陳立恒,龔 健,2,*,王 雄,鄭欣璐

1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)公共管理學(xué)院, 武漢 430074 2 自然資源部法律評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430074 3 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地理與信息工程學(xué)院, 武漢 430078

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給是指特定時(shí)空范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)為人類(lèi)提供的產(chǎn)品與服務(wù),需求則是指人類(lèi)消費(fèi)與享用生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品與服務(wù),兩者將自然生態(tài)系統(tǒng)與人類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)[1- 2],成為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的重要概念。人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展在很大程度上通過(guò)消費(fèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來(lái)改善其福祉,因而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的持續(xù)供給是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[3]。當(dāng)前,中國(guó)正處于快速城鎮(zhèn)化階段,城市土地的無(wú)序擴(kuò)張還將進(jìn)一步擴(kuò)大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)失衡[4],并最終威脅人類(lèi)福祉和全球可持續(xù)發(fā)展[5]。因此,如何在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展深度轉(zhuǎn)型期同時(shí)兼顧生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡已成為生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)[6- 7]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定量評(píng)估能夠反映生態(tài)系統(tǒng)功能的強(qiáng)弱,對(duì)區(qū)域開(kāi)展國(guó)土空間規(guī)劃和制定生態(tài)補(bǔ)償政策具有重要指導(dǎo)意義。已有研究對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給進(jìn)行了大量有益探索,且計(jì)量方法日臻成熟[8- 10]。近年來(lái),學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的綜合研究[11-13],但由于缺乏合理的量化方法,對(duì)于供需平衡關(guān)系的研究還尚缺乏。此外,不少學(xué)者認(rèn)識(shí)到城鎮(zhèn)化的空間差異是影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和區(qū)域差異的重要驅(qū)動(dòng)因素,并討論了城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響[14-17]。然而,對(duì)其驅(qū)動(dòng)力的研究忽略了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為一種公共服務(wù)具有空間溢出效應(yīng)[18-19],也并未考慮到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的強(qiáng)弱是人為因素和自然因素共同作用的結(jié)果[20-22],這限制了生態(tài)環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策的制定和實(shí)施。因此,本研究將在深入探討兩者相互作用關(guān)系的基礎(chǔ)上,將自然因素納入兩者關(guān)系的分析之中,使研究結(jié)果更具現(xiàn)實(shí)意義。

鑒于當(dāng)前研究的經(jīng)驗(yàn)與不足,本文首先采用Burkhard等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡評(píng)估矩陣法、城鎮(zhèn)化相關(guān)指標(biāo),分別核算長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)和綜合城鎮(zhèn)化水平；其次在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化時(shí)空特征分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)雙變量空間自相關(guān)模型分析兩者的空間關(guān)系特征；最后利用空間計(jì)量模型探索兩者的空間依賴(lài)、空間溢出效應(yīng),以期為快速城鎮(zhèn)化地區(qū)生態(tài)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江中游地區(qū)由湖北、湖南和江西三省組成(108°21′—118°28′E,20°09′—33°20′N(xiāo)),總面積為56.47萬(wàn)km2,下轄325個(gè)縣級(jí)行政單元(圖1)。長(zhǎng)江中游地區(qū)處于中國(guó)第二、三級(jí)階梯過(guò)渡帶,地形地貌類(lèi)型復(fù)雜多樣,以丘陵山地為主,屬北亞熱帶季風(fēng)型氣候,夏熱冬溫,四季分明,雨熱同期。在城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速發(fā)展的背景下,長(zhǎng)江中游地區(qū)依托“中部崛起”、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶等戰(zhàn)略,逐漸成為我國(guó)長(zhǎng)江上中下游協(xié)調(diào)發(fā)展的重要鏈接區(qū)和東中西發(fā)展的傳導(dǎo)區(qū)。與此同時(shí),長(zhǎng)江中游地區(qū)的土地利用也經(jīng)歷了深刻轉(zhuǎn)型,1995—2015年間建設(shè)用地增加了5852.25 km2,林地減少了1999.53 km2,草地減少了1124.89 km2,耕地減少了4966.64 km2。土地利用變化對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重干擾,探索長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間關(guān)系,對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

圖1 長(zhǎng)江中游地區(qū)區(qū)位圖Fig.1 The location of the middle Yangtze River region

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn),空間分辨率為100m。在參照已有土地利用分類(lèi)體系及區(qū)域?qū)嶋H土地利用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,將地類(lèi)劃分為耕地、林地、草地、水域、濕地、建設(shè)用地、未利用土地等7個(gè)一級(jí)類(lèi)及18個(gè)二級(jí)類(lèi)。人口、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)來(lái)自各省市統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡測(cè)算

2.1.1土地利用類(lèi)型劃分

由于國(guó)內(nèi)外土地利用分類(lèi)體系存在差異,本研究根據(jù)國(guó)內(nèi)已有的土地利用分類(lèi)體系,對(duì)Burkhard等采用的環(huán)境信息協(xié)調(diào)(Co—Ordinated Information on the Environment, CORINE)數(shù)據(jù)庫(kù)中的土地利用分類(lèi)體系進(jìn)行整合,以確定本研究的土地分類(lèi)體系(表1)。

表1 長(zhǎng)江中游地區(qū)土地利用分類(lèi)整合

2.1.2構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡評(píng)估矩陣

Burkhard等以歐洲生態(tài)環(huán)境為背景構(gòu)建了基于專(zhuān)家知識(shí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評(píng)估矩陣,該評(píng)估矩陣將不同土地利用類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求按0到5的區(qū)間范圍從低到高進(jìn)行打分,0代表土地利用類(lèi)型無(wú)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或需求,5代表土地利用類(lèi)型有最高水平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或需求。本研究基于Burkhard團(tuán)隊(duì)及國(guó)內(nèi)已有研究成果[23-25],選取3大類(lèi)23小類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求值,利用整合的土地利用類(lèi)型構(gòu)建長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評(píng)估矩陣(表2)。

表2 基于土地利用類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求評(píng)估矩陣

2.1.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡指數(shù)測(cè)算

根據(jù)構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評(píng)估矩陣,測(cè)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給指數(shù)、需求指數(shù),進(jìn)而利用二者的差值表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù),各指數(shù)計(jì)算公式為：

(1)

(2)

ESBIt=ESSIt-ESDIt

(3)

式中,ESSIt代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給指數(shù)；ESDIt代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù)；ESBIt代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)；SMij,t,DMij,t,分別表示在時(shí)間t第i種土地利用類(lèi)型第j種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)別的供給、需求值。LUAi,t為時(shí)間t第i種土地利用類(lèi)型的面積。n表示土地利用類(lèi)型(n=1,2…,7),m代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)種類(lèi)。

2.2 城鎮(zhèn)化水平測(cè)度

城鎮(zhèn)化是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng),主要包括人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、土地城鎮(zhèn)化、社會(huì)城鎮(zhèn)化等四個(gè)子系統(tǒng)[26]。人口增長(zhǎng)是人口城鎮(zhèn)化的核心要素,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化的驅(qū)動(dòng)力,城市土地?cái)U(kuò)張是空間城鎮(zhèn)化的保證,生活水平的提高是城鎮(zhèn)化的最終目標(biāo)[16]。由于社會(huì)城鎮(zhèn)化相對(duì)抽象并且難以量化和空間化,而人口的增長(zhǎng)水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及城市土地比例在一定程度上可以反映社會(huì)城鎮(zhèn)化,因此選擇人口密度、經(jīng)濟(jì)密度、城鎮(zhèn)土地比例分別代表人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化[14]。此外,由于以上三個(gè)指標(biāo)的空間分布高度相似,因此首先根據(jù)公式(4)對(duì)三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,然后根據(jù)公式(5)將這三個(gè)指標(biāo)整合為一個(gè)綜合指標(biāo)—綜合城鎮(zhèn)化水平。

(4)

(5)

2.3 空間自相關(guān)分析

利用雙變量Moran′sI檢驗(yàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間集聚和分散模式。全局雙變量Moran′sI用來(lái)檢驗(yàn)研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化之間的整體關(guān)聯(lián)程度及其顯著性；局部雙變量Moran′sI用來(lái)識(shí)別不同空間位置上可能存在的空間關(guān)聯(lián)模式,從而把握局部空間要素的集聚和分異特征[27- 28]。二者的計(jì)算公式如下：

(6)

(7)

2.4 空間回歸分析

空間溢出效應(yīng)是指由臨近位置引起的空間外部性[29]。本研究利用空間計(jì)量模型探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間溢出關(guān)系。首先利用最小二乘法對(duì)二者的空間依賴(lài)性進(jìn)行檢驗(yàn)；其次采用包括空間滯后模型和空間誤差模型的空間計(jì)量模型探究二者的空間關(guān)系[30-31]。兩種模型的計(jì)算公式如下所示：

Y=ρWY+Xβ+ε

(8)

Y=Xβ+λWμ+ε

(9)

式中,Y是因變量的向量,X是自變量的N×M矩陣；W是空間權(quán)重矩陣,β是回歸系數(shù)矩陣,μ為空間自回歸誤差項(xiàng),ε是空間自回歸隨機(jī)誤差項(xiàng),ρ、λ分別為空間滯后項(xiàng)和空間誤差項(xiàng)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡時(shí)空特征分析

從時(shí)間進(jìn)程來(lái)看,長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡狀況整體呈現(xiàn)出持續(xù)惡化的態(tài)勢(shì),平衡指數(shù)由1995年的47.81降至2015年的46.69,二十年間共降低了2.40%。利用“自然間斷點(diǎn)法”將測(cè)算結(jié)果劃分為5個(gè)等級(jí),以分析各等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求及平衡的空間分布特征(圖2,圖3,圖4)。就空間分布而言,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)表現(xiàn)為從城市群較為集中的平原向丘陵再向海拔較高的山區(qū)逐漸遞增的趨勢(shì)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高平衡區(qū)和次高平衡區(qū)主要分布在湖北西部的大巴山-巫山-武陵山區(qū),湖南西部的雪峰山區(qū)及南部的南嶺山區(qū),江西東部的武夷山以及江西和湖南省之間的羅霄山區(qū)；低平衡區(qū)和次低平衡區(qū)主要集中在江漢平原、鄱陽(yáng)湖平原和洞庭湖平原,尤其是武漢城市圈、環(huán)長(zhǎng)株潭城市群、環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群等三大城市群周?chē)灰话闫胶鈪^(qū)主要位于山區(qū)與平原的過(guò)渡地帶。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給指數(shù)的空間分布與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)的空間分布相似,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)的空間分布表現(xiàn)出相反的特征。

圖2 1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)空間分布Fig.2 Spatial distribution of ESBI in the Middle Reaches of the Yangtze River region from 1995 to 2015ESBI：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù) Ecosystem services blance index

圖3 1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給指數(shù)空間分布Fig.3 Spatial distribution of ESSI in the Middle Reaches of the Yangtze River region from 1995 to 2015ESSI：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給指數(shù) Ecosystem services supply index

圖4 1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of ESDI in the Middle Reaches of the Yangtze River region from 1995 to 2015ESDI：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù) Ecosystem services demand index

3.2 城鎮(zhèn)化水平時(shí)空特征分析

1995—2015年,長(zhǎng)江中游地區(qū)城鎮(zhèn)化水平表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性(圖5)。整體而言,長(zhǎng)江中游地區(qū)城鎮(zhèn)化水平呈持續(xù)上升趨勢(shì),平原地區(qū)城鎮(zhèn)化水平明顯高于周邊山區(qū)。具體而言,城鎮(zhèn)化水平以武漢、長(zhǎng)沙和南昌三大城市為核心向城市群外圍遞減。此外,主要交通道路沿線(xiàn)的城鎮(zhèn)化水平明顯較高,如京九線(xiàn)、京廣線(xiàn)、湘黔線(xiàn)、浙贛線(xiàn)和漢丹線(xiàn)沿線(xiàn)各縣,總體呈“兩橫三縱”的空間分布特征。

圖5 1995—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)城鎮(zhèn)化水平空間分布Fig.5 Spatial distribution of urbanization level in the Middle Reaches of the Yangtze River region from 1995 to 2015

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間相關(guān)性分析

對(duì)長(zhǎng)江中游地區(qū)1995、2005、2015年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化進(jìn)行空間自相關(guān)分析,全局Morran′sI指數(shù)分別為-0.3221(P=0.001)、-0.3471(P=0.001)、-0.4049(P=0.001),表現(xiàn)出顯著空間負(fù)相關(guān)性。在Z檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上(P=0.05)繪制雙變量局部空間自相關(guān)LISA聚集圖(圖6),用于表征區(qū)域城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡之間的空間相關(guān)性。1995—2015年,長(zhǎng)江中游地區(qū)的主要空間聚類(lèi)模式為高-低型(高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡和低城鎮(zhèn)化水平),低-高型(低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡和高城鎮(zhèn)化水平)和低-低型(低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡和低城鎮(zhèn)化水平)。從空間分布來(lái)看,高-低型主要分布在湖北省的大巴山-巫山-武陵山區(qū),湖南西部的雪峰山區(qū)及南部的南嶺山區(qū),江西東部的武夷山以及江西和湖南省之間的羅霄山區(qū),這些地區(qū)森林資源豐富,生態(tài)優(yōu)勢(shì)明顯。低-高型主要分布在三大平原、城市群及主要交通道路沿線(xiàn),這些地區(qū)人口密度大,城鎮(zhèn)體系發(fā)達(dá),對(duì)生態(tài)資源的占用與破壞現(xiàn)象更為嚴(yán)重。低-低型主要分布在周邊山區(qū)。此外,該區(qū)還有少量高-高型(高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡和高城鎮(zhèn)化水平),主要分布在長(zhǎng)沙市和南昌市周?chē)?/p>

圖6 1995—2015長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間集聚特征Fig.6 Spatial agglomeration characteristics of ESBI with urbanization in the Middle Reaches of the Yangtze River region from 1995 to 2015

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間依賴(lài)性分析

3.4.1變量選取

本研究主要探討城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡的影響,因此空間計(jì)量模型中的因變量為1995、2005、2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù),自變量為城鎮(zhèn)化水平。此外還選取了一組控制變量以更好地解釋城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡的影響(表3)。相關(guān)研究證實(shí)地形條件在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡空間格局的形成中起著至關(guān)重要的作用[32]。據(jù)此，本研究選取地形位指數(shù)代表長(zhǎng)江中游地區(qū)的地形狀況。氣候也是影響生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要空間決定因素,由于溫度和海拔高度之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性,因此選擇降水來(lái)代表氣候因素。已有研究表明城鎮(zhèn)布局往往傾向于靠近水資源豐富的地帶[33],因而選擇到主要河流水系的距離來(lái)表征水文條件。對(duì)選取的變量進(jìn)行方差膨脹因子測(cè)試,結(jié)果均小于10,不存在多重共線(xiàn)性問(wèn)題。

表3 選取變量及數(shù)據(jù)來(lái)源

3.4.2空間依賴(lài)關(guān)系分析

表4顯示了1995—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間依賴(lài)性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。表中Moran′sI指數(shù)在P<0.05時(shí)均顯著,表明空間依賴(lài)性存在于所有回歸中,僅采用OLS模型分析會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。當(dāng)在OLS模型中添加控制變量后發(fā)現(xiàn)該模型具有更高的R2和對(duì)數(shù)似然值(Log likelihood)以及更低的AIC和SC值,模型擬合度的提高表明在研究城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡的影響時(shí)控制其他影響因素至關(guān)重要。此外,拉格朗日乘子(LM)檢測(cè)顯示LM(滯后)和LM(誤差)均較為顯著,表明空間計(jì)量模型比OLS模型更能科學(xué)的解釋二者之間的關(guān)系。

表4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間依賴(lài)關(guān)系診斷

空間回歸系數(shù)表示各選取變量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。結(jié)果(表5)顯示1995—2015年城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,城鎮(zhèn)化水平每增加10%,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)分別減少2.918%,5.113%,4.813%。城鎮(zhèn)土地?cái)U(kuò)張過(guò)程中不可避免的侵占原有生態(tài)土地,從而導(dǎo)致域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)失衡。地形位指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)為顯著正相關(guān)關(guān)系,地形位指數(shù)每增加10%,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)相應(yīng)增加0.314%,0.501%,0.398%。隨著地形梯度的上升,人口數(shù)量及人類(lèi)活動(dòng)逐漸減少,生態(tài)價(jià)值較高的林地、草地的比重不斷上升,而建設(shè)用地、耕地等生態(tài)價(jià)值較低的土地類(lèi)型比重逐漸下降,致使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能隨地形梯度的上升而不斷增強(qiáng)。年均降雨量與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系,年均降雨量每增加10%,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)相應(yīng)增加0.236%,0.567%,0.225%；降水條件在城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響中主要發(fā)揮著正向調(diào)節(jié)作用,降水豐沛地區(qū)的植被擁有較強(qiáng)的自我修復(fù)能力，從而有利于植被覆蓋的恢復(fù)。與其他因素相比,距河流距離與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)的關(guān)聯(lián)不太顯著,正相關(guān)關(guān)系表明距離河流越遠(yuǎn),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡指數(shù)越高。這是因?yàn)榭拷词侨祟?lèi)定居的首要條件之一,而距水源較遠(yuǎn)的土地則受人類(lèi)活動(dòng)干擾較少。

表5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間回歸結(jié)果

4 討論

(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡狀況整體呈現(xiàn)出持續(xù)惡化的態(tài)勢(shì)。

研究期間,武漢城市圈、長(zhǎng)株潭城市群以及鄱陽(yáng)湖城市群等城市群較為集中的地區(qū)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消耗不斷增加,同時(shí)這些地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力有限,進(jìn)而加劇了整個(gè)區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)失衡。已有研究表明城鎮(zhèn)化會(huì)侵占大量生態(tài)用地,從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生負(fù)面影響[34- 35]。本研究結(jié)果顯示長(zhǎng)江中游地區(qū)城鎮(zhèn)化水平不斷提升的同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡狀況不斷惡化,再次印證了該結(jié)論。

今后,應(yīng)繼續(xù)大力推進(jìn)長(zhǎng)江流域生態(tài)文明建設(shè),嚴(yán)格實(shí)施退耕還林、還湖以及濕地保護(hù)等生態(tài)政策,努力實(shí)現(xiàn)濕地、水域不萎縮,功能不衰減,生態(tài)不惡化。

(2)不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的響應(yīng)具有空間異質(zhì)性。

雙變量局部自相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),除高-低型、低-高型兩種主要聚類(lèi)模式外,研究區(qū)還有高-高型、低-低型聚類(lèi)模式。高-低型、低-高型聚類(lèi)模式表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與城鎮(zhèn)化之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系,而低-低型、高-高型聚類(lèi)模式則表明區(qū)域內(nèi)的地形條件、植被覆蓋率、降水量等其他非城鎮(zhèn)因素對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)調(diào)節(jié)也起到重要作用[36]。例如南昌縣境內(nèi)贛江流域沿線(xiàn)高樓林立、人口稠密,但由于水系和濕地覆蓋率較高,區(qū)域在生物多樣性、戶(hù)外文化娛樂(lè)等方面具有較高的服務(wù)價(jià)值[37],致使該縣為高-高型城鎮(zhèn)。又例如修水縣的城鎮(zhèn)化水平較低,同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡也較低,這與該縣較高的地形坡度和較強(qiáng)的降水有著緊密聯(lián)系。已有研究指出區(qū)域自然資源本底以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的差異會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)城鎮(zhèn)化的響應(yīng)有所不同[38],與本文結(jié)論一致。

基于此,本文建議各區(qū)域有必要因地制宜探索城鎮(zhèn)化建設(shè)道路。高-低型城鎮(zhèn)在繼續(xù)充實(shí)基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)應(yīng)大力發(fā)展生態(tài)旅游、特色農(nóng)產(chǎn)品加工等綠色產(chǎn)業(yè),努力將自然生態(tài)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。低-高型城鎮(zhèn)應(yīng)繼續(xù)保持經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度,同時(shí)控制人口規(guī)模、減緩城市擴(kuò)張速度,以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線(xiàn)助推經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展?；凇吧鷳B(tài)保護(hù)優(yōu)先”原則,應(yīng)考慮將高-高型城鎮(zhèn)劃為“生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)”，在這些區(qū)域應(yīng)鼓勵(lì)新興產(chǎn)業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,強(qiáng)制淘汰污染型產(chǎn)業(yè)。低-低型城鎮(zhèn)在繼續(xù)推進(jìn)城鎮(zhèn)化的同時(shí),還應(yīng)在生態(tài)退化較為集中的區(qū)域布置生態(tài)修復(fù)工程,如植樹(shù)造林、邊坡綠化等，努力實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化水平存在空間溢出效應(yīng)。

本研究將城鎮(zhèn)化水平及各自然因素與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡進(jìn)行空間回歸分析得出,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡不僅受到研究單元自身因素的影響,而且還會(huì)受到臨近單元相同因素的干擾。總體而言,城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響表現(xiàn)為空間負(fù)外部性[39]。這種負(fù)外部性可能是城鎮(zhèn)化地區(qū)與臨近區(qū)域持續(xù)進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的結(jié)果。當(dāng)某一城鎮(zhèn)化地區(qū)的生態(tài)環(huán)境要素(如地形、氣溫、降水、二氧化碳等)發(fā)生變化時(shí),將通過(guò)大氣循環(huán)、水循環(huán)以及生物遷徙等方式影響臨近區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡狀況[40]。

基于該結(jié)論,本研究建議各研究單元在制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃時(shí)充分考慮城鎮(zhèn)化的負(fù)外部效應(yīng),避免在與自然生態(tài)系統(tǒng)直接相鄰的地區(qū)進(jìn)行生態(tài)破壞活動(dòng)。同時(shí),嘗試加強(qiáng)縣際合作,實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)資源的共享與互補(bǔ)。

(4)后續(xù)待開(kāi)展的工作。

本研究基于縣級(jí)尺度從宏觀上探討了長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的空間關(guān)系,研究結(jié)果對(duì)于區(qū)域制定總體發(fā)展規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)相關(guān)政策具有一定借鑒意義。然而,各縣級(jí)行政單元內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化的相互關(guān)系還不明晰,不利于縣級(jí)相關(guān)規(guī)劃的實(shí)施與落地,因此下一步工作擬選取典型縣市從格網(wǎng)尺度深入分析二者之間的內(nèi)在關(guān)系。

5 結(jié)論

本研究以城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡的影響為出發(fā)點(diǎn),采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡評(píng)估矩陣法、雙變量空間自相關(guān)分析模型以及空間計(jì)量模型等技術(shù)方法,探索了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化水平的相互作用關(guān)系,研究結(jié)論如下：

(1)研究期間長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡狀況不斷惡化,周邊山區(qū)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡高值區(qū),腹部三大平原為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡低值區(qū)。

(2)研究期間長(zhǎng)江中游地區(qū)城鎮(zhèn)化水平呈上升態(tài)勢(shì),地處江漢平原、洞庭湖平原、鄱陽(yáng)湖平原的武漢市、長(zhǎng)沙市、南昌市等三大核心城市及主要交通道路沿線(xiàn)是城鎮(zhèn)化水平的高值區(qū),周邊的雪峰山、南嶺和武夷山等山區(qū)為城鎮(zhèn)化水平的低值區(qū)。

(3)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡與城鎮(zhèn)化水平之間存在空間依賴(lài)關(guān)系,且不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)城鎮(zhèn)化的響應(yīng)有所差異,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡較低的區(qū)域更容易受到城鎮(zhèn)化的侵?jǐn)_。

(4)添加控制變量的空間計(jì)量模型更好的解釋了城鎮(zhèn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡的影響,結(jié)果顯示城鎮(zhèn)化對(duì)態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡具有空間負(fù)外部效應(yīng),這種負(fù)外部效應(yīng)在城鎮(zhèn)化發(fā)展到一定階段時(shí)逐漸減弱。