陳端呂 陳哲夫 彭保發(fā)

(湖南文理學(xué)院地理科學(xué)與旅游學(xué)院，湖南 常德 415000)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得賴以生存與發(fā)展的收益[1]，是實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)與保障，土地利用/覆被變化(LUCC)通過(guò)人類活動(dòng)改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與生態(tài)過(guò)程，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的驅(qū)動(dòng)力。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在價(jià)值評(píng)估、空間分異等方面具有較多的研究成果，土地利用/覆被變化成為全球研究熱點(diǎn)。從近期的發(fā)展歷程來(lái)看，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土地利用/覆被變化的相互關(guān)系研究越來(lái)越受到重視，本文通過(guò)對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行梳理及未來(lái)的研究趨勢(shì)的展望，為土地利用規(guī)劃管理、生態(tài)建設(shè)與區(qū)域發(fā)展提供參考。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不僅依賴于生態(tài)系統(tǒng)，而且也受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的影響。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成機(jī)制雖有一些研究，但結(jié)論尚需進(jìn)行一步論證，存在一定的復(fù)雜性。生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與生態(tài)過(guò)程是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的載體與物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受結(jié)構(gòu)與過(guò)程的復(fù)雜性制約，主要體現(xiàn)在生態(tài)過(guò)程的復(fù)雜性與尺度性導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成的不確定性與非穩(wěn)定性，不同區(qū)域提供的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也不同[2]。從現(xiàn)有的研究來(lái)看，雖然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與區(qū)域發(fā)展之間的耦合機(jī)制尚不清晰，尚處于探索階段，可能需要長(zhǎng)期的定位觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)研究，但仍然為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分類與評(píng)估

聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(Millennium ecosystem Assessment，MA)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)歸納為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)[3]。Wallace[4]提出了針對(duì)自然資源管理的分類系統(tǒng)，F(xiàn)isher與Turner[5]提出了中間服務(wù)、終點(diǎn)服務(wù)與收益類型，而Constanza[6]根據(jù)空間特征及排他性進(jìn)行了分類。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)根據(jù)空間特征關(guān)系可分為全球非臨近、局部鄰近、流動(dòng)方向性、原位性和使用者遷移性等 5 種類型[6]。從目前情況看，難以找到一個(gè)普適的分類方法，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分類有不同的看法，各有側(cè)重，但依然是進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的基礎(chǔ)。

早期較為常用的評(píng)估方法主要基于市場(chǎng)理論，分為實(shí)際市場(chǎng)法、替代市場(chǎng)法、虛擬市場(chǎng)法[7]。生態(tài)系統(tǒng)功能的量化和空間模擬成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的核心，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估及相關(guān)研究起著關(guān)鍵作用。在過(guò)去的研究中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估指標(biāo)呈現(xiàn)迅速增加趨勢(shì)，提出了大量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給制圖工具[8]，評(píng)價(jià)體系一般供給評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建較多，但由于理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐的限制，受可獲得數(shù)據(jù)的依賴性等因素影響，服務(wù)需求及供需關(guān)系分析相對(duì)較少，缺乏統(tǒng)一的指標(biāo)體系和方法，而且針對(duì)服務(wù)的需求、供—需關(guān)系分析的指標(biāo)還有待進(jìn)一步發(fā)展，在數(shù)量的估算上仍然存在很大的不確定性。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異格局包含生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給格局、消費(fèi)格局與服務(wù)流網(wǎng)絡(luò)格局。隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估及相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題對(duì)區(qū)域發(fā)展重要性的認(rèn)識(shí)[9]，陳萬(wàn)旭等根據(jù)敏感性對(duì)縣域時(shí)空分異特征進(jìn)行測(cè)度[10]，黃木易等利用地理探測(cè)器揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異驅(qū)動(dòng)因素[11]，吳健生等[12]、黃智洵等[13]進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間重構(gòu)及供求格局研究；同時(shí)，GIS技術(shù)與量化模型得到了較多的應(yīng)用[14]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求在時(shí)間和空間上具有很強(qiáng)的分異特征[15]。

2 土地利用/覆被變化(LUCC)

2.1 LUCC的信息獲取與處理

20世紀(jì)50年代由于衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用，為L(zhǎng)UCC信息獲取提供了可能，加快了LUCC研究的發(fā)展[16]。隨后，對(duì)土壤、巖石和植被等進(jìn)行了大量的波譜測(cè)試，并利用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行土地覆被研究。1995年的“IGBP”與“IIHDP”項(xiàng)目進(jìn)一步推進(jìn)了LUCC的信息獲取，為建立完善的土地分類系統(tǒng)及分類方法提供基礎(chǔ)。我國(guó)LUCC信息獲取最早采用傳統(tǒng)的實(shí)地調(diào)查方法，隨著遙感與GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，土地利用分類信息方法得到了極大的發(fā)展，特別是遙感多源數(shù)據(jù)融合與計(jì)算機(jī)分類模型，體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)的整體優(yōu)勢(shì)。

2.2 LUCC的景觀格局及動(dòng)態(tài)

對(duì)不同地區(qū)和不同時(shí)段的景觀空間格局進(jìn)行分析，是研究土地利用/覆蓋變化的主要內(nèi)容，有助于探討景觀格局和LUCC過(guò)程的相互作用機(jī)理[17]。對(duì)于LUCC的景觀格局及動(dòng)態(tài)研究，主要集中于景觀格局指數(shù)分析指標(biāo)[18]，用于探討景觀異質(zhì)性、土地類型的均衡程度、土地結(jié)構(gòu)的空間配置等，包括斑塊、斑塊類型、景觀3個(gè)層次[19，20]。同時(shí)，通過(guò)土地利用規(guī)模變化、土地利用變化軌跡等分析土地利用景觀格局動(dòng)態(tài)，可直觀體現(xiàn)區(qū)域LUCC整體狀況[21]，并探索土地利用景觀格局及LUCC過(guò)程中的相互關(guān)系[22]，但針對(duì)景觀生態(tài)敏感性及土地利用安全格局構(gòu)建有待于進(jìn)一步的研究。

2.3 LUCC驅(qū)動(dòng)力機(jī)制

目前，土地利用/覆蓋變化研究主要側(cè)重于國(guó)家或區(qū)域尺度的案例，探討LUCC的動(dòng)力學(xué)過(guò)程與機(jī)制。提出了建立LUCC案例研究的全球戰(zhàn)略框架，通過(guò)變化敏感度探討LUCC分異與分區(qū)，對(duì)土地利用/覆被變化的時(shí)空演化機(jī)理有帶進(jìn)行系統(tǒng)研究。土地利用/覆蓋變化的驅(qū)動(dòng)因素體現(xiàn)在自然與人文2個(gè)方面，是自然因素與人文社會(huì)因素的綜合結(jié)果[23]。自然環(huán)境因素是土地利用/覆蓋變化的客觀基礎(chǔ)，主要包括氣候、地貌、水文、土壤等。在人文因素方面，從人口增長(zhǎng)及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)探討，分析了人口因素對(duì)土地利用/土地覆被變化的影響，研究了土地利用/土地覆被變化的人文驅(qū)動(dòng)機(jī)制。驅(qū)動(dòng)力研究主要采用單一因素分析[24]及區(qū)域綜合LUCC分析[25]，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法的較多，包括主成分分析法、回歸分析法、灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析法等。

3 土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系

土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相互關(guān)聯(lián)與影響已成為地理學(xué)和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域共同關(guān)注的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。土地利用反映了人類活動(dòng)，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可體現(xiàn)自然生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，圍繞土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在相互影響的關(guān)系開展了相應(yīng)的探討及個(gè)案研究，見圖1。

圖1 LUCC與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系研究?jī)?nèi)容及其進(jìn)展

3.1 LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

土地利用/覆蓋變化是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要驅(qū)動(dòng)因素。近來(lái)來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者從多個(gè)方面探討了LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。

3.1.1 LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成機(jī)制的影響

生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組分與過(guò)程是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，LUCC通過(guò)影響生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成[26]。具體表現(xiàn)在LUCC確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子和機(jī)制，從而控制生態(tài)過(guò)程。土地利用通過(guò)景觀異質(zhì)性、景觀類型組合體，改變了物種的生存環(huán)境，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化。

3.1.2 LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空分異的影響

LUCC從規(guī)模、情景、方式與強(qiáng)度等方面影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，土地利用規(guī)模引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給損益與生態(tài)服務(wù)功能變化，土地利用情景引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變，土地利用方式與強(qiáng)度引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡[27]。

3.1.3 LUCC可作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的調(diào)控手段

人類活動(dòng)通過(guò)土地類型合理的空間配置，改變了土地利用格局、功能，從而優(yōu)化了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的空間流動(dòng)過(guò)程[28]，通過(guò)深入探究LUCC中土地類型間的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程和演化機(jī)理，探討LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，從而保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適應(yīng)性?？傮w而言，目前土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究成果較多，但準(zhǔn)確把握土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間異質(zhì)性，仍有待于更多的時(shí)空尺度案例進(jìn)一步檢驗(yàn)與探索。

3.2 LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的響應(yīng)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)同樣對(duì)土地利用變化存在多重影響。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)體現(xiàn)了區(qū)域生態(tài)承載能力與生態(tài)安全狀態(tài)，成為人類感知生態(tài)安全狀態(tài)最直接的途徑，耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)逐漸成為區(qū)域生態(tài)安全研究的重要議題。通過(guò)引導(dǎo)人類需求，改變土地利用變化的均衡或波動(dòng)關(guān)系。自俞孔堅(jiān)等提出景觀生態(tài)安全格局以來(lái)，一些學(xué)者嘗試基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行生態(tài)安全格局理論與實(shí)踐探索，利用“源地—阻力面—廊道”的組合方式[29]，為土地利用的精準(zhǔn)空間劃定提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)將生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能與人類福祉聯(lián)系起來(lái)，揭示生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—功能—服務(wù)—人類福祉間的遞進(jìn)關(guān)系[30]，通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)支持人類福祉的能力及對(duì)人類福祉的貢獻(xiàn)，從用地規(guī)模和結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域效益最大化，從而影響土地利用類型的利用程度與方式，使土地資源在各行業(yè)各部門得到合理分配，實(shí)施土地利用轉(zhuǎn)型的空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化與土地利用規(guī)劃管理，為國(guó)土空間規(guī)劃提供方向性指引。

4 研究展望

國(guó)內(nèi)外對(duì)土地利用/覆蓋變化研究?jī)?nèi)容較為豐富，取得了較多的研究成果，土地利用格局分析在生態(tài)學(xué)上已有一定的理論探索，在土地利用空間規(guī)劃決策上有較多的應(yīng)用。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究主要側(cè)重于價(jià)值評(píng)估、空間格局、權(quán)衡協(xié)同等。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土地利用/覆蓋變化的相互影響關(guān)系研究仍處于理論分析與模型模擬階段。通過(guò)識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土地利用變化的影響特征，建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土地合理開發(fā)利用的關(guān)系，具有一定的挑戰(zhàn)性，仍然是值得關(guān)注的重點(diǎn)。在綜合性應(yīng)用方面，人類活動(dòng)的影響具有一定的復(fù)雜性，基于自然因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的影響，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域供需平衡與匹配，探討區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)性有待加強(qiáng)。在多個(gè)視角量化方面，LUCC與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)都具有復(fù)雜的尺度性，構(gòu)建普適模型分析不同尺度的二者相互作用的特征與反饋機(jī)制，精度和結(jié)果的準(zhǔn)確性仍有進(jìn)一步提升的空間。將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的域內(nèi)、域外效應(yīng)納入?yún)^(qū)域空間框架，從空間上辨識(shí)構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)特征，通過(guò)LUCC現(xiàn)狀與時(shí)空動(dòng)態(tài)，構(gòu)建土地利用規(guī)劃與優(yōu)化框架，需要有一定的突破。