黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空互動關(guān)系

邵雅靜， 楊 悅， 員學(xué)鋒

(1.長安大學(xué)土地工程學(xué)院，西安 710054；2.陜西省土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054)

城鎮(zhèn)化是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用模式轉(zhuǎn)變，生態(tài)環(huán)境變化和生活方式轉(zhuǎn)型的多維發(fā)展過程。改革開放以來，中國的城鎮(zhèn)化發(fā)展取得了顯著成果，城鎮(zhèn)化率從1978年的17.9%增長到了2019年的60.6%，城鎮(zhèn)化率整體提高了42.7%(《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》)。在城鎮(zhèn)化過程中，生態(tài)破壞、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等問題逐漸凸顯。人類活動逐漸加速了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的退化，進(jìn)一步擴(kuò)大了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的失衡，威脅人類福祉和全球的可持續(xù)發(fā)展。城鎮(zhèn)化是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可避免的過程，如何平衡城鎮(zhèn)化發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念萌芽于20世紀(jì)60年代。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類可以直接或者間接的從自然生態(tài)系統(tǒng)獲得的，可以用于生產(chǎn)、生活的福祉和惠益。城鎮(zhèn)化是影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及服務(wù)之間權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的重要驅(qū)動因素。社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高了人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求水平。人口集聚導(dǎo)致了自然資源的再分配，同時(shí)也增加了糧食、水資源以及能源的消耗。城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張對耕地、林地和草地等生態(tài)用地的侵占，加劇了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給類型和供給數(shù)量的減少。理清城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的作用關(guān)系成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來，研究多關(guān)注于快速城鎮(zhèn)化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空演變特征，且側(cè)重于量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，探析城鎮(zhèn)化過程對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響，少有研究關(guān)注城鎮(zhèn)化指標(biāo)如人口城鎮(zhèn)化、土地城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的影響。目前針對黃河流域的研究較少，已有研究主要包括黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系量化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求測算，土地利用驅(qū)動下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化，以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，也有研究者開始關(guān)注黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。然而，少有研究揭示城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給之間的空間互動關(guān)系。因此，亟需從時(shí)空角度出發(fā)，深入探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與城鎮(zhèn)化之間的空間作用關(guān)系，為區(qū)域的生態(tài)管理工作提供一定支撐。

黃河流域是中國重要的生態(tài)屏障區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)。2018年黃河流域9個(gè)省區(qū)總?cè)丝?.2億人，占中國總?cè)丝诘?0.3%，地區(qū)生產(chǎn)總值23.9億元，占全國的26.5%。黃河流域生態(tài)環(huán)境脆弱，自然資源短板明顯，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡問題凸出。因此在合理制定區(qū)域生態(tài)保護(hù)策略的需求下，如何實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)發(fā)展是亟待解決的問題?；诖?，本文分析了黃河流域2000-2018年人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化過程，并且借助InVEST模型，RUSLE模型，CASA等生物物理模型評估了糧食生產(chǎn)、產(chǎn)水、土壤保持和固碳服務(wù)的時(shí)空變化，采用Pearson相關(guān)系數(shù)法和雙變量空間自相關(guān)方法分析了城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在縣域?qū)用嫔系南嗷プ饔藐P(guān)系，以期為黃河流域生態(tài)保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展提供借鑒和參考。

1 研究區(qū)概況

黃河流域位于95°50′29″-119°6′26″E，32°6′53″-41°48′18″N，流域總面積達(dá)79.5萬km。流經(jīng)四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、青海、陜西、山西、河南和山東9個(gè)省，總面積359.76萬km。黃河流域橫跨了中國的東中西三大區(qū)域，是我國重要的能源基地和重工業(yè)基地。本研究將黃河干、支流所流經(jīng)的縣域作為本文的黃河(沿黃)流域范圍，共涉及9個(gè)省級行政單元，86個(gè)市級行政單元和400個(gè)縣級行政單元(圖1)。

圖1 研究區(qū)地理位置和高程

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

(1)土地利用數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(https://www.gscloud.cn/)，分辨率為30 m×30 m，采用中科院土地資源分類，主要分為6大類，耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。

(2)氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/)，包括降雨、溫度、日照時(shí)間和平均風(fēng)速等；

(3)高程數(shù)據(jù)(DEM)和NDVI數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺，空間分辨率分別為90，250 m；

(4)矢量數(shù)據(jù)(全國行政區(qū)劃圖，黃河流域矢量范圍)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)和國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn/)；

(5)土壤數(shù)據(jù)(土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量和根系深度等)來源于蘭州寒旱所提供的世界土壤數(shù)據(jù)庫(Harmonized World Soil Database v1.2)，比例尺為1∶100萬；

(6)1 km網(wǎng)格人口密度數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心( http://www.resdc.cn/)；

(7)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、陜西、山西、山東、河南9省區(qū)2000-2018年的統(tǒng)計(jì)年鑒；

對于不同來源的數(shù)據(jù)，在ArcGIS中進(jìn)行重采樣和投影轉(zhuǎn)換，最終都將投影坐標(biāo)統(tǒng)一為Krasovsky_1940_Albers，分辨率統(tǒng)一為1 km。

2.2 研究方法

2.2.1 服務(wù)的量化

(1)糧食生產(chǎn)。參考李雙成等的研究成果，根據(jù)不同土地利用類型的NDVI值將糧食、油料、水果和蔬菜按照農(nóng)用地面積，肉類和奶類按照草地面積，水產(chǎn)品按照水域面積進(jìn)行空間化處理，最終獲得全部土地利用類型上的糧食供給空間分布特征，具體計(jì)算過程為：

式中：為第個(gè)地市第個(gè)柵格的糧食產(chǎn)量；為第個(gè)地市的糧食產(chǎn)量(kg/hm)；NDVI為第個(gè)地市第個(gè)柵格的NDVI；NDVI為第個(gè)地市的NDVI。

(2)產(chǎn)水服務(wù)。本研究使用InVEST模型中的產(chǎn)水模型(water yield)來量化黃河流域的產(chǎn)水量，該模型基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)，將區(qū)域的產(chǎn)水量近似等于年均降水量和實(shí)際蒸散發(fā)的差值，計(jì)算公式為：

式中：()為柵格單元的年產(chǎn)水量(mm)；AET()為柵格單元的年實(shí)際蒸發(fā)量(mm)；()為柵格單元的年降水量(mm)。

(3)固碳服務(wù)。植被凈初級生產(chǎn)力(net primary productivity，NPP)可以直接反映植被群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)力，表征固碳服務(wù)。CASA(carnegie ames-stanford approach)模型被廣泛用于估算全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的凈初級生產(chǎn)力，計(jì)算公式為：

NPP(,)=APAR(,)×(,)

式中：NPP(，)為像元在月的凈初級生產(chǎn)力(g C/m)；APAR(，)為像元在月吸收的光合有效輻射(MJ/m),(,)為像元在月的實(shí)際光能利用率(g C/MJ)。

(4)土壤保持。土壤保持量(soil conservation)是潛在土壤侵蝕量和實(shí)際土壤侵蝕量之間的差值，修改的土壤流通方程RUSLE(revised universal soil loss equation)被廣泛應(yīng)用到土壤侵蝕量的計(jì)算過程中，計(jì)算公式為：

=RKLS-USLE=×××(1-×)

式中：為土壤保持量(t/(hm·a))；RKLS為在沒有植被覆蓋和土壤保持措施下土壤的潛在侵蝕量；USLE為區(qū)域土壤的實(shí)際侵蝕量；為降雨侵蝕性因子((MJ·mm)/(hm·h·a))，通過Wischmeier等提出的公式計(jì)算；為土壤可蝕性因子((t·hm·h)/(MJ·hm·mm))，利用Williams等提出的EPIC公式計(jì)算；和分別為坡長和坡度因子，坡長采用Wischmeier等提出的公式計(jì)算，坡度因子采用Mc Cool等提出的公式計(jì)算；為植被覆蓋因子，參照蔡崇法等的研究成果計(jì)算；為土壤保持措施因子，參考Lufafa等方法計(jì)算。

2.2.2 城鎮(zhèn)化指標(biāo) 城鎮(zhèn)化主要表現(xiàn)為區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長、人口集聚和城市用地的擴(kuò)張。根據(jù)黃河流域的城鎮(zhèn)化現(xiàn)狀和數(shù)據(jù)的可獲性，本文主要從人口、土地和經(jīng)濟(jì)3個(gè)城鎮(zhèn)化維度來分析黃河流域的城鎮(zhèn)化過程，采用人口密度(人/km)、GDP密度(萬元/km)和建設(shè)用地占比(%)來分別表示人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化指標(biāo)，用3個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理之后的疊加結(jié)果表示綜合城鎮(zhèn)化指數(shù)(comprehensive urbanization index，CUI)。

2.2.3 兩者關(guān)系量化

(1)Pearson相關(guān)系數(shù)。本研究運(yùn)用相關(guān)系數(shù)法分析城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的時(shí)序演變特征。若相關(guān)系數(shù)為正并且通過了顯著性檢驗(yàn)則為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為負(fù)并且通過了顯著性檢驗(yàn)則為負(fù)相關(guān)。具體的計(jì)算過程為：

(2)雙變量空間自相關(guān)分析。本研究采用雙變量空間自相關(guān)(bivariate spatial autocorrelation analysis)分析城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間上的相關(guān)特征及分布情況。雙變量全局自相關(guān)和局部自相關(guān)方法能夠反映2個(gè)變量在整個(gè)研究區(qū)的相關(guān)關(guān)系以及空間關(guān)系的局部集聚特征。Moran’s取值[-1，1]，Moran’s>0表示正相關(guān)，Moran’s<0表示負(fù)相關(guān)，Moran’s=0則表示屬性值是隨機(jī)分布的。借助GeoDa軟件，在值檢驗(yàn)(=0.05)的基礎(chǔ)上繪制LISA聚類圖(local Indicator of spatial association)來反映城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間上的依賴性和關(guān)聯(lián)性。輸出結(jié)果包括：高值聚類(HH)、低值聚類(LL)、高低集聚(HL)、低高集聚(LH)和不相關(guān)(NN)。

3 結(jié)果與分析

3.1 2000-2018年黃河流域的城鎮(zhèn)化發(fā)展過程

由圖2可知，2000-2018年黃河流域綜合城鎮(zhèn)化水平普遍有所提升，綜合城鎮(zhèn)化率提高了102.60%，其中人口城鎮(zhèn)化(人口密度)均值從2000年的269.56人/km增加到了2018年的322.70人/km，土地城鎮(zhèn)化(建設(shè)用地占比)均值從2000年的5.12%增長到了2018年的8.06%，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化(GDP密度)均值從2000年的228.56萬元/km增長到了2018年的1 792.07萬元/km，變化幅度分別為19.71%，57.36%，684.06%。從變化速率來看，整體表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化速度>土地城鎮(zhèn)化速度>人口城鎮(zhèn)化速度。

圖2 2000-2018年黃河流域城鎮(zhèn)化空間分布格局及變化

從城鎮(zhèn)化指標(biāo)的空間分布特征來看，人口城鎮(zhèn)化、土地城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化的區(qū)域不平衡特征顯著。2000-2018年黃河流域78.25%的地區(qū)人口密度有所增加，同時(shí)21.75%的地區(qū)人口密度有所減少。2000-2018年黃河上游地區(qū)人口密度基本處于200人/km以下，人口密度>800人/km的地區(qū)基本分布在下游的山東省和河南省以及中游的陜西省和山西省。2000-2018年黃河流域94.25%地區(qū)建設(shè)用地的占比呈增長趨勢，而5.75%的地區(qū)建設(shè)用地的占比有所減少，黃河中下游地區(qū)土地城鎮(zhèn)化的集聚特征最為顯著。2000-2018年黃河流域建設(shè)用地占比超過20%的地區(qū)面積占比從2000年的5%左右增長到了2018年24%。2000-2018年黃河流域GDP密度整體增加，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化水平普遍提升且增長的區(qū)域主要分布在省會城市及其周邊地區(qū)。整體來看，黃河流域的城鎮(zhèn)化過程具有顯著的空間差異性，黃河中下游地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢和人口集聚程度顯著高于上游地區(qū)，是黃河流域人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化的核心地區(qū)。

3.2 2000-2018年黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布特征

2000-2018年黃河流域的糧食生產(chǎn)、固碳和土壤保持服務(wù)均值分別增長65.32%，59.47%，46.27%，而產(chǎn)水服務(wù)均值減少21.15%(圖3)。整體來看，黃河流域70%以上的地區(qū)糧食生產(chǎn)、固碳和土壤保持呈現(xiàn)增長趨勢。2000-2018年黃河流域糧食生產(chǎn)的增長區(qū)集中分布在下游的山東省和河南省，這些地區(qū)位于華北平原，水熱資源豐富，平均糧食單量高于4 000 kg/hm。2000-2018年固碳服務(wù)在黃河中下游地區(qū)的增長最為顯著，2018年固碳服務(wù)的高值區(qū)主要集中在黃河中游陜西省南部的秦巴山區(qū)，固碳服務(wù)均值基本大于500 g C/m，這些地區(qū)植被覆蓋度較高，是我國可持續(xù)發(fā)展的生物基因庫，也是我國重要的生態(tài)屏障之一，固碳服務(wù)供給優(yōu)勢明顯。2000-2018年土壤保持服務(wù)在整個(gè)黃河流域呈增長趨勢，位于黃河上游的青海省東南地區(qū)增長最為顯著，這些地區(qū)位于青藏高原，植被覆蓋度較高，區(qū)域的土壤保持能力較強(qiáng)。2000-2018年黃河流域的產(chǎn)水服務(wù)均值由2000年93.40 mm減少到2018年的73.65 mm，產(chǎn)水服務(wù)在黃河上游青海省地區(qū)增長顯著，而在中下游地區(qū)普遍減少，減少的區(qū)域占黃河流域總面積的55.50%，主要分布在山西省和河南省的交界地區(qū)。

圖3 2000-2018年黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布特征及變化

從綜合服務(wù)的變化特征來看，2000-2018年黃河流域綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)普遍增長，綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均值增長21.09%，增長的區(qū)域占比98.50%。

從分布特征來看，位于黃河流域中游的甘肅省慶陽市和平?jīng)鍪性鲩L最為顯著，增長量均高于0.3，其次為中游地區(qū)陜西省的延安市和寶雞市，增長量在0.2～0.3(圖4)，黃河中下游地區(qū)的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)顯著高于上游地區(qū)。

圖4 2000-2018年黃河流域綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空分布及變化趨勢

3.3 黃河流域城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空關(guān)系分析

(1)2000-2018年黃河流域城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)關(guān)系。本文利用Pearson相關(guān)系數(shù)量化了黃河流域城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的時(shí)序特征(圖5)。2000-2018年黃河流域城鎮(zhèn)化指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間均具有顯著的相關(guān)性，其中土地城鎮(zhèn)化、人口城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化對固碳和土壤保持服務(wù)有消極影響(<0)，而對產(chǎn)水服務(wù)和糧食生產(chǎn)有一定的積極影響(>0)。隨著時(shí)間的變化，城鎮(zhèn)化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響程度在不斷的變化。土地城鎮(zhèn)化、人口城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化對固碳服務(wù)和土壤保持的影響在不斷的加強(qiáng)，而對糧食生產(chǎn)和產(chǎn)水服務(wù)的影響有所減弱，也就是說在時(shí)間尺度上城鎮(zhèn)化發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的積極影響正在減弱而消極影響正在增強(qiáng)。

注：*表示p<0.05；**表示p<0.01；***表示p<0.001。

(2)2000-2018年黃河流域城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間關(guān)系。為了進(jìn)一步揭示城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間上的作用關(guān)系，本文借助GeoDa軟件來分析黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的空間互動關(guān)系。在1%的顯著性水平下，2000年、2010年和2018年城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的Moran’指數(shù)分別為0.140 0，0.090 4，-0.045 7(圖6)。從全局自相關(guān)結(jié)果來看，黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的空間關(guān)系從正相關(guān)關(guān)系逐漸轉(zhuǎn)變成為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

在LISA聚類結(jié)果(圖6)中，HH代表城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值-高值相聚集的狀態(tài)，即高城鎮(zhèn)化水平對應(yīng)了較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平；HL表示城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的高值-低值聚集狀態(tài)，即城鎮(zhèn)化水平高而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平低；LH和HL則剛好相反；LL則代表城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的低-低聚集狀態(tài)，即區(qū)域的城鎮(zhèn)化水平低且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平也較低。黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)HH區(qū)分布較少且零星分布在黃河中下游地區(qū)，2000-2018年HH區(qū)分布面積減少5.5%，LL區(qū)分布面積減少1.75%。LL分布在黃河流域上游以及中游的北部地區(qū)，黃河上游是典型的城鎮(zhèn)化發(fā)展滯后區(qū)，尤其是上游地區(qū)的青海、內(nèi)蒙和甘肅等地，脆弱的生態(tài)環(huán)境和匱乏的水資源很大程度上限制了區(qū)域的土地資源開發(fā)和規(guī)模利用，制約了城鎮(zhèn)化發(fā)展。2000-2018年HL區(qū)和LH區(qū)分別增加0.25%和7.75%，其中LH區(qū)主要分布在黃河流域南部，HL零星分布在黃河上游地區(qū)的內(nèi)蒙地區(qū)。整體來看，黃河流域城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間發(fā)展不協(xié)調(diào)的地區(qū)逐漸增多。因此，基于城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的空間關(guān)系因地制宜地制定區(qū)域生態(tài)保護(hù)措施顯得尤為重要。

圖6 黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的全局Moran’I指數(shù)(P=1%)和局部聚類LISA圖(P=5%)

4 討 論

理清黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空關(guān)系有助于實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的“雙贏”目標(biāo)。城鎮(zhèn)化發(fā)展會改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給。黃河流域的城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化速度均高于人口城鎮(zhèn)化速度，符合城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨勢。黃河流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有顯著的空間異質(zhì)性，在黃河上游、中游和下游地區(qū)差異較大，這也與Zhang等的研究成果一致。2000-2018年黃河流域的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有所增長，尤其在黃河中上游地區(qū)最為顯著，這主要益于我國從1978年開始實(shí)施的“三北防護(hù)林工程”“退耕還林還草工程”等一系列的生態(tài)恢復(fù)工程，使得黃河中上游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到了顯著改善。

城鎮(zhèn)化過程會改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。城鎮(zhèn)化要素的集聚特征也進(jìn)一步加劇了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間再分配。2000-2018年黃河流域城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間作用關(guān)系逐漸從正相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)相關(guān)，這與Tian等的研究成果相似。主要是因?yàn)樵诔擎?zhèn)化發(fā)展的初期階段，政府制定了一系列的生態(tài)恢復(fù)政策來實(shí)現(xiàn)區(qū)域的生態(tài)保護(hù)，這一階段城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均處于穩(wěn)步增長階段，2010年以后，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，生態(tài)環(huán)境的壓力驟增，加劇了城鎮(zhèn)化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的負(fù)面效應(yīng)。同時(shí)城鎮(zhèn)化以資源的高消耗、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流失為代價(jià)的發(fā)展模式，以及資源的不合理開發(fā)和過度利用進(jìn)一步加速了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的衰減。尤其是大量的耕地、林地和草地被城市開發(fā)建設(shè)所占用，導(dǎo)致生態(tài)用地面積不斷減少，生態(tài)空間受到擠壓，最終影響了區(qū)域的生態(tài)服務(wù)供給。2000-2018年黃河流域城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈負(fù)相關(guān)且發(fā)展不協(xié)調(diào)的空間區(qū)域(HL區(qū)和LH區(qū))有所增長，而城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)HH區(qū)和LL區(qū)逐漸減少。城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)HH區(qū)的分布面積較少且零星分布在黃河中下游地區(qū)，這些地區(qū)的城鎮(zhèn)化水平和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平較高。這也印證了Pan等的研究，在城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較高的地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可達(dá)性更高，而且城市發(fā)展的可能性更大。未來可以根據(jù)城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的區(qū)域特征進(jìn)行分類施策以提高區(qū)域生態(tài)保護(hù)效率?？梢詫⒊擎?zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的HH區(qū)作為黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)，LL區(qū)可以作為生態(tài)限制區(qū)，HL區(qū)和LH區(qū)分別作為生態(tài)恢復(fù)區(qū)和生態(tài)控制區(qū)，同時(shí)重視對HL區(qū)和LH區(qū)的監(jiān)管。此外，根據(jù)土地城鎮(zhèn)化、人口城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化對黃河流域不同地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響機(jī)制，進(jìn)一步結(jié)合流域的實(shí)際情況，采取有效措施控制城鎮(zhèn)化發(fā)展對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的過渡干擾，加強(qiáng)城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，通過針對性的策略來實(shí)現(xiàn)黃河流域城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié) 論

(1)2000-2018年黃河流域的綜合城鎮(zhèn)化水平整體提升，其中經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)性的增長，其次是土地城鎮(zhèn)化和人口城鎮(zhèn)化發(fā)展，變化率分別為684.06%,57.36%，19.71%。

(2)2000-2018年黃河流域的糧食生產(chǎn)、固碳和土壤保持服務(wù)均呈增長趨勢，而產(chǎn)水服務(wù)逐漸減少，變化率分別為65.32%,59.47%，46.27%，-21.15%。整體來看，黃河上游地區(qū)土壤保持和產(chǎn)水服務(wù)明顯增加，黃河中下游地區(qū)糧食生產(chǎn)和固碳服務(wù)顯著增長而產(chǎn)水服務(wù)明顯降低。

(3)在時(shí)間尺度上，黃河流域人口、土地和經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化對固碳服務(wù)和土壤保持服務(wù)的負(fù)向影響在不斷加強(qiáng)，而對糧食生產(chǎn)和產(chǎn)水服務(wù)的正向影響不斷減弱。在空間尺度上，城鎮(zhèn)化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的負(fù)向影響逐漸增強(qiáng)，并且城鎮(zhèn)化發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不協(xié)調(diào)區(qū)域不斷增加。