基于土地利用與土地覆被的長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間格局及熱點區(qū)變化

歐維新,王宏寧,陶 宇,*

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地管理學(xué)院,南京 210095 2 農(nóng)村土地資源利用與整治國家地方聯(lián)合工程研究中心,南京 210095

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類從自然中所獲得的惠益,強調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉之間的關(guān)系[1],主要由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和人類對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求來反映。區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題主要源自城市化和土地利用變化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和格局改變,其實質(zhì)是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的空間差異或失衡所導(dǎo)致的。因此,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系及其空間測度是識別區(qū)域主要生態(tài)環(huán)境問題并揭示其內(nèi)在驅(qū)動的關(guān)鍵所在[2- 3]。目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給研究已有大量有益探索,其量化方法較為成熟[4- 6]。近年來學(xué)者們開始關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的綜合研究,尤其是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的空間量化已成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的關(guān)注重點[7- 9]。但目前的研究重點主要集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給服務(wù)的供需量化,對于生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)及其在區(qū)域內(nèi)的供需關(guān)系的研究還尚缺乏,其主要原因是由于目前沒有較好的方法對其進(jìn)行量化。基于此Burkhard等提出了基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需量化矩陣方法,即針對生態(tài)完整性、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)以及文化服務(wù)4個大項29個小項,其中每項的分值按照不同土地利用類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或需求的貢獻(xiàn)進(jìn)行0—5之間的賦值,并以此來量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需及其空間格局[10- 11]。盡管這種方法在反映區(qū)域和各土地類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需差別上還存在一些不確定性以及專家本身知識的有限性[12- 15],但其可以較為簡便地量化區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局的空間變化趨勢,因而被越來越多的學(xué)者關(guān)注[16- 19]。

長江三角洲地區(qū)包含上海市、江蘇省和浙江省3省16個城市,是我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和城市化發(fā)展速度最快的地區(qū)之一,其土地利用變化顯著改變了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和格局,水調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等相關(guān)的諸多生態(tài)環(huán)境風(fēng)險日趨嚴(yán)重,經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展與城市的擴(kuò)張引致的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求增加與服務(wù)供給能力下降并存的趨勢還將繼續(xù)存在。因此,量化測度長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局變化及其在不同城市帶上的分布規(guī)律、識別長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需盈虧的熱點區(qū)域等相關(guān)研究工作的開展,不僅可以豐富生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究,還可為優(yōu)化區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局、區(qū)域生態(tài)環(huán)境和土地利用等規(guī)劃管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究方法

1.1.1 長三角土地利用類型劃分

本研究選擇1985年、2000年和2015年3期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù),均來源于地理國情監(jiān)測云平臺基于Landsat TM 30 m遙感影像生產(chǎn)的全國土地利用數(shù)據(jù)產(chǎn)品,整體精度在75%以上。結(jié)合劉紀(jì)遠(yuǎn)等[20]在建設(shè)“中國20世紀(jì)LUCC時空平臺”建立的LUCC分類系統(tǒng),其將土地利用類型歸結(jié)為包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地在內(nèi)的6個一級類和包括有林地、灌木林、疏林地、其他林地和高、中、低覆蓋度草地等25個二級類型,在與Burkhard等研究中采用的歐盟環(huán)境協(xié)調(diào)(Co-Ordinated Information on the Environment,CORINE)土地分類法比對后進(jìn)行了相應(yīng)地類的調(diào)整與歸并,確定了本研究的土地分類體系(表1)。

表1 土地利用分類整合表

注：DL：旱地,Dry land；PF：水田,Paddy filed；W：有林地,Woodland；SH：灌木林,Shrubbery；SW： 疏林地,Sparse woodland；OW：其他林地,Other woodland;HCG高覆蓋度草地,High coverage grassland；MCG：中覆蓋度草地,Medium coverage grassland；LCG：低覆蓋度草地,Low coverage grassland；WB：水體,Water body；B：沿海灘涂,Beach；BL：內(nèi)陸灘地,Bottomland；UL：城鎮(zhèn)用地,Urban land；RL：農(nóng)村居民點Rural land；OCS：其他建設(shè)用地,Other construction sites；SS：鹽堿地,Saline-alkali soil；ML：沼澤地,Marshland；BL：裸土地,Bare land；BRL：裸巖地,Bare rock land；OL：其他,Other land

1.1.2 區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型選擇

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)以及支持服務(wù),由于支持服務(wù)是前三類服務(wù)的基礎(chǔ)和前提且其與人類福祉沒有直接的關(guān)聯(lián),本研究僅考慮生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)及文化服務(wù)類型,包括農(nóng)作物供給、局地氣候調(diào)節(jié)、全球氣候調(diào)節(jié)、洪水防護(hù)、水凈化等23項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

1.1.3 基于土地利用/覆被類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價矩陣

參考Burkhard的研究成果,結(jié)合地類調(diào)整情況與長三角地區(qū)各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求特點,構(gòu)建形成了長三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價矩陣(表2)。其中不同土地利用類型各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需水平打分標(biāo)準(zhǔn)為：0 = 對應(yīng)土地利用類型無相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求,1 = 對應(yīng)土地利用類型有較低水平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求,2 = 對應(yīng)土地利用類型有一般水平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求,3 = 對應(yīng)土地利用類型有中等水平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求,4 = 對應(yīng)土地利用類型有較高水平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求,5 = 對應(yīng)土地利用類型有極高水平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求。本研究在基于Burkhard團(tuán)隊研究成果的基礎(chǔ)之上,結(jié)合表1中的土地利用對應(yīng)類型,將3大類23小項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給/需求值分別在表2中列出,并以供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)分別進(jìn)行匯總。

1.1.4 區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需綜合指數(shù)

本研究以格網(wǎng)為評價單元來測度長三角地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系。在查閱了有關(guān)于土地利用的格網(wǎng)研究當(dāng)中,同時考慮到最小可塑性單元(MAUP)對研究結(jié)果的影響[21],參考關(guān)于土地利用研究中格網(wǎng)構(gòu)建文獻(xiàn)(表3)[22- 29],并結(jié)合研究區(qū)大小,發(fā)現(xiàn)常用的格網(wǎng)分析單元主要有500 m×500 m、1 km×1 km、3 km×3 km、5 km×5 km、10 km×10 km等,為了比較不同格網(wǎng)單元大小對揭示土地利用變化時空格局特征的可能影響,研究針對長三角土地利用/覆被數(shù)據(jù),比較了不同格網(wǎng)尺度下土地利用變化時空格局特征及其差異,發(fā)現(xiàn)不同格網(wǎng)尺度下各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需情況的分析結(jié)果總體上較為一致,考慮到5 km×5 km的格網(wǎng)尺度相對更接近于長三角地區(qū)典型村鎮(zhèn)單元的平均大小(25 km2),其評價結(jié)果對決策管理也更有參考價值,在多次調(diào)整網(wǎng)格大小后擬定5 km×5 km的網(wǎng)格為評價單元。

表2 基于土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/需求評價矩陣

PS：供給服務(wù),Provisioning service；C：農(nóng)作物,Crops；L：牲畜,Livestock；F：飼料,Fodder；CF：水產(chǎn)捕撈,Capture fisheries；WF：野生食物,Wild food；T：木材,Timber；Wf：薪柴,Wood fuel；E：能量,Energy；BM：生物醫(yī)療,Biochemical and medicine；F：淡水,Freshwater;RS：調(diào)節(jié)服務(wù),Regulating services；GCR：全球氣候調(diào)節(jié),Global climate regulation；LCR：局地氣候調(diào)節(jié),Local climate regulation；FP：洪水防護(hù),Flood protection；GR：地下水供給,Groundwater recharge；AQR：空氣質(zhì)量調(diào)節(jié),Air quality regulation；ER：侵蝕調(diào)節(jié),Erosion regulation；NR：營養(yǎng)調(diào)節(jié),Nutrient regulation；WP：水凈化,Water purification；P：傳粉,Pollination;CS：文化服務(wù)Cultural services；RAV：娛樂美學(xué)價值,Recreation and aesthetic values；IVB：多樣性內(nèi)在價值,Intrinsic value of biodiversity；KS：知識體系,Knowledge systems

表3 土地利用變化時空格局研究空間評價單元設(shè)置

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價矩陣(表2),構(gòu)建基于格網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力(ES)和需求強度(ED)模型(式1),進(jìn)而利用兩者的差值(式2)表征該格網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧值(ESD)。

(1)

ESD=Es-Ed

(2)

式中,Ek表示k地類的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力或需求強度值；Mk為網(wǎng)格中k地類的面積；l為網(wǎng)格中土地類型數(shù)量；Mi為網(wǎng)格面積；ES、ED的取值范圍均為-110—110。

對長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧值進(jìn)行等距劃分,將長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧劃分為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)赤字嚴(yán)重區(qū)、赤字一般區(qū)、供需均衡區(qū)、盈余一般區(qū)和盈余充足區(qū)5個等級,分別用1、2、3、4、5表示。轉(zhuǎn)移矩陣可以很好地刻畫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧等級的轉(zhuǎn)變強度以及演變規(guī)律,因此本研究在對長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧進(jìn)行分等的基礎(chǔ)上,利用轉(zhuǎn)移矩陣分析各等級之間30年內(nèi)的轉(zhuǎn)移情況。

1.1.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧空間梯度分析

空間梯度是指沿某一方向景觀特征有規(guī)律地逐漸變化的空間特征[30]。近些年,空間梯度分析在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給[31- 32]以及供需[5- 6]的空間化研究中也得到了一些應(yīng)用。為了深入分析長三角各城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧變化梯度分布規(guī)律及30年間的變化趨勢,本研究在分析長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧空間格局的基礎(chǔ)之上,以上海、杭州和南京3個城市為端點、以5 km格網(wǎng)為帶寬所形成的3個城市間發(fā)展梯度帶,即寧滬帶、滬杭帶和寧杭帶(圖1),分析3個梯度帶不同時期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的分布規(guī)律。

圖1 滬寧杭梯度樣帶示意圖Fig.1 Gradient transects across Shanghai-Nanjing-Hangzhoua 寧滬帶;b 滬杭帶;c 寧杭帶

圖2 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧等級圖Fig.2 Ecosystem services supply-demand levels in the Yangtze River Delta region1：赤字嚴(yán)重區(qū);2：赤字一般區(qū);3：供需均衡區(qū);4：盈余一般區(qū);5：盈余充足區(qū)

圖3 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧各等級面積比例 Fig.3 Percentage of area of different ecosystem services supply-demand levels in the Yangtze River Delta region1：赤字嚴(yán)重區(qū);2：赤字一般區(qū);3：供需均衡區(qū);4：盈余一般區(qū);5：盈余充足區(qū)

1.1.6 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧熱點區(qū)識別方法

局部空間自相關(guān)指數(shù)可反映某一空間單元的屬性值同其鄰接空間單元上同一屬性值的相關(guān)和空間聚集程度[33- 35]。本研究擬采用空間統(tǒng)計分析,通過計算局部Moran′s I指數(shù)識別長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧熱點區(qū),主要利用ArcGIS軟件中的空間分析模塊中的聚類和異常值分析,對長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧熱點區(qū)域進(jìn)行識別。將低低聚集區(qū)定義為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需赤字熱點區(qū),將剔除掉負(fù)值后的高高聚集區(qū)定義為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈余熱點區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧變化

匯總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧值發(fā)現(xiàn)長三角供需總盈余值由1985年的29.12減少至2015年的22.32,整體上,長三角30年內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的趨勢。

從圖2和圖3中可以看出,長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需均衡區(qū)面積仍占區(qū)域主導(dǎo),其分布主要處于耕地及其周邊,表明長三角地區(qū)30年內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧還處于較好的狀態(tài)。供需均衡區(qū)在30年內(nèi)的變化具有一定的波動性,1985年到2000年間面積增長了2.23%,但后15年內(nèi)卻降低了9.01%。這可能是前15年農(nóng)業(yè)用地擠占生態(tài)用地導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)供需平衡區(qū)的面積有所增加,對生態(tài)系統(tǒng)供需盈余一般區(qū)的侵占,而后15年建設(shè)用地占用耕地及其他用地導(dǎo)致平衡區(qū)面積減少。30年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需赤字嚴(yán)重區(qū)和赤字一般區(qū)均處增長狀態(tài),其中赤字一般區(qū)面積由1.17%增長到9.33%,增幅近7倍；赤字嚴(yán)重區(qū)面積僅增長了1.11%。從時空動態(tài)特征來看,赤字嚴(yán)重區(qū)主要分布在上海、南京、蘇錫常以及杭州等大城市的城區(qū),并隨著城市擴(kuò)張而擴(kuò)大；赤字一般區(qū)分布在赤字嚴(yán)重區(qū)的外圍或中小城市的城區(qū)周邊?？梢?城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴(kuò)張在帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時,也加劇了長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需不平衡狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈余區(qū)面積總體上也是減少的,但幅度不大；一般盈余區(qū)30年間減少了2.76%,而盈余充足區(qū)則幾乎沒有變化,空間上盈余一般區(qū)和盈余充足區(qū)主要分布于土地類型為林地、草地和水域等生態(tài)用地周邊,這是長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的核心區(qū)域,也是長三角地區(qū)生態(tài)保護(hù)重點區(qū)域。

為了進(jìn)一步探討30年間長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧的空間演變特征以及各個等級之間的轉(zhuǎn)移規(guī)律,建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧轉(zhuǎn)移矩陣(表4),結(jié)果顯示：(1)在表3中,對角線的元素表示的是長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧等級穩(wěn)定區(qū)域,可以看出兩個時間段中的盈虧等級主要是以穩(wěn)定為主,赤字一般區(qū)的穩(wěn)定概率兩個時間段都為最低,特別是后15年,赤字一般區(qū)的穩(wěn)定概率只有64.53%。結(jié)合圖2,空間上可以看出這個區(qū)域主要集中于一些中小城市以及大城市的周邊,說明城市化對城市及其周邊的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡影響是最大的。

(2)對角線的右上方元素代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)盈虧等級上升的概率,相對應(yīng)的左下方的元素則代表長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧等級下降的概率,從兩個時間段的總和上可以看出,盈虧等級下降的比例分別是上升比例的10.29倍和91.87倍,說明長三角30年內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供不應(yīng)求的趨勢顯著,且后15年內(nèi)更加劇烈。

表4 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧等級轉(zhuǎn)移概率矩陣

1：赤字嚴(yán)重區(qū),demand exceeds supply greatly；2：赤字一般區(qū),demand exceeds supply slightly；3：供需均衡區(qū),supply-demand balance；4：盈余一般區(qū),supply exceeds demand slightly；5：盈余充足區(qū),supply exceeds demand greatly

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)梯度變化

將寧滬帶、杭滬帶以及寧杭帶3條梯度帶所經(jīng)過的格網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧值作為縱坐標(biāo),以由西向東距端點的距離作為橫坐標(biāo)得到3條梯度帶上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧狀態(tài)分布圖(圖4)。

圖4 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧狀況梯度分布圖Fig.4 Urban-rural gradient analysis of ecosystem services supply and demand in the Yangtze River Delta region

結(jié)果表明： (1)從3條梯度帶的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀態(tài)的空間分布來看,長三角各城市之間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧情況差別明顯,各城市的城市中心區(qū)處于低值區(qū),遠(yuǎn)離城市中心則為高值區(qū),呈“V”或多“V”型分布。寧滬帶主要經(jīng)過南京、鎮(zhèn)江、常州、無錫、蘇州和上海,此梯度帶上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧狀態(tài)呈現(xiàn)明顯的 “V”型分布；杭滬帶經(jīng)過了杭州、嘉興和上海3個城市,杭州地區(qū)西部主要是以林地為主,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需值較高,往東城市主城區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)逐步降低；嘉興主要以耕地為主,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀態(tài)處于均衡區(qū),2015年降低較為明顯；上海西南部以耕地為主,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需值分布在0左右,市中心處于低值區(qū)；寧杭帶穿過了南京、常州、湖州和杭州,除了南京和杭州以外,沒有經(jīng)過其他城市的主城區(qū),因此“V”型分布不是很明顯,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧狀態(tài)也處于較高水平。(2)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需值的時間變化上看,30年內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀態(tài)在大部分區(qū)域都呈現(xiàn)出下降的趨勢。1985—2015年這30年內(nèi)3條梯度帶上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧狀態(tài)分布情況可以看出,2015年的值在大部分區(qū)域都是處于最低的位置,且在城市中心區(qū)的降低幅度更明顯,生態(tài)環(huán)境較好地區(qū)的變化幅度相對較小。

2.3 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧熱點區(qū)時空動態(tài)

通過對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧分布圖進(jìn)行局部自相關(guān)分析,識別出了長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧的熱點區(qū)域(圖5),包括供需“盈余”熱點區(qū)(高值聚類區(qū)域)和供需“赤字”熱點區(qū)(低值聚類區(qū)域)和不顯著區(qū),并統(tǒng)計出各類型區(qū)域面積占比(圖6)。各年份的Moran′s I指數(shù)全為正,表明長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需存在顯著的空間自相關(guān)。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈余熱點區(qū)面積在3個年份占比分別為25.41%,25.87%和25.28%,變化幅度相對較小,整體上略有下降；赤字熱點區(qū)3個時期的面積占比分別為3.01%,6.19%和17.87%,30年內(nèi)增長了近5倍。從長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需赤字和盈余熱點區(qū)的空間分布來看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需赤字區(qū)主要分布于長三角地區(qū)的中北部地區(qū),且集中在城市的周邊,整體上呈現(xiàn)一種向四周擴(kuò)張的趨勢。這主要是由于長三角城市化進(jìn)程的加快,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長對建設(shè)用地需求的加大導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求增多和供給能力的減弱,城市中心附近的集聚效應(yīng)進(jìn)一步加大；長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈余熱點區(qū)整體的變化不大,主要集中于長三角南部的林地區(qū),這個區(qū)域也是長三角地區(qū)所必須保證的生態(tài)穩(wěn)定區(qū),對長三角生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展有著很重要的作用。

圖5 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧熱點分布Fig.5 Hotspot regions of ecosystem services supply-demand surplus and deficit in the Yangtze River Delta region

圖6 長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧熱點區(qū)比例圖 Fig.6 Percentage of area of the hotspot regions of ecosystem services supply-demand surplus and deficit in the Yangtze River Delta region

3 結(jié)論與討論

本研究參考Burkhard構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給需求評價矩陣的基礎(chǔ)上,以5 km×5 km的網(wǎng)格為研究單元,建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧綜合指數(shù),分析長三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧關(guān)系及其熱點區(qū)格局變化,結(jié)果表明：

(1)長三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系逐步向供不應(yīng)求方向發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)赤字區(qū)面積占比從1985年的1.33%增長到2015年的10.60%,增長了將近7倍,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)盈余區(qū)總體上呈現(xiàn)下降趨勢,從1985年的40.94%下降至2015年的38.46%；從各等級之間的轉(zhuǎn)移來看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)赤字區(qū)變化較為劇烈,整體向供需赤字區(qū)轉(zhuǎn)變；

(2)通過空間梯度分析,各城市發(fā)展帶上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀態(tài)都呈現(xiàn)較為明顯的“V”型分布,由于各城市的城市發(fā)展模式不盡相同,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧值具體的分布特征也不一致,但從30年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需值變化來看,城市中心及其附近值降低較大,而生態(tài)環(huán)境較好的區(qū)域變化相對較小；

(3)長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈虧單元之間存在著很強的局部空間自相關(guān)關(guān)系,30年內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈余熱點區(qū)主要集中在長三角西南部的林地區(qū),且整體面積變化不大,這個區(qū)域是長三角生態(tài)環(huán)境保護(hù)的天然屏障,需要進(jìn)行重點保護(hù)；而赤字熱點區(qū)則呈現(xiàn)出快速擴(kuò)張趨勢,城市擴(kuò)張速度在2000—2015年較快,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的增加十分迅速。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉是息息相關(guān)的,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給是與自然環(huán)境本身相關(guān)聯(lián)的,其需求則與人口增長和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有關(guān),單從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給方面進(jìn)行研究和分析,與人類福祉之間的關(guān)聯(lián)也就被隔斷。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是人類生存與發(fā)展所最基本的要求,怎樣去量化人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求成為了難點,當(dāng)前已有的研究也只是從生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)角度進(jìn)行分析,對于調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)的涉及相對較少。Burkhard等基于歐盟環(huán)境協(xié)調(diào)土地分類法和專家咨詢構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價矩陣在一定程度上可以滿足當(dāng)前的研究需要,Li和Zhang等分別利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價矩陣嘗試構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給率等指標(biāo)來反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需關(guān)系[16- 17],本研究則嘗試?yán)镁仃噷﹂L三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系、梯度分布規(guī)律以及盈余赤字熱點區(qū)進(jìn)行識別。評價矩陣法存在著一定的不確定性,這種半定量的方法不能將長三角地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況完全刻畫,但可以將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局的變化趨勢完整的表現(xiàn)出來,為緩解長三角以及其他快速城市化地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需矛盾提供一定的科學(xué)依據(jù)。

目前這種評價方法的不確定性較大,區(qū)域與專家的選擇對矩陣的影響也不可忽略,Burkhard基于國外當(dāng)?shù)厍闆r的評分結(jié)果與我國長三角地區(qū)不同土地利用類型的供需得分雖然會有些許差別,但無論是歐洲地區(qū)還是在長三角,城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)業(yè)用地、生態(tài)用地三大地類之間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需得分的相對高低都是較一致的?？紤]到直接將Burkhard的供需矩陣得分套用在其他地區(qū)(如長三角地區(qū))可能存在的適用性問題,我們將在今后的研究中邀請長三角地區(qū)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜裔槍┬杈仃嚨梅诌M(jìn)行修正,使得這種方法具有更好的適用性。尺度問題也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的一個重要范式,格網(wǎng)的方法可以解決生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系發(fā)生的區(qū)域性特征,但是格網(wǎng)的大小也會導(dǎo)致尺度效應(yīng)的產(chǎn)生。未來研究需要將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價矩陣和供需綜合指數(shù)的構(gòu)建更加細(xì)致化,如尺度效應(yīng)方面,以流域和行政區(qū)為評價單元對城市化地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系進(jìn)行研究,并結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡和協(xié)同以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流理論來完善當(dāng)前的研究體系。此外,全類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需綜合研究,在識別區(qū)域主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)供需矛盾上存在困難,未來應(yīng)針對區(qū)域的關(guān)鍵生態(tài)環(huán)境問題,遴選主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需類型進(jìn)行有針對性的研究,以服務(wù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)地方實踐需要。