基于“三生空间”转型的盐城市生态系统服务综合分析

吴志伟，葛小平，周书轩，唐子又

（河海大学 水文水资源学院，江苏 南京 210000）

0 引言

土地利用转型所引起的生态环境效应研究一直是土地利用/覆被变化（LUCC）研究的重点问题之一［1-4］。自改革开放以来，我国沿海城市在快速城市化、高强度开发海岸带资源的过程中，对生态空间造成了诸如生态功能退化［5-6］、土地粗放低效扩张［7-8］等一系列问题。党的十八大报告首次提出“促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的发展目标，标志着国土开发战略从以生产空间为主导转向生产、生活、生态空间相协调的“三生空间”模式［9］。基于“三生空间”转型的国土空间格局及生态效益分析研究，对解决“三生空间”用地矛盾冲突、优化国土空间保护与开发格局、推进生态文明建设和“碳中和”目标的达成以及实现区域高质量发展，具有重要的理论和实践意义［10-11］。

当前基于生态系统服务功能定量评估土地利用引起的生态效应已成为研究热点［12-14］，为了实现生态安全［15］，寻求生态安全保障途径［16-18］，完善生态安全格局被确定为国土空间开发保护的三大战略格局之一［19］。科学评估生态系统的服务功能，并对其格局演化特征进行定量化描述，可为制定合理的生态保护政策提供重要参考，成为当前保护生态环境、维护人类社会福祉、促进人与自然和谐发展的迫切需求之一。

盐城市作为江苏省中部沿海城市，致力于发展成为人与自然和谐共生的国际湿地城市，面临着落实生态文明建设与保障社会经济建设的双重压力，主要表现在沿海开发用地供需矛盾突出、经济社会发展用地刚性需求持续扩大、粮食安全和生态安全保障、自然生态系统综合碳汇能力提升等方面［20］。本文以盐城市为研究区域，基于4期地表覆盖数据，从“三生空间”视角出发，采用ESV估算模型和InVEST模型，研究其空间转型对该区域生态系统服务中最核心的生境质量、碳储存量以及生态系统服务价值的影响，以期为盐城市及同类地区的国土空间资源保护与开发提供借鉴。

1 研究区概况和数据方法

1.1 研究区概况

盐城市位于江苏沿海中部，地处32°34′N~34°28′N，119°27′E~120°54′E之间，拥有着得天独厚的土地、海洋、滩涂资源，是江苏省土地面积最大、海岸线最长的地级市（图1）。全市土地总面积1.69万km2，其中沿海滩涂面积4553 km2，占全省沿海滩涂面积的70%，一直以来都是江苏省最大、最具潜力的土地后备资源，滩涂围垦开发利用历史悠久。2021年，全市生产总值达6617.39亿元，人均生产总值为9.86万元，城镇化率达到64.75%。当前盐城市已获得“国际湿地城市”认证并拥有江苏唯一的世界自然遗产中国黄（渤）海候鸟栖息地，今后将继续坚持生态优先、绿色发展的高质量发展之路。

图1 盐城市区位图

1.2 数据来源

研究数据来源于中国科学院空天信息创新研究院的1985—2020年全球30 m精细地表覆盖产品(GLC_FCS30-1985_2020)［21-24］，该产品分类体系包含29个地表覆盖类型，更新周期为5 a。本研究选取其中4期覆被数据并按照研究区范围剪裁，得到1990、2000、2010和2020年江苏省盐城市的土地覆被数据。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用类型与“三生空间”转换 “三生空间”的概念是从土地利用功能角度提出的［25］。本研究基于生产、生活和生态空间格局协调与权衡角度，通过土地利用类型及其功能间的内在联系，确定盐城市土地利用类型和“三生空间”的转化模式：旱田、水田为生产空间；草本覆被、林地、草地、湿地和水体为生态空间；建设用地为生活空间。

1.3.2 生态系统服务价值评价 本文参考谢高地等［26］对生态系统服务价值当量因子表进行调整后的研究成果，根据研究区特色，结合当地社会经济情况对价值当量进行修正，把1 hm²农田粮食产量市场经济价值的 1/7 作为标准当量的经济价值量，进一步计算各地类的服务功能价值系数。建立ESV估算模型为：

式（1）~式（3）中：Ak表示第k种地类的面积；VCk表示第k种地类单位面积的总服务价值系数；n表示土地利用类型的数目；VC0表示1个标准当量单位的ESV，D表示平均粮食单产市场价值（元/hm2/a）。Ei表示第i种生态服务功能的生态系统服务价值当量因子；m表示生态系统服务功能的数目。

1.3.3 碳储存量评价 InVEST模型的碳储存与固持模块可以估算当前土地利用情境下的碳储存量或某一时间段内的碳固持量。计算公式为：

式（4）中：Ctotal表示总碳储存量；Cabove表示地上生物量的碳密度；Cbleow表示地下生物量的碳密度；Csoil表示土壤的碳密度；Cdead表示储存在死亡有机物的碳密度(t/hm2）；S表示面积(hm2）。本文在综合参考文献［27-28］以及研究区实际情况的基础上，充分考虑碳密度的影响因素，推算出碳密度修正系数，最终得到盐城市的碳密度数据。

1.3.4 生境质量评价 本文采用InVEST模型的生境质量模块进行生境质量评价，InVEST 模型生境质量模块结合了土地利用和生物多样性威胁因素的信息生成生境质量地图。计算公式为：

式（5）中：Qxj表示j类用地类型的生境质量指数；Dxj表示用地类型j中x栅格的生境退化度；Hj表示j类用地类型的生境适宜度；k表示半饱和系数，一般取生境退化度最大值的一半；z表示模型默认参数。InVEST 模型生境质量模块基于土地利用数据、各威胁因子数据、威胁因子相对权重和最大威胁距离、各土地利用类型的生境适宜度以及对威胁因子的敏感度等因素计算生境质量指数。本研究选取受人类活动干扰较大的建设用地和耕地这2类作为威胁因子，在综合参考文献［29］以及研究区实际情况的基础上，确定了建设用地与耕地的最大威胁距离和权重，以及不同土地利用类型的生境适宜度和对威胁因子的敏感度。

2 盐城市“三生空间”时空变化分析

通过对土地覆被数据的转化分类，得到盐城市1990、2000、2010和2020年“三生空间”的分布状况，如图2所示。

图2 盐城市“三生空间”分布图

由表1可知：生产空间由1990年的14462.0 km2逐渐减少到2020年的13052.9 km2，占比由88.8%下降至80.1%，且广泛分布在内陆区域；生活空间由1990年的369.1 km2增加到2020年的1291.4 km2，占比由2.3%上升至7.9%，且集中在城镇居民点附近；生态空间由1990年的1460.6 km2增加到2020年的1947.4 km2，占比由9.0%上升至12.0%，且集中在东南沿海附近。

表1 盐城市“三生空间”用地面积及其占比

3 盐城市生态系统服务多目标分析

3.1 碳储存量

利用InVEST模型的Carbon Storage Sequestration模块计算得出盐城市1990—2020年的碳储存量，并转化为“三生空间”内的分布状况，结果如表2所示。1990、2000、2010和2020年的碳储存总量分别为1843.5万、1832.4万、1823.2万和1815.7万t，呈现出逐年下降的趋势。其中生产空间的碳储存总量由1990年的1692.9万t逐渐下降到2020年的1527.9万t；生活空间由1990年的40.0万t逐渐上升到2020年的139.9万t；生态空间由1990年的110.6万t逐渐上升到2020年的147.8万t。

表2 盐城市生态系统服务指标

3.2 生境质量

利用InVEST模型的Habitat Quality模块计算得出盐城市1990—2020年的生境质量得分，并转化为“三生空间”内的分布状况，结果如表2所示。1990、2000、2010和2020年的生境质量总分值分别为651.2万、633.2万、627.4万和612.6万分，呈现出逐年下降的趋势。其中生产空间由1990年的556.7万分逐渐下降到2020年的497.3万分；生活空间生境质量得分为0；生态空间由1990年的94.5万分逐渐上升到2020年的115.3万分。

3.3 生态系统服务价值

利用ESV模型计算得出盐城市1990—2020年的生态系统服务价值，并转化为“三生空间”内的分布状况，结果如表2所示。1990、2000、2010和2020年的生态系统服务总价值分别为576.2亿、567.6亿、593.0亿和579.8亿元，较为稳定。其中生产空间由1990年的144.1亿元逐渐下降到2020年的130.1亿元；生活空间由1990年的-11.3亿元逐渐下降到2020年的-39.7亿元；生态空间由1990年的443.4亿元逐渐上升到2020年的489.4亿元。

3.4 多目标综合分析

为实现盐城市“三生空间”多目标综合评价，本研究将分别代表经济服务、生态服务和安全服务的生态系统服务价值、碳储存量和生境质量指标归一化处理后加和得到综合评价得分，如图3所示，得分越高表示生态系统服务综合能力越强。再将得到的综合评价得分进行“三生空间”分区统计，结果如表3所示。

图3 盐城市生态系统服务综合评价得分的分布

由表3可知：盐城市1990、2000、2010和2020年的生态系统服务综合评价总分值分别为8567803、8405737、8342048和8214809分，共下降了4.12%，平均分由1990年的0.410分下降到2020年的0.393分。生态空间的平均分最高，平均为0.439分，在1990—2000年出现明显下降后于2000—2020年又缓慢上升；生态空间总分值的占比不断升高，由1990年的10.7%增加到2020年的12.9%，平均占比为11.7%。生产空间的总分值占比最高，且由1990年的88.1%减少到2020年的82.8%，平均占比为85.9%；生产空间的平均分较为稳定，平均为0.406分。生活空间30 a来平均分没有变化，为0.212分，总分值占比由1990年的1.2%快速增加到2020年的4.3%，平均占比为2.4%。

表3 盐城市“三生空间”生态系统服务综合评价结果

总体来看，1990—2020年的30 a间，盐城市生态系统服务综合评价得分不断下降，原因可能是平均分较低的生活空间面积增加的同时平均分较高的生产空间面积逐渐减少，导致生产空间生态系统服务综合总得分的减少量大于生活空间生态系统服务综合总得分的增加量，再加上生态空间综合总得分的不断下降，进一步加剧了盐城市“三生空间”整体得分下降的趋势。

4 结论与讨论

本文利用ESV生态系统服务价值模型、InVEST模型的Carbon Storage Sequestration模块和Habitat Quality模块以及GIS技术综合评价了1990、2000、2010和2020年盐城市的碳储存量、生境质量和生态系统服务价值指标，结合“三生空间”分类对该区域生态系统服务多目标综合能力进行了统计分析，得出以下结论：

（1）2020年，盐城市“三生空间”的生产、生活及生态空间用地占比分别为80.1%、7.9%和12.0%，其中生产空间面积由1990年的14462.0 km²下降到2020年的13052.9 km²；生活空间面积由1990年的369.1 km²上升到2020年的1291.4 km²；生态空间面积由1990年的1460.6 km²上升到2020年的1947.4 km²。

（2）盐城市1990、2000、2010和2020年的各项生态系统服务指标中，以生态服务为目标的碳储存总量逐渐下降，分别为1843.5万、1832.4万、1823.2万和1815.7万t；以安全服务为目标的生境质量总分值逐渐下降，分别为651.2万、633.2万、627.4万和612.6万分；以经济服务为目标的生态系统服务价值较为稳定，分别为576.2亿、567.6亿、593.0亿和579.8亿元。

（3）2020年，盐城市“三生空间”中生态系统服务综合评价空间平均分由高到低依次为生态空间（0.439）、生产空间（0.406）、生活空间（0.212）；空间总分值占比由高到低依次为生产空间（85.9%）、生态空间（11.7%）、生活空间（2.4%）。而1990、2000、2010和2020年的生态系统服务综合评价总分值分别为8567803、8405737、8342048和8214809分，平均分分别为0.410、0.402、0.399和0.393，均呈现出逐年下降的趋势。

随着我国城镇化进程的不断加快，国土空间的功能性逐渐增强，但带来的资源环境恶化和空间失衡问题也制约着国土空间的可持续发展。本研究从“三生空间”的多目标综合评价角度出发，对盐城市1990—2020年间的“三生空间”转变以及生态系统服务变化情况进行了研究，从而实现对国土空间多功能利用与“三生空间”功能优化的进一步探索。由于本研究所涉及的“三生空间”区分转化方法存在争议，所涉及的生态系统服务评价指标众多，加上受数据精度以及模型缺陷的限制，还需要进一步深入研究。