曾 晨, 李揚(yáng)鑣, 段雪雯, 徐宇琪

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理/土地管理學(xué)院, 武漢 430070; 2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是支撐人類生產(chǎn)和生活的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)功能的總和，是土地利用結(jié)構(gòu)和布局變化所產(chǎn)生的生態(tài)效益的重要體現(xiàn)，是國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)的重要依據(jù)，并且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的提升也是生態(tài)文明建設(shè)的重要目標(biāo)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosystem services)的內(nèi)涵是在Ehrlich等[1]提出的“生態(tài)系統(tǒng)功能”、“環(huán)境服務(wù)”、“全球環(huán)境服務(wù)”與“自然服務(wù)”等概念的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。國(guó)外學(xué)者Costanza[2]將其分為包括氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、干擾調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、水供應(yīng)、水土保持、土壤形成、營(yíng)養(yǎng)循環(huán)、廢物處理、授粉、生物控制、提供棲息地、食物生產(chǎn)、原料供給、遺傳資源、娛樂(lè)、文化在內(nèi)的17種類型。De Groot等[3]又將其細(xì)分為23個(gè)小類，并將其概括為生態(tài)支持、供給功能、調(diào)節(jié)功能、信息功能4個(gè)大類。國(guó)內(nèi)學(xué)者歐陽(yáng)志云等[4]也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了分類，分為了固定太陽(yáng)能、調(diào)節(jié)氣候等共9個(gè)方面?！肚晟鷳B(tài)系統(tǒng)評(píng)估報(bào)告》(MA)則將其分為了供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)4個(gè)大類，也是當(dāng)前被采用最多的分類方法。

近年來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估、時(shí)空分異特征以及影響因子分析成為了相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。當(dāng)量因子法最早由Costanza等[5]提出，隨后謝高地等[6]將當(dāng)量因子法進(jìn)行了本土化修改，改善了Costanza生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法中對(duì)耕地低估的弊端，成為了國(guó)內(nèi)評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主流方法。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)量因子的動(dòng)態(tài)修正成為了準(zhǔn)確評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的重要環(huán)節(jié)。目前系數(shù)修正的方法包括專家打分法、NPP時(shí)空調(diào)節(jié)、降水時(shí)空調(diào)節(jié)、社會(huì)發(fā)展系數(shù)修正等。彭麗云等[7]選取了NPP、降水、土壤保持3個(gè)調(diào)節(jié)因子，在時(shí)間和空間上對(duì)當(dāng)量表系數(shù)進(jìn)行了修正，計(jì)算出蘭州市2007—2016年耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。荔琢等[8]通過(guò)修正生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子，計(jì)算濕地價(jià)值的內(nèi)外部貢獻(xiàn)率，來(lái)測(cè)度濕地功能價(jià)值。胡其玉等[9]則以降水量修正當(dāng)量因子系數(shù)。龔溪等[10]利用多種生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法對(duì)武夷山生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。孟陽(yáng)陽(yáng)等[11]結(jié)合主要糧食與作物的平均利潤(rùn)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平修正當(dāng)量因子系數(shù)。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空分異特征方面。耿甜偉等[12]利用地理探測(cè)器識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的主導(dǎo)因子，最后基于GWR模型分析各主導(dǎo)因子的空間異質(zhì)性特征。陳萬(wàn)旭等[13]利用土地利用/覆被變化數(shù)據(jù)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)度模型，對(duì)長(zhǎng)江中游地區(qū)縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異特征進(jìn)行測(cè)度，并構(gòu)建土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)度和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性測(cè)度方法。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與國(guó)土空間規(guī)劃的聯(lián)系方面，戴文遠(yuǎn)等[14]通過(guò)福州新區(qū)2000年、2009年、2015年3期遙感數(shù)據(jù)和“三生”土地利用主導(dǎo)功能分類體系，定量分析了福州新區(qū)土地利用功能轉(zhuǎn)型特征及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。Yang等[15]則以生態(tài)保護(hù)紅線和氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估修正。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響因子方面，韓蕊等[16]采取當(dāng)量因子法，以川東地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值為研究對(duì)象，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空差異主要驅(qū)動(dòng)因素為農(nóng)業(yè)人口數(shù)、人口密度、工業(yè)總產(chǎn)值和國(guó)內(nèi)旅游收入。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響因子方面，總?cè)丝凇⑥r(nóng)業(yè)人口、旅游總?cè)藬?shù)、人均GDP、第一、二、三產(chǎn)業(yè)比重、固定資產(chǎn)投資、城市化率、居民人均可支配收入、萬(wàn)元GDP能耗等通過(guò)實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化產(chǎn)生顯著影響[17-18]。另外，土地利用不僅直接決定了生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)功能的價(jià)值體現(xiàn)[19]，不同用地空間形成的景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的關(guān)系也在實(shí)證中得到了一定的驗(yàn)證[20]。

隨著新型城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域性和動(dòng)態(tài)性特征日趨明顯，探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響因素也逐漸成為解決人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)耦合發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。但是目前針對(duì)區(qū)域特征的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)修正方法尚未完全建立，國(guó)土空間利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的“本土化”關(guān)系亦亟待系統(tǒng)測(cè)度、比較和分析。同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響因素包括“內(nèi)因”和“外因”兩個(gè)方面，過(guò)去的研究主要集中在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等“外因”的影響機(jī)理方面，在反映生態(tài)系統(tǒng)與用地空間的動(dòng)態(tài)演化的“內(nèi)因”方面的研究則相對(duì)不足，同時(shí)對(duì)空間互動(dòng)的識(shí)別和影響尚未深入分析。事實(shí)上，景觀格局是生態(tài)過(guò)程發(fā)生的載體，承載著土壤、生物、大氣中的能量流動(dòng)與轉(zhuǎn)化，探索景觀生態(tài)的表征因子對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響有利于挖掘生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的綜合驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其與國(guó)土空間利用的內(nèi)在聯(lián)系。因此，本研究以長(zhǎng)江流域中部地區(qū)為例，通過(guò)因子修正法計(jì)算和比較不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)，采用空間回歸方法對(duì)其影響因子進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來(lái)源

長(zhǎng)江流域中部地區(qū)(東經(jīng)110°29′—118°28′，北緯25°58′—31°51′)地處我國(guó)長(zhǎng)江流域中段，總面積約3.17×105km2，擁有多個(gè)重要生態(tài)功能區(qū)，高程-142～3 090 m，地跨“鄂湘贛”三省，是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綠色發(fā)展戰(zhàn)略的重要區(qū)域?！堕L(zhǎng)江中游城市群發(fā)展規(guī)劃》由國(guó)務(wù)院于2015年4月批復(fù)，位于長(zhǎng)江流域，是重要的交通樞紐地，是中部崛起戰(zhàn)略的重點(diǎn)區(qū)域，亦是深化改革、推動(dòng)新型城鎮(zhèn)化的重要區(qū)域。本研究選取長(zhǎng)江流域中部地區(qū)湖北省的武漢、黃石、黃岡、孝感、荊門、荊州、天門、潛江、仙桃、鄂州、咸寧11個(gè)市(61個(gè)縣、區(qū))，湖南省的長(zhǎng)沙、湘潭、岳陽(yáng)、株洲、衡陽(yáng)、益陽(yáng)、婁底、常德8個(gè)市(64個(gè)縣、區(qū))，江西省的南昌、九江、宜春、新余、吉安、萍鄉(xiāng)、景德鎮(zhèn)、上饒、撫州、鷹潭10個(gè)市(82個(gè)縣、區(qū))作為研究區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，年平均降水量在8 000～1 943 mm，以平原為主，土壤肥沃，區(qū)域內(nèi)湖泊聚集，水系眾多。

研究數(shù)據(jù)主要包括長(zhǎng)江流域中部地區(qū)2010年、2017年2期Landsat TM/ETM高分辨率遙感影像土地利用解譯數(shù)據(jù)，土地利用分類基于《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T21010—2017)劃分一級(jí)地類，包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用，二級(jí)地類以當(dāng)量表為準(zhǔn)(當(dāng)量表中不涉及建設(shè)用地)；以及長(zhǎng)江流域中部地區(qū)207個(gè)縣域單元社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和景觀格局指數(shù)。這些數(shù)據(jù)包括湖北省11個(gè)市(61個(gè)縣、區(qū))，湖南省8個(gè)市(64個(gè)縣、區(qū))，江西省10個(gè)市(82個(gè)縣、區(qū))的固定資產(chǎn)投資、社會(huì)消費(fèi)品零售總額、總產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)增加值占比、第三產(chǎn)業(yè)增加值占比、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、常住人口等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。此外，景觀格局指數(shù)由FRAGSTATS工具軟件在土地利用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算分析得到，具體包括斑塊密度(PD)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、斑塊聚合度(AI)4類(表2)。此外還收集了2010年、2015年的溫度數(shù)據(jù)和降水量數(shù)據(jù)和中國(guó)植被類型數(shù)據(jù)等。

2 長(zhǎng)江流域中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估和建模

2.1 基于NPP系數(shù)修正的當(dāng)量因子法

本文在謝高地等[6]改進(jìn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表的基礎(chǔ)上，用Thornthwaite-Memorial模型[21]計(jì)算研究區(qū)域各縣區(qū)NPP，進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量的系數(shù)修正。植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(Net Primary Production, NPP)是植物在單位時(shí)間和單位面積里生產(chǎn)的有機(jī)干物質(zhì)量，反映了植被相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的反映。NPP是許多生態(tài)系統(tǒng)功能和過(guò)程的基礎(chǔ)，Costanza[2]將一些基于NPP的價(jià)值估算與基于供給、支持和文化服務(wù)的總價(jià)值估算進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們具有一致性。之后Costanza等[22]繪制了其一致性的關(guān)系圖。因?yàn)镹PP在空間和時(shí)間上相對(duì)容易用遙感進(jìn)行測(cè)量，所以其成為了評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的關(guān)鍵因素。由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表是基于土地二級(jí)利用類型，則由研究區(qū)域土地二級(jí)利用類型的比例計(jì)算出一級(jí)利用類型的價(jià)值當(dāng)量。

NPP=3000[1-e-0.0009659(V-20)]

(1)

其中：

(2)

L=3000+25t+0.05t3

(3)

式中:NPP為植被凈初級(jí)生產(chǎn)力[t/(hm2·a)];V為年度實(shí)際蒸散量(mm);L為年度平均蒸散量(mm);t為當(dāng)年平均溫度(℃);r為當(dāng)年降水量(mm)。

用NPP進(jìn)行系數(shù)修正后，計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

(4)

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的空間回歸模型

影響生態(tài)服務(wù)價(jià)值的因子分為內(nèi)在和外在兩個(gè)方面。內(nèi)在影響因子反映生態(tài)系統(tǒng)與用地空間的動(dòng)態(tài)演化，外在影響因子體現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)理。生態(tài)環(huán)境是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)生態(tài)環(huán)境具有能動(dòng)的作用，很大程度上促進(jìn)或者阻礙著生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展，本文選用研究區(qū)域的常住人口表征人口因子，地區(qū)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)增加值占比、第三產(chǎn)業(yè)增加值占比表征宏觀經(jīng)濟(jì)因子，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、固定資產(chǎn)投資額、社會(huì)消費(fèi)品零售總額表征社會(huì)發(fā)展因子，據(jù)此研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的外在影響。景觀格局是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，其動(dòng)態(tài)變化也受自然環(huán)境和人為因素的共同作用，其自然演變必然導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)組分和功能的變化，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。PD和SHID描述了斑塊密度及多樣性程度，表征景觀類型類型因子。CONTAG和AI描述斑塊之間的團(tuán)聚程度和連通性，表征景觀結(jié)構(gòu)因子。本文將從景觀類型因子和景觀結(jié)構(gòu)因子兩方面探索對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的內(nèi)在影響。以2010年和2017年研究區(qū)域的ESV總量作為因變量y，上述指標(biāo)作為自變量x，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響因子(表2)。

表2 綜合影響因子的選取

將ESV和指標(biāo)進(jìn)行對(duì)數(shù)處理，通過(guò)對(duì)自變量的相關(guān)性分析，通過(guò)顯著性檢驗(yàn)進(jìn)行逐步回歸，剔除不顯著的變量，選擇最終的影響因子，構(gòu)造關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的線性回歸方程。但經(jīng)典的計(jì)量模型無(wú)法反映空間上的關(guān)系，還需要進(jìn)行空間相關(guān)性的檢驗(yàn)和分析。

Moran′sI指數(shù)是表征空間相關(guān)性的重要指數(shù)：

(5)

式中：wij為空間權(quán)重矩陣W中的(i,j)元；yi，yj為位置i與j空間單元的屬性值。Moran′sI顯著為正時(shí)，存在正向的空間自相關(guān)；Moran′sI顯著為負(fù)時(shí)，則存在負(fù)向的空間自相關(guān)[23]。

計(jì)算Moran′sI指數(shù)在構(gòu)建空間權(quán)重矩陣的基礎(chǔ)上，空間權(quán)重矩陣主要有鄰接矩陣和距離矩陣，本文用GeoDa軟件構(gòu)造距離空間權(quán)重矩陣，其基本概念是，設(shè)定一個(gè)固定距離，以其作為閾值，小于這個(gè)閾值則將其賦值為1，也即相鄰關(guān)系，反之賦值0，關(guān)系為不相鄰：

(6)

構(gòu)建好空間權(quán)重矩陣并選取相應(yīng)的空間回歸模型，其基本形式如下：

ESV=α+ρ·W·ESV+β1(x1)+β1(x2)+ε

(7)

ESV=α+β1(x1)+β2(x2)+ε，ε=λ·Wε+μ

(8)

式中:α為常數(shù)項(xiàng)；W為空間權(quán)重矩陣；β為待估計(jì)的參數(shù)；ρ為空間滯后項(xiàng)的待估計(jì)參數(shù)，ε為隨機(jī)誤差項(xiàng)；λ為空間自相關(guān)誤差項(xiàng)的待估計(jì)參數(shù),也被稱為空間自相關(guān)系數(shù)；μ為誤差項(xiàng)；x1為社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)；x2為景觀格局指數(shù)。當(dāng)模型形式為空間滯后模型時(shí),則采用模型(7)的形式;當(dāng)模型形式為空間誤差模型時(shí),則采用模型(8)的形式。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果

3.1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化 2010—2017年長(zhǎng)江流域中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值分別是6 060.46億元、6 876.36億元(表3)。由于植被凈初級(jí)生產(chǎn)力提高，其修正系數(shù)從2010年的1 688增加至2017年的1 870，變化率為10.77%，這7 a間ESV總量也增加了815.9億元，變化率為13.46%。在城鎮(zhèn)用地不斷擴(kuò)張和人類活動(dòng)密度加大的情況下，低生態(tài)服務(wù)價(jià)值的未利用地面積減少了24.91%，同時(shí)高生態(tài)服務(wù)價(jià)值的水域和林地面積增加了9.01%，0.07%。但是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在區(qū)域內(nèi)部增長(zhǎng)差異明顯，湖北省地區(qū)增加了275.97億元，變化率為17.75%；湖南省地區(qū)增加了157.05億元，變化率為8.78%；江西省地區(qū)增加了385.88億元，變化率為14.02%。

表3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的變化

從空間格局上看，長(zhǎng)江流域中部地區(qū)各縣域單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布和變化存在空間差異，從中間向兩邊減少，東西兩端的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高。從具體縣(區(qū))來(lái)看，武漢市江岸區(qū)、江漢區(qū)、硚口區(qū)、漢陽(yáng)區(qū)、洪山區(qū)，長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)、開(kāi)福區(qū)、雨花區(qū)，南昌市東湖區(qū)、西湖區(qū)、青云譜區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈降低趨勢(shì)，而其他區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值大多呈上升趨勢(shì)。長(zhǎng)江流域中部地區(qū)大部分縣域單元生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化率為2.08%～14.09%，個(gè)別區(qū)域增長(zhǎng)較多，如仙桃市、天門市、監(jiān)利縣、洪湖市、安鄉(xiāng)縣、新洲區(qū)、黃陂縣、星子縣。

通過(guò)LISA集聚分析看出長(zhǎng)江流域中部地區(qū)高-高集聚區(qū)和低-低集聚區(qū)較多，該區(qū)域內(nèi)生態(tài)系服務(wù)價(jià)值分布具有聚集性并且高低差異明顯(圖1)。高-低集聚區(qū)和低-高集聚區(qū)則表示高值與低值相互交錯(cuò)，空間破碎性明顯。2010-2017年變化不大，高-高集聚區(qū)和低-低集聚區(qū)的分布呈現(xiàn)中間集聚，零散分布，成帶狀在中間盤踞的特征。高-高集聚區(qū)分別是平江縣、崇陽(yáng)縣、通山縣、臨湘市、宜黃縣、崇仁縣、臨川區(qū)，低-低集聚區(qū)分別是江漢區(qū)、漢陽(yáng)區(qū)、武昌區(qū)、洪山區(qū)、東西湖區(qū)、青山區(qū)、硚口區(qū)、開(kāi)福區(qū)、岳麓區(qū)、芙蓉區(qū)、珠暉區(qū)、石鼓區(qū)等地。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量空間分布與LISA聚類

3.1.2 四大類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 長(zhǎng)江流域中部地區(qū)3省份不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能四大類的價(jià)值變化趨勢(shì)不一，其中調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)、文化娛樂(lè)呈上升趨勢(shì)，變化率分別為14.34%，37.77%，30.79%。供給服務(wù)和文化娛樂(lè)上升較多，支持服務(wù)呈下降趨勢(shì)，變化率為-5.81%，其中湖南省地區(qū)支持服務(wù)和供給服務(wù)變化劇烈。調(diào)節(jié)服務(wù)總量最大，2010年和2017年分別為4 728.98億元、5 407.30億元。調(diào)節(jié)服務(wù)中的水文調(diào)節(jié)是水系的重要生態(tài)服務(wù)，而長(zhǎng)江流域中部地區(qū)湖泊、河流聚集且處于政策保護(hù)下不斷發(fā)展，這對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)有較大影響。

從空間分布上看，調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)和文化娛樂(lè)在區(qū)域內(nèi)和總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有相似性，即從中間向外圍呈下降趨勢(shì)，而支持服務(wù)聚集在東南方向，那里主要是江西省地區(qū)(圖2)。從2010—2017年調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)和文化娛樂(lè)在空間上差異不大，支持服務(wù)逐漸向東偏移。

3.1.3 各類用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的分地類計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)耕地、水域、林地、草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈上升趨勢(shì)，未利用地則呈下降的趨勢(shì)。其中水域面積從2010—2017年擴(kuò)大了9.01%，水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值上升最多且在2017年成為總量最大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)有很大貢獻(xiàn)，其水資源供給服務(wù)、水文調(diào)節(jié)服務(wù)巨大，凈化環(huán)境服務(wù)、氣候調(diào)節(jié)服務(wù)、生物多樣性服務(wù)較強(qiáng)。長(zhǎng)江流域中部地區(qū)湖泊集聚，水系眾多，湖北省有“千湖之省”之名，湖南省內(nèi)有洞庭湖和湘江、資水、沅水和澧水4大水系，江西省有中國(guó)第一大淡水湖鄱陽(yáng)湖。湖北省2013年發(fā)布第一批湖泊保護(hù)名錄，包括了308個(gè)湖泊，而這個(gè)數(shù)字在2013—2017年里不斷增加，為“一湖一法”的落實(shí)提供了基礎(chǔ)，湖南省、江西省也在不斷推進(jìn)“一湖一法”和“湖長(zhǎng)制”、“河長(zhǎng)制”的落實(shí)，水域的保護(hù)不斷完善和發(fā)展。這使得湖北省、湖南省、江西省水域面積從2010—2017年分別擴(kuò)大了12.86%，9.01%，7.63%。幾個(gè)因素共同作用使得其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較大。

林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的增加小于水域的增加，其于2010年是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最大的地類。林地對(duì)氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、土壤保持、水文調(diào)節(jié)、生物多樣性貢獻(xiàn)較大，而長(zhǎng)江流域中部地區(qū)林地占大約48%，所以其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較大。

各類用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布從2010—2017年變化不大(圖3)，其中耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較高區(qū)域集中在湖北省天門市、潛江市、仙桃市、鐘祥市，江西省豐城市、臨川區(qū)，湖南省衡南縣等地，該區(qū)域耕地面積較大。林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較高區(qū)域集中在湖南省平江縣、瀏陽(yáng)市，江西省修水縣、浮梁縣、婺源縣等地。草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集中于右側(cè)，為湖北省麻城市、江西省遂川縣等。水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集中于上半部分，為湖北省洪湖市、湖南省岳陽(yáng)縣、江西省鄱陽(yáng)縣等，洪湖市是四湖匯聚之地，共有大小湖泊102個(gè)，岳陽(yáng)縣水網(wǎng)密布，全縣有新墻河、汨羅河、東洞庭湖三大水系，鄱陽(yáng)縣境內(nèi)大小河流225條，總長(zhǎng)2 070 km，水文資源的充足使得這些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較大。

圖2 4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間情況

圖3 各類用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間情況

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響因素分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密切相關(guān)，景觀格局也在一定程度決定了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能?？追簿傅萚24]通過(guò)研究農(nóng)業(yè)人口、城鎮(zhèn)化率、萬(wàn)元GDP能耗、農(nóng)村居民人均可支配收入、第二產(chǎn)業(yè)比重與人均農(nóng)田ESV直接的關(guān)系，認(rèn)為農(nóng)業(yè)人口、城鎮(zhèn)化率與萬(wàn)元GDP能耗是引起人均ESV變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。趙志剛等[25]通過(guò)研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)ESV的影響，認(rèn)為人口因素與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是其中影響程度較高的因素。另一方面，王麗群等[20]研究景觀格局指數(shù)對(duì)ESV的影響后，認(rèn)為ESV與PD，LPI，LJI，CONTAC，SHDI相關(guān)性高。Hou等[26]也觀察到不同類型ESV與PD之間存在高相關(guān)性。在已有實(shí)證研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮多重共線性與數(shù)據(jù)收集情況，研究最終選擇景觀類型因子PD、宏觀經(jīng)濟(jì)因子第三產(chǎn)業(yè)增加值占比、社會(huì)發(fā)展因子城鎮(zhèn)居民人均可支配收入反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化。

3.2.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量的影響因素分析 在相關(guān)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用線性回歸模型得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量與景觀格局指數(shù)PD、第三產(chǎn)業(yè)增加值占比、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性(表4)。即斑塊密度越大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值越小，斑塊密度表示斑塊破碎程度和景觀異質(zhì)性，值越高，異質(zhì)性越大、破碎性越大。因?yàn)榘邏K密度決定生態(tài)過(guò)程，斑塊的破碎程度會(huì)影響能量的流動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[20]。第三產(chǎn)業(yè)增加值占比和城鎮(zhèn)居民人均可支配收入越高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值越低。第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)居民人均可支配收入等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素將導(dǎo)致對(duì)食物、原材料等的需求增加，并增加廢棄物排放數(shù)量，都會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[26]，有損生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

表4 ESV總量回歸結(jié)果

進(jìn)一步通過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)OLS(Ordinary Least Squares，普通最小二乘法)誤差項(xiàng)存在空間性，同時(shí)通過(guò)空間自相關(guān)指數(shù)Moran′sI值的計(jì)算發(fā)現(xiàn)2010年的長(zhǎng)江流域中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在正向空間自相關(guān)關(guān)系，在拉格朗日乘子空間自相關(guān)誤差檢驗(yàn)的研判下，最終采用空間誤差回歸模型。與線性回歸模型的R2相比，擬合效果變好，表明結(jié)果更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確。從空間誤差回歸模型中可以分析得出PD、第三產(chǎn)業(yè)增加值占比、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈負(fù)向影響。PD是景觀斑塊間分異程度，即破碎化程度的一個(gè)表示指標(biāo)，PD越大則一個(gè)單位的斑塊面積越小，這是景觀破碎、空間異質(zhì)的表現(xiàn)。PD對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響是負(fù)向的，也就是景觀的破碎使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受到一定程度的損害。第三產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)居民人均可支配收入和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要聯(lián)系，其負(fù)向影響說(shuō)明人類追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的活動(dòng)會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

3.2.2 單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量的影響因素分析 對(duì)11個(gè)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行OLS回歸和空間回歸，除了氣體調(diào)節(jié)之外，其余的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)都具有空間自相關(guān)效應(yīng)。結(jié)果表明2010年和2017年OLS回歸都通過(guò)了檢驗(yàn)，但調(diào)整R2較小，最大調(diào)整R2值出現(xiàn)于2010年食物生產(chǎn)生態(tài)服務(wù)功能為0.503。在空間誤差模型擬合后調(diào)整R2顯著增加。從OLS的回歸結(jié)果來(lái)看，2010年P(guān)D對(duì)水文調(diào)節(jié)服務(wù)的影響系數(shù)最大為-0.376，2017年P(guān)D對(duì)各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能影響在-0.019～-0.178普遍不高。第三產(chǎn)業(yè)增加值占比對(duì)各項(xiàng)服務(wù)的影響差別不大，2010年對(duì)維持養(yǎng)分循環(huán)影響最大為-0.474，2017年對(duì)食物生產(chǎn)影響最大，為-0.422。城鎮(zhèn)居民人均可支配收入除了對(duì)水文調(diào)節(jié)服務(wù)和食物生產(chǎn)服務(wù)的影響較小之外，對(duì)其他服務(wù)的影響差別不大，2010年對(duì)氣體調(diào)節(jié)影響最大為-0.281，2017年對(duì)氣候調(diào)節(jié)影響最大為-0.453。2010年和2017年相比，回歸結(jié)果存在差別，PD和第三產(chǎn)業(yè)增加值占比對(duì)單項(xiàng)服務(wù)的影響多為減小，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入影響增加，PD的負(fù)向影響變化在單項(xiàng)服務(wù)里存在差異。

從11類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間誤差模型可以看出與最小二乘回歸模型相比，該模型的擬合結(jié)果更好、更穩(wěn)定(圖4)。3個(gè)不同的自變量對(duì)11類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的解釋是存在差異的。斑塊密度PD主要負(fù)向作用于維持養(yǎng)分循環(huán)、原料生產(chǎn)兩項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，這種作用在2010—2017年呈減小趨勢(shì)。第三產(chǎn)業(yè)增加值占比主要負(fù)向作用于氣候調(diào)節(jié)、原料生產(chǎn)、維持養(yǎng)分循環(huán)3項(xiàng)服務(wù)，在2010—2017年期間差異不大，相對(duì)維持穩(wěn)定。城鎮(zhèn)居民人均可支配收入對(duì)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的正向作用相對(duì)均衡，這種正向影響在2010—2017年已經(jīng)呈現(xiàn)負(fù)向影響。城鎮(zhèn)居民人均可支配收入的增加表征著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，收入增加帶來(lái)了消費(fèi)的活躍，住房消費(fèi)增加、娛樂(lè)消費(fèi)增加都導(dǎo)致用地需求的增長(zhǎng)，用地需求增長(zhǎng)意味著土地利用的轉(zhuǎn)變，極大可能由耕地等向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，這勢(shì)必帶來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的衰減。

圖4 影響因子雷達(dá)圖

4 討論和結(jié)論

本文采用基于NPP系數(shù)修正的價(jià)值當(dāng)量法評(píng)估長(zhǎng)江流域中部地區(qū)3個(gè)省份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并加以時(shí)空分析和比較，采用空間回歸方法挖掘了景觀格局和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。總體來(lái)看，2010—2017年，湖北省武漢市江岸區(qū)、湖南省長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)、江西省南昌市東湖區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所下降，其他縣、區(qū)、市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈上升趨勢(shì)。長(zhǎng)江流域中部地區(qū)207個(gè)縣域單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布存在一定差異，從中部到兩端是減少的。斑塊密度、第三產(chǎn)業(yè)增加值占比、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈負(fù)向影響，說(shuō)明景觀的破碎會(huì)使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受到一定程度的損害，第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人類生活水平的提高也在一定程度上威脅了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。據(jù)此得出以下結(jié)論：(1) 長(zhǎng)江流域中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所提高，但是湖北省、湖南省和江西省各自變化的幅度有所不同；(2) 各類用地里生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最大的為水域和林地，其次為耕地、草地，2010—2017年呈增加趨勢(shì)，未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最小，2010—2017年呈減少趨勢(shì)；(3) 長(zhǎng)江流域中部地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)顯著的空間自相關(guān)現(xiàn)象，斑塊密度、第三產(chǎn)業(yè)增加值占比、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入顯著負(fù)向影響區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，其中城鎮(zhèn)居民人均可支配收入的負(fù)向影響最大。

在生態(tài)文明建設(shè)的背景下，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展，推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的保護(hù)和修復(fù)，本文建議：(1) 在國(guó)土空間的開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中注重空間格局規(guī)劃，避免高密度、細(xì)碎化的開(kāi)發(fā)和建設(shè)造成城市遠(yuǎn)郊區(qū)景觀破碎化，提升湖南省蒸湘區(qū)等，湖北省新洲區(qū)等省會(huì)城市遠(yuǎn)郊區(qū)與地級(jí)市市轄區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；(2) 在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“共抓大保護(hù)，不搞大開(kāi)發(fā)”的戰(zhàn)略方針下，重視對(duì)重要生態(tài)功能區(qū)的保護(hù)，權(quán)衡江西省鄱陽(yáng)縣、湖南省岳陽(yáng)縣、湖北省監(jiān)利縣等相關(guān)高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的關(guān)系，不犧牲生態(tài)用地以發(fā)展經(jīng)濟(jì)；(3) 在診斷生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中維持養(yǎng)分循環(huán)和食物生產(chǎn)功能受到較大威脅的基礎(chǔ)上，結(jié)合江西省青山湖區(qū)、湖北省江夏區(qū)、湖南省岳麓區(qū)等省會(huì)城市中心城區(qū)及其他相關(guān)地區(qū)存在生態(tài)系統(tǒng)輸入輸出養(yǎng)分不均衡以及食物生產(chǎn)供需矛盾加劇等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，開(kāi)展國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)，劃分出優(yōu)化開(kāi)發(fā)與重點(diǎn)修復(fù)區(qū)域、分階段地制定保護(hù)措施，因地制宜地進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)修復(fù)。對(duì)于重要的生態(tài)功能區(qū)，要限制人類開(kāi)發(fā)對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境本底的影響，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，以提高生態(tài)系服務(wù)價(jià)值。優(yōu)化開(kāi)發(fā)區(qū)域要根據(jù)人口、資源、環(huán)境相互協(xié)調(diào)的發(fā)展要求，加大生態(tài)系統(tǒng)資源投入，確定合理的生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)承載上限，在生態(tài)系統(tǒng)承載力范圍內(nèi)走節(jié)約用地，規(guī)?；l(fā)展道路。重點(diǎn)修復(fù)區(qū)內(nèi)要以修復(fù)食物生產(chǎn)功能為先，確保封禁和退耕措施的同時(shí)堅(jiān)守耕地紅線，推廣保護(hù)性耕作措施，堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)與治理相結(jié)合。

本研究在數(shù)據(jù)處理和方法設(shè)計(jì)上有待進(jìn)一步改進(jìn)：(1) 基于溫度和降水量測(cè)算的NPP存在一定的局限性，模型因數(shù)據(jù)缺失，未對(duì)土壤、地形、生物生態(tài)學(xué)等特性進(jìn)行測(cè)度和考量；(2) 鑒于建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量較少，忽略了建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，有待進(jìn)一步完善。