長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空演變特征分析

陳萬旭,趙雪蓮,鐘明星,李江風(fēng),曾 杰

1 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地理與信息工程學(xué)院,武漢 430078 2 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)空間規(guī)劃與人地系統(tǒng)模擬研究中心,武漢 437008 3 北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875 4 信陽師范學(xué)院旅游學(xué)院,信陽 464000 5 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)公共管理學(xué)院,武漢 430074

日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題引發(fā)了人類對(duì)健康問題與生態(tài)問題的深入思考,健康的概念逐漸從人類轉(zhuǎn)移到生態(tài)系統(tǒng)上[1]。可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、生態(tài)文明建設(shè)以及“One Health”理念的提出表明人類對(duì)人地關(guān)系認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化[2]。生態(tài)系統(tǒng)健康概念的提出擴(kuò)展了人類對(duì)自身健康和疾病來源的理解,可以構(gòu)建人類健康、人類活動(dòng)和生態(tài)系統(tǒng)變化之間關(guān)聯(lián)[3]。構(gòu)建科學(xué)的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估理論框架是準(zhǔn)確評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康的前提,是制定生態(tài)系統(tǒng)健康宏觀調(diào)控政策的基礎(chǔ),但是以往生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估仍存在不足。以往研究更多地關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的完整性和可持續(xù)性,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是反映生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要組成部分,然而如何把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估框架需要進(jìn)一步的進(jìn)行探討。此外,在當(dāng)前生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)背景下,選擇快速城鎮(zhèn)化的城市群地區(qū)作為研究對(duì)象,評(píng)估城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的研究并不多見。因此,有必要對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估框架的構(gòu)建以及城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空演化特征進(jìn)行深入分析。

生態(tài)系統(tǒng)健康是指在一定時(shí)空范圍內(nèi),不同類型生態(tài)系統(tǒng)空間鑲嵌而成的地域綜合體在維持各生態(tài)系統(tǒng)自身健康的前提下,提供豐富的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性[4]。在過去幾十年,生態(tài)系統(tǒng)健康領(lǐng)域取得了迅速發(fā)展,并在生態(tài)系統(tǒng)健康的理論、概念和評(píng)價(jià)方法以及影響因素等方面取得了一定進(jìn)展,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①在理論和概念方面,雖然生態(tài)系統(tǒng)健康的概念仍未達(dá)成共識(shí)[1],但是生態(tài)系統(tǒng)健康的理論和內(nèi)涵仍然得到了一定的豐富和拓展。由強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的自然生態(tài)方面轉(zhuǎn)型為綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)自身健康以及其滿足人類需求和愿望的程度和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面[5—7]。②在評(píng)價(jià)方面,以往研究主要采用指示物種法[8—9]和指標(biāo)體系法[10—11]對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了多尺度的測(cè)度。前者主要采用種群數(shù)量、生物量以及其他重要的生理指標(biāo)來間接評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,后者通常采用基于生態(tài)系統(tǒng)活力-組織力-彈性-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及壓力-狀態(tài)-響應(yīng)等理論框架進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估[10—12]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估的核心,可以很好地連接自然環(huán)境和人類福祉[13]。關(guān)注人類福祉是生態(tài)系統(tǒng)健康新的研究指向,生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估過程中納入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是明晰生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉之間內(nèi)在綜合關(guān)聯(lián)的有效途徑[14—15]。當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估更加重視研究具體的生態(tài)過程,并側(cè)重關(guān)注生態(tài)格局或生態(tài)過程造成的人類健康問題[16]。而基于InVEST模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估可以很好地反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)功能和生態(tài)過程,實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量評(píng)估的空間化和動(dòng)態(tài)化[14, 17]。但是,如何把基于InVEST模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與傳統(tǒng)的“生態(tài)系統(tǒng)活力-組織力-彈性”邏輯關(guān)系有機(jī)銜接需要進(jìn)一步探索。在當(dāng)前長江經(jīng)濟(jì)帶共抓大保護(hù),不搞大開發(fā)背景下研究長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空特征對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要實(shí)踐指導(dǎo)意義。當(dāng)前,城市群日益成為新型城鎮(zhèn)化的主體形態(tài)和現(xiàn)代化建設(shè)的重要載體,以往文獻(xiàn)在流域生態(tài)系統(tǒng)健康、城市生態(tài)系統(tǒng)健康等方面進(jìn)行了全面的研究,但是很少有研究探索城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)時(shí)空分異特征[6, 18—19]。

綜上所述,以往研究對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康理論、概念、時(shí)空分異特征和影響因素等方面開展了豐富的實(shí)踐研究,但鮮有研究把基于InVEST模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果納入生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估理論框架中。另外,當(dāng)前城市群地區(qū)逐漸成為中國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的主體形態(tài),而系統(tǒng)探索城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)時(shí)空分異特征的研究較為少見。鑒于此,本研究擬在以往研究基礎(chǔ)上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估框架進(jìn)行完善,并且結(jié)合多源數(shù)據(jù),對(duì)長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)估以及時(shí)空演化特征進(jìn)行實(shí)證分析,以期為長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康保護(hù)政策制定提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

本研究中長江中游城市群范圍包括湖北省的武漢城市圈和宜昌-荊州-荊門城市群、湖南省的長株潭城市群和江西省的環(huán)鄱陽湖城市群(圖1)。長江中游城市群處于中國地形梯度中第二階梯向第三階梯過渡地帶,地形條件復(fù)雜。周邊被群山環(huán)繞,中部的羅霄山脈將江西和湖南分割,鄱陽湖平原、江漢平原和洞庭湖平原沿長江廣泛分布。氣候類型屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候,夏季高溫多雨,冬季溫和少雨,是我國的糧食主產(chǎn)區(qū)。長江中游城市群承東啟西、連南接北,是實(shí)施促進(jìn)中部地區(qū)崛起戰(zhàn)略和長江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略、全方位深化改革開放和推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化先行區(qū)、內(nèi)陸開放合作示范區(qū)和“兩型”社會(huì)建設(shè)引領(lǐng)區(qū),在我國區(qū)域發(fā)展格局中占有重要地位。長江中游城市群城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的脅迫作用日益突顯,嚴(yán)重威脅城市群地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。由此可見,科學(xué)測(cè)度長江中游城市生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空演變特征可以對(duì)長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康保護(hù)政策制定具有重要意義。

圖1 研究區(qū)地理位置與要素分布 Fig.1 Geographical location and element distribution of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究涉及的自然地理數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、DEM高程數(shù)據(jù)、氣象、土壤和植被覆蓋；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括糧食產(chǎn)量,具體的來源和描述見表1。

表1 研究數(shù)據(jù)來源與描述

2 研究方法

準(zhǔn)確評(píng)估長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,是分析其時(shí)空特征以及制定有效生態(tài)系統(tǒng)健康保護(hù)政策的前提條件。本研究首先構(gòu)建了“生態(tài)系統(tǒng)活力-生態(tài)系統(tǒng)組織力-生態(tài)系統(tǒng)彈性-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估理論框架,然后基于多源數(shù)據(jù)分別測(cè)度綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)、生態(tài)系統(tǒng)活力、生態(tài)系統(tǒng)組織力和生態(tài)系統(tǒng)彈性,最后對(duì)長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空特征進(jìn)行測(cè)度。結(jié)合全局Moran′sI指數(shù)和Getis-Ord Gi*指數(shù)對(duì)長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空演化特征進(jìn)一步分析。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估理論框架構(gòu)建

本研究對(duì)Costanza 等提出的生態(tài)系健康評(píng)估框架"Vigor-Organization-Resilience Evaluation System"進(jìn)行了豐富和拓展,創(chuàng)新地把基于InVEST模型測(cè)度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估理論框架,構(gòu)建基于“生態(tài)系統(tǒng)活力-生態(tài)系統(tǒng)組織力-生態(tài)系統(tǒng)彈性-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估框架體系[5, 20](圖2)。參考以往研究Peng 等和Pan等,本研究中生態(tài)系統(tǒng)健康主要通過兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估：生態(tài)系統(tǒng)自然健康和綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)(公式1)[21—22]。其中生態(tài)系統(tǒng)自然健康包括生態(tài)系統(tǒng)活力、生態(tài)系統(tǒng)組織力和生態(tài)系統(tǒng)彈性三個(gè)方面(公式2)[23]。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)由供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)綜合測(cè)度[20, 24]。具體計(jì)算公式如下：

圖2 生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估概念框架Fig.2 Conceptual framework for ecosystem health assessment

(1)

(2)

式中,EHIit是第i個(gè)單元t時(shí)刻的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)；PHit是第i個(gè)單元t時(shí)刻的生態(tài)系統(tǒng)自然健康指數(shù)；CESIit是第i個(gè)單元t時(shí)刻的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)；Vit,Oit和Rit分別是第i個(gè)單元t時(shí)刻的生態(tài)系統(tǒng)活力、生態(tài)系統(tǒng)組織力和生態(tài)系統(tǒng)彈性。由于健康是一個(gè)相對(duì)概念,本研究參考?xì)W維新等(2018)的研究,把生態(tài)系統(tǒng)健康均值設(shè)為生態(tài)系統(tǒng)健康狀況一般水平[23]。將評(píng)價(jià)結(jié)果分為5個(gè)等級(jí)：良好(0.65—1)、較好(0.55—0.65)、一般(0.45—0.55)、較差(0.35—0.45)、差(0—0.35)。

2.2 綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)測(cè)度

本研究基于InVEST模型測(cè)度糧食生產(chǎn)力、產(chǎn)水量、碳儲(chǔ)存、土壤保持、水凈化、生物多樣性和文化服務(wù)供給能力等方面生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力[20]。具體計(jì)算方法見表2。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量化方法

不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)側(cè)重于衡量生態(tài)系統(tǒng)供給能力的不同方面,為了測(cè)度綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),本研究將不同種類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(公式3和4)。根據(jù)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的具體含義,本研究中只有N和P輸出量為負(fù)向指標(biāo),其他指標(biāo)均為正向指標(biāo)。基于標(biāo)準(zhǔn)化后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),采用層次分析方法進(jìn)行權(quán)重賦值,最后采用綜合得分法(公式5),計(jì)算綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù),具體計(jì)算公式如下：

正向因子：

(3)

負(fù)向因子：

(4)

式中,ESij′是標(biāo)準(zhǔn)化后的第i個(gè)格網(wǎng)單元的第j種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；ESij是第i個(gè)格網(wǎng)單元的第j種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；max(ESj)和min(ESj)分別是所有單元中的最大值和最小值。

(5)

式中：CESIi是第i個(gè)格網(wǎng)單元的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)；Wj是基于層次分析法計(jì)算得出的各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的權(quán)重系數(shù)；ESij′是標(biāo)準(zhǔn)化后的第i個(gè)格網(wǎng)單元的第j種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；n是本研究中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)自然健康指數(shù)測(cè)度

生態(tài)系統(tǒng)自然健康通常通過生態(tài)系統(tǒng)活力、生態(tài)系統(tǒng)組織力和生態(tài)系統(tǒng)彈性來表征[11]。生態(tài)系統(tǒng)活力用來描述生態(tài)系統(tǒng)的代謝和初級(jí)生產(chǎn)力,本研究中采用歸一化植被指數(shù)來表征生態(tài)系統(tǒng)活力[13]。與以往研究不同的是,本研究并不是直接基于歸一化植被指數(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)活力進(jìn)行計(jì)算,而是依據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ 192—2015),通過計(jì)算不同土地利用類別的比例來計(jì)算植被覆蓋度,具體計(jì)算公式參考Meng 等 (2018)[30]。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于量化了土地利用變化引起的植被覆蓋度變化,能夠從土地利用變化的角度更好地反映生態(tài)系統(tǒng)活力。生態(tài)系統(tǒng)組織力主要是用來描述生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,一般來說,生態(tài)系統(tǒng)組織力主要是由與景觀空間異質(zhì)性和景觀連通性相關(guān)的景觀格局指數(shù)表征[11, 23]。本研究擬選擇Shannon多樣性指數(shù)和面積加權(quán)平均斑塊分形指數(shù)來表征景觀空間異質(zhì)性。通過整個(gè)景觀和生境的聯(lián)通性共同表征景觀連通性,具體地通過景觀破碎化指數(shù)和景觀蔓延度指數(shù)來表征整個(gè)景觀的連通性,通過林地、水域以及濕地的破碎化指數(shù)和景觀蔓延度指數(shù)來表征生境連通性。最后基于專家打分法對(duì)不同景觀格局指數(shù)進(jìn)行權(quán)重賦值,計(jì)算得出區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)組織力水平,具體計(jì)算公式參考?xì)W維新等和Peng 等[21,23]。生態(tài)系統(tǒng)彈性主要是用來表征生態(tài)系統(tǒng)在遭遇外部干擾后恢復(fù)其原有結(jié)構(gòu)和功能的能力?；趯＜抑R(shí)以及以往研究,本研究擬對(duì)不同土地利用類型進(jìn)行彈性系數(shù)賦值,最后基于土地利用類型面積加權(quán)法,計(jì)算得出區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)彈性指數(shù),具體計(jì)算公式參考Peng等和Zhang等[31—32]。

2.4 探索性空間數(shù)據(jù)分析

3 結(jié)果與分析

3.1 1995—2015年長江中游城市群土地利用/覆被變化特征

林地是長江中游城市群最主要的土地利用類型,其次是耕地和水域。1995—2015年,林地面積所占比例分別為49.03%、49.01%、48.93%、48.79%和48.53%,耕地占比分別為38.79%、38.42%、37.95%、37.22%和36.77%。研究期間長江中游城市群地區(qū)耕地和林地面積呈現(xiàn)出持續(xù)降低趨勢(shì)。1995—2015年耕地和林地凈減少面積分別為6153.80 km2(占土地總面積的2.02%)和1523.16 km2(占土地總面積的0.50%)。城市化和工業(yè)化的快速推進(jìn),極大地推動(dòng)了長江中游城市群地區(qū)建設(shè)用地的擴(kuò)張。1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年間建設(shè)用地增速分別為9.83%、14.45%、25.91%和18.08%。其他土地利用類型,如水域和濕地在研究期間也有所增加。1995—2000、2000—2005、2005—2010、2010—2015年間分別有12756.85 km2、11871.59 km2、14180.97 km2和18469.05 km2(分別占土地總面積的4.19%、3.90%、4.65%和6.06%)的土地發(fā)生了變化。其中,林地和耕地之間的變化最為頻繁,分別占變化總面積的49.63%、28.30%、28.02%和40.68%。1995—2000、2000—2005、2005—2010、2010—2015年間,分別有1161.34 km2、1138.48 km2、1924.00 km2和2247.45 km2的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地,而只有525.26 km2、369.69 km2、329.88 km2和969.75 km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地,表明耕地和建設(shè)用地的相互轉(zhuǎn)換中存在強(qiáng)烈的不平衡。

3.2 1995—2015年長江中游城市群綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)時(shí)空分布特征

1995年、2000年、2005年、2010年和2015年長江中游城市群綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)平均值分別為0.452、0.438、0.442、0.439和0.443。研究期間,長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)指數(shù)總體呈波動(dòng)降低趨勢(shì)。湖北省西部的巫山以及北部的大別山、湖南省中西部的雪峰山和南部的南嶺、江西省東部的武夷山脈以及江西和湖南兩省之間的羅霄山脈綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)總體高于0.50(圖3)。洞庭湖平原、鄱陽湖平原、武漢城市群、長株潭城市群和鄱陽湖城市群,特別是一些主要城市周邊的縣域單元綜合生態(tài)服務(wù)水平明顯較低。其中,江漢平原和武漢城市圈的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合供給能力最低。山地生態(tài)系統(tǒng)在碳儲(chǔ)存、水土保持、生物多樣性保護(hù)以及文化服務(wù)等方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而平原地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的糧食生產(chǎn)功能。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的快速推進(jìn),加劇了平原地區(qū)生態(tài)保護(hù)、城市化發(fā)展與土地利用轉(zhuǎn)型之間的矛盾。1978年啟動(dòng)的“重點(diǎn)防護(hù)林帶建設(shè)工程”、1998年啟動(dòng)的“天然林保護(hù)工程”等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護(hù)工程,以及毀林、濫墾等土地利用活動(dòng)頻繁發(fā)生,導(dǎo)致了長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡和協(xié)調(diào)問題日益加劇。

圖3 長江中游城市群綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)時(shí)空分布Fig.3 Spatiotemperal distribution patterns of comprehensive ecosystem services index in the Middle Reaches of the Yangtze River Urban Agglomerations (MRYRUA)

3.31995—2015年長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)自然健康指數(shù)時(shí)空分布特征

圖4是1995—2015年長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)自然健康指數(shù)時(shí)空分布圖。與生態(tài)系統(tǒng)組織力、活力和恢復(fù)力的空間分布特征相似,周邊山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)自然健康水平明顯高于平原地區(qū)。具體地,周邊山區(qū)以及中部羅霄山脈生態(tài)系統(tǒng)自然健康值基本高于0.75,平原地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)自然健康值大多低于0.45。這主要是由于平原地區(qū)的人類活動(dòng)顯著高于山區(qū),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的干擾較高。1995年、2000年、2005年、2010年和2015年長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)自然健康平均水平分別為0.633、0.635、0.629、0.622和0.617。可以發(fā)現(xiàn),長江中游城市群地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)自然健康總體呈現(xiàn)出略微下降的趨勢(shì)。

圖4 長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)自然健康水平時(shí)空分布Fig.4 Spatiotemperal distribution patterns of ecosystem physical health level in the MRYRUA

3.4 1995—2015年長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空分布特征

1995年、2000年、2005年、2010年和2015年長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平的平均值分別為0.534、0.527、0.526、0.523和0.522,總體上有所降低。研究期間,低于生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)均值的縣域單元比例分別為55.07%、54.59%、53.62%、54.11%和52.17%。生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)處于良好級(jí)別的縣域單元比重最高(>23%),其次是處于較好級(jí)別的縣域單元比重(>22%),處于差和較差級(jí)別的縣域單元比重均低于18%。在空間分布方面,可以發(fā)現(xiàn)長江中游城市群的生態(tài)系統(tǒng)健康水平具有顯著的空間異質(zhì)性(圖5)。在江漢平原、洞庭湖平原以及武漢、長沙、南昌等周邊縣域單元的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)大多在0.35以下。周邊山區(qū)縣域的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)多在0.65以上。另外,主要交通路線沿線單元的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)也低于其他地區(qū)。可以得出結(jié)論,生態(tài)系統(tǒng)健康狀況和地形條件、交通條件、位置條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)。

圖5 長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平時(shí)空分布Fig.5 Spatiotemperal distribution patterns of ecosystem health level in the MRYRUA

圖6 長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平熱點(diǎn)和冷點(diǎn)分布Fig.6 Spatiotemperal distribution patterns of hot spots and cold spots of ecosystem health level in the MRYRUA

圖7 長江中游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平變化熱點(diǎn)和冷點(diǎn)分布Fig.7 Spatiotemperal distribution patterns of hot spots and cold spots of ecosystem health changes in the MRYRUA

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)研究期間耕地和林地的變化呈現(xiàn)出持續(xù)的降低趨勢(shì),而建設(shè)用地呈現(xiàn)持續(xù)增加態(tài)勢(shì)。建設(shè)用地占用耕地面積顯著高于建設(shè)用地復(fù)墾為耕地的面積；

(2)研究期間長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況總體有所惡化,由1995年的0.534降低到2015年的0.522,惡化區(qū)域主要分布在城市群的核心地區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)健康的高值區(qū)主要分布在周邊山區(qū)以及中部的羅霄山脈,生態(tài)系統(tǒng)健康的低值區(qū)主要分布在平原地區(qū)、大城市周邊地區(qū)以及主要的交通線路沿線地區(qū)；

(3)研究期間長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平存在顯著的空間依賴性,生態(tài)系統(tǒng)健康水平變化冷點(diǎn)區(qū)域主要分在大城市周邊地區(qū)；

4.2 討論

生態(tài)系統(tǒng)健康測(cè)度方法多種多樣,總體上逐漸由強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)自然生態(tài)方面轉(zhuǎn)型為綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)自身健康以及其滿足人類需求和愿望的程度[1, 12, 34—35]。以往生態(tài)系統(tǒng)健康研究更多關(guān)注自然生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài),而缺乏與人類社會(huì)維度的耦合關(guān)聯(lián)研究。如何把基于InVEST模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測(cè)度結(jié)果與傳統(tǒng)的“生態(tài)系統(tǒng)活力-生態(tài)系統(tǒng)組織力-生態(tài)系統(tǒng)彈性”邏輯關(guān)系有機(jī)銜接是當(dāng)前需要解決的問題。本研究將基于InVEST模型評(píng)估的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(提供服務(wù)、支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù))與生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估聯(lián)系起來。在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本研究將糧食生產(chǎn)能力、產(chǎn)水量、碳儲(chǔ)量、土壤保持、水凈化、生物多樣性和文化服務(wù)供給等指標(biāo)納入生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估中。借助綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù),構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估框架“生態(tài)系統(tǒng)活力-生態(tài)系統(tǒng)組織力-生態(tài)系統(tǒng)彈性-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”,對(duì)長江中游城市群地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空特征進(jìn)行評(píng)估,為生態(tài)系統(tǒng)健康研究提供科學(xué)參考。為了更加準(zhǔn)確的評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康水平,未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、生物多樣性、生態(tài)文化健康以及可持續(xù)生計(jì)等方面和生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估融合,進(jìn)一步豐富和完善生態(tài)系統(tǒng)健康研究方法和手段[14, 16]。