新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化過(guò)程及權(quán)衡協(xié)同關(guān)系

李冬花,張曉瑤,王 詠,*,張 瀟,李 磊,陸 林

1 安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,蕪湖 241000 2 華東師范大學(xué)城市與區(qū)域科學(xué)學(xué)院,上海 200241 3 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,南京 210023

2012年,在國(guó)家財(cái)政部、環(huán)保部以及安徽、浙江“兩部?jī)墒　钡慕M織與推動(dòng)下,全國(guó)首例跨省流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制試點(diǎn)在新安江流域正式實(shí)施[1]。新安江流域不僅是長(zhǎng)三角地區(qū)的重要生態(tài)屏障,更是全國(guó)水源涵養(yǎng)的重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)[2],跨省流域生態(tài)補(bǔ)償對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。生態(tài)補(bǔ)償作為一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境政策[3],對(duì)新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的數(shù)量、質(zhì)量、形成與供給機(jī)制、權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系具有重要影響。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)形成的用于維持人類生存和發(fā)展的自然環(huán)境條件與效應(yīng)[4],包括供給、調(diào)節(jié)、支持和文化四類生態(tài)服務(wù)[5]。生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)之間同時(shí)存在相互作用關(guān)系,表現(xiàn)為此消彼長(zhǎng)的權(quán)衡關(guān)系與相互增益的協(xié)同關(guān)系[6]。Costanza率先提出并完善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Services Values,ESV)分類與量化評(píng)估體系[6- 7],國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合我國(guó)國(guó)情對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)展開持續(xù)的探索與改進(jìn),以融合生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)方法的大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)[8],及中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值當(dāng)量研究最為典型[9- 11],后續(xù)學(xué)者基于此對(duì)不同尺度行政單元與地理單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值展開評(píng)價(jià)分析[12- 13]。隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)研究的深入開展,其權(quán)衡協(xié)同關(guān)系也逐漸受到關(guān)注。國(guó)外學(xué)者圍繞生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的空間特征[14]、影響因素[15]、人類生態(tài)行為的權(quán)衡協(xié)同效應(yīng)[16]以及權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的多尺度轉(zhuǎn)變[17]等方面展開相關(guān)研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)國(guó)家公園[18]、國(guó)家屏障區(qū)[19]、水源涵養(yǎng)區(qū)[20]等重要生態(tài)功能區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的空間格局差異、尺度依存效應(yīng)及一般作用特征進(jìn)行分析與總結(jié)。上述研究對(duì)指導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估與權(quán)衡協(xié)同關(guān)系分析具有重要理論與現(xiàn)實(shí)意義,但已有研究尺度大多為區(qū)域或自然單元的整體尺度或格網(wǎng)的微觀尺度,往往造成評(píng)價(jià)尺度與治理尺度的偏離,且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系的研究整體上仍處于初步發(fā)展階段[21]。目前關(guān)于新安江流域的相關(guān)研究主要集中在流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)男б嬖u(píng)價(jià)[22]、補(bǔ)償模式[23]、補(bǔ)償效率[24]、關(guān)鍵主體關(guān)系等方面[3],進(jìn)一步針對(duì)生態(tài)補(bǔ)償實(shí)施的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)展與響應(yīng)的研究成果還較為少見。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為具有重要價(jià)值的自然生態(tài)系統(tǒng)功能[8],其穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展是維系地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必要自然基礎(chǔ)[25]。新安江流域生態(tài)補(bǔ)償工作的系統(tǒng)實(shí)施取得了積極的生態(tài)與社會(huì)效益[26],是習(xí)近平新時(shí)代生態(tài)文明思想的先導(dǎo)性與示范性實(shí)踐。生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作的實(shí)施對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)展及相互關(guān)系影響的正確認(rèn)知,對(duì)深化生態(tài)文明體制改革及流域生態(tài)系統(tǒng)管理具有重要意義?；诖?本文以新安江流域?yàn)檠芯繉?duì)象,以生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制試點(diǎn)實(shí)施為重要背景,開展流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的綜合評(píng)估與空間定量分析,以期推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究在流域生態(tài)保護(hù)管理實(shí)踐中的應(yīng)用,為流域生態(tài)補(bǔ)償、生態(tài)文明建設(shè)、區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建及綠色高質(zhì)量發(fā)展提供決策參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

新安江發(fā)源于安徽省黃山市休寧縣六股尖,向東流經(jīng)浙江省杭州市淳安縣、建德市,最終流入錢塘江,干流全長(zhǎng)約359 km(圖1),流域整體介于117°38′—119°21′E,29°11′—30°20′N之間,總面積達(dá)1.1萬(wàn)km2,流域全區(qū)位于長(zhǎng)江中下游平原,地形類型以平原低地為主,屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。流域內(nèi)有豐樂水庫(kù)、新安江水庫(kù)兩大蓄水工程,是長(zhǎng)江流域下游地區(qū)的重要水源涵養(yǎng)地。

圖1 新安江流域地理范圍與區(qū)位Fig.1 Geographical scope and location of Xin′an River Basin

研究數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)集。土地利用數(shù)據(jù)以1999—2019年研究區(qū)5期Landsat TM/ETM系列遙感影像(30 m×30 m)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),借助ENVI 5.3和ArcGIS 10.3軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與影像解譯,依據(jù)研究區(qū)植被覆蓋特征和研究需要,采用支持向量機(jī)法(Support Vector Machine,SVM)將研究區(qū)用地劃分為林地、草地、耕地、裸地、水域及建設(shè)用地6大類,并進(jìn)一步利用野外采樣數(shù)據(jù)、天地圖和Google Earth隨機(jī)選取驗(yàn)證樣本進(jìn)行混淆矩陣精度驗(yàn)證,總體分類精度大于85%,符合精度所需要求[27]；高程數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)提供的GDEMV2 30 m分辨率數(shù)字高程；社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于各省、市統(tǒng)計(jì)年鑒、統(tǒng)計(jì)公報(bào)及政府工作報(bào)告；行政邊界等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心1∶400萬(wàn)數(shù)據(jù)庫(kù)(http://ngcc.sbsm.gov.cn/)。

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

基于新安江流域土地利用實(shí)際,以謝高地等[10- 11]制定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表為測(cè)算基礎(chǔ),通過(guò)查閱《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》《浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格調(diào)查年鑒》等統(tǒng)計(jì)資料,測(cè)算研究期內(nèi)流域耕地平均糧食單產(chǎn)與市場(chǎng)價(jià)格,進(jìn)一步得出單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與各評(píng)價(jià)單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值[11],計(jì)算公式如下:

(1)

式中,ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值；Sij為研究區(qū)第i種土地利用類型第j項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；Pij為評(píng)價(jià)單元內(nèi)第i種土地利用類型的面積。

1.3 土地利用變化的生態(tài)貢獻(xiàn)度

土地利用變化的生態(tài)貢獻(xiàn)度能夠?qū)ν恋乩妙愋娃D(zhuǎn)變的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行有效區(qū)分[28],表示第i種土地利用類型向第j種土地利用類型轉(zhuǎn)變引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化率[12]。計(jì)算公式如下:

(2)

式中,ELi-j為土地利用轉(zhuǎn)變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)度,ELi-j>0時(shí),表明第i種土地利用類型向第j種土地利用類型的轉(zhuǎn)變改善了局部生態(tài)環(huán)境,反之,則引起局部生態(tài)環(huán)境的惡化；VSi、VSj為i、j類土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；LUCi-j為第i種土地利用類型向第j種土地利用類型轉(zhuǎn)化的面積。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)(Ecological Services Change Index,ESCI)能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的減損或增益進(jìn)行表征[29]。ESCI值為0時(shí)表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值未發(fā)生變化,沒有增益或減損；當(dāng)為正值時(shí)表示有增益；當(dāng)為負(fù)值時(shí)表示有減損。計(jì)算公式如下:

(3)

式中,ESCIx為單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化指數(shù)；ESCURx為最后狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；ESHISx為初始狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

1.5 權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系評(píng)價(jià)

相關(guān)分析法通常用于研究?jī)蓚€(gè)變量之間相關(guān)關(guān)系及相關(guān)程度[30],若數(shù)值為正,則表明兩類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間具有協(xié)同關(guān)系,反之則為權(quán)衡關(guān)系。雙變量空間自相關(guān)分析是研究不同要素空間分布的有效方法[31],能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)變量之間空間相關(guān)性的分析與表達(dá)。計(jì)算公式如下:

(4)

式中,Rpq為相關(guān)系數(shù)；pi、qi為p、q的第i類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；p、q為p、q的平均值。

(5)

(6)

(7)

分別為空間單元z、y的屬性v、w的值；Xv、Xw分別為屬性v、w的平均值；σv、σw分別為屬性v、w的方差。

2 新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分布特征

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)間變化特征

根據(jù)公式(1)對(duì)新安江流域1999—2019年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化狀況進(jìn)行測(cè)度(圖2)。新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì),2014—2019年有所回升,改善趨勢(shì)漸顯。1999—2004年,流域整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所改善,浙江段增長(zhǎng)率達(dá)3.09%,為研究期間最大幅度增長(zhǎng)。2004—2009年,安徽、浙江兩省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均有所降低,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值降低6.69億元,降低率為2.12%,浙江省降低較為顯著。2014—2019年,安徽省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所回升,浙江省降低速率也有所放緩。單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值上(表1),水文調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最高,并與氣候調(diào)節(jié)、維持生物多樣性、土壤保持等服務(wù)構(gòu)成流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主體部分,食物生產(chǎn)功能在所有服務(wù)功能中價(jià)值最低,占比最??；水文調(diào)節(jié)、水資源供給服務(wù)價(jià)值回升趨勢(shì)明顯,氣候調(diào)節(jié)、保持土壤、維持生物多樣性等單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值波動(dòng)下降特征較為明顯。

圖2 1999—2019年新安江流域各類土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化/億元Fig.2 Changes in the value of different types of land ecosystem services in the Xin′an River Basin from 1999 to 2019/100 million yuan

表1 1999—2019年新安江流域單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化/億元

從新安江流域各類用地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值來(lái)看(圖2),林地所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比最高(71.08%),其次為水域(26.25%)和草地(1.63%)。研究期內(nèi),草地、耕地、裸地3類用地提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值占比呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì),林地、水域2類用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比呈波動(dòng)下降特征,其中草地、林地的生態(tài)服務(wù)占比波動(dòng)幅度較大,其他3類用地波動(dòng)變化則較為平穩(wěn)。土地利用變化作為人類最基本的實(shí)踐活動(dòng)以及人類活動(dòng)與自然環(huán)境最直接的作用表現(xiàn)形式[32-33],能夠直接驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量、過(guò)程、結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生變化,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值則是對(duì)這種變化過(guò)程與作用結(jié)果的客觀表征[34],兩者之間存在著高度關(guān)聯(lián)性[35]。為進(jìn)一步揭示新安江流域土地利用變化的生態(tài)效應(yīng),根據(jù)公式(2)對(duì)研究期間流域內(nèi)土地利用類型轉(zhuǎn)變的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率進(jìn)行測(cè)度(表2)。

從新安江流域土地利用類型轉(zhuǎn)化的生態(tài)效應(yīng)上看,1999—2014年間新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的改善主要依托“耕地-林地”以及“林地-水域”兩種形式的轉(zhuǎn)化,兩種轉(zhuǎn)化形式的生態(tài)貢獻(xiàn)度累計(jì)均超過(guò)60%,并呈遞增趨勢(shì)發(fā)展；2014—2019年新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的改善轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴案?林地”以及“耕地-水域”兩種轉(zhuǎn)化形式為依托,耕地向水域轉(zhuǎn)化的生態(tài)貢獻(xiàn)有所強(qiáng)化,說(shuō)明生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作實(shí)施以來(lái),河流、湖泊等土地利用類型在流域生態(tài)保護(hù)中的生態(tài)效應(yīng)與生態(tài)地位不斷提升。同時(shí),退耕還林、長(zhǎng)江中下游防護(hù)林等重大生態(tài)工程的實(shí)施對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善也產(chǎn)生了持續(xù)性重大影響,林地的轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出是關(guān)系到流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善與惡化的關(guān)鍵一環(huán)。研究期間,林地向耕地的轉(zhuǎn)化是流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)惡化的主要原因,1999—2004、2009—2019年間,“林地-耕地”轉(zhuǎn)化的惡化貢獻(xiàn)率占比最大,介于34%—44%之間,并有增強(qiáng)趨勢(shì)；河流湖泊向林地的轉(zhuǎn)化是研究期內(nèi)流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)惡化的又一重要原因,在2004—2009年間表現(xiàn)最為明顯,但伴隨水域生態(tài)保護(hù)力度的加強(qiáng),此類型轉(zhuǎn)化的惡化貢獻(xiàn)度逐漸降低。

表2 1999—2019年新安江流域土地利用轉(zhuǎn)變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)度

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間集聚特征

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用變化的尺度響應(yīng)特征[36-37],結(jié)合研究區(qū)實(shí)際及決策發(fā)展需要,選取鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度作為基本評(píng)價(jià)單元,探索新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)在空間上的局部表現(xiàn)。流域地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體空間分布狀況較為穩(wěn)定(圖3),但存在明顯的高值集聚與低值集聚區(qū),空間異質(zhì)性較強(qiáng)。高值區(qū)集中分布在下游浙江省淳安縣境內(nèi),其余高值區(qū)呈現(xiàn)出沿流域境內(nèi)六股尖山脈、天目—白際山脈、黃山山脈為主線的分布與擴(kuò)散特征。海拔高值區(qū),人類活動(dòng)強(qiáng)度與干擾程度相對(duì)較弱,土地利用結(jié)構(gòu)及植被結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定,得以持續(xù)保有高生態(tài)價(jià)值及強(qiáng)生態(tài)功能。低值區(qū)隨時(shí)間演化的空間分布變化較大,沿谷地、盆地等低地分布的特征明顯,主要在安徽省徽州區(qū)、休寧縣、歙縣等區(qū)縣城區(qū)呈片狀分布。海拔低值區(qū)相對(duì)密集的城鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)及道路結(jié)構(gòu)也加劇了人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)恢復(fù)反復(fù)性的空間特征也較為明顯。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)結(jié)果顯示(圖3),市、縣級(jí)行政中心駐地、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及工業(yè)園區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減損較大,以黃山市屯溪區(qū)、歙縣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、績(jī)溪縣生態(tài)工業(yè)園等地較具代表性。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增益較為明顯的地區(qū)主要有安徽省境內(nèi)休寧縣渭橋鄉(xiāng)、萬(wàn)安鎮(zhèn)、歙縣許村鎮(zhèn)、績(jī)溪縣瀛洲鎮(zhèn)、黟縣宏村鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元。

圖3 1999—2019年新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)空間分布Fig.3 The spatial distribution of ecosystem service value and Ecological Services Change Index (ESCI) in the Xin′an River Basin from 1999 to 2019

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間相關(guān)關(guān)系來(lái)看(表3),新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值及各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)子系統(tǒng)的全局Moran′sI值均大于0,P值均小于0.001,表明其空間分布均具有較強(qiáng)的正向相關(guān)性,且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值及供給、調(diào)節(jié)服務(wù)的Moran′sI值均呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì),支持、文化服務(wù)的Moran′sI值持續(xù)增長(zhǎng),空間自相關(guān)性均逐漸增強(qiáng)?；谘芯科陂g流域地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布較為穩(wěn)定的研究實(shí)際,選取2019年鎮(zhèn)域地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為分析變量,進(jìn)一步展開流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的局部自相關(guān)分析(圖4)。局部自相關(guān)Moran′sI指數(shù)將要素單元的空間分布劃分為H-H(高高集聚)、L-L(低低集聚)、H-L(高低集聚)、L-H(低高集聚)四種集聚類型,新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值局部空間自相關(guān)的顯著區(qū)域包括H-H、L-L、H-L三種類型。H-H型集聚在空間中表現(xiàn)為正向輻射效應(yīng),表示相鄰地理單元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高值空間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng),水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的高貢獻(xiàn)率使新安江流域形成以千島湖為核心并向外輻射的片狀高值集聚區(qū),包括千島湖鎮(zhèn)、石林鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元；L-L型集聚在空間關(guān)聯(lián)中表現(xiàn)為負(fù)向輻射效應(yīng),表示相鄰地理單元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低值空間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng),在黃山市、休寧縣、績(jī)溪縣等市、縣城區(qū)形成明顯集聚,密集的人類活動(dòng)對(duì)自然資源的依賴驅(qū)使林地、草地等覆被向耕地及建設(shè)用地大面積轉(zhuǎn)化,且城鎮(zhèn)中心地區(qū)生態(tài)問題復(fù)雜,生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)面臨著長(zhǎng)期性和復(fù)雜性,低值區(qū)在這些地區(qū)形成明顯集聚。H-L型集聚在空間上表現(xiàn)為極化效應(yīng),表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高值與低值空間關(guān)聯(lián)性較大的區(qū)域,流域內(nèi)此類集聚單元較少,以點(diǎn)狀鄰近分布在黃山市屯溪區(qū)L-L集聚類型單元周圍。

表3 新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)Moran′s I估計(jì)值

圖4 新安江流域地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值局部自相關(guān)分析 Fig.4 Local autocorrelation analysis of the value of ecosystem services in the Xin′an River Basin

總的來(lái)說(shuō),新安江沿江兩側(cè)、千島湖及環(huán)湖區(qū)域既是新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重點(diǎn)恢復(fù)區(qū)域,也是流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域。除水域外,新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其變化指數(shù)的空間分布與境內(nèi)海拔高程之間存在較強(qiáng)關(guān)聯(lián),空間異質(zhì)性較強(qiáng)；高值集聚與低值集聚區(qū)明顯,空間相關(guān)性較強(qiáng)。高值區(qū)隨時(shí)間變化有所減少,中值區(qū)逐漸擴(kuò)展,低值區(qū)先增后減。

3 新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)關(guān)系

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的正確認(rèn)知是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)發(fā)展的決策基礎(chǔ)[38]。以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本評(píng)價(jià)單元,基于SPSS軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析,得到新安江流域各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)性(表4)。相關(guān)性結(jié)果為正值,表明兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有協(xié)同關(guān)系,反之則為權(quán)衡關(guān)系[39]。結(jié)果顯示,新安江流域10種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成的100組相關(guān)關(guān)系中,負(fù)相關(guān)關(guān)系為20組,正相關(guān)關(guān)系為80組,其中有64組在0.01水平上呈顯著正相關(guān)。因此,協(xié)同關(guān)系是研究期間新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系的主體。協(xié)同關(guān)系主要存在于調(diào)節(jié)、支持、文化服務(wù)子系統(tǒng)之間,其中,支持服務(wù)、文化服務(wù)與其他類型服務(wù)之間的相關(guān)關(guān)系均為正相關(guān),調(diào)節(jié)服務(wù)子系統(tǒng)中的水文調(diào)節(jié)服務(wù)與原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,其余均為正相關(guān)關(guān)系。新安江流域存在的權(quán)衡關(guān)系中,80%與供給服務(wù)有關(guān),供給服務(wù)提供的有形商品與人類福祉之間的高關(guān)聯(lián)度加劇了供給服務(wù)與其他類型服務(wù)之間的矛盾。調(diào)節(jié)服務(wù)中,氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)與凈化環(huán)境之間均為協(xié)同關(guān)系,其中,氣候調(diào)節(jié)與氣體調(diào)節(jié)之間的正相關(guān)關(guān)系較強(qiáng),氣體調(diào)節(jié)與水文調(diào)節(jié)之間存在較弱的權(quán)衡關(guān)系。支持服務(wù)與文化服務(wù)子系統(tǒng)中的保持土壤、維持生物多樣性、提供美學(xué)景觀之間均存在較高程度的協(xié)同關(guān)系。

為進(jìn)一步探索生態(tài)補(bǔ)償對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系的影響,基于對(duì)研究期時(shí)間尺度內(nèi)生態(tài)響應(yīng)的時(shí)間滯后性考慮,以新安江流域第一輪生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作結(jié)束時(shí)間為間隔點(diǎn),對(duì)流域1999—2014年、2014—2019年兩個(gè)時(shí)間段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系進(jìn)行測(cè)算(圖5、6)。結(jié)果顯示,生態(tài)補(bǔ)償實(shí)施后流域部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間相關(guān)關(guān)系發(fā)生明顯轉(zhuǎn)化。首先,水文調(diào)節(jié)服務(wù)與其他類型服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系有所增強(qiáng),協(xié)同關(guān)系弱化。水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能主要受水域影響[40]。1999—2014年新安江流域水文調(diào)節(jié)服務(wù)變化值為-2.84億元,2014—2019年水文調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值恢復(fù)明顯,變化值為0.82億元。生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作實(shí)施后,流域內(nèi)以水文調(diào)節(jié)為代表的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值增速明顯高于其他生態(tài)服務(wù)類型,水文調(diào)節(jié)服務(wù)發(fā)展方向的轉(zhuǎn)變使其與其他類型服務(wù)之間的相關(guān)關(guān)系發(fā)生變化。其次,供給服務(wù)內(nèi)部以及供給服務(wù)與其他服務(wù)類型之間的權(quán)衡作用有所強(qiáng)化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡產(chǎn)生于人類對(duì)特定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)極大化[38],社會(huì)經(jīng)濟(jì)與人類福祉的持續(xù)發(fā)展依賴于供給服務(wù)的不斷開發(fā),致使流域內(nèi)供給服務(wù)與其他類型服務(wù)之間權(quán)衡關(guān)系逐漸強(qiáng)化。整體而言,生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作實(shí)施以來(lái)水環(huán)境保護(hù)、水污染治理及流域綜合治理等工作的開展,使水域這一土地利用類型在新安江流域生態(tài)系統(tǒng)功能改善中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,但其他類型生態(tài)服務(wù)功能有待跟進(jìn),流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的協(xié)同關(guān)系有待進(jìn)一步發(fā)展強(qiáng)化。

表4 1999—2019年新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系

圖5 1999—2014年新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系Fig.5 The relationship between ecosystem services in the Xin′an River Basin from 1999 to 2014

圖6 2014—2019年新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系Fig.6 The relationship between ecosystem services in the Xin′an River Basin from2014 to 2019

3.2 權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的空間表達(dá)

圖7 新安江流域四類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)子系統(tǒng)間局部自相關(guān)分布圖Fig.7 The local indicators of spatial association cluster map of ecosystem service subsystems in the Xin′an River Basin

為進(jìn)一步探索鎮(zhèn)域尺度上生態(tài)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的空間分布,將新安江流域2019年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值導(dǎo)入鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元矢量圖層中,利用Geoda工具對(duì)新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行雙變量局部空間自相關(guān)分析(圖7)。雙變量空間自相關(guān)分析中,高高集聚、低低集聚表示協(xié)同關(guān)系,高低集聚、低高集聚表示權(quán)衡關(guān)系[13]。結(jié)果顯示,協(xié)同關(guān)系的空間分布存在較高一致性,高高集聚區(qū)大部分分布在流域下游浙江省淳安縣境內(nèi),低低集聚區(qū)圍繞流域地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低值中心區(qū)分布,主要在黃山市屯溪區(qū)、徽州區(qū)、歙縣及休寧縣城區(qū)分布；權(quán)衡關(guān)系以高低權(quán)衡關(guān)系為主,主要在休寧縣海陽(yáng)鎮(zhèn)、商山鎮(zhèn)以及歙縣溪頭鎮(zhèn)、桂林鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元分布,沿低低集聚區(qū)外圍分布的特征明顯。從不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的作用關(guān)系來(lái)看,供給服務(wù)—調(diào)節(jié)服務(wù)低低集聚協(xié)同關(guān)系較為顯著,以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低值集聚區(qū)為中心向南北兩端擴(kuò)散的空間特征明顯；供給服務(wù)—支持服務(wù)、供給服務(wù)—文化服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的空間分布較為一致。調(diào)節(jié)服務(wù)—支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)—文化服務(wù)間協(xié)同關(guān)系的空間分布較為一致,權(quán)衡關(guān)系存在差別,在低低集聚區(qū)北部歙縣桂林鎮(zhèn)形成調(diào)節(jié)服務(wù)—文化服務(wù)的高低集聚權(quán)衡關(guān)系。文化服務(wù)—支持服務(wù)的高低集聚權(quán)衡關(guān)系空間單元數(shù)量最多,沿低低集聚區(qū)外圍緊密圍繞分布。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

目前關(guān)于實(shí)施重大生態(tài)實(shí)踐區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估及相互關(guān)系量化的已有研究較為少見。因此,本文以新安江跨省流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制試點(diǎn)這一重大改革為研究背景,以第一輪生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作實(shí)施結(jié)束為關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn),基于土地利用變化生態(tài)貢獻(xiàn)度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)、雙變量空間自相關(guān)等方法模型,直觀定量地對(duì)新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化過(guò)程及權(quán)衡協(xié)同關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析。伴隨生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制試點(diǎn)的實(shí)施,水域這一土地利用類型在新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)展中的貢獻(xiàn)效應(yīng)有所增強(qiáng),主要是得益于流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、流域綜合治理、水環(huán)境保護(hù)和水污染治理等系列工作的開展[24],河流、湖泊的保護(hù)力度日益強(qiáng)化,水域覆被轉(zhuǎn)出面積逐漸縮減,趨于穩(wěn)定。同時(shí),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)結(jié)果顯示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增益明顯的區(qū)域多集中在流域上游安徽省境內(nèi),流域上游以水生態(tài)環(huán)境保護(hù)為著力點(diǎn)的生態(tài)保護(hù)工作在空間上也得到了積極響應(yīng)[41]。水生態(tài)環(huán)境的改善進(jìn)一步推動(dòng)流域內(nèi)水文調(diào)節(jié)服務(wù)的正向演進(jìn),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值快速上升,致使生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作實(shí)施后水文調(diào)節(jié)服務(wù)與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)關(guān)系發(fā)生明顯轉(zhuǎn)化。

本文的研究結(jié)果表明,新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體仍有較大回升空間,安徽、浙江兩省應(yīng)繼續(xù)貫徹對(duì)水域、林地等關(guān)鍵土地利用類型的保護(hù)工作。雖然生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制試點(diǎn)工作取得了階段性成效[42],但流域這一大范圍自然地理單元的生態(tài)保護(hù)工作仍然面臨著長(zhǎng)期性和復(fù)雜性[43],政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)合力健全流域自然資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)制度、生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)體系,強(qiáng)化基礎(chǔ)制度體系建設(shè)?？臻g分析結(jié)果上,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的低值集聚區(qū)與減損顯著區(qū)在安徽省徽州區(qū)、休寧縣、歙縣等區(qū)縣城區(qū)重合分布明顯,地方亟需綜合城市建設(shè)、水土保持、糧食安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多目標(biāo)優(yōu)化與土地利用之間的關(guān)系,科學(xué)劃定經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)布局的生態(tài)紅線區(qū)與可開發(fā)利用區(qū),從區(qū)域經(jīng)濟(jì)生態(tài)化水平、能源資源綜合利用效率、農(nóng)業(yè)科技投入與機(jī)械化水平等方面出發(fā)探索流域綜合治理開發(fā)新模式。權(quán)衡協(xié)同關(guān)系上,流域食物生產(chǎn)用地、水環(huán)境保護(hù)用地與其他用地之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系明顯,糧食生產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾突出。同時(shí),生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作的實(shí)施推動(dòng)了水文調(diào)節(jié)服務(wù)的快速發(fā)展,但應(yīng)進(jìn)一步以水生態(tài)環(huán)境的改善為抓手,通過(guò)科學(xué)合理的生態(tài)規(guī)劃,劃定“耕地紅線”及“生態(tài)紅線”,促進(jìn)流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的全面發(fā)展,減少生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡。新安江沿江兩側(cè)、上游安徽省境內(nèi)流域邊界海拔高值區(qū)、下游浙江省千島湖及周邊等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重點(diǎn)保護(hù)及恢復(fù)區(qū)域,應(yīng)是新安江流域生態(tài)紅線邊界劃定重點(diǎn)考慮的主體。在流域生態(tài)系統(tǒng)負(fù)荷較高,尤其是人類活動(dòng)較為密集的城鎮(zhèn)地區(qū),應(yīng)嚴(yán)控禁止建設(shè)區(qū)邊界及耕地紅線,在牢固建立糧食安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)上推動(dòng)流域綠色、智慧、高質(zhì)量發(fā)展。

4.2 結(jié)論

(1)從演化過(guò)程來(lái)看,新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈波動(dòng)下降特征,生態(tài)補(bǔ)償實(shí)施后有所回升；以河流、湖泊為代表的土地覆被類型在流域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和恢復(fù)中的生態(tài)效應(yīng)得到明顯強(qiáng)化；水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能價(jià)值最高,林地是新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)展中的關(guān)鍵土地利用類型。

(2)從分布特征來(lái)看,新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間差異較大,異質(zhì)性較強(qiáng),且存在明顯的高值集聚與低值集聚區(qū),相關(guān)性較強(qiáng)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)集中分布在浙江省千島湖及周圍區(qū)域,低值區(qū)在黃山市屯溪區(qū)、徽州區(qū)、歙縣等市、縣城區(qū)形成明顯集聚；生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作實(shí)施后,流域上游安徽段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增益較為明顯。

(3)從權(quán)衡協(xié)同關(guān)系來(lái)看,協(xié)同關(guān)系是新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間相關(guān)關(guān)系的主體,主要存在于調(diào)節(jié)、支持、文化服務(wù)子系統(tǒng)之間；生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)工作實(shí)施后,水文調(diào)節(jié)服務(wù)與其他類型生態(tài)服務(wù)之間的作用關(guān)系發(fā)生明顯轉(zhuǎn)化；鎮(zhèn)域尺度上,不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的協(xié)同關(guān)系分布較為一致,權(quán)衡關(guān)系以高低集聚為主,在文化服務(wù)—支持服務(wù)之間表現(xiàn)最為明顯。