基于功能定位与充分性-必要性矩阵的城镇化与生态系统服务协调发展研究框架

《Ecological Indicators》：Coordinated development of urbanization and ecosystem services: A functional positioning and sufficiency-necessity matrix-driven framework

　　

摘要专业翻译 生态系统服务（Ecosystem Services, ES）是自然生态系统为人类生存与发展所提供的惠益，其稳定供给对于区域生态安全与可持续发展至关重要。然而，全球范围内的快速城镇化持续对生态系统服务构成压力。为理解城镇化与生态系统服务之间的复杂交互作用，学者们已广泛采用耦合协调度（Coupling Coordination Degree, CCD）模型、脱钩模型及灰色预测模型等方法。尽管如此，现有研究在应对空间异质性与驱动机制复杂性方面仍存在明显局限。 首先，就空间异质性而言，多数研究基于行政边界、自然单元、土地利用类型或主导因子对区域进行比较，往往忽视了一个关键因素——中国的主体功能区规划（Major Function-Oriented Zone Planning）。该国家层面的规划将国土划分为城市化地区、农产品主产区与重点生态功能区等不同类型，这些功能定位塑造了区域发展路径，并导致城镇化与生态系统服务之间形成根本不同的交互关系。忽视这些制度化的空间格局，可能导致研究结论与管理实践脱节，降低政策建议的相关性。 其次，在驱动机制方面，地理探测器（Geodetector）、地理加权回归（Geographically Weighted Regression, GWR）与随机森林（Random Forest）等方法已被广泛应用，能够识别地形、气候、植被及人类活动等影响协调水平的因素。然而，这些方法主要聚焦于能够解释或促进更高协调水平的因素，体现的是一种充分性（sufficiency）导向的视角，而对某些因素是否构成实现协调的必要条件（necessary conditions）关注不足。更重要的是，充分性与必要性之间的区分对政策干预具有重要含义：一个在某一功能区对协调贡献显著的因素，若缺乏必要条件的支撑，在另一功能区可能无法产生预期效果。因此，有效的政策设计不仅需要识别能够改善协调的因素，还需确定哪些条件必须得到满足才能使协调得以实现并持续。 为弥补上述研究缺口，本研究将地理探测器与必要条件分析（Necessary Condition Analysis, NCA）相结合，构建了充分性-必要性分析框架。江西省作为国家生态文明试验区与重要粮食主产区，正处于快速城镇化进程中，兼具完整的山地-丘陵-平原-湖泊生态序列与清晰的功能分区，是考察城镇化与生态系统服务协调的理想案例。本研究聚焦江西省，旨在探究：（1）城镇化与生态系统服务的总体水平及其时空格局；（2）江西省内及不同功能分区中城镇化与生态系统服务的耦合协调模式；（3）基于充分性-必要性框架识别各功能分区的主导因子并对其进行分类。通过整合空间异质性与驱动因素分析，本研究旨在为区域可持续发展及土地利用与空间规划政策优化提供科学依据。

论文解读文章

一、研究背景与问题提出

生态系统服务是自然生态系统为人类生存和发展所提供的各类惠益，其稳定供给直接关系到区域生态安全与可持续发展目标的实现。然而，全球范围内持续加速的城镇化进程不断对生态系统服务造成压力，如何在城镇化发展与生态系统保护之间取得平衡，已成为可持续发展研究的核心议题之一。

现有研究虽已广泛运用耦合协调度模型、脱钩模型和灰色预测模型等方法探讨城镇化与生态系统服务的交互关系，但仍存在两个突出的局限性。其一，在空间异质性分析方面，多数研究基于行政边界、自然单元或土地利用类型进行区域比较，普遍忽视了中国主体功能区规划这一制度化的空间组织框架。主体功能区规划将国土划分为城市化地区、农产品主产区与重点生态功能区等类型，不同功能定位塑造了截然不同的发展路径，进而导致城镇化与生态系统服务之间的交互关系存在根本性差异。忽视这一制度背景，可能使研究结论偏离管理实践，削弱政策建议的针对性与可操作性。

其二，在驱动机制研究方面，地理探测器、地理加权回归和随机森林等方法虽能有效识别影响协调水平的关键因素，但其分析逻辑本质上是充分性导向的——即关注哪些因素能够解释或促进更高水平的协调。相比之下，对于某些因素是否构成实现协调的必要条件，现有研究关注甚少。充分性与必要性的区分对政策干预具有深远意义：某一因素在特定功能区可能对协调有显著贡献，但若缺乏必要条件的支撑，同样的政策干预在其他功能区可能无法产生预期效果，甚至可能损害协调的可持续性。因此，有效的政策设计不仅需要识别能够改善协调的充分性因素，还必须明确哪些条件是实现和维持协调所不可或缺的必要条件。

基于上述研究缺口，研究人员构建了地理探测器与必要条件分析相结合的充分性-必要性分析框架，并以江西省为案例开展实证研究。江西省兼具国家生态文明试验区、重要粮食主产区与快速城镇化地区的多重身份，拥有从山地、丘陵到平原、湖泊的完整生态序列和清晰的功能分区，为考察不同功能定位下城镇化与生态系统服务的协调关系提供了理想的研究场景。

二、研究设计与核心方法

本研究围绕三个核心问题展开：江西省城镇化与生态系统服务的总体水平及其时空格局；江西省全域及不同功能分区内二者的耦合协调模式；基于充分性-必要性框架识别各功能分区的主导因子并对其进行分类。

研究采用的主要技术方法包括以下几个方面。研究区域为江西省，依据2010—2020年主导产品类型将全省划分为城市化地区（UR）、农产品主产区（AF）和重点生态功能区（EF）三类功能分区。城镇化水平通过综合城镇化水平（CUL）指标量化，该指标基于土地利用强度计算，采用珍妮自然断点法进行分级。生态系统服务水平通过综合生态系统服务（CES）指标表征，由产水量（WY）、土壤保持（SC）、碳固持（CS）和生境质量（HQ）四项服务经归一化后等权加总得到，各项服务均采用InVEST模型量化。耦合协调度（CCD）模型用于评估城镇化与生态系统服务之间的协调水平。驱动机制分析采用地理探测器识别各功能分区中影响协调水平的充分性因素，同时运用必要条件分析（NCA）检验各因素是否构成实现协调的必要条件，最终将各因素划分为不同的功能角色类型。

三、主要研究结果

（一）城镇化与生态系统服务的时空格局

研究揭示了江西省城镇化水平与生态系统服务供给的时空演变特征。综合城镇化水平呈现显著的空间分异，高值区集中于南昌、赣州等中心城市，低值区分布于省域边界的生态区域。综合生态系统服务供给在空间上呈现与此相对应的格局，生态资源富集区域的服务供给水平较高，而城镇化密集区域的服务供给相对有限。2000年至2020年间，江西省城镇化率从27.7%上升至60.44%，粮食总产量从1614.6万吨增长至2163.8万吨，增幅达34%，反映了城镇化与农业生产同步推进的复杂态势。

（二）耦合协调模式的功能分区差异

耦合协调度分析表明，江西省城镇化与生态系统服务的协调水平存在显著的空间异质性，且这种异质性在不同功能分区之间呈现规律性差异。城市化地区的耦合协调度相对较高，重点生态功能区的协调度相对较低，农产品主产区介于二者之间。这一格局表明，功能定位对城镇化与生态系统服务的协调关系具有结构性影响，不同功能区面临不同的协调挑战与政策需求。

（三）基于充分性-必要性框架的驱动因子分类

基于地理探测器与必要条件分析的联合分析，研究人员识别了各功能分区中影响协调水平的主导因子，并依据充分性与必要性特征对其进行了功能分类。研究发现，耕地、建设用地和人口密度共同主导了生态功能区的协调水平，是影响该区域城镇化与生态系统服务协调的关键因素。在城市化地区和农产品主产区，降水被识别为兼具充分性与必要性的驱动因子，即降水既是促进协调水平提升的充分条件，也是实现协调的必要条件。这一发现强调了自然禀赋条件在协调城镇化发展与生态系统保护中的基础性作用，同时也表明不同功能分区的主导驱动机制存在本质差异，需要差异化的政策干预策略。

四、讨论与结论

讨论部分指出，充分性-必要性框架的引入为理解城镇化与生态系统服务的协调机制提供了新的分析视角。传统方法侧重于识别能够提升协调水平的充分性因素，而必要条件分析补充了对实现协调所不可或缺的约束条件的识别。二者的结合有助于解释为何某些政策干预在特定功能区有效而在其他区域失效——当必要条件缺失时，充分性因素的作用可能无法显现。研究结果还表明，功能分区作为制度化的空间治理框架，深刻塑造了城镇化与生态系统服务的交互关系，政策设计必须充分考虑功能定位的差异。

研究结论强调，江西省城镇化与生态系统服务的耦合协调水平呈现明显的空间异质性和功能分区差异；耕地、建设用地和人口密度是生态功能区的联合主导因子，而降水在城市化地区和农产品主产区兼具充分性与必要性。基于充分性-必要性框架的因子分类为差异化政策制定提供了科学依据：对于充分性主导因子，可通过政策干预加以促进；对于必要性因子，则需确保其基础条件得到保障。研究建议，不同功能分区应依据其主导因子的角色特征制定针对性的土地利用与空间规划策略，以促进城镇化与生态系统服务的协同可持续发展。