陈华阳，王 远，许 翔，黄逸敏，陈晗璐
(1.福建师范大学 a.湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室, b.地理科学学院,福州 350117; 2.福建教育学院,福州 350001; 3.南京大学 环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京 210023; 4.福建省环境保护设计院有限公司,福州 350012)
在快速城镇化进程中,如何实现区域空间优化、生态价值转化,推动生态环境与经济社会耦合协调发展成为重要研究课题[1]。县域是我国国民经济与政策落实的基本单元,开展县级尺度生态-经济耦合协调发展研究,对探析区域生态资源空间结构特征、促进生态经济协调发展具有重要意义[2]。
全面评估绿水青山(生态)与金山银山(经济)的价值,系统表达区域生态资源和经济发展的耦合协调程度,是学界关注的热点[3-4]。现有研究虽尝试基于“两山”理论讨论了生态(生态系统服务价值)与经济(社会经济发展)的协调发展程度,但忽视了生态系统承载力对生态系统经济产出的影响,缺乏对生态系统内部服务功能价值的生态经济综合审视[3,5-6]。生态系统服务功能价值包含生态承载力(ecological carrying capacity,ECC)与生态系统服务价值(ecosystem service values,ESV),分别以容量和币值表征生态系统内部生态经济的功能与价值[4,7]。生态承载力研究多集中在区域、省域、市域等尺度[8-10],县级尺度有待进一步探索。而生态系统服务价值研究仍缺乏统一的评估体系,限制了生态系统服务的货币化、市场化[11-12]。因此,建立县级尺度的生态系统综合评价体系,讨论县域生态-经济系统的耦合协调程度,可反映较小尺度生态系统内部生态经济综合特征,优化国土空间规划和生态系统服务,科学评估区域生态经济系统间的协同发展程度[13]。
当前,生态敏感性强、生态服务价值突出、经济发展时序差异性显著的南方山地丘陵区的生态-经济耦合协调研究成果有限[1,14]。作为典型南方山地丘陵区,福建省的沿海地区成为生态脆弱、经济发达、高城市化的杂糅区,内陆地区形成生态重要性强、敏感脆弱度高、经济相对落后等因素叠加的矛盾空间[15]。此外,作为首个国家级生态文明试验区,福建省肩负探究科学开发国土空间、实现生态产品价值等任务。评估福建省县域生态系统内部服务功能价值,探究其生态-经济系统的耦合协调关系,对完善生态系统服务研究体系、解决地区生态经济失调问题、推动区域高质量发展具有重要意义。
本研究以《千年生态系统评估综合报告》发布年(2005年)为研究时间起点,以全面建成小康社会和“十三五”规划的收官之年(2020年)为截止点,以福建省县域为研究单元,基于生态-经济双视角,融合生态承载力与生态系统服务价值,开展生态系统服务功能价值综合评价,分析生态与经济系统的耦合协调度,探究复杂多样的生态、地理、经济格局所造就的福建省县域的人地时空不均衡特征,为福建省县域国土空间格局优化、绿色可持续发展提供建议,为推动“两山”价值转化、实现人地协调发展提供理论与方法支撑[3,16]。
1.1 研究区域
福建省位于我国东南沿海地区,为我国首个生态文明试验区,在我国沿海发达省份里山地丘陵比例最高,人地矛盾最为突出[1]。2005—2020年,福建省人口规模不断扩大,城镇化水平不断提升,致使人地矛盾不断加剧。多因素叠加使福建省的生态系统成为集重要性、脆弱性和示范性并存的特殊矛盾体。因此,探讨福建省县域生态-经济的协调度具有重要意义。
福建省下设84个市辖区、县级市、县(含金门县)。2005—2020年福建省存在多个撤县(市)设市(区)、部分市辖区的空间分离等情况。为统一研究口径、反映空间变化特征,将各市辖区合并为一个单元,部分新设区仍作为独立单元,金门县因相关数据缺失未列入研究范围[17]。经此调整,研究范围包括67个研究单元(图1)。
图1 研究区域
1.2 研究方法
1.2.1 生态承载力评价方法
参照现有评价标准,结合地区特色,构建福建省生态承载力指标体系,指标包括植被覆盖度、生态系统生产力、生物多样性维护能力、水源涵养能力、水土保持能力[4,18]。通过模型运算,运用取整函数进行归一化。植被覆盖度等级划分方法参考相关研究[4],其余指标均按栅格评价值大小进行降序排列,按累积功能值占0～30%,>30%～50%,>50%～70%,>70～85%,>85%～100%分为极高、较高、中等、较低、极低5个等级,再将归一化的指标进行叠加分析[18],获得福建省生态承载力,并以县域为单位分别提取年份的区域均值,分析其时空分布特征。
生态系统生产力、水源涵养能力评价参考相关研究[4,18]。其中,平均地表径流系数由福建省土地利用类型与各类生态系统地表径流系数均值进行参照对比、修正获得(表1)。水土保持能力以水土保持服务能力指数作为评价指标[18]。生物多样性维护能力评价以修正后的生物多样性维护服务能力指数作为评估指标,然后通过福建省自然保护区范围数据对分级结果进行调整,获得最终的生物多样性服务能力等级[19]。
1.2.2 生态系统服务价值核算方法
以陈华阳等[4]和G.D.Xie等[12]的研究为基础,参照相关研究成果,将福建省土地利用类型转化为相应生态系统类型,其中建设用地及未利用土地(不含沼泽地)等归为荒漠生态系统(表1),构建福建省生态系统服务价值核算体系。根据《福建统计年鉴》数据计算出平均粮食单产为5 519.72 kg/hm2。同时,为消除价格波动的影响,以2020年福建省粮食平均价格为基准。根据福建省粮食和物资储备局提供的数据,计算得出2020年福建省粮食均价为5.40元/kg。因此,福建省生态系统服务标准当量因子价值系数为4 258.07元/hm2。基于此,调整获得福建省单位面积生态系统服务价值系数(表2)。然后引入生物量因子调整系数和社会经济因子调整系数对核算体系进行修正,使其更真实地反映2005—2020年福建省的生态系统服务价值实际情况[12,20]。
表1 土地利用类型与生态系统类型转化
1.2.3 生态系统服务功能价值综合评价方法
根据短板原理,采用取最小值法对福建省2005—2020年生态承载力与单位生态系统服务价值进行空间叠加,获得各县域生态系统服务功能价值等级划分结果[4]。再采用耦合协调度模型,将生态系统服务功能价值等级结果与县域人均GDP进行耦合协调分析,获取生态-经济双系统的耦合协调程度,并引入相对发展模型,探讨福建省区域生态经济发展现状,以明确生态-经济双视角下的区域未来发展方向及关注点[5]。
1.3 数据来源
数据主要包括2005—2020年福建省土地利用类型、行政区划、气象、社会经济等数据。其中,行政区划、高程、土地利用类型数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心;气温、降水、蒸散发、NDVI数据来源于国家地球系统科学数据中心、中国及福建省气候公报、中国科学院资源环境科学数据中心、中国气象科学数据中心和国家生态系统观测研究网络科技资源服务系统网站;土壤数据来源于国家冰川冻土沙漠科学数据中心;NPP数据来源于美国地质调查局;自然保护区范围数据来源于中国自然保护区生物标本资源共享平台;社会经济数据来源于国家统计局、福建省统计局以及福建省粮食和物资储备局。通过全国行政区划信息平台进行县域名称更新。
表2 福建省单位面积生态系统服务价值系数 元/hm2
2.1 生态承载力评价
总体上看,2005—2020年福建省生态承载力各等级面积分布较为均匀,呈现中间高两边低的东北—西南走向的条带状分布规律(表3,图2)。从时间上看,2005—2020年各县域生态承载力质量中等偏上,状况逐渐转好,存在一定波动。极高等级的承载力面积及占比总体呈上升趋势,面积增长1 425.43 km2,2005年、2010年、2015年、2020年的面积及占比分别为7 768.02 km2,6.36%;9 749.44 km2,7.98%;11 994.08 km2,9.82%;9 193.45 km2,7.53%。2005—2020年极低等级县域数量稳定保持在15个,但较低等级县域存在波动上升趋势,由14个增至18个;较高等级县域存在波动下降趋势,由17个减至15个。其中,2015年生态承载力极高等级的县域数量和面积高于其他年份,这可能与此阶段福建创建我国首个国家生态文明试验区的系列政策带动有关。从空间上看,生态承载力中等以上县域主要集中分布在各大山脉所在的海拔较高地区,极低等级县域集中于东南沿海,极高等级县域在西南部集聚。其中,2005年的最低值在石狮市,最高值在武平县。2010年的最低值在晋江市,最高值在武平县。2015年的最低值在晋江市,最高值在武平县。2020年的最低值在石狮市,最高值在永定区。石狮市与晋江市相连,承载力低的原因主要在于二者就地城镇化的独特发展模式,使其城镇化率较高,进而影响生态承载力。被誉为“全国林改第一县”的武平县则连续三阶段保持生态承载力最佳,其境内植被覆盖率高,生态环境好,更是集体林权制度改革的发源地,生态保护意识强。此外,我国南方红壤侵蚀退化区典型县长汀县生态承载力等级都为中等,这与长汀县从20世纪80年代开始持续开展的水土流失治理工程以及2000年“以长汀为重点的水土流失综合治理”项目开展有着密不可分的关系。可见,生态承载力与地形地势、人口活动及政策实施有密切联系[21]。
表3 2005—2020年福建省县域生态承载力均值各等级面积与占比
图2 2005—2020年福建省县域生态承载力等级空间分布
2.2 生态系统服务价值核算
2.2.1 生态系统服务价值变化
与山东省[22]、云贵高原[23]等地比较可知,福建省生态经济产值极高,但整体呈波动下降趋势。2005年、2010年、2015年、2020年福建省生态系统服务价值分别为24 299.50亿元、22 537.68亿元、24 412.58亿元、23 780.83亿元。2005—2020年,福建省生态系统服务价值产值下降518.67亿元,下降率为2.13%。可见,福建省生态系统结构较为脆弱。
从生态系统类型视角看(表4),2005—2020年福建省森林、草地及水域生态系统所产生的生态系统服务价值始终居前3位,说明这3类生态系统在福建省生态系统服务价值核算中扮演着重要的角色。
表4 2005—2020年福建省 生态系统类型视角的生态系统服务价值变化
从服务功能类型看(表5),福建省生态系统调节服务能力最显著、支持服务能力次之、文化服务能力最差。从时间序列看,各服务类型产值皆呈现下降趋势,其中调节能力产值下降最为明显。细化至二级服务类型分析可知,福建生态系统的水文调节能力最为突出,水资源供给能力最差。这与福建省土地利用类型有密切关系。福建省耕地中水田占比较高,水田蓄水能力较强,生态系统水文调节能力显著,但水田农业需水量大,水资源供给能力有待提升。此外,得益于福建省良好的森林覆盖率,其气体及气候调节能力产值较高。这也为今后福建省实现“双碳目标”提供了良好思路。
表5 2005—2020年福建省 服务类型视角的生态系统服务价值变化
2.2.2 生态系统服务价值时空格局变化
福建省各县域单位生态系统服务价值等级较高(图3)。与生态承载力空间分布相似,生态系统服务价值相同等级或相近等级的地区连片分布,极高等级区集聚情况突出。2005年、2010年、2015年、2020年县域单位生态系统服务价值最高值均在福州市辖区,分别为23.47元/m2,21.78元/m2,23.63元/m2,22.57元/m2。2005年、2010年、2015年、2020年最低值均在晋江市,分别为7.03元/m2,6.30元/m2,6.97元/m2,6.52元/m2。福州市辖区的单位生态系统服务价值最高的原因在于辖区内生态系统结构配置极佳,城中三山叠置,城边鼓山、森林公园环绕,闽江穿城而过,城内内河交错。而晋江市则因森林覆盖率不高、城市化水平高、生态系统类型单一,致使单位生态系统服务价值极低。
图3 2005—2020年福建省县域单位生态系统服务价值等级空间分布
2.3 生态系统服务功能价值综合评价
2.3.1 县域尺度等级评价
采用取最小值法对福建省生态承载力与生态系统服务价值进行耦合叠加,获得福建省县域生态系统服务5个等级划分结果,将5个等级进行重分类,获得低、中、高3个生态系统服务等级县域及其时空分布变化特征。2005—2020年福建省县域生态系统等级均以低等级为主,整体生态系统服务功能价值有所下降。2005—2020年生态系统服务低等级县域面积占比由47.03%提高到51.64%,高等级县域面积占比由26.60%降至22.02%。其中,2010年福建省生态系统服务功能价值等级最差,2015年生态系统服务功能价值等级最佳。从空间上看(图4),福建中部地区系列东北—西南走向山脉的所在县区是福建省生态系统服务功能价值高等级区的集聚地;东南沿海县域是低等级区集聚地;西北内陆地区生态系统服务功能不稳定,波动性较强。
图4 2005—2020年福建省县域生态系统服务功能价值等级空间分布
2.3.2 不同功能价值等级县域未来发展定位
综上可知,福建省生态系统较为脆弱,县域级尺度研究明确了生态系统脆弱的具体区域,有利于地区发展政策的精准定位。因此,应基于县域尺度分析结果,分析不同县域的生态服务功能价值的影响因素,制定针对性发展措施,以提升县域综合生态系统服务功能[4]。
当县域生态系统服务功能价值等级低时,其经济强县域应向生态强县域支付一定的生态维护费用。其中,若因县域ECC与单位ESV等级皆低,致使生态服务等级低,未来发展应重视生态系统综合修复,如厦门市辖区、泉州市辖区、晋江市等;主要受ECC等级影响时,应强化生态承载力,如南平市辖区、福清市等;主要受单位ESV等级影响时,则需促进生态系统结构优化,如政和县、云霄县等。若县域生态系统服务功能价值等级为中等,需重视区域资源合理开发,预防生态退化。其中,若其ECC与单位ESV等级皆为中等,则需强化生态承载力与生态系统结构,如宁德市辖区、寿宁县、屏南县等;若主要受ECC等级影响,则需强化生态承载力,如建瓯市、永安市、长汀县等。当县域生态系统服务功能价值等级高时,在生态补偿经费划分中应获取最大配额,未来发展需巩固生态成果,探索绿色发展道路,如龙岩市辖区、武夷山市、德化县等。
2.4 生态-经济双系统耦合协调程度分析
单纯重视区域生态环境,或一味侧重经济发展,都不利于区域生态经济可持续发展。因此,探讨生态系统内部的生态-经济状况后,进一步分析福建县域的生态系统与经济系统的协同发展程度。参照韩增林等的研究[5],本研究把各县域生态等级数据和人均GDP数据进行归一化处理,对福建省生态-经济双系统的耦合协调发展类型进行划分(图5)。
图5 2005—2020年福建省县域生态-经济系统间的耦合协调程度空间分布
由图5可知,2005—2020年,福建省生态-经济耦合协调发展状况逐渐趋向转好,总体呈基本协调状态,且状态趋于平稳。2005年、2010年、2015年、2020年福建省生态-经济耦合协调度的中位数分别为0.472,0.551,0.586,0.494。可见,福建省生态-经济发展整体处于基本协调状态,总体向好发展。此外,2005年、2010年、2015年、2020年耦合协调度的标准差分别为0.229,0.330,0.291和0.288,表明福建省67个县域的生态-经济系统的耦合协调状态整体趋于平稳。
从耦合协调度上看,2005年福建省67个县域中处于基本协调以上等级的县域有41个。18个严重失调的县域皆为严重失调-生态滞后发展特征,主要分布在东南沿海地区。2010年受自然条件影响,严重失调的县域突增至27个;高度协调发展的县域增加至4个,其中,德化县生态经济协调度最好,为高度协调。2015年,基本协调以上等级的县域46个,德化县生态经济协调度仍是本年度最高。较于往年,2020年出现1个严重失调-经济滞后发展特征的县域,为周宁县。可见,福建省各县域虽已全部脱贫,但原贫困地区经济实力仍较薄弱,需持续帮扶,防止返贫现象发生。
综上,福建省生态-经济整体呈基本协调状态,并呈逐渐平衡趋势。严重失调的县域主要集中在东南沿海经济发达地区,高度协调的县域主要集中在中部、西南部的生态环境优越、经济发展较好地区。空间上呈现程度相同或相近的县域集中连片分布的规律。
3.1 结论
(1)福建省生态承载力、生态系统服务价值、综合生态系统服务功能价值、生态-经济耦合协调度皆呈现相同或相近等级区域空间集中连片分布特征。
(2)地区单位生态系统服务价值反映出当地实际生态系统结构配置的合理性、科学性。可避免地区过分注重生产总值而片面追求高生态生产值用地发展保护,忽视其他生态系统类型的保护与可持续发展。
(3)内陆县域生态-经济耦合协调程度最佳,成为福建省未来绿色发展的主力军。福建省内陆县域生态-经济发展协调性好,发展特征更符合宜居城市的定义及国家提倡的绿色发展道路。此类县域在未来发展过程中其优势将逐渐凸显。
3.2 建议
(1)发挥政策引导优势,探索生态文明建设有效模式。福建省应牢牢把握首个国家级生态文明试验区的政策利好,强化生态-经济协同考核机制,量化“绿水青山”经济价值,鼓励生态-经济耦合协调度高的地区充分利用自身发展优势,以点带面,形成生态-经济协同发展新高地。通过构建碳汇交易平台、生态银行等方式使公众亲身感知“绿水青山”就是“金山银山”的寓意,充分调动其生态保护意识和行动。
(2)优化生态系统服务能力,制定空间发展优化战略。国土空间规划编制过程应重视各类用地占比的科学配置,引导土地开发向生态系统服务价值保值和增值方向发展,实现地区生态承载、生态经济的可持续发展[5]。重视以“数字福建”科学技术提升“清新福建”旅游服务体验,增加生态系统文化服务产值。基于等级分析结果,制定针对性的生态修复方案[4]。其中,水土保持能力不强仍是福建省生态系统不稳定的关键因素,地方政府应充分学习“长汀经验”,因地制宜地制定更具综合性、针对性的水土治理方案。
(3)促进区域生态经济合作,关注地区特色发展。本研究结果表明,大部分严重失调的地区为沿海经济强区,高度协调的地区区往往为内陆生态强区,二者可构建生态-经济共同体,经济强区向生态强区购买“生态指标”,形成区域间的生态-经济流通桥梁,推动两组团生态经济协同发展。内陆生态经济协调县域应积极探索低碳绿色发展道路,创新发展模式,总结高质量发展有效路径,争做绿色发展先行县域。此外,需要关注省内生态系统脆弱且经济发展较落后地区的发展,充分挖掘适合其地区发展的生态产业,实现以生态促经济的地区发展新模式。
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