长株潭城市群旅游城镇化与生态系统服务价值耦合研究

王兆峰，汤桂林

（湖南师范大学 旅游学院，湖南 长沙 410081）

新型城镇化建设是党中央提出的重大战略，作为新时代中国特色社会主义发展的重大实践，新型城镇化战略是我国未来发展的核心主题。随着新型城镇化的发展，推动城镇化进程的动力日趋多元，旅游业作为一项综合性产业，具有较强的带动效应，在推动我国新型城镇化建设中发挥着日益重要的作用。旅游城镇化是以旅游业推动区域城镇化，进而促进经济转型、社会发展和文化重建的过程和现象，它是城镇化发展过程中的强大新生动力，是社会经济发展到一定阶段的必然产物，发展旅游城镇化是我国中西部地区实施新型城镇化建设的重要通道[1]。而旅游城镇化的迅猛发展在产生强大的经济、社会效益的同时，对生态系统服务功能也产生了一定的负面影响，作为连接生态系统与人类社会的纽带，生态系统服务功能与人类福祉和可持续发展紧密关联。如何协调旅游城镇化发展与生态系统服务功能之间的关系是我们必须攻克的难题。本研究不仅构建了两者耦合协调发展的理论模型，而且对促进旅游城镇化背景下长株潭地区生态环境的保护和土地资源的科学合理利用具有极大的应用价值[2]。

目前，国内外已经有大量学者开展了有关城镇化和生态系统服务功能之间的耦合交互关系研究。其中，国外学者分别从全球[3]、全国[4]、区域[5]等不同尺度探索了城市化与生态系统服务之间的关系，研究方法上多采用回归模型和空间分析模型。随着马世骏[6]等人将生态学的相关概念、理论与方法引入到城市化与生态环境的研究中来，在20世纪80年代，我国开始了城市化与生态环境耦合关系的研究。以马传栋[7]等为代表的学者们明确了城市化与生态环境耦合的有关概念和两者协调发展的重要性。随后，乔标[8]等运用系统科学理论建立了城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型。而后越来越多的学者开始构建城市化与生态系统服务功能之间的耦合指标体系和模型，研究对象主要集中在单个城市，比如福州[9]、兰州[10]、昆山[11]、南京[12]等，对生态系统服务与城市化之间的耦合关系进行测度和互动关系的分析，研究角度也多从土地利用[13-14]出发，研究城市土地利用对生态系统服务价值的影响。

总之，国内外对于城镇化与生态系统服务功能之间的耦合关系研究已较为成熟，但旅游城镇化作为新型城镇化的重要表现形式，其与生态系统服务功能之间的耦合关系仍值得我们进行深入探究。本研究选取长株潭城市群为研究区域，基于旅游的角度，通过建立耦合协调模型研究旅游城镇化与生态系统服务价值之间的耦合关系，具有一定的新颖性。其研究能够为区域旅游城镇化建设和生态环境保护提供相应的科学决策参考，也有利于推动区域旅游业和生态环境两者的协调发展、可持续发展和高质量发展[15]。

一、数据来源与研究方法

（一）研究区域

长株潭城市群地处湖南省中东部，囊括长沙、株洲、湘潭三市，它不仅是湖南经济发展的重要增长极，也是长江中游城市群的重要组成部分（图1）。近年来，长株潭城市群旅游业迅速发展，旅游业收入由2005年的243.65亿元上升至2019年的3 314.77亿元，增长高达13.6倍，成为促进城市群发展的不竭源泉。旅游业的迅猛发展，也加速和推动了城镇化进程，长株潭城市群非农人口数由2005年的618.62万人次增至2019年的1 095.37万人次，涨幅高达77%[16]，同时城市群的土地利用也处在不断发展变化中，对生态系统服务价值产生了一定的影响。长株潭城市群作为旅游城镇化具有代表性的区域，研究区域内旅游城镇化与生态系统服务价值变化之间的关系对促进区域可持续发展具有积极意义。

图1 长株潭地区行政区域

（二）数据来源

本研究所需的数据主要包括土地利用数据和社会经济统计数据两大类。长株潭地区2005年、2010年、2018年土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心提供的1km栅格数据，借助Arcgis软件将其分为耕地、林地、草地、水域、城镇建设用地和未利用土地；旅游业数据、人口数据、粮食数据等社会经济统计数据主要来自各年的湖南省统计年鉴，以及长沙、株洲、湘潭三市的统计年鉴及各市的国民经济和社会发展统计公报。

（三）生态系统服务功能测度

生态系统服务是指人类直接或间接从生态系统中获得的所有惠益，以满足人类生活和社会发展的需要[17]。依据已有研究将生态系统服务功能分为调节服务、支持服务、供给服务和文化服务[18]。调节服务包括气体调节、气候调节和水源涵养，能够起到净化城市环境和防止水土流失的作用；支持服务包括土壤形成与保护、废物处理和生物多样性保护三项功能，对提高生物多样性和维持地球生物生存环境安全具有重大意义和价值；供给服务是指食物生产和原材料，它为人们提供生活必需品，与人们的日常生活息息相关。文化服务主要是指生态系统的娱乐文化功能，文化服务功能的提高能够极大地增加居民的幸福感。生态系统服务价值（ESV）是生态系统服务功能的直接体现，可用于定量研究某个区域的生态系统服务功能。谢高地[19]在Costanz[20]等提出的生态服务价值评估方法上做出了一定改进，制定了与中国实际相符的生态系统服务价值当量表。本研究结合湖南省的生态系统服务价值修正参数：1.95，制定出了长株潭地区生态系统服务价值当量因子表[21]。其中粮食单价由各年度粮食总收入与粮食总产量的比值的均值计算而来（表1）。

ESV当量因子的计算公式为：

式中：VCo为ESV当量因子的价值量（元·hm-2·a-1）；P为长株潭城市群粮食均价（元·kg-1），Qi为长株潭城市群平均粮食产量（kg·hm-2）；n为年份数。根据表1对研究区的生态系统服务价值进行计算，其计算公式为：

表1 长株潭城市群生态系统服务价值系数 元·hm-2

式中：ESV为生态系统服务价值；Ak是土地利用类型k的面积（hm2）；VCk是生态系统价值系数（元·hm-2）；ESVt为生态系统第t项服务功能价值；VCkt是土地利用类型k的第t项服务功能价值系数（元·hm-2）。

（四）旅游城镇化响应测度模型

旅游城镇化的评价系统是比较复杂的，本研究基于麻学峰[22]引入的旅游城镇化响应测度模型，以表征旅游城镇化的发展水平，即旅游产业发展对城市化发展的作用强度。其测度模型为：

式中：R为区域内旅游城镇化的响应系数，m为区域非农人口数,M为总人口数，n=（年旅游人次×旅游者在该城市的平均滞留天数）/365。f为区域旅游业总收入，F为产业总产值。模型选取人口结构与产业结构两个关键指标，人口结构是城市化水平最为直接的体现，城市人口会受到游客来访数量的影响，因此将游客来访量纳入常住人口更加符合客观实际。产业结构可以反映地区旅游业发展水平，利用两者之间的比值来表明旅游产业经济发展对城镇化的作用强度[23-24]。

（五）耦合协调度模型

1.旅游城镇化与生态系统服务功能耦合协调机理

现有研究表明，城镇化与生态系统服务功能之间存在一定的关联，城市化与生态环境是一种相互作用、交互耦合的关系[25-26]。刘耀彬、宋学锋[27]等人指出城市化通过人口增加、经济发展、资源能源的消耗和土地扩张利用对生态环境产生威胁。生态环境通过环境选择、人口驱逐和政策干涉会对城市发展形成制约。在旅游城镇化系统内部，由于旅游业和城市化的迅猛发展，两者之间互动响应会产生一系列的经济效应、就业效应、文化效应和社会效应，从而对土地生态系统产生一定影响作用（图2）。一方面，经济的发展可以为土地生态系统的保护提供资金支持，经济产业的升级可以减少能源资源消耗，社会文化发展水平的提升会加强人们的生态保护意识，促进土地生态系统绿色发展。另一方面，由于旅游城镇化飞速发展，也会造成污染物排放、资源浪费、旅游业开发造成的土地扩张、游客涌入造成生态环境压力等一系列问题，对土地生态系统服务功能会形成一定的威胁。与此同时，在土地生态系统服务功能系统中，土地生态系统能提供调节服务、支持服务、供给服务和文化服务功能，这些功能共同促进土地生态系统的协调发展，并对旅游城镇化系统产生积极或消极影响。一方面，土地生态系统服务功能系统能为旅游城镇化系统提供原材料，是其重要的资源支撑。同时，土地生态系统中的气候、生物、食物等也会成为旅游城镇化系统发展的核心吸引力，是旅游城镇化发展的基础条件。另一方面，土地生态系统服务功能的破坏也会对旅游城镇的形象形成负面影响，有损城市形象而不利于旅游城镇化的发展。在保护生态环境过程中所实施的各种规制政策也会在一定程度上对旅游城镇化的发展有所约束。总之，旅游城镇化系统和土地生态系统服务功能系统之间是交互耦合、相互作用的。因此，借助耦合协调模型[28]对长株潭城市群地区旅游城镇化-土地生态系统服务功能两个子系统之间的耦合度与耦合协调度水平进行分析。

图2 旅游城镇化与生态系统服务功能耦合协调机理

2.耦合度与耦合协调度

耦合最初是物理学中的一个概念，是指两个或两个以上的系统或运动形式通过受自身和外界的各种相互作用而彼此影响的现象[29]。后被引入到经济学中，用以表示系统之间的协调水平。

式中：C为耦合度，u1为标准化后的旅游城镇化水平，u2为标准化后的生态系统服务价值。但在有些情况下，耦合度模型并不能反映系统的整体协调作用，因此引入耦合协调度模型，来科学反映指标之间的整体耦合协调状况，其计算公式如下：

式中：D为耦合协调度，C为耦合度，T为长株潭地区旅游城镇化与生态系统综合调和指数；a,b为贡献度待定系数，由于在旅游城镇化与生态系统服务的相互关系中，两者同等重要，故取a=b=0.5，根据耦合协调度大小并结合长株潭城市群实际发展情况[30-31]，将其划分为如下几个阶段（表2）：

表2 耦合度与耦合协调度划分

二、结果与分析

（一）土地生态系统服务价值时空演变分析

1.长株潭城市群土地生态系统服务总价值的时间尺度分析

根据湖南省修正后的单位面积生态系统服务价值系数（表1）和土地利用数据，估算得到2005—2018年长株潭城市群的ESV（表3）。结果显示，长株潭城市群2005年、2010年、2018年的生态系统服务价值分别约为600.31亿元、598.98亿元、584.79亿元，总体上呈下滑趋势。各土地利用类型的ESV排序如下：林地＞耕地＞水域＞草地＞城镇建设用地。其中，耕地、林地的生态系统服务价值均呈下降趋势，下降程度较为显著，草地的生态系统服务价值无明显变化。仅有水域的生态系统服务价值出现了小幅度的上升。究其原因，是在长株潭城市群经济发展过程中，一部分耕地、林地转化为了建设用地所致，使得其面积减少，生态系统服务价值下降。湘江流经株洲、湘潭、长沙三市，境内水体资源比较丰富，且由于近些年对于生态环境的各种保护措施和湘江水污染的综合治理，并通过大力实施循环经济，到2014年基本实现废水废气废渣的达标排放，使得水域的生态系统服务价值能够得以一定程度的上涨。

表3 2005—2018年长株潭地区不同土地利用类型的生态系统服务价值及变化

2.长株潭城市群土地生态系统服务总价值的空间尺度分析

根据长株潭地区2005、2010和2018年的生态系统服务价值，运用arcgis软件中的自然断点法[32]，将2018年长株潭城市群生态系统服务价值分为五个等级，为使其更加直观反映变化，2005年和2010年使用了相同的区间范围。其空间分布如图3所示。由图可知，长株潭城市群的生态系统服务价值存在一定的空间分异现象。生态系统服务价值靠前的区域主要集中在长沙东部和株洲南部地区，低值区域主要是长株潭地区的城镇建设区域。2005年到2010年土地生态系统服务价值变化主要体现为小范围的减少，2010到2018年土地生态系统服务价值的变化明显，长沙中部、湘潭东部、株洲西北部等地的生态系统服务价值出现了较大范围减少，需要引起重视。由表4可知，各区域生态系统服务价值排序依次为：长沙＞株洲＞湘潭。整个长株潭城市群在研究期间ESV均呈下降趋势，原因主要是城镇化水平的不断提高，使得城镇建设用地不断扩张，这就使得生态用地面积会出现下降趋势。从各土地利用类型的生态系统服务价值来看（表5），长沙、株洲、湘潭地区的耕地和林地生态系统服务价值在研究期间呈下滑态势；草地生态系统服务价值的维持较为稳定，基本没有太大变化。长沙、湘潭的水域生态服务价值均有所增加，株洲的水域生态系统服务价值则有一个先起后落的变化过程，这与湘江水域污水综合治理和整治是分不开的。由此可见，长株潭三地的生态系统服务功能受到了一定的影响，长株潭城市群内部要积极采取相应的生态环境保护措施。

表4 长株潭城市群各地区土地生态系统服务总价值及其变化

表5 长株潭城市群各土地利用类型生态系统服务价值 （亿元）

图3 2005—2018年长株潭城市群生态系统服务价值空间分布

3.长株潭城市群单项生态系统服务价值变化分析

通过长株潭地区生态系统服务价值系数及2005—2018年间土地利用的数据可以得出长株潭地区生态系统单项服务价值（表6）。从长株潭地区生态系统服务价值的构成来看，各单项生态系统服务功能的价值排序依次为：土壤形成与保护＞水源涵养＞生物多样性保护＞气体调节＞废物处理＞气候调节＞原材料＞娱乐文化＞食物生产，可见，长株潭地区土壤形成与保护的功能价值最为突出。在2005—2018年间，各单项生态系统服务功能均呈现下降趋势，其中，食物生产的变化率最为显著，下降率为5.68%，主要是在2010—2018年间有着大幅度的下降，这与城镇化过程中耕地面积的减少有着密切的联系。土壤形成与保护的减少量是居于第一的，在研究期间共下降了约3.26亿元，主要原因是与土壤形成与保护系数相关性最高的林地、耕地面积大量减少,转化为无生态系统服务价值的建设用地造成的。

表6 2005—2018年长株潭城市群不同类型生态系统单项服务价值及其变化

（二）长株潭城市群旅游城镇化水平分析

由图4可知，2005—2018年间，长株潭城市群的旅游城镇化响应存在一个周期性的波动。具体来看，2005—2009年间，是长株潭城市群旅游城镇化的初期发展阶段，2005年，长株潭城市群被写入国家“十一五”规划，各种政策优势、投资优势使得长株潭城市群的城镇化水平不断提升，此时，长株潭地区旅游业收入水平虽呈一定的上升趋势，但在生产总值中的占比基本没有明显变化，城镇化发展水平对旅游业的支持作用并不明显，旅游业的带动作用也没能得到一个很好的体现。2010—2014年间，长株潭旅游城镇化处于一个平稳发展阶段，此时的城镇化水平、旅游业发展水平均呈现上升趋势，旅游城镇化响应系数平稳发展。究其原因，旅游业发展水平的提升是由旅游景区景点数量不断增多、服务不断完善和营销方式不断更新所促进的，此时旅游业对城市化已经有了一定的带动作用。2015—2018年以来，长株潭旅游城镇化处于稳步上升阶段，旅游城镇化响应系数由0.21增至0.25，得到了跨越式的发展。在这一发展阶段，长株潭城市群的交通不断完善和发展，使得城市群内部的交往更加便利，也带动了旅游人数的增加和旅游收入的上升，城镇化发展促进了旅游流的发展，旅游业的发展又进一步推动人流、物流、信息流向城市群内部的推进，此时旅游城镇化处在一个平稳推进的上升阶段（图4）。

图4 长株潭城市群旅游业与城镇化发展过程

同时由于长沙、株洲、湘潭的旅游资源、区位等条件各不相同，其旅游发展水平也会存在一定的差异，旅游城镇化发展水平也会有不同程度的差别。由图5可知，2005—2018年间，旅游城镇化响应系数的平均水平为：湘潭＞长沙＞株洲。长沙市的旅游资源基础较好，旅游城镇化响应最为稳定，湘潭市、株洲市都存在一定程度的波动。其中湘潭的旅游城镇化水平提升最快，湘潭市着力打造红色旅游，通过红色旅游既能让人们接受教育,又能够带动旅游开发。长株潭城市群作为全国“两型”建设的示范引领区，必须对环境方面采取一定的制度措施。株洲作为传统的工业化城市，一直在做环境治理整治，使其旅游城镇化水平呈现一个波动发展态势，前期环境整治为旅游业的快速发展提供了强大动力，旅游城镇化水平也由2005年的0.13提升至2018年的0.33。

图5 长株潭城市群各市旅游城镇化发展过程

（三）土地生态系统服务价值与旅游城镇化耦合分析

由表7可以看出，2005—2018年长株潭城市群与生态系统服务价值之间耦合度整体上都比较高，这主要得益于长株潭城市群自成为全国“两型”建设的示范引领区以来，在生态环境保护与治理方面做出的努力。在研究期间，长沙、株洲和湘潭的耦合度虽在2005—2010年间有所下降，但在2010—2018年间有所回升，而且整个长株潭城市群一直处于高水平耦合阶段。可见长株潭城市群对于旅游城镇化与生态环境之间的耦合发展上是做出了积极响应的。

但在研究期间耦合协调度与耦合度表现出了一定差异，这是因为耦合协调度在耦合基础上还可以反映系统之间的协调性。由表7可知，长沙的耦合度一直处于高水平，但在耦合协调度计算结果（表8）中我可以看出，其旅游城镇化与生态系统服务之间的耦合协调特征在2018年是处于一个轻度失调状态的，究其原因，是由于2018年长沙市的旅游业已经发展较为成熟，旅游城镇化水平已经趋于稳定，较前期相比并没有较大程度的提升，但生态系统服务价值却有所下降，表现为不太协调，因此耦合度计算结果较高，但耦合协调度较差。为防以后旅游城镇化与生态系统服务价值一直呈现下滑趋势，在推动旅游业发展过程中，一定要十分注重它的建设对生态系统服务功能造成的影响，加快旅游产业的转型升级，实施绿色低碳旅游，同时也要加强创新在旅游业中的作用，以防出现“瓶颈效应”，以实现旅游业的可持续发展。株洲市的耦合协调度在2005—2018年间呈现逐年上升趋势，由初级协调走向了良好协调，这与近些年来株洲市旅游业的发展与环境整治是密不可分的。同时我们也可以看出，株洲地区的旅游城镇化与生态系统服务存在很大的发展空间，株洲市在未来的旅游城镇化发展过程中要注意吸取经验教训，少走弯路，不断促进其旅游城镇化与生态系统服务的良性耦合发展。在2005—2018年间，湘潭地区虽然在2005—2010年间的耦合协调度有小幅度的下降，但耦合协调度一直维持在0.6左右，也一直处于中级协调状态。可见，湘潭地区在发展红色旅游过程中，并没有影响生态系统的服务功能，并使两者形成了一个良性循环，能够起到一个相互促进的作用。但是，整个长株潭城市群在2005—2018年间耦合协调度一直呈下降态势，甚至在2018年沦为轻度失调状态，这必须引起政府部门和相关旅游从业人员的高度重视，今后在发展旅游业过程中一定要重视环境因素和旅游业创新发展。在发展旅游业过程中，相关基础设施的建造、景区景点的建成或扩张会对城市用地造成一定的影响，旅游业的发展也会吸引大量的人流，促进城镇化建设的进一步发展。因此，在长株潭城市群两型社会发展时期，在全域旅游推动的大背景之下，政府必须高度关注旅游业推动的城市化发展对生态环境造成的影响。做到旅游业发展、城市化发展与生态系统保护的共同促进和发展，实现旅游城镇化系统和生态系统之间的良性耦合。

表7 长株潭城市群土地生态系统服务价值与旅游城镇化耦合度及阶段特征

表8 长株潭城市群土地生态系统服务价值与旅游城镇化之间耦合协调度及等级

三、结论与讨论

（一）结论

在2005—2018年间，长株潭城市群土地生态系统服务价值总体上呈下降趋势，在城市化进程中必须要注重生态环境的保护和建设，合理规划建设用地，将经济发展的成果更多用于生态保护之中。

长株潭城市群旅游城镇化发展可以分为初期发展、平稳响应和稳步上升三个发展阶段。随着社会经济和旅游业的迅猛发展，旅游城市的要素集聚效应发挥愈加明显，对旅游产业发展及其结构升级的作用强度变大，旅游城镇化逐步走向成熟。与此同时，由于长株潭城市群各地的资源禀赋与区位条件、投资条件等的不同，使得各个地区旅游城镇化响应也表现出各自独特的特征。

2005—2018年长株潭城市群生态系统服务价值与旅游城镇化的耦合协调度下降，由良好协调走向了轻度失调。如何协调旅游城镇化与生态系统服务功能之间的关系，是长株潭城市群在两者耦合基础上协同发展的关键所在。对旅游城镇化与生态系统服务两者间的耦合研究有助于从旅游业和城市化发展两个角度去推动区域生态环境的保护与发展，也有助于推动区域生态补偿机制和政策的制定。

（二）讨论

1.启示

长株潭城市群旅游业的发展给湖南省城市化进程带来了新的机遇，但也必须认识到其对生态系统服务功能的影响。本着建设“资源节约型和环境友好型”城市群的发展目标，要实现生态系统服务与旅游城镇化的共同进步与和谐发展，具体可从以下几个方面展开：第一，严格把控旅游用地。制定严格的法律政策，谨防出现以旅游名义发展房地产从而造成土地资源浪费的情况，同时在旅游地开发过程中要注意避让耕地，保护基本农田，严厉打击乱修乱建行为，确保生态保护红线，集约高效利用土地资源[33-35]。第二，在旅游地管理上，管理者要关注到景区的承载力，制定相应的规制政策防止旅游活动对生态环境造成的污染和破坏。同时长沙作为网红城市，假日的人流激增，要关注到城市承载力的问题，在长株潭城市群内部进行有效分流，实现城市群的共同繁荣发展。第三，长株潭城市群要利用有利条件去积极发展生态旅游。随着人们对于自然、生态、康养等需求愈加强烈，发展生态旅游不仅可以满足大众需求，还能够实现生态保护与旅游业发展的良性统一，有利于促进旅游业与生态环境的可持续发展。

2.展望

本研究基于耦合协调模型对长株潭城市群旅游城镇化与生态系统服务价值的关系进行了研究，研究方法较为实用，能在一定程度上反映地区实际发展状况，对于相关政策的制定、基础设施的建设、产业结构的优化升级等都具有一定的积极意义。但生态系统服务与旅游城镇化的耦合系统是一个非常复杂的系统，由于篇幅限制，仅研究了两者之间的耦合协调关系，对两个系统间具体的作用机制和路径以及两者耦合协调度的影响因素分析还需要在后续的研究过程中做进一步的探讨和分析。