高度城镇化地区土地生态系统服务价值及其镇域空间演变——以苏州为例

邵大伟

吴殿鸣*

高强度的人类生产、生活推动土地利用方式和覆被快速变化，导致生态系统的结构格局稳定性和功能效益的发挥受到日益显著的限制，乃至加剧退化。生态系统服务价值可对人类获取生态系统服务能力与生态效益大小进行有效衡量和评价[1]，对土地利用方式及空间优化具有重要指导价值。自Costanza等[2]提出全球生态服务功能价值的货币化评估以来，该方法得到生态、经济、地理、风景园林及土地等相关学者的高度关注，应用十分广泛，并在量化量测方法、变化规律、空间演化、影响机制和优化调控方面形成大量成果[3-14]。国内外相关研究对生态系统服务价值时空规律的关注是主要趋势，时间更加侧重长时序演变，空间则强调尺度分异及效应规律[15-19]。更加科学合理评估生态系统服务价值，影响其时空规律的社会经济、政策等因素的作用效应及强度，根据评估结果如何构建生态安全格局，以及对某些特殊区域和空间单元的关注，将成为研究发展的重点和热点[20-23]。研究已形成国家、区域、流域、省域和市域等丰富的尺度层级，也有学者将研究尺度深入到几百米的栅格单元。然而，市县以上大尺度侧重宏观生态基底评价，会将生态要素分布差异平均化，难以刻画细部分异；几百米的栅格则脱离了行政属地管理，也会对大中型生态要素进行人为分割，尺度过大、过小均会对评价的客观性、规划落地的实际指导价值带来影响。镇域尺度单元受经济发展、工业开发等影响较为敏感，生态要素保护灵活、易于调控，也是表征城乡博弈、互动、协同的关键层级。受行政管辖调整变动活跃、数据获取困难等限制，镇域层级和尺度研究较为薄弱。仅有少量研究关注到某个镇域空间，但只关注镇域个体，缺乏对镇域关系，尤其是空间关系的探究[24-25]。而且，就研究区域而言，更多关注生态资源丰富的湖区、流域或中西部地区[4，7-9，11，13]，对东部高度城镇化地区关注相对较少。

苏州位于当前世界上人口最为密集、城镇化进程最快、人类活动最为剧烈的长三角核心地区[26-27]。苏州城镇化率在2017年底已达到78%，常住人口密度1 243人/km2，陆地人口密度更是早已突破2 000人/km2。作为城乡统筹发展的标杆，2018年苏州全国百强镇独占19席，占江苏入选数量的2/3。同时，苏州河流、湖泊等水域面积占全市总面积的1/3以上①。“鱼米之乡”苏州的高密度、高度发达的城镇分布与丰富的“山水林田湖草”资源要素相互交织，人地矛盾、经济与生态环境冲突均较为突出。现有针对苏州生态系统服务价值的研究，以静态或短时段动态、市域或县域空间单元、林地或湿地等某类生态要素为主[28-30]，未深入至镇域单元，更未考虑生态服务价值在单元之间的空间关系和相互影响。为此，在国家生态转型、探索构建国土空间规划体系的背景下，本研究聚焦高度城镇化、自然生态环境优越的苏州镇域尺度，选取城镇化快速发展阶段，借助生态系统服务价值估算、空间分析方法，旨在摸清国土自然资源的生态系统服务价值家底，探究其在镇域空间的分异关系及演化规律，并提出规划应对策略。以期为镇域尺度国土空间等相关规划提供科学依据和参照，丰富高度城镇化地区规划模式，保护区域生态资源，保障区域生态安全。

图1 研究范围及镇域单元划分

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

苏州位于长江三角洲中部，在北纬30°47 ′～32°02′、东经119°55′～121°20′(图1)，属亚热带湿润性季风海洋性气候。2017年市区平均气温17.9℃，降水量1 224.6mm。苏州地处以太湖为中心的浅碟形平原底部，地形以平原为主，全市地势低平，一般高程为海拔3.5～5m。2017年末，苏州全市总面积8 657.32km2，作为著名的江南水乡，河流、湖泊、滩涂面积占全市土地面积的36.6%。苏州高度关注生态环境建设，不断协调高度的城镇化、经济水平与生态环境关系，充分发挥、提升生态系统服务价值，优化人居环境。

1.2 数据来源及处理

1)遥感影像来源及处理。

城乡用地及其覆被利用变化具有范围广、类型多、时间跨度大等突出特点，研究选用多时相Landsat TM/ETM遥感影像数据作为基础数据来源，分辨率为30m。结合苏州城镇化进程，并充分考虑时间跨度的均衡性，确定时间节点为1995、2000、2005、2010和2015年5个年份。采用ArcGIS与易康(eCognition)结合，分析地物光谱特征和其他图像特征，针对高度城镇化地区地形破碎、地物复杂的特点，充分利用高程、坡度等地理辅助信息以有效提高分类精度。数据误差控制在一个像元，TM影像纠正的方根误差小于0.01，MSS影像纠正的方根误差小于0.08。参考国内外现有的土地利用/土地覆盖分类体系，以及遥感信息源的实际情况，进行影像的解译和验证，划分为建设用地、耕地、林地、草地、湿地、水域和未利用地类型，进而得到各年份的相应数据。

2)研究单元。

2015年末，苏州共有55个镇和41个街道。城区开发建设较为成熟镇域的生态用地较少，且变动不明显，故将平江城区、金阊区城区、沧浪区城区的街道进行了合并，同时将太湖、长江作为单独的一个自然空间单元，共计89个研究单元(图1)。

1.3 研究方法

1)生态系统服务价值测算。

Costanza等提出了生态系统服务价值的测算方法[22]，成为国内外相关研究的主要测算依据。通过查阅苏州统计年鉴，2015年苏州地区主要粮食作物晚籼稻平均粮食单产水平为9 049kg/hm2，全国最低收购价格为2.76元/kg，并根据谢高地等提出中国不同地区修正系数(1.74)修正苏州生态系统服务价值，得出苏州一个生态系统服务价值当量因子的经济价值量为6 208.13元/(hm2·年)，获得苏州各土地利用类型的生态系统服务价值系数(表1)。进而以此当量表和当量因子值为参照和基准进行生态系统服务价值测算。其计算公式为：

ESV＝∑(Ak×VCk)

ESVf＝∑(Ak×VCfk)

式中，ESV为研究区生态系统服务价值总量；Ak是第k种土地利用类型的面积；VCk是第k种土地利用类型的生态系统服务价值系数，元/hm2；ESVf是土地生态系统第f项服务价值；VCfk是第k种土地利用类型的第f项服务价值系数[9-10]。

2)空间自相关。

地理现象由于受空间相互作用和空间扩散的影响，彼此之间往往存在密切的空间依赖性。由山水林田湖草自然要素、行政单元、人类生产生活等决定的生态系统服务价值便是一种典型的人地关系，这一地理现象必然存在空间相互作用的特征和规律。量测该作用最为经典和有效的方法是空间自相关指数，主要包括全局自相关(Moran'sI)和局部自相关(Getis-Ord GeneralG)2种描述方式[4，7-8，13]。

2 结果分析

2.1 土地利用变化

基于遥感解译数据及分类体系，分析不同类型用地的规模结构变化情况。除建设用地外，用地总面积呈现出持续减少的趋势，1995—2015年共减少1 464.79km2，比1995年减少19%。其中，减少最多的时段为2005—2010年，减少810.39km2；2010—2015年减少最小，仅为111.44km2。

就不同用地类型而言，耕地、湿地、林地、草地明显减少，耕地锐减36.93%，水域和未利用地均有一定程度增加，比例分别为10.13%和7.74%。

表1 苏州各类土地生态系统服务价值系数[单位：元/(hm2·年)]

2.2 生态系统服务价值时序变化

2.2.1 生态系统服务价值整体时序变化

1995—2015年苏州总生态系统服务价值相对稳定，整体呈现出小幅下降趋势(表2)，共减少11.71亿元，比1995年减少了1.09%。除2005—2010年生态系统服务价值有所波动外，受水域面积大幅增加带动增长，其他3个时段均有一定幅度下降，减少幅度分别为0.22%、0.74%和0.44%。

苏州生态系统服务价值的结构构成发生一定变化，主要体现在水域生态系统服务价值由77%增长到84%，耕地比例减少6%、林地减少1%，湿地、草地、未利用地保持了稳定，未发生明显占比变化。

2.2.2 单项生态系统服务价值时序变化

1995—2015年苏州土地单项生态服务系统中，占比大小依次为水源涵养、废物处理、娱乐休闲、生物多样性保护、土壤形成与保护、气候调节、食物生产、气体交换和原材料价值(表2)。其中，水源涵养、废物处理居于优势控制地位，共计占比在20%～30%。就服务价值大类而言，苏州地区土地生态系统主要发挥生态调节和支持服务功能，两者占总价值的比例分别约为80%和10%，文化服务、供给服务十分有限，占比分别约为8%和3%，供给功能退化尤为严重。

就各项生态系统服务价值的变化趋势来看，水源涵养、废物处理、娱乐休闲服务价值呈现出增长的趋势，其他各项各时段基本均为下降态势。娱乐休闲、水源涵养、废物处理价值增长幅度依次为6.86%、5.42%、1.97%，娱乐休闲价值增长幅度最大，三者增长时段主要集中在1995—2010年，2005—2010年增长最多，2010—2015年均有不同程度的小幅减少，2000—2005年废物处理价值也有一定减少。其他单项服务价值均呈现持续减少趋势，减少比例由大到小依次为食物生产、土壤形成与保护、气体交换、气候调节、原材料、生物多样性保护。食物生产、土壤形成与保护、气体交换服务价值减少为1995年的2/3，降幅形势较为严峻；气候调节和原材料价值减少了20%左右；生物多样性保护价值减少较小，为6.06%。2005—2010年减少最多，与耕地面积减少强度最高时段同步。

2.3 镇域单元生态系统服务价值空间演化特征

为避免空间分析的失真现象，本部分以单位面积生态系统服务价值(万元/hm2)为属性进行分析，侧重于考察单元内的整体生态服务能力和价值。

2.3.1 全局自相关变化

1995—2015年MoranI指数分别为0.472 2、0.539 9、0.496 1、0.364 3和0.459 3，在1%水平全部达到了极显著，生态系统服务价值在镇域空间存在较为明显的空间自相关特征，高值区域和低值区域具有特定的空间集聚区，存在一定的马赛克化交错分布特征。自相关指数值先增大后减小，后又有所增长，表明其集聚程度先增强后减弱。2015年生态系统服务能力相近的区域渐趋集中，表明生态系统服务价值分布的极化现象在加剧，其损耗在空间中表现出加剧、集聚蔓延的态势，该趋势不稳定，但在趋于加强。

表2 1995—2015年苏州单项生态系统服务价值及变化比例

2.3.2 冷/热点区分布与演化

利用Gi＊指数进一步分解全局自相关规律，得到镇域空间生态系统服务价值的局部热点集聚区，并利用Jenks自然断点法将其标准化Z值划分成5个等级，指数值由低到高依次为生态系统服务价值的贫瘠区、退化区、过渡区、保育区及核心区，生成各时段热点分布空间格局图(图2)，分析其空间特征和演变规律。

1)空间结构衰退较为显著。

5个时段表现出较为明显的空间分异和冷热点集聚特征，就空间规律及其变化而言，可以分为1995—2000、2005—2015年2个阶段。2000年前后苏州镇域单元生态系统服务价值的空间结构发生较大转变，2000年之前以核心区、保育区、过渡区为主，约占总单元数量的60%，核心区和保育区占40%左右；2005年后，核心区、保育区迅速衰退，仅约占单元总数的1/4，过渡区、衰退区快速扩展，2005、2010、2015年的单元数量分别达到49、50、51个，2类区域占总数量的60%左右，贫瘠区相对较为稳定。

2)空间格局形态基本稳定。

苏州生态系统服务价值的局域空间格局相对稳定，形成生态系统服务价值高值区域“一环一带”、低值区域“一核两区”的整体格局。一环主要是指环苏州中心城区，重点是古城区的大片镇域空间单元，包括太湖、吴江、常熟等区域；一带即为长江沿线，区域生态系统服务价值密度较高，为核心区和保育区。一核是贫瘠区，包括姑苏区、高新区、工业园区开发建设较为成熟的镇域；两区是退化区，主要是沿江的张家港、太仓和昆山的主要镇域。

1995—2000年生态系统服务价值相对较好，核心区、保育区单元较多；2005—2015年整体格局框架基本稳定，但局部退化较为显著。围绕苏州中心城区的生态核心区、保育区逐渐消退，转变为退化区、过渡区，环状格局在主城区东部的娄葑镇、胜浦镇逐渐被打断。两区基本保持稳定，在两区中间的梅李镇、碧溪镇、古里镇生态系统服务价值相对有所好转，打断了集中连片的2个区域。

3)快速衰退镇域主要集中在“中心城区-昆山”沿线。

利用1995—2015年生态系统服务价值密度的变化量为属性值，进一步分析生态系统服务价值增减变化的集聚热点。高损失区域主要集中在工业园区东西两侧，包括苏州中心城区及其北侧地区，以及昆山至上海沿线；另一块区域零散分布于沿江地区，主要是璜泾镇和浏河镇。前者是城市扩张占用大量农田；后者不仅受城镇建设开发冲击，工业用地开发、承接上海产业转移也是重要影响因素。太湖周边整体较为稳定，而在中部的阳澄湖及南部淀山湖、澄湖所在镇域单元则表现出较为明显的增长趋势，得益于持续推进的退耕还湖工程，“大闸蟹经济”带动下的鱼塘水面开挖也是其重要的原因。

3 分区分类管控对策

随着苏州城乡建设空间的快速蔓延，其生态系统服务价值也呈现出一定的衰退态势，镇域单元生态系统服务价值高值和低值区域的分化不断强化，较高区域也在快速退化，这种趋势表现出时段、空间的分异规律。主要采取对策如下。

1)高压管控核心区和保育区。核心区和保育区对应了水乡苏州的主要水域空间，并包括围绕、镶嵌于水域空间的大量耕地和林地。水域是苏州最主要、最核心的生态服务要素类型，针对其2000年后的衰退趋势，相关镇区应在蓝线划定基础上，强化主要湖泊、河流、长江岸线及其周边生态缓冲区域的管控，在所划定生态红线基础上，适度增扩、画大生态缓冲地带，并强化立法管控与监管。

2)积极推动过渡区生态恢复。过渡区多为市区或各县域单元城区的边缘镇域，又与生态系统服务价值较高的区域邻接，承担了整体生态缓冲的作用。其城镇化、工业化多属于自发式或跳跃式，应扎紧篱笆，加紧低效用地、闲置用地的生态恢复，落实集约节约、紧凑化的发展模式，适度收缩发展。进一步依托各自山水资源、特色农产品、历史文化、创意产业，向生态型、环境友好型田园乡村、镇区快速转型。

3)适度限制衰退区非生态功能。衰退区多为城郊镇，生态、生产性用地相对较多，最容易产生生态系统服务价值损失现象，是生态空间保护的关键脆弱区域。针对衰退区的小幅增加，应适度限制其非生态功能的植入，重点防控房地产项目、高利润工业项目，在建设开发范围内积极配置生态公园、郊野绿地、生态廊道，划定镇域建设开发的增长边界。将其作为生态的“垫脚石”，构建城市内部人工化生态空间与外部自然生态“源地”的多层、复合网络。

4)大力开展贫瘠区生态挖潜。贫瘠区主要为中心城区人口、建筑、基础设施等密集分布区域。针对其可优化空间相对较小的特点，应积极开展生态挖潜，借助产业升级、用地改造、布局优化等方式适度增加透水性、绿植性用地形式，积极拓展绿色空间和蓝色空间。与此同时，大力开展生态修复，将土壤、水质等品质较低的区域进行修复，加强对人居环境的无害化处理，促进生态系统服务价值的正常化发挥。进一步借助挖潜和修复，强化与内外部生态空间的网络化关联，提升生态效能。

图2 1995—2015年镇域单元生态系统服务价值密度及变化的热点演化格局

4 结论与讨论

本文揭示了高度城镇化地区苏州的生态系统服务价值时空演化规律，并提出分类管控对策。主要结论如下。

1)生态用地持续减少，水域面积、优势地位不断提升。研究周期内生态用地总面积减少约1/5，其中耕地减少为1995年的2/3，是导致生态用地减少的根源；水域、未利用地均有一定程度的增长趋势。在用地结构中，水域具有绝对控制优势，由77%增长到84%，耕地减少6%，其他基本稳定。

2)生态系统服务价值稳中有降，功能集中，单一化趋势加强。生态服务总价值整体减少，但损耗仅约为1995年总价值的1%。单项生态系统服务价值较为集中，主要为水源涵养和废物处理，两者约占总价值的80%，且有增长趋势，生态系统较为脆弱。除气候调节、娱乐休闲价值也具有一定增长外，其他各项基本表现为持续减少的趋势。

3)镇域空间极化趋势强烈，价值较高区域格局退化明显。镇域空间单元生态系统服务价值存在较为显著的空间自相关现象，研究周期内指数值不断增大，整体集聚趋势不断加强；局部空间形成高值区域“一环一带”、低值区域 “一核两区”的整体格局，期间相对稳定。中心城区周边至昆山沿线区域的镇域单元生态系统服务价值损失、退化最为严重，阳澄湖周边镇域提升较为明显。

注：文中图片均由作者绘制。

注释：

① 来源：相关数据来自《苏州统计年鉴2018》《中国县域经济发展报告(2018)》《2017全国综合实力千强镇》。