供需关系下长三角城市群生态系统服务空间流转

　　摘要：基于价值量、热点分析、最小累计阻力(MCR)模型和距离衰减等多种方法和模型，量化分析长三角城市群2010年和2018年的生态系统服务供给和需求，揭示其供需盈亏关系;根据整体供需空间格局，确定生态源地到生态需求地的生态系统服务空间流转路径与价值流转量.结果表明：长三角城市群2010年和2018年生态系统服务供给变化微小，而生态系统服务需求显著增长;生态系统服务供给呈南高北低的分布形态，生态系统服务需求呈东高西低的分布形态;供需盈余区主要分布于皖南山地丘陵，供需赤字区主要分布于经济发达城市的主城区;研究年份内，供需平衡区面积减少，供需失衡区面积增加，经济发展与土地利用变化导致供需空间异质性增强;将生态源地与生态需求地之间的重要生态廊道作为生态系统服务空间流转路径，2010年和2018年的生态系统服务价值流转总量分别为127.1，272.6亿元.

　　关键词：长三角城市群;生态系统服务;供需平衡;空间流转

　　随着人口剧增与快速城市化，城市群生态系统的结构和功能均受到人类活动的干扰[1]，区域生态系统服务供需失衡，威胁着生态安全与可持续发展.生态系统服务供需平衡是区域生态环境健康程度的重要衡量指标之一[2]，而生态系统服务空间流转是实现生态服务供给和人类需求耦合的重要桥梁[3]，对生态系统服务的传输、转化和消费具有重要的作用[4].

　　因此，基于供给和需求关系的生态系统服务空间流转研究能够明确生态系统服务的产生源头、耗散过程及受益区域，有助于优化生态系统服务管理，改善区域生态环境状况.生态系统服务空间流转是指重要生态服务功能通过一定的流通介质流转到区域外的地区，并产生效应[56]，是生态系统服务供给与需求关联研究的深化[7]，关于这方面的研究尚处于起步阶段，并向空间制图与定量分析的方向发展[89].

　　目前，生态系统服务空间流转研究主要是对生态系统服务从产生到耗散过程中受益区接受的生态系统服务价值量进行评估[1011]，且主要集中于单一区域供给服务的流转研究[12]，关于跨区域空间流转及综合考虑供需关系的研究仍然较少.长江三角洲(长三角)城市群是我国人口最密集、经济最发达、城市化进程最快的地区之一.

　　2019年，国家政府工作报告提出，将长三角区域一体化发展上升为国家战略，建设生态型城市群[13].近年来，长三角地区在经济快速发展的同时，出现了生物多样性锐减、河流湖泊水质恶化、城市空气质量下降等一系列生态环境问题，城市生态空间遭受不同程度的破坏，其实质是区域生态系统服务供需关系的空间差异或失衡[14].基于此，本文对供需关系下长三角城市群生态系统服务空间流转进行研究.

　　1研究区域及数据来源

　　1.1研究区域

　　长三角城市群是由上海市及江苏省、浙江省、安徽省的25个地级市组成，面积为21.17万km2，地形以平原和丘陵为主，气候类型主要为亚热带季风性湿润气候.2018年统计年鉴数据表明，长三角城市群城镇化率为68%;2018年土地利用分类数据中，长三角城市群建设用地比例约为20%，城市用地类型及空间结构变化显著.快速的城市化在促进社会经济高速发展的同时，也削弱了生态系统为城市提供的重要生态服务功能[15]，城市群空间的高强度开发导致生态系统服务供需失衡等一系列环境问题愈演愈烈，协调生态环境保护与区域经济发展成为长三角城市群绿色一体化发展的重要任务.

　　1.2数据来源

　　使用的4类数据来源如下.

　　1)土地利用数据.

　　该数据包括长三角城市群2010年、2018年的土地利用数据(30m×30m)，来源于中国科学院资源环境科学数据中心.2010年的土地利用数据以当年LandsatTM遥感影像为主信息源，通过人工目视解译生成;2018年的土地利用数据是在2015年土地利用遥感监测数据的基础上，基于Landsat8遥感影像，通过人工目视解译生成.两期遥感影像的获取时间均为云覆盖较少(云量小于10%)的5—9月，解译精度达90%以上.

　　2)社会经济数据.该数据包括2010年、2018年全国与长三角城市群城乡居民人口、人均可支配收入、地区生产总值、粮食产值与产量等，来源于国家统计局、长三角城市群各市统计局.3)植被净初级生产力(NPP)、年降水量数据.该数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心.4)长三角城市群主要河流、主要道路、行政边界等矢量数据.该数据来源于长江三角洲科学数据中心.

　　2研究方法

　　2.1生态系统服务供需核算

　　2.1.1生态系统服务供给价值核算

　　由于采用全国参数表征长三角城市群生态系统服务供给价值具有一定的误差，因此，对研究区域生态系统服务价值当量系数进行调整：采用社会经济调节因子修正粮食产量的经济价值[18]，采用NPP时空调节因子和降水时空调节因子修正价值当量系数[17].

　　2.2基于供需关系的生态系统服务空间流转

　　2.2.1生态系统服务空间流转路径的确定

　　生态源地具有高供给价值，是生态系统服务流动和传递的源头[1];生态需求地具有高需求指数，是生态系统服务的主要受益区.生态廊道是由阻力较小的景观类型构成的条带状通道，是区域内物质交换及能量流动的载体[24].

　　基于生态系统服务供需空间格局确定生态源地与生态需求地，采用最小累积阻力(MCR)模型提取生态廊道[25].将热点分析结果识别出的供需盈余区判定为生态源地，供需赤字区判定为生态需求地，利用ArcGIS平台的成本路径工具，以所有生态源地质心为源，以生态需求地质心为目标，生成阻力最小的成本路径(最小成本路径)，作为两地之间的潜在生态廊道;通过重力模型计算生态源地与生态需求地之间的相互作用矩阵，提取最小成本路径作为生态系统服务空间流转的最优路径.

　　2.2.2生态系统服务价值流转量的构建生态系统服务具有一定的方向性和区域性，不同位置发生的效用不同，发生流转的价值量基本遵循距离衰减规律[12].根据生态系统服务空间流转的特点，借鉴康维斯在引力模型基础上提出的断裂点公式，模拟生态系统服务从生态源地向生态需求地流动的边界，再根据场强理论计算单位面积内生态系统服务流转强度[6]，可得生态源地到生态需求地的生态系统服务价值流转量(犈s，d).

　　3研究结果与分析

　　3.1长三角城市群生态系统服务供需空间特征

　　3.1.1生态系统服务供给空间特征

　　2010年和2018年生态系统服务供给价值.2010年和2018年长三角城市群生态系统服务供给价值分别为65694，67312元·km-2，盐城、绍兴、台州等个别区/县供给价值增加，常州和上海的部分区/县供给价值减少，研究年份内，生态系统服务供给价值变化微小;长三角城市群生态系统服务供给呈南高北低的分布形态，供给高值区主要分布于杭州市淳安县、安庆市宿松县及苏州市吴中区，该区域土地利用类型主要为林地、草地和水域，提供生态系统服务的能力较强，苏州市吴中区拥有180余千米的亲水岸，占太湖水域的3/5，水资源供给和水源涵养服务价值极高，供给价值达1326元·km-2，是供给值最高的区/县单元;供给低值区主要分布于南京市秦淮区、杭州市下城区及上海市区，供给最低值区为上海市静安区(6.5元·km-2)，土地利用类型主要是生态服务功能极少的建设用地.

　　3.1.2生态系统服务需求空间特征

　　2010年和2018年生态系统服务需求指数，如图3所示.由图3可知：2010年和2018年长三角城市群生态系统服务需求指数分别为520.48，798.50，呈明显的增长趋势，南京、绍兴、金华、宁波等地区大部分区/县需求指数显著增加;生态系统服务需求与区域经济发展水平密切相关，各区/县差异显著，整体呈东高西低的分布形态;需求高值区主要分布于南京、杭州、合肥、上海等经济发达城市的中心城区，需求最高值区为上海市黄浦区(地均GDP高达1107630.17万元·km-2，人口密度为31955人·km-2，建设用地比例为91.70%);需求低值区主要分布于安庆、池州、宣城及杭州西南部的区/县，需求最低值区为安庆市岳西县(地均GDP为171.98万元·km-2，人口密度为136人·km-2，建设用地比例仅为0.2%)，土地的开发程度明显不足，各项指标均远低于平均值.

　　3.2生态系统服务供需平衡分析

　　盈余充足区和盈余一般区称为供需盈余区;赤字严重区和赤字一般区称为供需赤字区.2010年和2018年生态系统服务热点分析结果。

　　2010年和2018年分别有9个和11个大斑块为供需失衡的关键区域;2010年有4个斑块为供需盈余区，主要分布于池州、安庆、铜陵3市交界处的区/县，总面积为13023.56km2，2010年有5个斑块为供需赤字区，分布于上海、南京、杭州等经济发达城市的主城区，总面积为20082.03km2;2018年有5个斑块为供需盈余区，总面积为19921.69km2，比2010年增加6898.13km2，增加的斑块主要位于杭州市桐庐县、杭州市建德市和宁波市宁海县，桐庐县2018年森林覆盖率达75.31%，林地面积显著增加，总供给价值增加48.15元·km2，建德市2010年至2018年城镇经济发展分散，需求增长不显著，生态服务供给富余。

　　宁海县近8年间生态治理成效显著，生态系统服务供给充足，2018年有6个斑块为供需赤字区，总面积为24079.65km2，比2010年增加3997.62km2，增加的斑块主要位于南京市江宁区、镇江市句容市、苏州市张家港市、无锡市江阴市，自2010年后，江宁区进入工业化后期阶段，区域经济高质量发展，生态需求显著提升，句容市大力推进城镇化建设，研究年份内建设用地比例增加12.5%，江阴市和张家港市位列2018年中国县域经济百强排行榜前三，产业结构以第二产业为主导，工业发达，部分生态用地被占用，区域生态系统服务供需失衡.

　　3.3生态系统服务空间流转路径与价值流转量

　　3.3.1生态系统服务空间流转路径

　　将生态系统服务供需盈余和供需赤字的斑块分别判定为生态源地和生态需求地，考虑到部分斑块区/县数不止一个，且少数相邻区/县集中连片，文中生态源地和生态需求地的名称用其中面积最大且聚集程度最高的区/县名称表示.2010年，有4个主要生态源地(安庆市太湖县、池州市贵池区、铜陵市枞阳县和常州市溧阳市)，5个主要生态需求地(南京市六合区、湖州市德清县、嘉兴市桐乡市、杭州市萧山区和上海全区/县).

　　2018年，有5个主要生态源地(安庆市宿松县、池州市贵池区、铜陵市枞阳县、杭州市建德市和宁波市宁海县)，6个主要生态需求地(杭州市萧山区、嘉兴市海宁市、嘉兴市桐乡市、无锡市江阴市、南京市江宁区及上海全区/县).由ArcGIS平台的成本路径工具生成生态源地和生态需求地之间的多条潜在生态廊道.2010年和2018年生态廊道、生态源地和生态需求地的空间分布.根据重力矩阵可得2010年和2018年生态斑块的相互作用矩阵。

　　2010年的5个生态需求地均与贵池区的相互作用力最强，表明贵池区与各生态需求地进行生态系统服务流转的可能性最大，进而提取出5条重要生态廊道.2018年的6个生态需求地均与建德市的相互作用力最强，由此提取出6条重要生态廊道作为生态系统服务从生态源地到生态需求地的流转路径.重要生态廊道将生态需求地与生态源地进行了有效连通，以此作为生态系统服务流转的最佳路径，建立起自然生态系统与城镇需求空间的联系纽带。

　　4讨论与结论

　　2018年供需失衡区面积的增加导致生态服务价值流转量的增多，以及生态源地和生态需求地空间 分布格局的改变，其关键原因在于区域经济水平的提升使生态需求指数显著增长，第二、三产业是区/县经济发展的主要动力，为满足人们对更高生态质量的需求提供各种原材料和消费品，生态系统服务供不应求.此外，城镇化进程改变原有土地利用结构，建设用地扩张占用部分生态用地，自然生态系统受到人为活动干扰程度加深，导致生态系统服务功能下降，供需空间异质性增强.

　　结合长三角城市群生态系统服务供需关系，通过构建生态源地和生态需求地之间的重要生态廊道确定生态系统服务流转路径，并计算生态系统服务价值流转量，可为相关部门制定生态补偿等跨区域环境协调治理政策提供一定的科学依据;根据生态源地流转到生态需求地的生态系统服务价值流转量比例，地方政府可以进行生态服务价值补偿出资比例的安排，从而保障地区公平的发展权.基于价值量、热点分析、MCR模型和距离衰减等多种模型和方法，量化分析长三角城市群2010年和2018年的生态系统服务供给和需求，揭示其供需空间格局特征，并确定生态系统服务空间流转路径和生态系统服务价值流转量，可得以下3个结论.

　　1)长三角城市群2010年和2018年生态系统服务供给变化微小，而生态系统服务需求显著增长;在空间分布上，生态系统服务供给呈南高北低的分布形态;需求大致呈现东高西低的分布形态，沿海、沿江明显高于内陆地区.2)供需盈余区主要分布于皖南山地丘陵，供需赤字区主要分布于上海、南京、杭州等经济发达城市的主城区，研究年份内，供需平衡区面积下降，供需失衡区面积增加，经济发展水平与土地利用方式的变化导致供需空间异质性增强.3)将生态源地和生态需求地之间的重要生态廊道作为生态系统服务流转路径，可得2010年和2018年长三角城市群生态系统服务价值流转总量为127.1，272.6亿元.生态系统服务空间流转是一个动态变化的过程，不同廊道间传递的服务流量各有差异.

　　文中构建的生态系统服务空间流转模型有一定的不足：首先，评估模型中用于反映自然影响因素的修正因子的选取多为经验值，随着对生态系统服务流转规律认识的加深，需进一步提高其准确性;其次，在生态系统服务流转过程中仅考虑了自然因素，忽略了人为活动的影响.今后的研究还需借助多种技术手段与数据信息，对生态系统服务流转的路径方向、流量大小、衰减特征等进行具体、准确的描述.

　　参考文献：

　　[1]张豆，渠丽萍，张桀蟚.基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化：以长三角地区为例[J].生态学报，2019，39(20)：75257537.DOI：10.5846/stxb201808301854.

　　[2]景永才，陈利顶，孙然好.基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架[J].生态学报，2018，38(12)：41214131.DOI：10.5846/stxb201803090469.

　　[3]王嘉丽，周伟奇.生态系统服务流研究进展[J].生态学报，2019，39(12)：42134222.DOI：10.5846/stxb201807271605.

　　[4]刘慧敏，范玉龙，丁圣彦.生态系统服务流研究进展[J].应用生态学报，2016，27(7)：21612171.DOI：10.13287

　　[5]韩永伟，高馨婷，高吉喜，等.重要生态功能区典型生态系统服务及其评估指标体系的构建[J].生态环境学报，2010，19(12)：29862992.DOI：10.16258/j.cnki.16745906.2010.12.025.

　　[6]陈江龙，徐梦月，苏曦，等.南京市生态系统服务的空间流转[J].生态学报，2014，34(17)：50875095.DOI：10.5846/stxb201308162095.

　　作者：陈燕1，2，谭堰琴1，邱晓敏3，宋新山1，周镇宇1，万荣荣

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