南昌市山水林田湖草城生命共同體健康評價

甘 鳳，葉長盛

(東華理工大學地球科學學院，330013，南昌)

0 引言

城鎮化工業化快速發展對區域生態空間造成諸多壓力，導致生態系統功能退化[1]?！笆濉睍r期我國國土空間生態修復取得了重大成就，但重開發輕保護的現象依然突出，生態環境問題仍是城鎮發展的首要問題。2013年，習近平總書記在黨的十八屆三中全會首次提出將山水林田湖視作一個生命共同體，指的是將山水林田湖五大要素協調、有機聯系在一起，形成一個關系緊密的生命共同體；2017年習近平總書記在中央全面深化改革領導小組第三十七次會議上將“草”納入生命共同體，擴展為“山水林田湖草生命共同體”，統籌山水林田湖草系統治理，目的是強調山水林田湖草這六大自然要素作為一個生態系統，應統籌兼顧、綜合治理[2]。城鎮作為現代人聚居最密集的地方，與山水林田湖草早已形成一個新的有機統一體，山水林田湖草與城鎮發展之間的緊密關系成為學者們廣泛關注的熱點問題。開展山水林田湖草城的生命共同體健康狀況研究，可為解決區域生態問題提供系統性、綜合性理論參考，對加快推進生態文明建設、確保人與自然和諧共生具有重要的現實意義。

山水林田湖草城生命共同體本質上指各系統通過物質循環、能量流動形成一個相互影響、相互作用的復合生態系統，科學地闡述了各系統之間的辯證關系[1,3]。國外現有研究對山水林田湖草城綜合系統的分析評估較少，多是針對某單一系統展開討論，且研究大多基于理化性質和生物指標對河流的生態健康進行評估[4]、利用地理空間技術對濕地生態系統健康進行評價[5]，或者設計有關生態價值和生態敏感性的模型來對擴展地區進行評估[6]等，或采用DEMATEL-ANP集成模型，選取影響因素(如土地利用/土地覆蓋變化率、建成區密度、綠地面積變化強度指數、景觀連通性指數等)來評估都市圈生態安全，進而解決快速城市化引發的城市生態安全問題[7]。國內現有研究把山水林田湖草和村視為一個生命共同體，從驅動力-壓力-狀態-影響-響應-管理6個方面選取表征單一要素健康狀況的指標，構建生命共同體的健康評價指標體系，再結合健康距離模型、投影尋蹤方法等，評價綜合整治前后山水林田湖草村健康狀況[1,8]，多采用熵權法和層次分析法對整個項目的經濟指標、社會指標、生態指標進行權重計算，進而評估項目的綜合效益，為國土空間修復工作提供了有效的治理方案[9-10]。多種數學方法模型比如綜合指數法、生態脆弱性指數模型[11]、DPSIRM模型[12-13]也不斷被運用到生態安全、生態健康評價[14]，并且多種模型結合(比如VOR生態模型+SC健康模型)用于評價區域生命共同體健康狀況[15-16]。隨著國內試點城市先后實施山水林田湖草生態保護修復策略，部分城市地區已展開山水林田湖草城生命共同體健康狀況綜合評估，并有針對性地提出高效的綜合治理方案，為城鎮發展與生態修復的補充提供科學支持[1,17]，然而對生命共同體中城鎮發展與生態發展有著怎樣的關聯還未做出研究。隨著南昌市工業化、城鎮化進程加快，原有的生態系統遭受一定程度的改變或破壞，作為一座省會城市，其生態問題亟待解決，生態與城鎮協同發展必不可少。為此，本文以南昌市為研究對象，選取了35個相關指標構建健康評價指標體系，評價該城市的生命共同體健康狀況，并基于綜合健康指數，采用耦合協調模型和脫鉤模型，分析2000—2019年山水林田湖草與城系統之間的耦合協調關系，以期為南昌市生態修復和生態文明建設提供理論參考。

1 研究區概況

南昌市是長江中游城市群的中心城市之一，同時也是引導環鄱陽湖城市群綠色崛起的核心地區。南昌市以鄱陽湖平原為主，東南相對平坦，西北部是丘陵地帶。南昌市境內的西山山脈，呈東北向逶迤綿延，山脈中段的梅嶺為市內最高點，山丘、平原相間，相對高差較大，低丘占全境34.40%。據南昌市2020年統計年鑒，2019年南昌市土地總面積7 194.61 km2，耕地面積2 744.00 km2，其中有效灌溉面積1 899.00 km2，有效灌溉率達69.20%，全市水資源總量73.86 億m3，用水量32.08 億m3，林地面積1 403 km2，森林覆蓋率達23.00%，城市綠化覆蓋面積達152.30 km2，建成區綠化覆蓋率達41.25%。贛江、撫河縱橫境內，湖泊眾多，有瑤湖、艾溪湖、青山湖等上百個湖泊，這些湖泊與南昌城市建設聯系緊密，對周圍地區氣候調節、生態平衡等方面起著重要作用。2019年，南昌市常住人口560.06萬人，其城鎮化率達到75.16%，地區生產總值5 596.18 億元，人均GDP為10.04萬元，電子信息產業、新能源汽車產業、生物醫藥產業等是其主要產業，工業化、城鎮化快速發展加大了城市生態環境壓力，開展南昌市山水林田湖草城生命共同體的健康狀況評價勢在必行，對于優化城市發展的空間布局、構建城市與自然聯動的生態服務空間具有重要的現實意義。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

綜合考慮研究價值與數據的可獲取性，選擇研究的時間段為2000—2019年，數據包括矢量數據、柵格數據和統計數據，矢量數據包括南昌市的行政邊界數據和土地利用數據，柵格數據包括DEM數據、降水量、NDVI、NPP、人口密度、夜間燈光指數，統計數據包括南昌市統計年鑒、水資源公報，其中土地利用數據和DEM數據來源于地理空間數據云，降水量、NDVI、NPP數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心，人口密度數據來源于World Pop網站。

2.2 研究方法

2.2.1 評價指標體系的構建 山水林田湖草城生命共同體是一個自然-社會-經濟的復合系統，是多個子系統共同作用、共同影響的系統，并且子系統之間相互影響，因此在評價整個生命共同體的過程中，需考慮多個子系統的健康狀態。結合現有研究[1,8-9,15-16,18-19]，統計出與各子系統健康評價相關的指標，并針對研究區域的特點，基于數據的可獲取行和可操作性，選取了出現頻次較高的反映山水林田湖草城7個子系統質量、空間格局的指標，構建了山水林田湖草城生命共同體健康評價指標體系，通過極差標準化法將各項指標的原始數據進行處理，并參考前人研究采用AHP層次分析法確定指標權重(表1)[20]。

表1 山水林田湖草城生命共同體健康評價指標體系

表1 (續)

2.2.2 綜合指數法 通過綜合指數法構建南昌市山水林田湖草城生命共同體健康評價指數，實現對南昌市生態健康評價。南昌市生命共同體的健康狀態指數處于0～1之間，指數越高，表明健康狀態越好。計算公式如下[16]：

(1)

式中：Wi為第i個指標的權重值，Xi為第個i指標的標準化值，Ui為健康指數值，Ui越大，表明健康評價指數越高，健康狀態越好。

2.2.3 耦合協調度模型 耦合協調度模型用于分析系統之間的協調發展水平，耦合度指2個或2個以上的系統相互依賴于對方的一個量度，反映系統之間是否協調發展的動態關聯關系。協調度是指耦合相互作用關系中良性耦合程度的大小，體現的是協調狀況的好壞。兩者結合，既反映了2個系統之間的相互作用強度，也表明了系統的發展水平。利用耦合協調度模型，將山水林田湖草看作一個系統，將城單獨看作一個系統，計算并分析這2個系統之間的耦合協調關系。如果耦合協調度比較高，則表示這2個系統形成的生命共同體發展得比較好、比較健康。計算公式如下[21]：

(2)

T=αU1+βU2

(3)

(4)

式中：C為山水林田湖草和城2個系統的耦合度，耦合值越高，說明2個系統之間的相互影響相互作用越強；U1、U2分別是2個系統的健康指數值；T是2個系統的綜合協調指數，表明2個系統的綜合發展水平對協調度的貢獻，α、β為待定系數，分別表示山水林田湖草和城對整個生命共同體的貢獻系數，2個系統在生命共同體的耦合協調發展過程中處于同等重要，因此，參考前人的研究[22-24]，α和β均取值為0.5；D為2個系統之間的耦合協調度，其值處于[0，1]之間。

結合眾多學者的研究[24-26]，將南昌市山水林田湖草和城系統的耦合協調度分為10個等級(表2)。

表2 耦合協調度劃分標準

2.2.4 Tapio脫鉤模型 Tapio脫鉤模型常用于研究經濟社會發展、碳排放、城鎮化進程、能源消耗、城市生態等方面，評估能源使用、環境退化、經濟進步的脫鉤關系[27]。以Tapio脫鉤模型為基礎，構建南昌市山水林田湖草和城系統的脫鉤模型。計算公式如下：

(5)

式中：γ為脫鉤彈性系數，反映山水林田湖草系統和城系統之間的脫鉤程度，ΔE為一段時間內山水林田湖草系統的綜合健康指數增長率，E0和Ei分別為山水林田湖草系統始年和末年的綜合健康指數，ΔU為一段時間內城系統的綜合健康指數增長率，U0和Ui分別為城系統始年和末年的綜合健康指數。借鑒Tapio的研究成果[18，21，28]，將脫鉤狀態分為脫鉤、連接、負脫鉤，并進一步分為8個脫鉤程度(表3)。

表3 脫鉤狀態的判定標準

3 結果與分析

3.1 南昌市山水林田湖草城生命共同體健康狀況分析

2000—2019年，南昌市山水林田湖草城生命共同體的綜合健康指數逐年上升，由2000年的0.366 1上升到2019年的0.586 7，上升了0.220 6，健康狀況向好的趨勢發展。研究初期，城鎮化水平發展速度相對緩慢，整個南昌市生命共同體的綜合健康指數較低。近年來，南昌市大力推進生態保護與修復工作，以實現人與自然和諧共生為目標，推動城市綠色發展。整體而言，除山、林、草子系統外，其余子系統的綜合健康指數都呈上升趨勢。

3.1.1 山子系統 南昌市山子系統的綜合健康指數呈先降后升的趨勢，整體而言健康狀況有所下降，由2000年的0.098 9下降到2019年的0.060 9，降低了0.038 0，2010年的健康值最小，為0.044 7。研究期初，南昌市城鎮化發展水平較低，城鎮人口較少，人口外流現象較為嚴重，土地開發強度低，人類活動對山系統的影響較小，山子系統呈自然狀態，植被覆蓋率和生物豐度指數在研究期間最高，山地生態系統健康狀況較好。至2010年，南昌市常住人口首次超過戶籍人口，人口密度急劇增加，土地資源的需求也不斷增加，城鎮擴展逐漸向低海拔丘陵山地轉移，人類農業活動對山系統的干擾加大，山體的穩定性和植被覆蓋度降低，山子系統的健康指數達到研究期間最低。2019年，南昌市政府開展生態修復工程，種植草本植物，疏通山體水系，坡耕地面積也有所下降，南昌市山子系統健康狀況有所好轉。

3.1.2 水子系統 南昌市水子系統的綜合健康指數逐年遞增，由2000年的0.049 8上升到2019年的0.121 8，增幅達144.58%，尤其以2015—2019年之間增長速度最快，健康狀況發展趨勢向好。研究期間，南昌市地表水徑流量和產水系數逐年上升，當地水資源較為豐富，同時，隨著污水處理技術的提升以及政府對污水處理廠的資金投入，水資源利用率和污水集中處理率整體提高，人類活動對水子系統的環境壓力逐年降低，該子系統的健康狀況也不斷得到改善。

3.1.3 林子系統 研究期間，南昌市林子系統的綜合健康指數呈現先降低后上升的“U”型曲線趨勢，2010年指數值最低，為0.039 3，2015年達到最高，為0.089 2。整體來看，林子系統的健康狀況有所下降，由2000年的0.075 3下降至2019年的0.065 5，下降了0.009 8。林子系統早期受城市發展和人類活動影響較小，2000—2010年，城市攤大餅式向外擴展，林地面積不斷減少，生態系統服務功能降低，人類活動對林地的干擾程度逐年增長至最大。2010—2019年，南昌市加強對森林資源的管理和保護，林子系統健康指數呈波動上升趨勢。

3.1.4 田子系統 2000—2019年南昌市田子系統的綜合健康指數呈上升趨勢，由2000年的0.044 7上升到2019年的0.103 0，增加了0.058 3，健康狀況向好的趨勢發展。隨著農業技術水平不斷改善，機械化技術在農業領域得到推廣，南昌市農業機械化率不斷提高，化肥的使用量降低，而糧食產量卻在不斷提高，農田生態系統在“人”的管理下，與其他系統不斷地進行著物質與能量的交換，較好地服務于城市的發展，田系統的健康指數在2019年達到最高。

3.1.5 湖子系統 研究期間，南昌市湖子系統的綜合健康指數先升后降，且變幅略大，尤其在2000—2005年，增幅達260.78%，2010年達到最大值0.0960，整體而言該子系統的健康狀況有所好轉，由2000年的0.023 2上升到2019年的0.059 8，健康指數值增加了0.036 6。自《南昌市城市湖泊保護條例》實施以來，多個湖泊已被納入重點保護范圍，嚴格控制了圍湖造田、污水排放等破壞湖泊生態環境的行為，同時，2002年起江西省對鄱陽湖水域實施春季禁漁，加快了鄱陽湖流域漁業資源的恢復，改善了湖泊及周邊地區的生態環境。2015—2019年間降水量減少，湖泊面積下降，加上城市發展對湖泊周邊地區的開發利用，開發與保護失衡對湖泊生態環境造成了壓力，導致湖泊對周邊地區的調蓄功能下降，湖子系統的健康狀況也受到影響。

3.1.6 草子系統 2000—2019年，南昌市草子系統的綜合健康指數呈現波動降低趨勢，由2000年的0.072 7下降到2019年的0.031 4。研究期間，南昌市的高、中覆蓋度草地面積隨時間不斷減少，且中覆蓋度草地減少速率顯著高于高覆蓋度草地，大部分草地轉化為建設用地，城市的快速發展對草系統的健康狀況產生的負面影響較為強烈。

3.1.7 城子系統 南昌市城鎮化發展迅速，城鎮化率由2000年的40.66%增長至2019年的75.16%，城市子系統的綜合健康指數逐年上升，且上升速度較快，至2019年達到了0.144 3。早期城系統的健康指數是7個子系統中最低的，2000—2010年，城鎮化處于加速發展階段，城鎮規模迅速擴張，建設用地面積不斷增加，城子系統健康指數顯著提升。2010年，南昌市城鎮化率達到65%，隨后城鎮化速度放緩，進入城鎮化后期階段，城鎮化水平不斷提高，建成區土地開發強度增大，人口由農村向市中心集聚，城子系統健康指數上升速率減緩。

表4 2000—2019年南昌市各子系統綜合健康指數

3.2 南昌市山水林田湖草和城系統耦合協調發展分析

2000—2019年南昌市山水林田湖草系統和城系統的耦合協調水平變化較大，呈波動上升態勢(表5)。從耦合協調等級演變趨勢來看，南昌市山水林田湖草系統和城系統之間的耦合協調等級從2000年的中度失調演變為2015年的良好耦合協調，且2015—2019年的耦合協調水平較穩定，始終處于良好耦合協調，說明此期間南昌市山水林田湖草城生命共同體在發展過程中保持和諧一致，這與南昌市不斷推出并實施加大環境保護力度、促進城鎮化健康發展的政策密不可分。

從耦合協調指數來看，2000年的耦合協調水平較低，為0.255 4，處于中度失調，其原因在于城市發展緩慢，城鎮化率較低，并且自然資源開發利用與保護失衡；2005年，南昌市耦合協調水平有所提高，為0.638 5，相較于2000年，耦合協調指數增加了0.383 1，耦合協調水平發展速度較快，說明2000—2015年山水林田湖草和城之間的關系隨著經濟社會的發展而得到改善；2010—2019年耦合協調指數呈緩慢上升趨勢，2019年達0.849 7，耦合協調水平較高，其原因在于2015—2019年南昌市城市人口集聚、建設用地擴張、城鎮化率提升的同時，山水林田湖草系統的綜合指數也處于較高狀態。

整體而言，2000—2019年南昌市山水林田湖草和城系統之間的耦合協調度總體發展水平變化較大，耦合協調水平有所提升，與綜合健康指數的發展趨勢一致，說明南昌市山水林田湖草和城的發展協調取得了進步，2個系統之間具有有效的相互促進作用，生命共同體健康狀態呈現向上發展。

表5 2000—2019年南昌市耦合協調度及耦合協調等級

3.3 南昌市山水林田湖草和城系統脫鉤分析

計算南昌市2000—2019年山水林田湖草和城系統的脫鉤彈性系數，根據脫鉤彈性系數確定其脫鉤狀態及程度(表6)。

表6 2000—2019年南昌市脫鉤指數及脫鉤程度

2000—2005年、2010—2015年，脫鉤程度為弱脫鉤。在這2個時期，南昌市城系統的發展速度超過了山水林田湖草系統的健康發展速度，且2個系統的發展速度均為正。2000—2005年南昌市城鎮的發展速度遠高于山水林田湖草系統的發展速度，且兩者具有正向相互作用，2010—2015年2個系統發展較為同步。在此期間，一方面，南昌市政府更加注重生態建設和環境保護，山水林田湖草得到綜合、系統治理，生態系統多樣性維護服務能力達到最高；另一方面，南昌市加快推進城鎮化建設，合理利用河湖等自然資源，并加強了污水集中處理，實現生態城市建設。

2005—2010年、2015—2019年，脫鉤程度為強脫鉤。在這2個時期，南昌市城系統的健康發展速度較快，高于山水林田湖草的發展速度，且南昌市山水林田湖草系統的健康指數下降，城系統的健康指數上升，變化率為正。自2015年以來，南昌市城鎮人口不斷增加，基礎設施顯著改善，不斷與周邊城市對接，全面融入長江經濟帶，因此城系統呈正向發展。

整個研究階段，南昌市2個系統的脫鉤程度在弱脫鉤和強脫鉤之間出現反復，表明南昌市2個系統之間的脫鉤關系呈現不穩定性。

4 結論與討論

本文從山水林田湖草城7個子系統出發，選取了35個指標構建生命共同體健康評價指標體系，對南昌市2000—2019年生命共同體綜合健康發展水平進行評估，并把山水林田湖草當作一個系統，城單獨作為一個系統，對2個系統之間的耦合協調度和脫鉤指數進行了分析，主要得出如下結論。

1)2000—2019年南昌市山水林田湖草城生命共同體的健康狀況發展趨勢整體向好，由2000年的0.366 1上升到2019年的0.586 7，健康發展水平穩步提高。就子系統而言，除山、林、草子系統以外，其余子系統的綜合健康指數均有所上升。

2)2000—2019年南昌市山水林田湖草系統和城系統之間的耦合協調度逐年上升，且2000—2005年耦合協調度變幅較大。從耦合協調等級來看，從2000年的中度失調發展為2015年的良好耦合協調，2015—2019年南昌市生命共同體的發展狀態較為穩定，此期間山水林田湖草和城一直處于良好耦合協調。整體來看，南昌市2個系統之間耦合協調發展取得了進步。

3)研究期間，整個南昌市的山水林田湖草系統和城系統都呈增長態勢，為脫鉤狀態、弱脫鉤程度，說明南昌市城系統的發展速度高于山水林田湖草系統的發展，且這2個系統均為正向發展。

南昌市作為江西省的省會城市，對全省的社會經濟生態發展起著舉足輕重的作用，充分發揮龍頭核心作用，擔當著生態城市建設的重大使命。山水林田湖草各系統在合理有效的管理下形成一個生命共同體，不僅是單獨的系統運作，更是系統間相互影響相互制約的配合，加入城這個系統，是把人的影響因素考慮了進來，這個生命共同體不再只是生態系統，還強調了由人集聚而成的城與生態系統之間的相互作用。評價南昌市的生命共同體健康狀況，對該城市的生態修復、維護和生態城市建設有重要的現實意義。

由于將城納入生命共同體的相關研究不多，評價指標體系需要不斷補充和完善，同時選取的數據樣本有限，且沒有考慮到周邊地區對研究區的影響，在一定程度上都可能會影響到評價的精度和深度。今后研究中應該進一步尋找影響各系統的評價因子，形成更全面的評價指標體系，深入探討山水林田湖草城各子系統之間的發展關系，使得研究結果更準確、更具價值。