主要因素是快速城鎮(zhèn)化所帶來的土地利用變化,因此本文在估算2030年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能時(shí),以情景模擬得到的土地利用類型為基礎(chǔ),保持估算模型中的其他數(shù)據(jù)與2015年一致。2030年的模擬結(jié)果顯示,與2015年相比,在保護(hù)情景和規(guī)劃情景下,水服務(wù)與保土服務(wù)、保水服務(wù)與NPP以及保土服務(wù)與NPP的協(xié)同關(guān)系都增強(qiáng)。保護(hù)情景與規(guī)劃情景相比,生態(tài)系統(tǒng)之間的協(xié)同關(guān)系都有所提高,除NPP與食物供給的權(quán)衡關(guān)系加劇之外,其余權(quán)衡關(guān)系減輕。

4 結(jié)論

本文以快速城鎮(zhèn)化背景下的閩三角城市群為研究區(qū)域,利用相關(guān)模型測(cè)算該地區(qū)保水服務(wù)、保土服務(wù)、NPP和食物供給服務(wù)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,使用相關(guān)分析、空間自相關(guān)和空間制圖表達(dá)等方法分析其時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和相互之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系,并基于不同情景對(duì)未來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。結(jié)果表明：2005—2015年來,閩三角城市群的保水服務(wù)、保土服務(wù)、NPP和食物供給服務(wù)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均呈下降趨勢(shì)；閩三角城市群的保水服務(wù)、保土服務(wù)與NPP這3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間呈現(xiàn)相互增益的協(xié)同關(guān)系,食物供給服務(wù)與其他3種服務(wù)均呈此消彼長(zhǎng)的權(quán)衡關(guān)系,在2005—2015年間,四種服務(wù)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系方向未變,權(quán)衡協(xié)同程度發(fā)生了復(fù)雜的變化；閩三角3個(gè)城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系和協(xié)同關(guān)系均為廈門市>泉州市>漳州市,晉江流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系高于九龍江流域,協(xié)同關(guān)系也高于九龍江流域；在所設(shè)定的自然情景下,4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均出現(xiàn)大幅降低,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同關(guān)系主要呈降低趨勢(shì),而權(quán)衡關(guān)系加?。慌c規(guī)劃情景相比,保護(hù)情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同關(guān)系更高,權(quán)衡關(guān)系更低。

5 討論

本研究使用了較為常規(guī)的模型測(cè)算了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,與以往相似的研究成果[2,12]進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在食物供給與其他調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的權(quán)衡關(guān)系方面具有較高的一致性,說明所使用的模型具有較高的科學(xué)性和適用性。近年來,閩三角城市群城市化快速推進(jìn),建設(shè)用地大量占用耕地、林地與草地,在人類活動(dòng)干預(yù)和自然災(zāi)害雙重壓力下,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的結(jié)構(gòu)與功能不斷受損,總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不斷降低,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系呈現(xiàn)權(quán)衡增強(qiáng)、協(xié)同弱化的特征。本文基于不同情景模擬閩三角城市群未來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡狀況,根據(jù)情景模擬與分析的結(jié)果,建議政府應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)用地對(duì)林地、草地的侵占,通過保持林地、草地和水體的穩(wěn)定來維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的穩(wěn)定和改善,進(jìn)而保障區(qū)域的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。研究目前所設(shè)定的情景主要是基于自上而下的原則,便于提供政策建議但是精準(zhǔn)性不足,還欠缺基于所估算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能狀況進(jìn)行自下而上的情景設(shè)定。文章目前還局限于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空演變和不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的權(quán)衡協(xié)同分析,缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的權(quán)衡研究,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的平衡是生態(tài)系統(tǒng)能否為人類提供福祉的關(guān)鍵,該問題還需在接下來的研究中進(jìn)行補(bǔ)充和深化。此外,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)與文化服務(wù),本文只研究閩三角城市群的調(diào)節(jié)服務(wù)和供給服務(wù),今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)文化服務(wù)和支持服務(wù)的探討。