洞庭湖区生态服务-经济发展时空协调分析与优化.pdf
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1、第 卷第 期自 然 资 源 遥 感.年 月 .:./.引用格式:阳煜瑾杨帆徐祯妮等.洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化.自然资源遥感():.(.():.)洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化阳煜瑾 杨 帆 徐祯妮 李 祝(中南大学建筑与艺术学院长沙)摘要:经济发展过程中常伴随出现生态环境质量下降和服务能力失调等问题 理清生态与经济两者之间的关系、明确两者的空间差异是实现区域可持续发展的前提 该文以 年、年和 年洞庭湖区 期遥感影像及社会经济数据为基础采用价值当量法计算生态系统服务价值并测算湖区内 个区县单元生态系统服务与经济的协调性、一致性指数综合探讨生态服务与经济的变化关系
2、及空间聚集特征进而为区域生态服务与经济发展协调平衡提出针对性的优化措施 结果表明:湖区生态系统服务价值总量上由 年的 .亿元下降至 年的 .亿元空间分布上呈中部高、外围山体次之、交界丘陵平原最低的圈层式格局 单项生态服务价值中水文调节的贡献率最高维持养分循环的贡献率较低研究期内除生物多样性和美学景观外其他类型生态服务价值均出现不同程度的减少其中水文调节的减少量最高占总减少量的 以上 从生态服务与经济发展的时空变化情况来看湖区内部生态差距较为平稳经济差距持续拉大各区县生态经济协调度良好但生态经济一致性水平较低生态与经济空间聚集存在明显差异生态聚集大于经济聚集的区域主要位于洞庭湖及沿岸探究生态服务
3、价值空间差异发现人为扰动、高程、坡度、温度和降水等是重要驱动因子 因此为促进洞庭湖区生态与经济和谐发展削弱生态与经济差距应在严格保护自然基底、加强人为引导利用、促进生态资源向经济产品转化等方面提出可操作性的措施关键词:土地利用 生态服务价值 经济发展 耦合协调 洞庭湖区中图法分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:修订日期:基金项目:国家自然科学基金项目“城镇化进程中洞庭湖流域水网空间的时空演变与协同治理”(编号:)、“城市绿地系统规划与雨洪管理协同的效能评估与实现机理研究”(编号:)、湖南省自然科学基金项目“基于生态修复与水文过程耦合模拟与量化的湘江流域滨水空间整体结构优化及适宜性设计研
4、究”(编号:)和湖南省哲学社会科学基金项目“基于生态环境保护体制优化的长株潭绿地资源跨域联动治理研究”(编号:)共同资助第一作者:阳煜瑾()女硕士研究生研究方向为城市规划:.通信作者:杨 帆()女副教授研究方向为城市规划:.引言生态系统具有产品供给和调节服务等重要实物与非实物功能蕴含巨大的经济价值和生态价值 然而伴随着经济发展城市化、工业化推进环境污染和资源短缺等生态问题日趋严重经济与生态之间的关系已成为重要的社会和政治问题为了解区域生态系统状况 年起各国学者对生态系统服务价值()展开了系列研究主要方法包括能值分析法、物质量分析法和价值分析法等 价值量分析法计算简单、操作方便而被广泛使用 年
5、等利用此方法率先构建了 估算的经典研究标准及方法并对全球 进行科学估算 随后谢高地等 根据我国的区域性特征制定了中国生态系统服务价值当量因子表为国内 估算演化提供了重要依据 由于价值量分析以货币为最终结果表达形式与国内生产总值()具有可比较性有助于判断生态系统服务与经济发展之间的互动关系因而被广泛应用于生态经济关联分析之中吴建寨等、等和陈端吕等计算任意时间间隔下生态经济协调度与任意时期生态经济一致性指数判断研究区内生态经济的相互关系 等通过变异系数描述 和 的集中分散程度 阳华等将重心模型引入生态评价中探究生态服务价值与经济重心的因果扰动 前人研究综合考虑地理学、经济学与生态学等众多学科为生态
6、经济研究提供了理论基础与技术途径 但第 期阳煜瑾等:洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化目前大多数研究仅关注生态 经济之间的整体变化趋势缺乏对区域内各单元生态、经济空间差异水平与聚集特征的探讨同时在改善生态环境方面未从驱动因子角度给予合理建议洞庭湖区位于湖南湖北两省交界地带是长江中下游重要的生态节点也是湖南省北部生态屏障 年国务院批复洞庭湖生态经济区规划推动岳阳、常德和益阳等城市圈发展为湖区带来机遇的同时也带来了更大的生态压力因此本文以洞庭湖区(岳阳、常德和益阳)为研究对象以其中 个区县为研究单元基于 年、年和 年土地利用空间数据对其生态系统服务价值进行定量化计算构建生态经济的一致性、
7、协调度指数探究生态与经济两者间时空差异情况并通过分析 空间分异的驱动因素提出区域生态系统服务与经济之间可持续发展的优化建议 研究区概况与数据源.研究区概况洞庭湖区包含岳阳、常德和益阳 市总面积为.万 是长江中下游地区重要的水能储运、生物栖息场所也是中部城市发展的重要补充(图)湖区地势从中部水域到四周山体逐渐升高呈现圈层式分布由内向外为中部河湖水体区、环状平原 丘陵区、外部山地区区内包含林地、草地、滩涂图 洞庭湖区位置示意图.和湿地等多种生态用地但目前通过占用水域和耕地等已成为湖区社会经济发展和建设用地扩张的重要途径 因此量化湖区内 分析生态系统服务与经济的时空变化是明确区域未来发展重点的数据基
8、础也是推动洞庭湖区生态文明与社会经济和谐发展的理论支撑.数据来源本文基于湖区 年、年 和 年/遥感数据 在 .和 平台的支持下依据全国土地分类将湖区用地类型划分耕地、林地、草地、湿地、未利用地、水域和建设用地 类空间分辨率为 经过精度检验后 值均达到.以上符合研究要求 粮食生产数据来源于湖南省农村统计年鉴社会经济数据来源于湖南省及各市统计年鉴高程数据来源于地理空间数据云平台(:/./)道路交通数据来源于 平台(:/././.)年均温和降水来源于国家气象科学研究中心(:/./)研究方法.生态服务价值评估.当量因子表构建 年谢高地等在 生态系统服务功能分类的基础上建立中国陆地生态系统单位面积服务表
9、 年又在此基础上进行改进形成单位面积价值当量因子 本文以单位面积 当量表为基础结合湖区实际及段瑞娟等和杨倩研究成果对当量表进行修正一单位当量因子为生态系统对生态功能的贡献能力经测算为平均粮食单产市场价值的/本文利用 年湖区平均粮食作物单产(./)和粮食作物价格(年稻谷、玉米平均价格为不变价.元/)修正单位面积农田粮食作物的经济价值计算得到一当量因子为.元/构建区域 系数见表 表 洞庭湖区单位面积 系数.生态系统服务土地利用类型耕地林地草地湿地未利用地水域建设用地食物生产.原材料供应.水资源供给.气体调节.自 然 资 源 遥 感 年(续表)生态系统服务土地利用类型耕地林地草地湿地未利用地水域建设
10、用地气候调节.净化环境.水文调节.土壤保持.维持养分循环.生物多样性.美学景观.总计.当量系数修正区域 存在时间和空间上的差异性 参考谢高地等和潘耀忠等成果引入植被覆盖时空调节因子对各栅格单元逐一修订由于水域、未利用地及建设用地不适合用植被覆盖度衡量故以上 种用地类型植被覆盖度取值为 其计算公式为:()式中:为第 个栅格的植被覆盖度 为归一化植被指数 和 分别为此像元全年 的最大值和最小值()式中:为每个栅格的调整系数 为区域内植被覆盖度均值.核算根据各年份湖区各类用地量利用表 价值系数及修正系数通过式()对研究区域 值进行加乘并以区县为单元统计各地区 总值公式为:()式中:为区域 值 为用地
11、面积 为价值系数 为用地类型 为栅格序号.生态系统服务与经济时空协调关系.重心计算与变异系数对不同变量不同时期的重心进行研究有利于更好地把握区域生态服务价值与经济发展空间耦合关系及时空变异情况生态经济重心距离越近代表重心耦合程度越高公式为:()()式中:()为 或 的重心坐标()为第 个区县的城市中心坐标 为第 个县 或 的值 为区县单元数量变异系数()是无量纲指标用来反映区域内各单元之间在某项指标上的差异或离散程度 本文利用该指标反映洞庭湖区整体在生态或经济上的不平衡情况 系数越小表明各地区()差距越小公式为:()()式中 为 或 的平均值.生态经济协调性与一致性计算目前对生态经济协调的评价
12、并没有统一的标准本文通过生态经济协调性()及一致性指数()表达各区县生态经济的变化情况和差异关系 代表某时期内生态服务与经济发展之间的动态变化情况由于各单元 值在研究期内持续增长故 则代表生态经济好转值越接近于 代表生态经济的协调程度越高 值用来反映单元在湖区生态经济的集聚能力和潜能 值越接近于 表明生态经济一致性越高 代表该单元生态聚集大于经济聚集具有良好的生态潜能反之代表经济聚集大于生态聚集公式为:()式中:为第 个区县的生态经济协调度 和 分别为第 个县研究期的始、末年份第 期阳煜瑾等:洞庭湖区生态服务 经济发展时空协调分析与优化 ()式中:与 分别为第 个县的生态经济一致性指数、聚集水
13、平和 聚集水平.生态服务价值空间分异驱动因子.人为影响指数洞庭湖区是人类活动的频繁土地利用是人为活动的表征反映依据前人研究 计算湖区受人类活动影响强度()公式为:()式中:为第 类用地面积 为用地总面积 为人为影响强度参数研究采用层次分析法对 赋值耕地.、林地.、草地.、湿地.、水域.、建设用地.、未利用地.地理探测器地理探测器是探究空间分异性揭示其背后驱动力的统计学方法 值用来度量驱动因子对因变量解释能力 值越大代表解释因变量的能力越强 公式为:()式中:为变量 或因子 的分层(分类或分区)和 分别为层 和全区单元数 和 分别为层 和全区 值的方差 区域生态系统服务是自然、社会经济共同作用的
14、结果高程()、坡度()、温度()、土壤侵蚀()、降水()、()、道路网密度()、距铁路距离()、第一产业密度()、第二和三产业密度()均会对生态系统服务能力造成影响 因此本文选取这 项(图)为地理探测因子以 年湖区生态服务价值为因变量探讨湖区 空间分异的驱动机制()高程()()坡度()()温度()()土壤侵蚀()()降水()()()()道路网密度()()距铁路距离()图 空间分异驱动因子.自 然 资 源 遥 感 年()第一产业密度()()第二和三产业密度()图 空间分异驱动因子.结果与分析.土地利用类型变化特征湖区土地利用以林地和耕地为主占湖区总用地的 以上其次是水域和湿地草地和未利用地所占比
15、例最小 如表 和图 所示年耕地、林地、草地比例持续减少建设用地大幅度增长 间湖区新增建设用地为.水域先增加后减少 年间由于退耕、退林还湖等政策水域面积增加.但在 年间湖区主体湖面呈现出收缩状态减少.水域大面积向湿地转换表 洞庭湖流域土地利用变化.年份统计量耕地林地草地湿地未利用地水域建设用地 年面积/.占比/.年面积/.占比/.年面积/.占比/.()年()年()年图 洞庭湖区土地利用类型及变化.表 为洞庭湖区 年土地利用转移矩阵由表 可知 年近 来耕地、水域、林地的转出面积最大分别为 .和.建设用地转入的主要来源表 洞庭湖区 年土地利用转移矩阵.年份土地利用类型 年草地耕地建设用地林地湿地水域
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