基于供需匹配的洞庭湖流域生态系统服务区际协调探究
2024-01-01阳斌成张家其罗伟聪黄东蛟
摘要:从流域整体视角出发对洞庭湖流域生态系统服务进行动态评估,分析生态系统服务供需时空演化特征及空间匹配关系,可为洞庭湖流域生态分区管控提供参考依据。以区县级为研究尺度,运用价值量法与土地利用开发指数测算2000、2010和2020年洞庭湖流域生态系统服务供给与需求,将供需划分为5个等级,并运用ArcGIS进行空间叠加分析,确定每个研究区域的生态系统服务供需关系。结果表明:(1)洞庭湖流域生态系统服务供给高值区分布于山地丘陵区,需求高值区则分布于平原、盆地等人口稠密区,供给与需求空间极不匹配,且供给快速减少与需求增长区域高度重合,表明该地生态服务空间逆差持续凸显,急需开展流域内部生态系统服务区际协调管理;(2)生态系统服务匹配类型上主要呈现高供给-低需求、中供给-低需求、低供给-高需求3种类型,说明流域内部具备协调整体生态系统服务供需的基础条件及必要性;(3)将洞庭湖流域划分为生态保育、协调、重构、培育区,继而开展区际协调管理,以期构建上中下游优势互补、协调联动的发展新格局,实现流域生态环境与社会经济协同高质量发展。
关键词:生态系统服务;供需匹配;生态分区管理;洞庭湖流域
中图分类号:X171.1;Q178.1 " " " 文献标志码:A " " " "文章编号:1674-3075(2024)06-0037-10
生态系统服务供给是指生态系统为人类提供的产品与服务,需求则是人类社会消耗或期望获得的生态系统服务数量,两者共同构成生态系统服务从自然生态流向人类社会的动态过程(马琳等,2017),但受要素禀赋、发展水平与区域政策等因素影响,生态系统服务供给与需求匹配度存在区际差异,同时人类对生态系统服务需求的主观选择也会加剧这种空间匹配差异(杨宜男等,2022)。考虑生态系统服务是协调自然生态与人类社会关系的重要纽带,生态系统服务供需错位已然成为经济快速发展背后区域生态环境问题产生的重要原因(刘立程等,2019)。近年来,随着生态文明战略推进,加强生态保护与修复,平衡生态系统服务供给与人类活动需求已成为国家关注的重要安全议题(陈新闯等,2022)。在此背景下,如何识别生态系统服务供需状况,保障生态系统服务持续供给,实现区域高质量发展,成为学界亟待解决的关键问题(申嘉澍等,2021)。
早期学界主要聚焦能源、食物和水等单项生态服务供需的时空特征展开分析(陈骏宇等,2019;Feurer et al,2021),之后随着研究数据与方法拓展,相关学者对生态系统服务供需理论进行了完善与扩充(Zhang et al,2022),量化了支持服务及文化服务的供需研究(Yoshimura amp; Hiura,2017;Zhang et al,2020),在此基础上部分学者从不同尺度对生态系统服务供需空间特征进行了实证研究(Gonzalez-Garcia et al,2020;张敏和迪丽努尔·阿吉,2022;杨婷等,2023)。整体而言,现有生态系统服务供需评价方法仍相对较少,且在应用过程中各有优缺点,例如生态系统服务供需矩阵法(刘颂等,2019)、生态足迹法(李鹏辉等,2022)、问卷调查法和公众参与法(严岩等,2017)等存在主观性过强的问题;而InVEST、SoIVES、ARIES等模型及算法的参数未经本土化校正,且对数据要求较高,因此较少应用于大尺度研究(Johnson et al,2019;Admasu et al,2020;Capriolo et al,2020;刘娇等,2021)。此外,现有研究多关注独立行政区划单元,对流域这一生态-社会-经济复合系统关注不够,未考虑各流域段发展定位及全流域整体协调发展,特别是与空间管控相结合的探究还需进一步深入。
虽然流域上、中、下游具有不同生态本底与功能,但因其以水为纽带,具有生态服务区内流动特性,致使流域构成完整地理单元与独立自然生态系统;加之各类沿江经济带建设与区域规划的实施,众多流域也成为了具有强整体性与高关联性的经济地域系统。由此可见,对这类流域可持续发展的探讨需将其置于自然-社会-经济复合系统内部展开讨论(钱彩云等,2018)。基于此,本研究从流域整体视角出发对洞庭湖流域生态系统服务进行动态评估,识别供需矛盾凸显区域,综合考虑流域流动性及生态系统服务外部开放性特征,进行分区协调管控,为洞庭湖流域生态补偿机制与国土空间规划提供参考,同时推动流域社会经济生态协调高质量发展。
1 " 材料与方法
1.1 " 研究区概况
洞庭湖流域是长江经济带重要组成部分,主要包括湖南、湖北、江西、贵州、重庆、广东、广西部分地区,总面积约26万km2(图1)。区内洞庭湖平原为中国九大商品粮基地之一,湘江流域和洞庭湖生态保护修复被列入全国第三批山水林田湖草生态保护修复工程,同时还是湘桂岩溶地区石漠化综合治理、南岭山地森林及生物多样性保护叠置区域。由此可见,洞庭湖流域作为长江中游地区重要生态系统服务供给源地,为促进长江经济带高质量发展提供了基础性保障。然而,近年来洞庭湖流域出现了湖区萎缩、水土流失、重金属污染等一系列生态环境问题(邓楚雄等,2019),且随着城市化快速推进,建设、生产用地急剧扩张,对生态用地形成胁迫,进而导致土地利用结构和方式发生较大变化,人地关系日趋紧张,严重威胁区域生态系统服务供给安全(杨伶等,2021)。然而,现有该区域研究多关注洞庭湖生态经济区(石忆邵和史东辉,2018)、长株潭城市群(欧阳晓等,2020)等下游社会经济发展速度较快地区,对上游武陵山区、南岭及幕阜山等经济发展水平较低区域关注较少,但由于流域生态系统服务的流动性特征,上游一方面为中下游地区供给生态系统服务,另一方面又因生态保护无法进行大规模开发,势必会增加流域内部经济发展不平衡,不利于流域生态保护与社会经济可持续发展。由此可见,无论是从推进长江经济带高质量发展,还是流域生态补偿标准制定、区际发展公平角度考虑,识别研究区生态系统服务供需状况,优化流域生态系统服务供需格局意义重大。
1.2 " 数据来源与预处理
本研究选取区县级作为研究尺度,主要考虑县级是空间管控中权力实施最集中、最基础的层级(王新哲等,2020),且照顾到空间管控操作性、实施性及数据获取的可能性。在研究时段上,基于土地利用数据特征及国家“十五”-“十三五”重大规划实施下社会经济发展的阶段性,选取2000年、2010年、2020年作为时间节点。研究所使用数据包括: 2000、2010、2020年30 m精度土地利用数据,来自国家基础地理信息中心GlobeLand30(http://globeland30.org/),参照《土地利用现状分类》(全国国土资源标准化技术委员会,2017),采用ArcGIS10.2软件分类成耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地等6类用地,由于分类体系中建设用地提供的生态系统服务为0,因此不估算其价值;DEM数字高程数据,来自地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn/);粮食数据(价格、产量、粮食CPI、播种面积),来自《全国农产品收益汇编》及各省统计年鉴;社会经济数据(人口、GDP),来自《中国人口普查分县资料》及各省、区县统计年鉴及统计公报;行政边界等基础地理数据,来自国家基础地理信息中心(http://ngcc.sbsm.gov.cn/)。
1.3 " 生态系统服务供给价值测算
参考谢高地等(2008)制定的中国生态系统服务价值当量表,构建洞庭湖流域生态系统服务价值测度模型。由于1标准单位生态系统服务价值当量定义为1 hm2全国农田粮食平均产量经济价值的1/7(谢高地等,2005),结合洞庭湖流域单位面积粮食产量和平均价格,同时考虑湖南省占洞庭湖流域面积80%以上,故采取湖南省生物量(1.95)进行修正(曹跃群等,2020),且为保证生态系统服务供给价值计算结果具有年际可比性,利用2000年为基期,采用粮食CPI修正生态系统服务价值当量因子(王庭辉等,2021),最后得出洞庭湖流域单位面积生态系统服务价值(表1)。此外,为避免研究区内各县级行政区划面积差异过大导致生态系统服务价值总量计算结果出现误解,采取VPES(地均生态系统服务价值)反映区域生态系统服务价值供给状况,计算公式如下:
[VES=i=1nBi×Ui] " " " " " " " " " " " "①
[VPES=i=1nBi×Uii=1nBi] " " " " " " " " " " " " " ②
[S=VPES,A1-VPES,AVPES,A] " " " " " " " " " nbsp; " " " " ③
式中:VES为研究单元生态系统服务价值,单位为元/a;Bi为第i种土地利用类型面积,单位为hm2;Ui为研究单元第i项单位面积生态系统服务价值系数,单位为元/(hm2·a);VPES为研究单元地均VES,VPES,A与VPES,A1为研究单元A和A1时期地均VES,单位为万元/( hm2·a);S为地均生态系统服务价值变化率(%);n为区域土地利用类型数量。
1.4 " 生态系统服务需求测算
生态系统服务需求是指人类活动消耗生态系统服务数量(Villamagna et al,2013),从生态系统服务需求的驱动因素出发,在参考前人研究基础上(彭建等,2017),结合数据可获取性,选取人类社会经济发展需求指标中GDP密度、人口密度与土地利用开发程度进行量化表征。此外,为消除地区间经济发展水平差异过大对结果产生的影响,借助取对数方法将其波动特征弱化,计算公式如下:
[IESD=D1×lgD2×lgD3] " " " " " " " " " " " ④
式中:[IESD]为生态系统服务需求指数,D1为土地利用开发程度,即建设用地占总面积的比例,D2为人口密度,单位为人/km2,D3为地均GDP,单位为万元/km2。
1.5 " 生态系统服务供需匹配关系构建
采用离差标准法将生态系统服务供需数据进行标准化消除量纲,以2000年计算结果为基期,将洞庭湖流域生态系统服务供需划分为5个等级,进而运用ArcGIS进行空间叠加分析,将同一研究单元供给和需求等级相匹配(王盈丽等,2021),确定生态系统服务供需关系为9种编码模式(表2)。
2 " 结果与分析
2.1 " 洞庭湖流域生态系统服务供给时空特征
2000-2020年洞庭湖流域生态系统服务价值供给整体呈下降趋势,20年共减少327.57亿元(表3)。各用地类型面积依次为林地、耕地、草地、水域;各用地类型生态系统服务总供给依次为林地gt;耕地gt;水域gt;草地gt;未利用地,其中林地、耕地、水域是洞庭湖流域生态系统服务的主要贡献者,总占比超过95%。
从时间上来看,洞庭湖流域各时段总VES减少与各地类VES变化具有阶段性特征,其中2000-2010年全流域VES下降了138.58亿元,主要表现为耕地、林地、草地VES增加,而水域、未利用地所提供的VES下降;2010-2020年间全流域VES减少189.00亿元,主要表现为耕地、林地、草地VES下降,水域、未利用地VES增加。
从空间上来看,2000-2020年洞庭湖流域地均生态系统服务供给空间格局较为稳定,呈现出“东西高中间低”的U型格局(图2),具体表现为:高供给区主要分布在洞庭湖流域东部罗霄-幕阜山区、西北武陵-雪峰山区、南岭-桂北山区及东洞庭湖区等海拔较高、植被覆盖较好的山地、丘陵地区;中供给区则主要分布于丘陵山区与盆地平原的过渡地带;低供给区则分布于衡邵盆地、长沙市区及洞庭湖区中部与西部区县,多为人口稠密、地形平坦的平原、盆地地区。
从地均生态系统服务价值VPES变化率来看与上文所述各地类变化特征一致,2000-2010年洞庭湖流域VPES显著降低的区域为洞庭湖周边县市,由于水域单位面积生态价值最高,因而围湖造田将大量水域空间转化为耕地,导致VPES显著降低;洞庭湖流域中部带状区域则是VPES增加的区域,原因是湖南省自2002年起全面实行退耕还林还草政策,促使大量不适宜耕种的坡耕地、低产田转变为林地与草地,提升了生态系统服务供给能力。2010-2020年显著增加区域主要分布在洞庭湖流域西部、南部及北部区域,这得益于国家新一轮退耕还林还草还湖政策、重点生态保护功能区建设及全国重点生态保护与修复工程等一系列生态保护政策的实施与推进;而显著降低区域则呈“点状”分布于各市区及周边县区,这是由于“十二五”“十三五”以来国民经济迅速发展与城镇化快速推进,土地利用结构发生改变,城镇建设用地扩张对其他用地造成胁迫,致使生态系统服务能力下降。总体而言,2000-2020年洞庭湖流域生态系统服务增长区域分布在流域上游的南岭及武陵-雪峰山等“四水”源头与东洞庭湖区域,而显著减少区域则分布于流域下游的洞庭湖、长株潭周边县市及部分地市区。
2.2 " 洞庭湖流域生态系统服务需求时空特征
从时间上来看,洞庭湖流域生态系统服务需求整体呈上升趋势,其中2000-2010年增速相对较慢,2010-2020年增长迅速,生态系统服务需求时空变化与流域内各省发展战略密切关联(图3)。具体来看,2000-2010年由低需求上升到较低需求的县区数量增长最为迅速,集中在洞庭湖流域东部地区;2010-2020年生态系统服务需求呈现由市区为核心向周围县区递减趋势,同时低需求向较低需求转变县区连片向西、向南扩张趋势明显。
从空间上来看,2000与2010年中等以上需求县区主要集中在洞庭湖流域中下游区域的长株潭与衡阳、岳阳、邵阳、常德、娄底、萍乡部分县区;2020年中等以上需求县区空间分布上呈现“长株潭与洞庭湖区聚集、其他市区零星分布”的特征,其中需求增长较快的县区分布于“一体(长株潭-体化区域)一区(洞庭湖生态经济区)两轴(萍乡-长株潭-娄底-怀化-铜仁-凯里沪昆高铁经济轴与京广高铁经济轴)”。
2.3 " 洞庭湖流域生态系统服务供需匹配特征
研究期内洞庭湖流域生态系统服务供需整体格局变化较小,但局部恶化趋势明显(图4)。大部分区县主要为H-L(高供给-低需求)、M-L(中供给-低需求)、L-L(低供给-低需求)、L-H(低供给-高需求)匹配模式,少部分县区呈现M-M(中供给-中等需求)、H-M(高供给-中需求)、M-H(中供给-高需求)匹配模式,表明整体生态系统服务供需匹配状况不理想,且供给高值区与需求高值区在空间上差异巨大。
从空间上来看,H-L类型主要分布于武陵山区、雪峰山、南岭、罗霄山等海拔较高、植被覆盖率高的山区;M-L类型主要分布于怀化、张家界、衡阳、邵阳、娄底及洞庭湖西侧低山丘陵区;L-L类型分布在洞庭湖中部、衡邵盆地、湘西、黔东南等农业发展集中区县;L-H类型主要分布在城市化发展速度较快的市区。由此可见,生态系统服务供需高值区存在明显的空间错位,部分地区供需匹配状况处于极不协调状态,需要进行流域供需匹配生态管理分区,并制定供需协调管理政策保障实施。
2.4 " 洞庭湖流域生态空间管理分区
2.4.1 " 生态分区依据与原则 " 由于生态系统服务具有上游流动到下游的定向性,加之生态系统服务的外部开放性(苏芳等,2020),流域上、中、下游生态保护与社会经济发展之间矛盾日益突出,形成了“上游负担、中下游受益”的不合理发展模式,因此生态分区目的在于协调流域上、中、下游关系,实现流域生态保护与社会经济发展双赢。其中,流域上游高供给-低需求地区往往是生态系统服务供给源地,承担着为中下游提供各项生态服务的重任,然而这类流域发源地多经济发展滞后,发展与保护关系较难平衡,显然上游地区是流域社会经济发展中的“损益区”,中下游需要对其进行生态补偿;中游地区作为协调上下游生态系统服务与生态红利流动的重要通道,一方面接受上游供给的生态系统服务并传递到下游,另一方面承接下游的产业转移,同时将生态红利扩散到上游;下游低供给-高需求地区在发展过程中需要各方为其提供与传递优质生态系统服务,是流域系统中的“受益区”,同时这类区域承载着带动流域社会经济发展的重要使命,因此需要提供包括人才、资金、技术支持来带动流域整体发展(图5)。为此,根据洞庭湖流域生态系统服务供需匹配特征,遵照生态区划基本原则(董战峰等,2017),结合研究区内各省《主体功能区划》《国民经济和社会发展第十四个五年规划》,将洞庭湖流域各区县划分为生态保育区、生态协调区、生态重构区、生态培育区。
生态保育区以H-L(高供给-低需求)类型为主,该区植被覆盖率高、生态系统功能与结构都较为完善,供需处于高盈余状态,且位于“四水”上游,是洞庭湖流域重要的生态屏障与生态系统服务供给源地,同时区内人类活动与土地利用开发强度较低,生态系统服务需求较少。生态协调区以M-L(中供给-低需求)、M-M(中供给-中需求)、L-M(低供给-中需求)为主,该区域供需压力相对较小,供需处于低盈余/低亏损状态,是洞庭湖流域生态系统服务流动的重要通道。生态重构区主要以L-H(低供给-高需求)、H-M(高供给-中需求)、M-H(中供给-高需求)为主,该区地形平坦,人口、经济密度大、建设用地比重高,因而生态系统服务需求较大,供需关系处于亏损状态,且周边区县容易受到核心城区扩散效应影响。生态培育区主要以L-L(低供给-低需求)为主,该类区域多为传统农业县,区内地形平坦,生态本底较差,人地关系较为紧张,经济基础相对薄弱,且生态系统服务供需处于低值均衡状态。
2.4.2 " 构建协调的流域高质量发展路径 " 为协调流域上中下游各主体生态保护责任,保障各自发展机会,推动流域生态环境与社会经济协同高质量发展,形成上中下游优势互补、协调联动的发展新格局,本文从流域整体角度出发,在协调机制上遵从“谁保护谁受益,谁破坏谁补偿”的原则,建立健全跨省流域生态补偿保障机制(邓铭江等,2017);在生态建设上构建以“一湖三山四水”为骨架的“源地-廊道”网络格局;在流域开发方式上依照不同区域生态与经济功能确定其发展方向及开发强度,并通过制度予以保障(图6),具体建议对策如下。
生态保育区土地利用类型主要以林地、草地为主,生态本底好,自然资源丰富,但人才、资金、技术等发展要素缺乏,限制了本区经济发展,因此该区域发展目标为保障流域中下游生态系统服务可持续供给,积极培育区域绿色经济增长点。具体措施包括:(1)严格禁止区域大规模开发建设,降低人类活动对生态系统的干扰;(2)开展封山育林,防治水土流失,严守生态保护红线,为中下游提供水源涵养、水土保持、美学等生态系统服务;(3)加强区际合作,实现区域产业优势互补,在为中下游经济发展提供原材料的同时,接受中下游人才、资金与技术输入,补齐自身发展短板,因地制宜开展“水-田-坡-丘”治理开发一体的山区立体农业(胡江霞和罗玉龙,2021),打造一批绿色食品与药材品牌;(4)完善基础设施建设,加强自身造血功能,借助湘西浓厚少数民族文化以及湘赣边区红色旅游资源打造具有区域特色的文化旅游产业;(5)制定与完善洞庭湖流域生态补偿制度,探索构建环境权益交易市场,接受中下游生态补偿。
生态协调区土地利用类型主要以林地、耕地为主,生态用地占比较大,是传递上游生态系统服务供给的重要通道,但该区也存在产业结构单一,经济发展动力不足的问题。本区发展方向应从流域生态协调视角出发,一方面有计划地退耕还林还湖,推进土地整治,建设水土保持林、农田防护林,增强森林涵养水源功能和碳汇功能,同时疏浚河道,提升河湖连通性,进而更好发挥其生态通道作用,增强协调上下游能力,保障生态系统服务供给流动畅通;另一方面,积极承接如矿产资源、中成药、食品加工等下游产业转移,将上游资源优势转化为经济优势,同时为下游经济发展提供前端产品;此外发挥区域铁路交通优势,加快人才、资金、信息向上游流动,为区域协调发展注入动力;最后,严格落实生态环境损害赔偿制度,保障生态系统服务不受损害地流向下游。
生态重构区土地利用结构中建设用地占主导地位,区域产业结构以二、三产业为主,人口密集,经济发展水平高,人才、资金、技术、信息等要素较为充足,但生态环境受人类活动胁迫较大,城市生态问题严重,亟需缓解生态系统服务供需矛盾。因此,本区域一方面应以生态重构为主,重视调节服务及文化美学景观功能提升,优化城市土地利用格局,推进城市绿色基础设施建设,提高绿地覆盖率,同时培育城市生态节点,完善城市绿地生态网络,推动“海绵城市”建设,增加城市生态系统服务供给(李兰和李锋,2018);另一方面严格控制人口增长,划定城市增长边界,鼓励城乡融合发展,推动产业结构优化,淘汰高污染、高能耗产业;此外,积极参与洞庭湖流域生态补偿制度制定与协商,从资金、人才、技术等多方面为上中游地区经济发展提供支持,促进流域高质量发展。
生态培育区土地利用类型主要以耕地为主,生态用地相对较少,区域产业结构中第一产业比例较大,为流域重要的粮食供给区,同时区域面临水资源需求量大、湖泊萎缩、粮食单产与种粮效益较低等问题,未来该区应加强河湖水系环境整治,坚持退田还湖还草,严格保护洞庭湖区湿地,恢复其涵养水源、调蓄洪水能力,保障长江流域下游地区生态安全;同时加大技术装备、资金补贴投入,提高粮食和大宗农产品综合生产能力,保障国家粮食安全;此外,减少农药、化肥使用,加快发展绿色生态农业,延长农产品深加工产业链,同时打造绿色农业品牌,提高农产品附加值;最后在制度上完善耕地补偿保护与轮作休耕制度,推动高标准农田建设,保障农民生产积极性。
3 " 讨论
(1)价值当量法在供给测算时虽无法揭示研究背后的生态学机理,但因计算简便、数据需求较少,在面对较大尺度与数据缺乏区域的研究时具有较强适用性(张平等,2020),同时本文考虑地区差异与社会经济发展状况,选择生物量与粮食CPI动态修正当量因子,使研究结果更为准确,在价值系数与地均生态系统服务价值方面与已有研究成果(熊鹰等,2018;王盈丽等,2021)比较接近。研究发现2000-2020年洞庭湖流域生态系统服务供给呈下降趋势,且空间上呈现东西高中间低的U型格局,与前人采用InVEST模型法(陈万旭等,2022)对相近区域所探究空间特征基本一致,在一定程度上说明本研究结果具有合理性及科学性。
(2)研究还发现,洞庭湖流域生态系统服务需求时空演化特征与流域内各省相应时段提出的“一点(长株潭地区)一线(京广经济带)”“3+5城市群”战略、洞庭湖生态经济区、“一核三极四带多点”、贵州省黔中城市群、湖北省宜荆荆城市群等区域发展战略高度关联,这些区域因区位、政策等因素驱动,人口、经济高度集中,导致生态系统服务需求增长迅速,这也说明从人口、GDP及土地利用开发程度3个指标来表征生态系统服务需求具有一定客观性,但由于人类对于生态系统服务需求具有多重性,因此量化指标选取应从生态系统服务需求内涵上进一步突破。
(3)随着国家生态文明战略推进,如何践行“绿水青山就是金山银山”绿色发展理念成为热点话题,而平衡生态保护与经济发展是关键,这也是生态系统服务管理研究所要解决的问题。本文基于数据可得性对县域尺度下生态系统服务供需与空间管控关系进行分析,虽有利于管控措施实施,但不能揭示县域内部空间差异,未来需进一步开展与栅格尺度的对比研究,探究不同尺度下生态系统服务供需特征及空间管控差异与共性,从而在空间管制措施制定时更有针对性,进一步提升研究科学性。此外,此类基于供需匹配的流域生态系统服务区际协调研究,今后还需加强与制度经济学、管理学的跨学科研究,从制度层面讨论如何保障生态系统服务的区际流动及价值认定,除了协调区内经济发展与生态保护,还需制定区际生态价值体量与经济增长规模互认、互通机制,以此提高区际协调的可操作性。
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(责任编辑 " 熊美华)
Inter-regional Coordination of Ecosystem Services in the Dongting Lake Basin Based on Supply-Demand Matching
YANG Bin‐cheng1, ZHANG Jia‐qi1, LUO Wei‐cong1, HUANG Dong‐jiao2
(1. College of Geography and Tourism,Hengyang Normal University,Hengyang " 421002,P.R. China;
2. Middle School of Guangzhou Huangpu Military Academy, Guangzhou " 570100, R.R. China)
Abstract: In this study, the Dongting Lake basin was selected for study, and we carried out a quantitative assessment of ecosystem services in the Dongting Lake basin over 20 years (2000-2020) using the value quantity method. The spatio-temporal evolution and spatial matching of ecosystem service supply and demand were then "analyzed from a watershed perspective. Finally, ecological zoning, and coordinated management and control strategies for ecosystem services in the Dongting Lake basin were recommended based on the results. This research was carried out at the scale of district or county, and land use, digital elevation models (DEM), grain, and socio-economic data for 2000, 2010 and 2020 were used to calculate the value of ecological services. Five levels of supply-demand matching were devised, and supply-demand relationships of ecological services for each district or county were analyzed using ArcGIS spatial overlays. Results show: (1) The land use types in the Dongting Lake basin included forest, farmland, water, grassland, construction land, and unused land. The ecological service value of the Dongting Lake basin decreased over the period 2000-2020, with a total decrease of 32.757 billion yuan. Forest, farmland and water were the primary providers of ecological services, exceeding 95% of the total value. Spatially, the areas with high ecological service values in the basin were distributed in mountainous and hilly regions, while the high-demand areas were concentrated in the densely populated plains and valleys. There was a significant spatial mismatch between supply and demand, with a high degree of overlap between areas of rapidly decreasing supply and rapidly growing demand. This indicates a continuing and prominent spatial deficit in ecological services in the region, and an urgent need for coordinated management of ecosystem services within the basin. (2) There were three primary ecosystem service matching patterns in the study area: high supply-low demand, medium supply-low demand, and low supply-high demand, again indicating the necessity of coordinating the overall supply and demand of ecosystem services within the watershed. (3) Based on the results summarized above, coordinated, inter-regional management strategies were developed and put forward to establish new development patterns featuring complementary advantages and coordinated linkages among the upstream, midstream, and downstream areas to achieve coordinated, high-quality development of the ecological environment and socio-economy within the basin.
Key words:ecosystem services; supply and demand matching; ecological zoning management; Dongting Lake basin