高度城鎮(zhèn)化地區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值及其鎮(zhèn)域空間演變
——以蘇州為例

邵大偉

吳殿鳴*

高強度的人類生產、生活推動土地利用方式和覆被快速變化，導致生態(tài)系統(tǒng)的結構格局穩(wěn)定性和功能效益的發(fā)揮受到日益顯著的限制，乃至加劇退化。生態(tài)系統(tǒng)服務價值可對人類獲取生態(tài)系統(tǒng)服務能力與生態(tài)效益大小進行有效衡量和評價[1]，對土地利用方式及空間優(yōu)化具有重要指導價值。自Costanza等[2]提出全球生態(tài)服務功能價值的貨幣化評估以來，該方法得到生態(tài)、經濟、地理、風景園林及土地等相關學者的高度關注，應用十分廣泛，并在量化量測方法、變化規(guī)律、空間演化、影響機制和優(yōu)化調控方面形成大量成果[3-14]。國內外相關研究對生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空規(guī)律的關注是主要趨勢，時間更加側重長時序演變，空間則強調尺度分異及效應規(guī)律[15-19]。更加科學合理評估生態(tài)系統(tǒng)服務價值，影響其時空規(guī)律的社會經濟、政策等因素的作用效應及強度，根據(jù)評估結果如何構建生態(tài)安全格局，以及對某些特殊區(qū)域和空間單元的關注，將成為研究發(fā)展的重點和熱點[20-23]。研究已形成國家、區(qū)域、流域、省域和市域等豐富的尺度層級，也有學者將研究尺度深入到幾百米的柵格單元。然而，市縣以上大尺度側重宏觀生態(tài)基底評價，會將生態(tài)要素分布差異平均化，難以刻畫細部分異；幾百米的柵格則脫離了行政屬地管理，也會對大中型生態(tài)要素進行人為分割，尺度過大、過小均會對評價的客觀性、規(guī)劃落地的實際指導價值帶來影響。鎮(zhèn)域尺度單元受經濟發(fā)展、工業(yè)開發(fā)等影響較為敏感，生態(tài)要素保護靈活、易于調控，也是表征城鄉(xiāng)博弈、互動、協(xié)同的關鍵層級。受行政管轄調整變動活躍、數(shù)據(jù)獲取困難等限制，鎮(zhèn)域層級和尺度研究較為薄弱。僅有少量研究關注到某個鎮(zhèn)域空間，但只關注鎮(zhèn)域個體，缺乏對鎮(zhèn)域關系，尤其是空間關系的探究[24-25]。而且，就研究區(qū)域而言，更多關注生態(tài)資源豐富的湖區(qū)、流域或中西部地區(qū)[4，7-9，11，13]，對東部高度城鎮(zhèn)化地區(qū)關注相對較少。

蘇州位于當前世界上人口最為密集、城鎮(zhèn)化進程最快、人類活動最為劇烈的長三角核心地區(qū)[26-27]。蘇州城鎮(zhèn)化率在2017年底已達到78%，常住人口密度1 243人/km2，陸地人口密度更是早已突破2 000人/km2。作為城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的標桿，2018年蘇州全國百強鎮(zhèn)獨占19席，占江蘇入選數(shù)量的2/3。同時，蘇州河流、湖泊等水域面積占全市總面積的1/3以上①?！棒~米之鄉(xiāng)”蘇州的高密度、高度發(fā)達的城鎮(zhèn)分布與豐富的“山水林田湖草”資源要素相互交織，人地矛盾、經濟與生態(tài)環(huán)境沖突均較為突出?，F(xiàn)有針對蘇州生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究，以靜態(tài)或短時段動態(tài)、市域或縣域空間單元、林地或濕地等某類生態(tài)要素為主[28-30]，未深入至鎮(zhèn)域單元，更未考慮生態(tài)服務價值在單元之間的空間關系和相互影響。為此，在國家生態(tài)轉型、探索構建國土空間規(guī)劃體系的背景下，本研究聚焦高度城鎮(zhèn)化、自然生態(tài)環(huán)境優(yōu)越的蘇州鎮(zhèn)域尺度，選取城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，借助生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算、空間分析方法，旨在摸清國土自然資源的生態(tài)系統(tǒng)服務價值家底，探究其在鎮(zhèn)域空間的分異關系及演化規(guī)律，并提出規(guī)劃應對策略。以期為鎮(zhèn)域尺度國土空間等相關規(guī)劃提供科學依據(jù)和參照，豐富高度城鎮(zhèn)化地區(qū)規(guī)劃模式，保護區(qū)域生態(tài)資源，保障區(qū)域生態(tài)安全。

圖1 研究范圍及鎮(zhèn)域單元劃分

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

蘇州位于長江三角洲中部，在北緯30°47 ′～32°02′、東經119°55′～121°20′(圖1)，屬亞熱帶濕潤性季風海洋性氣候。2017年市區(qū)平均氣溫17.9℃，降水量1 224.6mm。蘇州地處以太湖為中心的淺碟形平原底部，地形以平原為主，全市地勢低平，一般高程為海拔3.5～5m。2017年末，蘇州全市總面積8 657.32km2，作為著名的江南水鄉(xiāng)，河流、湖泊、灘涂面積占全市土地面積的36.6%。蘇州高度關注生態(tài)環(huán)境建設，不斷協(xié)調高度的城鎮(zhèn)化、經濟水平與生態(tài)環(huán)境關系，充分發(fā)揮、提升生態(tài)系統(tǒng)服務價值，優(yōu)化人居環(huán)境。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1)遙感影像來源及處理。

城鄉(xiāng)用地及其覆被利用變化具有范圍廣、類型多、時間跨度大等突出特點，研究選用多時相Landsat TM/ETM遙感影像數(shù)據(jù)作為基礎數(shù)據(jù)來源，分辨率為30m。結合蘇州城鎮(zhèn)化進程，并充分考慮時間跨度的均衡性，確定時間節(jié)點為1995、2000、2005、2010和2015年5個年份。采用ArcGIS與易康(eCognition)結合，分析地物光譜特征和其他圖像特征，針對高度城鎮(zhèn)化地區(qū)地形破碎、地物復雜的特點，充分利用高程、坡度等地理輔助信息以有效提高分類精度。數(shù)據(jù)誤差控制在一個像元，TM影像糾正的方根誤差小于0.01，MSS影像糾正的方根誤差小于0.08。參考國內外現(xiàn)有的土地利用/土地覆蓋分類體系，以及遙感信息源的實際情況，進行影像的解譯和驗證，劃分為建設用地、耕地、林地、草地、濕地、水域和未利用地類型，進而得到各年份的相應數(shù)據(jù)。

2)研究單元。

2015年末，蘇州共有55個鎮(zhèn)和41個街道。城區(qū)開發(fā)建設較為成熟鎮(zhèn)域的生態(tài)用地較少，且變動不明顯，故將平江城區(qū)、金閶區(qū)城區(qū)、滄浪區(qū)城區(qū)的街道進行了合并，同時將太湖、長江作為單獨的一個自然空間單元，共計89個研究單元(圖1)。

1.3 研究方法

1)生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算。

Costanza等提出了生態(tài)系統(tǒng)服務價值的測算方法[22]，成為國內外相關研究的主要測算依據(jù)。通過查閱蘇州統(tǒng)計年鑒，2015年蘇州地區(qū)主要糧食作物晚秈稻平均糧食單產水平為9 049kg/hm2，全國最低收購價格為2.76元/kg，并根據(jù)謝高地等提出中國不同地區(qū)修正系數(shù)(1.74)修正蘇州生態(tài)系統(tǒng)服務價值，得出蘇州一個生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的經濟價值量為6 208.13元/(hm2·年)，獲得蘇州各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)(表1)。進而以此當量表和當量因子值為參照和基準進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算。其計算公式為：

ESV＝∑(Ak×VCk)

ESVf＝∑(Ak×VCfk)

式中，ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量；Ak是第k種土地利用類型的面積；VCk是第k種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)，元/hm2；ESVf是土地生態(tài)系統(tǒng)第f項服務價值；VCfk是第k種土地利用類型的第f項服務價值系數(shù)[9-10]。

2)空間自相關。

地理現(xiàn)象由于受空間相互作用和空間擴散的影響，彼此之間往往存在密切的空間依賴性。由山水林田湖草自然要素、行政單元、人類生產生活等決定的生態(tài)系統(tǒng)服務價值便是一種典型的人地關系，這一地理現(xiàn)象必然存在空間相互作用的特征和規(guī)律。量測該作用最為經典和有效的方法是空間自相關指數(shù)，主要包括全局自相關(Moran'sI)和局部自相關(Getis-Ord GeneralG)2種描述方式[4，7-8，13]。

2 結果分析

2.1 土地利用變化

基于遙感解譯數(shù)據(jù)及分類體系，分析不同類型用地的規(guī)模結構變化情況。除建設用地外，用地總面積呈現(xiàn)出持續(xù)減少的趨勢，1995—2015年共減少1 464.79km2，比1995年減少19%。其中，減少最多的時段為2005—2010年，減少810.39km2；2010—2015年減少最小，僅為111.44km2。

就不同用地類型而言，耕地、濕地、林地、草地明顯減少，耕地銳減36.93%，水域和未利用地均有一定程度增加，比例分別為10.13%和7.74%。

表1 蘇州各類土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)[單位：元/(hm2·年)]

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值時序變化

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值整體時序變化

1995—2015年蘇州總生態(tài)系統(tǒng)服務價值相對穩(wěn)定，整體呈現(xiàn)出小幅下降趨勢(表2)，共減少11.71億元，比1995年減少了1.09%。除2005—2010年生態(tài)系統(tǒng)服務價值有所波動外，受水域面積大幅增加帶動增長，其他3個時段均有一定幅度下降，減少幅度分別為0.22%、0.74%和0.44%。

蘇州生態(tài)系統(tǒng)服務價值的結構構成發(fā)生一定變化，主要體現(xiàn)在水域生態(tài)系統(tǒng)服務價值由77%增長到84%，耕地比例減少6%、林地減少1%，濕地、草地、未利用地保持了穩(wěn)定，未發(fā)生明顯占比變化。

2.2.2 單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值時序變化

1995—2015年蘇州土地單項生態(tài)服務系統(tǒng)中，占比大小依次為水源涵養(yǎng)、廢物處理、娛樂休閑、生物多樣性保護、土壤形成與保護、氣候調節(jié)、食物生產、氣體交換和原材料價值(表2)。其中，水源涵養(yǎng)、廢物處理居于優(yōu)勢控制地位，共計占比在20%～30%。就服務價值大類而言，蘇州地區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)主要發(fā)揮生態(tài)調節(jié)和支持服務功能，兩者占總價值的比例分別約為80%和10%，文化服務、供給服務十分有限，占比分別約為8%和3%，供給功能退化尤為嚴重。

就各項生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化趨勢來看，水源涵養(yǎng)、廢物處理、娛樂休閑服務價值呈現(xiàn)出增長的趨勢，其他各項各時段基本均為下降態(tài)勢。娛樂休閑、水源涵養(yǎng)、廢物處理價值增長幅度依次為6.86%、5.42%、1.97%，娛樂休閑價值增長幅度最大，三者增長時段主要集中在1995—2010年，2005—2010年增長最多，2010—2015年均有不同程度的小幅減少，2000—2005年廢物處理價值也有一定減少。其他單項服務價值均呈現(xiàn)持續(xù)減少趨勢，減少比例由大到小依次為食物生產、土壤形成與保護、氣體交換、氣候調節(jié)、原材料、生物多樣性保護。食物生產、土壤形成與保護、氣體交換服務價值減少為1995年的2/3，降幅形勢較為嚴峻；氣候調節(jié)和原材料價值減少了20%左右；生物多樣性保護價值減少較小，為6.06%。2005—2010年減少最多，與耕地面積減少強度最高時段同步。

2.3 鎮(zhèn)域單元生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間演化特征

為避免空間分析的失真現(xiàn)象，本部分以單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值(萬元/hm2)為屬性進行分析，側重于考察單元內的整體生態(tài)服務能力和價值。

2.3.1 全局自相關變化

1995—2015年MoranI指數(shù)分別為0.472 2、0.539 9、0.496 1、0.364 3和0.459 3，在1%水平全部達到了極顯著，生態(tài)系統(tǒng)服務價值在鎮(zhèn)域空間存在較為明顯的空間自相關特征，高值區(qū)域和低值區(qū)域具有特定的空間集聚區(qū)，存在一定的馬賽克化交錯分布特征。自相關指數(shù)值先增大后減小，后又有所增長，表明其集聚程度先增強后減弱。2015年生態(tài)系統(tǒng)服務能力相近的區(qū)域漸趨集中，表明生態(tài)系統(tǒng)服務價值分布的極化現(xiàn)象在加劇，其損耗在空間中表現(xiàn)出加劇、集聚蔓延的態(tài)勢，該趨勢不穩(wěn)定，但在趨于加強。

表2 1995—2015年蘇州單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值及變化比例

2.3.2 冷/熱點區(qū)分布與演化

利用Gi＊指數(shù)進一步分解全局自相關規(guī)律，得到鎮(zhèn)域空間生態(tài)系統(tǒng)服務價值的局部熱點集聚區(qū)，并利用Jenks自然斷點法將其標準化Z值劃分成5個等級，指數(shù)值由低到高依次為生態(tài)系統(tǒng)服務價值的貧瘠區(qū)、退化區(qū)、過渡區(qū)、保育區(qū)及核心區(qū)，生成各時段熱點分布空間格局圖(圖2)，分析其空間特征和演變規(guī)律。

1)空間結構衰退較為顯著。

5個時段表現(xiàn)出較為明顯的空間分異和冷熱點集聚特征，就空間規(guī)律及其變化而言，可以分為1995—2000、2005—2015年2個階段。2000年前后蘇州鎮(zhèn)域單元生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間結構發(fā)生較大轉變，2000年之前以核心區(qū)、保育區(qū)、過渡區(qū)為主，約占總單元數(shù)量的60%，核心區(qū)和保育區(qū)占40%左右；2005年后，核心區(qū)、保育區(qū)迅速衰退，僅約占單元總數(shù)的1/4，過渡區(qū)、衰退區(qū)快速擴展，2005、2010、2015年的單元數(shù)量分別達到49、50、51個，2類區(qū)域占總數(shù)量的60%左右，貧瘠區(qū)相對較為穩(wěn)定。

2)空間格局形態(tài)基本穩(wěn)定。

蘇州生態(tài)系統(tǒng)服務價值的局域空間格局相對穩(wěn)定，形成生態(tài)系統(tǒng)服務價值高值區(qū)域“一環(huán)一帶”、低值區(qū)域“一核兩區(qū)”的整體格局。一環(huán)主要是指環(huán)蘇州中心城區(qū)，重點是古城區(qū)的大片鎮(zhèn)域空間單元，包括太湖、吳江、常熟等區(qū)域；一帶即為長江沿線，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值密度較高，為核心區(qū)和保育區(qū)。一核是貧瘠區(qū)，包括姑蘇區(qū)、高新區(qū)、工業(yè)園區(qū)開發(fā)建設較為成熟的鎮(zhèn)域；兩區(qū)是退化區(qū)，主要是沿江的張家港、太倉和昆山的主要鎮(zhèn)域。

1995—2000年生態(tài)系統(tǒng)服務價值相對較好，核心區(qū)、保育區(qū)單元較多；2005—2015年整體格局框架基本穩(wěn)定，但局部退化較為顯著。圍繞蘇州中心城區(qū)的生態(tài)核心區(qū)、保育區(qū)逐漸消退，轉變?yōu)橥嘶瘏^(qū)、過渡區(qū)，環(huán)狀格局在主城區(qū)東部的婁葑鎮(zhèn)、勝浦鎮(zhèn)逐漸被打斷。兩區(qū)基本保持穩(wěn)定，在兩區(qū)中間的梅李鎮(zhèn)、碧溪鎮(zhèn)、古里鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值相對有所好轉，打斷了集中連片的2個區(qū)域。

3)快速衰退鎮(zhèn)域主要集中在“中心城區(qū)-昆山”沿線。

利用1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務價值密度的變化量為屬性值，進一步分析生態(tài)系統(tǒng)服務價值增減變化的集聚熱點。高損失區(qū)域主要集中在工業(yè)園區(qū)東西兩側，包括蘇州中心城區(qū)及其北側地區(qū)，以及昆山至上海沿線；另一塊區(qū)域零散分布于沿江地區(qū)，主要是璜涇鎮(zhèn)和瀏河鎮(zhèn)。前者是城市擴張占用大量農田；后者不僅受城鎮(zhèn)建設開發(fā)沖擊，工業(yè)用地開發(fā)、承接上海產業(yè)轉移也是重要影響因素。太湖周邊整體較為穩(wěn)定，而在中部的陽澄湖及南部淀山湖、澄湖所在鎮(zhèn)域單元則表現(xiàn)出較為明顯的增長趨勢，得益于持續(xù)推進的退耕還湖工程，“大閘蟹經濟”帶動下的魚塘水面開挖也是其重要的原因。

3 分區(qū)分類管控對策

隨著蘇州城鄉(xiāng)建設空間的快速蔓延，其生態(tài)系統(tǒng)服務價值也呈現(xiàn)出一定的衰退態(tài)勢，鎮(zhèn)域單元生態(tài)系統(tǒng)服務價值高值和低值區(qū)域的分化不斷強化，較高區(qū)域也在快速退化，這種趨勢表現(xiàn)出時段、空間的分異規(guī)律。主要采取對策如下。

1)高壓管控核心區(qū)和保育區(qū)。核心區(qū)和保育區(qū)對應了水鄉(xiāng)蘇州的主要水域空間，并包括圍繞、鑲嵌于水域空間的大量耕地和林地。水域是蘇州最主要、最核心的生態(tài)服務要素類型，針對其2000年后的衰退趨勢，相關鎮(zhèn)區(qū)應在藍線劃定基礎上，強化主要湖泊、河流、長江岸線及其周邊生態(tài)緩沖區(qū)域的管控，在所劃定生態(tài)紅線基礎上，適度增擴、畫大生態(tài)緩沖地帶，并強化立法管控與監(jiān)管。

2)積極推動過渡區(qū)生態(tài)恢復。過渡區(qū)多為市區(qū)或各縣域單元城區(qū)的邊緣鎮(zhèn)域，又與生態(tài)系統(tǒng)服務價值較高的區(qū)域鄰接，承擔了整體生態(tài)緩沖的作用。其城鎮(zhèn)化、工業(yè)化多屬于自發(fā)式或跳躍式，應扎緊籬笆，加緊低效用地、閑置用地的生態(tài)恢復，落實集約節(jié)約、緊湊化的發(fā)展模式，適度收縮發(fā)展。進一步依托各自山水資源、特色農產品、歷史文化、創(chuàng)意產業(yè)，向生態(tài)型、環(huán)境友好型田園鄉(xiāng)村、鎮(zhèn)區(qū)快速轉型。

3)適度限制衰退區(qū)非生態(tài)功能。衰退區(qū)多為城郊鎮(zhèn)，生態(tài)、生產性用地相對較多，最容易產生生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失現(xiàn)象，是生態(tài)空間保護的關鍵脆弱區(qū)域。針對衰退區(qū)的小幅增加，應適度限制其非生態(tài)功能的植入，重點防控房地產項目、高利潤工業(yè)項目，在建設開發(fā)范圍內積極配置生態(tài)公園、郊野綠地、生態(tài)廊道，劃定鎮(zhèn)域建設開發(fā)的增長邊界。將其作為生態(tài)的“墊腳石”，構建城市內部人工化生態(tài)空間與外部自然生態(tài)“源地”的多層、復合網絡。

4)大力開展貧瘠區(qū)生態(tài)挖潛。貧瘠區(qū)主要為中心城區(qū)人口、建筑、基礎設施等密集分布區(qū)域。針對其可優(yōu)化空間相對較小的特點，應積極開展生態(tài)挖潛，借助產業(yè)升級、用地改造、布局優(yōu)化等方式適度增加透水性、綠植性用地形式，積極拓展綠色空間和藍色空間。與此同時，大力開展生態(tài)修復，將土壤、水質等品質較低的區(qū)域進行修復，加強對人居環(huán)境的無害化處理，促進生態(tài)系統(tǒng)服務價值的正常化發(fā)揮。進一步借助挖潛和修復，強化與內外部生態(tài)空間的網絡化關聯(lián)，提升生態(tài)效能。

圖2 1995—2015年鎮(zhèn)域單元生態(tài)系統(tǒng)服務價值密度及變化的熱點演化格局

4 結論與討論

本文揭示了高度城鎮(zhèn)化地區(qū)蘇州的生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空演化規(guī)律，并提出分類管控對策。主要結論如下。

1)生態(tài)用地持續(xù)減少，水域面積、優(yōu)勢地位不斷提升。研究周期內生態(tài)用地總面積減少約1/5，其中耕地減少為1995年的2/3，是導致生態(tài)用地減少的根源；水域、未利用地均有一定程度的增長趨勢。在用地結構中，水域具有絕對控制優(yōu)勢，由77%增長到84%，耕地減少6%，其他基本穩(wěn)定。

2)生態(tài)系統(tǒng)服務價值穩(wěn)中有降，功能集中，單一化趨勢加強。生態(tài)服務總價值整體減少，但損耗僅約為1995年總價值的1%。單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值較為集中，主要為水源涵養(yǎng)和廢物處理，兩者約占總價值的80%，且有增長趨勢，生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱。除氣候調節(jié)、娛樂休閑價值也具有一定增長外，其他各項基本表現(xiàn)為持續(xù)減少的趨勢。

3)鎮(zhèn)域空間極化趨勢強烈，價值較高區(qū)域格局退化明顯。鎮(zhèn)域空間單元生態(tài)系統(tǒng)服務價值存在較為顯著的空間自相關現(xiàn)象，研究周期內指數(shù)值不斷增大，整體集聚趨勢不斷加強；局部空間形成高值區(qū)域“一環(huán)一帶”、低值區(qū)域 “一核兩區(qū)”的整體格局，期間相對穩(wěn)定。中心城區(qū)周邊至昆山沿線區(qū)域的鎮(zhèn)域單元生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失、退化最為嚴重，陽澄湖周邊鎮(zhèn)域提升較為明顯。

注：文中圖片均由作者繪制。

注釋：

① 來源：相關數(shù)據(jù)來自《蘇州統(tǒng)計年鑒2018》《中國縣域經濟發(fā)展報告(2018)》《2017全國綜合實力千強鎮(zhèn)》。