胡秀艷，武 洋，呂程翔，周生路*

（1.揚州市自然資源和規(guī)劃局 江都分局，江蘇 揚州 225200； 2.南京大學 地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210023）

生態(tài)空間是國土空間的重要組成部分，對其進行優(yōu)化是人地系統(tǒng)整體協(xié)調的基礎。生態(tài)系統(tǒng)能為人類提供產品和服務，科學評估生態(tài)服務價值可為生態(tài)空間優(yōu)化提供依據［1-2］。目前，國土生態(tài)空間優(yōu)化多采用景觀生態(tài)學方法，通過“生態(tài)源地選取—阻力面構建—生態(tài)廊道提取”的模式構建生態(tài)網絡［3］，重點關注生態(tài)斑塊間的連通性［4］。但生態(tài)空間優(yōu)化須重視服務于人的需要［5］，關注點應從景觀內部要素關聯(lián)向生態(tài)人居系統(tǒng)的耦合視角轉變［6］。耦合使不同系統(tǒng)之間相互作用并彼此影響，是系統(tǒng)內外要素從無序到有序的過程［7］。現有研究對于生態(tài)人居系統(tǒng)的耦合涉及較少，對生態(tài)服務對象——人的重視不足，僅強調生態(tài)服務在生態(tài)系統(tǒng)內的通達［8］，忽略了生態(tài)服務的人居通達性，因此，需探究生態(tài)—人居系統(tǒng)的耦合互動［9］，開展生態(tài)服務人居通達性研究。分析區(qū)域生態(tài)與人居系統(tǒng)的空間耦合，探究生態(tài)服務的流暢性與服務對象——人之間的匹配程度，對促進生態(tài)服務與人居系統(tǒng)的協(xié)同可持續(xù)發(fā)展、提高獲得生態(tài)服務的便利程度、優(yōu)化國土生態(tài)空間具有重要意義。

為此，本文以揚州市江都區(qū)為例，在通過二級地類調整得到當量因子的基礎上，評價國土生態(tài)服務價值，計算生態(tài)連通性，分析國土生態(tài)與人居系統(tǒng)的耦合類型和格局，進而探究區(qū)域生態(tài)服務人居通達性、國土生態(tài)空間優(yōu)化及其對策。

1 研究區(qū)域與數據來源

1.1 研究區(qū)概況

揚州市江都區(qū)（119°27′03″～119°54′23″E，32°17′51″～32°48′00″N）地處長三角，位于江蘇省中部，全區(qū)面積1330 km2，境內地勢平坦，河湖交織，土地利用類型多樣，耕地、水域分布廣泛，分別占全區(qū)總面積的49.22%和22.20%（圖1）。江都區(qū)經濟發(fā)達，人口稠密，2020年末，地區(qū)生產總值1114.91億元，位列全國百強縣第36位，全區(qū)常住人口92.66萬人，人口密度696.69人/km2。

圖1 研究區(qū)區(qū)位與土地利用類型圖

1.2 數據來源

土地利用數據來源于江都區(qū)全國第三次國土調查成果數據庫,生態(tài)區(qū)域數據來源于江都區(qū)國家級生態(tài)紅線和省級生態(tài)管控區(qū)域數據；社會經濟數據來源于《江都區(qū)統(tǒng)計年鑒》和《江都區(qū)國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》；人口數據來源于WorldPop世界人口統(tǒng)計平臺（https://hub.worldpop.org/geodata/）的中國人口統(tǒng)計數據集，時間范圍為2020年，數據格式為Geotiff，分辨率為1 km，投影坐標為地理坐標系GCS2000，單位為每格網單元的人口總數。利用重采樣方法得到30 m×30 m分辨率的數據。

2 研究方法

2.1 研究技術路線

首先，針對二級地類細化調整當量因子體系，評估國土生態(tài)服務價值，并據此選取生態(tài)重要功能區(qū)；其次，通過構建生態(tài)阻力面計算生態(tài)連通性指數，疊加人口密度空間數據計算區(qū)域生態(tài)連通性—人居耦合度，進一步分析生態(tài)人居系統(tǒng)空間耦合的等級、類型和格局；最后，設置低、中、高3種投入情景，探究基于生態(tài)服務人居通達性的國土生態(tài)空間優(yōu)化，并提出相應的對策建議（圖2）。

圖2 研究技術路線圖

2.2 生態(tài)服務價值評估與生態(tài)重要功能區(qū)選取

2.2.1 生態(tài)服務價值評估 本文采用當量因子法評估生態(tài)服務價值，在謝高地等［1］提出的生態(tài)服務當量因子表的基礎上結合相關研究［10-14］，再通過研究區(qū)地類調整得到生態(tài)系統(tǒng)服務當量因子（表1）。其中，水澆地的當量因子取旱地和水田的均值；園地中，果園、其他園地的當量因子分別取灌木林地、其他林地和灌草叢的均值；草地中其他草地的當量因子取灌草叢值；建設用地中，采礦用地、工業(yè)用地、物流倉儲用地與各類交通運輸用地的當量因子采用工礦用地值，城鎮(zhèn)、農村住宅用地和商服用地的當量因子選取住宅用地值，公共管理與公共服務用地的當量因子選取住宅用地和工礦用地的均值，公園綠地的取值參考相關方法得到［11］；河流湖泊的當量因子取水系值，溝渠坑塘的取值參考相關方法得到［12］，內陸灘涂的當量因子取濕地值，水工建筑用地的當量因子取工礦用地值；其他用地中僅含設施農用地，其當量因子取工礦用地值。

表1 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務當量因子

依據1年內每公頃農田自然糧食產量價格為1個生態(tài)服務當量的經濟價值，得到研究區(qū)的當量因子價值量為3578.70元/hm2，并計算生態(tài)服務價值(ESV)，計算公式為：

式(1)～式（2）中：Ea為當量因子價值量，參考揚州市2020年平均糧食單產為7137 kg/hm2；單價A為3.51元/kg；系數1/7指在沒有人力等外在因素影響下農田自然產生的生態(tài)經濟價值；ESV為生態(tài)服務價值；VCk為當量因子；Sk為研究區(qū)k種地類的面積。

2.2.2 生態(tài)重要功能區(qū)選取 根據相關理論［3］，生態(tài)重要功能區(qū)的選取有最小面積要求，生態(tài)服務價值較高而面積較小的“孤島”通常不具備維持生態(tài)服務功能的能力［8］；同時，本研究生態(tài)重要功能區(qū)的選取還應充分考慮《江蘇省生態(tài)紅線區(qū)域保護規(guī)劃（2013）》劃定的生態(tài)紅線區(qū)域類型［3］。因此，根據研究區(qū)的實際情況，本文確定面積≥100 hm2且生態(tài)服務價值降序排列在前30%的區(qū)域再疊加生態(tài)紅線區(qū)域，得到本研究生態(tài)重要功能區(qū)。

2.3 生態(tài)連通性計算

2.3.1 最小累積阻力模型構建 通過生態(tài)重要功能區(qū)的選取，借助生態(tài)服務價值空間分布確定生態(tài)阻力面，生態(tài)服務價值越高，表明生態(tài)阻力越低，反之則越高。生態(tài)阻力值與最小累計阻力計算公式分別為：

式（3）～式（4）中，Rk是k類土地利用類型的生態(tài)阻力值，ESVmax和ESVmin分別為研究區(qū)生態(tài)服務價值的最大值和最小值。MCR是最小累積阻力值，n是生態(tài)重要功能區(qū)數目，Dlo是生態(tài)重要功能區(qū)l到達格網中心o的半徑。

2.3.2 生態(tài)連通性指數計算 選用生態(tài)連通性指數評估區(qū)域生態(tài)連通狀況，其優(yōu)點是能夠反映生態(tài)景觀動態(tài)變化并且考慮到基質和廊道的影響［15］。根據最小累積阻力值計算生態(tài)連通性指數，計算公式為：

式（5）～式（6）中，di表示第i個像元到各生態(tài)重要功能區(qū)的總耗費距離，dri表示阻力面中第i個像元到第r個生態(tài)重要功能區(qū)的最小耗費距離。ECIi為第i個像元的生態(tài)連通性指數，dmax、dmin分別表示像元到各生態(tài)重要功能區(qū)總耗費距離di的最大值和最小值，參考相關文獻［15］取a=b=1。

2.4 生態(tài)連通性—人居耦合度計算

本文使用人口密度表征人居系統(tǒng)，采用生態(tài)連通性—人居耦合度測度生態(tài)人居系統(tǒng)的空間耦合。采用離差標準化法對生態(tài)連通性指數和人口密度進行標準化處理，計算公式為：

式（7）中，yi表示第i個像元的生態(tài)連通性指數和人口密度標準化值，xi表示第i個像元的區(qū)域生態(tài)連通性和人口密度，xmin和xmax分別表示所有像元中區(qū)域生態(tài)連通性和人口密度的最小值和最大值。

將數據標準化處理后，計算生態(tài)連通性—人居耦合度，公式為：

式（8）～式（10）中，D表示生態(tài)連通性—人居耦合度，C表示生態(tài)連通性與人居系統(tǒng)的協(xié)調度，ECI表示生態(tài)連通性指數標準化值，PEOP表示研究區(qū)人口密度標準化值，T表示綜合調和指數，α和β為待定權重，考慮到2個系統(tǒng)同等重要，取α=β=0.5［7］。

2.5 生態(tài)服務人居通達性計算與投入情景設置

2.5.1 生態(tài)服務人居通達性計算 生態(tài)連通性高且人口密度較大的地區(qū)，生態(tài)服務人居通達性較高，而生態(tài)連通性高的地區(qū)，若人口密度較低，生態(tài)服務人居通達性也相應降低，計算公式為：

式（11）中，HAi表示第i個像元的生態(tài)服務人居通達性，ECIi表示第i個像元的生態(tài)連通性指數標準化值，PEOPi表示第i個像元的人口密度標準化值。

2.5.2 生態(tài)空間優(yōu)化情景設置 設置低、中、高3種投入情景，選擇關鍵區(qū)域，將生態(tài)服務人居通達性排在后20%的區(qū)域作為低值區(qū)（表2），優(yōu)化提升該區(qū)域的生態(tài)服務人居通達性。

表2 3種投入情景的優(yōu)化區(qū)域與相應生態(tài)服務人居通達性提升程度

3 結果分析

3.1 基于生態(tài)服務價值評估的生態(tài)重要功能區(qū)選取結果

根據2.2節(jié)方法，得到研究區(qū)生態(tài)服務價值和生態(tài)重要功能區(qū)分布情況（圖3）。研究區(qū)內國土生態(tài)服務價值差異較大，高值區(qū)主要分布在研究區(qū)西北部和南部的水域；中西部的生態(tài)服務價值較高且以林地為主；中部成片耕地生態(tài)服務價值不及水域；而西部城區(qū)和各鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)服務價值最低，以建設用地為主，生態(tài)重要功能區(qū)則主要為湖泊水域。

圖3 研究區(qū)生態(tài)服務價值與生態(tài)重要功能區(qū)空間分布

3.2 生態(tài)連通性—人居耦合度評價結果

利用ArcGIS 10.8軟件中創(chuàng)建漁網工具得到研究區(qū)30 m×30 m的空間網格，根據2.3和2.4節(jié)方法，得到研究區(qū)生態(tài)連通性指數和生態(tài)連通性—人居耦合度（表3）。參考相關研究［7］和研究區(qū)的實際情況，采用分位數法將生態(tài)連通性—人居耦合度分為高、較高、中、較低、低5個耦合度等級和高等協(xié)調同步型、高等協(xié)調人居耦合滯后型、高等協(xié)調人居生態(tài)連通性滯后型3種耦合類型，其中高、較高、中、較低、低耦合度等級的面積分別為232.57、266.31、287.72、285.99、259.56 km2，占比分別為17.49%、20.02%、21.63%、21.42%、19.52%；同步型、人居耦合滯后型、生態(tài)連通性滯后型耦合類型的面積分別為772.93、501.77、54.91 km2，占比分別為58.13%、37.74%、4.13%。

表3 研究區(qū)生態(tài)連通性—人居耦合度等級與耦合類型判別標準

由圖4可知，高耦合度區(qū)域主要分布在研究區(qū)西部及中部，以河流湖泊和人口集中地區(qū)為主，表現出團塊狀集中、線狀延伸的特征。較高和中耦合度區(qū)域分布較為集中，圍繞高耦合度區(qū)域逐級遞減，表現出圈層式連續(xù)變化的特征，中耦合度以上區(qū)域面積為786.6 km2，占比為58.93%。較低和低耦合度區(qū)域廣泛分布在研究區(qū)中部，以農用地為主，面積為545.55 km2，占比為41.07%。中耦合度以上區(qū)域內，同步型區(qū)域位于研究區(qū)中部，以耕地和建設用地為主，面積為297.54 km2，占比為37.90%，表明同步型不是其主導類型；人居耦合滯后型區(qū)域位于研究區(qū)西部和南部，以耕地和水域為主，面積為436.80 km2，占比為55.64%，為主導類型，其形成原因可能是由于人口向城鎮(zhèn)遷移集中，而生態(tài)環(huán)境建設沒有同步，導致人居通達性下降后生態(tài)與人居系統(tǒng)不匹配；生態(tài)連通性滯后型區(qū)域以建設用地為主，僅50.75 km2，占比最低，為6.46%，表明生態(tài)服務功能之間連通性良好?？傮w而言，研究區(qū)生態(tài)連通性—人居耦合度較高，呈現出由西南向東北的“高—低”分布特點（圖4）。

圖4 研究區(qū)生態(tài)連通性—人居耦合度等級和耦合類型空間分布

3.3 生態(tài)服務人居通達性評價與優(yōu)化結果

根據2.5節(jié)方法，采用分位數法將研究區(qū)人居通達性劃分為強、較強、中等、較弱、弱5個等級，面積分別為286.5、277.75、277.75、277.75、278 km2，占比分別為20.50%、19.87%、19.87%、19.87%、19.89%。其中，強通達性區(qū)域以團塊狀分布在西南地區(qū)，較強和中等通達性區(qū)域圍繞強通達性區(qū)域由內向外呈圈層式分布，中等通達性以上區(qū)域面積為842 km2，占比為60.24%。較弱和弱通達性區(qū)域則在全域散布，面積為555.75 km2，占比為39.76%。研究區(qū)生態(tài)服務人居通達性整體水平較高，但存在兩極分化現象，表現出自西南向東北由高到低過渡分布的特征（圖5），區(qū)域內的人居通達性有待進一步提升。

圖5 研究區(qū)生態(tài)服務人居通達性等級空間分布

根據2.5節(jié)方法，得到3種投入情景優(yōu)化區(qū)域空間分布（圖6），以及人居通達性面積變化率（表4）。相較于優(yōu)化前，各情景中生態(tài)服務人居通達性都有不同程度的提高。其中，高投入情景下的提升效果較好，中等通達性以上區(qū)域面積可增加28.47%。

表4 研究區(qū)3種投入情景下各級人居通達性區(qū)域面積變化率 %

圖6 研究區(qū)3種投入情景優(yōu)化區(qū)域空間分布

根據上述結果，確定耦合主導類型與耦合度低值區(qū)域，對關鍵區(qū)域進行針對性的優(yōu)化提升。同步型區(qū)域匹配程度良好，應發(fā)展優(yōu)質高效農業(yè)，減少用地閑置，并對沿江生態(tài)進行整治，維護生態(tài)人居系統(tǒng)的協(xié)調狀態(tài)。對于人居耦合滯后型區(qū)域，生態(tài)紅線區(qū)域內應進行生態(tài)修復，維護生態(tài)現狀；生態(tài)紅線區(qū)域外部分應著力提升人居通達性，利用生態(tài)廊道串聯(lián)城鄉(xiāng)，加大廊道及沿線的生態(tài)綠化建設，通過打造南部濱江旅游休閑區(qū)，提高獲得生態(tài)服務的便利程度。生態(tài)連通性滯后型區(qū)域內，應禁止隨意占用城市綠地，保障生態(tài)服務功能的正常發(fā)揮。

4 結論

（1）研究區(qū)生態(tài)連通性—人居耦合度較高，中等耦合度以上區(qū)域面積占比達58.93%，耦合類型以人居耦合滯后型為主導，面積占比為55.64%。

（2）研究區(qū)生態(tài)服務人居通達性整體水平較高，中等通達性以上區(qū)域面積占比為60.24%，但存在兩極分化現象，區(qū)域內人居通達性有待進一步提升。低、中、高3種投入情景相較于優(yōu)化前，生態(tài)服務人居通達性均有不同程度的提高，其中高投入情景提升效果較好，中等通達性以上區(qū)域面積可增加28.47%。

（3）通過分析生態(tài)人居系統(tǒng)的空間耦合，可識別耦合主導類型與耦合度低值等關鍵區(qū)域。對關鍵區(qū)域內生態(tài)服務人居通達性進行針對性的優(yōu)化提升，可增加獲得生態(tài)服務的便利程度，對促進國土生態(tài)空間優(yōu)化具有重要的指導作用。