李潇洒，杨 钊

(1. 安徽师范大学 地理与旅游学院，安徽 芜湖 241000；2. 安徽师范大学 旅游发展与规划研究中心，安徽 芜湖 241000)

0 引言

生态系统为人类生存提供必需的基础生活资源，生态系统服务功能使人类生态环境条件得以维持和稳定[1]，产生一定的生态系统服务价值。人类福祉指一种具有良好的生活质量、健康、繁荣、幸福感的生活状态[2]。中共十九大报告中将生态文明建设放到更加突出的位置，促使生态良性发展推动人类福祉的提升，实现高质量与可持续发展[3]。生态价值是“自然—社会”系统的共同财富，因而生态系统服务研究是提高人类福祉的基础[4]。

国外早在19世纪70年代就开始福祉地理的研究。理论上，Coates等认为福祉地理学的研究核心是空间非均衡性[5]，这对福祉的空间差异性研究提供了理论基础。Roberto等计算“森指数”进行欧盟区域福祉空间分布分析[6]。实证研究中，Newton等对半封闭式系统的滨海泻湖的生态系统服务进行评估工作[7]。联合国2005年千年生态系统评估报告指出要协调生态系统与人类福祉的关系。伴随中国以消耗大量自然资源换取城市化的快速发展产生的生态环境污染，使国内逐渐关注到生态系统与人类福祉的关系。研究区域在行政区域尺度上包括对中国部分城市的生活质量进行评价[8-9]，或对中国地级及以上城市生态系统服务价值与人类福祉的时空格局进行探讨[10]；自然区域尺度上对渭干河流域、沙漠——绿洲过渡带、川西山区等特殊地貌类型区域的生态系统与人类福祉关系进行研究[11-13]，生态环境脆弱区逐渐受到人们的关注。徐建英等[14]从当地居民的视角研究生态系统服务、福祉贡献和受益者之间的联系。研究方法上大多采用当量因子法[15]、结构方程模型[16-17]、InVEST模型[18]、模糊综合评价法[19]等。

综上，国内外学者们对生态与福祉的认识经历了由理论到实证的过程，更加趋于细致化。但生态系统存在内在复杂性和时空动态性[20]，已有研究大多关注生态服务对人类福祉的影响，福祉的动态变化特征等，较少关注到二者耦合协调的非线性交互关系，研究区域上对省域时空差异关注较少。安徽省大体由皖北的平原，皖中的丘陵，皖南、皖西的丘陵山地3类地貌单元构成，内拥长江水道，外接沿海地区经济辐射，是长三角的重要组成部分，拥有多处自然保护区，生态系统服务也更加丰富。基于此，本文以安徽省为研究对象，用主客结合计算权重的方法，分析2010—2018年省域生态系统服务与居民福祉的差异、对应关系、时空变化与耦合机制，为地区总体发展提供部分参考。

1 研究区概况

安徽省位于中国华东地区，是长三角经济带的重要一员。位于114°54′E～119°37′E，29°41′N～34°38′N之间，总面积14.01×104km2。省内平原、台地(岗地)、丘陵、山地等地貌类型齐全。省内皖南山区和皖西大别山区等是全国重点生态功能区，对水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护等方面具有关键作用。至2020年，全省共有27个县区获得国家和省级生态文明建设示范市县和绿水青山就是金山银山实践创新基地。并在2021年8月建立了从无到有的全省自然保护地基础信息库。安徽省地区生产总值不断增长，但增幅逐年降低。至2020年城镇人口比重达58.33%，而丘陵山地地貌约占全省的44%，人地矛盾问题亟待关注。

图1 研究区位置

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

安徽省2010年、2018年遥感影像等空间数据。数据来源于中国科学院地理空间数据云网站(http：//www.gscloud.cn/)。社会经济数据来源于《安徽省统计年鉴》(http：//tjj.ah.gov.cn/)。

2.2 研究方法

2.2.1 生态系统服务价值评估

本研究依据谢高地[21]等人总结的中国700名生态学者完成的适合中国生态系统服务价值评估(Ecosystem service value，以下简称ESV)的单位面积ESV等效因子，将生态系统服务分为供给、调节、支持、文化服务4类。考虑到安徽省土地分类的差异，对其子类进行修改包括11个因子：食物生产、原料生产、水资源供给、气体调节、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性、美学景观。

2.2.2 人类福祉评价指标体系

本文结合Summers[22]等划分人类福祉为基本生活需求、经济需求、环境需求及和主观幸福感和《联合国千年生态系统评估》[23]中人类福祉划分的基本物质需求、健康、选择和自由、良好的社会关系和人身安全五类。基于这两类评价指标体系，考虑到安徽省的实际情况和数据的可获得性，从基本需求、安全和保健需求、精神需求3个维度建立了安徽省人类福祉评级指标体系(Human well-being，以下简称HWB)，其中包括20个子项：人均GDP、城镇居民人均可支配收入、农业产值、林业产值、畜牧业产值、粮食产量、畜产品肉类总产量、水产品产量、农业机械总动力、人均粮食拥有量、城镇登记失业率、卫生机构数量、卫生机构床位数、卫生技术人员数量、财政中的卫生支出、年离婚人数、城乡居民基本养老保险参保人数、城乡居民基本医疗保险参保人数、财政中的教育支出、图书馆数量和普通中学在校生人数。分别从居民基本收入、基本生活所需材料、安全、健康、社会关系、文化和教育6个方面进行度量。

2.2.3 熵权法

“熵”是系统无序程度的一种度量，人类福祉测算指标涉及多个维度且指标指向性具有差异性，为使评价结果更加客观，尽可能消除人为因素的影响，可利用信息熵这个工具，计算出各个指标的权重，为多指标综合评价提供依据，因而本文先采用客观赋权重的方法熵权法对多指标进行评价来确定各指标的权重[24]。

(1)数据标准化。由于生态系统和居民福祉测算指标的单位、量纲、数量级不同，数据标准化方法不同。

负向指标计算公式为：

(1)

负向指标计算公式为：

(2)

正向化处理完成后采用线性标准化进行标准化处理：

(3)

式中：R′ij为第i个市第j项评价指标的数值，maxRj和minRj分别为该市第j项评价指标的最大值和最小值，Qij为标准化后的值，m为市的数量。

(2)熵在信息论中被用以度量离散程度，在指标评价中，信息熵值越小(或者说信息效用值越大)，指标所能提供的信息量就越大。其计算公式为：

(4)

权重的计算公式为：

(5)

式中：wj为权重，ej为信息熵，n为指标个数。

2.2.4 层次分析评价法

由于客观权重数据具有一定的局限性，引入层次分析法进行主观权重赋分[25-28]。层次分析法将系统中各元素进行两两比较，进而转为对各元素总体权重计算，本文对居民福祉指标进行层次分析划分，对划分所赋数据进行按列归一化处理，计算主观权重，结合客观权重进行修正得出其复合权重，采用定性和定量相结合的方式缩小偏差更趋合理，其计算公式为：

(6)

式中：wi为复合权重，w1j为主观权重，wj为客观权重，n为指标个数。

2.2.5 耦合协调度模型

耦合起源于物理学领域，是指两个或多个系统以各种方式相互作用的现象。耦合度用于衡量系统或元素之间的相互作用影响，反应系统间相互作用程度的强弱，而协调指的是良性循环中的关系，体现了协调状况的好坏。为测量安徽省生态系统服务价值和人类福祉之间的耦合协调关系，参考其他研究成果[29-30]本文引入耦合协调指数以构建这两个系统之间的耦合协调模型，计算公式如下：

(7)

式中：C为生态系统服务价值与人类福祉的耦合度，S1、S2分别为两系统的综合指标值。

T=αS1+βS2

(8)

式中：T为两个系统的综合指标发展度，α、β为待定系数，分别表示生态系统服务价值与人类福祉的重要程度。本文认为这两个系统同等重要，故而取值为0.5，S1、S2分别为两系统的综合指标值。

(9)

式中：D为生态系统服务价值与人类福祉的协调度，C为生态系统服务价值与人类福祉的耦合度，T为两个系统的综合指标发展度。

参考前人研究成果[31-33]并结合本研究数据将耦合度划分为4种类型3个区域(表1)，将耦合协调度划分为5种类型3个区域(表2)。

表1 安徽省生态系统服务价值与人类福祉耦合度类型划分

表2 安徽省生态系统服务价值与人类福祉耦合协调度类型划分

3 结果分析

3.1 生态系统服务价值的时空格局及演变

就年际变化来看(表3)，2010年、2018年生态系统服务总价值分别为357.83、355亿元.78亿元，两相比较降低了0.57%，呈减少的趋势，表明该时段内安徽省生态环境退化。同时系统中调节服务贡献度较大，依次为支持、文化和供给服务。其中水资源供给、水文调节和生物多样性贡献度呈增长态势。这是由于近年来安徽省北部降水量增长，南北降水差异逐渐降低。水是人类开展生产活动的重要资源，是物质的良好溶剂，通过海陆循环作用为生态系统传递和利用能量，从而增加生物多样性，但这种变化十分微弱。研究时段内除供给服务外，其他服务类型均呈减少趋势，其中调节服务最为显著，减少了8.47%，随着技术发展，食物、原料等供给量提升，但生态系统的调节需要水、土、气和生物等共同作用，这是十分缓慢的过程。

表3 安徽省2010年和2018年生态系统服务价值

就空间分布和变化上来看(图2)，省内各市的生态系统服务价值存在多样性和复杂的区域性。2010年ESV最大出现在东部的马鞍山和滁州市，同时马鞍山市变化率也最大，大于2%；ESV最小的是安庆市和合肥市，变化率最小的是阜阳、亳州和淮北市小于-6%。2018年ESV最大值出现在皖北的阜阳、淮北和淮南市，同时变化率也是最大的。总体上这几年ESV和变化率的最大值几乎重叠。而蚌埠和皖南的芜湖、铜陵、池州、宣城5市的ESV和变化率基本保持不变，表明在此期间生态系统服务较为稳定。

图2 安徽省2010、2018年生态系统服务价值和变化率时空分布格局

3.2 人类福祉的时空格局变化

总体来看，居民福祉水平呈现由基本层次的需求到安全和保健以及精神需求递增的态势(表4)。其中城乡居民基本医疗、养老保险参保人数对居民福祉的贡献率较大，农林牧等产量产值贡献率较低，这表明了人们对于食物、基本材料等物质需求偏低，对精神方面有强烈的需求，更加关注卫生健康、教育、文化等非物质性需求。结合马斯洛需求层次理论中当人们的基本物质需求得到满足后，进而会追求更高层次的精神需求。其中城镇登记失业率和年离婚人数贡献度均位于前列，引发更加关注社会科技化与智能化发展，IT的蓬勃发展替代了部分职业，而新兴产业的萌发速度赶不上替代速度；福祉是喜爱的精神状态，社会压力的增长使人们在精神方面的需求更加强烈。

表4 安徽省人类福祉评价指标体系

续表4

采用自然断点法将居民福祉水平划分为高水平、较高水平、中等水平、较低水平和低水平5个层次(图3)。从空间分布来看，2010年合肥和安庆福祉水平高，低福祉水平区主要在皖南的铜陵、池州和黄山市，居民福祉水平总体呈现“北高南低”的分布格局。2018年高福祉水平的仅有合肥一市，中等水平区的市大量提升，大致呈“倒U型”分布。从2010—2018年总体变化来看，合肥市福祉水平一直居于全省第一，而六安、安庆和淮北市有部分下降，居民福祉水平普遍提升，中等福祉水平的市区数有显著“膨胀”；较低福祉水平的大幅“收缩”。

图3 安徽省2010、2018年居民福祉水平时空分布格局

由于各市所处的地理位置不同，自然、社会资本水平亦具有较大差异。合肥市是“一带一路”和“长江经济带战略”双节点城市，经济发展水平处于全省领先地位，科技创新投入大、发展水平高，应充分发挥其辐射带动作用。皖南和皖西山区较多，但近年来皖南国际旅游区发展迅速，为该处带来良好的经济效益，福祉水平有显著提升，但同时由于其生态环境较为脆弱，制约性强，在今后发展过程中应多关注其生态系统服务价值和居民福祉的对应提升，进行合理的旅游开发。同时推进皖北建设产业集聚区和皖西大别山革命老区振兴发展。

3.3 耦合协调度分析

3.3.1 耦合协调度的时间变化

从安徽省各市2010年、2018年耦合度和协调性来看(表5)，就耦合度而言，2010年的阜阳、铜陵和黄山市C值均在0.50～0.79处于磨合期，位于中耦合区域，2018年黄山迈入协调耦合期，此外其余市均在0.80～1.0处于耦合协调区，位于高耦合区域。总体来看全省没有低耦合区域的市区，这是由于安徽省位于中国的中部地区，全省域纳入长三角一体化发展，对生态系统的利用度较好，区域发展整体效能较好。就协调性而言，2010年和2018年淮北、亳州、宿州、蚌埠和淮南市D值在0.40～0.49，是初级协调时期，位于失调区和协调区的过渡区域，阜阳市协调度在0.20～0.39的失调区，2018年除池州市从失调区转为过渡区外，其余市除2018年的六安在研究时段内D值均在0.50～0.79的中级协调等级，虽然大多位于协调区域，但是优质协调的市区极少。总体来看，安徽省大多城市的生态系统和居民福祉是良性发展的，不难发现，协调性较高的地区大多与该地综合发展水平相对应，反之亦然。

表5 安徽省各市2010、2018年耦合度和协调性

3.3.2 耦合协调度的空间分异

结合安徽省各市耦合度、协调性的组合状况划分情况(表6)和耦合协调空间分布(图4)来看，2010年和2018年耦合协调区域具有空间异质性。从2010年来看，高耦合中协调型有淮北、亳州、蚌埠、淮南、宿州和池州6市，铜陵市位于中耦合高协调区，黄山则在高耦合低协调区域；2018年池州的协调性变低，黄山转为中耦合高协调区。研究时段内的其余市基本保持不变。整体耦合协调度较好的区域大多位于本省中部和东西部，高耦合中协调型大多位于皖北地区，皖南地区耦合和协调度变化较大。表明了在合肥的线性辐射带动下生态系统服务和居民福祉的粘合度高且地区呈现良性协调发展，生态系统的利用率和转化率高，对居民福祉水平具有较高的贡献率；皖北各市生态系统服务价值和居民福祉虽关系紧密，但是总体协调发展度难以跟进；皖南大多是山区，生态系统具有强脆弱性和弱稳定性，进而影响居民福祉水平的变化，难以形成两系统的良性循环发展。

表6 安徽省各市2010、2018年耦合协调性组合状况

图4 安徽省2010年、2018年生态系统服务价值和居民福祉耦合协调度时空分布格局

4 结论与讨论

基于2010年、2018年多种遥感数据，结合统计分析、空间分析和耦合协调度模型，本文揭示了安徽省生态系统服务价值和人类福祉状况及其空间分异特征，进一步探讨了两者之间的耦合协调关系得到以下结论：

时间上2010年到2018年生态系统的供给、调节和文化服务贡献值总体呈递减趋势，调节服务反之；空间上贡献值由“东多西少”转变为“北多南少”，变化率由中南部高北部低转变为总体高北部低的散点分布。进一步分析生态系统服务价值和变化率发现“膨胀区”均呈现自东向北转移的趋势，无明显“收缩区”，总体呈增长态势。

从2010年到2018年，居民福祉在时间上表现为物质需求降低，精神需求提高；空间上合肥常居首位，同时以长江为界，2010年长江以北呈“西高东低”，以南呈“东高西低”分布，2018年则大体表现为“北高南低”。

2010到2018年ESV和HWB的耦合协调关系在时间上除池州和黄山市外其余无显著变化，空间分布上两系统间相互作用影响强烈且良性循环的高耦合高协调区呈现以合肥为中心的“H型”，相反，两系统间相互作用程度和协调性偏弱的仅有阜阳市。

生态系统服务连接了生态系统和社会经济系统，通过供需流链条满足人类需求寻求福祉提升。地理学研究的核心是人地关系，而生态系统服务价值与居民福祉之间的耦合关系也是复杂的人地系统耦合的一部分。生态系统服务价值和居民福祉具有时间变化性和空间分异性，由于生态系统对福祉的反馈存在非同步性关系，因此系统之间相关性高但区域发展不协调的市区仍旧存在。对此在确保系统粘合度的同时对资源实现利用率最大化，需借助管理层根据地区生态长板在借鉴两系统“双高”地区的基础上制定高效能、可持续的发展计划，确保落地实施。故而在寻求高质量发展的同时应当注重生态文明建设，维持可持续。本文探讨了安徽省生态系统服务与人类福祉的耦合变化机制，反映出在不同生态条件下居民福祉的水平及二者协调关系，为区域两系统发展提供总体思考，但其中仍存在一些不足需要深化：(1)本文研究区域上比较广泛，对微观地区的差异和福祉水平的反应不够细致，今后将在尺度上更加微观化，结合区域的特殊性，探讨生态与福祉的相关关系。(2)生态系统服务的供需具有动态变化性和不确定性，这种供需关系并非完全对等，其间必然出现损耗与外流。(3)本文福祉评价指标中客观因素较多，在今后实地调研中应添加部分主观因素进一步反应居民福祉的综合性。