摘要：生態(tài)空間功能支撐城市圈高質(zhì)量發(fā)展與建設(shè)，并隨其多功能需求變化而需要進(jìn)行戰(zhàn)略性調(diào)整。本文以千米格網(wǎng)為評(píng)價(jià)單元，選取氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、生境維持、景觀保育、土壤保持與休閑游憩6 個(gè)功能指標(biāo)，分析武漢城市圈生態(tài)空間多功能的時(shí)空演變特征，采用熱點(diǎn)分析、隨機(jī)森林模型等方法，探究了生態(tài)空間多功能的熱點(diǎn)演變規(guī)律及驅(qū)動(dòng)機(jī)制。結(jié)果表明：（1）2000—2020 年武漢城市圈生態(tài)空間多功能演化特征差異明顯，生境維持、景觀保育和土壤保持功能總體上表現(xiàn)為減弱趨勢(shì)，氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)和休閑游憩功能總體上表現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢(shì)，其中休閑游憩功能增幅最大。（2）在研究期內(nèi)，六類(lèi)生態(tài)空間功能的空間分布格局均發(fā)生了顯著的變化。水源涵養(yǎng)和休閑游憩功能的熱點(diǎn)區(qū)整體上呈增加趨勢(shì)，氣候調(diào)節(jié)和生境維持功能的熱點(diǎn)區(qū)表現(xiàn)為先上升后降低的趨勢(shì)，景觀保育和土壤保持功能的熱點(diǎn)區(qū)基本保持穩(wěn)定。（3）社會(huì)- 生態(tài)因子對(duì)生態(tài)空間功能的發(fā)揮具有重要影響。從整體上看，土地利用格局、植被覆蓋度和地形因素對(duì)生態(tài)空間各功能的影響最大，但隨著時(shí)間的推移，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)生態(tài)空間多功能的影響逐漸增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)空間；多功能；時(shí)空演變；驅(qū)動(dòng)機(jī)制；武漢城市圈

中圖分類(lèi)號(hào)：F293.22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1329（2024）03-0083-09

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過(guò)程中，城鎮(zhèn)擴(kuò)張導(dǎo)致大量生態(tài)空間被擠占[1]，國(guó)土空間格局發(fā)生了劇烈變化[2]，許多生態(tài)效益高的生態(tài)空間服務(wù)功能逐漸減弱，使得生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益突出[3]。另一方面，居民收入提高和人口激增促使人類(lèi)需求結(jié)構(gòu)升級(jí)[4]，對(duì)生態(tài)空間所提供的產(chǎn)品提出了更高要求。生態(tài)空間以維護(hù)生態(tài)安全為主要目標(biāo)，發(fā)揮調(diào)節(jié)氣候、保育生物、涵養(yǎng)水源、保持土壤等多種功能，是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)揮的重要保障[5]。生態(tài)空間多功能源自于土地利用多功能，是指生態(tài)空間提供各種產(chǎn)品以實(shí)現(xiàn)人們各種生活需求的能力[6]，其功能變化受到土地管理水平、政府政策管制、服務(wù)主體需求等多重因素的影響，土地治理驅(qū)動(dòng)力由政府—市場(chǎng)—需求的轉(zhuǎn)變，生態(tài)空間功能也隨之不斷發(fā)生變化。隨著生態(tài)文明理念的不斷深入、落實(shí)“三區(qū)三線”管控和國(guó)土空間規(guī)劃方案的推動(dòng)，要求創(chuàng)新國(guó)土空間管理方式，優(yōu)化功能組合配置。因此，融合多源數(shù)據(jù)綜合評(píng)估生態(tài)空間功能及其演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制[7]，對(duì)統(tǒng)籌區(qū)域生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)發(fā)展、增強(qiáng)國(guó)土生態(tài)安全保障具有重要意義[8-9]。

近年來(lái)，不少學(xué)者圍繞生態(tài)空間識(shí)別與分類(lèi)、生態(tài)空間演變與格局評(píng)價(jià)、生態(tài)空間需求測(cè)算與配置、生態(tài)空間布局模擬與保護(hù)利用展開(kāi)了系列研究。一些學(xué)者從土地主體功能、土地利用類(lèi)型及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值等視角劃分生態(tài)空間類(lèi)型，根據(jù)生態(tài)足跡法與碳氧平衡法測(cè)算生態(tài)空間需求量。部分學(xué)者從不同空間尺度探究生態(tài)空間的演變特征與格局優(yōu)化措施，并從建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、自然因素等視角分析其變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。另有學(xué)者基于GIS技術(shù)和空間模型設(shè)定不同情景，進(jìn)行生態(tài)空間布局模擬與重要性分級(jí)研究。然而，已有研究主要關(guān)注生態(tài)空間的數(shù)量結(jié)構(gòu)和分布格局的變化，忽視了其功能的演變特征和作用機(jī)理。為滿足人們追求美好生活而不斷增長(zhǎng)的生態(tài)產(chǎn)品需要，促進(jìn)“兩型社會(huì)”的建設(shè)與實(shí)施，有必要對(duì)生態(tài)空間多功能演變展開(kāi)研究。

城市圈作為新型城鎮(zhèn)化的主要陣地，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)用地保護(hù)的矛盾也日益突出，生態(tài)空間被不斷擠壓，生態(tài)服務(wù)供需處于動(dòng)態(tài)變化之中，生態(tài)服務(wù)質(zhì)量處于不穩(wěn)定狀態(tài)。如何在城市圈的迅速發(fā)展過(guò)程中摸清生態(tài)空間演變的態(tài)勢(shì)，保護(hù)并提升生態(tài)空間的服務(wù)能力，以滿足人們追求高品質(zhì)生活對(duì)生態(tài)產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，已成為區(qū)域長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。武漢城市圈是長(zhǎng)江中游具有代表性的國(guó)家級(jí)試驗(yàn)區(qū)之一，是中部崛起的重要中堅(jiān)力量，隨著生態(tài)文明理念的不斷深入、落實(shí)“三區(qū)三線”管控和國(guó)土空間規(guī)劃方案的推動(dòng)，要求創(chuàng)新各類(lèi)國(guó)土空間管理方式，優(yōu)化功能組合配置，適當(dāng)增加生態(tài)用地和生態(tài)空間。因此，生態(tài)空間與生態(tài)產(chǎn)品的高效利用迫切需要厘清生態(tài)空間多功能演變特征和空間分異規(guī)律，基于社會(huì)- 生態(tài)系統(tǒng)理論對(duì)生態(tài)空間多功能演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行分析，以期為引導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和國(guó)土空間規(guī)劃建設(shè)、連續(xù)而完整的生態(tài)空間多功能體系的武漢都市圈培育提供一些參考。

1 研究區(qū)概況

武漢城市圈位于長(zhǎng)江中游、江漢平原中東部，是以武漢市為圓心，囊括武漢周邊咸寧、黃石、孝感、黃岡、鄂州、仙桃、天門(mén)、潛江等湖北省東部的8 個(gè)城市所組成的城市群，其具體位置范圍見(jiàn)圖1。城市圈內(nèi)大部分地區(qū)海拔較低，地形起伏小，北部孝感市大悟縣與河南省信陽(yáng)市相鄰，東部黃岡市毗鄰安徽省的安慶市和六安市，南部咸寧市通城縣與湖南省臨湘市相連，東南部黃石陽(yáng)新縣、咸寧通山縣與江西省九江市相連。武漢城市圈2021 年的國(guó)土面積約為5.80 萬(wàn)km2，占湖北省2021 年國(guó)土總面積的比重為31.21%。武漢城市圈用地類(lèi)型豐富，分布有平原、丘陵等獨(dú)具地域特色的地形，東部以森林山地為主，中部西部以丘陵平原為主，海拔呈東高西低，南北高中間低分布。

武漢城市圈擁有獨(dú)特的內(nèi)陸型亞熱帶季風(fēng)性氣候，春有梅雨冬有霜降，降水豐富，陽(yáng)光充足，四季變化明顯。區(qū)內(nèi)湖泊眾多，由長(zhǎng)江和漢江穿境，水域面積廣闊，約占城市圈總面積的四分之一。豐富的森林和濕地資源使得武漢城市圈生物種類(lèi)多樣、景觀優(yōu)美，可以為人們提供多樣化的生態(tài)服務(wù)和綠色生態(tài)產(chǎn)品，也促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)- 生態(tài)- 社會(huì)- 環(huán)境協(xié)調(diào)有序發(fā)展。良好的區(qū)位狀況和優(yōu)越的資源稟賦對(duì)于武漢城市圈發(fā)展江漢平原糧食主產(chǎn)區(qū)具有重要作用，同時(shí)為支撐中部地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮著中堅(jiān)力量。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要研究近20 年來(lái)武漢城市圈生態(tài)空間多功能的演變特征，需要融合多類(lèi)數(shù)據(jù)建立生態(tài)空間多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，因此選擇2000 年、2010 年、2020 年三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)作為研究截面。所采用的數(shù)據(jù)包括四種類(lèi)型：一是土地分類(lèi)數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、湖北省道路數(shù)據(jù)、DEM高程數(shù)據(jù)、降雨和氣溫?cái)?shù)據(jù)、植被覆蓋數(shù)據(jù)（NDVI）、NPP 數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)，二是向相關(guān)政府部門(mén)獲取的湖北省生態(tài)保護(hù)紅線分布、主體功能區(qū)劃、自然保護(hù)區(qū)分布等規(guī)劃圖件數(shù)據(jù)，三是用于確定指標(biāo)權(quán)重的參考文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，四是武漢城市圈各個(gè)市縣的人口、GDP、行政區(qū)面積、公路里程、旅游總收入等人口經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)具體情況闡釋如表1 所示。

由于獲取的原始數(shù)據(jù)的來(lái)源各不相同，為方便計(jì)算，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理使得它們的坐標(biāo)系和行政邊界實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一（CGS_2000_3_Degree_GK_Zone_38）。氣象數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)利用克里金插值方法轉(zhuǎn)變成同一坐標(biāo)的格網(wǎng)數(shù)據(jù)。為統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的空間分辨率，采用ArcGIS里的“重采樣”工具將不同分辨率的原始數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成1 km，并基于“創(chuàng)建漁網(wǎng)”工具創(chuàng)建覆蓋整個(gè)武漢城市圈的59171 個(gè)千米格網(wǎng)作為研究單元，從而在1 km 單元格網(wǎng)下進(jìn)行空間化表征各功能指標(biāo)。由于單個(gè)格網(wǎng)面積較小不便于分析功能變化情況，因此后續(xù)的結(jié)果分析通過(guò)將武漢城市圈的縣級(jí)行政分區(qū)矢量圖疊加到千米格網(wǎng)上按照縣域單元進(jìn)行分析。

2.2 研究方法

（1）評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

對(duì)生態(tài)空間功能進(jìn)行識(shí)別和分類(lèi)是進(jìn)行生態(tài)空間功能時(shí)空演變特征及驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析研究的基礎(chǔ)。由于研究的背景和目的不同，學(xué)者們對(duì)生態(tài)空間和生態(tài)空間功能的識(shí)別和分類(lèi)存在一些差異。根據(jù)武漢城市圈的實(shí)際情況、數(shù)據(jù)的可獲取性和研究的科學(xué)性，借鑒已有文獻(xiàn)[10-12] 關(guān)于土地生態(tài)功能的評(píng)價(jià)框架，基于土地利用數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，選取具有代表性的生態(tài)空間多功能性指標(biāo)，從水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、生境維持、土壤保持、景觀保育和休閑游憩六個(gè)方面構(gòu)建生態(tài)空間多功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。由于生態(tài)空間各功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)空間尺度和度量單位不同，為便于格網(wǎng)計(jì)算，需要對(duì)各類(lèi)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作處理。根據(jù) Min-Max 歸一化方法對(duì)2000、2010 和2020 年的評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)行無(wú)量綱處理。

氣候調(diào)節(jié)功能作為生態(tài)空間的基本功能之一，對(duì)人與自然的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。采用固碳量來(lái)衡量氣候調(diào)節(jié)功能，根據(jù)生長(zhǎng)周期內(nèi)植被呼吸過(guò)程中對(duì)碳的吸入量和呼出量來(lái)計(jì)算。參考楊一鵬等的研究成果[13]，關(guān)于固碳量的測(cè)算方法如下：

水源涵養(yǎng)功能是指生態(tài)空間調(diào)節(jié)河流流量和地表徑流的固持水量的能力，是生態(tài)空間基本功能的又一重要組成部分?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)和交易的綜合評(píng)價(jià)模型[14]（InVEST） 來(lái)測(cè)算水源涵養(yǎng)功能，計(jì)算公式如下：

生境維持功能是指提供適合物種生存和利于生物能量、物質(zhì)流動(dòng)環(huán)境的能力。生物多樣性的保護(hù)與生境質(zhì)量密切相關(guān)。本研究運(yùn)用InVEST 模型中的生境質(zhì)量模塊計(jì)算生境維持功能，測(cè)算公式如下：

景觀保育功能是指保護(hù)和維持各土地類(lèi)型景觀價(jià)值，恢復(fù)已受損的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，防止生態(tài)環(huán)境退化的能力。植被覆蓋程度是景觀保育功能的重要組成部分，采用植被覆蓋度來(lái)測(cè)算景觀保育功能，計(jì)算公式如下：

土壤保持功能是指減少水土流失，保持土壤肥力和維持土壤生產(chǎn)力的能力。可采用修正的通用土壤流失方程[16]（RUSLE） 計(jì)算得到，計(jì)算公式如下：

休閑游憩功能是生態(tài)空間作為一種自然景觀能提供人類(lèi)開(kāi)展觀賞、休憩等活動(dòng)環(huán)境的能力。主要從三個(gè)方面來(lái)測(cè)算休閑游憩功能：（1）可達(dá)性，采用ArcGIS 中的歐式距離工具計(jì)算距道路的距離模擬；（2）游憩潛力，可以在不同土地類(lèi)型中進(jìn)行的潛在活動(dòng)（表2）[17-18]；（3）景觀美麗程度，由距離國(guó)家森林公園和自然保護(hù)區(qū)的距離模擬（表3）。將三個(gè)屬性指標(biāo)分別與各自的權(quán)重相乘后匯總以計(jì)算休閑游憩功能。

（2）熱點(diǎn)分析

熱點(diǎn)分析已廣泛應(yīng)用于空間分析，以檢測(cè)對(duì)興趣變量異常高值的區(qū)域。運(yùn)用ArcGIS 10.6 空間統(tǒng)計(jì)工具中的Hot Spot Analysis 工具識(shí)別每個(gè)功能的高值區(qū)在空間上聚類(lèi)的區(qū)域，這對(duì)于決策制定更加實(shí)用[19]。該方法可以根據(jù)生態(tài)空間每個(gè)功能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間分布自動(dòng)生成閾值。通過(guò)ArcGIS10.6 中的“創(chuàng)建漁網(wǎng)”工具將整個(gè)區(qū)域劃分為1 km 的平方網(wǎng)格，將某個(gè)格網(wǎng)與其相鄰格網(wǎng)的局部總和與所有要素的總和進(jìn)行比較，當(dāng)局部總和與所預(yù)期的局部總和有很大差異，以至于無(wú)法成為隨機(jī)產(chǎn)生的結(jié)果時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的z 得分。然后，利用區(qū)統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)的每個(gè)生態(tài)空間功能的平均值。最后，應(yīng)用熱點(diǎn)分析來(lái)識(shí)別熱點(diǎn)（高正Z 分?jǐn)?shù)和小P 值）和冷點(diǎn)（低負(fù)Z 分?jǐn)?shù)和小P 值）。對(duì)于具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的正的z 得分，z 得分越高，熱點(diǎn)（高值）的聚類(lèi)就越緊密。對(duì)于統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性負(fù)z 得分，z 得分越低，冷點(diǎn)（低值）的聚類(lèi)就越緊密。

（3）驅(qū)動(dòng)因子選取與隨機(jī)森林分析方法

地形、氣候、水文、土壤等生態(tài)環(huán)境因素和城鎮(zhèn)擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通建設(shè)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)生態(tài)空間功能空間分布具有重要影響?；跀?shù)據(jù)的可獲取性和影響因子的代表性，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，本研究分別從地形、植被、氣候、可達(dá)性、經(jīng)濟(jì)和人口等角度選擇了11 個(gè)影響因子（表4）。在自然環(huán)境層面主要考慮了地形和氣候的驅(qū)動(dòng)作用，但武漢城市圈氣溫等氣候因素差異不大，高程坡度等非地帶性因素對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響較大。因此，選取高程、坡度、年平均降雨量、年平均氣溫、年平均風(fēng)速、年平均相對(duì)濕度來(lái)表征自然環(huán)境狀況。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平層面，選取人口密度表征休閑游憩功能需求，選取國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值密度表征經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，選取土地類(lèi)型表征人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地覆被面積的影響和城鎮(zhèn)化發(fā)展水平，選取植被覆蓋度表征景觀保育水平。此外，區(qū)位條件對(duì)生態(tài)空間多功能的發(fā)揮具有一定的影響，采用距道路距離來(lái)表征。

隨機(jī)森林是以分類(lèi)和回歸運(yùn)算為依據(jù)的一種機(jī)器學(xué)習(xí)編程算法，一般用來(lái)闡釋多個(gè)自變量對(duì)于其相關(guān)聯(lián)的因變量的影響程度，通過(guò)對(duì)變量進(jìn)行隨機(jī)化，生成更多的決策樹(shù)以獲得更優(yōu)的結(jié)果[20]。此外，隨機(jī)森林對(duì)輸入變量的多元共線性特征不敏感，不易產(chǎn)生對(duì)缺失數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)的顯著反應(yīng)。使用結(jié)果參數(shù)中均方誤差平均遞減值（%IncMSE）來(lái)衡量自變量對(duì)因變量的反應(yīng)程度，通過(guò)準(zhǔn)確度（%Incmse）的平均值降低的歸一化值來(lái)測(cè)量每個(gè)變量的貢獻(xiàn)的相對(duì)重要性，公式如下：

基于相同的影響指標(biāo)體系和驅(qū)動(dòng)分析方法， 構(gòu)建2000—2020 年生態(tài)空間多功能的驅(qū)動(dòng)機(jī)制模型。在ArcGIS 10.6 中使用“創(chuàng)建隨機(jī)點(diǎn)”和“多個(gè)值提取至點(diǎn)”工具從2000 年、2010 年和2020 年六類(lèi)生態(tài)空間功能和11 種社會(huì)—生態(tài)環(huán)境因子數(shù)據(jù)中提取15000 個(gè)隨機(jī)點(diǎn)，剔除異常值后共14761 個(gè)有效樣本數(shù)據(jù)。將11 個(gè)社會(huì)—生態(tài)環(huán)境影響因子作為自變量，以6 類(lèi)生態(tài)空間功能作為因變量進(jìn)行隨機(jī)森林建模，量化分析各個(gè)影響因子對(duì)生態(tài)空間多功能的空間分異的相對(duì)影響，探索生態(tài)空間各項(xiàng)功能驅(qū)動(dòng)機(jī)制的時(shí)間變化特征。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)空間多功能演變

通過(guò)指標(biāo)空間化方法計(jì)算得到2000—2020 年單元格網(wǎng)內(nèi)武漢城市圈生態(tài)空間功能狀態(tài)值，并將不同年份的功能值進(jìn)行相減，從而得到不同研究時(shí)段內(nèi)武漢城市圈生態(tài)空間六類(lèi)功能的變化值。

2000—2020 年武漢城市圈生態(tài)空間各項(xiàng)功能演變特征顯著（圖2、圖3）。氣候調(diào)節(jié)功能整體呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)，2010—2020 年除武漢市和鄂州市的主城區(qū)外，其他地區(qū)均表現(xiàn)為增強(qiáng)。水源涵養(yǎng)功能在兩個(gè)研究時(shí)段的變化差異顯著，2000—2010 年在咸寧市、武漢市南部和黃岡市東部的零星區(qū)域表現(xiàn)為增強(qiáng)，其余大部分區(qū)域均表現(xiàn)為減弱；2010—2020 年，除咸寧市外，武漢城市圈的水源涵養(yǎng)功能均有提升，其中孝感市、仙桃市和潛江市的變化最為顯著。生境維持功能受建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的影響，從2000—2010 年呈現(xiàn)出顯著減弱的趨勢(shì)；2010—2020 年生境維持功能表現(xiàn)為零星分布式增強(qiáng)，但大部分區(qū)域仍表現(xiàn)為減弱，其中武漢市和孝感市的減弱趨勢(shì)更為顯著。景觀保育功能的增強(qiáng)區(qū)域主要分布在研究區(qū)的林地、草地面積較大的區(qū)域，2000—2010 年，除東部部分區(qū)域表現(xiàn)為減弱，其他區(qū)域基本保持穩(wěn)定；景觀保育功能在2010—2020 年減弱范圍擴(kuò)大，總體功能值降低。土壤保持功能在大部分區(qū)域表現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢(shì)，2000—2010 年孝感東北部、天門(mén)西部和潛江的大部分區(qū)域略有減弱，這些地區(qū)主要為平原耕作區(qū)，具有潛在的土壤流失量；2010—2020 年土壤保持功能在大部分區(qū)域表現(xiàn)為穩(wěn)定或略有增強(qiáng)，但整體增幅呈降低趨勢(shì)，黃岡市東北部的山地區(qū)域略有減弱，主要原因在于黃岡東北部的山區(qū)縣鎮(zhèn)濫砍濫伐現(xiàn)象嚴(yán)重，植被覆蓋度有所降低。休閑游憩功能在兩個(gè)研究時(shí)段的變化差異較大，2000—2010 年除咸寧市、仙桃市、潛江市和武漢市的西南部表現(xiàn)為增強(qiáng)，其他區(qū)域整體表現(xiàn)為減弱，局部區(qū)域呈零星分布式增強(qiáng)；2010—2020 年武漢城市圈的休閑游憩功能呈現(xiàn)大范圍增強(qiáng)，城市主城區(qū)外圍表現(xiàn)為分散式減弱?？傮w而言，生態(tài)空間多功能表現(xiàn)為正向增強(qiáng)或負(fù)向減弱與城市發(fā)展以及人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)。

3.2 生態(tài)空間功能空間分布格局的變化

由圖4 可知，2000—2020 年間，六類(lèi)生態(tài)空間功能的空間分布格局均發(fā)生了顯著的變化。氣候調(diào)節(jié)功能的熱點(diǎn)區(qū)主要分布在咸寧市南部和黃岡市東北部的林地區(qū)域。水源涵養(yǎng)的熱點(diǎn)區(qū)變化不大，主要分布在武漢城市圈南部的九宮山群，從2000—2020 年?yáng)|部也出現(xiàn)了新的熱點(diǎn)區(qū)，主要是在黃岡市東北部的大別山森林群落。生境維持功能的熱點(diǎn)區(qū)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，2000—2010 年熱點(diǎn)區(qū)略有增長(zhǎng)，熱點(diǎn)高值區(qū)較多，主要分布在咸寧市、孝感市和黃岡市的林草地區(qū)域；2010—2020 年生境維持功能的高熱點(diǎn)區(qū)有所下降，主要原因是城鎮(zhèn)擴(kuò)張和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展使得人類(lèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾增強(qiáng)。景觀保育功能和氣候調(diào)節(jié)功能在城市圈邊緣區(qū)有相似的熱點(diǎn)，而前者的熱點(diǎn)區(qū)域比較少，西部潛江市和仙桃市的熱點(diǎn)區(qū)逐漸減少。土壤保持功能的熱點(diǎn)區(qū)分布和生境維持功能有類(lèi)似之處，但后者在中部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域也有零散的熱點(diǎn)。休閑游憩功能的冷熱點(diǎn)分布格局基本不變，熱點(diǎn)區(qū)主要位于南部和東北部的大部分地區(qū)，冷點(diǎn)區(qū)主要位于中部和西北部，且2010—2020 年冷點(diǎn)區(qū)表現(xiàn)為減少的趨勢(shì)。另外中部武漢市和鄂州市的熱點(diǎn)區(qū)顯著增加，這是由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和路網(wǎng)建設(shè)為游憩活動(dòng)提供了便利性，再加上該地區(qū)旅游景點(diǎn)的逐漸增多，對(duì)于休閑游憩活動(dòng)的吸引力增強(qiáng)。

3.3 生態(tài)空間功能空間分布的驅(qū)動(dòng)機(jī)制變化

探究不同社會(huì)—生態(tài)因子對(duì)生態(tài)空間功能影響的時(shí)間變化規(guī)律，分別對(duì)2000 年、2010 年和2020 年的六種生態(tài)空間功能的社會(huì)—生態(tài)驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行隨機(jī)森林建模。結(jié)果表明：除2010 年的氣候調(diào)節(jié)功能的模型擬合優(yōu)度為75.58% 外，其他模型的擬合優(yōu)度均高于90%（表5），表明選取的11 類(lèi)社會(huì)—生態(tài)因子可以有效解釋不同年份六種生態(tài)空間功能的空間差異，可根據(jù)隨機(jī)森林模擬的結(jié)果來(lái)分析不同社會(huì)—生態(tài)因子對(duì)生態(tài)空間多功能影響的時(shí)間變化。

由圖5 可知，2000—2020 年對(duì)氣候調(diào)節(jié)功能影響最大的三個(gè)因素為植被覆蓋度、土地利用格局和地形因素，其中植被覆蓋度的影響持續(xù)升高，影響權(quán)重從2000 年的22.32% 升高至2020 年的28.56%，而土地利用和地形的影響持續(xù)降低，分別從2000 年的18.67% 和10.41% 降到2020 年的15.17% 和8.35%。另外社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和道路可達(dá)性對(duì)氣候調(diào)節(jié)的影響較小且呈下降趨勢(shì)，氣候因子對(duì)氣候調(diào)節(jié)的影響比較穩(wěn)定。降水因子和植被覆蓋度對(duì)水源涵養(yǎng)功能的影響最大，且其影響權(quán)重呈升高趨勢(shì)，分別由2000 年的17.60% 和14.95% 升高至2020 年的20.28%和17.34%。高程對(duì)水源涵養(yǎng)功能的影響排在第三位，其影響基本呈穩(wěn)定趨勢(shì)。11 類(lèi)社會(huì)—生態(tài)影響因子中，土地利用格局對(duì)生境維持功能具有決定性的影響，且其影響逐漸降低，影響權(quán)重由2000 年的58.58% 降低至2020年的54.82%。其次為高程和坡度，但影響大小基本不變。社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和氣候因子對(duì)生境維持功能的影響相對(duì)較小，但前者的影響呈下降趨勢(shì)，后者的影響呈升高趨勢(shì)。

植被覆蓋度對(duì)景觀保育功能的影響最大且呈升高趨勢(shì)，影響權(quán)重由2000 年的40.33% 增長(zhǎng)至2020 年的45.26%。其次為氣候因子和土地利用格局，但氣候因子的影響呈升高趨勢(shì)，而土地利用格局的影響呈下降趨勢(shì)。地形因子和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件對(duì)景觀保育功能的影響都較小，其影響大小整體呈下降趨勢(shì)。就土壤保持功能的空間差異來(lái)看，地形坡度的影響最大，其影響大小呈升高趨勢(shì)，從2000 年的20.01% 增長(zhǎng)至2020 年的23.78%。其次為降水氣候因子，其相對(duì)影響大小基本不變。植被覆蓋度對(duì)土壤保持功能的貢獻(xiàn)率處于第三位，其影響大小呈升高趨勢(shì)。土地利用格局和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件對(duì)土壤保持功能的影響都較小，且呈下降趨勢(shì)。土地利用格局、道路可達(dá)性和高程因子對(duì)休閑游憩功能空間差異的影響最大，其中土地利用格局的影響呈下降趨勢(shì)，從2000 年的20.93%降到2020 年的15.89%，而道路可達(dá)性和高程因子的影響持續(xù)升高，分別從2000 年的10.92% 和9.93% 升高至2020 年的13.26% 和12.34%，社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件對(duì)休閑游憩功能的貢獻(xiàn)率高于氣候因子。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究實(shí)現(xiàn)了千米格網(wǎng)下的武漢城市圈生態(tài)空間功能的精細(xì)化評(píng)價(jià)，量化分析了2000—2020 年生態(tài)空間六類(lèi)功能的空間分布格局，并探究了生態(tài)空間功能的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，深入認(rèn)知生態(tài)空間空間分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類(lèi)需求之間的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，得出以下結(jié)論：

（1）2000—2020 年，武漢城市圈生態(tài)空間各項(xiàng)功能演化路徑差異顯著。氣候調(diào)節(jié)和水源涵養(yǎng)功能都呈現(xiàn)出先減弱后增強(qiáng)的趨勢(shì)，休閑游憩功能在兩個(gè)研究時(shí)段變化差異明顯，整體功能值都表現(xiàn)為增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。土壤保持功能、景觀保育功能和生境維持功能總體表現(xiàn)為減弱趨勢(shì)。

（2）2000—2020 年，武漢城市圈生態(tài)空間多功能的空間演變特征差異明顯。水源涵養(yǎng)和休閑游憩功能的冷熱點(diǎn)分布格局基本不變，冷點(diǎn)區(qū)都分布在中部和西北部地區(qū)；氣候調(diào)節(jié)和景觀保育的熱點(diǎn)區(qū)分布具有相似之處，但前者的熱點(diǎn)區(qū)呈增強(qiáng)趨勢(shì)，后者的熱點(diǎn)區(qū)呈減弱趨勢(shì)；生境維持功能的熱點(diǎn)區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)，其熱點(diǎn)區(qū)受到城鎮(zhèn)擴(kuò)張的影響逐漸縮??；土壤保持功能的熱點(diǎn)區(qū)整體上變化不大，熱點(diǎn)區(qū)主要分在南部和東部的林地區(qū)域。

（3）生態(tài)空間多功能時(shí)空演變受到自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的共同驅(qū)動(dòng)作用的影響。各社會(huì)- 生態(tài)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)生態(tài)空間六項(xiàng)功能的作用強(qiáng)度存在明顯差異，由此引發(fā)生態(tài)空間多功能時(shí)空特征的變化。土地利用格局、植被覆蓋度和地形因素對(duì)生態(tài)空間多功能的影響最大，隨著時(shí)間的推移，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子對(duì)生態(tài)空間多功能的演變程度與方向的影響逐漸增強(qiáng)。氣候調(diào)節(jié)和景觀保育功能受植被覆蓋度的影響最大，且都呈上升趨勢(shì)。土地利用格局對(duì)生境維持和休閑游憩功能的影響最大，但影響程度逐漸降低。生境維持功能在中西部出現(xiàn)新的熱點(diǎn)區(qū)，這主要是受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)影響。氣候因素對(duì)水源涵養(yǎng)和土壤保持功能的影響較大且都表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，但對(duì)后者影響最大的是地形坡度因子。

4.2 討論

本文通過(guò)構(gòu)建不同時(shí)期生態(tài)空間多功能演變的隨機(jī)森林模型，定量探究了武漢城市圈生態(tài)空間多功能變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，平衡生態(tài)空間利用結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)城市圈內(nèi)國(guó)土生態(tài)空間開(kāi)發(fā)與建設(shè)?？傮w來(lái)看，景觀保育和休閑游憩功能都呈現(xiàn)一定程度的增強(qiáng)，這得益于武漢城市圈原有的自然生態(tài)本底基礎(chǔ)，另一方面也說(shuō)明人們對(duì)休閑游憩功能的需求較9GlU7QqkV9XEpK+p/WWcMsBYxZE3kY0n8IossvGos54=大，未來(lái)應(yīng)該強(qiáng)化“三線”管控，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)區(qū)建設(shè)，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生態(tài)產(chǎn)品需求。同時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)建成區(qū)的無(wú)序擴(kuò)張，謹(jǐn)慎對(duì)待新增建設(shè)用地占用生態(tài)空間的行為，著力提高建設(shè)用地利用效率。另外，還需加強(qiáng)生態(tài)空間的防護(hù)工程建設(shè)，在充分挖掘功能的同時(shí)，建設(shè)適應(yīng)性管理機(jī)制，注重生態(tài)空間的耗損修復(fù)工作。

生態(tài)空間多功能演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制復(fù)雜多樣，本研究所選取的驅(qū)動(dòng)因子主要是自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面具有代表性的影響因素。不同時(shí)期的政策規(guī)劃因素對(duì)生態(tài)空間多功能的變化具有重要影響，但由于政策因子的定量化技術(shù)和空間化方法還不夠成熟，并未將政策因子考慮在內(nèi)。在后續(xù)的研究中，應(yīng)該積極探索政策規(guī)劃、法律法規(guī)等政策因子的定量評(píng)價(jià)機(jī)理，進(jìn)而完善生態(tài)空間多功能演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

此外，生態(tài)空間多功能利用涉及多方利益主體，未來(lái)研究的重點(diǎn)在于創(chuàng)新生態(tài)空間管理體系，由地方政府集中管理轉(zhuǎn)變?yōu)檎?、?zhuān)家、社會(huì)公眾多主體參與的管理格局。為保證社會(huì)資本充分參與生態(tài)空間管理決策，需要加強(qiáng)村委、社區(qū)的自主治理。在國(guó)家層面，國(guó)家要完善社會(huì)資本參與管理決策的政策法規(guī)，并將公眾參與決策的程序?qū)嵺`化、具體化；在地方層面，建立高效、全面的信息公示和意見(jiàn)征詢(xún)機(jī)制；在社會(huì)層面，鼓勵(lì)各社會(huì)力量創(chuàng)建環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)或社團(tuán)組織，并賦予他們一定的參與社會(huì)治理的權(quán)力。

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