陳 敏，劉加敏，秦亮軍，陳奕云

（1.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院/廣東省城市感知與監(jiān)測預警企業(yè)重點實驗室，廣州 510060；2.武漢大學資源與環(huán)境科學學院，武漢 430079）

隨著城市邊緣不斷向外擴張，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生轉(zhuǎn)變，生態(tài)系統(tǒng)平衡遭受破壞，造成生態(tài)環(huán)境惡化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化［1，2］。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（Ecological service values，ESV）是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)［3］，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全和人類健康發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［4，5］?？茖W合理評估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是高效、合理配置環(huán)境資源的基礎(chǔ)［6］，也是制定生態(tài)補償?shù)闹匾疤幔?，8］。

20 世紀90 年代，Costanza 等［3］率先提出ESV 的估算原理和方法模型。謝高地等［9，10］基于Costanza模型，結(jié)合中國實際情況建立了ESV 價值當量表，提出經(jīng)濟價值核算方法并加以改進，該方法由于操作簡單，在中國得到了廣泛的應(yīng)用。此后，諸多學者在這些研究的基礎(chǔ)上根據(jù)實際研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟發(fā)展狀況提出當量因子的修正［11-16］，能較準確地評估研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)狀況。

隨著城市社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展，生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟之間的矛盾愈發(fā)突出［17］，當城市的發(fā)展超過生態(tài)環(huán)境可承載的限度時，往往造成生態(tài)環(huán)境的惡化，進而影響人類的身體健康［18］。經(jīng)濟城鎮(zhèn)化是導致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少的主要因素［19］，如何定量衡量城市社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值間的矛盾成為當前研究的熱點［20］。本研究在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣州市社會經(jīng)濟情況提出GDP-ESV 指數(shù)，定量衡量了2020 年廣州市各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與社會經(jīng)濟間的矛盾沖突，以期為廣州市各區(qū)今后的城市規(guī)劃、生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護等方面提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

廣州市地處廣東省中南部，是廣東省政治、經(jīng)濟、科技、教育和文化的中心。廣州市東連惠州，西鄰佛山，北靠清遠，南接東莞和中山，與香港、澳門特別行政區(qū)隔海相望。廣州市土地類型多樣，地勢自北向南降低，最高峰為天堂頂，海拔為1 210 m，東北部為中低山區(qū)，中部為丘陵盆地，南部為沿海沖積平原，番禺區(qū)和南沙區(qū)沿海地帶的沖積、海積平原土層深厚，土地肥沃，是廣州市糧食、甘蔗、蔬菜的主要生產(chǎn)基地。廣州市海洋性氣候特征特別顯著，具有溫暖多雨、光熱充足、溫差較小、夏季長、霜期短等氣候特征，年平均溫度在20~28 ℃，年平均降雨量為1 623.6~1 899.8 mm。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

廣州市2020 年GlobeLand30 地表覆蓋數(shù)據(jù)是基于美國陸地衛(wèi)星影像（TM5、ETM+）和中國環(huán)境減災衛(wèi)星（HJ-1）影像數(shù)據(jù)，采用基于像素分類-對象提取-知識檢核的綜合方法提取而成［21］。該數(shù)據(jù)集包含耕地、森林、濕地等10 個主要的地表覆蓋類型，總體精度為85.72%，Kappa 系數(shù)為0.82；數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)站（https：//www.webmap.cn/mapDataAction.do？method=globalLandCover），后經(jīng)裁剪、重分類得到廣州市2020 年土地利用數(shù)據(jù)。廣州市2020 年各區(qū)常住人口數(shù)據(jù)和各區(qū)GDP數(shù)據(jù)來源于2020 年《廣州統(tǒng)計年鑒》。

2 研究技術(shù)與方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估

2.1.1 價值評估系數(shù)修正 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)一般被歸納為4 類，分別為供給服務(wù)（包括食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、水資源供給）、調(diào)節(jié)服務(wù)（包括氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境和水文調(diào)節(jié)）、支持服務(wù)（包括土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)和維持生物多樣性）和文化服務(wù)（包括提供美學景觀）。Costanza 等［3］利用生物量和土地覆被面積計算出單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量表，隨后謝高地等［9］依據(jù)中國的實際情況提出了中國生態(tài)服務(wù)價值當量表。本研究在謝高地等［9，10］提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量表基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)實際情況對價值當量進行修正。修正公式如式（1）所示。

式中，Ei為第i類土地利用類型修正之后的當量因子；C和C0分別為廣州市和全國糧食單位面積產(chǎn)量；Ei0為謝高地等［9，10］確定的同種土地利用類型的當量因子。

2020 年全國糧食單位面積產(chǎn)量為5 734 kg/hm2，廣州市糧食單位面積產(chǎn)量為5 749 kg/hm2，廣州市2020 年末的糧食采購價格為3 156.05 元/t，由于自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟價值是現(xiàn)有單位面積耕地提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟價值的1/7［22］，所以可計算出廣州市1 個生態(tài)服務(wù)價值量因子的經(jīng)濟價值為2 592.01 元/hm2。將修正后當量因子（Ei）與1 個生態(tài)服務(wù)價值量因子的經(jīng)濟價值相乘，得到廣州市不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)（表1），其中人造地表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)為0。

2.1.2 價值評估 結(jié)合表1 可計算出廣州市2020 年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，其計算式如式（2）所示。

式中，P為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Mi為第i類土地利用類型的面積；V為廣州市1 個生態(tài)服務(wù)價值量因子的經(jīng)濟價值，本研究為2 592.01 元/hm2。

2.2 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析包含了全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。全局空間自相關(guān)是判斷某一變量是否在空間上相關(guān)的主要手段，局部空間自相關(guān)主要用于探索集聚中心的空間位置。本研究采用GeoDa 1.14 軟件進行空間自相關(guān)分析和雙變量空間自相關(guān)分析。

全局空間自相關(guān)（全局Moran?sI）反映圖斑單元與相鄰圖斑單元之間的相似性。其計算式如式（3）所示。

式中，n為網(wǎng)格單元的總數(shù)；xi為網(wǎng)格單元i的數(shù)值；(xi-xave)為第i個網(wǎng)格單元上數(shù)值與平均值的差；(xj-xave)為第j個網(wǎng)格單元上數(shù)值與平均值的差；Qij為已經(jīng)標準化的空間權(quán)重矩陣；S2為方差。

局部空間自相關(guān)（LISA 集聚圖）可以準確把握圖斑單元與鄰近圖斑單元的集聚性特征，HH 表示高高集聚區(qū)域；HL 表示高低集聚區(qū)域；LH 表示低高集聚區(qū)域；LL 表示低低集聚區(qū)域。其計算式如式（4）所示。

2.3 敏感度分析

由于各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)存在不確定性，故本研究將各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)上下調(diào)整50%，運用敏感度（CS）來反映ESV對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)變化的響應(yīng)［23］，計算式如式（6）所示。

式中，VC為價值系數(shù)；Pi和Pj分別代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的初始值和調(diào)整后的值（上下調(diào)整50%）；x表示各土地利用類型［22］。當CS≥1 時，表明ESV 相對于價值系數(shù)是富有彈性的；當CS<1 時，ESV 表示缺乏彈性，而且CS越大（但小于1），表明選取的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)越適合研究區(qū)。

2.4 GDP-ESV 指數(shù)分析

GDP 是衡量地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要指標。ESV 是反映生態(tài)系統(tǒng)能夠直接或間接提供生命支持產(chǎn)品和服務(wù)的多少［8］。城市化必然導致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的降低，但人口城市化和經(jīng)濟城市化對生態(tài)系統(tǒng)的不同服務(wù)功能產(chǎn)生的影響不同［24，25］，城市擴展對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響顯著，尤其是在城鎮(zhèn)化造成的建設(shè)用地轉(zhuǎn)入的過程中［25］，地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展會間接影響當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值［26］，如何定量衡量ESV與社會經(jīng)濟發(fā)展間的矛盾有利于城市健康發(fā)展，基于此，本研究提出GDP-ESV 指數(shù)來衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與社會經(jīng)濟間的矛盾沖突。其計算式如式（7）所示。

式中，GEi表示第i個子區(qū)域的GDP-ESV 指數(shù)；Gi表示第i個子區(qū)域的人均GDP；Pi為第i個子區(qū)域的人均ESV。

3 結(jié)果與分析

3.1 各類土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

由表2 可知，廣州市主要土地利用類型為林地、耕地和人造地表，占比分別為36.18%、26.98%和26.49%；水域、草地、濕地和裸地的占比較小，占比分別為7.33%、2.98%、0.03%和0.01%；2020 年廣州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值約為348 億元，其中水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高，占比為47.99%；除人造地表和裸地外，濕地和草地貢獻的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值整體較低，占比分別為0.07%和3.07%。從單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值來看，水域單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高，達326 430.05 元/hm2，其次是濕地和林地，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為135 188.59 元/hm2和59 641.50 元/hm2。除人造地表之外，裸地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最低。

表2 各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間自相關(guān)分析

為避免出現(xiàn)因土地利用類型圖斑之間面積不同而造成ESV 的計算數(shù)值差別較大的情況出現(xiàn)，需要對生態(tài)系統(tǒng)價值進行格網(wǎng)化。首先運用ArcGIS 軟件的漁網(wǎng)工具創(chuàng)建1 km×1 km 的漁網(wǎng)，共計7 366 個網(wǎng)格，后用相交工具與2020 年矢量化土地利用數(shù)據(jù)進行相交，計算相交后每個網(wǎng)格內(nèi)每塊圖斑面積。結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式，在字段計算器中編寫python 腳本代碼，計算每個圖斑的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，最后用融合工具統(tǒng)計每個網(wǎng)格中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。采用ArcGIS 中的空間自相關(guān)工具得到Moran’sI指數(shù)為0.48，P小于0.01，Z為79.54，因此2020 年廣州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表現(xiàn)出顯著的空間正向自相關(guān)。從圖1 可以看出，ESV 較高的區(qū)域主要分布于從化區(qū)北部林地一帶、花都區(qū)的濕地林地交織地帶和番禺區(qū)南沙區(qū)珠江入?？趨^(qū)域，表現(xiàn)為顯著的HH 集聚，也反映出濕地和水域的單位ESV 很高；LL 集聚主要分布在越秀區(qū)、天河區(qū)、白云區(qū)、黃埔區(qū)、花都區(qū)、海珠區(qū)、番禺區(qū)和荔灣區(qū)的城區(qū)，人口分布密集，人造地表面積比例很高，導致ESV 數(shù)值很低；LH 集聚零星分布在番禺區(qū)和南沙區(qū)。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分布（a）及其LISA 集聚圖（b）

3.3 敏感度分析

由圖2 可知，廣州市各土地利用類型價值系數(shù)的敏感度范圍在0~0.48，都小于1，表明結(jié)果具有有效性與可信度。其中，水域的敏感度最高，為0.48，即當水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加或減少1%時，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加或減少0.48%；林地的敏感度其次，為0.43；人造地表、濕地和裸地的價值系數(shù)幾乎不影響ESV，敏感度為0。

圖2 廣州市ESV 的敏感度

3.4 ESV 與社會經(jīng)濟間的矛盾分析

用人均GDP 與人均ESV 的比值來衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與社會經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展格局。由表3 可知，廣州市的人均ESV 為2 268.11 元，從化區(qū)的人均ESV 最高，遠超廣州市，為13 916.86 元，其次是增城區(qū)和花都區(qū)，人均ESV 分別為5 705.47 元和4 820.25元；越秀區(qū)、天河區(qū)、荔灣區(qū)的人均ESV 遠低于廣州市的ESV，分別為79.23、157.76、175.16 元。

表3 廣州市各區(qū)ESV 與GDP-ESV 指數(shù)

由表3 可知，廣州市的GDP-ESV 指數(shù)為72.07，增城區(qū)和從化區(qū)的GDP-ESV 指數(shù)分別為14.78 和4.27，遠低于廣州市整體的GDP-ESV 指數(shù)，表明這2 個區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間的沖突較小，該地區(qū)的林地、耕地較多，需要注意嚴守耕地紅線，防止耕地“非農(nóng)化”和“非糧化”，同時可以適當發(fā)展生態(tài)旅游經(jīng)濟，促進ESV 保值增值；越秀區(qū)和天河區(qū)的GDP-ESV 指數(shù)較高，分別為3 516.36和1 882.96，遠高于廣州市整體的GDP-ESV 指數(shù)，表明這2 個區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間的沖突較大，該地區(qū)人造地表逐年增高，占用耕地和林地建房的現(xiàn)狀較為嚴重，因此需進一步提升城市空間利用率，提高植被覆蓋率和水資源利用效率。

4 小結(jié)

本研究采用系數(shù)修正后的價值當量法探究廣州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布特征，并融合經(jīng)濟數(shù)據(jù)提出經(jīng)濟-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（GDP-ESV）指數(shù)來分析廣州市各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與社會經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展格局，主要結(jié)果如下。

1）廣州市主要土地利用類型為林地、耕地和人造地表，占比分別為36.18%、26.98%和26.49%；水域、草地、濕地和裸地的占比較小，占比分別為7.33%、2.98%、0.03%和0.01%；2020 年廣州市水域貢獻的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值整體最高，占整個廣州市的47.99%，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻最高的是水域，為326 430.05 元/hm2，其次是濕地和林地，分別為135 188.59 元/hm2和59 641.50 元/hm2。

2）2020 年廣州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值約為348億元，其中水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高；除人造地表之外，裸地、濕地和草地貢獻的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低。水域單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高，其次是濕地和林地，除人造地表之外，裸地單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最低。

3）2020 年廣州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表現(xiàn)出很強的空間正向自相關(guān)。ESV 較高的區(qū)域主要分布于從化區(qū)北部林地一帶、花都區(qū)的濕地林地交織地帶和南沙區(qū)珠江入?？趨^(qū)域，表現(xiàn)為顯著的HH 集聚，也反映出濕地和水域的單位ESV 很高。LL 集聚主要分布在越秀區(qū)、天河區(qū)、白云區(qū)、黃埔區(qū)、花都區(qū)、海珠區(qū)、番禺區(qū)和荔灣區(qū)的城區(qū)，人口分布密集，人造地表面積比例很高，導致ESV 很低。LH 集聚零星分布在番禺區(qū)和南沙區(qū)。

4）廣州市各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的敏感度范圍在0~0.48，都小于1，表明結(jié)果具有有效性與可信度。其中，水域的敏感度最高，為0.48，即當水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加或減少1%時，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加或減少0.48%；人造地表、濕地和裸地的價值系數(shù)幾乎不影響ESV，敏感度為0。

5）廣州市的人均ESV 為2 268.11 元，從化區(qū)的人均ESV 最高，遠超廣州市，為13 916.86 元，其次是增城區(qū)和花都區(qū)，人均ESV 分別為5 705.47 元和4 820.25 元；越秀區(qū)、天河區(qū)、荔灣區(qū)的人均ESV 遠低于廣州市，分別為79.23、157.76、175.16 元。廣州市的GDP-ESV 指數(shù)為72.07，增城區(qū)和從化區(qū)的GDP-ESV 指數(shù)分別為14.78 和4.27，遠低于廣州市整體的GDP-ESV 指數(shù)；越秀區(qū)和天河區(qū)的GDPESV 指數(shù)較高，分別為3 516.36 和1 882.96，遠高于廣州市整體的GDP-ESV 指數(shù)。增城區(qū)和從化區(qū)需要注意嚴守耕地紅線，防止耕地“非農(nóng)化”和“非糧化”，同時可以適當發(fā)展生態(tài)旅游經(jīng)濟，在發(fā)展自身經(jīng)濟的同時促進ESV 保值增值；越秀區(qū)和天河區(qū)需要進一步提升城市空間利用率，探索經(jīng)濟健康發(fā)展途徑，提高植被覆蓋率和水資源利用效率，促進生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量提升。其他區(qū)域需要在保障經(jīng)濟發(fā)展的同時提升生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量，促進ESV 與經(jīng)濟的良性協(xié)同發(fā)展。