汪東川 ，孫志超，孫然好，陳俊合，張威，張仙，王瀟

1. 天津城建大學(xué)地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津 300384；2. 天津城建大學(xué)/天津市土木建筑結(jié)構(gòu)防護與加固重點實驗室，天津 300384；3. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心/城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085

生態(tài)系統(tǒng)作為地球生命與環(huán)境的統(tǒng)一，不僅是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，而且為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與功能的形成和維持提供了物質(zhì)基礎(chǔ)（李曉賽等，2015；虞依娜等，2010）。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指生態(tài)系統(tǒng)形成和維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用（歐陽志云等，1999；Lin et al.，2018），并主要通過供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)、支持服務(wù)等服務(wù)功能為人類提供直接或間接的利益（熊善高等，2016；陳能汪等，2009），其價值的定量評估結(jié)果對資源管理決策、維持生態(tài)平衡、促進區(qū)域經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義（趙苗苗等，2017；陶寶先等，2010）。

自 20世紀(jì)末期以來，生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)安全日益受到重視，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值定量評估的研究已成為生態(tài)經(jīng)濟研究的熱點（Sawut et al.，2013）。最初，Costanza（1998）、Daily et al.（2000）、Groot et al.（2002）國外學(xué)者對全球的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行了全面系統(tǒng)的研究，在此基礎(chǔ)上，謝高地等（2001，2003）、歐陽志云等（1999a，1999b）、趙景柱等（2000）為代表的國內(nèi)學(xué)者完善了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)理論、明確了生態(tài)系統(tǒng)的主要功能、構(gòu)建了適宜于中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評價方法，并針對不同區(qū)域、不同尺度、不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了評估，其結(jié)果對生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)功能分區(qū)等多個方面產(chǎn)生了一定的社會效益（Gong et al.，2017；Zhang et al.，2015；Zhang et al.，2015）。其中，謝高地于 2003年基于我國200多位生態(tài)學(xué)者的問卷調(diào)查內(nèi)容提出的適合我國生態(tài)環(huán)境的“單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表”被廣泛接受，并于 2008年從降低水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的角度修正了該當(dāng)量表（謝高地等，2008）。修正后的方法本質(zhì)依然是基于土地利用/覆被變化進行當(dāng)量賦值。然后結(jié)合單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)與各類生態(tài)系統(tǒng)面積實現(xiàn)對生態(tài)服務(wù)價值的定量評估，后來又于2015年構(gòu)建了NPP、降水、土壤保持空間調(diào)節(jié)因子，探究了中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在省/直轄市尺度上的異質(zhì)性（謝高地等，2015）。在此基礎(chǔ)上，劉金雅等（2018）基于泰森多邊形修正的市域邊界分析了京津冀城市群在地級市尺度上的異質(zhì)性，提高了生態(tài)服務(wù)價值的空間異質(zhì)性精度。隨著研究的深入，該方法依舊存在修正的空間。首先，該方法是問卷調(diào)查的結(jié)果，對區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價值的客觀性反映明顯低于主觀性反映（杜加強等，2008；李偉等，2014）；其次，該方法適宜于較大尺度的整體區(qū)域評估，但對區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務(wù)價值空間差異性的反映精確度不足，尤其是同種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間差異性（Zhang et al.，2015）；最后，該方法以土地利用類型及面積屬性作為核心評估標(biāo)準(zhǔn)，但是關(guān)于土地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)與整體格局對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響的研究較少（王航等，2017；趙江等，2016；Yirsaw et al.，2017），且多數(shù)研究采用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值定量評估方法，以靜態(tài)分析為主，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值受自然和經(jīng)濟條件變化影響的動態(tài)演變研究不完善（Kreuter et al.，2001；Li et al.，2010）。

京津冀城市群作為推動華北地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的增長極，其快速的城市土地擴張模式改變了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，并嚴(yán)重制約了京津冀城市群的可持續(xù)發(fā)展（景永才等，2018）。2015年《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》的發(fā)布以及 2017年雄安新區(qū)的設(shè)立，不僅強調(diào)了京津冀的協(xié)同發(fā)展，而且把“堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”放在雄安新區(qū)開發(fā)建設(shè)的首要位置（毛漢英，2017；徐涵秋等，2017）。鑒于此，本文從京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)一體化的角度出發(fā)，基于土地利用類型數(shù)據(jù)以及“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量”，利用3 km×3 km的格網(wǎng)分析方法，并結(jié)合縣域尺度的糧食單產(chǎn)、NPP、降水量、土壤保持模擬量數(shù)據(jù)對傳統(tǒng)ESV評估模型進行改進，在此基礎(chǔ)上，利用熱點分析方法與等量分類方法對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布特征進行分析，并將空間格局指數(shù)、動態(tài)度、變化軌跡分析等方法相結(jié)合，探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與價值的時空動態(tài)演變，旨在為京津冀城市群區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能增強、土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)景觀建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)地理位置Fig. 1 Geographical location of study area

京津冀城市群地處環(huán)渤海核心地帶，位于113°34′－120°05′E，36°00′－42°40′N 之間（圖 1），是由北京市、天津市以及河北省 11個地級市組成的城市群，土地總面積約216485.2 km2。境內(nèi)地形以平原和山地為主，南北高程差異大。山地集中分布在京津冀城市群西北地區(qū)，以太行山脈、燕山等為主，土地利用類型主要為林地、草地；平原集中分布在京津冀城市群東南部，以華北平原為主，土地利用類型以耕地、人工表面為主。氣候為溫帶大陸性氣候，冬季嚴(yán)寒，夏季炎熱，氣溫年較差大，故植被類型以溫帶落葉闊葉林為主，受氣候影響較大。京津冀城市群作為中國的“首都經(jīng)濟圈”，其快速的城鎮(zhèn)化及高強度的城市擴張對京津冀的土地利用類型改變強度大，使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境更加脆弱，區(qū)域內(nèi)部的生態(tài)服務(wù)功能明顯下降，熱島、霧霾等生態(tài)環(huán)境問題日益嚴(yán)重，已嚴(yán)重威脅到京津冀城市群一體化的可持續(xù)發(fā)展（馬程等，2013）。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究在地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http://www.gscloud.cn/）中下載京津城市群2005年、2010年的Landsat ETM+以及2015年Landsat8 OLI遙感影像，影像均無云層干擾。根據(jù)“中科院土地利用覆蓋分類體系”，利用目視解譯的方法，將研究區(qū)分類為林地、草地、耕地、水域、人工表面、未利用地，空間分辨率為30 m×30 m。為了保證解譯精度，結(jié)合同期更高分辨率的Google Earth歷史影像及野外調(diào)查進行精度驗證，3期影像的解譯精度均在93%以上。

在美國Earth Date search網(wǎng)站（https://search.earthdata.nasa.gov/）中，下載 2005年、2010年、2015年的MOD17A3數(shù)據(jù)，空間分辨率為1 km×1 km，預(yù)處理后得到京津冀城市群的NPP年均數(shù)據(jù)；同時，下載以上3年7月內(nèi)影像質(zhì)量較好的MODIS植被指數(shù)16天合成產(chǎn)品（MOD13A2數(shù)據(jù)），空間分辨率為1 km×1 km，預(yù)處理后得到京津冀城市群的NDVI數(shù)據(jù)。

降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國國家級地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集（V3.0），從中選擇2005年、2010年、2015年京津冀150個氣象站點的年平均降雨量數(shù)據(jù)，并利用克里金插值方法得到京津冀城市群的降水?dāng)?shù)據(jù)，空間分辨率為100 m×100 m。

土壤保持模擬量數(shù)據(jù)是基于降水?dāng)?shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)等其他數(shù)據(jù)，利用劉軍會等（2018）研究中應(yīng)用的RULSE模型計算得到，空間分辨率為1 km×1 km，其中土壤質(zhì)地數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺土壤科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://soil.geodata.cn/），土壤深度數(shù)據(jù)來源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://westdc.westgis.ac.cn/），DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云。

為了保證數(shù)據(jù)圖層間的運算更加科學(xué)，以及減小像元混合現(xiàn)象對研究結(jié)果帶來的影響，本研究把所有數(shù)據(jù)全部依據(jù)最鄰近法重采樣為空間分辨率為100 m×100 m的數(shù)據(jù)，并利用ArcGIS 10.2軟件中的Nibble工具使所有數(shù)據(jù)的邊界重合。

2.2 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的當(dāng)量確定

本研究基于謝高地等（2008）在 2008年提出的“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量”（表1），結(jié)合京津冀城市群土地利用一級分類結(jié)果，實現(xiàn)了對該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估。該表中將1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值定義為 1，其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子是指該生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)相對于農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)的貢獻大小（謝高地等，2003），在此不考慮人工表面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（姜翠紅等，2016；向悟生等，2009）。

2.3 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)計算

參考《2006中國糧食年鑒》、《2011中國糧食年鑒》、《2016中國糧食年鑒》中的北京市、天津市和河北省3年中各糧食作物的播種面積、糧食單產(chǎn)以及對應(yīng)的全國平均價格，利用式（1）（趙江等，2016）確定京津冀城市群單位面積農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值：

式中，Eat為單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在第t年提供的食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟價值（yuan·hm-2）；i為研究區(qū)糧食作物的種類，京津冀城市群的主要作物有稻谷、小麥、玉米和大豆；n為研究區(qū)的糧食作物種類和，在此n=4；Sit為第i種糧食作物研究區(qū)在第t年的種植面積（hm2）；St為n種糧食作物在第 t年總的種植面積（hm2）；pit為第 i種糧食作物在第 t年的全國平均價格（yuan·kg-2）；qit為第 i種糧食作物在第t年的單產(chǎn)（kg·hm-2）。1/7是指在沒有人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟價值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值的1/7。

表1 生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量Table 1 Equivalent value per unit area of ecological service

根據(jù)式（1）可知，單位面積農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值與糧食單產(chǎn)存在正相關(guān)，故本研究基于京津冀城市群縣域水平的糧食單產(chǎn)，構(gòu)建單位面積農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值的調(diào)節(jié)因子，實現(xiàn)對單位面積農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值的調(diào)節(jié)。計算公式如下：

式中，Bat為單位面積農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值在第t年的調(diào)節(jié)因子，xit為第i個縣在第t年的糧食單產(chǎn)，為n個縣在第t年糧食單產(chǎn)的平均值，此時n=166。由于在北京市、天津市等城市中心，不存在或存在的農(nóng)田較小，沒有糧食單產(chǎn)數(shù)據(jù)，在此區(qū)域的Bat統(tǒng)一設(shè)定為Bat的最小值0.5。

利用式（3）（趙江等，2016）確定京津冀城市群不同縣域內(nèi)其他生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值，從而確定京津冀城市群不同縣域的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，計算公式如下：

式中，Eijt為單位面積在第t年第i種生態(tài)系統(tǒng)對應(yīng)的第 j種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（yuan·hm-2）；fij為第i種生態(tài)系統(tǒng)對應(yīng)的第j種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子；i為6種生態(tài)系統(tǒng)類型；j為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型，包括食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、土壤保持、維持生物多樣性和美學(xué)景觀共9種。

2.4 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空動態(tài)調(diào)節(jié)因子

由于生態(tài)系統(tǒng)在不同單位區(qū)域、不同時間段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)不一致，因而其所具有的生態(tài)服務(wù)功能及其價值量存在時空異質(zhì)性（李曉賽等，2015），而這種時空異質(zhì)性與各區(qū)域的生物量、降水量、植被覆蓋度、地形坡度、土壤性質(zhì)等因素息息相關(guān)（李士美等，2010）。謝高地等（2015）通過構(gòu)建NPP、降水、土壤保持時空動態(tài)調(diào)節(jié)因子探索了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在中國?。ㄖ陛犑校┯虺叨壬系目臻g異質(zhì)性，本研究基于格網(wǎng)的尺度探究京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間異質(zhì)性（唐秀美等，2017），若引用謝高地的調(diào)節(jié)因子可能會過分的夸大或降低某些格網(wǎng)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，故本部分基于歸一化的思想修正了謝高地的時空動態(tài)調(diào)節(jié)因子。此外，選取的格網(wǎng)尺度過大會影響要素異質(zhì)性的充分體現(xiàn)，格網(wǎng)過小會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量過大，故本研究基于研究數(shù)據(jù)的最小分辨率（1 km×1 km），選取 3 km×3 km 的網(wǎng)格，將研究區(qū)劃分為24767個相互獨立的地理空間單元，實現(xiàn)了對京津冀城市群單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空調(diào)節(jié)。

NPP時空動態(tài)調(diào)節(jié)因子公式：

式中，Pkt指第 k個地理空間單元在第 t年的NPP時空動態(tài)調(diào)節(jié)因子，Bkt指第k個地理空間單元在第 t年內(nèi)的 NPP（t·hm-2），Bmt指京津冀城市群所有地理單元在第t年內(nèi)的NPP平均值。該因子用于調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、廢物處理、維持生物多樣性和提供美學(xué)景觀的服務(wù)功能價值。

降水時空動態(tài)調(diào)節(jié)因子公式：

式中，Rkt指第k個地理空間單元在第t年的降水空間動態(tài)調(diào)節(jié)因子，Wkt指第k個地理空間單元在第 t年內(nèi)年降水量（t·hm-2），Wmt指京津冀城市群所有地理空間單元在第t年的平均降水量。該因子用于調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能價值。

土壤保持時空動態(tài)調(diào)節(jié)因子公式：

式中，Skt指第k個地理空間單元在第t年的土壤保持空間調(diào)節(jié)因子，Lkt指第k個地理空間單元在第 t年的土壤保持模擬量（t·hm-2），Lmt指京津冀城市群所有地理空間單元在第t年的平均土壤保持模擬量。該空間動態(tài)調(diào)節(jié)因子用于調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)土壤保持服務(wù)功能價值，其中土壤保持模擬量是利用修正通用的水土流失方程RULSE模型（劉軍會等，2018）計算得到，公式為：

式中，Ac為土壤保持模擬量，Ap、Ar依次為潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量，R、K依次為降雨侵蝕力因子與土壤可蝕性因子，R值、K值參考王萬忠等（1996）研究，分別基于降水資料計算得到與基于土壤質(zhì)地賦予不同的 K值；L、S依次為坡長、坡度，基于DEM數(shù)據(jù)提取后得到；C為植被覆蓋度因子，在此引用NDVI值。

2.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算

為反映京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的異質(zhì)性，本研究基于式（8）利用空間調(diào)節(jié)因子對單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)進行調(diào)節(jié)，并結(jié)合 3 km×3 km的地理空間單元，利用式（9）統(tǒng)計分析每一地理空間單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

式中，Ekt為第k個單位面積在第t年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（yuan·hm-2）。

空間地理單元內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式：

式中，ESVt表示第 t個地理空間單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量（元）；n表示第 t個地理空間單元內(nèi)包含的單位面積總數(shù)；1代表1 hm2，為1單位面積。

2.6 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間異質(zhì)性表達

熱點分析方法能夠識別具有統(tǒng)計顯著性的高值（熱點）和低值（冷點）的空間聚類區(qū)域并把空間聚類的位置進行可視化表達。本研究利用熱點分析方法對京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行分析，得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低值及高值發(fā)生聚類的位置及值，值越趨近于0時，說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值沒有聚集情況，呈隨機分布；的絕對值越大，說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低值及高值聚集的程度就越高。當(dāng)值為正時，該聚集區(qū)域為“熱點區(qū)域”，是高值聚集的區(qū)域；當(dāng)值為負(fù)時，該聚集區(qū)域為“負(fù)熱點區(qū)域”，即冷點區(qū)域，是低值聚集的區(qū)域。公式（王蓓等，2016）為：

式中：n表示地理空間單元數(shù)；wij為第 i與 j地理空間單元的空間權(quán)重系數(shù)，反映第i與j區(qū)域在空間上的關(guān)系，本研究中 wij由反距離方法自動生成空間權(quán)重文件；xi是第i單元某現(xiàn)象的發(fā)生數(shù)，本研究中為地理空間單元內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量；為所有地理空間單元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量的平均數(shù)。

2.7 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空動態(tài)演變

景觀指數(shù)可以高度濃縮景觀格局信息，能夠反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面特征。在基于等量分類的方法對京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從低到高依次分為5個等級（I，II，III，IV，V，對應(yīng)的柵格值依次為1，2，3，4，5），選取類型層次上的景觀面積（Patch Density，PD）、蔓延度指數(shù)（Aggregation Index，AI）表達不同等級的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在空間上的團聚程度或延展趨勢（彭建等，2006），并結(jié)合動態(tài)度、變化軌跡分析方法反映不同等級的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在全域、局部的變化情況。

動態(tài)度（劉盛和等，2002）模型的表達式為：

式中：K為研究時段內(nèi)某服務(wù)價值等級的動態(tài)度；Ua和 Ub分別為研究期初及研究期末生態(tài)服務(wù)價值等級的斑塊密度或聚合度指數(shù)；t為研究時段長，當(dāng)t的時段設(shè)定為年時，K的值就是該研究區(qū)某服務(wù)價值等級的年變化率，本研究中t=5。

變化軌跡分析方法（黃勇等，2015）是利用軌跡代碼記錄空間內(nèi)某一屬性的動態(tài)變化方法。首先利用式（12）計算兩個時間段內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況，其次利用式（13）生成變化軌跡代碼：

3 分析與討論

3.1 調(diào)節(jié)前后單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的對比分析

根據(jù)表2可知，從2005－2015年，在未被空間調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)之前，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的最大值依次為38244.109、61315.926、80092.641 yuan·hm-2，平均值依次為 12925.517、20572.184、26381.263 yuan·hm-2；在利用空間調(diào)節(jié)因子調(diào)整后，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的最大值依次為62053.742、102983.422、126188.164 yuan·hm-2，平均值依次為 13081.535、20407.107、27056.767 yuan·hm-2。發(fā)現(xiàn)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處于不斷增加狀態(tài)，造成這種現(xiàn)象的原因不是生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能提高了，而是隨著科學(xué)技術(shù)的進步以及社會經(jīng)濟的發(fā)展，糧食單產(chǎn)不斷增加，糧食價格逐漸增高的原因。

表2 單位面積生態(tài)服務(wù)價值統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of ecological service value per unit area

調(diào)節(jié)前后，單位面積生態(tài)服務(wù)價值的平均值比較接近，只是調(diào)整后的最大值明顯大于調(diào)整前的最大值，研究結(jié)果與李曉賽等（2015）的研究結(jié)果相似。除此之外，調(diào)節(jié)后的結(jié)果也表明了同一種土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表現(xiàn)出了明顯的空間差異性（圖2），例如：林地在承德、秦皇島、唐山市的生態(tài)服務(wù)價值較高，在張家口市的生態(tài)服務(wù)價值較低；內(nèi)陸湖泊的單位面生態(tài)服務(wù)價值明顯高于環(huán)渤海濕地的單位面積生態(tài)服務(wù)價值。這種空間差異與區(qū)域降水、凈初級生產(chǎn)力、土壤保持能力等因素息息相關(guān)（謝高地等，2015），更符合生態(tài)系統(tǒng)受環(huán)境和生物條件影響而表現(xiàn)出的復(fù)雜性特點（李曉賽等，2015）。

3.2 單位面積生態(tài)服務(wù)價值空間特征分析

圖3表明，京津冀城市群單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在2005年、2010年、2015年的空間分布特征相似，熱點區(qū)域集中分布在京津冀城市群北部、太行山及燕山等山地區(qū)域、環(huán)渤海濕地、白洋淀及衡水湖等內(nèi)陸湖泊地區(qū)，冷點區(qū)域集中分布在平原地區(qū)及張家口市等高原區(qū)域。由表1可知，林地的各項生態(tài)服務(wù)功能均較強，故林地的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能相對較強（趙江等，2016），在京津冀北部以及太行山、燕山附近，景觀類型以林地為主，植被覆蓋度高，人為干擾較少，故其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的等級多為IV、V類；另外，由于河湖的水文調(diào)節(jié)功能及廢物處理功能最強，且該兩項生態(tài)服務(wù)功能遠大于其他土地利用類型，故其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，服務(wù)價值等級多為第V類（王蓓等，2016）；京津冀城市群的東南地區(qū)以及西北地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值等級多為第II、III類，單位面積生態(tài)服務(wù)價值較低，受土地利用類型影響較大，其土地利用類型以耕地為主，水域、林地等生態(tài)用地的面積較少，耕地的各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與林地、水域比較相對較弱（Lin et al.，2018）；由于本研究假定人工表面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為0（姜翠紅等，2016），所以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的第 I類區(qū)域的土地利用類型多為人工表面，故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最低，在各城市建成區(qū)表現(xiàn)出明顯的低值聚集現(xiàn)象。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化研究

3.3.1 景觀格局指數(shù)動態(tài)度分析

由表3可知，從2005－2010年，京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的第I、II、V類的PD動態(tài)度依次為 0.020、0042、0.029，AI的動態(tài)度依次為-0.007、-0.046、-0.025。這 3種等級的斑塊密度均增加了，聚合度均降低了，與圖4反映的信息一致，且第二等級的變化程度更劇烈，側(cè)面反應(yīng)了這段時期內(nèi)這3種等級的破碎度增加了，且第二等級的破碎狀況更嚴(yán)重。第III、IV類的PD動態(tài)度依次為-0.015、-0.014，AI的動態(tài)度依次為 0.027、0.022，與第I、II、V類的正負(fù)性相反，且兩者之間的變化程度接近，說明這兩個等級的破碎度降低了，聚合度升高了。從 2010－2015年，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的第I、II、V類的 PD動態(tài)度依次為-0.002、-0.003、-0.002，AI的動態(tài)度依次為0.001、0.002、0.002；第 III類的 PD動態(tài)度為 0.002，AI的動態(tài)度為-0.003；第IV類的PD動態(tài)度與AI動態(tài)度均為0。

圖2 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值Fig. 2 Ecological service value per unit area

綜合以上分析，后5年內(nèi)PD、AI的動態(tài)度與前5年相反，且動態(tài)度的絕對值明顯較小。在前5年內(nèi)，城市化發(fā)展強度高，城市擴張、人口向城市聚集的現(xiàn)象明顯，侵占了林地、草地、濕地等生態(tài)用地，改變了景觀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得景觀破碎化嚴(yán)重。同時人們的環(huán)保意識不足，為了追求高的GDP，重點發(fā)展工業(yè)，三廢排放嚴(yán)重，使得霧霾、高溫、氣候異常、河流污染等環(huán)境問題日益嚴(yán)重（嚴(yán)珅等，2018），這些原因使得水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、維持生物多樣性等生態(tài)服務(wù)功能明顯下降，從而造成該時段內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值破碎度增加較多，蔓延度降低幅度大（Su et al.，2012）；而在后5年內(nèi)，隨著人們的環(huán)保意識加強，第三產(chǎn)業(yè)比例一直處于上升狀態(tài)，環(huán)境污染得到了一定的控制，另外國家于 2014年強調(diào)的京津冀一體化政策以及京津冀協(xié)同發(fā)展重大國家戰(zhàn)略的實施更是強調(diào)了區(qū)域的協(xié)同發(fā)展，強調(diào)了人口經(jīng)濟資源環(huán)境相協(xié)調(diào)的重要性（苑清敏等，2017），對各區(qū)的盲目城市擴張現(xiàn)象進行了限制，降低了對生態(tài)服務(wù)功能的干擾程度（呂金霞等，2018）。

3.3.2 變化軌跡分析

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值等級及熱點分析結(jié)果Fig. 3 Ecosystem service value level and hotspot analysis results

圖4 服務(wù)價值等級的PD、AI指數(shù)統(tǒng)計Fig. 4 PD, AI index statistics of service value level

由圖5可知，從2005－2015年，第I類生態(tài)服務(wù)價值的變化區(qū)域集中分布在天津市、滄州市、衡水市等平原區(qū)域以及張家口市。在天津市周邊，變化情況多為前5年不變，后5年升高；在滄州市、衡水市，變化情況多為前5年等級提高，后5年等級不變。在平原地區(qū)，第II類生態(tài)服務(wù)價值的變化區(qū)域分布較多，先升后不變或下降的區(qū)域集中分布在衡水市、邢臺市，先降后不變或上升的區(qū)域集中分布在滄州市。前兩類的生態(tài)服務(wù)價值較低，且集中分布在以耕地為主要景觀的平原地區(qū)以及以草地、耕地為主要景觀的高原地區(qū)，這些區(qū)域人類活動強度大，景觀受人為干擾程度嚴(yán)重，景觀變化往往會削弱景觀變化較為密集的城鄉(xiāng)結(jié)合部的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和景觀價值（Wu et al.，2015），由于前5年內(nèi)的城市活動比后5年內(nèi)的城市活動強，故有此現(xiàn)象。第 III類生態(tài)服務(wù)價值的持續(xù)下降區(qū)域或先下降后不變的區(qū)域集中分布在平原與山地丘陵的交界處以及邯鄲市，先升后不變或下降的區(qū)域多分布于張家口市。因為該區(qū)域是生態(tài)服務(wù)功能強弱的過渡區(qū)，耕地、林地、草地面積均較多，毀林造田、毀山造田等人類活動破壞了原有的植被，降低了植被覆蓋度，增加了水土流失的風(fēng)險指數(shù)，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的水土保持、水文調(diào)節(jié)等服務(wù)功能下降，從而降低該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)服務(wù)功能（嚴(yán)珅等，2018）。由于生態(tài)服務(wù)價值的第IV、V類區(qū)域多集中分布在燕山、太行山等山地丘陵地區(qū)以及環(huán)渤海區(qū)域，故其變化區(qū)域也集中分布于此，第 III類生態(tài)服務(wù)價值的變化以先升后降或不變?yōu)橹?，多分布于山地丘陵的西部；?III類生態(tài)服務(wù)價值的變化以持續(xù)下降或先下降后不變?yōu)橹鳎蟹植加诔械率袞|部。山地丘陵西部的平均海拔較高，人為干預(yù)少，而承德市東部的海拔較低，是人類活動相對頻繁的山地區(qū)域。

4 結(jié)論

本研究基于3 km×3 km的網(wǎng)格，基于格網(wǎng)尺度改進了單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的調(diào)節(jié)因子，并結(jié)合熱點分析方法、景觀格局指數(shù)、動態(tài)度模型、變化軌跡分析方法分析了京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間異質(zhì)性及其動態(tài)變化特征，主要有以下結(jié)論：

表3 服務(wù)價值等級的CA、AI指數(shù)動態(tài)度Table 3 PD, AI index dynamics of service value level

（1）京津冀城市群單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的熱點區(qū)域集中分布在京津冀城市群北部、太行山及燕山等山地區(qū)域、環(huán)渤海濕地、白洋淀及衡水湖等內(nèi)陸湖泊地區(qū)，服務(wù)價值等級以 V類為主，IV類為輔；冷點區(qū)域集中分布在平原地區(qū)及張家口市等高原區(qū)域（圖3），服務(wù)價值等級以I、II類為主，III類為輔。這種差異與京津冀城市群的景觀類型、植被覆蓋度等因子相關(guān)密切。

（2）從 2005－2010年，京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的第I、II、V類的PD動態(tài)度均為正值，AI動態(tài)度均為負(fù)值，說明斑塊密度均增加了，聚合度均降低了；第III、IV類的PD動態(tài)度均為負(fù)值，AI的動態(tài)度均為正值，說明斑塊密度降低了，聚合度升高了。從 2010－2015年，京津冀城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的第I、II、III、V類的PD、AI動態(tài)度的正負(fù)性與前5年相反，第IV類的PD、AI動態(tài)度均為0值，說明該類的斑塊密度與聚集度變化不明顯。

圖5 服務(wù)價值等級的變化軌跡分析結(jié)果Fig. 5 Analysis results of the change trajectory of service value level

（3）在張家口市、衡水市、邢臺市，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的等級多為先升后不變的區(qū)域，滄州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的等級既存在先升后不變的區(qū)域，又存在先降后不變的區(qū)域；第 III類生態(tài)服務(wù)價值的持續(xù)下降區(qū)域或先下降后不變的區(qū)域集中分布在平原與山地丘陵的交界處以及邯鄲市；第 III類的變化以先升后降或不變?yōu)橹?，多分布于山地丘陵的西部；?III類的變化以持續(xù)下降或先下降后不變?yōu)橹鳎蟹植加诔械率袞|部。

本研究選取 3 km×3 km的網(wǎng)格來縮小研究尺度，并改進了謝高地等（2015）基于市域尺度上提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間調(diào)節(jié)因子，改進的模型降低了基于網(wǎng)格統(tǒng)計信息可能會存在的異常值對研究結(jié)果的影響程度，并從縣域的尺度上修正了單位面積農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)價值。其中調(diào)節(jié)因子是基于格網(wǎng)尺度構(gòu)建的，其受網(wǎng)格尺度的影響，故后續(xù)可利用不同尺度的網(wǎng)格做對比分析，以求可以表達研究結(jié)果的更優(yōu)尺度，從而降低網(wǎng)格尺度大小對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間差異準(zhǔn)確表達的影響程度。同時，該方法不僅適用于城市群的尺度，而且通過改變網(wǎng)格的大小適用于任何區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間異質(zhì)性探索，包括市域、縣域尺度。

致謝：感謝京津冀國家重點研發(fā)計劃課題（2016YFC0503001）提供了這次寫作的機會，感謝地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn/)以及美國Earth Date search網(wǎng)站（https://search.earthdata.nasa.gov/）提供的遙感影像資料，感謝中國國家級地面氣象站提供的氣象數(shù)據(jù)資料，感謝國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺土壤科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的土壤質(zhì)地數(shù)據(jù)，感謝寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的土壤深度數(shù)據(jù)。