長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局變化與關(guān)聯(lián)性分析

翟天林,王 靜,*,金志豐,祁 元

1 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 武漢 430079 2 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所, 蘭州 730000

近百年來(lái),世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,隨著人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響日益加劇,全球范圍內(nèi)60%以上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能出現(xiàn)退化,其主要原因之一是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能缺乏有效管理[1]。如何實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)管理,維持生物圈良好結(jié)構(gòu)、功能和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,已成為當(dāng)前國(guó)際上科學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿[2- 4]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)管理研究的重要內(nèi)容[5]。目前,有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究已在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型分類(lèi)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成與影響機(jī)制、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間制圖與尺度轉(zhuǎn)換、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類(lèi)社會(huì)福利的關(guān)系,以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生物多樣性相互作用關(guān)系等方面取得了諸多重要研究成果[6- 8]?，F(xiàn)階段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究更加強(qiáng)調(diào)以人類(lèi)為中心的思想,重視生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)于人類(lèi)福祉的影響。離開(kāi)人類(lèi)受益者,生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過(guò)程無(wú)法形成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。TEEB報(bào)告指出,利益主體的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生了巨大的需求,并導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)發(fā)生改變[9]。如果僅考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給,忽視人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求,將無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)管理。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系研究已經(jīng)成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的一個(gè)重要方向[10]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系的研究方法多采用模型計(jì)算法[11-12]、問(wèn)卷調(diào)查法[13]、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法[14]、生態(tài)足跡法[15]等；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究主要針對(duì)單項(xiàng)功能的需求進(jìn)行研究[11,16-17]；并且研究的空間尺度多為中小尺度,如城市[18]、流域[19]等,大尺度研究相對(duì)偏少；研究的時(shí)間尺度多靜態(tài)的快照式研究[12],忽視了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性以及非線(xiàn)性相關(guān)性,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需在地理位置上的分布規(guī)律、關(guān)聯(lián)度和聚集性的研究相對(duì)較少,難以揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的空間特征。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的研究?jī)?nèi)容主要集中于對(duì)自然資源的消耗[14],對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的空間耦合研究還較少。上述研究所使用數(shù)據(jù)多采用遙感解譯數(shù)據(jù)[14],較少研究使用翔實(shí)的土地調(diào)查數(shù)據(jù)。上述研究為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究提供了扎實(shí)基礎(chǔ),但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中多種非線(xiàn)性因素的影響,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需變化研究仍是生態(tài)系統(tǒng)管理領(lǐng)域亟待解決的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為新時(shí)期國(guó)家區(qū)域發(fā)展三大戰(zhàn)略之一,受到中央和地方政府的高度重視。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理,對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)意義重大。近些年來(lái)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[20],隨著城市化進(jìn)程不斷加塊,沿線(xiàn)城市過(guò)度追求經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的快速增長(zhǎng),忽視了生態(tài)容量的有限性和環(huán)境承載力的脆弱性,出現(xiàn)了水質(zhì)惡化、生物多樣性減少、鄉(xiāng)村衰退、土地利用多功能性受損、河湖面積萎縮等一系列不可忽視的問(wèn)題。并且,全國(guó)八大生態(tài)脆弱區(qū)中半數(shù)分布在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶范圍內(nèi)。綜合考慮長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類(lèi)需求,定量測(cè)度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求,開(kāi)展長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局時(shí)空變化及供需關(guān)聯(lián)性定量分析,為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)管理和政策制定提供參考,納入長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶自然資源管理實(shí)踐,對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)文明戰(zhàn)略實(shí)施尤為緊迫。

本文在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上,嘗試以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系為切入點(diǎn),構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù),定量測(cè)度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求耦合關(guān)系。并以長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶為例,利用全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù),從縣域尺度開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局時(shí)空變化及關(guān)聯(lián)性定量分析,為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理、資源的合理有效配置和政策制定提供科學(xué)依據(jù)和決策支持,也可為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶地跨中國(guó)中、東、西三大區(qū)域,包括上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州等11省市,總面積約面積約205萬(wàn)km2,是世界上人口最多、產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大、城市體系最為完整的流域經(jīng)濟(jì)帶,也是中國(guó)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)最重要的東西軸線(xiàn),位置如圖1所示。該區(qū)域包含1個(gè)世界級(jí)城市群(長(zhǎng)三角城市群)、2個(gè)國(guó)家級(jí)城市群(長(zhǎng)江中游城市群和成渝城市群)和3個(gè)地區(qū)性城市群(江淮城市群、滇中城市群和黔中城市群)[21]。截至2017年,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市經(jīng)濟(jì)總量占全國(guó)總量的43.7%,人口占全國(guó)總?cè)丝诘?2.86%,是中國(guó)經(jīng)濟(jì)重心所在、活力所在。

2 研究材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于原國(guó)土資源部2000年、2005年、2015年全國(guó)土地利用年度變更數(shù)據(jù),2009年來(lái)源于全國(guó)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查。該數(shù)據(jù)是以縣級(jí)行政單位搜集整理的,能夠比遙感影像解譯提供更詳盡、更權(quán)威的信息。其中,建設(shè)用地指的包括居民點(diǎn)、交通用地及工礦用地。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給計(jì)算所需數(shù)據(jù)包括氣候、地形等6大類(lèi),降水、溫度、高程、土壤類(lèi)型等16小類(lèi)數(shù)據(jù),此處不具體列出,具體可見(jiàn)參考文獻(xiàn)[22]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求計(jì)算所需的GDP和人口等數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)縣市統(tǒng)計(jì)年鑒。此外,縣級(jí)行政單位是我國(guó)行政管理的完整基層單位,縣級(jí)行政單位的土地資源可持續(xù)利用與生態(tài)系統(tǒng)管理對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要?？紤]到數(shù)據(jù)的完整性和可獲取性,本研究選擇縣級(jí)行政單位作為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需分析的基本空間單元。同時(shí),對(duì)因行政區(qū)劃調(diào)整所涉區(qū)域進(jìn)行歸并處理,保持研究數(shù)據(jù)時(shí)序完整性。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給計(jì)算

王靜等[23]選擇當(dāng)前最具影響的MA生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類(lèi)體系作為主體,基于文獻(xiàn)分析和案例研究,選取中國(guó)不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主導(dǎo)類(lèi)型和與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響相關(guān)的評(píng)價(jià)因子,利用綜合指數(shù),通過(guò)量化中國(guó)不同類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給指數(shù)(Ecosystem services provision index,ESPI)。ESPI是根據(jù)自然地理?xiàng)l件和土地利用類(lèi)別的分布,與生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)相結(jié)合而建立的。通過(guò)綜合供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)3大類(lèi)別和食品生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、基因資源、氧氣生產(chǎn)等13個(gè)子類(lèi)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的氣候因子、地形因子 、土壤因子、水文水資源、生物因子、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子等6大類(lèi)16小項(xiàng)評(píng)估因子,計(jì)算單位面積的ESPI。本研究利用2009年土地利用類(lèi)型分布和ESPI分布情況,對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各縣土地利用類(lèi)型單位面積ESPI進(jìn)行計(jì)算分析?；诖?計(jì)算2000、2005和2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求計(jì)算

目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求理解各不相同[14,24-26]。在參考相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,本文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求被定義為人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)商品和服務(wù)的生產(chǎn)和消費(fèi)的需求量和偏好。它實(shí)際上代表了土地開(kāi)發(fā)的強(qiáng)度或人類(lèi)活動(dòng)的干擾程度。這里借鑒彭建等[27]人的研究成果,利用建設(shè)用地比例、經(jīng)濟(jì)密度、人口密度來(lái)表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,構(gòu)建土地開(kāi)發(fā)指數(shù)(Land development index, LDI)。建設(shè)用地比例越高,說(shuō)明人類(lèi)對(duì)某地區(qū)土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度越大,人類(lèi)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求也越高。人口密度越大,相應(yīng)的對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求也越大。經(jīng)濟(jì)密度反映了某地區(qū)富裕程度,根據(jù)馬斯洛需求層次論,生產(chǎn)力越發(fā)展,社會(huì)越發(fā)達(dá),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求越多。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶東部和西部地區(qū)人口密度和經(jīng)濟(jì)密度差異顯著,在不影響整體分布趨勢(shì)的前提下,采用取對(duì)數(shù)方法,消除指標(biāo)波動(dòng)。

LDI=Di×lg (Pi)×lg (Ei)

式中,LDI代表土地開(kāi)發(fā)指數(shù),Di代表建設(shè)用地比例,Pi代表人口密度,Ei代表經(jīng)濟(jì)密度。

2.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)構(gòu)建

基于上述研究,引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)(Ecosystem Services Supply and Demand Index,ESSDI)來(lái)衡量區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)供需狀況。ESSDI是指區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求之間的比值,實(shí)現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求耦合。

利用《2016年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》中全國(guó)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分布示意圖,同時(shí)以國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)示范市縣、國(guó)家園林縣城(表1)結(jié)果作為補(bǔ)充,將長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中國(guó)家園林縣城、國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)示范市縣作為生態(tài)供需狀況好的地區(qū)樣本,將《2016年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差的區(qū)域作為生態(tài)供需狀況差的地區(qū)樣本。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,得到樣本ESSDI均值,利用環(huán)保部《生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)劃定技術(shù)指南》中分位數(shù)(Quantile)劃分方法結(jié)果,結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn),將ESSDI分為5級(jí),建立ESSDI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表2。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)聯(lián)性分析

本研究利用最常用的皮爾遜相關(guān)系數(shù)和一元線(xiàn)性回歸分析來(lái)研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的關(guān)聯(lián)性。相關(guān)性分析能夠揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需之間是否存在相關(guān)關(guān)系,確定相關(guān)關(guān)系的表現(xiàn)形式以及現(xiàn)象變量間相關(guān)關(guān)系的密切程度和方向。通過(guò)回歸分析,能夠確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求間相互依賴(lài)的定量關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求空間分異

根據(jù)研究方法分別求得研究區(qū)ESPI和LDI的結(jié)果。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給結(jié)果與謝高地等[28]的成果相近,研究區(qū)ESPI高值區(qū)主要集中在貴州、湖北西部、云南南部、江西西部、湖南西部等地,低值區(qū)主要集中在四川盆地、長(zhǎng)三角、長(zhǎng)江中下游平原等地,如圖2所示。LDI高值區(qū)主要集中在四川盆地、長(zhǎng)三角、長(zhǎng)江中下游平原等地,LDI低值區(qū)主要集中在研究區(qū)中西部,如圖3所示。分析其原因,各地區(qū)的人口、氣候、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等原因是造成ESPI和LDI空間分布不平衡的主要因素。ESPI高值區(qū)人口較少,經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)較低,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較少,同時(shí)氣候多為亞熱帶季風(fēng)氣候,降水充足,植被覆蓋度較高,能夠提供較多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。LDI高值區(qū)人口密度大,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),人類(lèi)活動(dòng)頻繁,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求較高。

表1 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶選取的縣市

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)(ESSDI)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給 Fig.2 Ecosystem service supply in the Yangtze River Economic Belt in 2015

圖3 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求 Fig.3 Ecosystem services demand in the Yangtze River Economic Belt in 2015

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局及變化分析

分析2015年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局,結(jié)果表明區(qū)域差異明顯,總體上呈現(xiàn)西部盈余東部超載的供需格局,如圖4所示。其中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況好的地區(qū)主要位于橫斷山脈,云貴高原西部和南部、神農(nóng)架林區(qū)、武陵山脈、大巴山脈、天目山脈等地,面積占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶總面積36.96%。這些地區(qū)地形多為山地地形,是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要的生態(tài)屏障,人口密度很低,受人類(lèi)活動(dòng)影響小,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求也少。同時(shí)氣候多為亞熱帶季風(fēng)氣候,雨熱同期,有利于各類(lèi)植物的生長(zhǎng),能夠提供更多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。這些地區(qū)今后應(yīng)注重維護(hù)已有自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性,嚴(yán)格控制人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng),加強(qiáng)對(duì)天然草地,濕地水源和生物多樣性集中區(qū)的保護(hù),制止導(dǎo)致生態(tài)功能持續(xù)惡化的一切人為破壞活動(dòng)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況較好的地區(qū)分布在云貴高原東部和東南丘陵等地,面積占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶總面積32.49%。這些地區(qū)四季分明,降水充沛,植被覆蓋度水平處在比較高的水平。但該地區(qū)人口密度比生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況好的地區(qū)大,同時(shí)丘陵地區(qū)種植業(yè)發(fā)達(dá),人類(lèi)活動(dòng)影響相對(duì)較大,引起水土流失等生態(tài)問(wèn)題,在一定程度上影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況一般的地區(qū)主要位于四川盆地和長(zhǎng)江中下游各省份,面積占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶總面積的23.58%,同時(shí)擁有5類(lèi)狀況中最多的GDP和人口。這些地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá),其中的四川盆地是是中國(guó)最大的水稻、油菜籽產(chǎn)區(qū),長(zhǎng)江中下游平原是中國(guó)重要的糧、油、棉生產(chǎn)基地,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響較大,造成了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,如水體污染、土壤侵蝕、湖泊萎縮等,嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。這些地區(qū)今后應(yīng)重視耕地資源的生態(tài)屬性管理,改變粗放的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式,控制農(nóng)藥和化肥的使用,停止不合理的人類(lèi)活動(dòng)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況較差和差的地區(qū)主要集中在成渝城市群、長(zhǎng)江中游城市群和長(zhǎng)江三角洲城市群。三大城市群經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),人類(lèi)活動(dòng)最為頻繁,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求也最大。由于該地區(qū)林地、草地等生態(tài)用地類(lèi)型面積很少,提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較其他地區(qū)偏少,呈現(xiàn)明顯的生態(tài)超載現(xiàn)象。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況較差和差土地面積的僅占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶7%,卻承載著該地區(qū)55.36%的GDP,31.41%的人口(表3)。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局空間失衡現(xiàn)象較為突出。這些地區(qū)多處在較發(fā)達(dá)的地區(qū),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,勢(shì)必會(huì)有更多的人口遷入其中,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)一步惡化,嚴(yán)重阻礙城市所具有的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境功能的正常發(fā)揮。城市是人類(lèi)文明的產(chǎn)物,生態(tài)系統(tǒng)的好壞決定著人類(lèi)福祉。因此,在進(jìn)行決策時(shí),一定要妥善協(xié)調(diào)好生態(tài)環(huán)境保護(hù)與城市發(fā)展之間的關(guān)系,加強(qiáng)城市環(huán)境綜合治理,合理利用土地,構(gòu)建城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),嚴(yán)格控制建設(shè)用地增量,并有必要將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況作為決策制定和實(shí)施的重要依據(jù)。

圖4 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶2000、2005、2009、2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局Fig.4 Supply-demand pattern of ecosystem services in the Yangtze River Economic Belt in 2000, 2005, 2009 and 2015

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況Situation of ecosystem services supply and demand人口 Population/%GDPGDP/%面積Area/%差Worst13.7628.861.49較差Worse17.6526.505.49一般Medium37.0329.0023.58較好Better23.9112.3932.49好Best7.653.2536.96

研究中同時(shí)對(duì)2000,2005,2009年的ESSDI進(jìn)行了計(jì)算,并分析不同年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況變化,結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4中可以看出,2000—2015年間,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局沒(méi)有大的變化,依然呈現(xiàn)西部好,東部差的格局。作為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地,四川在上世紀(jì)末率先啟動(dòng)天然林資源保護(hù)工程和退耕還林工程,并先后開(kāi)展了自然保護(hù)區(qū)及森林公園、防沙治沙、濕地保護(hù)恢復(fù)、川西藏區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)等重點(diǎn)生態(tài)工程建設(shè),森林覆蓋率由1998年的24.23%上升到2018年的38.03%,每年流入長(zhǎng)江的泥沙量減少3億噸,較1998年以前減少了近八成,自然生態(tài)環(huán)境得到有效保護(hù)[29-30]。重慶市通過(guò)實(shí)施長(zhǎng)江防護(hù)林體系建設(shè)工程、長(zhǎng)江上游水土保持、“綠化長(zhǎng)江”等多項(xiàng)生態(tài)修復(fù)工程,三峽庫(kù)區(qū)NPP總體呈上升趨,各項(xiàng)工程取得了較好效果[31]。長(zhǎng)江中游的湖北、湖南、江西等省不斷加強(qiáng)天然林保護(hù)、退耕還林和湖泊濕地恢復(fù)與保護(hù)的力度,以岸線(xiàn)綠化為重點(diǎn),構(gòu)建綠色生態(tài)廊道。同時(shí)實(shí)施平原綠化、華中林業(yè)生態(tài)屏障、三峽庫(kù)區(qū)和丹江口庫(kù)區(qū)森林生態(tài)、沿江防護(hù)林、碳匯林業(yè)示范等重點(diǎn)工程建設(shè),生態(tài)環(huán)境狀況逐漸好轉(zhuǎn)。從圖4中可以明顯看出,隨著時(shí)間的推移,四川盆地、長(zhǎng)江中游地區(qū)呈現(xiàn)明顯的好轉(zhuǎn),四川盆地中的南中、德陽(yáng)、內(nèi)江、資陽(yáng)、自貢、眉山等市,長(zhǎng)江中游的荊州、孝感、仙桃、岳陽(yáng)等市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況由差和較差轉(zhuǎn)變?yōu)橐话?。長(zhǎng)江下游的安徽、浙江、江蘇等省通過(guò)完善生態(tài)防護(hù)林體系,實(shí)施水環(huán)境綜合治理工程,加大自然濕地保護(hù)力度,開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境治理與礦山復(fù)綠工作,實(shí)施陸生野生動(dòng)植物保護(hù)工程,生態(tài)退化趨勢(shì)得到遏制。皖北、蘇北、長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況也大幅度好轉(zhuǎn),淮安、鹽城、合肥、蕪湖、阜陽(yáng)、連云港等城市差和較差的縣域數(shù)目明顯減少。

圖5 2000—2015年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局縣域個(gè)數(shù)變化Fig.5 Changes in the number of counties in the supply-demand pattern of ecosystem services in the Yangtze River Economic Belt from 2000 to 2015

但研究同時(shí)發(fā)現(xiàn),2009—2015年間,云南西部、江西南部、湖南南部等地均有多地生態(tài)供需格局出現(xiàn)一些負(fù)面變化,由好轉(zhuǎn)為較好,這與中國(guó)退耕還林計(jì)劃停滯有關(guān)[32]。為保障國(guó)家糧食安全,中國(guó)暫停了大規(guī)模的退耕還林計(jì)劃,導(dǎo)致這些地區(qū)的植被恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境改善受到一定的負(fù)面影響。加之2009年全球金融危機(jī)爆發(fā),中國(guó)“四萬(wàn)億刺激計(jì)劃”投資資金主要流向房地產(chǎn)、設(shè)備制造、鋼鐵、有色金屬、水泥等飽和行業(yè)。在保障經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)同時(shí),造成了過(guò)剩的產(chǎn)能和大量的投資浪費(fèi),透支了增長(zhǎng)因素和環(huán)境的承載力[33]。從圖4中可以看出,長(zhǎng)三角和蘇北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況差和較差的縣域個(gè)數(shù)又有所增加,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況又有所惡化。但從整體上看,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況還是朝趨向變好的,根據(jù)統(tǒng)計(jì),2000—2015年間,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市林地增加了約500萬(wàn)hm2,灘涂沼澤增加約13萬(wàn)hm2,河流湖泊面積增加約3.5萬(wàn)hm2,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況好和差的縣域數(shù)目分別增加和減少了43個(gè)和58個(gè)(圖5)。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給及需求關(guān)聯(lián)性分析

由于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市自然本底和社經(jīng)濟(jì)特征差異較大,為了更好的研究各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的關(guān)聯(lián)性,本研究將長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶劃為上游、中游、下游三部分。其中上游包括云南、四川、貴州、重慶四省市；中游包括湖南、湖北、江西三省；下游包括江蘇、浙江、上海、安徽四省市[34]。

相關(guān)分析目的是通過(guò)分析變量之間變化趨勢(shì)的互動(dòng)關(guān)系,推斷一個(gè)變量對(duì)另一個(gè)變量的影響程度,相關(guān)分析結(jié)果利用相關(guān)系數(shù)和顯著性程度表示[35]。本文采用相關(guān)分析中最常用的皮爾遜相關(guān)系數(shù)來(lái)分析2000和2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的影響程度。從表4中能夠看出,2000和2015年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求相關(guān)性分析結(jié)果均通過(guò)相關(guān)顯著性檢驗(yàn),不同年份的相關(guān)性結(jié)果均呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān),這表明隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給增大,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求減小,反之亦然。就不同地區(qū)來(lái)看,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游相關(guān)性最小,中游和下游相關(guān)性更大。這主要是由于長(zhǎng)江中下游地區(qū)人口稠密,經(jīng)濟(jì)相對(duì)更發(fā)達(dá),但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給較上游地區(qū)相對(duì)偏少,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求更加強(qiáng)烈。從不同時(shí)間來(lái)看,隨著時(shí)間的推移,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求相關(guān)性大大增強(qiáng)。這和中國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)具有很大關(guān)系。有多項(xiàng)研究表明,中國(guó)不同地區(qū)的不同年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給狀況各不相同,但總體呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的狀態(tài)[36-38]。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶GDP從2000年的4萬(wàn)億元增加到2015年的30.5萬(wàn)億,經(jīng)濟(jì)總量增加7倍。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,不可避免的要消耗生態(tài)系統(tǒng)提供的各類(lèi)服務(wù)。

研究同時(shí)利用一元線(xiàn)性回歸來(lái)分析不同年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求之間相互關(guān)系。通過(guò)表5可知,所有回歸結(jié)果均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。從圖6中可以看出,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶不同地區(qū),不同年份,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,土地集約利用造成地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給功能降低。這與相關(guān)性分析結(jié)果一致。同時(shí),研究還發(fā)現(xiàn),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需關(guān)系存在區(qū)域差異。分析不同地區(qū)擬合直線(xiàn)斜率,長(zhǎng)江上游和中游斜率值小于下游地區(qū)。這表明,隨著ESPI的變化,下游的LDI的變化要大于上游和中游。這主要是由于不同地區(qū)的生態(tài)供需本底差異造成的。分析圖6可知長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游、中游多為“供給多-需求少”類(lèi)型的縣區(qū),長(zhǎng)江下游多為“供給少-需求多”類(lèi)型的縣區(qū)。在發(fā)達(dá)地區(qū),人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的過(guò)度利用和濫用正在導(dǎo)致自然資產(chǎn)的儲(chǔ)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力都在急劇下降,而生態(tài)服務(wù)的消費(fèi)總量卻在急劇攀升。其中,土地開(kāi)發(fā)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給減少的關(guān)鍵因素[39]。類(lèi)似的結(jié)果表明,在中國(guó)城市化進(jìn)程中,城市發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)的干擾導(dǎo)致了發(fā)達(dá)地區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)生物生產(chǎn)功能和植被的減少,以及中國(guó)不可替代的生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)的喪失[40]。2000年到2015年,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)狀況有所改善,分析擬合直線(xiàn)能夠觀(guān)察到各地區(qū)不同年份的直線(xiàn)截距值均有所上升,斜率均有所增大,其中長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游和中游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況提升程度較下游地區(qū)更大,這和退耕還林還草工程主要分布在中西部地區(qū)有較大關(guān)聯(lián)[41-42]。

表4 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶2000和2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求相關(guān)性分析

**.在0.01級(jí)別(雙尾),相關(guān)性顯著

圖6 2000和2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求回歸分析結(jié)果Fig.6 Results of regression analysis of ecosystem services supply and demand in 2000 and 2015

4 結(jié)論與討論

長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和環(huán)境治理是長(zhǎng)江生態(tài)文明先行示范帶建設(shè)的核心,而長(zhǎng)江全流域綜合生態(tài)系統(tǒng)實(shí)施健康管理,更是推進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的又一關(guān)鍵[43]。本研究采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給指數(shù)和土地開(kāi)發(fā)指數(shù),定量測(cè)度了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求,構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)。同時(shí)利用全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù),從縣域尺度開(kāi)展了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局時(shí)空變化及關(guān)聯(lián)性定量分析,得出了一些與以往研究不同的結(jié)論,這對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)管理是有價(jià)值的補(bǔ)充。

表5 模型摘要和參數(shù)估算值

研究結(jié)果表明：(1)2015年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局差異明顯,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況好的地區(qū)主要分布在植被覆蓋度高、人類(lèi)活動(dòng)影響少的地區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況一般的地區(qū)主要集中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況差的地區(qū)與長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶大城市或城市群分布有很好的吻合性；總體呈現(xiàn)明顯的西部盈余東部超載的供需格局。其中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況好和較好的面積最大,占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶總面積的69.45%,其次是一般和差。(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況差的地區(qū)以長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶7%的土地,承載該地區(qū)55.36%的GDP,31.41%的人口,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局空間失衡現(xiàn)象較為突出。(3)2000—2015年間,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶實(shí)施了系列生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況趨向好轉(zhuǎn)。退耕還林計(jì)劃停滯和“四萬(wàn)億刺激計(jì)劃”雖在一定程度上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)供需狀況有一定的負(fù)面影響,但好轉(zhuǎn)趨勢(shì)不變,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況好的縣域增加了43個(gè),供需狀況差的縣域減少了58個(gè),長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游和中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況比下游地區(qū)提升幅度大。(4)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求整體上呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需關(guān)系存在區(qū)域差異。發(fā)達(dá)的下游地區(qū),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需負(fù)相關(guān)關(guān)系斜率較大,隨著ESPI的變化,下游的LDI的變化幅度大于欠發(fā)達(dá)的上游和中游地區(qū)。

最后,需要指出本文存在的一些問(wèn)題：受限于數(shù)據(jù)的可獲取性,本文僅采用人口密度、經(jīng)濟(jì)密度和建設(shè)用地比例來(lái)表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,選取的指標(biāo)較少,可能無(wú)法全面的衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求；同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況受自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多因素影響,不同地區(qū)之間存在較大差異,未來(lái)可在小范圍內(nèi)應(yīng)采用問(wèn)卷調(diào)查或抽樣調(diào)查等方法,提高分析精度。同時(shí),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的空間不平衡會(huì)在一定程度上導(dǎo)致一系列環(huán)境正義問(wèn)題,例如東部地區(qū)與西部地區(qū)在獲取資源利益與承擔(dān)環(huán)保責(zé)任上的不對(duì)等,城市污染不斷地向農(nóng)村轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象等。建議今后的研究把社會(huì)和環(huán)境不公平維度納入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡分析中,探討如何解決好環(huán)境利益與環(huán)境負(fù)擔(dān)的分配問(wèn)題。