武漢市城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空影響

朱曉南,劉艷中,陳 勇,張 祚,宋改鳳

(1.武漢科技大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,武漢 430081;2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430081;3.華中師范大學(xué) 公共管理學(xué)院,武漢 430079)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem Service,ES)指人類從生態(tài)系統(tǒng)中直接或間接獲得的各種惠益[1]，對(duì)維持人類生存具有十分重要的作用[2]。目前，我國(guó)處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，城市用地迅速擴(kuò)張。而城市用地?cái)U(kuò)張屬于土地利用/覆蓋變化(Land Use/Cover Change,LUCC)之一，其通過改變土地面積、類型及格局直接影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Service Value,ESV)的多少[3]，是區(qū)域ES水平不斷下降的主要原因[4-8]。因此，定量研究城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)ES的影響，有利于全面正確認(rèn)識(shí)城市用地?cái)U(kuò)張帶來(lái)的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)，為城市用地的合理擴(kuò)張?zhí)峁﹨⒖家罁?jù)，對(duì)減少城市用地?cái)U(kuò)張?jiān)斐傻腅S損失具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開展了LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究，初步揭示了城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成的影響。如，劉曉等[9]、張志強(qiáng)等[10]、王寬等[11]、Yi等[12]、Fu等[13]、邵小云等[14]通過分析土地利用與ESV的變化，初步揭示了城市用地?cái)U(kuò)張導(dǎo)致區(qū)域ESV不斷下降；虎陳霞等[15]、王雅等[16]、孟悅[17]等應(yīng)用相關(guān)性分析法對(duì)城市面積和ESV進(jìn)行分析，定性揭示了城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)ESV造成的影響；劉亞茹等[18]、榮益等[19]構(gòu)建了LUCC對(duì)ESV影響程度的評(píng)估模型，定量評(píng)價(jià)了城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)ESV的影響。但上述研究較多的關(guān)注了城市用地?cái)U(kuò)張面積變化對(duì)ESV的影響，未揭示出城市用地?cái)U(kuò)張的空間變化(梯度、高程、坡度)對(duì)ESV造成的不同影響。雖有部分學(xué)者[20-21]對(duì)城市用地比例和ESV進(jìn)行了空間自相關(guān)分析，體現(xiàn)出了城市用地與ESV相關(guān)性的空間分布特征，但其實(shí)質(zhì)上是城市用地與ESV的相關(guān)性研究，未能定量揭示城市用地?cái)U(kuò)張的空間特征變化對(duì)ESV造成的影響。這些研究均只能從限制城市用地?cái)U(kuò)張的角度來(lái)保護(hù)ES，與城市發(fā)展需求所沖突，未能以改變城市用地?cái)U(kuò)張空間分布的角度來(lái)減少ES的損失。

武漢市位于漢江和長(zhǎng)江交匯之處，是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要的生態(tài)節(jié)點(diǎn)，維持武漢市的生態(tài)環(huán)境對(duì)保護(hù)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的生態(tài)安全具有重要意義。而在快速城鎮(zhèn)化的背景下，武漢市城市用地不斷擴(kuò)張，生態(tài)環(huán)境日益惡化。如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，成為武漢市面臨的巨大挑戰(zhàn)。因此，以武漢市為例，定量化評(píng)價(jià)武漢市城市用地?cái)U(kuò)張的時(shí)空變化特征；基于動(dòng)態(tài)的當(dāng)量因子法，逐地塊的計(jì)算ESV，分析武漢市ESV的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。進(jìn)一步利用回歸分析建立城市用地?cái)U(kuò)張變化與ESV變化的聯(lián)系，揭示城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空影響特征。從改變城市用地?cái)U(kuò)張空間分布的角度減少ES的損失，在保障城市擴(kuò)張面積的基礎(chǔ)上減少城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)ES造成的破壞，以期為武漢市的國(guó)土空間規(guī)劃提供參考，為促進(jìn)武漢市經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供一定的理論支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

武漢地處長(zhǎng)江中下游平原，江漢平原東部，是國(guó)家區(qū)域中心城市(華中)、副省級(jí)市和湖北省省會(huì)。位于東經(jīng)113°41′—115°05′，北緯29°58′—31°22′，境內(nèi)水系豐富，對(duì)維持長(zhǎng)江流域的生態(tài)環(huán)境具有重要作用。同時(shí)，武漢市作為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的核心城市、中部崛起的重點(diǎn)城市，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，2004—2008年期間，擴(kuò)張強(qiáng)度達(dá)全國(guó)第四[22]。而城市的快速發(fā)展導(dǎo)致武漢市的生態(tài)環(huán)境日益惡化，環(huán)境問題不斷突出，如水土流失程度不斷加重[23]，湖泊濕地的減少導(dǎo)致城市內(nèi)澇頻發(fā)[24]。

本文采用的主要數(shù)據(jù)包括：1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年6個(gè)時(shí)期武漢市土地利用數(shù)據(jù)和武漢市高程數(shù)據(jù)，源自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)；1990—2015年武漢市NPP數(shù)據(jù)，來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)(http:∥www.geodata.cn)和中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)；武漢市糧食單位面積產(chǎn)量來(lái)源于武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒；農(nóng)產(chǎn)品收益價(jià)值來(lái)源于《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

ESV計(jì)算方法主要為物質(zhì)量評(píng)估法、價(jià)值量評(píng)估法、能值分析法和生態(tài)模型法[25]。由Costanzo等[1]提出當(dāng)量因子法作為物質(zhì)量評(píng)估法之一，具有易于計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)點(diǎn)[26]，被廣泛應(yīng)用于LUCC與ES聯(lián)系的相關(guān)研究[27]。因此，本文采取當(dāng)量因子法對(duì)武漢市的ES進(jìn)行量化分析。

2.1.1 當(dāng)量因子計(jì)算 謝高地等[28]通過專家知識(shí)法將1 hm2農(nóng)田食物生產(chǎn)能力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子，以各地類各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對(duì)農(nóng)田食物生產(chǎn)功能的相對(duì)重要性為當(dāng)量因子，構(gòu)建了中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)量因子表(表1)。參考謝高地等[29]的處理方法，將單位面積農(nóng)田糧食生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的1/7作為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的價(jià)值量，計(jì)算公式如式(1)：

表1 生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)量因子

(1)

式中：Dj為第j年1個(gè)武漢市標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的價(jià)值量(元/hm2)；Sij為第j年第i類農(nóng)作物武漢市單位面積平均生產(chǎn)價(jià)值(元/hm2)。

為消除貨幣通貨膨脹等經(jīng)濟(jì)因素對(duì)ESV的影響[30-31]，本文以2015年ESV為基線，根據(jù)貨幣的時(shí)間價(jià)值對(duì)當(dāng)量因子進(jìn)行修正[32]，修正模型見公式(2)：

(2)

式中：DTj為時(shí)間修正后第j年武漢市1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的價(jià)值量(元/hm2)；γm為第m年銀行一年定期利率(%)，當(dāng)m大于2014時(shí)，γm為0。

2.1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算模型 由于同種生態(tài)系統(tǒng)的ESV具有空間差異性[26]，而傳統(tǒng)的當(dāng)量因子法按生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)行ESV的核算，無(wú)法體現(xiàn)出各生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的空間差異性，需按地塊進(jìn)行微觀空間尺度上的ESV核算。通常，植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)能體現(xiàn)出ESV的大小[26]，因此，以各地塊的單位面積NPP與該地塊所屬類型的生態(tài)系統(tǒng)平均單位面積NPP的比值為修正系數(shù)，修正模型見公式(3—4)：

(3)

(4)

式中：χij為修正系數(shù)；NPPij為第i個(gè)空間單元第j年的單位面積NPP值；ESVjk為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值(元/hm2)；Fik為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能當(dāng)量；Sij為面積(hm2)；i為地塊；j為年份；k為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。(由于水域NPP值為0，修正系數(shù)均設(shè)為1) 。

2.2 城市用地?cái)U(kuò)張分析

2.2.1 城市用地?cái)U(kuò)張地類分析 由于城市用地?cái)U(kuò)張侵占不同地類對(duì)ES造成的影響不同，僅使用城市用地?cái)U(kuò)張面積無(wú)法全面體現(xiàn)城市用地?cái)U(kuò)張的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)，需根據(jù)各地類各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的相對(duì)重要性(當(dāng)量因子)賦予權(quán)重。同時(shí)為體現(xiàn)同種地類不同地塊的時(shí)空差異性，采取NPP對(duì)當(dāng)量因子進(jìn)行修正，修正模型見公式(5—6)：

(5)

(6)

式中：βij為權(quán)重修正系數(shù)；UGDjk為城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的單位面積平均破壞權(quán)重(以下簡(jiǎn)稱“擴(kuò)張破壞權(quán)重”)；Sij為城市用地?cái)U(kuò)張面積；Sl(j+5)為城市用地轉(zhuǎn)化為其他地類面積。擴(kuò)張破壞值可在一定程度上表示城市用地?cái)U(kuò)張侵占地類的比例變化，如食物生產(chǎn)擴(kuò)張破壞值增大可表示出農(nóng)田被城市用地侵占比例增大。

2.2.2 城市用地?cái)U(kuò)張空間分析 為探討武漢市城市用地?cái)U(kuò)張的空間分布特征，引入梯度分析、高程分析和坡度分析。以武漢市1990年城市用地的幾何中心為原點(diǎn)，以1 km為間距設(shè)置緩沖區(qū)，各地塊所屬緩沖區(qū)編號(hào)即為距武漢市中心的距離。通過城市用地?cái)U(kuò)張地塊距市中心的單位面積平均距離、高程和坡度(以下分別簡(jiǎn)稱“擴(kuò)張距離”、“擴(kuò)張高程”和“擴(kuò)張坡度”)分析城市用地?cái)U(kuò)張的空間變化特征。

2.3 城市用地?cái)U(kuò)張影響分析

為定量分析城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)區(qū)域各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，采用SPSS 22.0線性回歸分析中的逐步分析法和顯著性檢驗(yàn)剔除不顯著的變量，構(gòu)造最優(yōu)的回歸方程[33]。并通過各方程的非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分析各影響因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的實(shí)際影響，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分析各因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

3.1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化分析 通過公式(4)求得1990—2015年武漢市各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值(圖1)：1990—2015年武漢市生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值從99.34億元減少至82.98億元，降幅為16.47%，年平均減少率為0.66%。其中降幅最大的時(shí)間段為2010—2015年，降幅為6.67%；降幅最小的時(shí)間段為2000—2005年，降幅為1.77%。ESV整體呈線性遞減過程，經(jīng)歷了“快速—緩慢—快速”的降低過程。

從各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能來(lái)看，水文調(diào)節(jié)和廢物處理構(gòu)成了武漢市ESV的主體，二者的減少值也最大，但水文調(diào)節(jié)的降幅僅高于美學(xué)景觀，降幅為13.71%，其次是廢物處理，降幅為15.49%；食物生產(chǎn)的降幅最高，達(dá)26.19%，其次保持土壤，降幅為23.44%；原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)和維持生物多樣性降幅略高于ESV整體降幅，降幅分別為18.03%，19.26%和17.51%。就各階段而言，各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均呈線性遞減過程，水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和美學(xué)景觀在1990—2000年，減少速度逐漸加快；在2000—2005年，減少速度變緩；在2005—2015年減少速度又逐漸加快，與ESV整體變化相似；原材料生產(chǎn)和氣體調(diào)節(jié)在1990—2015年，減少速度不斷加快；氣候調(diào)節(jié)在1990—2005年，減少速度逐漸變緩，在2005—2015年，減少速度迅速加快；食物生產(chǎn)在1990—1995年，2000—2005年，減少速度較緩慢，在1995—2000年，2005—2015年，減少速度較迅速。

注：虛線數(shù)據(jù)坐標(biāo)為次坐標(biāo)。

3.1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間變化分析 在ArcGIS軟件中，將單位ESV分為6類，得到ESV分布圖(圖2)。由圖2可知，武漢市ESV分布較為復(fù)雜，中部地區(qū)ESV極高和極低地區(qū)交錯(cuò)分布；東北部地區(qū)ESV較低；正北地區(qū)除在最北邊ESV較高外，其余地區(qū)ESV較低；西部地區(qū)ESV極高和較低地區(qū)交錯(cuò)分布；南部地區(qū)ESV普遍較高。生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值高值的區(qū)域與水域分布較為一致，主要位于中部和南部地區(qū)。生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值極低值的區(qū)域與建設(shè)用地分布較為一致，主要分布在中部地區(qū)；ESV較低值區(qū)域與農(nóng)田分布一致，遍布武漢市境內(nèi)，在中部和南部與水系交錯(cuò)分布，在北部分布較為集中。由于建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，中部地區(qū)的極低值區(qū)域不斷擴(kuò)大，在2005—2015年，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張進(jìn)一步加劇，東部地區(qū)，北部地區(qū)和東北部地區(qū)的極低值區(qū)域迅速增加，較低值區(qū)域不斷減少。

圖2 武漢市單位面積ESV

在ArcGIS軟件中，根據(jù)武漢市高程(圖3)，通過坡度分析得到武漢市坡度圖(圖4)。由圖3可知，武漢市ESV高值區(qū)域分布與水域和林地相同，分布位于武漢市高程極低和極高區(qū)域，ESV低值區(qū)域和極低值區(qū)域均分布于高程較低區(qū)域。由圖4可知，武漢市坡度較為平坦，除北部和中南部坡度較高之外，其余地區(qū)坡度均較低。

圖3 武漢市高程、坡度

3.2 城市用地?cái)U(kuò)張變化分析

武漢市城市用地?cái)U(kuò)張變化如表2所示：過去25 a武漢市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張量顯著，增加了4倍。就發(fā)展階段而言，1990—2005年武漢城市擴(kuò)張面積緩慢增長(zhǎng)，在2005—2015年迅速增長(zhǎng)；但就增加速率而言，在1990—1995年，增長(zhǎng)速率最大，為50.92%，2000—2005年最小，為31.27%。在空間形態(tài)上，在1990—2010年，武漢市擴(kuò)張距離穩(wěn)定在20～25 km內(nèi)，而在2010—2015年，迅速擴(kuò)散至30 km以上；在坡度上則變化不大，城市用地?cái)U(kuò)張的地形較為平坦；在高程上，1990—1995年，擴(kuò)張高程最高，平均達(dá)35 m以上，在1995—2000年，擴(kuò)張高程最低，平均為25 m，在2000—2015年，擴(kuò)張高程較為穩(wěn)定，平均為30 m；擴(kuò)張破壞權(quán)重呈“W”波動(dòng)變化，在1990—1995年，2010—2015年最大，1995—2000，2005—2010年最小，證明武漢城市用地?cái)U(kuò)張侵占的地類在1990—1995年，2010—2015年，高生態(tài)價(jià)值地類(水域、林地)的比例較大，對(duì)生態(tài)的破壞性相對(duì)較高。

3.3 城市用地?cái)U(kuò)張影響分析

由SPSS 22.0逐步回歸分析可得城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響系數(shù)如表3所示：ESV整體受城市擴(kuò)張面積、擴(kuò)張高程、擴(kuò)張距離和擴(kuò)張破壞權(quán)重影響，其中ESV受擴(kuò)張面積和擴(kuò)張破壞權(quán)重負(fù)面影響，即擴(kuò)張面積和擴(kuò)張破壞權(quán)重分別每增加1 hm2，1單位，ESV減少值分別增加51 573，88 351 543元；ESV受高程權(quán)重和距離權(quán)重正面影響，這是由于武漢市高ESV區(qū)域主要分布于低高程地區(qū)和武漢市中南部，而武漢市城市擴(kuò)張主要集中在中部和中北部區(qū)域，因此ESV減少值會(huì)隨著城市擴(kuò)張高程和距離的增多而減少；而坡度高值區(qū)域和低值區(qū)域均主要為高ESV區(qū)域，坡度中值區(qū)域則為低ESV區(qū)域，因此，城市用地?cái)U(kuò)張的坡度變化對(duì)ESV整體影響較低。進(jìn)一步通過標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分析各因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響程度，擴(kuò)張面積的影響程度最大，其次是距離權(quán)重，高程權(quán)重的影響程度相對(duì)最低，但除坡度外，影響程度相差不大。

表3 城市用地?cái)U(kuò)張影響系數(shù)

就各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能而言，氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、維持生物多樣性受城市用地?cái)U(kuò)張的影響與ESV整體較為相同，但由于各地類的氣體調(diào)節(jié)能力和氣候調(diào)節(jié)差值不大，導(dǎo)致氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)主要受擴(kuò)張面積影響；而各地類的維持生物多樣性能力構(gòu)成與ESV整體構(gòu)成相似，所以各因素對(duì)維持生物多樣性影響程度與ESV整體相似。食物生產(chǎn)和保持土壤受城市用地?cái)U(kuò)張影響相同，均受擴(kuò)張面積、坡度權(quán)重、擴(kuò)張破壞權(quán)重負(fù)面影響，且擴(kuò)張面積和擴(kuò)張破壞權(quán)重的影響程度均較高，坡度權(quán)重的影響程度稍弱。這是由于食物生產(chǎn)主要由農(nóng)田提供，保持土壤主要由農(nóng)田和森林提供，但由于武漢市森林面積較少且變化不大，所以食物生產(chǎn)和保持土壤主要受農(nóng)田變化影響，擴(kuò)張破壞權(quán)重影響程度較高；食物生產(chǎn)和保持土壤高值區(qū)域主要分布于中低坡度地區(qū)，低值區(qū)域則分布于低坡度地區(qū)，所以食物生產(chǎn)和保持土壤減少值隨城市用地?cái)U(kuò)張的坡度增加而增加。除森林外，各地類的單位面積原材料生產(chǎn)價(jià)值變化不大，而森林面積較少且變化不大，導(dǎo)致原材料生產(chǎn)受城市用地?cái)U(kuò)張的影響與其余生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均不相同，其僅受擴(kuò)張面積影響。水文調(diào)節(jié)、廢物處理和美學(xué)景觀構(gòu)成較為單一，主要由水域和濕地構(gòu)成，且兩者的單位面積水文調(diào)節(jié)和美學(xué)景觀價(jià)值遠(yuǎn)大于其余地類，也主要分布于低高程區(qū)域，導(dǎo)致擴(kuò)張破壞權(quán)重的影響程度與擴(kuò)張面積相同，高程的影響程度略低于擴(kuò)張面積。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

本研究定量化評(píng)價(jià)了武漢市城市用地?cái)U(kuò)張的時(shí)空特征，利用回歸分析建立起城市用地?cái)U(kuò)張變化與ESV變化的聯(lián)系，定量化表達(dá)了城市用地時(shí)空變化因素對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響程度，揭示了城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)ES的時(shí)空影響特征，可為武漢市更加科學(xué)合理的空間規(guī)劃提供依據(jù)，也可為L(zhǎng)UCC對(duì)ES影響的相關(guān)研究提供空間分析上的參考。但城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)ES造成的影響不僅有城市用地?cái)U(kuò)張侵占地類所造成的直接影響，還應(yīng)包括城市用地?cái)U(kuò)張侵占地類引起的其他地類的轉(zhuǎn)化而造成的間接影響，如城市用地?cái)U(kuò)張侵占基本農(nóng)田，導(dǎo)致其他地類轉(zhuǎn)化為基本農(nóng)田以補(bǔ)充基本農(nóng)田的損失，如何定量化分析間接影響有待進(jìn)一步研究。

ESV的計(jì)算方法尚未統(tǒng)一，采用不同標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的價(jià)值量往往存在差異，但并不影響其為區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)[21]。目前，動(dòng)態(tài)的當(dāng)量因子法由于其體現(xiàn)出同一地塊同一地類的ESV在不同時(shí)間上的差異性，逐漸被采用[34-35]，但由于受通貨膨脹等經(jīng)濟(jì)因素的影響，其當(dāng)量因子隨時(shí)間增大而增大，且差值往往較大，導(dǎo)致ESV往往偏大。因此，部分學(xué)者[30-31]對(duì)當(dāng)量因子進(jìn)行了時(shí)間修正，以期剔除通貨膨脹等對(duì)ESV的影響。本文以貨幣的時(shí)間價(jià)值對(duì)當(dāng)量因子進(jìn)行時(shí)間修正，既體現(xiàn)出同一地塊同一地類的ESV在不同時(shí)間上的差異性，又使當(dāng)量因子受經(jīng)濟(jì)因素影響較小，使ESV在時(shí)間上的變化分析更加準(zhǔn)確，為ESV時(shí)間變化上的研究提供了參考。但時(shí)間修正的方法也尚未統(tǒng)一，可表示通貨膨脹的指標(biāo)較多，采用不同指標(biāo)的修正結(jié)果存在差異，如何更加準(zhǔn)確的在時(shí)間上修正ESV有待進(jìn)一步探索。

本研究采用NPP對(duì)各地塊的ESV進(jìn)行逐一修正，體現(xiàn)出了同種地類ESV的空間差異性，使ESV在空間上的分布更為細(xì)致，為ESV在空間上的研究提供了參考。但水域的NPP往往為0，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行空間上的修正，而河流和海洋的其他ESV計(jì)算方法[36-37]均無(wú)法體現(xiàn)出ESV的空間差異性。因此，未能分析水域的ESV的空間分布特征，城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)ES的時(shí)空影響研究不夠細(xì)化，需進(jìn)一步研究。

根據(jù)武漢市城市用地?cái)U(kuò)張對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響分析結(jié)果，武漢市侵占高程較高的、較遠(yuǎn)的地塊對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)破壞較小，侵占農(nóng)田對(duì)食物生產(chǎn)和保持土壤的破壞性較大，但對(duì)其余生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能破壞較小。在滿足城市用地?cái)U(kuò)張需求的條件下，可適當(dāng)犧牲食物生產(chǎn)和保持土壤能力換取對(duì)其余生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的保護(hù)。因此，武漢市在未來(lái)的城市用地?cái)U(kuò)張中，應(yīng)控制中心城區(qū)的范圍，通過挖掘存量建設(shè)用地的內(nèi)部潛力，逐步提高建設(shè)用地集約利用水平；在距市中心較遠(yuǎn)、高程較高的地區(qū)建立新城區(qū)，從而在城市擴(kuò)張面積不變的基礎(chǔ)上減少ES的損失。同時(shí)，該建議與《武漢市城市總體規(guī)劃(2017—2035年)》所提出的主城+新城+3副城+3組團(tuán)的格局相符合。

4.2 結(jié) 論

(1) 1990—2015年，武漢市ESV不斷下降。其中，食物供給的降幅最大，保持土壤次之，水文調(diào)節(jié)和美學(xué)景觀的降幅最小。在空間分布上，中北部和東北部ESV較低，受到城市用地?cái)U(kuò)張的影響較高；極北地區(qū)ESV較高，受到城市用地?cái)U(kuò)張的影響最低；ESV高值區(qū)域和低值區(qū)域在武漢市南部交錯(cuò)分布，該區(qū)域受武漢市城市用地?cái)U(kuò)張的影響較低，變化不大；ESV高值和極低值區(qū)域在武漢市中部交錯(cuò)分布，該區(qū)域受城市用地?cái)U(kuò)張影響最高，ESV極低值區(qū)域不斷擴(kuò)大，逐漸擴(kuò)散至西部和東部區(qū)域。

(2) 武漢市在1990—2015年的城市用地?cái)U(kuò)張面積不斷增加，在2005—2015年擴(kuò)張速度迅速增加。擴(kuò)張破壞權(quán)重變化幅度不大，城市用地?cái)U(kuò)張侵占的地類比例構(gòu)成相對(duì)較穩(wěn)定，主要為農(nóng)田，次要為水域；而水域和農(nóng)田的坡度均較平緩，所以擴(kuò)張坡度變化不大；由于農(nóng)田在高程上分布并不規(guī)律，高程權(quán)重呈波動(dòng)變化；擴(kuò)張距離在1990—2010年緩慢增加，穩(wěn)定在20～25 km，該階段城市用地?cái)U(kuò)張主要聚集在城市中心附近，在2010—2015年，擴(kuò)張距離迅速增加，上一階段將市中心25 km范圍內(nèi)可供開發(fā)地塊基本開發(fā)完畢，所以該階段城市邊界迅速向外擴(kuò)張。

(3) 近25 a來(lái)，武漢市城市用地?cái)U(kuò)張面積對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均起主要影響作用；擴(kuò)張坡度僅影響食物生產(chǎn)和保持土壤，且影響程度較低；擴(kuò)張高程對(duì)氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)的影響較低，對(duì)ESV整體和維持生物多樣性影響適中，對(duì)水文調(diào)節(jié)、廢物處理和美學(xué)景觀影響較高；擴(kuò)張距離氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)影響較低，對(duì)ESV整體和維持生物多樣性影響適中；擴(kuò)張破壞權(quán)重除對(duì)原材料生產(chǎn)無(wú)影響，對(duì)氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)影響較低之外，對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響較高。