文章导读
中国城市化发展进入关键期，资源压力和生态破坏推动中国城市化向生态文明转型。基础设施建设在平衡经济发展和生态文明方面发挥着重要作用，可以做为促进城市可持续发展的新公共政策工具。本研究基于InVEST模型，对2000年、2010年和2020年的5种生态系统服务进行了评价，揭示了华北平原生态系统服务的时空变化特征。基于面板回归的方法，对华北平原区域尺度上基础设施配置对生态系统服务的影响进行了分析，探究绿色和灰色基础设施建设对生态系统服务的贡献。通过空间计量分析的方法，在栅格尺度计算了基础设施特征（发育度、集中度、便捷度、可达度和距离）对不同生态系统服务的影响。
研究结果
1. 华北平原与土地相关的生态系统服务变化
2000、2010和2020年碳固存、生境质量和土壤保持的时空变化如图所示。与土地相关的生态系统服务功能均呈现东部高西部低、山地高平原低的空间特征。2000-2020年平均碳固存保持稳定，没有显著变化。总碳固存在小幅下降后有所增加。碳固存较高的地区位于太行山和泰山周围，低值区主要分布在人口密度较高的城市及农业种植区（图1）。2000-2020年生境质量有所下降，并随时间发生显著变化。表现出东西高中部低、山地高平原低的分布特征。西部太行山区的生境质量最高，平均值达到0.8。太行山与山东丘陵区之间的低洼平原是区域城市化程度较高的地区，生境质量普遍较低，平均值在0.3及以下（图2）。土壤保持量从800.47 Tg增加到1058.60 Tg，年均增长率为1.41%。增长主要发生在区域西北部的张家口、北京、保定和大同，以及中部的济南和泰安市（图3）。
图1 2000、2010和2020年华北平原碳固存变化
图2 2000、2010和2020年华北平原生境质量变化
图3 2000、2010和2020年华北平原土壤保持量变化
2. 华北平原与水相关的生态系统服务变化
2000、2010和2020年产水量、水质净化的时空变化如图所示。在与水相关的生态系统服务功能中，南部的产水能力强于北部，但水体净化能力北部强，南部低。2000-2010年，华北平原平均产水量从76916 m3降至72949 m3。高值区分布在平原的南部，在此期间有下降趋势。东部的产水量有所增加。2010-2020年，平均产水量开始增加，到2020年增至79688 m3。北部低值区域逐渐减少，产水量不断增加。中部和东部高值区面积越来越大。但南部高价值区一直减少（图4）。 在水质净化方面，2000-2020年磷（P）和氮（N）的平均含量从1.31 kg/km2下降到1.28 kg/km2，从28.96 kg/km2下降到25.76 kg/km2，植被和土壤径流中的氮和磷污染物减少。反映出该地区在净水方面的生态系统服务得到了加强（图5，6）。
图4 2000、2010和2020年华北平原产水量变化
图5 2000、2010和2020年华北平原水质净化（P）变化
图6 2000、2010和2020年华北平原水质净化（N）变化
3. 区域尺度上华北平原基础设施建设对生态系统服务影响
采用面板数据模型进一步探讨基础设施对不同生态系统服务的影响，结果如表1所示：绿色基础设施在促进生态系统服务方面发挥着积极作用。绿色基础设施每增加1个单位，生态系统服务中的碳固存量（CS）、生境质量（HQ）和土壤保持量（SC）将分别增加0.27、0.22和0.43，土壤径流中的氮和磷含量将分别减少0.14和0.13。灰色基础设施对各种生态系统服务具有抑制作用。以碳固存量（CS）为例，温度升高促进了地面植被的光合作用，提高了植被和土壤的固碳能力，在增加碳固存方面发挥了最大的作用(β=0.032)。然而，道路的铺设改变了地表的自然景观结构，导致生物碳的流失。硬化的地面还进一步削弱了碳的吸收和固定(β=−0.014)。
表1 区域尺度上华北平原基础设施建设对生态系统服务影响
4. 栅格尺度上华北平原基础设施特征对生态系统服务影响
基础设施的不同特征，如建设水平、集中度、便利度、可达度等，对生态系统服务的影响存在较大差异。进一步分析基础设施特征对不同生态系统服务的影响，结果如表2所示：基础设施的建设水平对碳固存（CS）、生境质量（HQ）和土壤保持量（SC）等生态系统服务具有显著的积极影响。特别是在碳固存方面，建设水平每增加1个单位，碳固存量将增加约0.1。这是由于随着基础设施建设水平的提高，将从传统的道路、排水、电网等灰色基础设施向城市绿地、街道花园等绿色基础设施转变，以满足人们对良好生态体验的需求。基础设施的集中度、可达性、便利性等对碳固存量（CS）、生境质量（HQ）、土壤保持量（SC）、产水量（WP）和水质净化（WY）产生负面影响。这也反映出，华北平原在新型城镇化建设过程中，基础设施建设处于相对初级阶段，灰色基础设施建设仍是主要类型。灰色基础设施集中度、可达性和便利性的提高都有赖于土地利用方式向建设用地的转变，这将抑制区域生态系统服务。
表2 栅格尺度上华北平原基础设施特征对生态系统服务影响
结论与讨论
中国新型城镇化与传统城镇化的一个重要区别在于将生态文明、绿色和低碳理念融入新型城镇化的全过程。基础设施网络作为支撑城乡社会经济活动的基本结构，将对建设现代化绿色城镇、实现城乡互补协调发展发挥至关重要的作用。
现阶段华北平原灰色基础设施集中度、便利性和可达性的增加以及距离的缩短会对生态系统服务产生负面影响。然而，随着基础设施发育度提升，绿色基础设施占比增加可以降低灰色基础设施造成的碳排放，减少水污染、土壤侵蚀和其他环境风险。华北平原未来基础设施建设需要更多地考虑经济和生态福利之间的平衡。协调绿色基础设施和灰色基础设施建设的比例。1平方米的灰色基础设施建设需要1.5平方米的绿色基础设施，以满足生境质量、土壤保持、水质净化和产水量等生态系统服务需要。而满足碳固存则需要10平方米的绿色基础设施。这表明，应更加重视绿色基础设施的巨大固碳潜力，以促进碳中和。
虽然拟议的基础设施数量分配关系有望改善城市生态环境，但可能会加剧土地利用的潜在压力。一些新技术的出现提供了有益的解决方案，如海绵城市、生物滞留系统、人工湿地、绿色屋顶和绿色墙这些措施可在加强土地节约集约利用的同时，促进生态系统服务功能发挥重要作用。
原文信息：
Wang W, Deng X*, Wang Y, et al. (2022). Impacts of infrastructure construction on ecosystem services in new-type urbanization area of North China Plain. Resources, Conservation and Recycling, 185: 106376.
