基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配與耦合協(xié)調(diào)的生態(tài)管理分區(qū)
——以大連市為例

韓增林,劉澄浩,閆曉露,4,*,李欣媛,王學哲

1 教育部人文社科重點研究基地,海洋經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展研究中心,大連 116029 2 遼寧師范大學海洋可持續(xù)發(fā)展研究院,大連 116029 3 遼寧師范大學地理科學學院,大連 116029 4 華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室,上海 200241

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。然而,自工業(yè)革命以來,人類活動對人類賴以生存和發(fā)展的自然環(huán)境造成了嚴重破壞。世界上超過60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正在退化[2],而且這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的喪失正變得越來越明顯,深刻影響了人類福祉以及自然-社會-經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展,主要原因之一是缺乏對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效管理[3]。生態(tài)管理分區(qū)是生態(tài)修復和國土空間規(guī)劃的重要依據(jù),為提高人福祉和實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供了途徑[4]。正確理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系是實施生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有效管理的前提條件,有助于改善人類福祉[5]。人類福祉包括經(jīng)濟和社會福利,其依賴于對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費,這將會導致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需之間的不平衡。由于自然資源稟賦和社會經(jīng)濟因素的差異,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需存在時空差異[6],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的時空變化識別面臨挑戰(zhàn)。如何識別和表征供需關(guān)系是分析供需空間特征的關(guān)鍵問題,同時,基于供需關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間可視化也是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念納入生態(tài)系統(tǒng)管理決策和實施過程中的關(guān)鍵步驟。

隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的不斷深入,越來越多的學者嘗試從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的角度來探討生態(tài)管理分區(qū),主要集中在生態(tài)系統(tǒng)功能[7-8]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[9- 11]和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇[12-13]等,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間的橋梁,其狀態(tài)不僅受生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響,還受社會經(jīng)濟系統(tǒng)的影響[14]。利益相關(guān)者的經(jīng)濟活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生了巨大需求,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀態(tài)的變化使得政策制定者開始權(quán)衡相關(guān)宏觀政策目標并開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的定量定性評價,通過劃分不同的生態(tài)管理區(qū)進行管控,以提高人類福祉。而區(qū)域的生態(tài)管理同樣會影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能,進而影響到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系[15],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系與生態(tài)管理分區(qū)二者相輔相成。然而,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的生態(tài)管理分區(qū)研究仍然較少,綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)的供給和利益相關(guān)者的需求進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理,對促進生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中的供需關(guān)系分析有助于為環(huán)境管理提供信息[16]。目前,關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的研究主要集中在以下方面：①探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需間權(quán)衡/負相關(guān)關(guān)系[3,17]；②生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流[18-19]；③從數(shù)量均衡與空間分布格局等方面量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需不匹配/不平衡關(guān)系[20- 22]等。這些研究豐富了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系評估體系,反映出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)狀態(tài)及供給轉(zhuǎn)化情況。然而,這些研究在表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可承載狀態(tài)的同時,他們可能忽略了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需發(fā)展是否和諧一致和良性循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)關(guān)系是衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需兩系統(tǒng)間一致性和良性互動的一種方法,可以反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需由無序走向有序的趨勢[4,23],反映出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)性狀態(tài)。因此,在進行生態(tài)管理分區(qū)時有必要綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)和匹配關(guān)系,有助于真實反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)并為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效管理提供有效信息。此外,空間尺度上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系研究集中在市域[2]、縣域[15,19,24]、流域[21]等大中尺度,格網(wǎng)等小尺度較少,而精細化的空間尺度更有利于實現(xiàn)土地精細化管理的目標[25]。

沿海地區(qū)是由海洋和內(nèi)陸共同形成的區(qū)域,人類經(jīng)濟活動頻繁,生態(tài)環(huán)境相對脆弱[2]。改革開放以來,我國沿海地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展,特別是沿海開放城市。大連作為我國首批對外開放的沿海城市之一,其產(chǎn)業(yè)發(fā)展以石油化工、船舶制造等重型工業(yè)為主,具有路徑依賴性。盡管以重型工業(yè)為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式對城市化加速和人類福祉做出了巨大貢獻,卻也催生了許多生態(tài)問題,如：城市用地擠占生態(tài)用地、近海工業(yè)污染、水土流失等,陸、海生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力降低,難以滿足日益增長的人類需求,人地關(guān)系緊張。因此,大連市亟待統(tǒng)籌陸海,厘清生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系,構(gòu)建陸海統(tǒng)籌的生態(tài)管理分區(qū)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

大連市位于遼東半島南端,地處120°98′—123°52′E、38°73′—40°22′N之間,西臨渤海,東臨黃海(圖1),是中國重要的港口城市之一。屬溫帶季風氣候又兼具海洋性氣候特征,地勢呈現(xiàn)中心軸以東北-西南高、西北-東南低的特點,丘陵、山地、平原、濱海等地貌多樣。區(qū)域內(nèi)林地、濕地、自然保護區(qū)等資源豐富,是重要的生態(tài)區(qū)位,蘊含多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。氣候、地勢、地貌等的空間異質(zhì)性導致大連市各區(qū)域生態(tài)環(huán)境的不同。截至2015年末,大連市下轄中山區(qū)、西崗區(qū)、沙河口區(qū)、甘井子區(qū)(為便于研究,將該四區(qū)合稱為大連市區(qū))、旅順口區(qū)、金州區(qū)、普蘭店區(qū)、莊河市和長海縣。其中,大連市區(qū)是主要的人口集中地和經(jīng)濟發(fā)展地,其他區(qū)域相對較緩,區(qū)域不同的社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀直接影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的空間分布。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究中使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括2015年土地利用、土壤、數(shù)字高程(Digital Elevation Model,DEM)、氣象、歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)。其中,土地利用數(shù)據(jù)基于遙感影像解譯所得,根據(jù)研究需要,大連市土地利用類型化為9類：林地、耕地、濕地、草地、水體、海洋、水產(chǎn)養(yǎng)殖及鹽田、建設(shè)用地和其它用地,空間分辨率30 m,經(jīng)檢驗Kappa指數(shù)為0.81,結(jié)果可靠；土壤數(shù)據(jù)來自寒區(qū)旱區(qū)科學數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站(http://westdc.westgis.ac.cn/)基于世界土壤數(shù)據(jù)庫中國土壤數(shù)據(jù)集(V1.1),包括粉砂、粘粒、沙粒和有機碳含量,經(jīng)ArcGIS 10.2重采樣為30 m空間分辨率；DEM數(shù)據(jù)來源于美國國家航空航天局網(wǎng)站(http://reverb.echo.nasa.gov/)ASTEM GDEM V2數(shù)據(jù)集,空間分辨率30 m；氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://data.cma.cn/)中國地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集,選取大連及鄰近地區(qū)12個氣象站點的降雨量、地表凈輻射、平均溫度和2 m處風速等數(shù)據(jù),經(jīng)ArcGIS 10.2反距離權(quán)重法空間插值得到空間分辨率30 m的氣象柵格數(shù)據(jù)；NDVI數(shù)據(jù)來源于美國航空航天局網(wǎng)站MODIS13Q1數(shù)據(jù)集的16 d合成產(chǎn)品,經(jīng)ArcGIS 10.2最大值合成2015年NDVI柵格數(shù)據(jù),重采樣為30 m；社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《大連市統(tǒng)計年鑒》和《全國農(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)供需測算

基于千年生態(tài)系統(tǒng)評估對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分類,綜合考慮大連市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、社會經(jīng)濟條件以及數(shù)據(jù)的可獲取性,選取6種典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：食物供給、固碳釋氧、水源涵養(yǎng)、土壤保持、生境維持和美學景觀。目前,有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給測算的方法主要有模型法[16-17,19]、專家經(jīng)驗判別法[4,15,21]、能值法[26]和價值法[27]四種。價值法以生態(tài)經(jīng)濟學為理論基礎(chǔ)采用貨幣評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給,該方法雖然存在爭議,但能粗略估計[28],而且可以反映區(qū)域生態(tài)保護成效,提高相關(guān)者的重視程度,為政策制定者提供科學依據(jù)。模型法不受限于時空尺度[29],彌補了部分指標非精細化缺陷。因此,本文選擇以價值法為主,輔以模型法測算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給(表1),得到單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給,則2015年大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給總量計算公式如下：

(1)

式中,ESS為大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給(元)；A為柵格面積(hm2)；Si為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的供給量(元/hm2),S1—S6分別代表食物供給、水源涵養(yǎng)服務(wù)供給、固碳釋氧服務(wù)供給、土壤保持服務(wù)供給、生境維持服務(wù)供給、美學景觀服務(wù)供給。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是人類對生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的數(shù)量及質(zhì)量的偏好,包括已滿足和未滿足的部分[38]。其反映了人類活動干擾的程度,不同的經(jīng)濟社會發(fā)展狀況對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求不同。目前,國內(nèi)外學者采用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量化方法主要包括兩種：(1)從認知的角度,采用調(diào)查問卷的方式[17,39],但該方法受限于受訪者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)了解程度；(2)指標法[40-41],如彭建等選取建設(shè)用地占比、人口密度和地均GDP三個社會經(jīng)濟指標核算了廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求[40],該指標體系由于計算簡便得到國內(nèi)學者廣泛應(yīng)用[2-3,15,27]。其中,建設(shè)用地占比僅能反映出區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響,而忽視了人類干擾活動同樣較強的耕地、水產(chǎn)養(yǎng)殖等土地利用類型,面對同一區(qū)域內(nèi)可能存在多種土地利用類型,以及各占不同面積比重,可以將不同的土地利用類型歸屬于不同土地利用強度下[42],故本文采用土地綜合利用強度指數(shù)代替建設(shè)用地占比。土地綜合利用強度指數(shù)直接反映了人們對不同土地資源利用的差異,值越高,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求越高。人口密度可以直接反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求。地均GDP即國內(nèi)生產(chǎn)總值密度,反映了地區(qū)發(fā)達程度,可以間接體現(xiàn)人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求。由于大連市地均GDP和人口密度的地區(qū)極端化較嚴重,因此采用統(tǒng)計學中取自然對數(shù)方法減緩劇烈波動帶來的影響。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給測評指標

ESD=LDI×lnP×lnG

(2)

(3)

式中,ESD為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求；P為人口密度(人/km2)；G為地均GDP(元/km2)；LDI為土地綜合利用強度指數(shù)；Pi為研究區(qū)內(nèi)第i級土地利用強度(i=1,2,3,4,5)[37]；Qi為研究區(qū)第i級土地利用類型所占面積百分比；n為研究區(qū)土地利用強度分級數(shù)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)和匹配分析

本研究以網(wǎng)格為研究單元探討大連生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配和耦合協(xié)調(diào)關(guān)系,結(jié)合研究區(qū)大小及實際研究結(jié)果,利用漁網(wǎng)工具(Fishnet)創(chuàng)建1 km×1 km的格網(wǎng)。對基于以上方法量化得到的大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量和需求量分別進行z-score標準化(式4),以標準化后的需求量為X軸,標準化后供給量為Y軸構(gòu)建二維坐標系,各格網(wǎng)的標準化需求、供給值構(gòu)成(x,y)坐標點,得到4類供需匹配類型：高供給-高需求、高供給-低需求、低供給-低需求和低供給-高需求依次對應(yīng)第一至四象限。

(4)

為消除供需量綱影響,對原始供給量和需求量進行極差標準化(式5),將極差標準化后的結(jié)果進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)關(guān)系分析。耦合協(xié)調(diào)度模型在探討生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值-經(jīng)濟發(fā)展[33]、經(jīng)濟-社會-環(huán)境[43]、生產(chǎn)-生活-生態(tài)[44]等系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)關(guān)系取得廣泛應(yīng)用。因此,本文引入耦合協(xié)調(diào)度模型表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求兩系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系(式6),反映二者之間彼此和諧一致的程度。

(5)

(6)

(7)

T=α×XS+β×XD

(8)

式中,X為極差標準化后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量或需求量；xi為第i個網(wǎng)格供給量或需求量；xmax為全市最大值；xmin為全市最小值；D為供需耦合協(xié)調(diào)度,D∈[0,1],D越大說明供需協(xié)調(diào)性越好；C為耦合度；T為供需綜合協(xié)調(diào)指數(shù)；XS表示供給量；XD表示需求量；α、β為待定系數(shù),由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求同等重要,故取α=β=0.5。采用等分法,并結(jié)合大連市實際發(fā)展情況,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)度劃分為以下8個區(qū)間：①D∈[0,0.2],表明供需處于嚴重失調(diào)；②D∈(0.2,0.3],表明供需處于中度失調(diào)；③D∈(0.3,0.4],表明供需處于輕度失調(diào)；④D∈(0.4,0.5],表明供需處于瀕臨失調(diào)；⑤D∈(0.5,0.6],表明供需處于基本協(xié)調(diào)；⑥D(zhuǎn)∈(0.6,0.7],表明供需處于輕度協(xié)調(diào)；⑦D∈(0.7,0.8],表明供需處于中度協(xié)調(diào)；⑧D∈(0.8,1],表明供需處于良好協(xié)調(diào)。

3 結(jié)果與分析

3.1 大連生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給空間特征分析

2015年大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給為469.6757億元(表2),從各土地利用類型來看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力最強的為林地和耕地,二者供給能力約占總供給的76%,其它用地最低?？臻g上,供給高值主要分布在植被覆蓋率高和近海地區(qū)(圖2),這里生態(tài)本底良好,生物多樣；供給低值主要分布在城鎮(zhèn)區(qū),區(qū)域內(nèi)多建設(shè)用地,人口密度大,人類活動頻繁。從各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來看,其供給能力呈現(xiàn)固碳釋氧>美學景觀>食物供給>水源涵養(yǎng)>生境維持>土壤保持的排列,此外,各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給均存在明顯空間異質(zhì)性。其中,食物供給741.8457萬t,經(jīng)濟價值98.2449億元,其高值區(qū)主要分布于水產(chǎn)養(yǎng)殖和耕地,區(qū)域內(nèi)農(nóng)、漁業(yè)發(fā)達；研究區(qū)南北部的食物供給較低,土地利用類型主要為建設(shè)用地和林地。水源涵養(yǎng)量6.8705億m3,經(jīng)濟價值52.9807億元,其高值區(qū)分布于研究區(qū)北部,林地水源涵養(yǎng)服務(wù)供給最高,達29.6581億元；低值主要分布在濕地和海洋,主要是由于研究區(qū)內(nèi)濕地包含灘涂和沼澤,面積不足研究區(qū)1%。固碳釋氧量2.4580億t,經(jīng)濟價值149.1921億元,土壤保持量24.2300億t,經(jīng)濟價值24.6514億元,二者空間分布類似,與研究區(qū)地形關(guān)系較為密切,呈現(xiàn)南北向中部傾斜格局。生境質(zhì)量指數(shù)平均0.65,生境維持經(jīng)濟價值42.8192億元,美學景觀經(jīng)濟價值101.7874億元,二者空間分布相似,與土地利用類型分布聯(lián)系密切,林地表現(xiàn)能力最強,耕地次之,建設(shè)用地生境維持和美學景觀服務(wù)供給均為0。

表2 2015年大連市各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給/1×108元

圖2 大連市各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給Fig.2 Distribution of ecosystem services supply in Dalian

3.2 大連生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求空間特征分析

大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求具有顯著的空間異質(zhì)性(圖3),由于人口密度、土地利用綜合強度以及地均GDP的空間分布均呈現(xiàn)出高值向主城區(qū)集中的趨勢,使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求向主城區(qū)集中,大連市區(qū)最為明顯,高達65848.4。從具體指標來看,人口密度和經(jīng)濟密度的空間分布相似,呈現(xiàn)南高北低、內(nèi)陸向沿海傾斜的空間格局,北部地廣人稀,受山地地形等影響,經(jīng)濟發(fā)展較低,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求較低；南部是大連市經(jīng)濟中心,建設(shè)面積廣闊,人類干擾活動程度較高,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求高；東西近海區(qū)域水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達,陸地稀疏,多為漁民居住,人口稀疏,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求低。土地需求方面,研究區(qū)內(nèi)林地、水體、濕地的土地利用綜合強度最低,集中分布在大連北部,而中部平原地區(qū)土地利用強度較高,其中,建設(shè)用地最高、耕地次之,分布廣泛。

圖3 大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求Fig.3 Demand for ecosystem services in Dalian

3.3 大連生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間耦合協(xié)調(diào)和匹配分析

2015年大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)度取值范圍為0—0.70,平均值為0.38,表現(xiàn)為輕度失調(diào)。從空間分布來看,大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)度的空間差異明顯(圖4),呈現(xiàn)內(nèi)陸向沿海傾斜的空間格局。其中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需嚴重失調(diào)和中度失調(diào)的區(qū)域集中分布在東西部沿海,共占研究區(qū)總面積的17%；表現(xiàn)為輕度失調(diào)的區(qū)域與建設(shè)用地空間分布較為一致,占比20%；瀕臨失調(diào)的區(qū)域占比51%,分布廣泛；基本協(xié)調(diào)的區(qū)域與耕地(主要為旱地)的空間分布相似,占比12%,主要原因在于耕地一方面受人類干擾程度較高,另一方面具有較強的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力(表2)。

2015年大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的象限匹配如圖5所示,經(jīng)統(tǒng)計得到：高供給-低需求區(qū)域約占大連市面積的36%,低供給-高需求區(qū)域約占40%,二者比重最大,而高供給-高需求和低供給-低需求分別僅占9%和15%,說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求之間的不匹配現(xiàn)象突出。從空間分異來看,高供給-低需求區(qū)域主要分布在研究區(qū)東西部沿海和南北山地,是大連重要的生態(tài)屏障,區(qū)域內(nèi)森林和水資源豐富,林、漁業(yè)發(fā)達,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給高。同時,受地形地貌影響,人類干擾活動較小,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求較低。低供給-高需求區(qū)域主要分布內(nèi)陸地勢平坦地區(qū),土地利用類型以耕地和建設(shè)用地為主,區(qū)域內(nèi)的人類活動頻繁,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求較高,但由于缺乏生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較高的林地等土地利用類型,使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給較低。高供給-高需求和低供給-低需求分布零散,主要處于前兩者類型的過渡地帶。

圖4 大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系空間分布Fig.4 Spatial distribution of ecosystem service supply-demand relations in Dalian

圖5 大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需象限圖 Fig.5 Quadrant map of ecosystem services supply-demand in Dalian

3.4 大連生態(tài)管理分區(qū)與管控

綜上分析可知,大連生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況空間差異明顯,為實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展目標,有必要進行分區(qū)管理。通過供需耦合協(xié)調(diào)和匹配關(guān)系疊加分析,并結(jié)合《大連市城鎮(zhèn)體系規(guī)劃(2018—2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)和大連市經(jīng)濟地理條件,從區(qū)域統(tǒng)籌發(fā)展與生態(tài)管理角度對大連市進行國土生態(tài)管理分區(qū),共分為四大區(qū)域：生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)、生態(tài)一般保護區(qū)及生態(tài)改良區(qū)(圖6)。

圖6 大連市生態(tài)管理分區(qū)Fig.6 Zoning of ecological management in Dalian

(1)生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)主要包括研究區(qū)南北部山地,是大連主要的生態(tài)屏障,區(qū)域內(nèi)自然保護區(qū)、森林公園和水庫等資源豐富,良好的生態(tài)本底使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給高,是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主供給地,以調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)為主。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配類型以高供給-低需求和高供給-高需求為主,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)關(guān)系表現(xiàn)為輕度失調(diào)至基本協(xié)調(diào)。因此,該區(qū)的管理方向可以為：以保育為主,限制開發(fā)。一方面,注重林木的種植和培育,提高森林覆蓋率,保護區(qū)域內(nèi)生物多樣性,充分發(fā)揮生態(tài)功能屏障的作用；另一方面,借助其良好的生態(tài)優(yōu)勢,適度開發(fā)旅游資源等,發(fā)展生態(tài)文化產(chǎn)業(yè),形成生態(tài)本底好經(jīng)濟基礎(chǔ)不斷提升的新格局。

(2)生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)主要包括研究區(qū)西部和中東部,是大連糧食主產(chǎn)區(qū),土地利用類型以耕地和水產(chǎn)養(yǎng)殖為主。區(qū)域內(nèi)地勢平坦,水土條件優(yōu)良,農(nóng)牧漁業(yè)發(fā)達,人類活動干擾強度相對較大,單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給僅次于生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配類型主要為低供給-高需求和高供給-高需求,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)關(guān)系表現(xiàn)為基本協(xié)調(diào)。因此,該區(qū)要以生態(tài)保護和生態(tài)建設(shè)為主,提高其投入產(chǎn)出效率。一方面,在保證糧食安全的前提下適當退耕還林還草,提升農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)技術(shù),減少藥物和肥料的使用,提高農(nóng)、畜牧等產(chǎn)出品單產(chǎn),進而提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力；另一方面,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),如：大連中北部借助耕地和林地資源發(fā)展有機農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)田園,東西沿海借助濕地和海洋資源建設(shè)休閑娛樂型海洋牧場等,提升其休閑娛樂服務(wù),提高土地利用產(chǎn)出效益。

(3)生態(tài)一般保護區(qū)主要分布在黃、渤海沿岸,山、海、島地貌豐富,區(qū)內(nèi)功能復合、文化多元。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配類型以低供給-高需求為主,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)瀕臨失調(diào)至基本協(xié)調(diào)狀況。因此,區(qū)域內(nèi)生態(tài)管理方向可以為：綜合保護為主,提高生態(tài)溢出效應(yīng)。一方面,保護生態(tài)環(huán)境,遵循綠色低碳循環(huán)發(fā)展的理念；另一方面,促進產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展,創(chuàng)建新的經(jīng)濟增長極。特別是沿海地區(qū),應(yīng)加強海洋生態(tài)環(huán)境保護,將海岸線資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)為經(jīng)濟優(yōu)勢,促進產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展帶動人口集聚。其中,位于渤海沿岸的長興島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)擁有優(yōu)良的建港條件,應(yīng)積極發(fā)展臨港物流業(yè)；位于黃海沿岸的花園口經(jīng)濟區(qū)是國家新材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地,應(yīng)積極發(fā)展生物、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

(4)生態(tài)改良區(qū)主要分布在各區(qū)縣中心城區(qū),區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度較低,人口密度大,人類活動頻繁,是主要的產(chǎn)業(yè)集群地。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配類型以低供給-高需求為主,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)輕度失調(diào)至中度失調(diào)狀況,人地矛盾和生態(tài)問題突出。因此,區(qū)域內(nèi)發(fā)展應(yīng)以生態(tài)改良為主,綜合改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平。一方面,重視土地整治,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),發(fā)展綠色經(jīng)濟；另一方面,大連市區(qū)是多種產(chǎn)業(yè)的中心,可以借助外部生態(tài)一般保護區(qū)的優(yōu)勢,適當中心北移,緩解人地矛盾問題。

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

2015年大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間分異結(jié)果顯示,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需呈現(xiàn)北部林地和東西部沿海生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給高、需求低,中南內(nèi)陸城鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給低、需求高的空間格局,原因之一在于資源稟賦的差異。據(jù)統(tǒng)計,2015年大連市林地面積4331 km2,占全市的32%,但1/2以上的林地資源集中在北部山地,而北部山地平均人口密度不足300人/km2。大連市建設(shè)用地面積2063 km2,占全市的15%,其中1/5集中分布在大連市區(qū)北部和金州區(qū)南部,該區(qū)人口密度超過2000人/km2,最高達24746人/km2,地均GDP高達1.2—46.7萬元/km2。這表明大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需存在嚴重的空間不平衡。其次,經(jīng)濟空間布局是導致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間不平衡原因之一?！兑?guī)劃》指出要建設(shè)“一核兩區(qū)七組團多節(jié)點”的城鄉(xiāng)空間結(jié)構(gòu),結(jié)合上述分析可知,該地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給普遍較低。此外,大連市臨港產(chǎn)業(yè)分布與此結(jié)構(gòu)類似,集中分布在黃渤海沿岸,產(chǎn)業(yè)以裝備制造業(yè)等第二產(chǎn)業(yè)為主,能耗大、污染大,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可能對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間不平衡有一定影響,未來尚需探究產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是否及如何影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配表明二者在量上一致,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需協(xié)調(diào)發(fā)展表明二者在質(zhì)上和諧一致,城市發(fā)展需要維持現(xiàn)狀或向高質(zhì)量方向調(diào)整；反之,當生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需出現(xiàn)不匹配或失調(diào)的情況下,城市的生態(tài)、生產(chǎn)和生活空間承受較大的壓力或具有富余發(fā)展空間,城市需要對三生空間有效利用與管控,針對不同的供需模式采取對應(yīng)的規(guī)劃策略,其中生態(tài)管理分區(qū)是基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需雙重影響下合理規(guī)劃的重要方法。研究發(fā)現(xiàn)各區(qū)縣中心城區(qū)和東西近海普遍存在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的不匹配和不協(xié)調(diào)。由于空間局限,中心城區(qū)難以直接進行改變,這就需要適當中心外移,創(chuàng)造新的增長極,緩解中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)赤字壓力。東西近海用地類型以水產(chǎn)養(yǎng)殖及鹽田為主,具有較強的食物供給能力,呈現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)盈余狀態(tài),沿海生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對分區(qū)產(chǎn)生了較大影響。因此,按照陸地國土空間與海洋國土空間相統(tǒng)一的要求,需要提高沿海與內(nèi)陸的連通性,增強城市外圍生態(tài)系統(tǒng)的供應(yīng)向中心輻射能力,既滿足城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求,又帶動經(jīng)濟發(fā)展?！兑?guī)劃》指出要通過建設(shè)都市新區(qū)有效疏解都市極核發(fā)展的壓力,進一步驗證了生態(tài)管理分區(qū)的合理性。總體來看,本研究可為大連市生態(tài)保護規(guī)劃、土地利用規(guī)劃和城市發(fā)展規(guī)劃提供有力支撐,有利于生態(tài)安全和人類福祉協(xié)調(diào)發(fā)展,也是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需概念融入實踐應(yīng)用的有益探索。盡管研究采用可以反映區(qū)域內(nèi)部差異的網(wǎng)格尺度,但是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在尺度效應(yīng),流域、行政單元邊界可能存在供需差異,其與網(wǎng)格邊界不匹配,因此多尺度下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系差異還需進一步深入探討,使生態(tài)管理分區(qū)更加系統(tǒng)和科學。

4.2 結(jié)論

(1)2015年大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給高達469.6757億元,其中固碳釋氧服務(wù)的供給最高,美學景觀次之,分別占總供給32%和21%,區(qū)域內(nèi)林地、耕地等綠色基礎(chǔ)設(shè)施分布廣泛,二者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力最強,占總供給76%。整體上,大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給呈現(xiàn)東西、南北U型空間格局。

(2)大連市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求具有顯著的空間異質(zhì)性,由于區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟需求、人口需求和土地需求的空間分布均呈現(xiàn)出高值向主城區(qū)集中的趨勢,使得大連市整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求向主城區(qū)集中。

(3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需不匹配特征顯著,匹配類型以高供給-低需求和低供給-高需求為主,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需耦合協(xié)調(diào)度平均值為0.38,表現(xiàn)為輕度失調(diào)。

(4)生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)要以保護為主培育為輔,重點保護；生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)以生態(tài)保護和生態(tài)建設(shè)為主,提高其投入產(chǎn)出效率；生態(tài)改良區(qū)以生態(tài)改良為主,綜合改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平；生態(tài)一般保護區(qū)以綜合保護為主,提高生態(tài)溢出效應(yīng)。生態(tài)管理分區(qū)可為大連市國土空間規(guī)劃提供有力支撐,有助于生態(tài)可持續(xù)發(fā)展及人類福祉提高。