黑河流域生态系统服务价值预测及权衡分析——以张掖市为例

白羽萍, 王佳斌,刘 恋, 杜昱东, 邓祥征, 陈建成

1 中国地质大学(北京)土地科学技术学院,北京 100083

2 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室, 北京 100101

3 北京林业大学经济管理学院,北京 100083

生态系统服务是指生态系统结构、功能和过程为人类生产生活提供的产品和服务,是人类通过直接或间接的方式从生态系统中获得的惠益[1]。生态系统作为承载人类生产与人类活动的重要枢纽,为实现社会福祉提供稳定、持续的生态系统服务[2]。联合国已将食品、能源、水等关键生态系统服务列为2030年要实现的17个可持续发展目标的组成部分[3]。然而,联合国千年生态系统评估表明过去50年中全球约60%的生态系统服务退化[4],而这多是由于人类活动对生态系统服务的价值和功能造成了一定的破坏[5]。随着城市化、工业化发展进程的加快,人们的生活方式、可持续发展理念等都在不断改变,由此影响着不同时期的土地利用格局[6-7]。城市人口的增加导致其对生态系统服务的需求也在增加,而如何权衡社会发展所谋求的经济效益、社会效益和从可持续发展角度追求的生态效益是当前城市发展亟需考虑的问题。

由于生态系统服务的特殊性,它给人类生产生活带来的无形价值难以评估。若能对区域内部生态系统服务价值进行有效估价,并建立一套具有普适性的基于价值量的评估指标,不仅在坚持可持续发展所带来的生态效益方面更加具体、有说服力,还有利于进行不同生态系统服务价值的比较,引导生态系统资产化管理以及生态补偿等政策的有效实行,从而对社会土地利用行为做出规范和指导。需要指出的是,尽管我们出于社会发展的目的将生态系统服务价值货币化和资本化,但不可否认其作为一种特殊的衡量对象具有极高的价值[8]。谢高地等[9]基于Costanza等对生态系统服务价值评估的研究,总结了单位价值量的核算方法并对我国陆地生态系统服务价值进行评估。此后,我国学者开展系统研究工作,在价值评估方面多是在Costanza的研究方法的基础上不断改进[10]。傅伯杰等[11]对前人生态系统服务评估研究中存在的问题进行分析,为后人开展相关研究拓宽了思路。谢高地等[12]采取价值当量因子的方式,核算了中国11种生态服务类型价值,为我国不同生态系统的价值评估打下了基础。刘倩等[13]建立生态系统服务价值的动态评价模型,从县域小尺度揭示区域服务价值的动态变化机制。然而,目前有关生态系统服务价值评估多是基于历史时期的观测或统计数据进行静态评价,而对于动态预测及其驱动因素的研究较少,特别是对未来精细栅格尺度下生态系统服务价值损益的变化规律及协同权衡关系仍不明晰。

土地利用情景分析是生态系统服务价值预测的研究基础。目前,预测未来土地利用变化的模拟方法主要包括经验统计模型[14]、元胞自动机模型[15]、系统动力学模型[16]和CLUE-S模型[17]等,主要从土地用结构和空间布局两个维度进行研究。与传统建模技术相比,可计算的一般均衡分析(CGE)模型[18]是多部门和非线性的,通过嵌入土地资源账户,可以较为准确地反映社会经济系统对土地利用变化的作用。而土地系统动态模拟(DLS)模型综合考虑区域社会经济发展特征、自然条件及土地利用变化历史趋势,将土地系统的动态宏观分析和栅格尺度的微观计量分析紧密结合,能够较好地反映土地利用变化系统中复杂的自组织过程和用地类型间的竞争过程[19]。本研究以黑河流域张掖市为研究区,构建土地利用变化均衡分析(CGELUC)模型及土地利用动态模拟(DLS)模型,模拟预测多情景下张掖市 2010—2030 年的土地利用变化时空分异特征,并通过生态系统服务价值(ESV)估算、空间自相关分析等方法预测并评估多情景下张掖市2010—2030年的ESV变化及其时空特征,分析多情景下2030年张掖市ESV各项服务间的权衡与协同关系。研究主要目的是预测精细尺度下区域未来生态系统服务价值的动态时空演变,从科学的角度提出土地资源优化配置的可行方案,支撑中、小尺度国土空间规划并在此基础上统筹社会经济发展及生态可持续目标实现。

1 研究区概况与数据

1.1 研究区概况

图1 研究区位置及行政区划图Fig.1 Study area

张掖,甘肃省省辖市。旧称“甘州”,位居甘肃省西北部,河西走廊中段,地处全国第二大内陆河黑河的中上游地带,位于97°20′—102°12′E,37°28′—39°57′N之间。张掖市下辖6个县区,分别为甘州区、临泽县、高台县、山丹县、民乐县和肃南县(图1),区内拥有耕地约43万hm2,共有可垦荒地20多万hm2；流域内含河流26条,年平均径流量可达26.6亿m3,储存有十分丰富的地下水资源,森林覆盖率达9.2%；拥有丰富的矿物、土地、水利、太阳能和劳动力资源。张掖市属于典型大陆性气候,干燥是气候的显著特点,年均温6℃,年日照可达3000h。张掖市2012年生产总值达291.92亿元,同比增长13.66%,相比于2000年的国民生产总值增长了近3倍。产业结构呈现出服务业与工业比例增加的趋势,服务业与工业所占比例在2012年均达到了36%。作为丝绸之路经济带战略规划的重要节点城市,近年来张掖市经济发展十分迅猛,特别是旅游产业发展迅速,产业结构获得持续的调整优化。其生态系统服务价值变化与预测研究对开展生态建设、现代农业建设与丝绸之路经济带区域建设具有典型意义。

1.2 数据来源

本研究土地利用模拟使用的基础数据为张掖市2010年和2015年两期的土地利用栅格数据及自然环境、气候、区位条件、社会经济驱动因子栅格数据(空间分辨率),来源于中国科学院资源环境科学与数据中心(http://www.resdc.cn/),空间分辨率尺度为1km×1km；社会经济统计数据来源于《中国粮食年鉴》(2016年)、《张掖市统计年鉴》(2016年)和张掖市2012年投入产出表[20]。

2 研究方法

2.1 土地利用变化模拟预测

(1)土地利用变化均衡分析模型

本研究基于传统单区域静态CGE模型ORANI-G模型(A Generic Single-Country Computable General Equilibrium Model)[20],构建了张掖市土地利用变化均衡分析模型(CGELUC)。在该模型分析框架下,土地被作为生产要素归入生产函数中。模型建立了动态递归机制,主要服务于未来土地系统结构动态的情景预测与分析。该模型以Gempack软件作为模型运行环境。

模型基础与投入产出模型类似,是一个多投入、多产出的模型,遵循着一般均衡的规则。在生产模块中,模型描述了各个经济部门的生产机制。该机制由多层次生产函数嵌套构成,描述了各个生产阶段的最优组合,从而保证生产成本的最小化。其中,顶层的嵌套基于Leontief 函数刻画商品、生产要素以及其他成本间的最优化组合；第二层嵌套则基于CES函数刻画国内商品与进口商品间的商品组合以及劳动力、资本与土地等生产要素组合。最后,基于双层嵌套的CET函数刻画总产出在出口与国内市场间的分配组合。其中,土地(LNDi)、资本(CAPi)、劳动力(LABi)之间的组合以如下函数描述：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中,PPRIMi表示生产部门i中主要生产要素(土地、资本、劳动力等,以下简称主要生产要素)组合价格,PLNDi表示生产部门i中土地价格,PLABi表示生产部门i中的劳动力价格,PCAPi表示生产部门i中资本价格,slndi表示生产部门i中土地投入份额,slabi表示生产部门i中劳动力投入份额,scapi表示生产部门i中资本投入份额,σprimi表示生产部门i中主要生产要素替代弹性。

模型的其他模块和运行机制详见白羽萍等[21]。

(2)土地系统动态模拟模型 (DLS)

在此基础上,选用土地系统动态模拟模型 (DLS)模拟预测张掖市2015—2030年三种不同情景下的土地利用空间格局变化特征。与CLUE-S、CA、ABM等传统模型相比,DLS模型依据空间分配原则和土地供需平衡,对自然控制因子和社会经济因子对土地利用变化的驱动机制进行综合考虑,能实现精细栅格尺度上的土地系统动态模拟。在DLS模型中,土地供需的变化是一个总量保持平衡的动态收敛过程。通过考虑每个栅格内部的局部驱动因子的作用及其周围栅格的驱动因子对中心栅格的邻域作用,准确的描述了各土地利用类型间动态竞争的过程。其核心是微观尺度上土地需求的空间分配过程。

(5)

土地系统演化格局的变化不仅取决于土地利用的组合概率,还考虑了土地利用稳定性参数、不同用地类型的竞争力指标等因素,构成了空间格局模拟的土地利用总概率Li,k。通过模型内多次迭代,实现空间中用地面积需求的分配。

(6)

本研究选取了18个影响用地类型分布的驱动因子,进行空间显性建模与Logistic回归参数估计,为 DLS 模型模拟栅格尺度张掖市未来土地利用空间格局变化提供参数,结果如表1所示。

表1 张掖市土地利用类型 Logistic 回归分析结果

(3)情景设计

本文对张掖市的未来不同情景下的社会经济发展情况进行模拟。参考以往的研究成果,综合了张掖市近期出台的发展规划,研究构建了三种不同的情景模拟预测2030年张掖市的土地利用情况。参考以往研究的经验值,通过对模型多次调试验证,确定了以资本增长率、劳动力技术进步、居民消费增长率、人口就业增长率、投资增长率、出口增长率耦合的外生变量设定(表2)。

1情景一：基准情景。是以过去至当前相同的投资、出口、居民消费、资本投入、人口就业和劳动力技术进步变化幅度预测未来社会经济发展的趋势以及社会经济系统的用地需求,同时用于对比其他两种情景。

2情景二：生态保护情景。重点考虑生态安全和生态恢复,以相比于基本情景较小变化幅度的投资、出口、居民消费和资本投入对社会经济系统的用地需求产生较小的冲击和作用,并假设人口就业和劳动力技术进步速率保持不变。

3情景三： 建设开发情景。重点考虑高速增长的经济水平和社会的快速发展,以相比于基本情景更大变化幅度的投资、出口、居民消费、资本、人口就业和劳动力技术进步对社会经济系统的用地需求产生更大的冲击和作用。

表2 2013—2030年不同情景下各影响因素变化率/%

2.2 生态系统服务价值评估

本研究生态系统服务价值评估基于谢高地结合我国具体情况得出的中国生态系统服务价值当量表[22],并基于粮食价格和生物量对其进行修订。

(1)基于粮食价格的修订

考虑社会经济条件的差异性,本文首先依据张掖市2015年粮食作物平均价格以及粮食作物单产对单位面积农田粮食作物的经济价值进行修正。其结果为张掖市单位面积产出粮食作物平均市场价值的1/7,修订方法如下：

(7)

式中,Ea为张掖市单位面积农田粮食作物的市场价值(元/hm2) ；P为张掖市2015年粮食作物平均价格；Q为粮食作物单位面积产量(kg/hm2)。

(2) 基于生物量的修订

考虑生态系统条件的时空差异性, 利用谢高地等给出的全国各省域农田生态系统的生物量因子表[23],确定了研究区农田生态系统生物量因子取0.42,根据生物量因子对张掖市生态系统服务进行修订,得出张掖市单位面积生态系统服务价值系数表如下(表3):

表3 张掖市单位面积生态系统服务价值系数/(元/km2)

(3)生态系统服务价值计算

利用公式(2)以及张掖市单位面积生态系统服务价值系数计算ESV。本文选取1km栅格为评价单元,以表征ESV与区域内部土地利用变化的关系。为了方便比较区域内部所有的差异,本文使用单位面积生态系统服务价值[24](UESV)来表现其空间分异规律。运用自然断点法,将UESV划分为一至五级。等级越高,代表UESV值越大。计算公式如下：

驻村第一书记的到来，给林畲村带来巨大变化。几年来，村里的路修好了，红军纪念广场建起来了，一处原本杂乱的牛棚被改造成了街边公园。更重要的是，2017年，前任驻村第一书记争取到一处30kW的光伏发电项目，村集体有望实现真正意义上的稳定收入。

(8)

(9)

式中,ESV为研究区内总生态系统服务价值(元);Aj为j类生态系统面积(hm2)；Eij为j类生态系统的i类生态系统服务价值系数(元/hm2) ；m为生态系统服务种类总数；n为土地利用类型总数；UESV为单位栅格面积生态系统服务价值(元)；S为栅格单元面积(hm2)。

2.3 空间自相关分析

本文使用空间自相关分析表征ESV的集聚与分异特征。空间自相关分为全局自相关和局部自相关两类[25]。在此基础上,Ansenlin[26]提出了双变量空间自相关,度量了两个属性变量之间的空间关联水平。本文空间自相关分析由GeoDa 1.18.0 10软件完成。为消除区域内部差异并有效表征ESV空间集聚规律,本文空间自相关分析利用UESV聚合后的3km栅格数据进行。

3 结果与分析

3.1 张掖市土地利用变化分析

2015—2030年张掖市土地利用变化由CGELUC模型和DLS模型模拟得出。基于2010年和2015年两期栅格数据对模拟结果进行Kappa指数验证。利用2010年栅格数据模拟所得的张掖市2015年土地利用空间格局在整体轮廓上与遥感解译获得的张掖市2015年土地利用格局基本一致。Kappa系数达到0.9036,大于0.7,表示模拟达到了较高水平,说明DLS模型的预测结果具有可信性。

从图2 可知,张掖市主要用地类型为草地、未利用地和耕地。以张掖市东南—西北走向的中线为轴,未利用地、耕地主要集中在轴线东北方向,草地、林地则主要位于其西南方向,张掖市西北部也有较多的未利用地面积；耕地主要分布于邻近水系的山前平原地带,林地主要分布于轴线南部山地,而草地主要分布于林地与耕地间的过渡区域；水域和建设用地面积较少,主要分布于轴线东北侧的中北部局部地区。2010—2020年间,在基准情景下,耕地、林地和建设用地面积整体保持稳定,草地、水域面积有所上升,分别增加了242km2和17km2,增长率分别为1.64%和2.51%。未利用地面积则下降了239km2。在生态保护情景中,耕地面积增长67km2,林地、草地面积增加最为显著,分别增长29km2和684km2,未利用地面积则减少708km2。表现出由未利用地向生态用地转化的主要趋势。在建设开发情景下,耕地面积减少58km2,林地、未利用地面积也略有下降。建设用地开始向轴线南部地区扩散。2020—2030 年,在基准情景中,林地、水域面积基本保持稳定,未利用地面积略有下降,建设用地呈现外扩趋势。耕地面积减少了271km2,在原有面积的基础上降低6.56%。草地面积增加了257km2,增长率为1.59%。 在生态保护情景中,建设用地仍呈现扩张趋势,但增加在三种情景中最为缓和,耕地面积减少157km2。未利用地面积减少380km2,降低2.61%。减少的未利用地主要向林地、草地和水域等生态用地发生转变,使三者的增长幅度分别为2.48%、2.56%和2.36%。在建设开发情景中,建设用地扩张迅猛,增加31km2,增长率达到8.96%。同时该情景下耕地退化严重,面积减少399km2,在10年间降低至原有面积的91.04%。林地和草地所占面积都在原有位置附近发生小规模的扩展,侵占了周围的未利用地和耕地。

图2 2010—2030年张掖市土地利用格局时空演变及预测Fig.2 The land use spatiotemporal evolution and prediction in Zhangye from 2010 to 2030

3.2 张掖市生态系统服务价值变化

2010—2020 年,张掖市ESV在基准情景下呈现小幅上涨趋势,由380.04亿元上升至383.43亿元,增加3.40亿元；在生态保护和建设开发情景下,则分别增长6.56和0.96亿元。2020年—2030年,张掖市ESV在基准情景下继续增长3.03亿元；在生态保护情景下,张掖市ESV增加最为显著,共增长6.60亿元；建设开发情景下,张掖市ESV整体仅增加0.57亿元,并且其值从2025年开始呈现下降趋势,在2025—2030年间共降低0.04亿元。

从图3 中可以看出,2020—2030年各种预测情景中,张掖市UESV 整体均呈现显著的轴线南侧高北侧低、东南高西北低的空间格局特征。轴线南侧UESV高值区的海拔较高且林地、草地居多,在地形上属祁连山脉,具有良好的自然生态本底条件；轴线北侧地形平坦,主要有未利用地、耕地和建设用地分布,UESV值普遍较低。其中在建设开发情景下,UESV等级最低的一级地数量最多,集中分布于张掖市轴线中部地带,多为建设用地、耕地、未利用地散布区；与之相反,生态保护情景下UESV一级地数量最少,相同地区的UESV等级基本高于其他情景或与之持平。

图3 2020—2030年不同情景下UESV时空变化Fig.3 Spatiotemporal variation of UESV in different scenarios from 2020 to 2030

根据图4 可知,2020—2030 年不同情景下UESV值的总体变化较为明显,其中建设开发情景UESV下降最为显著。轴线北侧及中部区域UESV整体呈下降态势,主要是经济效益驱动城镇边界向未利用地和耕地扩张造成,致使轴线北侧地区生态环境压力加剧； 在生态保护情景下,轴线南侧区域UESV上升显著,主要是因为该区域林地、草地广布,自然本底条件优越；在基准情景下,UESV值总体变化不大,但呈现出其他两种情景下变化的主要趋势,可见这种发展模式兼顾了生态和经济效益。

图4 2020—2030年张掖市UESV变化Fig.4 Changes of UESV in Zhangye from 2020 to 2030

从图5 中可知,2010—2020年间,基准和生态保护情景下,张掖市各项ESV整体上均呈现向好的发展态势,并且生态保护情景下各项ESV服务的增值都比较显著。建设开发情景下,至2020年,除供给服务外,各项ESV服务的水平相比2010年略有增加。这主要是张掖市当前城镇开发水平较低,自然生态本底条件较好所致。2020—2030年,基准情景和生态保护情景下张掖市各项ESV均呈现上升趋势。但生态保护情景下各项ESV增加较为显著,以调节服务价值为例,生态保护情景下共增长3.63亿元,基准情景下增长1.73亿元。这主要是由于生态保护情景下林地、草地等生态用地面积不断增大,生态效益突出。建设开发情景下,各项生态系统服务增长缓慢,四项服务中调节服务、支持服务和文化服务在10年间仅分别增加0.42亿元、0.24亿元和0.17亿元,供给服务则减少0.27亿元,低于2020年水平。这可能是建设开发情景下城镇扩展显著,生态保护强度较低所致。

图5 2010—2030年供给、调节、支持与文化ESV变化Fig.5 Changes of ESV in supply,regulation,support and culture from 2010 to 2030分别为研究年的基准情景、生态保护、建设开发情景

3.3 生态系统服务权衡与协同关系特征

为探究张掖市不同情景下生态系统服务权衡与协同关系,本文将该区域三种情境下的评价单元设为3km的格网单元,每个格网单元服务于单一UESV,然后进行SPSS相关性分析、双变量全局自相关分析。Pearson相关系数为正数则不同生态系统服务之间表现为协同关系,且系数越大,表明在时间上生态系统服务协同关系越显著；反之,则表现为权衡关系。从基准情景、生态保护、建设开发三种情景下的Pearson相关系数和双变量全局自相关Moran′sI指数来看,张掖市三种情景下的供给、调节、支持和文化服务均表现出一致的协同关系。从Pearson系数可知,协同关系显著程度为供给-支持>调节-文化>支持-文化>供给-文化>调节-支持>供给-调节；从Moran′sI指数可知,显著程度为供给-支持>支持-文化>供给-文化>供给-调节>调节-支持>调节-文化,具体结果如表4所示：

表4 2030年张掖市不同情景4种生态系统服务相关分析结果

为探究张掖市不同生态系统服务在内部空间上协同与权衡关系的聚类特征,参照已有经验[6],本研究引入双变量局部自相关分析法进行深入分析。 由于近年来张掖市经济发展较快,兼顾其显著性,选择建设开发情景下的UESV值表征生态系统服务的协同与权衡关系。 通过图6可以得出,生态系统服务之间协同与权衡关系的空间集聚特征总体较为显著。 供给、调节、支持和文化四种服务在空间上主要表现为协同关系,集中分布于张掖市轴线南北两侧区域,局部表现为权衡关系,零星分布于轴线中北侧区域和东南部地区。 轴线北侧、西南侧的协同关系表现为低低集聚,主要由于建设用地数量较高以及城市迅速向外扩展导致；轴线东南侧区域协同关系表现为高高集聚特征,是因为此处林地、草地面积广,生态本底质量优越；表现为权衡关系的格网主要分布于轴线中北侧、中南侧地区,北侧区域基本处于南部林草地外围,位于建设用地与未利用地、耕地之间的生态脆弱区；南侧区域则处于林地、草地和未利用地的交界地带,此二处区域生态系统易受经济发展破坏,导致表现为权衡特征。另外,供给—文化服务之间的权衡关系在北侧区域较为显著,主要是因为该区域耕地广布且位于城镇边界,粮食供给与景观服务发生取舍所致。

图6 2030年张掖市建设开发情景4种生态系统服务局部LISA图Fig.6 The local LISA diagram of 4 ecosystem services under economic development scenario of Zhangye in 2030

4 讨论

4.1 生态系统服务价值时空演变预测与权衡关系分析

对生态系统服务价值的评价较好地揭示了生态文明与可持续发展之间的关系,并能直观反映自然的存在价值[27]。而针对ESV的时空演变的预测性分析能够表征其变化特征,为统筹社会经济发展和生态保护、制定管理决策科学化提供有力支撑。目前国内探讨ESV时空演变的研究大多基于已有的土地利用变化等数据对历史的ESV变化特征进行总结[28-30],而对其演变进行预测的较少。与之相比,本文对多情景下张掖市ESV时空演变的预测研究具有一定的前瞻性。同时,与部分学者的类似研究[33]相比,本文在土地利用变化预测中,基于CGELUC模型和DLS模型的集成,从社会经济和自然环境变化两方面全面量化了土地系统的相互作用趋势,实现了土地系统动态的定量模拟和空间降尺度,为不同情景下区域土地系统动态模拟和评估提供了创新性的解决方案。高分辨率的土地利用变化情景输出数据进一步应用于生态系统服务价值时空演变预测研究。在空间权衡与协同关系方面,本文得出的结论与前人研究基本一致[6]。

4.2 基于生态系统服务价值的城市发展模式建议

随着城镇化进程的快速推进,张掖市的各项建设将使土地利用格局发生较大的变动。张掖市目前还属于欠发达地区,经济发展仍然是城镇化建设的主要目标,容易在当前政策的激励下走向片面追求经济效益的发展路径。根据以往的认知[31-32],张掖市生态系统结构较为脆弱,自然本底条件并不优越,同时作为黑河流域内开发强度较高的绿洲城市,张掖市在快速发展进程中人地矛盾日益凸显。在“可持续发展”“生态城市”等战略背景下,合理统筹生态和经济效益成为张掖市未来发展道路上不能回避的问题。本研究从生态系统服务价值预测及核算的角度证实在生态保护和基准情景下,张掖的城市发展并不会对生态服务价值的稳定供给带来威胁,侧面肯定了张掖市的经济高速发展潜力。但是,受张掖市中部、东南部山地广布的地形特征制约,张掖市适宜开发建设的区域与优质耕地分布区重合,易于引起城镇基础设施建设与耕地保护之间产生突出的矛盾。因此在经济快速发展情景下,张掖市的生态服务价值出现了下降的趋势,表明生态平衡遭到了破坏。而张掖市位居青藏高原和黄土高原间的地形交汇地带,属于西部地理格局中的生态安全屏障,其生态系统服务价值对于西部生态结构系统具有重要意义。因此,张掖市城市发展应避免走向城市无序扩张的模式,应尤其注重耕地保护,坚守耕地红线不动摇。严格限制高台县西南部和民乐县、山丹县中部等地出现耕地收缩的现象。同时,需重点关注肃南县、高台县北部以及甘州区的黑河湿地保护区和东大山自然保护区处未利用地向生态用地发生的转变。也可结合生态保护模式下生态系统服务价值显著增加的机理,探索将大量的未利用地向生态用地方向转化的合理模式。在空间布局规划方面,需要重视东南—西北方向轴线两侧ESV的异向协同关系,严格落实生态红线制度保护南侧生态价值高的林草地,遏制中北侧建设用地与耕地向南侧扩张的明显趋势；在技术条件可行的情况下,应优先支持中北部存量建设用地提高集约利用效益,加强基础设施建设投入,避免城镇边界粗放扩张,遏制高台县中部及西南部、民乐县中部和山丹县中南部城镇边界扩张并进一步侵占周围农田的趋势；加强对生态系统服务价值较低的高台县、临泽县北部等未利用地的规划意识,有计划地开发其生态潜力。

4.3 不足与展望

本文主要有以下局限性：(1)ESV的评估采用了价值当量法,虽然进行了基于粮食价格和生物量的两次修订,但研究以假设不变的2015年价值量进行预测,客观上存在高估或低估未来ESV的可能；(2)采用空间自相关分析和相关系数方法研究ESV空间权衡关系,缺乏对其内部机理的深入探讨；(3)为有效表征ESV空间集聚规律,采用3km栅格聚合的方式进行研究,但此类空间分析具备复杂的尺度效应,结合原始数据精度,该操作对ESV空间分布特征的影响有待进一步验证。未来的相关研究在内容上可以采取多尺度的ESV时空变化区域对比的思路,并改良土地利用数据精度,探索尺度效应对ESV时空演变预测的影响；可以结合新一轮政策丰富多样化的情景和发展路径预测,加强其现实意义；另外,对其时空演变规律的内在机理的研究也将成为重要的突破口。在方法上,可以尝试采用更为准确的ESV评估方法,利用不同的分析方法加强对ESV空间权衡关系的认识。

5 结论

(1)2010—2030年间,张掖市土地利用空间格局变化较为显著。建设开发情景下,建设用地增长趋势最为明显,耕地退化严重。生态保护情景下张掖市的发展调动了大量的未利用地,将其转化为生态用地,但城镇建设用地扩张最为和缓。基准情景下林地、水域面积基本保持稳定,耕地、草地、建设用地和未利用地呈现相互消长的关系。人类活动、经济发展和政策干预对土地利用变化影响显著。

(2)2010—2030年间,张掖市 ESV 整体呈现上升趋势,在基准情景、生态保护情景和建设开发情景下分别增加6.43、13.16和1.53亿元。其中, 2020—2030年建设开发情景ESV增长趋势不断趋缓,并最终转向下降态势,生态保护情景ESV则呈现显著上升趋势。 2020—2030年各时期的 UESV空间分布特征较为均一,其中东南—西北轴线南侧UESV整体较高,轴线北侧UESV整体较低。轴线南北两侧UESV变化呈现两极分化发展趋势,应受到高度重视。

(3)分析张掖市供给、调节、支持、文化四种单项ESV变化可知, 2010—2030年间,基准和生态保护情景下均呈现显著上升趋势；建设开发情景下调节、支持、文化三项服务ESV呈现缓慢的增长趋势,且该情景下供给服务则始终呈现下降趋势。因此,推动张掖市城市可持续发展,必须加强生态保护工作,落实生态保护修复等政策,减轻城镇边界扩张对生态系统结构的冲击。

(4)2030年三种情景下张掖市各项生态系统服务的权衡与协同关系表现一致,均表现为明显的协同效应。 空间分布上,东南—西北轴线南北两侧区域“ 高高协同” 和“ 低低协同” 的集聚分异明显；轴线中部区域及轴线南部零星地区表现为“ 高低权衡” 和“ 低高权衡” 关系,主要分布于北部耕地、建设用地交错地带以及南部林地、草地和未利用地的交界地带,且供给—文化服务的权衡关系较为明显。研究可为西部快速城镇化发展地区优化配置土地资源、支撑中小尺度国土空间生态修复规划并在此基础上统筹社会经济发展与生态可持续目标实现提供科学方案。