福建省縣域生態-經濟耦合協調發展研究

陳華陽，王 遠，許 翔，黃逸敏，陳晗璐

(1.福建師范大學 a.濕潤亞熱帶生態地理過程教育部重點實驗室, b.地理科學學院,福州 350117; 2.福建教育學院,福州 350001; 3.南京大學 環境學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室,南京 210023; 4.福建省環境保護設計院有限公司,福州 350012)

0 引言

在快速城鎮化進程中,如何實現區域空間優化、生態價值轉化,推動生態環境與經濟社會耦合協調發展成為重要研究課題[1]?？h域是我國國民經濟與政策落實的基本單元,開展縣級尺度生態-經濟耦合協調發展研究,對探析區域生態資源空間結構特征、促進生態經濟協調發展具有重要意義[2]。

全面評估綠水青山(生態)與金山銀山(經濟)的價值,系統表達區域生態資源和經濟發展的耦合協調程度,是學界關注的熱點[3-4]?，F有研究雖嘗試基于“兩山”理論討論了生態(生態系統服務價值)與經濟(社會經濟發展)的協調發展程度,但忽視了生態系統承載力對生態系統經濟產出的影響,缺乏對生態系統內部服務功能價值的生態經濟綜合審視[3,5-6]。生態系統服務功能價值包含生態承載力(ecological carrying capacity,ECC)與生態系統服務價值(ecosystem service values,ESV),分別以容量和幣值表征生態系統內部生態經濟的功能與價值[4,7]。生態承載力研究多集中在區域、省域、市域等尺度[8-10],縣級尺度有待進一步探索。而生態系統服務價值研究仍缺乏統一的評估體系,限制了生態系統服務的貨幣化、市場化[11-12]。因此,建立縣級尺度的生態系統綜合評價體系,討論縣域生態-經濟系統的耦合協調程度,可反映較小尺度生態系統內部生態經濟綜合特征,優化國土空間規劃和生態系統服務,科學評估區域生態經濟系統間的協同發展程度[13]。

當前,生態敏感性強、生態服務價值突出、經濟發展時序差異性顯著的南方山地丘陵區的生態-經濟耦合協調研究成果有限[1,14]。作為典型南方山地丘陵區,福建省的沿海地區成為生態脆弱、經濟發達、高城市化的雜糅區,內陸地區形成生態重要性強、敏感脆弱度高、經濟相對落后等因素疊加的矛盾空間[15]。此外,作為首個國家級生態文明試驗區,福建省肩負探究科學開發國土空間、實現生態產品價值等任務。評估福建省縣域生態系統內部服務功能價值,探究其生態-經濟系統的耦合協調關系,對完善生態系統服務研究體系、解決地區生態經濟失調問題、推動區域高質量發展具有重要意義。

本研究以《千年生態系統評估綜合報告》發布年(2005年)為研究時間起點,以全面建成小康社會和“十三五”規劃的收官之年(2020年)為截止點,以福建省縣域為研究單元,基于生態-經濟雙視角,融合生態承載力與生態系統服務價值,開展生態系統服務功能價值綜合評價,分析生態與經濟系統的耦合協調度,探究復雜多樣的生態、地理、經濟格局所造就的福建省縣域的人地時空不均衡特征,為福建省縣域國土空間格局優化、綠色可持續發展提供建議,為推動“兩山”價值轉化、實現人地協調發展提供理論與方法支撐[3,16]。

1 研究區域、研究方法與數據來源

1.1 研究區域

福建省位于我國東南沿海地區,為我國首個生態文明試驗區,在我國沿海發達省份里山地丘陵比例最高,人地矛盾最為突出[1]。2005—2020年,福建省人口規模不斷擴大,城鎮化水平不斷提升,致使人地矛盾不斷加劇。多因素疊加使福建省的生態系統成為集重要性、脆弱性和示范性并存的特殊矛盾體。因此,探討福建省縣域生態-經濟的協調度具有重要意義。

福建省下設84個市轄區、縣級市、縣(含金門縣)。2005—2020年福建省存在多個撤縣(市)設市(區)、部分市轄區的空間分離等情況。為統一研究口徑、反映空間變化特征,將各市轄區合并為一個單元,部分新設區仍作為獨立單元,金門縣因相關數據缺失未列入研究范圍[17]。經此調整,研究范圍包括67個研究單元(圖1)。

圖1 研究區域

1.2 研究方法

1.2.1 生態承載力評價方法

參照現有評價標準,結合地區特色,構建福建省生態承載力指標體系,指標包括植被覆蓋度、生態系統生產力、生物多樣性維護能力、水源涵養能力、水土保持能力[4,18]。通過模型運算,運用取整函數進行歸一化。植被覆蓋度等級劃分方法參考相關研究[4],其余指標均按柵格評價值大小進行降序排列,按累積功能值占0～30%,>30%～50%,>50%～70%,>70～85%,>85%～100%分為極高、較高、中等、較低、極低5個等級,再將歸一化的指標進行疊加分析[18],獲得福建省生態承載力,并以縣域為單位分別提取年份的區域均值,分析其時空分布特征。

生態系統生產力、水源涵養能力評價參考相關研究[4,18]。其中,平均地表徑流系數由福建省土地利用類型與各類生態系統地表徑流系數均值進行參照對比、修正獲得(表1)。水土保持能力以水土保持服務能力指數作為評價指標[18]。生物多樣性維護能力評價以修正后的生物多樣性維護服務能力指數作為評估指標,然后通過福建省自然保護區范圍數據對分級結果進行調整,獲得最終的生物多樣性服務能力等級[19]。

1.2.2 生態系統服務價值核算方法

以陳華陽等[4]和G.D.Xie等[12]的研究為基礎,參照相關研究成果,將福建省土地利用類型轉化為相應生態系統類型,其中建設用地及未利用土地(不含沼澤地)等歸為荒漠生態系統(表1),構建福建省生態系統服務價值核算體系。根據《福建統計年鑒》數據計算出平均糧食單產為5 519.72 kg/hm2。同時,為消除價格波動的影響,以2020年福建省糧食平均價格為基準。根據福建省糧食和物資儲備局提供的數據,計算得出2020年福建省糧食均價為5.40元/kg。因此,福建省生態系統服務標準當量因子價值系數為4 258.07元/hm2?；诖?調整獲得福建省單位面積生態系統服務價值系數(表2)。然后引入生物量因子調整系數和社會經濟因子調整系數對核算體系進行修正,使其更真實地反映2005—2020年福建省的生態系統服務價值實際情況[12,20]。

表1 土地利用類型與生態系統類型轉化

1.2.3 生態系統服務功能價值綜合評價方法

根據短板原理,采用取最小值法對福建省2005—2020年生態承載力與單位生態系統服務價值進行空間疊加,獲得各縣域生態系統服務功能價值等級劃分結果[4]。再采用耦合協調度模型,將生態系統服務功能價值等級結果與縣域人均GDP進行耦合協調分析,獲取生態-經濟雙系統的耦合協調程度,并引入相對發展模型,探討福建省區域生態經濟發展現狀,以明確生態-經濟雙視角下的區域未來發展方向及關注點[5]。

1.3 數據來源

數據主要包括2005—2020年福建省土地利用類型、行政區劃、氣象、社會經濟等數據。其中,行政區劃、高程、土地利用類型數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心;氣溫、降水、蒸散發、NDVI數據來源于國家地球系統科學數據中心、中國及福建省氣候公報、中國科學院資源環境科學數據中心、中國氣象科學數據中心和國家生態系統觀測研究網絡科技資源服務系統網站;土壤數據來源于國家冰川凍土沙漠科學數據中心;NPP數據來源于美國地質調查局;自然保護區范圍數據來源于中國自然保護區生物標本資源共享平臺;社會經濟數據來源于國家統計局、福建省統計局以及福建省糧食和物資儲備局。通過全國行政區劃信息平臺進行縣域名稱更新。

表2 福建省單位面積生態系統服務價值系數 元/hm2

2 結果與分析

2.1 生態承載力評價

總體上看,2005—2020年福建省生態承載力各等級面積分布較為均勻,呈現中間高兩邊低的東北—西南走向的條帶狀分布規律(表3,圖2)。從時間上看,2005—2020年各縣域生態承載力質量中等偏上,狀況逐漸轉好,存在一定波動。極高等級的承載力面積及占比總體呈上升趨勢,面積增長1 425.43 km2,2005年、2010年、2015年、2020年的面積及占比分別為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年極低等級縣域數量穩定保持在15個,但較低等級縣域存在波動上升趨勢,由14個增至18個;較高等級縣域存在波動下降趨勢,由17個減至15個。其中,2015年生態承載力極高等級的縣域數量和面積高于其他年份,這可能與此階段福建創建我國首個國家生態文明試驗區的系列政策帶動有關。從空間上看,生態承載力中等以上縣域主要集中分布在各大山脈所在的海拔較高地區,極低等級縣域集中于東南沿海,極高等級縣域在西南部集聚。其中,2005年的最低值在石獅市,最高值在武平縣。2010年的最低值在晉江市,最高值在武平縣。2015年的最低值在晉江市,最高值在武平縣。2020年的最低值在石獅市,最高值在永定區。石獅市與晉江市相連,承載力低的原因主要在于二者就地城鎮化的獨特發展模式,使其城鎮化率較高,進而影響生態承載力。被譽為“全國林改第一縣”的武平縣則連續三階段保持生態承載力最佳,其境內植被覆蓋率高,生態環境好,更是集體林權制度改革的發源地,生態保護意識強。此外,我國南方紅壤侵蝕退化區典型縣長汀縣生態承載力等級都為中等,這與長汀縣從20世紀80年代開始持續開展的水土流失治理工程以及2000年“以長汀為重點的水土流失綜合治理”項目開展有著密不可分的關系?？梢?生態承載力與地形地勢、人口活動及政策實施有密切聯系[21]。

表3 2005—2020年福建省縣域生態承載力均值各等級面積與占比

圖2 2005—2020年福建省縣域生態承載力等級空間分布

2.2 生態系統服務價值核算

2.2.1 生態系統服務價值變化

與山東省[22]、云貴高原[23]等地比較可知,福建省生態經濟產值極高,但整體呈波動下降趨勢。2005年、2010年、2015年、2020年福建省生態系統服務價值分別為24 299.50億元、22 537.68億元、24 412.58億元、23 780.83億元。2005—2020年,福建省生態系統服務價值產值下降518.67億元,下降率為2.13%?？梢?福建省生態系統結構較為脆弱。

從生態系統類型視角看(表4),2005—2020年福建省森林、草地及水域生態系統所產生的生態系統服務價值始終居前3位,說明這3類生態系統在福建省生態系統服務價值核算中扮演著重要的角色。

表4 2005—2020年福建省 生態系統類型視角的生態系統服務價值變化

從服務功能類型看(表5),福建省生態系統調節服務能力最顯著、支持服務能力次之、文化服務能力最差。從時間序列看,各服務類型產值皆呈現下降趨勢,其中調節能力產值下降最為明顯。細化至二級服務類型分析可知,福建生態系統的水文調節能力最為突出,水資源供給能力最差。這與福建省土地利用類型有密切關系。福建省耕地中水田占比較高,水田蓄水能力較強,生態系統水文調節能力顯著,但水田農業需水量大,水資源供給能力有待提升。此外,得益于福建省良好的森林覆蓋率,其氣體及氣候調節能力產值較高。這也為今后福建省實現“雙碳目標”提供了良好思路。

表5 2005—2020年福建省 服務類型視角的生態系統服務價值變化

2.2.2 生態系統服務價值時空格局變化

福建省各縣域單位生態系統服務價值等級較高(圖3)。與生態承載力空間分布相似,生態系統服務價值相同等級或相近等級的地區連片分布,極高等級區集聚情況突出。2005年、2010年、2015年、2020年縣域單位生態系統服務價值最高值均在福州市轄區,分別為23.47元/m2,21.78元/m2,23.63元/m2,22.57元/m2。2005年、2010年、2015年、2020年最低值均在晉江市,分別為7.03元/m2,6.30元/m2,6.97元/m2,6.52元/m2。福州市轄區的單位生態系統服務價值最高的原因在于轄區內生態系統結構配置極佳,城中三山疊置,城邊鼓山、森林公園環繞,閩江穿城而過,城內內河交錯。而晉江市則因森林覆蓋率不高、城市化水平高、生態系統類型單一,致使單位生態系統服務價值極低。

圖3 2005—2020年福建省縣域單位生態系統服務價值等級空間分布

2.3 生態系統服務功能價值綜合評價

2.3.1 縣域尺度等級評價

采用取最小值法對福建省生態承載力與生態系統服務價值進行耦合疊加,獲得福建省縣域生態系統服務5個等級劃分結果,將5個等級進行重分類,獲得低、中、高3個生態系統服務等級縣域及其時空分布變化特征。2005—2020年福建省縣域生態系統等級均以低等級為主,整體生態系統服務功能價值有所下降。2005—2020年生態系統服務低等級縣域面積占比由47.03%提高到51.64%,高等級縣域面積占比由26.60%降至22.02%。其中,2010年福建省生態系統服務功能價值等級最差,2015年生態系統服務功能價值等級最佳。從空間上看(圖4),福建中部地區系列東北—西南走向山脈的所在縣區是福建省生態系統服務功能價值高等級區的集聚地;東南沿?？h域是低等級區集聚地;西北內陸地區生態系統服務功能不穩定,波動性較強。

圖4 2005—2020年福建省縣域生態系統服務功能價值等級空間分布

2.3.2 不同功能價值等級縣域未來發展定位

綜上可知,福建省生態系統較為脆弱,縣域級尺度研究明確了生態系統脆弱的具體區域,有利于地區發展政策的精準定位。因此,應基于縣域尺度分析結果,分析不同縣域的生態服務功能價值的影響因素,制定針對性發展措施,以提升縣域綜合生態系統服務功能[4]。

當縣域生態系統服務功能價值等級低時,其經濟強縣域應向生態強縣域支付一定的生態維護費用。其中,若因縣域ECC與單位ESV等級皆低,致使生態服務等級低,未來發展應重視生態系統綜合修復,如廈門市轄區、泉州市轄區、晉江市等;主要受ECC等級影響時,應強化生態承載力,如南平市轄區、福清市等;主要受單位ESV等級影響時,則需促進生態系統結構優化,如政和縣、云霄縣等。若縣域生態系統服務功能價值等級為中等,需重視區域資源合理開發,預防生態退化。其中,若其ECC與單位ESV等級皆為中等,則需強化生態承載力與生態系統結構,如寧德市轄區、壽寧縣、屏南縣等;若主要受ECC等級影響,則需強化生態承載力,如建甌市、永安市、長汀縣等。當縣域生態系統服務功能價值等級高時,在生態補償經費劃分中應獲取最大配額,未來發展需鞏固生態成果,探索綠色發展道路,如龍巖市轄區、武夷山市、德化縣等。

2.4 生態-經濟雙系統耦合協調程度分析

單純重視區域生態環境,或一味側重經濟發展,都不利于區域生態經濟可持續發展。因此,探討生態系統內部的生態-經濟狀況后,進一步分析福建縣域的生態系統與經濟系統的協同發展程度。參照韓增林等的研究[5],本研究把各縣域生態等級數據和人均GDP數據進行歸一化處理,對福建省生態-經濟雙系統的耦合協調發展類型進行劃分(圖5)。

圖5 2005—2020年福建省縣域生態-經濟系統間的耦合協調程度空間分布

由圖5可知,2005—2020年,福建省生態-經濟耦合協調發展狀況逐漸趨向轉好,總體呈基本協調狀態,且狀態趨于平穩。2005年、2010年、2015年、2020年福建省生態-經濟耦合協調度的中位數分別為0.472,0.551,0.586,0.494?？梢?福建省生態-經濟發展整體處于基本協調狀態,總體向好發展。此外,2005年、2010年、2015年、2020年耦合協調度的標準差分別為0.229,0.330,0.291和0.288,表明福建省67個縣域的生態-經濟系統的耦合協調狀態整體趨于平穩。

從耦合協調度上看,2005年福建省67個縣域中處于基本協調以上等級的縣域有41個。18個嚴重失調的縣域皆為嚴重失調-生態滯后發展特征,主要分布在東南沿海地區。2010年受自然條件影響,嚴重失調的縣域突增至27個;高度協調發展的縣域增加至4個,其中,德化縣生態經濟協調度最好,為高度協調。2015年,基本協調以上等級的縣域46個,德化縣生態經濟協調度仍是本年度最高。較于往年,2020年出現1個嚴重失調-經濟滯后發展特征的縣域,為周寧縣?？梢?福建省各縣域雖已全部脫貧,但原貧困地區經濟實力仍較薄弱,需持續幫扶,防止返貧現象發生。

綜上,福建省生態-經濟整體呈基本協調狀態,并呈逐漸平衡趨勢。嚴重失調的縣域主要集中在東南沿海經濟發達地區,高度協調的縣域主要集中在中部、西南部的生態環境優越、經濟發展較好地區?？臻g上呈現程度相同或相近的縣域集中連片分布的規律。

3 結論與建議

3.1 結論

(1)福建省生態承載力、生態系統服務價值、綜合生態系統服務功能價值、生態-經濟耦合協調度皆呈現相同或相近等級區域空間集中連片分布特征。

(2)地區單位生態系統服務價值反映出當地實際生態系統結構配置的合理性、科學性?？杀苊獾貐^過分注重生產總值而片面追求高生態生產值用地發展保護,忽視其他生態系統類型的保護與可持續發展。

(3)內陸縣域生態-經濟耦合協調程度最佳,成為福建省未來綠色發展的主力軍。福建省內陸縣域生態-經濟發展協調性好,發展特征更符合宜居城市的定義及國家提倡的綠色發展道路。此類縣域在未來發展過程中其優勢將逐漸凸顯。

3.2 建議

(1)發揮政策引導優勢,探索生態文明建設有效模式。福建省應牢牢把握首個國家級生態文明試驗區的政策利好,強化生態-經濟協同考核機制,量化“綠水青山”經濟價值,鼓勵生態-經濟耦合協調度高的地區充分利用自身發展優勢,以點帶面,形成生態-經濟協同發展新高地。通過構建碳匯交易平臺、生態銀行等方式使公眾親身感知“綠水青山”就是“金山銀山”的寓意,充分調動其生態保護意識和行動。

(2)優化生態系統服務能力,制定空間發展優化戰略。國土空間規劃編制過程應重視各類用地占比的科學配置,引導土地開發向生態系統服務價值保值和增值方向發展,實現地區生態承載、生態經濟的可持續發展[5]。重視以“數字福建”科學技術提升“清新福建”旅游服務體驗,增加生態系統文化服務產值?；诘燃壏治鼋Y果,制定針對性的生態修復方案[4]。其中,水土保持能力不強仍是福建省生態系統不穩定的關鍵因素,地方政府應充分學習“長汀經驗”,因地制宜地制定更具綜合性、針對性的水土治理方案。

(3)促進區域生態經濟合作,關注地區特色發展。本研究結果表明,大部分嚴重失調的地區為沿海經濟強區,高度協調的地區區往往為內陸生態強區,二者可構建生態-經濟共同體,經濟強區向生態強區購買“生態指標”,形成區域間的生態-經濟流通橋梁,推動兩組團生態經濟協同發展。內陸生態經濟協調縣域應積極探索低碳綠色發展道路,創新發展模式,總結高質量發展有效路徑,爭做綠色發展先行縣域。此外,需要關注省內生態系統脆弱且經濟發展較落后地區的發展,充分挖掘適合其地區發展的生態產業,實現以生態促經濟的地區發展新模式。