研究所选的研究区域为位于吴江区的南星湖片区,属于太湖平原区,河网密布,水系纵横,总面积为32km2。研究区域包括南星湖、石头潭等主要水域及其他交错的河流湖荡,且紧邻同里古镇。区域内村落密布,大多呈水陆双棋盘的格局(图3,表1),水系类型丰富,具有研究的典型性。
研究以实地调研数据和高清遥感影像数据为基础,采用定量评价体系对水生态系统服务供给效能进行评价。研究分成4个步骤,即对水生态系统核心服务的定义、空间数据的走访收集、指标权重的确立以及数据的参数化和空间图示化。研究通过对苏南水网乡村传统空间形态的现场调查、文献溯源和分析,对乡村水网原生机制中的空间形态进行解读,对当代水网乡村空间形态因子进行转译,为评价生态系统服务综合效能提供依据(表2)。
研究利用AHP法来确定各指标权重,首先构建递进的层次结构模型,将所包含的因子分组,每组作为一个级别,以最高层、相关的中间层和最低层的形式排列(图4);其次,将12 位专家打分的意见导入专家数据库,基于专家对于各个层次指标间相对重要程度的判断意见,得到最终的判断数值,并利用判断数值来形成判断矩阵;最后,基于已形成的判断矩阵,使用层次单排序和层次总排序得到各个准则层及指标层的权重,对前期通过田野调查及高清遥感影像获得的数据进行预处理,征求12位专家的意见进行指标赋值打分,最终根据相应指标和权重计算出水生态系统服务价值。
研究基于前期的现状田野调查,通过南星湖片区的周边景观资源、周边产业分布、周边人口密度和周边用地类型四大维度来分析其水生态系统服务的需求效能,并利用AHP 法确定其各个层级的权重,构建相应的递进层次结构模型(图5),得到对应的层次排序结果后征求专家意见确定相应指标赋值。
研究以雷达图的形式对南星湖片区水生态系统服务效能供需匹配关系进行定量化表达,直观地表现不同水生态分区的服务效能供需匹配程度。具体步骤为:在确立供需效能权重的基础上,计算出不同水生态功能分区在八大维度上的服务量数值,并利用Excel进行数据的预处理和筛选,根据对应的数据生成对应的雷达图。
研究基于南星湖片区现状分析,遵循水生态功能分区的原则,根据区域水生态系统内在的客观规律,以乡村水网空间的水生态功能为基础进行水生态功能分区,以便于后期进行供需匹配分析及分区空间形态规划。研究根据南星湖片区水域生态功能的现状条件,分析其功能需求,最终将南星湖片区划分为湖荡净化区、湿地净化区、排污控制区、农业生产调蓄区、景观休闲区和缓冲过渡区六大分区(表3)。
研究根据前期指标和对应权重,参照专家对指标的赋值结果,确立了南星湖片区水生态系统服务综合效能评价的指标体系,并从对南星湖片区的走访调研及高清遥感影像数据的分析中得到原始数据,经过加权公式的计算,得到南星湖片区水生态系统服务供需效能的服务量(表4)。
研究对水生态系统服务效能的供需评估采取的是加权计算的方式,即将各个层次指标的权重,通过实地调研、遥感影像等方式获取的数据,以及相关的指标因子分值进行加权计算,最终获得水生态系统服务效能供需服务量。
研究根据计算得到的南星湖片区水生态系统服务供给效能的服务量,对其进行可视化表达(图6),获得南星湖片区不同空间形态区域的供给服务现状。
结果表明,南星湖片区以南星湖和石头潭两大水域为核心,形成了传统的苏南水网乡村格局,该区域是供给效能最高的区域。此外,思古浜、南店圩等片区都提供了较为高效的供给服务。但是靠近城镇的白米湾、叶泽湾片区极易受到城镇的干扰,导致调节服务的能力下降。同时,整个南星湖片区水生态系统的文化服务能力较低,除了在思古浜和北圩区域有相对集中的艺术工作室等文化设施,其他片区鲜少有文化设施的辐射。整体上看,南星湖片区呈现出综合服务能力较好、各服务类型不均衡的状态。
研究计算得到南星湖片区水生态系统服务需求效能的服务量,并对其进行可视化表达(图7)。南星湖和石头潭作为整个片区的主要水域,表现出极高的服务需求,南星湖片区北部是以传统农作经济为主的乡村区域,拥有众多农田鱼塘,具有较高的服务需求。思古浜、叶泽湾等区域靠近同里古镇景区,自身的文化服务设施较多,因此其文化需求高而供给需求低。石头潭片区原本是传统的江南圩田空间,但是受到城镇化的影响,目前更多的是对旅游和文化方面的需求,对服务需求也较低。整体上看,南星湖片区的水生态系统服务需求较高,但是与供给效能的区域不匹配。
研究将南星湖片区水生态系统服务的供给效能评价结果与需求效能评价结果进行比较,以八大水生态系统服务功能为核心进行计算。
研究基于对各水生态功能区的水生态系统服务效能供需匹配分析,将各水生态功能区的服务量值、供需差异情况与各单因子指标进行拟合对比,分析其服务量值的高低、供需匹配的情况与各单因子之间的影响关系。探讨影响不同水生态功能区服务效能供需不匹配的关键空间形态因素,将各区域的服务效能供需匹配情况分为匹配且高效、匹配但低效和不匹配三种情况,并对不同分区的典型水网空间进行了总结。
(1) 湖荡净化区和湿地净化区的水生态系统服务的供给效能和需求效能匹配程度较高,且分值都相对较高,属于供需效能匹配且高效的类型。其中,湖荡净化区以南星湖和石头潭两大水域为主,主要功能为生态保护;湿地净化区包括长白荡、清水荡等主要水域,是乡村水网空间多年发展形成的自然湿地区域,虽然面积不大,但是对区域的水质净化及生态调节具有重要作用,特别是其中的滨水绿化带宽度、水系割裂数量、乔木覆盖率和生态设施等因子,对于水质净化及生态调节都起到了至关重要的作用。
(2) 缓冲过渡区水生态系统服务的供给效能和需求效能匹配程度较高,但是总体分值都相对较低,属于供需匹配但低效的类型。缓冲过渡区需要多个因子共同作用才能发挥缓冲带及水环境净化的作用,如黄泥溇区域水系断裂、滨水绿化带退化,这些因子未能完全发挥积极作用,导致该区域服务功能低效。
(3) 农业生产调蓄区、排污控制区及景观休闲区的水生态系统服务的供给效能和需求效能匹配程度较低,且分值也相对较低,属于供需不匹配的类型。这三种区域是生产生活的主要集中区域,其中石头潭、九龙港都有着丰富的水系河道,大面积的水域、湿地河道、湖荡鱼塘及绿化带等都能发挥一定的正面作用。但是叶泽湾自然缓坡及绿化带的退化、服务及排污设施的不足导致其服务能力低效。思古浜、俞家湾这些景观休闲区则因休闲游憩场地、旅游服务设施不足,导致供需效能不匹配。