黃蕊, 張連明, 羅凱

(1.中共西安市委黨校,陜西 西安 710054; 2.四川大學(xué) 水電學(xué)院,四川 成都 610065;3.黃河水利委員會 上游水文水資源局,甘肅 蘭州 730030)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)提供給人類以支撐其生存和發(fā)展的各種產(chǎn)品和惠益[1],其價(jià)值量評估可作為生態(tài)保護(hù)、生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)資源可持續(xù)利用的重要依據(jù)[2-3]。然而,在快速城市化和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展背景下,頻繁的人類活動已顯著影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力[4-5],據(jù)“千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”評估結(jié)果顯示:人類活動的干擾是全球60%生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈現(xiàn)下降趨勢的主要原因[1],這種趨勢毋庸置疑會降低人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的滿足程度。因此,迫切需要分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系,并進(jìn)一步揭示其與人類活動之間的協(xié)調(diào)狀態(tài),這對于了解并付諸行動以改善當(dāng)前供需的不匹配,實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需與人類活動相協(xié)調(diào)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著生態(tài)問題的日益突出,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估得到了越來越多學(xué)者的廣泛關(guān)注,研究成果豐碩,主要包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念[2-3,6]、量化方法[3,6-8]、時(shí)空動態(tài)及驅(qū)動機(jī)制[9-10]、協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系及其相互作用機(jī)制[11]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流以及供需匹配狀況和驅(qū)動機(jī)制[12-15]等。與此同時(shí),隨著人類活動對生態(tài)系統(tǒng)干擾強(qiáng)度的增加,如何實(shí)現(xiàn)人類與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展也開始受到了相關(guān)學(xué)者的關(guān)注,如:劉永婷等[16]采用四象限模型解析了安徽省南部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動之間的關(guān)聯(lián)性,并從自然-社會方面探索了導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異的驅(qū)動機(jī)制;李理等[17]采用空間自相關(guān)模型探討了淇河流域2000—2015年人類活動與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間相互作用,認(rèn)為淇河流域人類活動強(qiáng)度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的空間相關(guān)性正在由正相關(guān)轉(zhuǎn)向負(fù)相關(guān)?？傮w來說,現(xiàn)有研究豐富了可持續(xù)發(fā)展策略制定和實(shí)施的科學(xué)依據(jù)。然而,由于眾多非線性因素的影響,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的分析仍然是生態(tài)管理領(lǐng)域內(nèi)亟需解決的難題。而且,當(dāng)前研究多集中在人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響方面,關(guān)于兩者耦合協(xié)調(diào)關(guān)系的研究仍存有一定的不足,尤其是在黃河流域。

基于此,本研究以黃河沿線市域?yàn)檠芯繀^(qū),根據(jù)1990—2018年的多源數(shù)據(jù),通過修正的當(dāng)量因子法,分別量化和分析近30年來黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求情況及供需關(guān)系,并結(jié)合人類活動強(qiáng)度的量化結(jié)果,采用耦合協(xié)調(diào)度模型分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系,以期明確黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需狀況,為協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)和人類活動提供科學(xué)支撐。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河位于我國中北部地區(qū),流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南和山東9個(gè)省(自治區(qū)),自西向東跨越青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原、華北平原。黃河流域是我國重要的生態(tài)安全屏障,同時(shí)也是我國重要的能源煤炭基地和重工業(yè)基地[18]。黃河流域石油、天然氣、煤炭和有色金屬等資源豐富,長期以資源消耗型為主的發(fā)展方式對該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力,人類發(fā)展需求與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾突出[19-20]?？紤]到黃河流域省級數(shù)據(jù)精度低,而縣級數(shù)據(jù)缺失較多,根據(jù)綜合研究區(qū)的典型性和數(shù)據(jù)的可獲得性因素,選取了黃河沿線市域?yàn)檠芯繉ο箝_展相關(guān)研究,研究范圍如圖1所示。黃河沿線市域地勢西高東低,海拔范圍在-64 m和6 819 m之間。研究區(qū)土地利用類型主要以草地和未利用土地為主。以2018年為例,耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地的面積占比分別為16.56%、8.32%、41.21%、2.60%、2.88%、28.42%,其中,研究區(qū)東部地區(qū)主要以耕地為主,中部地區(qū)以未利用地、林地和草地為主,西部地區(qū)則主要以草地為主。

圖1 研究區(qū)示意

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、植被凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)數(shù)據(jù)等。研究區(qū)1990年、2000年、2010年和2018年的土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站,空間分辨率為100 m,包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地六大類。研究區(qū)糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括糧食產(chǎn)量、糧食價(jià)格和種植面積等,來源于《中國糧食和物資儲備年鑒》。經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要包括國內(nèi)生產(chǎn)總值和人口等,來源于研究區(qū)相關(guān)省份的《統(tǒng)計(jì)年鑒》。NPP數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心共享服務(wù)平臺,空間分辨率為500 m,用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的修正。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量化

“千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估”將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)劃分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)四大類[1]。在此基礎(chǔ)上,謝高地等[2,7]根據(jù)我國實(shí)際情況并結(jié)合200多名中國生態(tài)學(xué)專家的問卷調(diào)查,將這4個(gè)一級類型服務(wù)進(jìn)一步劃分為9個(gè)二級類型服務(wù),即供給服務(wù)(食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)),調(diào)節(jié)服務(wù)(氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理),支持服務(wù)(保持土壤、維持生物多樣性),文化服務(wù)(提供美學(xué)景觀),并獲取了適合中國尺度上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子,得到了國內(nèi)學(xué)者的廣泛認(rèn)可。因此,本研究采用謝高地等[2,7]提出的方法對黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給進(jìn)行量化。計(jì)算過程如下:

1) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn),1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為當(dāng)年全國平均糧食單產(chǎn)市場價(jià)值的1/7[7,10,21]。因此,根據(jù)國家公布的研究區(qū)糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù),采用式(1)計(jì)算黃河沿線市域1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

(1)

式中:E為1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值;tf為f類糧食作物單產(chǎn);pf為f類糧食作物的平均價(jià)格;sf為f類糧食作物種植面積;f為糧食作物種類;S為糧食作物種植總面積。

2) 量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積的價(jià)值系數(shù)。謝高地等[2,7]提供的當(dāng)量因子更適合于中國尺度,因此在前人研究[2,22]的基礎(chǔ)上,本研究采用式(2)對當(dāng)量因子進(jìn)行本地化修正,進(jìn)而采用式(3)計(jì)算黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積的價(jià)值系數(shù)。

(2)

VCik=EQikF。

(3)

式中:VCik為修正后的k類用地供給的第i項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積的價(jià)值系數(shù);Qik為k類用地供給的第i項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的當(dāng)量因子;F為修正系數(shù);NPPs、NPPc分別為研究區(qū)和全國的NPP。

3) 量化單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和總價(jià)值。分別采用式(4)和式(5)對各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和總價(jià)值進(jìn)行量化。計(jì)算公式如下:

(4)

(5)

式中:ESVi、ESV分別為第i項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值;Rk為k類用地的面積。

4) 量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給?？紤]到黃河沿線市域行政區(qū)劃面積大小的差異,為保證各市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給結(jié)果之間具有可比性,采用各地平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值反映研究區(qū)各市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力。公式如下:

Sj=ESVj/Aj。

(6)

式中:Sj為市域j的年均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,即表示市域j的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給;Aj為市域j的行政區(qū)劃面積。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量化

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指的是人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)需求和偏好。彭建等[13]提出采用人口密度、經(jīng)濟(jì)密度和土地利用開發(fā)程度三個(gè)指標(biāo)來量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的方法,被國內(nèi)學(xué)者廣泛認(rèn)可并應(yīng)用到相關(guān)研究中[14,23]。因此,本研究采用彭建等[13]提出的方法來量化黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,計(jì)算公式如下:

Dj=lgxj1·lgxj2·xj3。

(7)

式中:Dj為市域j的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求;xj1為市域j的人口密度;xj2為市域j的經(jīng)濟(jì)密度;xj3為市域j的土地利用開發(fā)程度。

1.3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系

在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求量化結(jié)果的基礎(chǔ)上,采用Z-Score方法對黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,進(jìn)而結(jié)合四象限模型[16,24],以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給為橫軸,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求為縱軸,構(gòu)建出四個(gè)象限,即象限Ⅰ、象限Ⅱ、象限Ⅲ和象限Ⅳ,依次代表高供給-高需求、低供給-高需求、低供給-低需求、高供給-低需求[4]。Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化方法公式如下:

(8)

(9)

(10)

1.3.4 人類活動強(qiáng)度量化

參考徐勇等[25]提出的建設(shè)用地當(dāng)量模型和土地利用類型的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù),采用式(11)計(jì)算黃河沿線市域人類活動強(qiáng)度。

(11)

式中:HAIj為市域j的人類活動強(qiáng)度,HAIj越大,表示人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的作用程度越大,反之則越小;Rk為k類用地的面積;CIk為k類用地的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù),耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)分別為0.200、0.000、0.067、0.600、1.000和0.000[25-26];Aj為市域j的行政區(qū)劃面積。

1.3.5 耦合協(xié)調(diào)關(guān)系量化

本研究引入耦合協(xié)調(diào)度模型來分析黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類活動強(qiáng)度之間的協(xié)調(diào)程度。模型式如下[27]:

(12)

(13)

Tj=αSjorDj+βHAIj。

(14)

式中:CCDj為市域j的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度,值為[0,1],CCDj越大表明兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展水平越高,反之則越低;Cj為市域j的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合度;SjorDj、HAIj分別為標(biāo)準(zhǔn)化后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或需求與人類活動強(qiáng)度,采用Min-Max標(biāo)準(zhǔn)化方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[15,28];Tj為生態(tài)系服務(wù)供給或需求與人類活動在市域j的綜合評價(jià)指數(shù);α、β分別表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給或需求與人類活動強(qiáng)度對系統(tǒng)的整體貢獻(xiàn)水平,取α=β=0.5[29]。結(jié)合前人研究[15,29],采用等間距分隔法將耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果劃分為表1所示的5種類型。

表1 耦合協(xié)調(diào)度類型和階段劃分

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的時(shí)空特征

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給

表2顯示了1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其變化的計(jì)算結(jié)果,可以看出,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值在1990—2018年呈現(xiàn)先減少后增加的變化特征。首先,由1990年的13 421.11億元減少至2000年的13 354.73億元,減少了66.38億元;隨后呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢,至2018年達(dá)到13 505.41億元,增加了150.68億元。整體上,1990—2018年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加了84.30億元。從9個(gè)二級類型服務(wù)的價(jià)值計(jì)算結(jié)果來看,大多數(shù)服務(wù)的價(jià)值變化特征與總價(jià)值的變化特征一致,即在2000年之前呈現(xiàn)減少趨勢,而在2000年之后出現(xiàn)逆轉(zhuǎn),呈現(xiàn)出增加趨勢。從4個(gè)一級類型服務(wù)的價(jià)值計(jì)算結(jié)果來看,所有的4類服務(wù)均呈現(xiàn)先減少后增加的變化趨勢。其中,調(diào)節(jié)服務(wù)在總價(jià)值中的占比最大,研究期內(nèi)占比均在53%以上;其次,是支持服務(wù),歷年的價(jià)值占比在31%左右;文化服務(wù)的價(jià)值占比最小,在7%左右。以上說明調(diào)節(jié)服務(wù)在黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持過程中具有舉足輕重的地位。1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值及供給的空間格局如圖2所示。

表2 1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及變化量 ×108元

圖2 1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及供給的空間格局

由圖2可知,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給在空間分布上均存在著明顯的空間異質(zhì)性。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的空間格局上來看,1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的空間變化特征類似,低值區(qū)主要集中在研究區(qū)東部的山東省和河南省,在研究區(qū)中部一些面積較小的市域也有分布,而高值區(qū)則主要位于研究區(qū)的西部和北部。這種空間分布格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的量化方法有關(guān)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是在各種土地利用類型面積的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的,面積大的市域往往會擁有較大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值。這種空間格局還與研究區(qū)各市域的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度有關(guān),如河南省和山東省的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平相對較高。城市化快速推進(jìn)過程中,建設(shè)用地大規(guī)模擴(kuò)張而擠壓具有較高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)用地,導(dǎo)致這些地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值相對較低。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給來看,其空間分布特征與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值相比發(fā)生了顯著的變化,這與市域內(nèi)土地利用類型的結(jié)構(gòu)有關(guān),生態(tài)用地占比較高的市域往往擁有較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給,如延安市;相反,在生態(tài)用地占比較低的市域,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給較少,如未利用土地廣泛分布的阿拉善盟。

2.1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求

根據(jù)式(7)得到了1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的空間格局,如圖3所示。

圖3 1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的空間格局

由圖3可以發(fā)現(xiàn),研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求分布的空間分異性特征明顯,在研究期內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求大致呈現(xiàn)出東高西低的空間分布特征。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的高值區(qū)主要位于研究區(qū)東部的山東省和河南省,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的低值區(qū)分布較為廣泛,在研究區(qū)的中西部地區(qū)成大面積連片分布。從黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的時(shí)間變化上來看,通過對比4個(gè)年份的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求可以發(fā)現(xiàn),研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求呈現(xiàn)增加趨勢。具體來說,在早期,即1990—2000年,黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的變化不明顯。而在2000年之后,研究區(qū)東部山東省和河南省的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求增加明顯,這可能與研究區(qū)東部地區(qū)新世紀(jì)以來快速的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展速度有關(guān),2000年以后東部地區(qū)人口的顯著增加和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,導(dǎo)致這些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求顯著增加。

2.1.3 供需關(guān)系

結(jié)合1.3.3節(jié)提供的方法對1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求進(jìn)行象限劃分,結(jié)果如圖4所示,歷年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的空間格局比較類似。整體來說,研究區(qū)屬于高供給-高需求,即分布在象限I的市域數(shù)量非常少,絕大多數(shù)市域都分布在象限Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中,即屬于低供給-高需求、低供給-低需求、高供給-低需求。具體來說,低供給-高需求的市域主要位于研究區(qū)的東部地區(qū),這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展速度快,建設(shè)用地大規(guī)模擴(kuò)張嚴(yán)重?cái)D壓生態(tài)空間,進(jìn)而導(dǎo)致了較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和較低的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。低供給-低需求的市域主要分布在研究區(qū)的中部地區(qū),主要包括陜甘寧蒙交界處的市域,這些地區(qū)生態(tài)資源貧乏,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力較差,再加上人口密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求也較低。高供給-低需求的市域主要分布在屬于低供給-低需求市域的兩側(cè),這些地區(qū)生態(tài)資源相對豐富,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力相對較高,但經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平仍有較大提升空間,生態(tài)需求相對較低。

圖4 1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的空間格局

2.2 人類活動強(qiáng)度的時(shí)空特征

表3統(tǒng)計(jì)了1990—2018年黃河沿線市域人類活動強(qiáng)度和土地利用面積占比情況。

由表3可知,研究區(qū)人類活動強(qiáng)度在1990—2018年呈現(xiàn)增加趨勢,由1990年的9.33%持續(xù)增加至2018年的10.52%,其中在2000年之后人類活動強(qiáng)度的增加幅度最大,尤其是在2000—2010年,增加了0.65%。究其原因可能與這一時(shí)期建設(shè)用地的大幅增加有關(guān)(面積占比由2000年的1.87%顯著增加至2010年的2.52%),此外水域的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)也較大,為0.6,其面積的增加也對這一時(shí)期人類活動強(qiáng)度的變化具有重要貢獻(xiàn)。

基于ArcGIS軟件制作的1990—2018年黃河沿線市域人類活動強(qiáng)度的空間格局如圖5所示。

圖5 1990—2018年黃河沿線市域人類活動強(qiáng)度的空間格局

各市域的人類活動強(qiáng)度在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)差異顯著,東部地區(qū)的人類活動強(qiáng)度明顯高于其他地區(qū),這與東部地區(qū)建設(shè)用地占比明顯高于其他地區(qū)密切相關(guān)。從人類活動強(qiáng)度空間分布的變化來看,隨著時(shí)間的推移,人類活動強(qiáng)度的顯著增加主要位于研究區(qū)的東部地區(qū),且同樣在2000—2010年增加最為顯著,說明這一時(shí)期東部地區(qū)建設(shè)用地等當(dāng)量折算系數(shù)較大的用地類型顯著增加。相反,研究區(qū)其他地區(qū)市域的人類活動強(qiáng)度隨時(shí)間并沒有表現(xiàn)出可觀察到的變化,這與這些地區(qū)擁有較大建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)的用地類型(如建設(shè)用地、水體等)的變化速度較慢有關(guān)。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需與人類活動強(qiáng)度

為了探究黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求與人類活動強(qiáng)度的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài),計(jì)算了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需與人類活動強(qiáng)度的耦合協(xié)調(diào)度以進(jìn)行系統(tǒng)分析,如圖6所示。

圖6 1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需與人類活動強(qiáng)度的耦合協(xié)調(diào)度

從圖6可知,研究區(qū)1990—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度均呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢,在2000—2010年處于急劇下降階段,隨后顯著上升。其中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度在研究期末與研究期初基本持平,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度在整個(gè)研究期內(nèi)有所降低。整體來說,歷年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度明顯高于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度,說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平要顯著好于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求。

圖7顯示了1990—2018年研究區(qū)各市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求與人類活動強(qiáng)度的耦合協(xié)調(diào)度類型的空間格局。

從圖7可以看出,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度類型的空間異質(zhì)性要明顯小于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度類型。具體來說,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度類型主要有3種,即勉強(qiáng)協(xié)調(diào)、基本協(xié)調(diào)和高度協(xié)調(diào),且大部分市域處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)階段和基本協(xié)調(diào)階段。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度涵蓋了全部的5個(gè)類型,大致呈現(xiàn)出自東向西耦合協(xié)調(diào)類型依次降低的空間變化特征,其中處于高度協(xié)調(diào)階段的市域主要位于山東省和河南省,處于基本協(xié)調(diào)階段的市域較少。

3 結(jié)論

1)1990—2018年,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈現(xiàn)先減少后增加的變化特征,總體增加了84.30億元,其中以調(diào)節(jié)服務(wù)對總價(jià)值的貢獻(xiàn)最大;由于研究區(qū)各市域土地利用類型結(jié)構(gòu)的差異,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給在分布上存在著明顯的空間異質(zhì)性。1990—2018年,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求呈現(xiàn)增加趨勢,2000年之后,研究區(qū)東部山東省和河南省的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求增加明顯。

2)研究區(qū)絕大多數(shù)市域都屬于低供給-高需求、低供給-低需求和高供給-低需求類型,其中低供給-高需求的市域主要位于研究區(qū)的東部地區(qū),低供給-低需求的市域主要分布在研究區(qū)的中部地區(qū),而高供給-低需求的市域分布在屬于低供給-低需求市域的兩側(cè)。

3)1990—2018年,研究區(qū)人類活動強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢,由1990年的9.33%持續(xù)增加至2018年的10.52%,其中在2000—2010年增加幅度最大,且在空間上以研究區(qū)東部地區(qū)市域的人類活動強(qiáng)度增加最為顯著。

4)1990—2018年,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度均呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢,歷年以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度最高;從空間分布上來看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度類型只有勉強(qiáng)協(xié)調(diào)、基本協(xié)調(diào)和高度協(xié)調(diào)3種,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)度空間異質(zhì)性更加顯著,涵蓋了全部的5個(gè)階段,呈現(xiàn)出由東向西依次降低的空間變化特征。

盡管本研究分析了1990—2018年黃河沿線市域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求及人類活動強(qiáng)度的時(shí)空變化特征,并進(jìn)一步揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需關(guān)系及其與人類活動強(qiáng)度之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系,但仍存在以下不足,需要在今后的研究中加以改進(jìn):

1)在方法上,本研究在采用既有方法量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí),與其他研究類似,仍將建設(shè)用地的價(jià)值當(dāng)量賦值為0,這一點(diǎn)可能與實(shí)際不符,需要在今后的研究中進(jìn)一步探討建設(shè)用地的價(jià)值當(dāng)量值。

2)本研究對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的關(guān)系匹配時(shí),是基于一種半定量的手段進(jìn)行的,得到的供需關(guān)系結(jié)果也是一個(gè)相對值。而每種服務(wù)的實(shí)際供給量和需求量還是未知的,實(shí)際的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)盈余量或虧缺量也不得而知,引入生物物理模型去進(jìn)一步量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需實(shí)際情況需要在未來的研究中給予重視。

3)在研究內(nèi)容上,本研究僅揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系及其與人類活動強(qiáng)度之間的時(shí)空耦合協(xié)調(diào)關(guān)系,而影響這些關(guān)系的驅(qū)動機(jī)制需要在今后進(jìn)一步探索,這對于決策者采取行動以解決當(dāng)前的供需矛盾、實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動協(xié)調(diào)發(fā)展來說可能更有吸引力。