城市生态系统服务与公共服务权衡关系研究：异质景观下的时空动态与协同机制

本研究针对城市生态系统服务(UESs)与公共服务(UPSs)复杂关系研究不足的问题，通过Urban InVEST模型评估了武汉市江汉区2013-2019年间4种典型UESs的时空动态，结合POI数据分析了5类UPSs分布特征。研究发现UESs间存在显著协同效应，且与UPSs呈现"先降后升"的非线性关系，为城市生态规划提供了重要科学依据。

　　

随着全球城市化进程加速，城市虽仅占地球陆地面积的1-3%，却承载着超过一半的人口。这种高度集聚的发展模式使得城市生态系统面临严峻挑战：热岛效应加剧、内涝频发、空气污染等问题日益突出。与此同时，城市居民对教育、医疗等公共服务的需求持续增长。如何平衡生态保护与城市发展，实现城市生态系统服务(Urban Ecosystem Services, UESs)与城市公共服务(Urban Public Services, UPSs)的协同提升，成为当前城市可持续发展的核心议题。

武汉作为中国中部最大的都市区，近年来经历了快速城市化过程，蓝绿基础设施减少，生态系统遭受破坏。针对UESs与UPSs相互关系研究不足、城市景观异质性考虑不充分等问题，武汉大学的研究团队选择经济人口高度密集的江汉区(面积28.29 km²，常住人口69万)为研究对象，采用高分辨率(2.1 m)的资源三号卫星影像，结合建筑矢量数据和路网数据，构建了2013-2019年的精细土地覆被图。研究运用Urban InVEST模型(3.12.0版)评估了热缓解、洪水风险缓解、径流滞留和碳储存4种典型UESs，通过POI核密度分析量化了5类UPSs，并采用双变量空间自相关和局部加权散点平滑回归(LOESS)揭示了UESs与UPSs的复杂关系。相关成果发表在《Ecological Indicators》期刊。

关键技术方法包括：(1)基于资源三号卫星影像(2.1 m)的土地覆被分类；(2)Urban InVEST模型的四个模块(城市降温、洪水风险缓解、暴雨滞留和碳储存)；(3)POI核密度分析评估UPSs；(4)皮尔逊相关和K-means聚类分析UESs相互关系；(5)双变量局部Moran's I和LOESS回归分析UESs-UPSs空间关联。

研究结果部分：

4.1. 土地覆被时空变化

2013-2019年间，江汉区草地/灌木减少3.3%(主要转为其他不透水面和树木)，裸土减少3%(主要开发为居住区或商业中心)，不透水面增加5.3%。树木面积增加约1%，主要体现在主城区西南和西北部。

4.2. UESs时空变化

蓝绿空间(特别是树木和水体)表现出最高的热缓解能力。绿地的碳储存量最高，而水体在洪水风险缓解和径流滞留方面贡献突出。不透水面UESs供给极低。值得注意的是，虽然区域平均UESs变化不大，但空间异质性显著：主城区下部树木减少导致热缓解能力下降，而西南部因草地转树木出现降温趋势。

4.3. UESs相关性与共现模式

所有UESs对均呈显著正相关(p<0.001)，但强度各异：洪水风险缓解与径流滞留相关性最强(r=0.93)，其次是径流滞留与碳储存(r=0.883)。通过K-means聚类识别出4个UESs簇：簇1(占3.6%)对应水体，碳储存较低但其他UESs最高；簇2(8.7%)对应树木，碳储存突出；簇3对应裸土和草地，UESs中等；簇4(69.8%)对应不透水面，UESs最低。

4.4. UESs与UPSs关系

双变量Moran's I分析显示：高-高(H-H)聚类主要出现在中山公园及周边，该区域绿化覆盖率达93%且公共服务设施完善；高-低(H-L)聚类多见于西部居住区；低-高(L-H)聚类集中在尾部商业街。LOESS回归揭示UESs与UPSs呈"U型"关系：随着教育、医疗服务等UPSs增加，UESs先降后升(拐点约0.6)，而社会安全服务则与UESs呈持续负相关。

研究结论与讨论部分指出，城市树木1%的增长有效抵消了不透水面扩张对UESs的负面影响，凸显了树木在城市生态系统中的关键作用。蓝绿空间功能互补性强，水体在热缓解和水文调节方面表现突出，而树木在碳储存方面优势明显。中山公园区域证实了UESs与UPSs协同提升的可能性，其"先破坏后修复"的发展轨迹为城市更新提供了重要参考。研究创新性地采用高分辨率数据捕捉城市内部异质性，克服了以往将城市视为均质单元的限制。

该研究对城市生态规划具有重要实践价值：(1)在新开发社区应优先增加乔木树种；(2)裸土改造应注重生态功能提升而非单纯开发；(3)商业区可通过口袋公园增加UESs供给；(4)需关注不同公共服务类型与UESs的差异化关系。未来研究应拓展文化服务评估，并关注城市生态系统可能产生的花粉过敏等负面影响，为创建更可持续、更具韧性的城市提供科学依据。