青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)-經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)空協(xié)調(diào)性分析及優(yōu)化利用

秦曉川,付碧宏

1 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院, 北京 1000942 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)直接或間接貢獻(xiàn)于人類福祉的產(chǎn)品和服務(wù)[1]。20世紀(jì)以來,高強(qiáng)度的人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大的沖擊和破壞[2],全球60%以上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生明顯的退化現(xiàn)象[3]。隨著生態(tài)環(huán)境問題的惡化,定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Service Value, ESV)已成為生態(tài)學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域越來越受關(guān)注的主題[4]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量化的研究主要從三方面展開,分別是能值分析法、物質(zhì)量評(píng)價(jià)法、價(jià)值量評(píng)價(jià)法[5]。其中,價(jià)值量評(píng)價(jià)法基于生物量或土地利用的利益轉(zhuǎn)移方法完成[6],雖然在一定程度上缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過程的關(guān)注[7],但由于簡(jiǎn)化計(jì)算而被廣泛使用。Costanza等[1]率先利用基本價(jià)值轉(zhuǎn)移法對(duì)全球ESV進(jìn)行了估算,為區(qū)域尺度ESV評(píng)估提供了參考方法[8]。由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性與差異性[9],價(jià)值當(dāng)量在不同研究地區(qū)存在著差異性[2]。謝高地等[10- 12]結(jié)合中國實(shí)際情況修訂建立了當(dāng)量因子表及動(dòng)態(tài)評(píng)估方案,為國內(nèi)ESV核算與演化研究提供了重要依據(jù)[13],目前該評(píng)估方案仍在不斷修訂與完善中[12]。近年來,隨著遙感與GIS等空間信息技術(shù)的快速發(fā)展,國內(nèi)外學(xué)者圍繞全球[14-15]、國家[16-17]、區(qū)域[18-19]等不同尺度,針對(duì)流域[20-21]、綠地[22-23]、城市群[24-25]等不同研究對(duì)象,探究土地利用變化[26-27]、經(jīng)濟(jì)發(fā)展[28-29]、景觀格局演變[30- 32]等對(duì)ESV的影響,并展開了廣泛而深入的研究。

價(jià)值量評(píng)價(jià)法的優(yōu)勢(shì)除了計(jì)算直觀易用,還在于其結(jié)果能引起人們對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重視,因?yàn)槿藗儗?duì)貨幣值的感知更為明顯[5]。ESV是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合化與定量化[33],將其表征于貨幣經(jīng)濟(jì)的核算方式,有助于比較生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間的關(guān)系。吳建寨等[33]使用ESV與GDP數(shù)據(jù)構(gòu)建了生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度指數(shù),據(jù)此對(duì)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)；王建華等[34]在此基礎(chǔ)上建立了ICEE指數(shù),使其可以比較任意給定時(shí)間間隔的生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)水平；謝高地等[35]比較了2010年中國各地區(qū)ESV與GDP及人均ESV、人均GDP的數(shù)值大小,研究發(fā)現(xiàn)中國在經(jīng)濟(jì)人口密集區(qū)域的ESV相對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值具有高度稀缺性；Li等[4]通過變異系數(shù)、泰爾指數(shù)描述了ESV和GDP的整體集中程度。前人的研究工作估算了區(qū)域生態(tài)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)差異,但仍難以闡明兩者空間分布上是否協(xié)調(diào)一致。為度量城市生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的平衡關(guān)系,有必要刻畫、闡明區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間分布的差異特征。

作為中國海洋產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地以及山東省高質(zhì)量發(fā)展的核心引擎之一,青島都市圈出現(xiàn)城鎮(zhèn)建設(shè)用地快遞增長(zhǎng)、年降水量趨于減少、濱海岸線生態(tài)退化[36]等現(xiàn)象,生態(tài)環(huán)境壓力日趨嚴(yán)峻,成為觀測(cè)與協(xié)同考量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化的獨(dú)特窗口。近年來,已有學(xué)者對(duì)山東省[37- 41]、山東半島[42-43]及青島市[44- 47]、濰坊市[48-49]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空演變展開研究,但對(duì)ESV單位面積價(jià)值當(dāng)量時(shí)空差異的考慮較為有限,且均未對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間關(guān)系開展深入分析和研究。

因此,本文以青島都市圈為研究區(qū),基于1990年、2004年、2017年三期Landsat衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),使用當(dāng)量因子法對(duì)ESV進(jìn)行核算,進(jìn)而構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)一致性指數(shù),以探討其時(shí)空差異特征,并通過驅(qū)動(dòng)因子分析,提出區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)平衡發(fā)展的優(yōu)化建議,以期為政策制定者提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

青島都市圈(118°10′—121°28′E、35°35′—37°19′N)位于中國沿海,地處山東半島南部,東、南瀕臨黃海,地勢(shì)西南、東北兩側(cè)隆起。如圖1所示,青島都市圈轄青島、濰坊兩個(gè)地級(jí)市以及煙臺(tái)的萊陽和海陽兩個(gè)縣級(jí)市,陸域面積為3.01×104km2。2017年,青島都市圈占山東省面積和人口約五分之一,GDP產(chǎn)出占四分之一。青島都市圈是承擔(dān)山東乃至全國海洋戰(zhàn)略的主要空間載體。

圖1 衛(wèi)星遙感圖像顯示青島都市圈的空間位置Fig.1 Satellite images showing the location of the Qingdao Metropolitan Region

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

本文基于青島都市圈1990年、2004年、2017年的Landsat TM/OLI遙感影像數(shù)據(jù)(下載自https://glovis.usgs.gov)。在ArcGIS 10.2與ENVI平臺(tái)支持下,對(duì)3期遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)、大氣校正、拼接、裁剪等預(yù)處理。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 21010- 2007)和青島都市圈土地利用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使用隨機(jī)森林算法對(duì)其進(jìn)行分類,將土地利用類型分為6種：農(nóng)田、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地,結(jié)合Google Earth及野外實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證,其總體精度分別為92.46%、94.20%、94.18%,Kappa值分別為0.89、0.92、0.92。研究區(qū)高程數(shù)據(jù)獲取自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/),交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取自O(shè)penStreetMap(https://www.openstreetmap.org/),年均溫、年降水量數(shù)據(jù)獲取自國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/)；經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自相關(guān)年份的《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《青島市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《濰坊市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《煙臺(tái)市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格調(diào)查年鑒》等。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)修正

2.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子價(jià)值量修正

針對(duì)本文研究區(qū),結(jié)合播種面積、研究區(qū)主要作物產(chǎn)量和主要農(nóng)作物相應(yīng)的國家平均價(jià)格,采用公式(1)計(jì)算單位面積糧食生產(chǎn)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

(1)

式中,Ea為農(nóng)田單位面積糧食生產(chǎn)服務(wù)價(jià)格(元/hm2),n為作物數(shù)量,k為作物類型,pk為全國平均價(jià)格(元/t),qk為第k種作物的產(chǎn)量(t),mk為第k種作物的播種面積(hm2)。

山東省主要農(nóng)作物品種包括小麥、玉米和大豆,從山東省統(tǒng)計(jì)年鑒中獲得其播種面積與產(chǎn)量,自《中國農(nóng)業(yè)價(jià)格調(diào)查年鑒》獲取其全國農(nóng)產(chǎn)品集貿(mào)市場(chǎng)年度價(jià)格(根據(jù)價(jià)格指數(shù),轉(zhuǎn)換為2004年不變價(jià)),如表1 所示。計(jì)算得到青島都市圈的單位面積糧食生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值,1990年為870.70元/hm2。2004年為1178.28元/hm2,2017年為1228.57元/hm2。

表1 青島都市圈主要農(nóng)作物產(chǎn)量、價(jià)格及播種面積

2.1.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量修正

參考《1∶1 000 000 中國植被圖集》,青島都市圈植被以針葉林和灌草叢為主。據(jù)此結(jié)合謝高地等[12]修訂的中國單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量,為青島都市圈各土地利用類型的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行價(jià)值當(dāng)量賦值(表2)。

表2 青島都市圈單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量

此外,針對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值量的空間異質(zhì)性,考慮研究區(qū)實(shí)際情況與數(shù)據(jù)可獲取程度,參考謝高地等[12]和雷軍成等[50]、徐麗芬等[51]引入時(shí)空調(diào)節(jié)因子對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)評(píng)估的方法,開展單元格尺度的修訂。選取植被覆蓋度指數(shù)作為生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性和美學(xué)景觀功能(水域及未利用地NDVI多為負(fù)值,故不參與修訂)的修訂指標(biāo),選取降水量作為生態(tài)系統(tǒng)水資源供給、水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能的修訂指標(biāo)。通過公式(2)進(jìn)行逐單元格修訂。

(2)

(3)

式中,f為植被覆蓋度,NDVIsoil為裸土土地單元對(duì)應(yīng)的NDVI值,NDVIvegetable為全植被土地像元對(duì)應(yīng)的NDVI值。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

基于前述修正后的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量,以及1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的價(jià)值量,通過公式(4)計(jì)算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

(4)

式中,ESV為研究區(qū)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(元),A為研究區(qū)面積(hm2)。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間一致性

本文通過計(jì)算變異系數(shù)(Coefficient of Variation,CV)與泰爾指數(shù)(Theil,T)測(cè)度ESV與GDP各自的整體差異,并通過構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展一致性模型以表征各個(gè)城市ESV與GDP之間的空間分布差異。

2.3.1變異系數(shù)與泰爾指數(shù)計(jì)算

CV是無量綱指標(biāo),適用于具有不同單位或不同均值的數(shù)據(jù)集之間的比較,本文使用CV描述青島都市圈ESV和GDP各自的分散或集中程度,由公式(5)定義[53]。

(5)

式中,Y0為都市圈ESV或GDP的平均值,n為城市數(shù)量,Yi為第i個(gè)城市ESV或GDP的值。CV值越大,代表地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)差異或者經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異越大。

泰爾指數(shù)是用于衡量經(jīng)濟(jì)不平等的統(tǒng)計(jì)量,考慮到城市之間的差異,本文使用面積作為加權(quán)來衡量城市之間的不平等,由公式(6)定義[4]。

(6)

式中,n為城市數(shù)量,Yi為第i個(gè)城市的ESV或GDP的值,Y為都市圈ESV或GDP的總值,Si為第i個(gè)城市的面積,S為都市圈的總面積。泰爾指數(shù)的值介于0與1之間,數(shù)值越大代表研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異越大。

2.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展一致性模型構(gòu)建

為反映某一城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)程度,參考人口經(jīng)濟(jì)一致性指數(shù)[54],使用在整個(gè)區(qū)域內(nèi)該城市的ESV占比與GDP占比的比值構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展一致性指數(shù)(Consistency of Ecosystem services and Economy,簡(jiǎn)稱CEE),來衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展分布的時(shí)空差異,由公式(7)定義。

(7)

式中,CEEi與RESVi、RGDPi分別是第i個(gè)城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展一致性指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚水平、經(jīng)濟(jì)集聚水平。

由于自然資源稟賦與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素之間的差異,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)的空間分布并不是要求兩者的集聚水平完全一致,但兩者若存在較大的不協(xié)調(diào),無疑代表著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的落后情況或區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在著潛在的生態(tài)危機(jī)。對(duì)于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展而言,CEE越偏離1,表明該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)分布協(xié)調(diào)性越差,反之,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)性越好,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)空間協(xié)調(diào)程度越高。參考人口經(jīng)濟(jì)一致性指數(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)[54- 57],根據(jù)一致性指數(shù)數(shù)值大小將青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)性程度分為5類,如表3所示。

表3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)性分類

2.4 地理探測(cè)器

地理探測(cè)器是用以探測(cè)變量空間分異性及其背后驅(qū)動(dòng)力的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,通過計(jì)算q統(tǒng)計(jì)量以度量因子解釋能力,q值由表達(dá)式(8)定義。

(8)

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

表4總結(jié)了1990—2017年青島都市圈土地利用各類型占比的變化。從土地利用各類型面積及其變化情況上,研究期間農(nóng)田始終是研究區(qū)最主要的土地利用類型,其他5種土地利用類型共約占總面積的20%；農(nóng)田與水域先增加后減少,其中1990—2004年間水域面積增加99.73%,2004—2017年減少28.57%；土地利用變化受到城鎮(zhèn)化進(jìn)程的影響,城鎮(zhèn)用地面積增加,27年間凈增加4078.89 km2；林地、草地、未利用地的用地規(guī)模均有所減少。

1990—2017年青島都市圈各類用地類型的分布如圖2所示。轉(zhuǎn)換數(shù)量上,農(nóng)田轉(zhuǎn)出率15.96%,其中14.17%流向城鎮(zhèn)用地。城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張主要通過占用其周邊農(nóng)田完成。轉(zhuǎn)換模式上,農(nóng)田流向城鎮(zhèn)用地、林地流向農(nóng)田、草地流向農(nóng)田是土地利用類型轉(zhuǎn)換的主要類型,分別占總面積的11.52%、4.93%、4.02%?？臻g分布上,西南、東北兩側(cè)山地地區(qū)集中出現(xiàn)林地和草地轉(zhuǎn)換為農(nóng)田的現(xiàn)象,農(nóng)田轉(zhuǎn)為水域主要發(fā)生在峽山湖、牟山水庫、產(chǎn)芝水庫等地；流向城鎮(zhèn)用地的轉(zhuǎn)換類型在膠州灣沿線低平地區(qū)的海積平原尤為集中,并聚集在青島開發(fā)高新區(qū)、藍(lán)色硅谷區(qū)、濰坊濱海新區(qū)等區(qū)域規(guī)劃項(xiàng)目建設(shè)區(qū)。

表4 青島都市圈土地利用各類型面積

圖2 青島都市圈土地利用類型及其變化Fig.2 Types of land use and their variations in Qingdao metropolitan region

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

1990年,青島都市圈的總ESV為239.31億元,2004年為271.42億元,2017年為227.97億元；總體先增加后減少,1990—2004年ESV增長(zhǎng)率為13.41%,2004—2017年下降率為16.01%。空間分布上(圖3),青島都市圈各縣域ESV呈現(xiàn)出西南和東北地區(qū)較高、中部區(qū)域較低的結(jié)構(gòu)；1990—2017年間ESV減少的區(qū)域集中在研究區(qū)的西部與東部臨海地區(qū),價(jià)值增加的區(qū)域則以河湖等水系增長(zhǎng)區(qū)為主。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布Fig.3 Spatial distribution of ecosystem services value

由表5可知,在各土地利用類型中,農(nóng)田ESV占比最大,其次是林地與水域。1990—2004年間,得益于灘涂水域的保護(hù)和全省河道整改[39],青島都市圈水域面積有所增加,水域ESV上升幅度達(dá)145.92%,在一定程度上彌補(bǔ)并減緩了其他生態(tài)用地流失的減損；2004—2017年間,城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張進(jìn)程不斷加快,增加了對(duì)農(nóng)田的占用,且氣候變化導(dǎo)致青島都市圈年降水量存在減少趨勢(shì)[36],水域面積受到影響并減少28.57%,致使總ESV下降。

表5 青島都市圈土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

青島都市圈各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化(表6)表明,整體上,調(diào)節(jié)服務(wù)>供給服務(wù)>支持服務(wù)>文化服務(wù)。變化方面,1990—2004年間,供給與調(diào)節(jié)服務(wù)ESV均上升,其原因是農(nóng)田與水域的ESV在此期間有所上升；2004—2017年間,各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值均有所下降。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性分析

據(jù)統(tǒng)計(jì),青島都市圈1990、2004、2017年的GDP分別是782.86、3627.50、17598.09億元,表明在此期間該區(qū)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展,其變化不同于ESV的變化。使用公式(5)(6)對(duì)以ESV為代表的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)差異、以GDP為代表的經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異進(jìn)行定量分析,結(jié)果如表7所示。

所有GDP的CV值均大于ESV的CV值,表明GDP的差異性大于ESV的差異性。ESV與GDP的CV值隨時(shí)間均有所下降,表明ESV和GDP的區(qū)域差異都在不斷減小。結(jié)果顯示,1990—2017年間,青島都市圈縣域之間GDP差異程度大于ESV差異程度,且ESV與GDP各自的區(qū)域差異程度在研究期間均有所減小。

表6 青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值變化

表7 青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與GDP的變異系數(shù)CV與Theil指數(shù)

以面積比例加權(quán)的T值顯示,GDP的區(qū)域差異在研究期間減小,此變化趨勢(shì)與GDP的CV值結(jié)果一致。相比之下,ESV的Theil指數(shù)值非常低,表明ESV的區(qū)域差異較小。通過對(duì)比GDP與ESV的Theil指數(shù)值發(fā)現(xiàn),即使考慮到面積的影響,青島都市圈的經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異仍遠(yuǎn)大于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布的差異。

計(jì)算得到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)一致性指數(shù)分布如圖4所示。青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體呈現(xiàn)出不協(xié)調(diào),其中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的情況占據(jù)主導(dǎo)地位。空間分布上,經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的地區(qū)多發(fā)生在東部沿海城市,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的情況集中于西北地區(qū)。時(shí)間序列上,1990—2017年間不協(xié)調(diào)范圍有所擴(kuò)大,處于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)協(xié)調(diào)水平的縣級(jí)市數(shù)量由5下降為0；經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的地區(qū)由青島市轄區(qū)與膠州展開擴(kuò)張,面積由8.32%上升至25.39%；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的地區(qū)由東西兩端城市逐漸向中心地區(qū)發(fā)生,面積占比由58.93%上升至74.61%。

1990年,青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)協(xié)調(diào)的縣級(jí)市有5個(gè),經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的情況發(fā)生在青島市市轄區(qū)和膠州市；得益于1984年被列為首批沿海開放城市,青島市集聚了山東半島城市群的優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)資本、人才技術(shù)優(yōu)勢(shì),實(shí)施市區(qū)東部開發(fā)戰(zhàn)略、建立青島保稅區(qū),外貿(mào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛；而同期的濰坊和煙臺(tái)的萊陽、海陽市由于區(qū)位優(yōu)勢(shì)不明顯,第三產(chǎn)業(yè)相對(duì)滯后,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后。2004年,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)協(xié)調(diào)的縣級(jí)市數(shù)量下降到3個(gè)；在此期間,礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的壯大為濰坊市吸引優(yōu)化了城市發(fā)展條件,故與1990年相比,濰坊市轄區(qū)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的類別。2017年,青島都市圈沒有評(píng)價(jià)類別屬于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)協(xié)調(diào)的縣級(jí)市,經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的城市面積占比上升至25.39%,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的城市面積上升至74.61%；近年來青島市實(shí)施新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程的速度不斷加快,經(jīng)濟(jì)保持健康發(fā)展,由此經(jīng)濟(jì)集聚區(qū)集中出現(xiàn)在青島市東部沿海地區(qū)；濰坊濱海于2010年升級(jí)為國家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū),其交通等基礎(chǔ)配套設(shè)施不斷完善,經(jīng)濟(jì)得到進(jìn)一步發(fā)展；2015年萊陽與海陽分別通過了五龍河口濱海濕地海洋特別保護(hù)區(qū)、萬米沙灘國家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)的規(guī)劃,推動(dòng)了生物資源與生態(tài)系統(tǒng)保護(hù),故展現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的特征。

圖4 青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)性分布Fig.4 Spatial distribution of coordination between ecosystem services and economic development of Qingdao metropolitan region

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化驅(qū)動(dòng)因素探究

從土地利用的視角出發(fā),總ESV下降的主要原因是低生態(tài)價(jià)值用地對(duì)高生態(tài)價(jià)值用地的占用與取代。首先,城市擴(kuò)張進(jìn)程中城鎮(zhèn)用地面積不斷增長(zhǎng),1990—2017年期間,在青島都市圈土地利用轉(zhuǎn)換類型中占比最大的是農(nóng)田流向城鎮(zhèn)用地,占總面積的11.52%。城鎮(zhèn)用地典型擴(kuò)張區(qū)如青島流亭國際機(jī)場(chǎng)周邊地區(qū)(圖5)：1990年時(shí)流亭機(jī)場(chǎng)的西側(cè)分布著養(yǎng)殖水面、北側(cè)分布著農(nóng)田；到2004年時(shí)流亭機(jī)場(chǎng)的西側(cè)仍然還是養(yǎng)殖水面,但其北側(cè)農(nóng)田已經(jīng)變?yōu)槌擎?zhèn)建設(shè)用地；到了2017年時(shí)這兩處區(qū)域大部分地區(qū)都成了城鎮(zhèn)用地。其次,1990—2004年間,由于人口數(shù)量增長(zhǎng)帶來的糧食需求,以及灘涂水域保護(hù)和全省河道整改[39],農(nóng)田與水域面積出現(xiàn)了增加,這在一定程度上彌補(bǔ)了其他生態(tài)用地的流失影響。青島都市圈2004年總ESV較1990年上升32.11億元；而2017年較2004年而言,農(nóng)田與水域面積分別減少8.87%與28.57%,致使2017年總ESV出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)；水域面積變化的典型區(qū)如濰坊市峽山湖(圖5),遙感圖像清楚地顯示出峽山湖2004年較1990年水域面積出現(xiàn)明顯增長(zhǎng),而2017年其面積減少勢(shì)頭有所遏制。

圖5 遙感圖像顯示青島都市圈的典型土地利用變化區(qū)Fig.5 Remote sensing images showing the typical variations of land use of Qingdao metropolitan area

進(jìn)一步利用地理探測(cè)器對(duì)ESV減少的原因進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因素探究,計(jì)算結(jié)果如表8所示。可以看出,距城市中心的距離對(duì)ESV減少的解釋能力最強(qiáng),表明ESV減少受城市化影響較為明顯。城市化進(jìn)程促使城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張占用其他用地,包括建設(shè)過程中對(duì)食物、原料、水資源、土壤等資源的消耗,以及廢棄物、污染等的增加[59],均會(huì)導(dǎo)致ESV的下降。

表8 青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少的驅(qū)動(dòng)力q值

4 討論與建議

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的科學(xué)評(píng)估是生態(tài)資源合理配置和生態(tài)環(huán)境有效保護(hù)的前提[25]。城市化快速發(fā)展伴隨著生態(tài)用地流失、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降和環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)[60],對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間協(xié)調(diào)性的分析是平衡區(qū)域差異、優(yōu)化區(qū)域空間布局、實(shí)現(xiàn)公平發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。本研究構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展一致性指數(shù),對(duì)青島都市圈縣市級(jí)尺度各個(gè)城市的ESV與GDP空間協(xié)調(diào)性進(jìn)行分析,可以為青島都市圈的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間布局優(yōu)化方案提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并為今后其他地區(qū)開展生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略提供參考。

結(jié)果表明,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和經(jīng)濟(jì)集聚整體呈現(xiàn)不平衡現(xiàn)象,其原因是青島都市圈內(nèi)部資源與要素分布不均衡,山區(qū)林地茂密處及河湖水系集中區(qū)域等生態(tài)資源豐富區(qū)具有高生態(tài)價(jià)值,但經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚有進(jìn)步空間；占據(jù)交通信息條件與人口資源等發(fā)展要素的發(fā)達(dá)區(qū)域,其生態(tài)價(jià)值占比又相對(duì)落后。而在青島都市圈2017年總ESV較1990年下降11.34億元的背景下,屬于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不協(xié)調(diào)的類別的區(qū)域面積又進(jìn)一步增加?；谝陨媳尘?對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不協(xié)調(diào)區(qū)域提出優(yōu)化發(fā)展建議。

分析表明,土地利用視角下,研究區(qū)ESV下降主要受到城鎮(zhèn)化進(jìn)程及高生態(tài)價(jià)值用地(如水域)流失的影響；驅(qū)動(dòng)因子視角下,ESV減少受到距城市中心距離的影響最大。故對(duì)經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的區(qū)域做出如下優(yōu)化建議：在土地資源管理過程中,應(yīng)當(dāng)高度重視土地利用類型轉(zhuǎn)變對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的影響,加強(qiáng)建設(shè)用地集約高效利用,嚴(yán)格管控城市的低效蔓延,減少由于城市中心輻射下建設(shè)用地占用其他用地而引起的ESV下降；建立合理的定向化生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制,為不同情況的區(qū)域做出針對(duì)性處理,完善區(qū)域生態(tài)修復(fù)治理的落實(shí)與保護(hù)。同時(shí),按照“山水林田湖草是生命共同體”的系統(tǒng)理念,從“山水林田湖草”的生態(tài)全要素視角出發(fā),在查清山體、水域、森林、海洋和保護(hù)區(qū)等重要生態(tài)功能要素的基礎(chǔ)上,識(shí)別并維護(hù)都市圈生態(tài)保護(hù)紅線,并進(jìn)行生態(tài)全要素系統(tǒng)治理工作,確定問題核心后“對(duì)癥下藥”,對(duì)具備重要生態(tài)功能的要素實(shí)施加強(qiáng)保護(hù)。

而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的區(qū)域,應(yīng)當(dāng)借鑒經(jīng)濟(jì)發(fā)展良好區(qū)域的發(fā)展模式,堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展,多維度、綜合全面地探究新型城市化發(fā)展道路；切實(shí)發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚、生態(tài)質(zhì)量良好的優(yōu)勢(shì),積極探索具有區(qū)域特色的“綠水青山”城市化示范區(qū),深度開拓新時(shí)代背景下綠色發(fā)展及現(xiàn)代化模式。另外,結(jié)果表明,青島都市圈經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異較生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)差異更大,并且具有一定的城市集群發(fā)展效應(yīng)。對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的區(qū)域而言,其區(qū)位優(yōu)勢(shì)不顯著,所具備的發(fā)展要素有所欠缺。因此,應(yīng)當(dāng)逐步實(shí)現(xiàn)內(nèi)部核心區(qū)與副中心的職能劃定與疏散,深化都市圈協(xié)同聯(lián)動(dòng)發(fā)展機(jī)制,全面挖掘各個(gè)區(qū)域的發(fā)展?jié)摿?區(qū)域之間揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短,從而激發(fā)整個(gè)都市圈的協(xié)同高質(zhì)量發(fā)展。

5 結(jié)論

本研究基于當(dāng)量因子法對(duì)青島都市圈ESV進(jìn)行了貨幣化定量核算,構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)一致性指數(shù),探討了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)時(shí)空協(xié)調(diào)性特征及其優(yōu)化利用,得出以下主要認(rèn)識(shí)：

(1)時(shí)間尺度上,青島都市圈的總ESV出現(xiàn)先增后減,ESV 1990年為239.31億元,2004年增加至271.42億元,2017年減至227.97億元,與城鎮(zhèn)化進(jìn)程及農(nóng)田與水域面積的先增后減有關(guān)；空間分布上,各縣域ESV呈現(xiàn)出西南和東北側(cè)較高、中間夾層區(qū)域較低的結(jié)構(gòu)特征。

(2)青島都市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和經(jīng)濟(jì)集聚表現(xiàn)出明顯不協(xié)調(diào)性,且不協(xié)調(diào)范圍在1990—2017年期間有所擴(kuò)大。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的情況主要分布于青島都市圈西北方向的城市,而經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的地區(qū)主要出現(xiàn)在青島都市圈東部沿海地帶。

(3)驅(qū)動(dòng)因子分析表明ESV減少主要受到距城市中心的距離影響,建議在經(jīng)濟(jì)集聚高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚的地區(qū)加強(qiáng)城鎮(zhèn)用地的集約化與高效利用,并從“山水林田湖草”的生態(tài)全要素視角出發(fā),針對(duì)具備重要生態(tài)功能的要素加強(qiáng)保護(hù)。而對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集聚高于經(jīng)濟(jì)集聚的地區(qū),應(yīng)積極探索新時(shí)代背景下生態(tài)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化路徑,且進(jìn)一步深化聯(lián)動(dòng)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展。