山西省生態(tài)安全時(shí)空演變特征及影響因素

王爭磊,劉海龍,2,*,丁婭楠,王煒橋,張麗萍,郭曉佳,2

1 山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 太原 030000 2 山西師范大學(xué)人文地理研究所, 太原 030000

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展使資源的需求不斷增加,不合理的開采造成植被破壞、水土流失、環(huán)境污染等問題,自然生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的狀態(tài)與人類社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展之間的平衡遭到破壞,生態(tài)安全已經(jīng)成為21世紀(jì)人類社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的新主題[1]。生態(tài)安全是指人類在生產(chǎn)、生活中不受生態(tài)破壞與環(huán)境污染等影響的保障程度,包括飲用水安全、食物安全、空氣質(zhì)量、綠色環(huán)境等基本要素[2]。生態(tài)安全是地理學(xué)、生態(tài)學(xué)以及環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)議題,是人地關(guān)系研究的主要內(nèi)容之一,更是當(dāng)下推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)與實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的熱點(diǎn)。中國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展正在向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變,生態(tài)高質(zhì)量是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本保障,是國家高質(zhì)量發(fā)展的重要組成部分。區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)是掌握生態(tài)環(huán)境狀況、調(diào)控生態(tài)安全狀態(tài)的基礎(chǔ),對區(qū)域環(huán)境治理政策的制定具有科學(xué)參考價(jià)值,對促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、保障國家生態(tài)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。

國外關(guān)于生態(tài)安全評價(jià)始于20世紀(jì)80年代,近年來,主要集中在從污染源的角度進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估,包括重金屬對土壤健康[4]、海灣安全[5]、城市近郊人類生存環(huán)境[6]、河流健康[7]的影響等工業(yè)開采方面,農(nóng)藥的使用對環(huán)境的后效作用[8]、水資源可利用程度[9]等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面,此外,評價(jià)河流與湖泊[10—11]等區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)健康也是研究的焦點(diǎn)。國內(nèi)多利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或遙感數(shù)據(jù)構(gòu)建指標(biāo)體系,采用熵值法[12]、層次分析法[13]、綜合指數(shù)法[14]、物元分析法[15]、生態(tài)足跡法[16]等計(jì)算區(qū)域生態(tài)安全綜合指數(shù),對森林[17]、綠洲[18]、土地[19]等進(jìn)行生態(tài)安全評價(jià)；研究區(qū)涉及行政區(qū)[20]、城市群[21]、流域[22]等維度,空間差異的探究主要通過變異系數(shù)、泰爾指數(shù)、基尼系數(shù)等方法；生態(tài)安全影響因素解析主要利用線性回歸模型[23]、障礙度模型[24]、地理探測器[25]等方法。總體來看,當(dāng)前已有研究雖包括宏觀、微觀、中觀尺度,但將三個(gè)尺度結(jié)合對不同尺度間的空間聯(lián)系與空間效應(yīng)的探究較少。大多學(xué)者在進(jìn)行空間差異探究時(shí)忽略了不同區(qū)域間交叉重疊的影響,影響因素探究時(shí)忽略了影響因素的空間效應(yīng)。本文利用尺度融合進(jìn)行生態(tài)安全評價(jià)并探究不同尺度間的聯(lián)系,能夠避免尺度過大導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)部信息被忽略,尺度過小無法把握宏觀信息[26]等問題；使用Dagum基尼系數(shù)探究區(qū)域生態(tài)安全差異,以此完整反映出區(qū)域內(nèi)、區(qū)域間的差異、來源及相互作用；使用空間計(jì)量模型探究生態(tài)安全的影響因素,從空間角度探究其與周圍地區(qū)的關(guān)聯(lián)性及溢出效應(yīng)。

山西省是典型的黃土高原地區(qū),區(qū)域內(nèi)地形起伏不平,受地形的影響,省內(nèi)自然條件差異較大,生態(tài)環(huán)境脆弱,生態(tài)環(huán)境問題突出[27]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,礦產(chǎn)資源的開采,生態(tài)環(huán)境的壓力日益加大,生態(tài)安全遭受嚴(yán)重威脅。基于此,本文以山西省為研究區(qū),圍繞“典型區(qū)域行政區(qū)尺度生態(tài)安全時(shí)空演變特征揭示及關(guān)鍵影響因素識別”這一科學(xué)問題,使用PSR模型,通過尺度融合對山西省省域、市域、縣域三個(gè)尺度進(jìn)行生態(tài)安全評價(jià),使用Dagum基尼系數(shù)測度縣域生態(tài)安全的區(qū)域差異與來源,利用空間計(jì)量模型探究空間溢出效應(yīng)并對影響因素進(jìn)行解析,為提升山西省生態(tài)安全水平,推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)相關(guān)政策的制定提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

山西省東接太行山,西鄰黃土高原,介于110°14′—114°33′E,34°34′—40°44′N之間,行政區(qū)輪廓略呈東北斜向西南的平行四邊形,總面積15.67×104km2,下轄11個(gè)地級市共119個(gè)縣區(qū)。區(qū)域內(nèi)地形以山地、丘陵為主,全省大部分地區(qū)海拔在1500m以上,生態(tài)環(huán)境脆弱。屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,各地年平均氣溫介于4.2—14.2℃之間,年降水量介于358—621mm。2018年底常住人口為37.18×106人,城鎮(zhèn)人口占山西總?cè)丝诘?8.41%；國內(nèi)生產(chǎn)總值16.82×1011元,增速為6.70%；人均水資源量為328.57m3,僅占全國平均水平的16.6%；森林覆蓋率22.79%,略低于全國22.96%的平均水平；優(yōu)良天數(shù)比例為63%,低于全國79.3%的平均水平。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文使用的山西省、市、縣社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》、《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001、2006、2011、2019年)；DEM數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn)的GDEMV2 30m分辨率數(shù)值高程數(shù)據(jù)集；NDVI數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/)的《中國長時(shí)間序列植被指數(shù)(NDVI)空間分布數(shù)據(jù)集》；降水量數(shù)據(jù)與氣溫?cái)?shù)據(jù)分別來自于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心《中國1980年以來逐年年降水量空間插值數(shù)據(jù)集》、《中國1980年以來逐年年平均氣溫空間插值數(shù)據(jù)集》；交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)來自公開街道地圖平臺(https://www.openstreetmap.org)；土地利用數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/),分辨率為30m×30m；夜間燈光數(shù)據(jù)來自Harvard Dataverse(跨傳感器校正的全球“類NPP-VIIRS”500m分辨率夜間燈光數(shù)據(jù))(https://doi.org/10.7910/DVN/YGIVCD)；PM2.5數(shù)據(jù)來自加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)大氣成分分析組(http://fizz.phys.dal.ca/—atmos/martin/?page_id=140)；二氧化碳排放量數(shù)據(jù)來自美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心(http://www.ngdc.noaa.gov/)；底圖基于國家基礎(chǔ)地理信息中心(http://www.ngcc.cn/ngcc/)下載的審圖號為GS(2016)1666號的1∶400萬標(biāo)準(zhǔn)地圖制作,底圖無修改。為方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),本文將研究區(qū)各地級市的市轄區(qū)進(jìn)行合并,評價(jià)單元包括107個(gè)縣區(qū)。

1.3 研究方法

1.3.1指標(biāo)體系構(gòu)建

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)建立的PSR 概念模型在國內(nèi)外生態(tài)安全評價(jià)方面得到廣泛的應(yīng)用[28]。生態(tài)安全是區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性與可持續(xù)性的反映,健康的生態(tài)系統(tǒng)能夠?yàn)閰^(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮積極作用。山西省生態(tài)環(huán)境脆弱,人地關(guān)系矛盾較為嚴(yán)重,是生態(tài)安全威脅較為嚴(yán)重的地區(qū)。當(dāng)前研究區(qū)主要面臨人口增加、資源減少、環(huán)境污染等生態(tài)壓力問題,生態(tài)安全狀態(tài)包括地形地貌、污染物排放量、植被覆蓋程度、人均資源分配狀況等方面。生態(tài)安全響應(yīng)包括社會、經(jīng)濟(jì)、自然等方面的響應(yīng)。本文在參考前人研究的基礎(chǔ)上[29—30],根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況,數(shù)據(jù)的可獲得性,指標(biāo)選取的科學(xué)性、全面性、典型性的原則,以生態(tài)安全為總目標(biāo),共選取18個(gè)指標(biāo),構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。ESV指生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估模型所求。依照坡度對社會分工的影響采用分級賦值[30]：(0,10°]賦值為 0.8,(10°,15°]賦值為 0.6,(15°,25°]賦值為 0.4,>25°賦值為 0.2,坡度越大,人類開發(fā)難度越大。

1.3.2綜合權(quán)重求解

權(quán)重反映不同指標(biāo)對生態(tài)安全的影響程度,直接影響到評價(jià)結(jié)果的可靠性[31]。熵是熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量,表征不確定性的度量,熵越小表征信息量越大,指標(biāo)越重要。層次分析法(AHP)能夠根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整指標(biāo)權(quán)重值,具體計(jì)算公式見參考文獻(xiàn)[29—32]。為減小主觀因素與數(shù)據(jù)離散程度對權(quán)重的影響,本文利用最小信息熵原理對主客觀權(quán)重進(jìn)行綜合,公式如下[33]：

(1)

式中,W為第j個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重值；Wjshang為第j個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重值；Wjceng為第j個(gè)指標(biāo)的主觀權(quán)重值。

1.3.3綜合指數(shù)計(jì)算及等級劃分

采用綜合指數(shù)法計(jì)算山西省生態(tài)安全綜合指數(shù),計(jì)算公式為：

(2)

表1 生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系

參考現(xiàn)有研究[34],結(jié)合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境特征將生態(tài)安全綜合指數(shù)劃分為5個(gè)等級(表2),并使用ArcGIS軟件空間分析模塊對生態(tài)安全綜合指數(shù)空間格局進(jìn)行制圖,以便分析空間分布規(guī)律。

表2 生態(tài)安全等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.4空間自相關(guān)分析

地理學(xué)第一定律指出事物之間均有聯(lián)系,聯(lián)系的強(qiáng)度隨地理距離的增加不斷減小。利用Matlab軟件構(gòu)建鄰接空間權(quán)重矩陣對山西省縣域生態(tài)安全綜合指數(shù)進(jìn)行空間依賴性檢驗(yàn),分別采用全局Moran′sI指數(shù)與局部Moran′sI指數(shù)對空間相關(guān)性進(jìn)行測度,具體公式如下[35]：

全局Moran′sI指數(shù)：

(3)

式中,n是研究區(qū)域地區(qū)總數(shù)；Wkongij是空間權(quán)重矩陣；xi和xj分別是區(qū)域i和區(qū)域j的屬性；I>0,表示空間上呈正相關(guān),I<0,表示空間上呈負(fù)相關(guān),I=0,表示空間上隨機(jī)分布。

局部Moran′sI指數(shù)：

(4)

式中,S2為屬性的方差；Ii>0表示該地區(qū)的高值被高值所包圍或者是一個(gè)低值被低值所包圍；Ii<0表示一個(gè)低值被高值所包圍或者是一個(gè)高值被低值所包圍。

1.3.5Dagum基尼系數(shù)分解模型

Dagum基尼系數(shù)是博洛尼亞大學(xué)Dagum于1997年提出的一種分解基尼比的新方法,用來衡量子群內(nèi)部的差異及來源,有效解決樣本數(shù)據(jù)間交叉重疊以及區(qū)域間與區(qū)域內(nèi)差異來源的問題[36]。本文采用此方法對山西省縣域生態(tài)安全水平的空間差異及來源進(jìn)行分析,公式如下：

(5)

在Dagum基尼系數(shù)的分解過程中,首先要對子群的生態(tài)安全綜合指數(shù)的平均值進(jìn)行排序,并劃分Gini為子群間差距(Gnb)、子群內(nèi)差距(Gw)和超變密度(Gt),且滿足,Gini=Gnb+Gw+Gt,具體見參考文獻(xiàn)[37]。

1.3.6空間計(jì)量模型

(1)空間計(jì)量模型的選取

經(jīng)典線性回歸最小二乘法(OLS)模型是用來解釋因變量(yi)與自變量(xi)之間關(guān)系的多元線性函數(shù)[38],公式為：

yi=β0+∑iβixi+εi

(6)

式中：β0為常數(shù)項(xiàng)；βi為回歸系數(shù)；εi為隨機(jī)誤差項(xiàng)。

生態(tài)安全水平影響因素的外部性可能超越行政單元界限,經(jīng)典回歸模型可能導(dǎo)致結(jié)果偏誤[39]。為更好體現(xiàn)生態(tài)安全的空間溢出效應(yīng),在公式(6)的基礎(chǔ)上,建立空間滯后模型(SLM)、空間誤差模型(SEM)和空間杜賓模型(SDM)[40],公式分別為：

Yit=ρ∑WijYit+β∑Xit+μi+λt+εit

(7)

Yit=β∑Xit+μi+λt+φit

(8)

φ=δ∑Wijφjt+εit

(9)

Yit=ρ∑WijYit+β∑Xit+γ∑WijXjt+μi+λt+εit

(10)

式中：Yit為被解釋變量；Xit為解釋變量；t為時(shí)間；εit為隨機(jī)誤差項(xiàng)；β和γ為空間相關(guān)系數(shù)；ρ為空間滯后系數(shù)；μi為個(gè)體固定效應(yīng)；λt為時(shí)間固定效應(yīng)；Wij為空間權(quán)重矩陣W中的元素,采用空間鄰接矩陣建立空間權(quán)重。當(dāng)γ=0,SDM可簡化為SLM。當(dāng)γ+ρβ=0時(shí),SDM可簡化為SEM。

(2)控制變量的選取

參考相關(guān)學(xué)者的研究[41],本文以生態(tài)安全綜合指數(shù)(safe)為被解釋變量,從經(jīng)濟(jì)、社會、自然等方面選取解釋變量,具體如下：經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(pgdp)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(str),社會子系統(tǒng)包括人口密度(pop)和城鎮(zhèn)化率(urban),自然子系統(tǒng)包括NDVI(ndvi)、降水量(rain)、氣溫(temp)以及高程(ele)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期,環(huán)境成本較高,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高推動政府采取措施改善環(huán)境,以人均GDP表征地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能夠反映區(qū)域發(fā)展方式是否合理,不合理的發(fā)展方式會對生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生負(fù)面影響,以第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的比值表征[42]；區(qū)域內(nèi)人口增加促使環(huán)境發(fā)生變化,用人口密度衡量人口集聚對環(huán)境的影響；人類開發(fā)強(qiáng)度越大,生態(tài)環(huán)境壓力越大,用城鎮(zhèn)化率衡量生態(tài)環(huán)境的壓力；植被生長狀況越好,越有利于生態(tài)系統(tǒng)功能的健康穩(wěn)定,生態(tài)環(huán)境承載力越強(qiáng),用NDVI表征區(qū)域的植被生長狀況；降水越多越有利于植被的生長,用年降水總量來表征；氣溫對地表植被的生長具有重要影響,用年均氣溫表征區(qū)域內(nèi)植被生長的環(huán)境；高程越高的地區(qū)開發(fā)難度越大,生態(tài)環(huán)境越脆弱,用高程反映生態(tài)環(huán)境的脆弱程度。

2 山西省生態(tài)安全空間格局

2.1 省域尺度

從生態(tài)安全綜合指數(shù)來看(表3),2000—2018年山西省生態(tài)安全綜合指數(shù)整體呈上升趨勢,由2000年的0.3388逐步上升到2018的0.6794,增幅為100.53%,生態(tài)安全等級由“敏感級Ⅱ”上升為“相對安全級Ⅳ”,生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。2000—2018年,壓力指數(shù)不斷增加,增幅為47.40%,表明人類活動對生態(tài)環(huán)境造成的壓力有所下降。2000—2018年,狀態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)波動上升的趨勢,增幅為78.82%,表明隨著人類活動對生態(tài)環(huán)境壓力的減小,區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況得到改善。2000—2018年,響應(yīng)指數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢,增幅為233.41%,表明人類采取有效措施對區(qū)域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理,對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度不斷加強(qiáng)。具體指標(biāo)來看,ESV、路網(wǎng)密度、第三產(chǎn)業(yè)比重等指標(biāo)的增加促進(jìn)了生態(tài)安全綜合指數(shù)的提升。

表3 2000—2018年山西省省域尺度生態(tài)安全評價(jià)結(jié)果

2.2 市域尺度

山西省地級市生態(tài)安全綜合指數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢,綜合指數(shù)均值由2000年的0.3683上升到2018年的0.4165,位于“臨界安全級Ⅲ”,生態(tài)安全狀況得到明顯改善,但整體處于較低水平。不同等級地級市數(shù)量上(表4),2000年,“敏感級Ⅱ”地級市數(shù)量占比45.45%,“臨界安全級Ⅲ”地級市數(shù)量占比45.45%,無“危險(xiǎn)級Ⅰ”與“相對安全級Ⅳ”區(qū)域。2018年,“敏感級Ⅱ”地級市數(shù)量占比下降為18.18%,“臨界安全級Ⅲ”地級市數(shù)量占比上升為54.55%,“相對安全級Ⅳ”的地級市為3個(gè),占比27.27%,無“危險(xiǎn)級Ⅰ”區(qū)域。就具體指標(biāo)來看,經(jīng)濟(jì)密度、燈光密度、路網(wǎng)密度等正向指標(biāo)的提升,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平、GDP增長率、PM2.5年均濃度等負(fù)向指標(biāo)不同幅度的下降,促使大同、臨汾、長治等地市生態(tài)安全等級的提升。

表4 2000—2018年山西省市域尺度生態(tài)安全不同等級數(shù)量

空間格局上(圖1),2000年,北部的大同、朔州,南部的臨汾和長治位于“敏感級Ⅱ”,中部的太原、忻州、呂梁、晉中位于“臨界安全級Ⅲ”,陽泉位于“相對安全級Ⅳ”,呈現(xiàn)由中部向南北遞減的空間結(jié)構(gòu)。2005年,生態(tài)安全綜合指數(shù)有所提升,北部的大同、南部的臨汾由“敏感級Ⅱ”變?yōu)椤芭R界安全級Ⅲ”,其他地市生態(tài)安全等級未發(fā)生變化,空間格局上高等級區(qū)域向南北兩側(cè)擴(kuò)散。2010年,北部的大同、南部的臨汾、中部的忻州和呂梁由 “臨界安全級Ⅲ”變?yōu)椤懊舾屑墷颉?在空間上呈“半環(huán)狀”的空間結(jié)構(gòu),其他地市未發(fā)生等級變化。2018年,中部的太原與南部的晉城提升為“相對安全級Ⅳ”,北部的大同、中部的忻州與呂梁、南部的長治與臨汾提升為“臨界安全級Ⅲ”,高等級區(qū)域向南北兩側(cè)擴(kuò)散。整體上,研究區(qū)生態(tài)安全高等級區(qū)域多位于中部地區(qū),生態(tài)安全等級由中部向南北兩側(cè)遞減。

圖1 2000—2018年山西省市域尺度生態(tài)安全綜合指數(shù)空間變化Fig.1 Spatial changes of the comprehensive index of ecological security at the municipal scale in Shanxi Province from 2000 to 2018

2.3 縣域尺度

2.3.1生態(tài)安全綜合水平時(shí)空演化特征

時(shí)間變化上,山西省縣域生態(tài)安全等級不斷提升,生態(tài)環(huán)境明顯改善。2000年,生態(tài)安全綜合指數(shù)在“臨界安全級Ⅲ”的區(qū)域占比46.73%,“敏感級Ⅱ”區(qū)域占比53.27%, “臨界安全級Ⅲ”區(qū)域包括五臺縣、盂縣、婁煩縣等50個(gè)縣域,“敏感級Ⅱ”區(qū)域包括汾西縣、應(yīng)縣、屯留縣等71個(gè)縣域。2005年,興縣、臨縣、五寨縣等9個(gè)縣域的生態(tài)安全等級由“臨界安全級Ⅲ”下降為“敏感級Ⅱ”,與GDP增長率、PM2.5年均濃度、二氧化碳年排放總量上升,第三產(chǎn)業(yè)比重等指標(biāo)的下降相關(guān)。陽城縣、介休市由“敏感級Ⅱ”上升為“臨界安全級Ⅲ”,陽泉市轄區(qū)由“臨界安全級Ⅲ”提升為“相對安全級Ⅳ”,經(jīng)濟(jì)密度、人均建筑用地面積、草地面積比例、燈光密度等指標(biāo)的上升促進(jìn)這些縣域安全等級的提升。2010年,神池縣、五寨縣、廣靈縣、晉城市轄區(qū)、朔州市轄區(qū)由“敏感級Ⅱ”提升為“臨界安全級Ⅲ”,與經(jīng)濟(jì)密度。草地面積比重、萬人擁有衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)等指標(biāo)有不同幅度的提高,促進(jìn)生態(tài)安全等級提升。榆社縣、左權(quán)縣、靜樂縣、忻州市轄區(qū)由“臨界安全級Ⅲ”下降為“敏感級Ⅱ”,陽泉市轄區(qū)由“相對安全級Ⅳ”下降為“臨界安全級Ⅲ”,這些地區(qū)的PM2.5年均濃度、二氧化碳年排放總量大幅增加,ESV、三產(chǎn)比重等有所下降,生態(tài)安全等級隨之下降。2018年,陽高縣、柳林縣、汾西縣等31個(gè)縣區(qū)由“敏感級Ⅱ”提升為“臨界安全級Ⅲ”,太原市轄區(qū)和陽泉市轄區(qū)、陽曲縣、寧武縣、五臺縣由“臨界安全級Ⅲ”提升為“相對安全級Ⅳ”,這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)密度、人均建筑用地面積、耕地面積比重等指標(biāo)均有不同幅度的提高,生態(tài)安全等級得到提升。

空間格局上,山西省縣域生態(tài)安全水平整體呈“帶狀”分布(圖2),形成南部臨汾盆地帶、長治盆地帶、運(yùn)城盆地帶,中部呂梁山帶、太行山帶、太原盆地帶,北部大同盆地帶,表現(xiàn)為由中部向南北兩側(cè)遞減的階梯狀非均衡化空間格局。2000年中部太行山、太岳山、太原盆地及附近區(qū)域?yàn)椤芭R界安全級Ⅲ”,呈“帶狀”分布。呂梁山中段、北部大同盆地、南部運(yùn)城盆地、臨汾盆地、長治盆地及附近區(qū)域主要是“敏感級Ⅱ”,大致呈現(xiàn)以太岳山的沁源縣、安澤縣和沁水縣為中心的“環(huán)狀”格局。 2005年,呂梁山中段興縣、臨縣、五寨縣演變?yōu)椤懊舾屑墷颉?中部呂梁山及附近區(qū)域與北部大同盆地及附近區(qū)域在空間上形成大同盆地—呂梁山帶。2010年中部太原盆地西北側(cè)部分地區(qū)演變?yōu)椤懊舾屑墷颉?生態(tài)安全水平在空間上呈現(xiàn)北部以五寨縣和寧武縣、中部以文水縣和方山縣、南部以沁源縣和安澤縣為中心的“環(huán)狀”格局。2018年,中部太原盆地的太原市轄區(qū)、太行山區(qū)域的陽泉市轄區(qū)、五臺縣等演變?yōu)椤跋鄬Π踩墷簟?西部呂梁山、北部大同盆地部分“敏感級Ⅱ”區(qū)域演變?yōu)椤芭R界安全級Ⅲ”,生態(tài)安全水平在空間上形成南部臨汾盆地—運(yùn)城盆地帶、長治盆地帶和北部大同盆地帶。

圖2 2000—2018年山西省縣域尺度生態(tài)安全綜合指數(shù)空間變化 Fig.2 Spatial changes of comprehensive index of ecological security at county scale in Shanxi Province from 2000 to 2018

總體來看,根據(jù)山西省縣域生態(tài)安全水平的演化趨勢,大致可分為2個(gè)時(shí)段,即2000—2010年、2010—2018年。前階段內(nèi)山西省生態(tài)安全水平雖有所提升,但速度較慢,后階段內(nèi)生態(tài)安全高等級區(qū)域明顯增加。2000—2005年,山西省推進(jìn)“碧水藍(lán)天”工程,制定實(shí)施減排節(jié)能方案,生態(tài)環(huán)境治理取得了一定成效。2010—2018年,山西省自2010年開始實(shí)施全省大氣污染排放專項(xiàng)行動,對省內(nèi)的大氣、水等進(jìn)行全面整治,同時(shí)通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型調(diào)整改進(jìn)發(fā)展模式,對環(huán)境保護(hù)起到了積極作用,環(huán)境改善較為明顯。

2.3.2空間集聚特征

基于GeoDa軟件對山西省縣域2000—2018年的生態(tài)安全綜合指數(shù)進(jìn)行全局Moran′sI指數(shù)測度(表5),縣域生態(tài)安全綜合指數(shù)在空間上均通過99%的顯著性檢驗(yàn),表明存在正向的空間依賴現(xiàn)象,即生態(tài)安全指數(shù)較高的區(qū)域在空間上存在聚集特征,周圍縣域的指數(shù)也較高,反之亦然。

表5 2000—2018年山西省縣域生態(tài)安全綜合指數(shù)的全局Moran′s I指數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果

為進(jìn)一步說明生態(tài)安全水平在空間上的集聚分布特征,使用局部Moran′sI指數(shù)得到107個(gè)縣域的LISA集聚圖(圖3),表征縣域生態(tài)安全水平之間的空間相互關(guān)系。2000—2018年生態(tài)安全水平在空間上主要以高高集聚和低低集聚為主。高高集聚區(qū)分布在中部太原盆地、太行山中段及附近,包括太原市轄區(qū)、陽曲縣、壽陽縣等,其中太原市轄區(qū)與陽泉市轄區(qū)的生態(tài)安全水平最高,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)比重低,受到太原經(jīng)濟(jì)中心的輻射作用明顯,從而形成高高集聚。低低集聚區(qū)分布在南部運(yùn)城盆地、臨汾盆地及附近,包括臨猗縣、萬榮縣、襄汾縣等,盆地內(nèi)部人口密度高,農(nóng)業(yè)比重大,經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)弱,生態(tài)安全水平較低,臨猗縣生態(tài)安全水平最低,導(dǎo)致南部形成低低集聚區(qū)域。高高集聚區(qū)域由2000年的12個(gè)增加到2018年的15個(gè), 低低集聚區(qū)域由2000年的16個(gè)減少到2018年的9個(gè),表明研究區(qū)整體生態(tài)安全水平的空間集聚程度增強(qiáng)。

圖3 2000—2018年山西省縣域尺度生態(tài)安全LISA聚類圖Fig.3 LISA cluster map of ecological security at county scale in Shanxi from 2000 to 2018

2.3.3空間差異及來源

本文根據(jù)自然地理單元差異把山西省劃分為3個(gè)子群：北部(朔州市(5縣區(qū))、忻州市(14縣區(qū))、大同市(8縣區(qū)))；中部(太原市(5縣區(qū))、陽泉市(3縣區(qū))、晉中市(11縣區(qū))、呂梁市(13縣區(qū)))；南部(長治市(12縣區(qū))、晉城市(6縣區(qū))、運(yùn)城市(13縣區(qū))、臨汾市(17縣區(qū))),以此探究研究區(qū)生態(tài)安全水平的空間差異及來源。

整體來看(表6),2000—2018年山西省縣域基尼系數(shù)總體呈波動下降態(tài)勢,空間上存在非均衡性特征,區(qū)域生態(tài)安全水平空間差距有所縮小。從子群內(nèi)基尼系數(shù)來看(表7),中部子群內(nèi)2000—2018年基尼系數(shù)呈現(xiàn)波動上升的態(tài)勢,總體增幅為6.7102%,除2000年和2018年外,其余年份基尼系數(shù)均高于均值0.0612,說明中部子群內(nèi)生態(tài)安全水平差異在增大,空間非均衡性有所減弱。北部子群內(nèi)基尼系數(shù)呈波動下降態(tài)勢,其中2000—2005年增幅為2.61%,而2005—2010年、2010—2018年則分別下降8.95%、3.98%,說明內(nèi)部生態(tài)安全水平差異在不斷縮小,空間非均衡性不斷減弱。南部子群內(nèi)基尼系數(shù)呈下降態(tài)勢,降幅在不斷增大,2005—2010年降幅最大(5.30%),說明生態(tài)安全水平差異縮小,空間非均衡性減弱。差異數(shù)值上,南部均值最大(0.0824),中部(0.0612)次之,北部(0.0571)最小,子群的非均衡性由南向北依次遞減。南部呂梁山、太岳山、太行山與運(yùn)城盆地、臨汾盆地、長治盆地在地形上呈“川”字分布,生態(tài)安全水平差距較大,且生態(tài)安全水平最低的臨猗縣也在南部區(qū)域,導(dǎo)致南部內(nèi)部非均衡性最強(qiáng)。中部太行山、太原盆地、呂梁山相間分布,區(qū)域內(nèi)部雖有差距,但位于太原盆地的太原是山西省經(jīng)濟(jì)中心、省會城市,資金充足,有更高水平的環(huán)境治理能力,內(nèi)部非均衡性比南部弱。北部以盆地為主,包括大同盆地、忻州盆地,生態(tài)安全綜合指數(shù)較低,內(nèi)部各縣域之間差距較小,空間非均衡最弱。由此可見,區(qū)域內(nèi)部生態(tài)安全水平差異主要受地形與經(jīng)濟(jì)因素的共同作用。

表6 2000—2018年山西省縣域尺度生態(tài)安全綜合指數(shù)差異來源及貢獻(xiàn)

表7 2000—2018年山西省不同子群內(nèi)與子群間Dagum基尼系數(shù)

從子群間基尼系數(shù)來看,中部-北部子群間差異呈波動下降態(tài)勢,表現(xiàn)為“小幅上升-小幅下降”的趨勢,2000—2005年基尼系數(shù)出現(xiàn)小幅上升,增幅為9.00%,并未影響整體下降的態(tài)勢,2005—2010年、2010—2018年不斷下降,降幅分別為11.53%、7.56%。北部-南部子群間差異呈波動下降態(tài)勢,表現(xiàn)為“小幅下降-趨于穩(wěn)定-小幅上升”的趨勢,2000—2005年、2005—2010年降幅分別為5.89%,4.60%、2010—2018年增幅為0.92%。中部-南部子群間差異表現(xiàn)為總體下降的趨勢,其中2005—2010年降幅最大(8.46%)。差異數(shù)值上,中部-南部子群間的均值為0.0916,中部-北部和北部-南部的均值分別為0.0639和0.0795,中部-南部之間的生態(tài)安全水平差距最大,其次是北部-南部,最后是中部-北部。中部地區(qū)生態(tài)安全水平總體較高,其中太原市轄區(qū)與陽泉市轄區(qū)最高,南部地區(qū)生態(tài)安全水平多位于低等級,臨猗縣生態(tài)安全水平最低,生態(tài)安全水平最高值與最低值的差異導(dǎo)致中部與南部差距最大。北部與南部的差異受地形影響,北部地區(qū)以盆地為主,生態(tài)安全水平差距較小,南部地區(qū)盆地與山脈相間分布,生態(tài)安全水平差距較大。中部的太原盆地與北部的忻州盆地是更為完整的地理單元,區(qū)域之間流通性強(qiáng),北部地區(qū)受到太原的經(jīng)濟(jì)輻射程度更高,兩者差距相對較小。

從差異來源及貢獻(xiàn)率來看,2000—2018年,子群內(nèi)差異貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)波動上升的態(tài)勢,總體增幅為2.20%,子群內(nèi)部縣域之間的生態(tài)安全水平差距在增加。子群間差異貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)波動下降的態(tài)勢,大致表現(xiàn)為“U”型,總體降幅為11.99%,說明不同地區(qū)之間的生態(tài)安全水平差距也在縮小。超變密度指不同子群交叉重疊對于總體空間差異的影響[37],超變密度的貢獻(xiàn)率總體呈現(xiàn)上升趨勢,總體增幅為22.62%,說明子群間生態(tài)安全水平交叉重疊的影響在逐漸增加。2000—2018年超變密度貢獻(xiàn)率均小于子群間與子群內(nèi)的差異貢獻(xiàn)率,子群間交叉影響對整體生態(tài)安全水平差異的貢獻(xiàn)程度較小。差異數(shù)值上,子群間差異均值高于子群內(nèi)與超變密度貢獻(xiàn)率的均值。由此可見,山西省縣域生態(tài)安全水平整體差異的主要來源是子群間生態(tài)安全水平的差異,其次是子群內(nèi)各縣域間的差異,最后是不同子群交叉重疊的影響。

3 山西省縣域生態(tài)安全空間演變影響因素分析

由全局Moran′sI指數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果可知,山西省縣域生態(tài)安全水平存在空間集聚現(xiàn)象,因此運(yùn)用空間計(jì)量模型對其影響因素進(jìn)行分析,探測各因素的空間溢出效應(yīng)[35]。2000—2018年的Moran′sI指數(shù)顯著為正,LM-error與Robust LM-error檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量顯著性均在1%的置信水平下(表8),LM-lag與Robust LM-lag的統(tǒng)計(jì)量并不顯著,故選擇SEM。

山西省縣域生態(tài)安全綜合指數(shù)存在顯著的空間溢出效應(yīng)。2000—2018年,空間殘差自相關(guān)系數(shù)LAMBDA在1%的水平上顯著(表9),相鄰縣域生態(tài)安全綜合指數(shù)每增加1%會使本區(qū)域生態(tài)安全綜合指數(shù)分別增加0.7601%、0.7960%、0.6264%、0.6179%,表明本區(qū)域的生態(tài)安全水平的提升會對周圍區(qū)域的生態(tài)安全水平產(chǎn)生顯著的正向促進(jìn)作用。

從各影響因素的SEM估計(jì)結(jié)果來看(表9),經(jīng)濟(jì)規(guī)模、人口密度、城鎮(zhèn)化率、NDVI、高程是山西省縣域生態(tài)安全水平空間演變的關(guān)鍵影響因素。經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中,2000—2018年,經(jīng)濟(jì)規(guī)模系數(shù)逐漸變?yōu)檎龜?shù),在2018年通過1%的顯著性檢驗(yàn),表明經(jīng)濟(jì)水平提升后,輻射帶動鄰近地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,進(jìn)而加強(qiáng)生態(tài)建設(shè),提升生態(tài)安全水平,從而對鄰近地區(qū)生態(tài)安全產(chǎn)生正向溢出。社會子系統(tǒng)中,人口密度系數(shù)由負(fù)數(shù)變?yōu)檎龜?shù)且通過1%的顯著性檢驗(yàn),表明人口密度的增加促使人類活動范圍擴(kuò)大,通過人為干預(yù)調(diào)整區(qū)域環(huán)境狀態(tài),提升生態(tài)安全水平,對鄰近地區(qū)生態(tài)安全產(chǎn)生正向溢出。城鎮(zhèn)化率系數(shù)在2000—2010年通過至少10%的顯著性檢驗(yàn),但2018年未通過檢驗(yàn),表明人類開發(fā)強(qiáng)度需控制在合理范圍之內(nèi),超過一定程度后,會對生態(tài)環(huán)境狀態(tài)起到抑制作用[43],城市發(fā)展過程中應(yīng)注意城市擴(kuò)張與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的協(xié)調(diào)。自然子系統(tǒng)中,NDVI系數(shù)顯著為正數(shù)且通過10%的顯著性檢驗(yàn),表明植被覆蓋的提高有利于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,從而通過生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系向鄰近地區(qū)溢出,促進(jìn)區(qū)域生態(tài)安全水平的提升。高程系數(shù)為負(fù)且最少通過10%的顯著性檢驗(yàn),表明高程對生態(tài)安全的影響具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,研究區(qū)平均海拔在1500m以上,生態(tài)環(huán)境更為脆弱,環(huán)境遭到破壞后使生態(tài)系統(tǒng)失衡,通過負(fù)向溢出影響周圍地區(qū)生態(tài)安全水平。

表8 2000—2018年山西省縣域生態(tài)安全線性回歸結(jié)果

表9 2000—2018年山西省縣域生態(tài)安全水平SEM估計(jì)結(jié)果

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、降水量與氣溫均未通過顯著性檢驗(yàn),是山西省縣域生態(tài)安全空間演化的次要影響因素。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)通過各產(chǎn)業(yè)的比例變化反映人類活動強(qiáng)度的變化,主要依靠產(chǎn)業(yè)聯(lián)系與組織關(guān)聯(lián)影響周圍地區(qū)生態(tài)安全,表明目前研究區(qū)各區(qū)域產(chǎn)業(yè)聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)弱,缺乏較明顯的分工協(xié)作。降水量與氣溫的變化影響區(qū)域植被生長狀況,間接反映生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài),對生態(tài)安全未產(chǎn)生直接影響。

結(jié)合前文的縣域生態(tài)安全時(shí)空演變來看,縣域生態(tài)安全水平較好區(qū)域主要集中在太行山、太岳山、太原盆地及其附近,而呂梁山、臨汾盆地、運(yùn)城盆地、長治盆地卻是生態(tài)安全水平較低的區(qū)域。就山區(qū)而言,太岳山的沁源縣和安澤縣森林覆蓋率2000—2018年均在57%以上,太行山中段的左權(quán)縣、和順縣的草地面積比例與森林覆蓋率明顯高于其他縣域,上述地區(qū)道路不暢、開發(fā)難度較大、人類活動較為集中,雖然經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低,但自然植被狀態(tài)較好,政府也出臺保護(hù)森林資源的政策,如安澤縣出臺《嚴(yán)厲打擊毀林違法行為、保護(hù)森林資源的實(shí)施辦法》、左權(quán)縣出臺《左權(quán)縣脫(扶)貧攻堅(jiān)造林專業(yè)合作社考核辦法》,對生態(tài)安全水平的提高具有積極影響。同處于山區(qū)的呂梁山中段、北段及附近區(qū)域的生態(tài)安全水平與太行山區(qū)域相比存在差距,呂梁山附近是礦產(chǎn)資源集中分布連片區(qū)和煤炭主產(chǎn)區(qū),截止到2021年,呂梁有91座煤礦,占全省煤礦數(shù)量的13.62%,生產(chǎn)能力達(dá)12625萬t/a,占全省煤礦總產(chǎn)能的12.07%,但生態(tài)環(huán)境脆弱,生態(tài)環(huán)境承載力較小,粗放的開采方式與不到位的治理措施使脆弱的生態(tài)環(huán)境雪上加霜。就盆地而言,太原盆地及附近的生態(tài)安全指數(shù)有較為明顯的高值區(qū)域,與盆地內(nèi)地形條件較好,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高,在城市擴(kuò)張與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中,投入大量資金對人地關(guān)系進(jìn)行改善相關(guān),2006—2010年太原累計(jì)投入80億元進(jìn)行環(huán)境污染治理,2008年太原發(fā)布《太原市汾河流域環(huán)境治理修復(fù)與保護(hù)工程方案》,對汾河流域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行集中整治。與太原盆地相比,運(yùn)城盆地卻是生態(tài)安全水平的低低集聚區(qū)域,雖同處于盆地,但兩地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差距較大,2018年太原人均地區(qū)生產(chǎn)總值為88272元,運(yùn)城為28229元,另外環(huán)境治理投入有較大差距,2018年運(yùn)城投入4000多萬元提升生態(tài)環(huán)保能力,太原支出6.74億元用于環(huán)境治理項(xiàng)目建設(shè),由此可見人類響應(yīng)對生態(tài)安全水平提升的作用。

綜上,研究區(qū)生態(tài)安全水平與生態(tài)安全空間分布的變化受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、開發(fā)方式和強(qiáng)度的影響,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平接近、地形條件相似的地區(qū)因開發(fā)方式和開發(fā)強(qiáng)度的不同,導(dǎo)致生態(tài)安全水平的差異。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

由于各個(gè)學(xué)者的指標(biāo)選取、研究方法的差異性、各個(gè)研究區(qū)自然地理狀況的獨(dú)特性,生態(tài)安全等級的劃分沒有較為明確的標(biāo)準(zhǔn)。本文在進(jìn)行山西省生態(tài)安全等級劃分時(shí),參考相關(guān)研究,對研究區(qū)生態(tài)安全等級化進(jìn)行劃分(表2),使之盡量符合研究區(qū)實(shí)際情況,但如何使生態(tài)安全等級劃分更加科學(xué)、更加合理仍需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。

研究發(fā)現(xiàn),不同尺度下的生態(tài)安全時(shí)空分布有所不同,從市域尺度來看,研究區(qū)2000—2018年中部的太原、陽泉生態(tài)安全等級較高,但縣域尺度除市轄區(qū)外,其他縣域生態(tài)安全等級較低,而市域尺度生態(tài)安全等級較低的忻州在縣域尺度卻只有6個(gè)縣等級較低,表明生態(tài)安全水平的空間特征存在尺度效應(yīng)。具體表現(xiàn)在：①研究尺度越大,生態(tài)安全水平的整體差異程度越小。②生態(tài)安全水平越高的區(qū)域,研究尺度越小,區(qū)域內(nèi)部差異越不均衡[26]。由此可見空間范圍越大,生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定,因此,在生態(tài)建設(shè)中,需要維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性,在更大范圍內(nèi)平衡生態(tài)系統(tǒng)功能的完整與可持續(xù)性。另外,在同一指標(biāo)體系下對不同尺度進(jìn)行評價(jià),能夠保證不同尺度衡量標(biāo)準(zhǔn)的一致性、對比的可信度。

從生態(tài)安全綜合水平來看,2000—2018年縣域生態(tài)安全指數(shù)前五名在太原市轄區(qū)、陽泉市轄區(qū)、五臺縣、左權(quán)縣、盂縣之間變動,后五名在襄汾縣、萬榮縣、曲沃縣、新絳縣、臨猗縣之間變動,雖然生態(tài)安全水平差異呈現(xiàn)縮小的趨勢,但初始生態(tài)安全水平較好的地區(qū),生態(tài)環(huán)境基本會沿著正反饋的路徑持續(xù)改善,初始水平較差的地區(qū)雖在不斷提升,但依舊是生態(tài)安全水平較低的單元,說明山西省生態(tài)安全水平的演化存在路徑依賴現(xiàn)象。主要機(jī)制如下：生態(tài)安全基礎(chǔ)較好的地區(qū)能夠集中精力發(fā)展經(jīng)濟(jì),通過經(jīng)濟(jì)發(fā)展的正反饋機(jī)制,投入更多資金治理,然后通過正反饋機(jī)制對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生積極作用,提升生態(tài)安全水平；生態(tài)安全基礎(chǔ)較差的地區(qū)生態(tài)環(huán)境容量有限,隨著城市的擴(kuò)張和人口的集聚,人口容量逐漸變小,在負(fù)反饋的作用下使環(huán)境承載力下降,即使通過發(fā)展經(jīng)濟(jì)去獲取更多資金改善生態(tài)環(huán)境,但由于可分配的資金有限,無法形成可循環(huán)的正反饋?zhàn)饔脵C(jī)制,導(dǎo)致反饋效果不足,生態(tài)安全水平提升效果不佳。由此可見,傳統(tǒng)發(fā)展模式對區(qū)域生態(tài)安全的發(fā)展具有“鎖定”作用,需創(chuàng)新發(fā)展模式擺脫其路徑依賴,實(shí)現(xiàn)路徑突破,提升生態(tài)安全水平。

通過對縣域土地與森林的生態(tài)安全評價(jià)成果[12—17—30]分析發(fā)現(xiàn),生態(tài)安全水平較高地區(qū)與以下因素有密切關(guān)系：①地形條件,地形決定人類開發(fā)活動的難度,地形起伏較大的地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱,不合理的開發(fā)活動會引發(fā)水土流失、土地荒漠化等環(huán)境問題,其修復(fù)需要巨額的資金投入與漫長的治理過程；②植被覆蓋,植被具有涵養(yǎng)水源、保持水土的功能,對維持生態(tài)系統(tǒng)的完整性、循環(huán)性等方面起到至關(guān)重要的作用,地表植被遭到破壞后,生物多樣性會不斷減少,最終導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的失衡；③經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,經(jīng)濟(jì)水平的高低決定環(huán)境投入治理力度的大小,進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境治理的效果。除上述特點(diǎn)以外,研究區(qū)還表現(xiàn)出自然環(huán)境狀態(tài)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平同時(shí)較低的情況,反映出研究區(qū)以煤炭資源開采為主的初級資源開發(fā)模式對生態(tài)環(huán)境的影響?；诖?將研究區(qū)各地理單元?jiǎng)澐忠韵骂愋停孩偕鷳B(tài)較好—經(jīng)濟(jì)水平高,包括太原盆地附近區(qū)域；②生態(tài)較好—經(jīng)濟(jì)水平低,包括太岳山、太行山中段附近區(qū)域；③生態(tài)較差—經(jīng)濟(jì)水平高,包括長治盆地、臨汾盆地、運(yùn)城盆地附近區(qū)域；④生態(tài)較差—經(jīng)濟(jì)水平低,包括大同盆地、忻州盆地、呂梁山附近區(qū)域。綜上所述,山西省生態(tài)安全水平變化是自然地理環(huán)境、人類脅迫程度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平三者交互作用的結(jié)果,自然環(huán)境狀態(tài)是生態(tài)安全水平的基礎(chǔ),對人類開發(fā)活動產(chǎn)生制約作用,經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的改善起到積極作用,減緩人類脅迫程度。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)上維持生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定狀態(tài)與人類社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展之間的平衡,是維持人與自然和諧相處的關(guān)鍵。

4.2 結(jié)論及建議

本文對山西省2000—2018年生態(tài)安全水平進(jìn)行綜合評價(jià)并分析其空間差異及來源,探究生態(tài)安全空間演變的影響因素,主要結(jié)論如下：

(1)山西省生態(tài)安全綜合指數(shù)呈逐年增長趨勢,生態(tài)環(huán)境明顯改善,不同行政單元尺度下增幅不同,表現(xiàn)為省域>市域>縣域,總體生態(tài)安全水平較低?？h域生態(tài)安全在空間上呈“片狀”和“帶狀”分布,表現(xiàn)為由中部向南部和北部遞減的非均衡化空間格局,生態(tài)安全水平在空間上存在正向的空間依賴現(xiàn)象,空間集聚程度增強(qiáng)。

(2)縣域生態(tài)安全水平空間異質(zhì)性程度不斷下降,子群內(nèi)部的非均衡性由南向北依次遞減,子群間差異中部-南部最大,其次是北部-南部,最后是中部-北部,差異的主要來源是子群間差異。

(3)縣域生態(tài)安全水平呈現(xiàn)明顯的空間溢出現(xiàn)象,本地區(qū)域生態(tài)安全水平的變化會對周圍區(qū)域生態(tài)安全水平產(chǎn)生影響。經(jīng)濟(jì)規(guī)模、人口密度、城鎮(zhèn)化率、NDVI、高程是山西省縣域生態(tài)安全空間演變的關(guān)鍵影響因素,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、降水量、氣溫是次要影響因素。

(4)研究區(qū)生態(tài)安全水平的空間特征存在尺度效應(yīng),研究尺度越大,生態(tài)安全水平的整體差異程度越小,生態(tài)安全水平越高的區(qū)域,隨著研究尺度的縮小,區(qū)域內(nèi)部的差異越不均衡,需要在更大范圍內(nèi)平衡生態(tài)系統(tǒng)功能的完整與可持續(xù)性。研究區(qū)生態(tài)安全水平的變化存在路徑依賴,不同地區(qū)因生態(tài)基礎(chǔ)的差異導(dǎo)致發(fā)展路徑的不同,生態(tài)安全提升效果差距較大,應(yīng)擺脫不合理發(fā)展模式的路徑依賴。

(5)研究區(qū)生態(tài)安全水平變化是自然地理環(huán)境、人類脅迫程度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平三者交互作用的結(jié)果,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)上維持生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定狀態(tài)與人類社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展之間的平衡,是促進(jìn)區(qū)域生態(tài)安全水平提升,維持人與自然和諧相處的關(guān)鍵。

根據(jù)上述結(jié)論,為進(jìn)一步提升山西省生態(tài)安全水平,推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),提出以下建議：

在保護(hù)山區(qū)生態(tài)安全較高水平區(qū)域生態(tài)環(huán)境的同時(shí),應(yīng)在呂梁山、太行山、太岳山等區(qū)域加大植樹造林力度,提升水源涵養(yǎng)能力,推進(jìn)退耕還林進(jìn)度,保護(hù)生物多樣性,守住生態(tài)安全底線；提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,縮小區(qū)域發(fā)展差距,重視區(qū)域生態(tài)環(huán)境的特殊性與整體性,根據(jù)主體功能區(qū)劃推進(jìn)生態(tài)環(huán)境聯(lián)防聯(lián)控治理；積極對以煤炭開發(fā)為主的初級發(fā)展模式進(jìn)行路徑突破,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的路徑創(chuàng)造,促進(jìn)生態(tài)安全水平的提升。本文在時(shí)空演化方面僅選取四個(gè)年份,對生態(tài)安全水平的演化過程與路徑依賴機(jī)制反映有限,基于長時(shí)間序列的研究能夠更完整地表征路徑依賴機(jī)制,這是以后研究的重點(diǎn)和方向。