三江源地區生態經濟系統協調度評價及其時空演變特征

程 靜, 陳紅翔, 韓永貴

(寧夏師范學院 政治與歷史學院, 寧夏 固原 756000)

改革開放以來，隨著工業化、城鎮化的快速發展，中國正面臨著區域發展不協調、資源環境約束趨緊、生態退化和環境惡化等問題，這對我國實現區域可持續發展構成巨大挑戰[1-2]。如何協調經濟發展與生態退化及資源消耗的關系涉及到人類能否實現可持續發展，而生態環境與經濟協調發展是實現可持續發展的重要途徑，也是可持續發展的基本要求[3-4]。生態經濟系統協調度(EEH)作為衡量生態環境與社會經濟是否均衡發展的重要指標，長期以來成為學術界以及社會各界關注的熱點話題[1,4]。開展生態經濟協調度研究可以定量揭示區域生態環境與經濟的協調發展程度，有利于依據協調度的變化及時采取措施進行精準調控，為區域的可持續發展提供理論依據[5]。

近年來，不同領域學者從不同研究視角出發，對生態環境與經濟發展協調關系進行了深入的探討。但通過文獻梳理發現，現階段針對生態與經濟協調度的研究主要集中在以下幾個方面：(1) 研究內容主要包括生態環境與經濟協調發展的理論探討[6-7]、評價指標體系的構建[8-9]、生態經濟協調水平[1,10]、協調發展路徑[11]、時空演變格局與影響因素[12-13]以及協調度區劃與發展模式等[14]；(2) 研究方法主要包括綜合指數法、能值分析法、生態足跡法、系統動力學模型以及物質流模型等[15-18]；(3) 研究尺度主要集中在國家[1,6]、區域[8-9,17]、省際[16]、市域[10,13]以及縣域等[1]多種空間尺度。近年來，基于生態系統服務價值，結合空間分析法研究生態經濟協調度及其時空演化特征成為生態經濟協調度研究的重要途徑之一。如朱玉鑫等[5]對陜西省環境與經濟協調度時空演變特正及其驅動因素進行了研究；魏曉旭等[1]基于縣域單元對中國生態經濟系統協調度及空間演化格局進行了探討，發現中國縣域生態經濟協調度整體得到改善，空間關聯度相對穩定，但空間分布不均衡。

上述研究為持續推進生態環境與社會經濟協調發展的深入研究提供了科學參考與借鑒。但總結發現，現有研究多集中在經濟發展水平快的城市群、經濟帶以及東南沿海等地區，針對西部生態環境脆弱和經濟貧困的復合區域關注較少，且現有研究多集中于較大空間尺度，從縣域尺度進行生態環境與社會經濟的協調發展研究還比較單薄。基于此，本研究以三江源地區為研究對象，考慮到土地利用變化對生態系統服務功能的影響[19]，且生態系統服務功能是實現區域可持續發展的基礎，其價值變化是區域生態環境變化綜合表征[4]，因此本文以單位面積ESV表征區域生態環境狀況，以人均GDP表征經濟發展水平，結合生態經濟協調度模型對三江源地區生態經濟協調度時空演化過程與格局進行綜合分析，以期為三江源地區可持續發展提供科學的參考與借鑒。

1 研究區概況

三江源地區地處青海省南部，地理位置介于31°37′—36°14′N，89°46′—102°24′E，是黃河、長江以及瀾滄江的發源地，被稱為中國水塔。三江源位于青藏高原腹地，屬于高原大陸性氣候區，氣候冷熱、干濕分明，年溫差小，日溫差大，日照時數長，輻射強，年均氣溫7℃左右，平均海拔4 000 m以上，降水空間分布不均，由東南向西北遞減。受地貌和氣候的影響，該地區形成了獨特的高山植被生態系統，植被水平和垂直地帶性十分明顯。三江源地區是全球高海拔生物多樣性最集中的地區之一，對氣候變化極為敏感，也是中國乃至亞洲重要的水源區和補給區，具有獨特的地理環境和生態地位，其生態環境問題是學術界研究的重點，如何合理利用生態資源，促進區域生態經濟協調可持續發展成為專家學者共同關注的焦點問題。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究所用數據主要有遙感數據和統計數據兩大類。遙感數據包括土地利用數據和高程數據，其中1990—2018年4期土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(www.resdc.cn)，空間分辨率為30 m，該數據是以不同時期Landsat TM/ETM遙感影像為基礎數據源，通過人工目視解譯獲得，其解譯總精度達92%以上，并將土地利用分類劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6大類。高程數據來源于地理空間數據云平臺，分辨率為30 m。社會經濟統計數據來源1991—2019年《青海省統計年鑒》和《中國縣域統計年鑒》以及中國經濟社會大數據研究平臺和國家統計局網站。

2.2 生態系統服務價值評估方法

生態系統服務是人類為謀求生存和發展從自然生態系統中直接或間接獲取的效益[20]，其價值的定量評估是區域生態安全網絡構建、生態補償以及生態文明建設的重要參考依據，對促進區域經濟和生態環境協調發展具有重要作用。本文基于Costanza等[21]提出的生態系統服務價值評估模型，結合謝高地等[22]制定的中國生態系統服務當量表，并采用徐麗芬等[23]提出的農田糧食價值修正方法對當量因子進行尺度修正，其計算公式為：

(1)

Ei=α·Ei0

(2)

(3)

式中:α為研究區修正系數；f和F分別為研究區和全國單位面積糧食產量；Ei為第i類生態系統修正后的當量因子；Ei0為謝高地制定的第i類生態系統的當量因子；ESV為研究區生態系統服務價值;Sk為第k類生態系統的面積；VCk為生態系統第k類生態系統單位面積生態系統服務價值系數，k=5。2018年研究區與全國單位面積糧食產量分別為3 664，5 621 kg，可以得到研究區修正系數為0.651 8。由于自然生態系統提高的經濟價值是現有單位面積耕地提供的食物生產服務價值的1/7，故此可以計算得到一個生態服務價值量因子的價值為767.64元/hm2，從而得到研究區不同生態系統單位面積的生態服務價值(表1)。

表1 三江源地區不同生態系統單位面積生態服務價值 元/hm2

2.3生態經濟協調度計算

協調度指數不僅反映了區域生態環境與經濟發展之間的相互作用關系與強度，還能反映兩者之間的協調發展程度[24]。目前，生態系統與經濟系統的協調發展尚未形成統一的標準，生態經濟系統協調度也是一個相對指標指數。本文在借鑒相關研究的成果上，采用魏偉等[6]提出的生態經濟協調度指數來反映研究生態經濟發展過程的相互影響程度及其耦合互動程度，其計算過程為：

(4)

(5)

(6)

式中：RESV為研究區生態系統服務價值變化率(%)，RESV,m和RESV,n分別為研究區不同時期始末生態系統服務價值(元)；RGDP為研究區GDP變化率(%)；RGDP,m和RGDP,n分別為研究區不同時期始末GDP(元)。當CEEH值為正時，表明研究區生態與經濟發展處于協調狀態，當CEEH值為負時，表明研究區生態與經濟發展處于失調狀態。在參考相關研究成果[5-6]的基礎上，根據CEEH值將研究區生態經濟協調類型進一步劃分為4類，即CEEH≥1時，為高度協調；0≤CEEH<1時，為低度協調；-1≤CEEH<0時，為低度失調；CEEH<-1時，為高度失調。

3 結果與分析

3.1 三江源土地利用變化分析

研究期間，草地和未利用地是研究區主要的土地利用類型，共占研究區總面積的89%以上，其次是水域和林地，占研究區總面積的10%左右，而耕地面積和建設用地面積占比較小，不足1%。由表2可以看出，研究期間三江源地區土地利用發生較大變化，耕地、草地、水域和建設用地整體呈現增加趨勢，未利用地和林地呈現波動下降態勢。1990—2018年草地面積增長幅度最大，為5.033%，年均增長0.268%，其中2010—2018年增長幅度最大，為4.831%，年均增長率為0.897%；其次是水域面積，其增長幅度為0.446%，年均增長率為0.310%；而耕地和建設用地面積增長幅度最小，分別為0.094%，0.052%，兩者年均增長率分別為0.579%，4.673%。林地面積雖有減少，但其變化不大，凈減少面積83.27 km2，年均下降率0.018%；未利用地呈現出先升后將的變化趨勢，降幅為5.604%，共減少21 706.97 km2，年均減少率為0.878%，其減少趨勢與草地面積增加趨勢相對應，這也是草地面積增加的主要原因。

表2 1990-2018年三江源地區土地利用變化

3.2 三江源ESV時空變化特征分析

由表3可以看出，1990—2018年三江源地區ESV整體上呈現出先減后增的變化趨勢，1990—2000年研究區ESV由3 492.58億元下降至3 477.6億元，累計減少14.98億元，年均降低0.043%，說明三江源地區生態系統結構和功能不斷惡化。從不同土地利用類型ESV來看，除耕地和未利用地外，其余土類ESV均出現不同程度的下降，其中草地ESV下降幅度(0.467%)最大，其對該時段ESV減少量的貢獻率為72.59%，主要是由于當地牧民教育資源缺乏，生態意識淡薄，對草地演替規律認識不清，過度放牧致使草地退化，導致生態惡化，ESV下降。2000—2010年三江源地區ESV呈增加趨勢，由3 477.6億元增加至3 523.46億元，累計增加45.85億元，年均增長0.132%，生態系統不斷得到恢復和改善，其中草地和水域ESV分別增加17.88億元，29.04億元，林地和未利用地ESV出現不同程度的縮減，耕地增加幅度不大。2010—2018年三江源地區ESV增加較為顯著，由3 523.46億元增加至3 704.74億元，增幅5.15%，其中草地和水域ESV分別增長167.67億元，34.25億元，未利用地ESV下降21.27億元，而耕地和林地ESV變化不大。研究期間，三江源地區ESV整體呈現出增加的態勢，由3 492.58億元增加至3 704.74億元，累計增長212.16億元。不同土地利用類型ESV中，林地和未利用地ESV呈下降趨勢，其中未利用地ESV減少量最大，為13.16億元，降幅為24.57%；而耕地、草地和水域ESV呈現不同程度的增長趨勢，其中草地ESV增長174.68億元，增幅為7.50%，占研究區ESV增加量的82.34%，其次是水域ESV，增長60.24億元，而耕地ESV僅增長2.20億元，增長幅度為16.22%。

表3 1990-2018年三江源地區生態系統服務價值變化 億元

為揭示1990—2018年三江源地區ESV空間演化特征，借助ArcGIS空間分析工具，采用自然斷點法將研究區地均ESV變化量劃分為5個等級，即高值區、較高值區、中值區、較低值區和低值區(圖1)。1990—2000年研究區ESV整體呈負增長趨勢，且ESV下降區域集中分布在中西部地區，其中下降幅度最大的是曲麻萊縣和甘德縣，其次是格爾木市、雜多縣和玉樹市，而久治縣、澤庫縣等地區ESV變化不大。2000—2010年曲麻萊縣ESV持續下降，同時同德縣、澤庫縣和河南縣ESV呈現出不同程度的下降趨勢，其他地區ESV均呈現出上升態勢，其中治多縣、格爾木市和瑪多縣上升為增長高值區，稱多縣和囊謙縣為增長較高區，而雜多縣、玉樹縣以及興海縣等地區ESV變化不大。2010—2018年除甘德縣和久治縣外，其余各縣ESV均呈上升變化趨勢，其中瑪多縣和曲麻萊縣增幅最大，躍升至增長高值區，雜多縣、稱多縣、興海縣和同德縣為增長較高區，而玉樹市、囊謙縣和班瑪縣等地區為增長較低區，總的分布特征為北部地區增長幅度高于南部地區，空間上呈現出“中間高，四周低”的格局。研究期間三江源地區各縣地均ESV變化存在較大的空間差異性，甘德縣和久治縣地均ESV呈下降趨勢，降幅分別為1.65%，2.99%，其余各縣地均ESV均呈上升態勢，其中瑪多縣和曲麻萊縣增幅最大，分別為18.70%，18.55%，其次是興海縣、同德縣、稱多縣和雜多縣，增幅分別為8.62%，6.38%，6.44%，5.76%，而囊瑪縣和瑪沁縣增幅最小，兩者增幅均不足1%。

圖1 1990-2018年三江源地區地均生態系統服務價值變化

3.3 三江源經濟發展時空演化特征分析

1990—2018年三江源地區經濟取得長足發展，增長趨勢較為顯著。1990—2000年三江源地區GDP總量由9.17億元增加至34.45億元，年均增長率為27.56%；2000—2010年三江源地區經濟增速持續擴大，經濟總量增加185.49億元，年均增長率上升為55.64%；2010—2018年研究區經濟增量不斷擴大，其經濟增速逐漸放緩，年均增長率為12.21%。從中可以看出，研究期間三江源地區經濟發展速度在時間存在不平衡現象，1990—2010年處于快速發展期，2010年后進入發展緩慢期，但整體保持高速發展的態勢。

為揭示研究期間三江源地區經濟發展的空間演變特征，借助ArcGIS空間分析工具，采用自然斷點法將研究區地均GDP變化量劃分為5個等級，即高值區、較高值區、中值區、較低值區和低值區(圖2)。1990—2000年同德縣和澤庫縣為GDP增長高值區，玉樹市、囊謙縣、興海縣和河南縣為較高值區，稱多縣、班瑪縣、甘德縣和瑪沁縣為中值區，其余各縣均為較低和低值區。2000—2010年雜多縣經濟增速最大，由低值區躍升至較低值區，而河南縣經濟增速較為緩慢，由較高區下降至中值區，而其余各縣經濟增長等級屬性保持穩定，與上一時期經濟增加空間特征相似。2000—2018年甘德縣和河南縣經濟增長速度明顯加快，增幅分別為152.09%，141.62%，均由中值區躍升至較高值區，而瑪沁縣經濟發展緩慢，經濟增速最低，增幅僅為103.79%，并由中值區下降至較低值區。總體來看，研究期間三江源地區經濟增長空間不均衡，東部地區經濟增速明顯高于西部地區。

圖2 1990-2018年三江源地區地均GDP變化

3.4 三江源地區生態經濟系統協調度時空演化特征分析

三江源地區生態經濟協調發展存在兩種類型，即低度失調和低度協調。研究期間，三江源地區CEEH值為0.011 7，說明研究區生態經濟處于低度協調發展狀態，其中1990—2000年CEEH值為-0.016 3，說明該時期研究區生態經濟發展處于低度失調狀態，經濟發展對生態環境產生嚴重的負面效應，經濟發展與生態保護相悖，長此以往，將不利于區域生態系統的可持續發展。2000—2010年、2010—2018年CEEH值分別為0.023 7，0.421 2，表明該時期研究區生態經濟發展處于低度協調狀況，且生態經濟協調程度不斷提升和改善。整體來看，研究區生態經濟關系經歷了由低度失調向低度協調演變的過程，生態經濟協調關系得到明顯改善，區域可持續性不斷增強。

從三江源地區生態經濟協調類型空間演化過程來看(圖3)，1990—2000年三江源地區各縣以低度失調為主，低度失調縣域數量為9個，占全部縣域的52.94%，生態經濟協調度呈現惡化趨勢，生態環境與經濟發展矛盾不斷加劇；2000—2010年三江源地區各縣生態經濟協調類型變化顯著，曲麻萊縣、玉樹市和澤庫縣持續惡化，處于低度失調狀態；同德縣、河南縣和瑪沁縣生態經濟關系不斷惡化，由低度協調轉變為低度失調；而格爾木市、雜多縣和囊謙縣等地區生態經濟關系有所好轉，并由低度失調轉變為低度協調狀態。2010—2018年研究區生態經濟系統協調度持續好轉，除甘德縣和久治縣處于低度失調外，其余各縣均處于低度協調狀態，說明該時期研究區生態環境與經濟發展矛盾趨向緩和，生態經濟系統處于協調狀態。1990—2018年甘德縣、久治縣和玉樹市處于低度失調狀態，而其余各縣均處于低度協調狀態，主要是甘德縣、久治縣和玉樹市ESV呈現負增長態勢，生態價值在經濟增長中出現透支。值得注意的是，除甘德縣、久治縣和玉樹市生態經濟協調度處于失調外，其余各縣均處于協調狀態，但其協調程度并不高，部分地區處于失調與協調的臨界邊緣，而社會經濟的持續增長將加大生態環境的壓力，生態經濟協調度有可能降為失調狀態，未來需要注意加強生態恢復與保護。

圖3 1990-2018年三江源地區生態經濟協調度變化

4 討 論

4.1 三江源地區生態系統服務價值計算

目前，ESV的計算主要有物質量法和價值量法兩種。本文基于謝高地等[22]改進的單位面積價值當量因子法對三江源地區ESV進行評估，該方法與代替市場技術、模擬市場技術等方法相比，操作簡便，評估全面，被廣泛地應用于區域、國家以及全球尺度ESV的評估[25]。近年來關于三江源地區ESV的評估均采用該方法進行核算[25-26]，因此采用該方法對三江源地區ESV進行評估具有一定的科學性和合理性。但值得注意的是，該方法并未將土地利用類型與生態系統完全對應起來，不同土地利用類型單位面積ESV系數的取值只是近似值[27]。而生態系統服務功能的強弱不僅與生態系統生物多樣性、植被覆蓋度和生產力等因素息息相關，同時也受到社會經濟發展和人們支付意愿與能力的影響，本文通過農田糧食價值法對當量因子進行修正，為全面考慮生態系統的空間異質性特征以及社會經濟發展對生態系統服務的影響。因此，未來研究中應探索更精準的ESV評估方法和收集更詳實的數據資料，從而提升ESV評估的精準度，確保ESV評估結果的可靠性和科學性。

4.2 生態經濟協調度指數計算方法的選擇

目前針對生態經濟系統協調度指數的計算方法有很多[1,6,14]，本文在借鑒相關研究的基礎上[1,6,9]，以單位面積ESV和單位面積GDP表征研究區生態環境狀況和經濟發展水平，以單位面積ESV變化率與單位面積GDP變化率的比值構建生態經濟系統協調度指數。值得注意的是，生態經濟系統具有豐富的內涵和外延，環境經濟協調發展問題的綜合性和復雜性絕非當前單個指標所能反映的，但受數據資料的限制，尚難對經濟發展、生態建設做出全面的刻畫[5]。目前生態經濟系統協調度評價方法還不完善，難以得出讓公眾和學術界普遍接受的結果，不同計算方法所獲得的的協調度指數存在較大差異，難以區分其優劣。因此未來應通過對相關參數進行更加精細和符合現實發展規律的設置，來優化協調度指數。

4.3 三江源地區生態經濟協調度演化特征

通過對三江源地區1990—2018年生態經濟協調度研究表明：三江源地區生態經濟系統協調度指數呈現出增長態勢，并由低度失調轉變為低度協調狀態。研究初期，研究區協調度指數為負，主要是該時期三江源地區過度放牧，致使草地退化，水域面積萎縮，經濟快速發展的同時ESV出現下降，影響了生態經濟系統的協調發展。而后，隨著退耕工程、三江源保護建設項目以及生態文明建設政策的頒布和實施，草地得到恢復，生態系統功能不斷提升，促進了區域生態經濟系統的協調發展。從空間格局特征來看，協調地區主要分布在西部地區，可能的原因是退耕工程、三江源保護建設項目有效地改善和提升了西部生態環境質量，而經濟發展的同時，當地的ESV也得到了極大的發揮，協調度指數上升，由于協調度的空間溢出效應，在一定程度上帶動了相鄰地區協調度的上升。失調地區主要分布在東部地區的甘德縣、久治縣和中部的玉樹市，該地區林地面積的減少，導致ESV下降，而該地區也是經濟發展較為活躍地區，城鎮擴展導致部分生態資源被占用，造成ESV的損失，影響生態經濟的協調發展。

5 結 論

(1) 1990—2018年三江源地區土地利用類型以草地和未利用地為主，不同時期土地利用變化差異較大，耕地、草地、水域和建設用地整體呈現增加趨勢，未利用地和林地呈現波動下降態勢。相關生態政策和工程的實施以及土地利用的合理開發利用對三江源地區土地利用格局、均衡發展及其穩定性具有顯著影響。

(2) 研究期間，三江源地區ESV呈現先減后增的變化趨勢，各縣ESV之間存在較大的空間差異性，除甘德縣和久治縣ESV呈下降趨勢外，其余各縣ESV均呈上升態勢。未利用地的合理開發利用以及草地的恢復時區域ESV增加的主要原因。

(3) 1990年以來三江源地區經濟發展迅速，區域GDP呈現出持續增長的態勢，但區域內各縣之間空間差異顯著，經濟增長空間不均衡，且東部地區經濟增速明顯高于西部地區。

(4) 從生態經濟協調度來看，三江源地區生態經濟系統協調度經歷了由低度失調向低度協調演變的過程，且不同時期協調度空間差異顯著。但總體來看，研究區生態經濟協調度整體偏低，主要以低度協調為主，且部分地區處于失調與協調的臨界邊緣，未來需要注意加強生態恢復與保護，實現生態環境價值化，促進生態經濟系統協調發展。