宜都市未來(lái)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多情景模擬

摘要 ［目的］探索宜都市土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系，并通過(guò)多情景模擬優(yōu)化這一關(guān)系。［方法］采用多目標(biāo)規(guī)劃和斑塊生成土地利用模擬模型（PLUS），構(gòu)建自然演變、經(jīng)濟(jì)優(yōu)先和低碳發(fā)展3種未來(lái)發(fā)展情景，并運(yùn)用InVEST模型評(píng)估2030年不同情景下宜都市的土地利用結(jié)構(gòu)、空間布局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。［結(jié)果］低碳發(fā)展情景下宜都市的土地利用結(jié)構(gòu)最為合理，空間布局最集約，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高。相較于其他情景，低碳發(fā)展情景在土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)性和可持續(xù)性方面表現(xiàn)更佳。［結(jié)論］低碳發(fā)展情景為宜都市提供了最佳的土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)調(diào)路徑。

關(guān)鍵詞 低碳發(fā)展；土地利用；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；多情景模擬；宜都市

中圖分類號(hào) F 301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2024）16-0072-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.16.015

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Multi-scenario Simulation of Future Land Use and Ecosystem Services in Yidu City

HE Lin-jie，WEI Hong

（School of Economics and Management，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023）

Abstract ［Objective］ To explore the trade-off and synergistic relationship between land use and ecosystem services in Yidu City，and optimize this relationship through multi-scenario simulation.［Method］Multi-objective planning and patch generation land use simulation model （PLUS） were used to construct three future development scenarios.The land use structure，spatial layout and ecosystem service value of Yidu City under different scenarios in 2030 were evaluated using InVEST model.［Result］ Under the scenario of low-carbon development，the land use structure of Yidu City was the most reasonable，the spatial layout was the most intensive，and the ecosystem service value was the highest.Compared to other scenarios，the low-carbon development scenario performed better in terms of coordination and sustainability between land use and ecosystem services.［Conclusion］ The low-carbon development scenario provides the best coordination path between land use and ecosystem services in Yidu City.

Key words Low-carbon development;Land use;Ecosystem service;Multi-scenario simulation;Yidu City

作者簡(jiǎn)介

何林杰（1993—），男，湖北黃岡人，碩士研究生，研究方向：可持續(xù)發(fā)展。*通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和農(nóng)村土地問(wèn)題研究。

收稿日期 2023-09-28

在全球氣候變化的背景下，低碳發(fā)展已成為國(guó)際社會(huì)共同追求的目標(biāo)，這不僅關(guān)乎溫室氣體排放的減少，更涉及生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力的增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展的推動(dòng)^［1］。土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在這一進(jìn)程中扮演著至關(guān)重要的角色，它們的相互作用直接影響碳排放和碳匯的平衡^［2］。在國(guó)際研究領(lǐng)域，土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系已成為生態(tài)學(xué)^［3］、地理學(xué)^［4］和土地科學(xué)^［5］等多個(gè)學(xué)科的研究熱點(diǎn)。學(xué)者們從不同角度出發(fā)，對(duì)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念進(jìn)行界定^［6］，對(duì)其分類和評(píng)估方法進(jìn)行探討，并分析其空間分布和變化特征。同時(shí)，權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的研究也逐漸深入^［7］。

宜都市作為長(zhǎng)江中游的重要城市，其低碳發(fā)展的成功與否不僅對(duì)該地區(qū)的生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響，也對(duì)整個(gè)長(zhǎng)江流域乃至國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施產(chǎn)生重要作用。然而，宜都市在邁向低碳發(fā)展的道路上也面臨著諸多挑戰(zhàn)，如溫室氣體排放量的控制、能源消耗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、土地利用壓力的緩解、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的提升等。因此，筆者采用多目標(biāo)規(guī)劃方法和PLUS模型，構(gòu)建自然演變、經(jīng)濟(jì)優(yōu)先和低碳發(fā)展3種未來(lái)發(fā)展情景，并運(yùn)用InVEST模型對(duì)2030年不同情景下宜都市的土地利用結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，揭示不同土地利用策略對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響^［8］，為宜都市乃至長(zhǎng)江中游地區(qū)的低碳發(fā)展提供理論和實(shí)踐上的指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況 宜都市位于湖北省西南部，地處長(zhǎng)江中游，東鄰宜昌市，西接恩施州，南連湖南省，北靠荊門市，總面積為4 079 km²，人口為140萬(wàn)。宜都市地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫16.8 ℃，年降水量1 200 mm。宜都市地形以低山丘陵為主，海拔100～1 500 m，平均海拔500 m，山地、丘陵、平原的比例為7∶2∶1（圖1）。宜都市擁有豐富的水資源和林資源，水域面積為1 100 km²，森林覆蓋率為66.8%，是全國(guó)重要的水電基地和林業(yè)基地，也是全國(guó)重要的生態(tài)功能區(qū)和生物多樣性保護(hù)區(qū)。宜都市的經(jīng)濟(jì)以第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)為主，2019年地區(qū)生產(chǎn)總值為755.5億元，其中第一產(chǎn)業(yè)占6.3%，第二產(chǎn)業(yè)占45.2%，第三產(chǎn)業(yè)占48.5%。宜都市的能源消耗以煤炭和水電為主，2019年能源消耗總量為133.6萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭占54.8%，水電占40.2%，其他占5.0%。宜都市的溫室氣體排放以二氧化碳和甲烷為主，2019年溫室氣體排放總量為112.3萬(wàn)t二氧化碳當(dāng)量，其中二氧化碳占88.7%，甲烷占10.6%，其他占0.7%。

1.2 研究方法 該研究采用多目標(biāo)規(guī)劃和斑塊生成土地利用模擬模型（PLUS）2種方法，對(duì)宜都市未來(lái)的土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行多情景模擬和評(píng)估^［9］。多目標(biāo)規(guī)劃是一種綜合考慮多個(gè)目標(biāo)和約束的優(yōu)化方法，可以求解出多個(gè)目標(biāo)之間的最優(yōu)平衡解。斑塊生成土地利用模擬模型（PLUS）是一種基于馬爾可夫鏈和元胞自動(dòng)機(jī)的土地利用模擬模型，可以模擬出不同情景下的土地利用空間布局^［10］。

1.2.1 確定研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。該研究選擇土地利用結(jié)構(gòu)、空間布局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值3個(gè)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別運(yùn)用土地利用結(jié)構(gòu)指數(shù)、土地利用空間指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。土地利用結(jié)構(gòu)指數(shù)包括土地利用類型比例、土地利用集中度、土地利用多樣性等指標(biāo)，反映土地利用的類型和數(shù)量分布^［11］。土地利用空間指數(shù)包括土地利用斑塊面積、土地利用斑塊形狀、土地利用斑塊分布等指標(biāo)，反映土地利用的空間形態(tài)和格局。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指數(shù)包括水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化、碳儲(chǔ)存和生境質(zhì)量4個(gè)方面的指標(biāo)，反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能和效益。

1.2.2 構(gòu)建未來(lái)發(fā)展情景。該研究根據(jù)宜都市的低碳發(fā)展目標(biāo)和約束條件，構(gòu)建了自然演變、經(jīng)濟(jì)優(yōu)先和低碳發(fā)展3種未來(lái)發(fā)展情景^［12］。自然演變情景是指不考慮任何政策干預(yù)和人為干擾的情況下，土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)按照歷史趨勢(shì)自然演變的情景。經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景是指以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主要目標(biāo)，以土地利用效率為主要指標(biāo)，以土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化為主要手段的情景。低碳發(fā)展情景是指以低碳發(fā)展為主要目標(biāo)，以溫室氣體排放減少和碳匯增加為主要指標(biāo)，以土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)調(diào)為主要手段的情景。

1.2.3 求解土地利用結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解。該研究運(yùn)用多目標(biāo)規(guī)劃方法，根據(jù)不同情景下的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，求解出不同情景下2030年宜都市土地利用結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解。目標(biāo)函數(shù)是指不同情景下土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)，如土地利用效率的最大化、溫室氣體排放的最小化、碳匯的最大化等^［13］。約束條件是指不同情景下土地利用結(jié)構(gòu)的限制因素，如土地利用總量的不變、土地利用類型的可轉(zhuǎn)換性、土地利用政策的可執(zhí)行性等^［14］。

1.2.4 模擬土地利用空間布局。該研究運(yùn)用斑塊生成土地利用模擬模型（PLUS），根據(jù)不同情景下土地利用結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，模擬出不同情景下2030年宜都市的土地利用空間布局。采用馬爾可夫鏈和元胞自動(dòng)機(jī)的結(jié)合方法，利用馬爾可夫鏈確定土地利用類型的轉(zhuǎn)移概率，利用元胞自動(dòng)機(jī)確定土地利用類型的空間分布^［15］。該研究還考慮了鄰域效應(yīng)和斑塊生成規(guī)則，使模擬結(jié)果更符合實(shí)際情況。

1.2.5 評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。該研究運(yùn)用InVEST模型，根據(jù)不同情景下土地利用空間布局，評(píng)估出不同情景下2030年宜都市的水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化、碳儲(chǔ)存和生境質(zhì)量4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。InVEST模型是一種基于自然資本的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模型，可以根據(jù)土地利用、氣候、水文等數(shù)據(jù)，計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物理量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值^［16］。該研究采用InVEST模型中的水源涵養(yǎng)模塊、水質(zhì)凈化模塊、碳儲(chǔ)存模塊和生境質(zhì)量模塊，分別評(píng)估不同情景下的水源涵養(yǎng)量、水質(zhì)凈化量、碳儲(chǔ)存量和生境質(zhì)量指數(shù)。

（1）水源涵養(yǎng)模塊是根據(jù)土地利用、土壤、降雨等數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格單元的水源涵養(yǎng)量，即每年可供人類利用的水量。水源涵養(yǎng)量的價(jià)值是根據(jù)水價(jià)或水權(quán)交易價(jià)格來(lái)確定的。水源涵養(yǎng)量的計(jì)算公式如下：

W=R×A×（1-R）×（1-E）（1）

式中：W是第i個(gè)網(wǎng)格單元的水源涵養(yǎng)量；R是第i個(gè)網(wǎng)格單元的年平均徑流量；A是第i個(gè)網(wǎng)格單元的面積；R是水系的截流系數(shù)；E是第i個(gè)網(wǎng)格單元的蒸發(fā)系數(shù)。

（2）水質(zhì)凈化模塊是根據(jù)土地利用、水系、污染物等數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格單元的水質(zhì)凈化量，即每年減少的污染物的量。水質(zhì)凈化量的價(jià)值是根據(jù)污染物的處理成本或環(huán)境損害費(fèi)用來(lái)確定的。水質(zhì)凈化量的計(jì)算公式如下：

P=Q×C×E（2）

式中：P是第i個(gè)網(wǎng)格單元的水質(zhì)凈化量；Q是第i個(gè)網(wǎng)格單元的年平均徑流量；C是第i個(gè)網(wǎng)格單元的污染物濃度；E是第i個(gè)網(wǎng)格單元的污染物去除效率。

（3）碳儲(chǔ)存模塊是根據(jù)土地利用、植被、土壤等數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格單元的碳儲(chǔ)存量，即每年固定的二氧化碳的量。碳儲(chǔ)存量的價(jià)值是根據(jù)碳市場(chǎng)的交易價(jià)格或社會(huì)成本來(lái)確定的。碳儲(chǔ)存量的計(jì)算公式如下：

S=V×D×C+O×C（3）

式中：S是第i個(gè)網(wǎng)格單元的碳儲(chǔ)存量；V是第i個(gè)網(wǎng)格單元的植被生物量；D是第i個(gè)網(wǎng)格單元的植被密度；C是第i個(gè)網(wǎng)格單元的植被碳含量；O是第i個(gè)網(wǎng)格單元的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量；C是第i個(gè)網(wǎng)格單元的土壤有機(jī)碳含量。

（4）生境質(zhì)量模塊是根據(jù)土地利用、生物多樣性、人為干擾等數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格單元的生境質(zhì)量指數(shù)，即每年反映生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)完整性的指標(biāo)^［17］。生境質(zhì)量指數(shù)是0～1，生境質(zhì)量指數(shù)的價(jià)值是根據(jù)生物多樣性的保護(hù)價(jià)值或生態(tài)旅游價(jià)值來(lái)確定的。生境質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算公式如下：

H=B×（1-I）（4）

式中：H是第i個(gè)網(wǎng)格單元的生境質(zhì)量指數(shù)；B是第i個(gè)網(wǎng)格單元的生物多樣性指數(shù)；I是第i個(gè)網(wǎng)格單元的人為干擾指數(shù)。

1.3 研究數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)預(yù)處理 該研究的數(shù)據(jù)來(lái)源于多個(gè)國(guó)家級(jí)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，涵蓋了土地利用、氣候、水文、植被、土壤、污染物和生物多樣性等方面的數(shù)據(jù)。該研究利用ArcGIS 10.2和MATLAB軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)提取等預(yù)處理步驟，保證數(shù)據(jù)的完整性、一致性、可比性和相關(guān)性^［18-19］。

1.3.1 土地利用數(shù)據(jù)。宜都市2010和2019年的土地利用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心。該研究將土地利用數(shù)據(jù)分為六大類，分別是耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和其他用地。利用ArcGIS 10.2軟件對(duì)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間投影和裁剪，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與研究區(qū)域相匹配的空間數(shù)據(jù)。

1.3.2 氣候數(shù)據(jù)。宜都市2010—2019年的氣候數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心。該研究主要分析年平均氣溫和年降水量2個(gè)指標(biāo)的變化。利用MATLAB軟件對(duì)氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除缺失值和異常值，保證數(shù)據(jù)的完整性。利用MATLAB軟件對(duì)氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，消除數(shù)據(jù)之間的量綱和尺度差異，提高數(shù)據(jù)的可比性。

1.3.3 水文數(shù)據(jù)。宜都市2010—2019年的水文數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心。該研究主要分析徑流量和水質(zhì)指數(shù)2個(gè)指標(biāo)的變化。利用MATLAB軟件對(duì)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除缺失值和異常值，保證數(shù)據(jù)的完整性。利用MATLAB軟件對(duì)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，消除數(shù)據(jù)之間的量綱和尺度差異，提高數(shù)據(jù)的可比性。

1.3.4 植被數(shù)據(jù)。宜都市2010和2019年的植被數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心。該研究主要分析植被類型和植被覆蓋度2個(gè)指標(biāo)的變化。利用ArcGIS 10.2軟件對(duì)植被數(shù)據(jù)進(jìn)行空間投影和裁剪，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與研究區(qū)域相匹配的空間數(shù)據(jù)。

1.3.5 土壤數(shù)據(jù)。宜都市2010和2019年的土壤數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)。該研究主要分析土壤類型和土壤有機(jī)碳含量2個(gè)指標(biāo)的變化。利用ArcGIS 10.2軟件對(duì)土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行空間投影和裁剪，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與研究區(qū)域相匹配的空間數(shù)據(jù)。

1.3.6 污染物數(shù)據(jù)。宜都市2010—2019年的污染物數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)。該研究主要分析化學(xué)需氧量和氨氮2個(gè)指標(biāo)的變化。利用MATLAB軟件對(duì)污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除缺失值和異常值，保證數(shù)據(jù)的完整性。利用MATLAB軟件對(duì)污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，消除數(shù)據(jù)之間的量綱和尺度差異，提高數(shù)據(jù)的可比性。

1.3.7 生物多樣性數(shù)據(jù)。宜都市2010和2019年的生物多樣性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)。該研究主要分析物種豐富度和物種瀕危程度2個(gè)指標(biāo)的變化。利用ArcGIS 10.2軟件對(duì)生物多樣性數(shù)據(jù)進(jìn)行空間投影和裁剪，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與研究區(qū)域相匹配的空間數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解 該研究采用多目標(biāo)規(guī)劃方法，結(jié)合宜都市2030年的發(fā)展預(yù)期，探索了不同情景下土地利用結(jié)構(gòu)的最優(yōu)配置^［20］。通過(guò)對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件的精確設(shè)定，得出3種情景下土地利用結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，如表1所示。這些情景反映了自然演變、經(jīng)濟(jì)優(yōu)先和低碳發(fā)展3種不同的發(fā)展路徑，其土地利用結(jié)構(gòu)的差異揭示了未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)。

在自然演變情景下，宜都市的土地利用結(jié)構(gòu)保持了與歷史趨勢(shì)一致的穩(wěn)定性；耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和其他用地的面積比例變化不大，顯示出該地區(qū)在未受明顯人為干擾和政策干預(yù)的情況下，土地資源的自然分配和利用趨勢(shì)。經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景則展現(xiàn)了一種以經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)為核心的土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整，在這一情景下，建設(shè)用地和其他用地的比例上升，反映了城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的推進(jìn)，這種變化可能會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)用地造成壓力，同時(shí)提高土地利用的集中度和效率，但也可能犧牲土地利用的多樣性和生態(tài)平衡。低碳發(fā)展情景強(qiáng)調(diào)了生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重要性，在這一情景下，耕地、建設(shè)用地和其他用地的面積比例下降，而林地、草地和水域的面積比例上升，顯示出宜都市在追求低碳目標(biāo)時(shí)對(duì)生態(tài)用地和綠色空間的重視；這種結(jié)構(gòu)有助于減少溫室氣體排放，增加碳匯，同時(shí)提升土地利用的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的質(zhì)量。

2.2 土地利用空間布局的模擬結(jié)果 該研究利用斑塊生成土地利用模擬模型（PLUS），基于2030年不同發(fā)展情景下土地利用結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，模擬了宜都市的土地利用空間布局。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的空間分析和對(duì)比（圖2和表2），揭示未來(lái)土地利用空間布局的潛在變化趨勢(shì)。

從圖2和表2可以看出，在自然演變情景下，宜都市的土地利用空間布局保持了與歷史趨勢(shì)相似的穩(wěn)定性；各類土地利用類型的斑塊面積和形狀變化幅度較小，表明在無(wú)明顯人為干擾的情況下，土地資源的自然分配和利用將繼續(xù)保持現(xiàn)有格局。經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景下，建設(shè)用地和其他用地的斑塊面積增加，而耕地、林地、草地和水域的斑塊面積減少，這可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)和生態(tài)用地的壓縮，同時(shí)提高土地利用的集中度和效率；這種情景下的模擬結(jié)果則反映一種以經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)為核心的土地利用空間布局調(diào)整。低碳發(fā)展情景下，耕地、建設(shè)用地和其他用地的斑塊面積減少，而林地、草地和水域的斑塊面積增加，這有助于減少溫室氣體排放，增加碳匯，同時(shí)提升土地利用的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的質(zhì)量；這種前景下的模擬結(jié)果表明宜都市的土地利用空間布局將更加傾向于生態(tài)化和綠色化^［21］。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估 該研究利用InVEST模型，根據(jù)不同情景下的土地利用空間布局，評(píng)估不同情景下2030年宜都市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，包括水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化、碳儲(chǔ)存和生境質(zhì)量，結(jié)果如圖3和表3所示。通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)各情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值差異明顯。

在自然演變情景下，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的輕微下降反映宜都市在未受明顯人為干預(yù)的情況下生態(tài)服務(wù)功能的自然波動(dòng)；水源涵養(yǎng)量、水質(zhì)凈化量、碳儲(chǔ)存量和生境質(zhì)量指數(shù)維持在較穩(wěn)定水平，表明宜都市的生態(tài)系統(tǒng)在自然狀態(tài)下具有一定的韌性和自我調(diào)節(jié)能力^［22］。在經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景下，隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的推進(jìn)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的下降可能會(huì)導(dǎo)致水源涵養(yǎng)和水質(zhì)凈化能力的減弱、碳儲(chǔ)存量的降低以及生境質(zhì)量的惡化，這些變化揭示了經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的潛在影響，也警示在追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)需要更加關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的保護(hù)和恢復(fù)^［23］。在低碳發(fā)展情景下，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的提升體現(xiàn)了低碳政策對(duì)生態(tài)環(huán)境的積極作用；通過(guò)減少溫室氣體排放和增加碳匯，不僅改善了宜都市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，還為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；水源涵養(yǎng)量、水質(zhì)凈化量、碳儲(chǔ)存量和生境質(zhì)量指數(shù)的上升，表明在低碳發(fā)展情景下，宜都市能夠在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綠色轉(zhuǎn)型。

2.4 土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)性和可持續(xù)性 該研究采用協(xié)調(diào)度、協(xié)同度、協(xié)效度等指標(biāo)，對(duì)不同發(fā)展情景下2030年宜都市的土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)性進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如表4所示。這些指標(biāo)反映了土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相互作用和整合程度，是衡量可持續(xù)發(fā)展的重要工具。

從表4可以看出，在自然演變情景下，宜都市的土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保持了較高的協(xié)調(diào)性，協(xié)調(diào)度、協(xié)同度和協(xié)效度則輕微下降，表明在無(wú)明顯人為干預(yù)的情況下，土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能夠自然協(xié)調(diào)發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景下，協(xié)調(diào)性下降，反映在追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的過(guò)程中可能忽視了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的保護(hù)；協(xié)調(diào)度、協(xié)同度和協(xié)效度降低，表明土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的平衡性和和諧性受到了影響^［24］。在低碳發(fā)展情景下，協(xié)調(diào)性明顯提高，表明通過(guò)實(shí)施低碳政策，宜都市能夠在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能和效益；協(xié)調(diào)度、協(xié)同度和協(xié)效度提升，說(shuō)明土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系更加和諧，有助于實(shí)現(xiàn)宜都市的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)論與建議

該研究綜合分析了宜都市2030年在不同發(fā)展情景下的土地利用結(jié)構(gòu)、空間布局、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，揭示了土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)調(diào)性和可持續(xù)性。結(jié)果表明：在自然演變情景下，宜都市的土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保持歷史趨勢(shì)的穩(wěn)定性，但未來(lái)發(fā)展可能缺乏積極改進(jìn)和創(chuàng)新。經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景下，土地利用效率提高，但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所下降，可能威脅宜都市的長(zhǎng)期生態(tài)安全和可持續(xù)性。低碳發(fā)展情景下，土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)性和可持續(xù)性明顯提升，顯示低碳政策對(duì)促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的積極影響。

鑒于此，提出以下建議：①政策制定。宜都市應(yīng)制定和實(shí)施以低碳發(fā)展為導(dǎo)向的政策，促進(jìn)土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，確保經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與生態(tài)保護(hù)相互支持。②土地規(guī)劃。優(yōu)化土地利用規(guī)劃，平衡城鎮(zhèn)化、工業(yè)化與農(nóng)業(yè)、生態(tài)用地之間的關(guān)系，提高土地利用的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的質(zhì)量。③生態(tài)投資。加大對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的投資，尤其是在水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化、碳儲(chǔ)存和生境質(zhì)量方面，以增強(qiáng)宜都市的生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力和韌性。④公眾參與。鼓勵(lì)公眾參與土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的管理，提高社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展重要性的認(rèn)識(shí)和參與度。⑤持續(xù)監(jiān)測(cè)。建立土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估體系，定期評(píng)估協(xié)調(diào)度、協(xié)同度和協(xié)效度，及時(shí)調(diào)整發(fā)展策略以應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。

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