1、第 卷第 期自 然 资 源 遥 感.年 月 .:./.引用格式:阳煜瑾杨帆徐祯妮等.洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化.自然资源遥感():.(.():.)洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化阳煜瑾 杨 帆 徐祯妮 李 祝(中南大学建筑与艺术学院长沙)摘要:经济发展过程中常伴随出现生态环境质量下降和服务能力失调等问题 理清生态与经济两者之间的关系、明确两者的空间差异是实现区域可持续发展的前提 该文以 年、年和 年洞庭湖区 期遥感影像及社会经济数据为基础采用价值当量法计算生态系统服务价值并测算湖区内 个区县单元生态系统服务与经济的协调性、一致性指数综合探讨生态服务与经济的变化关系
2、及空间聚集特征进而为区域生态服务与经济发展协调平衡提出针对性的优化措施 结果表明:湖区生态系统服务价值总量上由 年的 .亿元下降至 年的 .亿元空间分布上呈中部高、外围山体次之、交界丘陵平原最低的圈层式格局 单项生态服务价值中水文调节的贡献率最高维持养分循环的贡献率较低研究期内除生物多样性和美学景观外其他类型生态服务价值均出现不同程度的减少其中水文调节的减少量最高占总减少量的 以上 从生态服务与经济发展的时空变化情况来看湖区内部生态差距较为平稳经济差距持续拉大各区县生态经济协调度良好但生态经济一致性水平较低生态与经济空间聚集存在明显差异生态聚集大于经济聚集的区域主要位于洞庭湖及沿岸探究生态服务
3、价值空间差异发现人为扰动、高程、坡度、温度和降水等是重要驱动因子 因此为促进洞庭湖区生态与经济和谐发展削弱生态与经济差距应在严格保护自然基底、加强人为引导利用、促进生态资源向经济产品转化等方面提出可操作性的措施关键词:土地利用 生态服务价值 经济发展 耦合协调 洞庭湖区中图法分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:修订日期:基金项目:国家自然科学基金项目“城镇化进程中洞庭湖流域水网空间的时空演变与协同治理”(编号:)、“城市绿地系统规划与雨洪管理协同的效能评估与实现机理研究”(编号:)、湖南省自然科学基金项目“基于生态修复与水文过程耦合模拟与量化的湘江流域滨水空间整体结构优化及适宜性设计研
4、究”(编号:)和湖南省哲学社会科学基金项目“基于生态环境保护体制优化的长株潭绿地资源跨域联动治理研究”(编号:)共同资助第一作者:阳煜瑾()女硕士研究生研究方向为城市规划:.通信作者:杨 帆()女副教授研究方向为城市规划:.引言生态系统具有产品供给和调节服务等重要实物与非实物功能蕴含巨大的经济价值和生态价值 然而伴随着经济发展城市化、工业化推进环境污染和资源短缺等生态问题日趋严重经济与生态之间的关系已成为重要的社会和政治问题为了解区域生态系统状况 年起各国学者对生态系统服务价值()展开了系列研究主要方法包括能值分析法、物质量分析法和价值分析法等 价值量分析法计算简单、操作方便而被广泛使用 年
5、等利用此方法率先构建了 估算的经典研究标准及方法并对全球 进行科学估算 随后谢高地等 根据我国的区域性特征制定了中国生态系统服务价值当量因子表为国内 估算演化提供了重要依据 由于价值量分析以货币为最终结果表达形式与国内生产总值()具有可比较性有助于判断生态系统服务与经济发展之间的互动关系因而被广泛应用于生态经济关联分析之中吴建寨等、等和陈端吕等计算任意时间间隔下生态经济协调度与任意时期生态经济一致性指数判断研究区内生态经济的相互关系 等通过变异系数描述 和 的集中分散程度 阳华等将重心模型引入生态评价中探究生态服务价值与经济重心的因果扰动 前人研究综合考虑地理学、经济学与生态学等众多学科为生态
6、经济研究提供了理论基础与技术途径 但第 期阳煜瑾等:洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化目前大多数研究仅关注生态 经济之间的整体变化趋势缺乏对区域内各单元生态、经济空间差异水平与聚集特征的探讨同时在改善生态环境方面未从驱动因子角度给予合理建议洞庭湖区位于湖南湖北两省交界地带是长江中下游重要的生态节点也是湖南省北部生态屏障 年国务院批复洞庭湖生态经济区规划推动岳阳、常德和益阳等城市圈发展为湖区带来机遇的同时也带来了更大的生态压力因此本文以洞庭湖区(岳阳、常德和益阳)为研究对象以其中 个区县为研究单元基于 年、年和 年土地利用空间数据对其生态系统服务价值进行定量化计算构建生态经济的一致性、
7、协调度指数探究生态与经济两者间时空差异情况并通过分析 空间分异的驱动因素提出区域生态系统服务与经济之间可持续发展的优化建议 研究区概况与数据源.研究区概况洞庭湖区包含岳阳、常德和益阳 市总面积为.万 是长江中下游地区重要的水能储运、生物栖息场所也是中部城市发展的重要补充(图)湖区地势从中部水域到四周山体逐渐升高呈现圈层式分布由内向外为中部河湖水体区、环状平原 丘陵区、外部山地区区内包含林地、草地、滩涂图 洞庭湖区位置示意图.和湿地等多种生态用地但目前通过占用水域和耕地等已成为湖区社会经济发展和建设用地扩张的重要途径 因此量化湖区内 分析生态系统服务与经济的时空变化是明确区域未来发展重点的数据基
8、础也是推动洞庭湖区生态文明与社会经济和谐发展的理论支撑.数据来源本文基于湖区 年、年 和 年/遥感数据 在 .和 平台的支持下依据全国土地分类将湖区用地类型划分耕地、林地、草地、湿地、未利用地、水域和建设用地 类空间分辨率为 经过精度检验后 值均达到.以上符合研究要求 粮食生产数据来源于湖南省农村统计年鉴社会经济数据来源于湖南省及各市统计年鉴高程数据来源于地理空间数据云平台(:/./)道路交通数据来源于 平台(:/././.)年均温和降水来源于国家气象科学研究中心(:/./)研究方法.生态服务价值评估.当量因子表构建 年谢高地等在 生态系统服务功能分类的基础上建立中国陆地生态系统单位面积服务表
9、 年又在此基础上进行改进形成单位面积价值当量因子 本文以单位面积 当量表为基础结合湖区实际及段瑞娟等和杨倩研究成果对当量表进行修正一单位当量因子为生态系统对生态功能的贡献能力经测算为平均粮食单产市场价值的/本文利用 年湖区平均粮食作物单产(./)和粮食作物价格(年稻谷、玉米平均价格为不变价.元/)修正单位面积农田粮食作物的经济价值计算得到一当量因子为.元/构建区域 系数见表 表 洞庭湖区单位面积 系数.生态系统服务土地利用类型耕地林地草地湿地未利用地水域建设用地食物生产.原材料供应.水资源供给.气体调节.自 然 资 源 遥 感 年(续表)生态系统服务土地利用类型耕地林地草地湿地未利用地水域建设
10、用地气候调节.净化环境.水文调节.土壤保持.维持养分循环.生物多样性.美学景观.总计.当量系数修正区域 存在时间和空间上的差异性 参考谢高地等和潘耀忠等成果引入植被覆盖时空调节因子对各栅格单元逐一修订由于水域、未利用地及建设用地不适合用植被覆盖度衡量故以上 种用地类型植被覆盖度取值为 其计算公式为:()式中:为第 个栅格的植被覆盖度 为归一化植被指数 和 分别为此像元全年 的最大值和最小值()式中:为每个栅格的调整系数 为区域内植被覆盖度均值.核算根据各年份湖区各类用地量利用表 价值系数及修正系数通过式()对研究区域 值进行加乘并以区县为单元统计各地区 总值公式为:()式中:为区域 值 为用地
11、面积 为价值系数 为用地类型 为栅格序号.生态系统服务与经济时空协调关系.重心计算与变异系数对不同变量不同时期的重心进行研究有利于更好地把握区域生态服务价值与经济发展空间耦合关系及时空变异情况生态经济重心距离越近代表重心耦合程度越高公式为:()()式中:()为 或 的重心坐标()为第 个区县的城市中心坐标 为第 个县 或 的值 为区县单元数量变异系数()是无量纲指标用来反映区域内各单元之间在某项指标上的差异或离散程度 本文利用该指标反映洞庭湖区整体在生态或经济上的不平衡情况 系数越小表明各地区()差距越小公式为:()()式中 为 或 的平均值.生态经济协调性与一致性计算目前对生态经济协调的评价
12、并没有统一的标准本文通过生态经济协调性()及一致性指数()表达各区县生态经济的变化情况和差异关系 代表某时期内生态服务与经济发展之间的动态变化情况由于各单元 值在研究期内持续增长故 则代表生态经济好转值越接近于 代表生态经济的协调程度越高 值用来反映单元在湖区生态经济的集聚能力和潜能 值越接近于 表明生态经济一致性越高 代表该单元生态聚集大于经济聚集具有良好的生态潜能反之代表经济聚集大于生态聚集公式为:()式中:为第 个区县的生态经济协调度 和 分别为第 个县研究期的始、末年份第 期阳煜瑾等:洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化 ()式中:与 分别为第 个县的生态经济一致性指数、聚集水
13、平和 聚集水平.生态服务价值空间分异驱动因子.人为影响指数洞庭湖区是人类活动的频繁土地利用是人为活动的表征反映依据前人研究 计算湖区受人类活动影响强度()公式为:()式中:为第 类用地面积 为用地总面积 为人为影响强度参数研究采用层次分析法对 赋值耕地.、林地.、草地.、湿地.、水域.、建设用地.、未利用地.地理探测器地理探测器是探究空间分异性揭示其背后驱动力的统计学方法 值用来度量驱动因子对因变量解释能力 值越大代表解释因变量的能力越强 公式为:()式中:为变量 或因子 的分层(分类或分区)和 分别为层 和全区单元数 和 分别为层 和全区 值的方差 区域生态系统服务是自然、社会经济共同作用的
14、结果高程()、坡度()、温度()、土壤侵蚀()、降水()、()、道路网密度()、距铁路距离()、第一产业密度()、第二和三产业密度()均会对生态系统服务能力造成影响 因此本文选取这 项(图)为地理探测因子以 年湖区生态服务价值为因变量探讨湖区 空间分异的驱动机制()高程()()坡度()()温度()()土壤侵蚀()()降水()()()()道路网密度()()距铁路距离()图 空间分异驱动因子.自 然 资 源 遥 感 年()第一产业密度()()第二和三产业密度()图 空间分异驱动因子.结果与分析.土地利用类型变化特征湖区土地利用以林地和耕地为主占湖区总用地的 以上其次是水域和湿地草地和未利用地所占比
15、例最小 如表 和图 所示年耕地、林地、草地比例持续减少建设用地大幅度增长 间湖区新增建设用地为.水域先增加后减少 年间由于退耕、退林还湖等政策水域面积增加.但在 年间湖区主体湖面呈现出收缩状态减少.水域大面积向湿地转换表 洞庭湖流域土地利用变化.年份统计量耕地林地草地湿地未利用地水域建设用地 年面积/.占比/.年面积/.占比/.年面积/.占比/.()年()年()年图 洞庭湖区土地利用类型及变化.表 为洞庭湖区 年土地利用转移矩阵由表 可知 年近 来耕地、水域、林地的转出面积最大分别为 .和.建设用地转入的主要来源表 洞庭湖区 年土地利用转移矩阵.年份土地利用类型 年草地耕地建设用地林地湿地水域
16、未利用地 年草地.耕地.建设用地.林地.湿地.水域.未利用地.第 期阳煜瑾等:洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化为耕地、林地和水域分别为.和.转换模式上耕地向建设用地转换、林地与耕地的双向转换、水域向湿地转换是土地利用变化的主要类型.变化特征表 为洞庭湖区单项 及其变化如表 所示 年间湖区 值整体减少.亿元各单项生态服务功能除生物多样性和美学景观外均下降这是因为除建设用地、未利用地和湿地外其他地类明显减少 此外单项 中水文调节贡献率最大变化率最高 其中 年洞庭湖区 值由 .亿元增加至 .亿元增加了.亿元主要由于区域水文调节服务能力提升由此可见该时期内水域面积增加抵消了耕地、林地减少以
17、及建设用地扩张带来的消极影响 年间湖区 值减少.亿元水文调节、气候调节和净化环境等生态服务能力均出现下降 其一这段时期洞庭湖生态经济区成立同时湖南省推进新型城镇化实施纲要(年)出台受新城镇化改革政策加持各市大力推进城市化进程导致建设用地持续占用耕地和林地等生态用地区域植被覆盖水平降低 其二近年来洞庭湖干流水位下降导致大面积高价值水域向价值相对较低的湿地转变表 洞庭湖区单项 及其变化.生态系统服务类型/亿元 变化量/亿元 年 年 年 年 年 年食物生产.原材料供应.水资源供给.气体调节.气候调节.净化环境.水文调节.土壤保持.维持养分循环.生物多样性.美学景观.总计.洞庭湖区 空间分布如图 所示
18、中部水域及湘资沅澧 大水系价值量最高周围山地次之主要由于这些区域水热条件充足拥有较高的生物量和植被覆盖且本身受人类活动影响程度较小而水域与山体之间的平地丘陵价值量最低由于价值量相对较低耕地和负向价值的建设用地在此聚集()年()年()年图 洞庭湖区 空间分布.与 时空协调分析本文以区县为单元对区域 与 为代表的生态服务与经济发展情况进行定量计算与时空协调分析(图)据统计洞庭湖区 年、年和 年(按 不变价计算)总量分别是.亿元、.亿元和 .亿元相比于 的起伏性变化 平均以.亿元/的速度大幅上涨 其与单项 对比发现湖区粮食生产、原材料供应、气体和气候调节等生态服务功能与经济增长呈反比生物多样性与美学
19、景观则与经济增长呈正比自 然 资 源 遥 感 年()()图 洞庭湖区 和 空间分布.湖区总体来看就 和 空间重心坐标而言 重心在 重心的东北方向但重心点位置差距较小具有耦合特征同时随时间推移两者同步向西迁移与东侧湖区水体缩减水文调节功能减弱以及西侧常德市积极应对生态城市建设提升湿地、水体服务能力密切相关具体如表 所示 同时就 而言 的 减小趋势稳定而 的 随时间的推移而增大且变化较大说明 的区内差异维持一个相对稳定值 差异与不均衡性则越来越大表 与 的变异系数 与重心坐标.指数 年 年 年重心坐标经度/().纬度/().经度/().纬度/().湖区内各区县 年 和 年 指标如表 所示 湖区 在
20、 .之间生态经济协调性良好其中君山区的 最低为 .津市市 最高为.的正负单元数基本相当 年间各区县的经济快速发展经济的增长率远大于生态的变化程度这一方面得益于工业化、机械化的推进另一方面是由于区域交通发展提供的吸引力 从 来看 年湖区生态服务价值与经济集聚匹配程度较低岳阳市的临湘、平江县常德市的汉寿县、石门县 均大于说明其在湖区生态基础较好但经济发展水平较弱生态集聚水平远高于在湖区的经济集聚水平 岳阳楼区、云溪区、津市市、临澧县、武陵区和赫山区均小于.说明在区域经济发展水平处于湖区前列但生态集聚与服务的水平较差从空间上可看出以上区域均为建设量较大、人口密集为各市的核心功能区表 洞庭湖区 与 测
21、算结果.市区县岳阳市岳阳楼区.岳阳县.云溪区.华容县.君山区.临湘市.汨罗市.平江县.湘阴县.常德市安乡县.鼎城区.汉寿县.津市市.澧县.临澧县.石门县.桃源县.武陵区.益阳市安化县.赫山区.南县.桃江县.沅江市.资阳区.空间分异驱动因素洞庭湖区 在空间分布差异受到流域自然因子和社会经济因子共同作用其中、高程、坡度和降水等影响程度较大而道路密度、距离铁路距离和土壤侵蚀对 空间分异影响的贡献率相对较小 对生态服务价值的影响程度最高为.其次是坡度、高程、降水和第一产业密度其影响力都在.以上是影响流域生态服务价值空间分异的重要因素 而道路密度和土壤侵蚀的解释力在.以下一定程度上影响着因变量的空间分异
22、第 期阳煜瑾等:洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化但程度较弱 空间分异的驱动力数值见表 表 空间分异的驱动力.()驱动因子.讨论与建议洞庭湖区是我国长江中下游地区重要的生态节点对全域生态具有重要影响分析湖区生态系统服务价值的空间分布及其与经济增长之间的关系是实现资源合理利用的前提 结果表明区域内经济发展、城市化的推进湖区用地结构发生改变部分高生态价值用地转变为低生态价值用地或城市用地导致研究期内 整体减小 同时 来湖区内部 空间结构相对稳定而经济差距则进一步拉大 一方面由于湖区内资源要素分布不均匀山水河湖等生态服务较高的区域经济发展尚有进步空间 另一方面占据交通信息条件与人口资源等发
23、展要素的城市集中建成区域经济发展迅速因此就整个区域而言应构建以洞庭湖及周边水体为生态廊道周边山体为生态保护屏障的生态安全格局 识别生态保护红线强化对 高值区的保护严格限制开发利用 其次以区域各区县生态经济的差异和影响生态服务价值的空间驱动为依据为区域内部生态经济协调发展提供针对性指导方案:且 的临湘市、平江县、鼎城区和汉寿县等地应当继续发挥生态经济优势增强经济发展动能促进区域高质量发展 且 的汨罗市、安乡县、津市市和澧县等地在保护当地自然环境本底的同时弥补生态短板提高生态环境质量强化与周边区域的生态联系遵循因地制宜的土地利用开发模式 的岳阳县、湘阴县和桃江县等地应转变经济发展模式重视生态环境保
24、护治理监控机制借鉴生态经济稳定协调发展地区的模式坚持产业转型升级与推动高质量发展多维度、综合全面地探究新型发展道路 且 的岳阳楼区、云溪区、临澧县、武陵区和赫山区等地高度重视用地转变对生态的影响在实现用地节约集约利用控制建设用地总量提高利用效率促进产业高质量转型升级提高人为因素对区域生态的干预作用建立合理的定向化生态补偿机制完善区域生态修复治理 结论本文研究利用当量因子法对 年、年和 年洞庭湖区 进行了货币化定量核算计算总量上与邓楚雄等成果较为接近 同时由于本文计算 和 指标对生态经济之间的关系做出了纵向时间维度以及横向各区县的对比分析并通过探讨生态服务价值的驱动因子为区域生态经济平衡提出了针
25、对性的建议 本文主要结论如下:)研究期内湖区 经历了先上升后下降的过程与土地利用的转换存在直接关联 湖区 年 为 .亿元 年 .亿元 年减至 .亿元主要由于水域、耕地和林地的减少建设用地的增加 从空间上湖区 高低值分布特征呈现出中间水域高、四周山体次之、环状平原最低的格局 从单项 来看水文调节功能占比最高这是因为水文调节的单项面积 系数较高同时湖区水域面积广阔但在 年间区域内水文调节 总体呈现出递减趋势湖区应当加大对现有水域的保护避免水域向其他用地类型转换)湖区生态经济的关系既存在耦合关系又存在差异性 就湖区整体而言耦合性体现在 与 的空间重心区域基本一致 同时两者又存在差异性湖区 的差异值正
26、在逐渐缩小而 的差异值正在进一步拉大 就各区县单元而言 指数接近于 区域生态变化率明显小于经济的变化率 指数来看 聚集与 聚集存在空间差异 集聚大于 集聚的主要位于洞庭湖及其沿岸 集聚大于 集聚的一般为各市中心区及城市化水平较高的区域)对 的驱动因子进行分析显示对 影响最高的为 其次为坡度、坡向和降水等自然因素 因此对区域的生态经济优化应当从保护“山水林田湖草”、强化人为干预、提供生态修复措施等方面入手针对各单元现状采取因地制宜的方针政策本研究对湖区 进行计算从多个角度对区县生态经济的协调情况进行了分析 可为区域生态服务与经济发展的优化以及各区县未来的发展重点提供重要数据基础同时此方法对其他地
27、区生态经济和谐发展的战略制定具有借鉴意义 但本文存在以下不足之处:经济发展仅考虑 指标忽略了产业结构及复杂的市场过程 生态服务价值的自 然 资 源 遥 感 年空间差异是各因子相互干扰的复杂过程因此还需要增加对其他驱动要素及驱动因子关联影响的相关研究参考文献():马立新覃雪波孙 楠等.大小兴安岭生态资产变化格局.生态学报():.():.:.():.():.郑 茜.武汉市生态空间评价与优化研究.武汉:华中师范大学.:.高雪玲.秦岭山地植被生态系统服务功能及其空间特征研究.西安:西北大学.:.秦晓川付碧宏.青岛都市圈生态系统服务 经济发展时空协调性分析及优化利用.生态学报():.():.():.谢高
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