绿色基础设施空间格局对生态系统服务权衡与协同关系的影响研究 ——以武汉都市圈为例

作     者：袁碧霞 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴雪飞

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 08[工学] 081303[工学-城市规划与设计(含：风景园林规划与设计）] 0813[工学-建筑学] 0833[工学-城乡规划学] 083302[工学-城乡规划与设计] 

主      题：绿色基础设施 景观格局 生态系统服务 权衡 地理加权逻辑回归 武汉都市圈 

摘      要：受到人类对于ES需求偏好的影响,在实际的生产活动中,人们大多更热衷于追求能短期内使自身切实获益的ES类型,如粮食生产、游憩服务等,而忽略了生物多样性、碳储存等对生态环境具有重要影响的ES的保护。实践证明,追求单项ES的最大化常常会跟随着其他多种ES的大幅下降,因此,对于某种ES的过度追求可能会造成资源的浪费,不利于ES的可持续发展。而这种现象的产生,正是因为ES间存在复杂的相互关系,其中,你强我弱的权衡关系与同增共减的协同关系是ES间最典型的关系。故理解ES间存在的权衡关系及其关系发生的具体位置,确定影响ES的驱动因素可为ES的可持续管理提供重要信息与可操作知识,是将其理论与规划实践相联系的重要一步。随着“两型社会改革试验区在武汉都市圈的设立,标志着武汉都市圈进入了绿色协调可持续发展的全新阶段,且城市群作为我国未来经济社会发展中最为重要的增长单元,研究其ES的可持续供给对于未来中国城市集群发展过程中的生态管理具有重要指导意义。GI作为城乡提供ES的重要手段,其空间结构是中国城市群生态规划中的重要一环,且有研究表明,土地利用的变化是影响ES权衡关系的最主要驱动因素,而土地利用的变化必然对景观的空间格局造成影响,因此,研究以武汉都市圈为研究区域,以促进GI的精明规划为导向,探究城乡GI格局对于ES权衡关系的影响。研究首先基于Arc GIS平台,使用In VEST等模型对武汉都市圈2007年与2017年的生物多样性、粮食生产、碳储存与游憩四种ES进行量化制图,然后引用一种可将ES关系空间化的方法——差异比较法,将武汉都市圈的生物多样性、粮食生产、碳储存和游憩四种ES之间的权衡关系进行空间映射,得到六对ES权衡关系的空间分布图。同时,结合GI构建过程中对于绿地面积、形态、连通性等方面的考量,选取景观面积、斑块数量、最大斑块指数、景观形状指数、蔓延度指数、香浓多样性指数六个格局指标,并采用10km*10km网格对武汉都市圈土地利用图进行网格划分,利用Fragstats 4.3软件对每个网格内的格局指标进行计算,得到2007年与2017年武汉都市圈GI格局信息分布及变化图。最后,使用地理加权逻辑回归（GWLR）模型对都市圈内GI格局与ES关系进行回归分析,通过对回归结果进行解读,确定影响ES权衡关系的主要格局指标,并为武汉都市圈城乡GI规划提出建议。本文所得主要研究结果如下:（1）四项ES价值具有显著的空间分布差异。就2007年到2017年ES价值变化来说,武汉都市圈的生物多样性价值总体呈下降趋势,尤其以武汉市城区边缘生境质量降低程度最高;平均粮食产量降低最为显著的为黄冈、黄石、咸宁三市,而在天门、潜江二市,平均粮食产量呈现明显增加趋势;碳储存服务整体上也呈现下降趋势,其中以都市圈中西部区域碳储量下降最为显著,而在都市圈东北及南部部分区域,碳储量略有上升;游憩服务整体上呈现上升趋势,各区域游憩价值增加较为平均,但在各城市中心向郊野扩散区域游憩服务价值下降较为明显。（2）在整个研究区内,粮食生产与生物多样性、粮食生产与碳储存、生物多样性与碳储存主要处于协同关系,这可能是因为建设用地的扩张占用了大量的耕地与生态用地,因而对都市圈内生物多样性、粮食生产以及碳储存三种ES的提供均造成了负面影响,使得三种服务呈现同步降低的趋势;游憩服务与粮食生产服务、碳储存服务以及生物多样性服务三种ES之间主要为权衡关系,这可能是因为建设用地的扩张对于游憩服务的影响和对粮食生产、碳储存以及生物多样性三种服务的影响存在差异。建设用地的扩张在一定程度上可能会增加用于游憩的用地的丰富程度,其对于游憩服务所造成的负面影响要弱于粮食生产、碳储存与生物多样性服务,因而在受到建设用地扩张影响的区域,游憩服务更容易成为优势服务,使得游憩服务与三种服务间呈现权衡关系。（3）2007年到2017年间,武汉都市圈的绿地面积整体呈下降状况,以武汉市中心地区绿地面积下降尤其显著,其他绿地面积下降较显著区域也多在各市建设用地相对密集区域;斑块密度以黄冈市、天门市和仙桃市三市范围区域减少较为显著,以武汉市中心城区东侧近郊区斑块密度增加最为显著;最大斑块指数以仙桃市与武汉市中心城区外围区域降低最为显著;景观形状指数增加较为明显的区域主要为武汉市中心城区外围的近郊区域,这表明该区域的景观离散程度呈现明显上升状况,斑块形状的复杂程度降低;蔓延度指数的变化整体较小,只武汉中心区域和仙桃市呈较明显降低趋势;香浓多样性指数值增加较为明显的区域为武汉市中心区域和仙桃市部分区域,指标值减小的区域分布相对均匀,聚集现象不明显,较多存在于都市圈西北区域内。（4）在六个GI格局指标中,香浓多样性指数对ES间权衡关系的影响最为显著,其次为景观形状指数。各类GI格局指标的变化,并非单纯的促进或减弱两种ES间的协同或权