程曉瑜，蓋微微，楊振民

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，烏魯木齊市，830052； 2. 塔里木大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，新疆阿拉爾，843300；3. 東北林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，哈爾濱市，150006)

0 引言

可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模被解釋為生態(tài)系統(tǒng)以其自身的生態(tài)服務(wù)功能對人類活動的貢獻(xiàn)，是其提供價值達(dá)到倒U型“轉(zhuǎn)折點”時允許人類最大活動限度的經(jīng)濟規(guī)模[1]。人類所處的經(jīng)濟社會系統(tǒng)是嵌套在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的子系統(tǒng)，其發(fā)展規(guī)模會受到生態(tài)系統(tǒng)的限制和制約[2]，生態(tài)系統(tǒng)會在經(jīng)濟社會子系統(tǒng)擴張到一定規(guī)模程度時釋放“壓力”使其退回到一定的范圍，從而再次實現(xiàn)社會與生態(tài)環(huán)境的平衡。人類社會的存在與發(fā)展依附于自然環(huán)境，然而由于自然環(huán)境承載能力和物質(zhì)提供的有限性，無法對人類社會提供永遠(yuǎn)持續(xù)的貢獻(xiàn)和支撐。

當(dāng)今發(fā)展階段，追求經(jīng)濟社會的高質(zhì)量發(fā)展和優(yōu)化供給側(cè)結(jié)構(gòu)已作為國家戰(zhàn)略發(fā)展主要方向，探究社會經(jīng)濟如何在不損害生態(tài)系統(tǒng)的前提下滿足人類發(fā)展需求并且維持可持續(xù)是人類社會必須面對和需要解決的問題。

新疆南疆四地州(包括阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)、和田地區(qū)及克孜勒蘇柯爾克孜自治州)地處我國生態(tài)環(huán)境承載力較弱的邊疆地區(qū)，由于其地理位置、自然環(huán)境、歷史社會環(huán)境的特殊性，經(jīng)濟發(fā)展相對滯后。迄今的研究成果多集于植被、環(huán)境等方向，但對于其發(fā)展的可持續(xù)性與區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值間相互作用考量研究目前還未引起科研學(xué)者的關(guān)注。南疆四地州社會經(jīng)濟發(fā)展在我國經(jīng)濟和社會發(fā)展戰(zhàn)略中具有特殊意義，對其在生態(tài)環(huán)境約束下經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展問題的研究非常重要和迫切。

以生態(tài)服務(wù)價值理論、熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模與生態(tài)服務(wù)功能相互作用機理框架，利用1990—2020年間南疆四地州生態(tài)服務(wù)效用價值(Ecological Service Value，ESV)、生態(tài)(Ecological Exergy Value，EEV)及國內(nèi)生產(chǎn)總值(Gross Domestic Product，GDP)，計算南疆四地州生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)P值和生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)S值，并在格網(wǎng)尺度上分析S值與P值的時空變化特征。最后借鑒脫鉤理論，引用樊新剛提出的可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模量化方法計算南疆四地州整體的可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模，以期為研究區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)及更高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

南疆四地州位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔克拉瑪干沙漠西南邊緣，包括阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)、和田地區(qū)及克孜勒蘇柯爾克孜自治州(圖1)。其面積為58.63萬平方公里，占全疆總面積的35.2%，下轄33個縣市，382個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2020年GDP為3 020.82億元，占全疆GDP的22%。南疆四地州地理位置特殊，荒漠和戈壁占土地面積的95%以上[3]，年平均降水量僅為50～100 mm，水份蒸發(fā)量大于降水量，土壤鹽漬化和沙漠化現(xiàn)象嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。由于自然環(huán)境的限制，南疆四地州內(nèi)部適宜人類生存和居住的綠洲空間距離遙遠(yuǎn)，主要呈點狀、條狀分布在沙漠邊緣，隨著氣候和環(huán)境的變化，綠洲資源呈現(xiàn)減少趨勢，制約著研究區(qū)內(nèi)部經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和人民生活環(huán)境質(zhì)量的提高。

圖1 研究區(qū)域概況圖

1.2 理論依據(jù)與研究機理

1.2.1ESV/EEV反映了生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出能力

Jorgensen[4]提出生態(tài)EEV，并認(rèn)為生態(tài)代表了生態(tài)系統(tǒng)蘊含的可為人類利用的生態(tài)能量的總和，涵蓋了所有生態(tài)譜系的服務(wù)功能和價值，這為分析區(qū)域生態(tài)承載力和生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出能力提供了衡量方法。生態(tài)代表了來自生態(tài)系統(tǒng)所有成分的生物地理化學(xué)能，是基于市場化手段評價生態(tài)服務(wù)價值的基礎(chǔ)和來源，是生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在價值[5]，也可以理解為是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的存量。生態(tài)服務(wù)價值ESV是生態(tài)系統(tǒng)功能對人類的效用價值，是基于為人類帶來益處的表達(dá)，是內(nèi)在價值輸出的產(chǎn)值[6]。因此，ESV相對于EEV的輸出量反映了生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出能力。

1.2.2GDP/ESV反映了社會經(jīng)濟對生態(tài)環(huán)境的壓力

Costanza等[7]認(rèn)為人造資本是自然資本的一部分，人類從人造資本獲得的效用源于對自然資本的利用與被利用。人類所處的經(jīng)濟社會系統(tǒng)是生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，人類進(jìn)化過程中產(chǎn)生的各種破壞行為和有毒物質(zhì)對生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重?fù)p害[8]。Howarth[9]認(rèn)為，GDP規(guī)模的大小與社會包容性財富內(nèi)要素間相互損益情況的關(guān)系間接反映了ESV，因此應(yīng)該將ESV與GDP看作整體進(jìn)行分析，GDP與ESV的比值是區(qū)域人造資本對自然資本間接壓力的表達(dá)。

1.2.3 可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模與生態(tài)服務(wù)功能相互作用機理框架

可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模與生態(tài)服務(wù)功能之間是相互影響，相互制約的。生態(tài)系統(tǒng)本身屬于自然資本存量，并通過結(jié)構(gòu)過程和服務(wù)功能分別產(chǎn)生資本存量和服務(wù)流量。資本存量為自然資本的內(nèi)在價值，是通過對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、具備功能等自身情況的考量評估其本身的價值[6]，用EEV表達(dá)；服務(wù)流量為效用價值，是對生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的供給、調(diào)節(jié)、支持及文化服務(wù)等效用價值外在表現(xiàn)形式的估量[10]，用ESV表達(dá)，EEV是ESV的動力源泉。經(jīng)濟社會系統(tǒng)是生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，經(jīng)濟社會系統(tǒng)得益于生態(tài)系統(tǒng)的支撐和承載而得以發(fā)展。例如，經(jīng)濟社會系統(tǒng)的產(chǎn)品之一GDP便是依附于服務(wù)流量的持續(xù)供給支持而促進(jìn)GDP自身增長的。然而，社會經(jīng)濟在不斷擴張增長的過程中，會持續(xù)向服務(wù)流量釋放壓力，形成對生態(tài)系統(tǒng)流量的制約，導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值降低并反作用于社會經(jīng)濟，阻礙GDP的增長，并間接影響社會發(fā)展的質(zhì)量和效率，兩者的相互作用機理，見圖2。

圖2 可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模與生態(tài)服務(wù)價值相互作用機理

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究用到的土地數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心，包括1990、1995、2000、2005、2010、2015、2020年7期。數(shù)據(jù)運用各期Landsat TM/ETM、OLI影像，根據(jù)人機監(jiān)督分類和實地驗證后，精準(zhǔn)度達(dá)到95%以上；研究使用的GDP、區(qū)域情況等相關(guān)指標(biāo)來源于各對應(yīng)年份《新疆統(tǒng)計年鑒》及相關(guān)地、市、縣統(tǒng)計局網(wǎng)站；氣象相關(guān)數(shù)據(jù)來源于國家氣象局。

1.4 研究方法

1.4.1 生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)與產(chǎn)出能力指數(shù)的計算

S=GDP/ESV

(1)

P=ESV/EEV

(2)

式中：S——生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)，數(shù)值越大說明生態(tài)服務(wù)壓力越大；

P——生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)，數(shù)值越大說明生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量越好；

GDP——國內(nèi)生產(chǎn)總值，億元；

ESV——生態(tài)服務(wù)效用總價值，億元；

EEV——生態(tài)總價值，億元。

1.4.2 生態(tài)服務(wù)價值修訂與計算方法

1) 標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)服務(wù)效用當(dāng)量因子的確定。相關(guān)研究成果認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)服務(wù)效用當(dāng)量因子為區(qū)域現(xiàn)有糧食產(chǎn)值單位面積的1/7[11]。計算模型

(3)

式中：Ea——一個標(biāo)準(zhǔn)單位當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值，元/hm2；

i——糧食作物種類；

n——研究選擇糧食種類數(shù)量；

Si——第i種糧食作物播總面積，hm2；

vi——第i種糧食作物單位面積產(chǎn)值，元；

H——研究選擇糧食作物總面積，hm2。

選取水稻、小麥、玉米作為主要糧食作物，根據(jù)新疆統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，統(tǒng)計得出研究期間南疆四地州生態(tài)系統(tǒng)糧食經(jīng)濟情況(表1)。

表1 1990—2020年南疆四地州標(biāo)準(zhǔn)單位當(dāng)量因子Tab. 1 Standard unit equivalent factors of the four prefectures in Southern Xinjiang from 1990 to 2020

2) 確定用于修訂的系數(shù)。不同區(qū)域所處的地理、生態(tài)環(huán)境以及區(qū)域內(nèi)生物多樣性等差異會在一定程度上影響該區(qū)域ESV的大小[13]。區(qū)域差異系數(shù)是依據(jù)區(qū)域內(nèi)生物量[12]的差異對研究區(qū)ESV進(jìn)行修正。研究采用凈初級生產(chǎn)潛力(NPP)指代生物量，引用Thornthwaite Memorial模型進(jìn)行對NPP的估算[13]，計算模型

E=3 000+25C+0.05C3

(4)

(5)

NPP=3 000[1-e-0.000 969(R-20)]

(6)

Nt=NPP/NPPa

(7)

式中：E——研究區(qū)域年均蒸散量，mm；

C——研究區(qū)域年均氣溫，℃；

R——研究區(qū)域一年內(nèi)實際蒸散量，mm；

W——研究區(qū)一年內(nèi)降水總量，mm；

e——自然常數(shù)；

Nt——區(qū)域差異系數(shù)；

NPP——自然植被凈初生產(chǎn)力潛力；

NPPa——所有類型植被的平均凈初生產(chǎn)力。

經(jīng)過統(tǒng)計與計算，得出南疆四地州區(qū)域差異系數(shù)為0.4。

Wilon等[14]認(rèn)為人類對維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)功能和作用的支付意愿，會隨著社會進(jìn)步程度的提高而提高[15-16]。社會發(fā)展系數(shù)是人們在不同層級社會經(jīng)濟、生活水平下對生態(tài)價值愿意支付意愿的相對量[17]，用以修訂南疆四地州社會經(jīng)濟、人民生活水平與全國平均水平的差異。本文引用皮爾斯生長曲線模型表征這種發(fā)展趨勢特征[13]，計算模型

F=I/[1+e-(1/En-3)]

(8)

Fo=FcPc+FvPv

(9)

Ft=Fo研究區(qū)/Fo全國平均

(10)

式中：F——不同情況下相關(guān)的社會發(fā)展系數(shù)；

I——極富情況下人們的支付意愿，取值為1；

e——自然常數(shù)；

En——恩格爾系數(shù)；

Fo——綜合發(fā)展系數(shù)；

Fc——城鎮(zhèn)社會發(fā)展系數(shù)；

Fv——農(nóng)村的社會發(fā)展系數(shù)；

Pc——城鎮(zhèn)的人口比例；

Pv——農(nóng)村的人口比例；

Ft——社會發(fā)展修訂系數(shù)。

經(jīng)過計算得出南疆四地州社會發(fā)展修訂系數(shù)為0.94。

3) 生態(tài)服務(wù)價值計算。參照謝高地等針對Costanza等[18]的研究及改進(jìn)成果，根據(jù)新疆南疆四地州土地情況相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合一個標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)服務(wù)效用當(dāng)量因子Ea[10]，區(qū)域差異修訂系數(shù)Nt及社會發(fā)展修正系數(shù)Ft，得到研究區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值[13]。計算模型

(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(11)

式中：ESVt——南疆四地州第t年的生態(tài)服務(wù)效用總價值，億元；

i——土地利用類型個數(shù)；

j——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型；

Ai——第i類土地利用類型的面積，hm2；

Eij——第i類土地第j種生態(tài)服務(wù)功能的價值系數(shù)。

引用Jorgensen的研究方法，將全球不同類型單位生態(tài)值[19]分別乘以所研究的土地類型的面積，計算出各年份生態(tài)總值，再乘以單位焦耳生態(tài)值，計算獲得生態(tài)總價值(表2)。參閱相關(guān)資料，利用火電廠單位成本價計算單位生態(tài)值[20]，得到單位焦耳熱量值為9.030×10-8元[6]。

表2 1990—2020年南疆四地州生態(tài) 價值Tab. 2 Ecological exergy value of four prefectures in Southern Xinjiang from 1990 to 2020 億元

表2 1990—2020年南疆四地州生態(tài) 價值Tab. 2 Ecological exergy value of four prefectures in Southern Xinjiang from 1990 to 2020 億元

年份耕地林地草地水域荒地合計1990年86.6483.7430.3025.826.93233.441995年88.2588.4829.8825.606.98239.172000年95.9090.2229.3625.936.98248.402005年108.3286.1529.0425.776.97256.242010年111.8884.0729.0225.476.97257.402015年129.7080.9128.5325.396.94271.462020年144.8785.5927.8117.287.11282.67合計765.56599.16203.94171.2548.871788.79

1.4.4 可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模的計算

1) 生態(tài)服務(wù)價值與GDP脫(復(fù))鉤狀態(tài)識別。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)認(rèn)為“脫鉤”是打破生態(tài)環(huán)境壓力與經(jīng)濟績效聯(lián)系的有效測度概念和指標(biāo)[21]。社會生產(chǎn)與經(jīng)濟發(fā)展多大程度上脫離對生態(tài)服務(wù)功能的損害是研究給定區(qū)域經(jīng)濟規(guī)模是否可持續(xù)的主要途徑。本研究引用脫鉤模型識別生態(tài)服務(wù)價值與GDP脫(復(fù))鉤狀態(tài)，復(fù)鉤狀態(tài)說明GDP增長仍然以損耗生態(tài)環(huán)境資源為代價，脫鉤狀態(tài)說明GDP的增長已擺脫了對生態(tài)環(huán)境資源損耗的狀態(tài)。計算模型[6]

DI=1-(P/S)t/(P/S)o

(12)

式中：DI——脫(復(fù))鉤指數(shù)；

P——生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)；

S——生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)；

t——當(dāng)期；

o——初期。

DI≤0時，若初期和末期的P增速比S快或與S同速增加，此時P和S為脫鉤狀態(tài)，DI越小，脫鉤越明顯；但若P處于減少狀態(tài)，則說明該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)受損，此時無論DI為何值，均屬復(fù)鉤狀態(tài)。DI=0說明P和S同速增長，屬相對脫鉤的“起點”。DI>0說明初期和末期的P增速比S慢，或P減少，S增大，此時P和S屬復(fù)鉤狀態(tài)。

2) 基于脫(復(fù))鉤結(jié)果的可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模計算?；诿?復(fù))鉤識別結(jié)果，經(jīng)濟可持續(xù)規(guī)模分別按照以下規(guī)則計算[6]。

當(dāng)DI<0且生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)P處于上升或平穩(wěn)狀態(tài)時，末期的GDP即為當(dāng)期的可持續(xù)發(fā)展規(guī)模GDPc，即此時GDPt=GDPc；

當(dāng)DI>0且生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)P處于上升或平穩(wěn)狀態(tài)時，可持續(xù)發(fā)展規(guī)模應(yīng)“退回”脫鉤狀態(tài)的起點，此時按照DI=0，根據(jù)模型(13)計算GDPc；

只要P下降，可持續(xù)發(fā)展規(guī)模應(yīng)“退回”該指數(shù)上一個增長或平穩(wěn)狀態(tài)的末端，此時按照DI=0，根據(jù)模型(13)計算GDPc。綜上[6]，結(jié)合模型(1)、(2)，帶入脫鉤模型計算脫鉤起點的GDPc。

DI=0時，則得到

1-(P/S)t/(P/S)o=0，GDPt=GDPc

Ut=(Pt×So)/Po

GDPc/ESVt=(ESVt/EEVt×GDPo/ESVo)/

ESVo/EEVo

GDPt=(ESVt/ESVo)2×(EEVo/EEVt)×GDPo

(13)

式中：GDPc——可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模，億元；

GDPo——初期國內(nèi)生產(chǎn)總值，表征對應(yīng)時期的經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模；

GDPt——當(dāng)期國內(nèi)生產(chǎn)總值，表征對應(yīng)時期的經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模；

ESVo——初期生態(tài)服務(wù)效用價值；

ESVt——末期生態(tài)服務(wù)效用價值；

EEVo——初期生態(tài)價值；

EEVt——末期生態(tài)價值。

ESV初、末期比值的平方與EEV初、末期比值的乘積是對P與S價值時間序列關(guān)系的表達(dá)，為經(jīng)濟規(guī)模發(fā)展的制約函數(shù)。因相對于EEV，ESV對社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生的約束力更強，故對EEV取平方，即顯示對GDPc更直接的價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)服務(wù)效用價值變化分析

已有研究對建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量設(shè)為0，因此本節(jié)在討論研究區(qū)ESV時不考慮建設(shè)用地。按照生態(tài)服務(wù)效用價值的計算和修正方法，得到1990—2020年南疆四地州生態(tài)服務(wù)效用價值變情況，見表3。從整體來看，ESV呈現(xiàn)先增后減的變化特征。

1990—1995年，ESV增加了27.14億元，這是由于20世紀(jì)80年代后期，我國在新疆施行的農(nóng)村經(jīng)營體制改革使各產(chǎn)業(yè)均得到發(fā)展，生產(chǎn)效率得到提高。相比較于1990年，1995年糧食的單位面積價值量增加了近3倍，用以支撐各產(chǎn)業(yè)的土地類型得到開發(fā)，耕地、林地、草地及水域面積分別增加了2%、6%、251%和254%。糧食的單位面積價值Vi和各類土地面積Ai的增加直接作用于標(biāo)準(zhǔn)單位ESV當(dāng)量因子Ea的上升，繼而促使ESV的增加。

1995—2000年，2000年ESV比1995年減少了1.07億元。這一時期新疆初步完成了工業(yè)化前的準(zhǔn)備階段，也是近30年來新疆第一次實現(xiàn)第二產(chǎn)業(yè)比重超過第一產(chǎn)業(yè)。由于此時期的發(fā)展重心向工業(yè)傾斜，2000年糧食的單位面積價值Vi出現(xiàn)輕微下浮的同時各地類使用面積的變化不明顯，導(dǎo)致該時期ESV出現(xiàn)小幅減少。

2000—2015年，是ESV增長幅度較大的時期，該時期ESV飛躍上升至88.05億元。(1)因為這一時期我國施行的西部大開發(fā)戰(zhàn)略促進(jìn)了南疆四地州經(jīng)濟社會的進(jìn)一步發(fā)展，使其生產(chǎn)能力水平得到了很大程度的提高，該時期糧食產(chǎn)量、產(chǎn)值均出現(xiàn)的顯著的增加；(2)因為南疆四地州屬于少數(shù)民族聚居區(qū)，少數(shù)民族占90%以上，不屬于計劃生育的施行范圍，隨著居民生活水平的提高，南疆四地州人口也以較快的速度增加，隨著人口對糧食需求的提升，促使南疆四地州耕地與播種面積的擴大。這一時期糧食單位面積價值Vi和糧食作物播種面積Si對ESV的貢獻(xiàn)率得到較大幅度的增加，促進(jìn)了ESV的提升。

到了2020年，ESV回落至65.22億元。這一現(xiàn)象可能由于以下3個原因?qū)е拢?1)相比于2015年，南疆四地州水域面積減少32%，耕地面積增加12%，荒地增加3%。水域、耕地的減少及荒地的增加導(dǎo)致該時期標(biāo)準(zhǔn)單位ESV當(dāng)量因子Ea下降16%。(2)通過對比同期農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這一時期南疆四地州棉花等主要農(nóng)作物產(chǎn)值和林果業(yè)產(chǎn)值都以穩(wěn)健的速度上升。但由于地理因素，當(dāng)?shù)赝寥利}堿化嚴(yán)重，南疆四地州農(nóng)民普遍采用種水稻的方式輪作倒茬恢復(fù)地力，這使研究期間水稻種植面積增加但糧食產(chǎn)量降低，加之該時期水稻價格的走低，導(dǎo)致糧食總體單位產(chǎn)值Vi的縮減。(3)耕地面積的增加加大了對水資源的需求，加之粗放的農(nóng)業(yè)灌溉方式，造成塔里木河流域季節(jié)性斷流，導(dǎo)致南疆四地州該時期內(nèi)水域面積減少。

表3 1990—2020年南疆四地州生態(tài)服務(wù)效用價值變化

2.2 生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出和壓力分析

為更準(zhǔn)確刻畫南疆四地州生態(tài)服務(wù)能力的空間變化特征，本文在研究區(qū)域構(gòu)建6 351個正方形1 km×1 km 格網(wǎng)作為研究單元格，分別計算每個單元格的生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)(S)和生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)(P)，并利用自然斷點法制作研究區(qū)域生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)(圖3)和生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)(圖4)空間分布圖。根據(jù)指標(biāo)數(shù)值特征，壓力指數(shù)S以0.598 217、1.597 657、3.151 052、63.497 105、158.742 752、317.485 504為斷點分為6個等級，等級越高表示生態(tài)服務(wù)壓力越大；生產(chǎn)能力指數(shù)P以0.062 689、0.116 731、0.179 857、0.270 939、0.424 266、0.994 787為斷點分為六個等級，等級越高表示產(chǎn)出能力越大。

從圖3可以看出，在1995—2005年間壓力指數(shù)S相對較高的單元成零星散點分布在南疆四地州；自2010年起，壓力指數(shù)S處于中等區(qū)間的單元以連接成片的態(tài)勢發(fā)展，且壓力指數(shù)S等級持續(xù)上升；到了2020年，生態(tài)壓力指數(shù)S偏上的研究單元遍布大部分研究區(qū)域，可以看出目前南疆四地州大體處于生態(tài)服務(wù)壓力較大的狀態(tài)。

從圖4可以看出，1990年南疆四地州普遍處于生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)較低的狀態(tài)，1995—2000年，其產(chǎn)出能力P有了一定程度的提高，中等產(chǎn)出能力的研究單元開始大面積出現(xiàn)，產(chǎn)出能力高的單元以零星的形式分布在研究區(qū)域，2005—2020年，各區(qū)域生態(tài)產(chǎn)出能力指數(shù)得到普遍提升，(1)表現(xiàn)為產(chǎn)出能力低的研究單元減少，(2)表現(xiàn)為產(chǎn)出能力很高的研究單元數(shù)量和密度的增加，這說明南疆四地州的生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力有了普遍提高。

圖3 1990—2020年南疆四地州生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)空間分布圖

圖4 1990—2020年南疆四地州生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)空間分布圖

2.3 生態(tài)經(jīng)濟脫(復(fù))鉤特征分析

近30年，南疆四地州經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)服務(wù)價值呈先脫鉤，后復(fù)鉤，然后在脫(復(fù))鉤起點波動的情形。以逐年與之前的年份對比計算，脫(復(fù))鉤指數(shù)DI變化幅度為-6～1，平均值為-0.65。DI為負(fù)值說明經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)服務(wù)價值是脫鉤的狀態(tài)，即經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系比較協(xié)調(diào)，兩者能協(xié)同發(fā)展；當(dāng)DI為正值時，經(jīng)濟社會與生態(tài)系統(tǒng)的矛盾開始凸顯，見圖5。研究發(fā)現(xiàn)，近30年脫(復(fù))鉤指數(shù)平均值與0很接近，說明脫鉤狀態(tài)并不明顯，即經(jīng)濟社會發(fā)展仍存在一定程度對生態(tài)環(huán)境的影響壓力。

1995年DI為-6，是30年間的最低值，因為此時社會經(jīng)濟發(fā)展程度相對較低，給ESV造成的壓力也相對較小，這一時期以損耗生態(tài)系統(tǒng)為代價來發(fā)展經(jīng)濟的現(xiàn)象得到一定程度的緩解。2000年DI為0.57，經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)服務(wù)價值由脫鉤狀態(tài)變?yōu)閺?fù)鉤狀態(tài)。這是因為此時處于西部大開發(fā)的實施初期階段，政府的工作重點更多在于追求經(jīng)濟的增長。在這一時期，土地管理制度不完善，南疆四地州盲目開荒現(xiàn)象嚴(yán)重，粗放的農(nóng)業(yè)管理方式和相對較低的生產(chǎn)效率導(dǎo)致農(nóng)作物單位面積產(chǎn)值的降低。加之這一時期也是南疆四地州第二產(chǎn)業(yè)崛起的起步階段，工業(yè)產(chǎn)值給GDP的增長做出了一定貢獻(xiàn)，導(dǎo)致ESV的增長速度明顯落后于GDP的增長速度，此時的經(jīng)濟增長已經(jīng)造成了對生態(tài)服務(wù)價值的破壞。2000、2005、2010、2015年DI的變化幅度不大，分別為0.57、-0.67、0.51、0。這一時期經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)服務(wù)價值總體處于復(fù)鉤與脫鉤交替狀態(tài)，但偏離程度較低。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)主要有以下幾個原因：(1)西部大開發(fā)戰(zhàn)略經(jīng)過一段時間的實施初具成效，“一帶一路”也起到了積極作用，不但讓南疆四地州的經(jīng)濟得到了發(fā)展，還由于生產(chǎn)效率的提高使得同時期ESV也在穩(wěn)步上升。(2)我國于2001年起實施“塔里木河流域綜合治理”，這使得生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有一定的提升。(3)在這15年間南疆四地州除了耕地面積增加了35.24%，其他地類的使用面積均波動不大，水資源的有效治理和保護(hù)，一定程度為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了保障，因而此時期ESV的變化速率可以大致與GDP的變化速率趨同。(4)2012年啟動的土地確權(quán)制度進(jìn)一步保證了對土地的管理，在經(jīng)濟高速增長的狀態(tài)下，土地的有效管理一定程度節(jié)制了經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的損耗。到2020年，經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)服務(wù)價值呈復(fù)鉤狀態(tài)。這一方面是因為第二、三次產(chǎn)業(yè)對GDP增長的主導(dǎo)地位越來越顯著，導(dǎo)致ESV的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于GDP的增長速度，另一方面則是因為前期對生態(tài)、生產(chǎn)管理方式的進(jìn)步相對滯后于滿足高速的經(jīng)濟增長的需求，土地沙化鹽堿化、河流季節(jié)性干涸等問題再一次顯現(xiàn)，近30年經(jīng)濟高速增長積累的人類與生態(tài)一直未表現(xiàn)出的矛盾，跨越了臨界值并將繼續(xù)凸顯。

(a) 生態(tài)服務(wù)壓力指數(shù)和生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)

(b) 脫(復(fù))鉤指數(shù)

2.4 可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模分析

根據(jù)可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模計算模型，分別算出1990、1995、2000、2005、2010、2015及2020年可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模GDPc的值，由于本小節(jié)屬于宏觀分析，故計算結(jié)果只保留整數(shù)，見圖6。1990—2020年南疆四地州GDPc總體呈先上升、后下降的變化特征，各年度GDPc整體小于當(dāng)期實際生產(chǎn)總值。

(a) 生態(tài)服務(wù)價值和生態(tài)價值

(b) 可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模和當(dāng)期經(jīng)濟規(guī)模

其中，1990年當(dāng)期經(jīng)濟規(guī)模GDPt與可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模GDPc均為51億元，1995年當(dāng)期經(jīng)濟規(guī)模GDPt與可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模GDPc均為90億元，說明此時經(jīng)濟社會規(guī)模維持在可持續(xù)狀態(tài)。這與圖5中壓力指數(shù)S上升、產(chǎn)出能力指數(shù)P下降、脫(鉤)指數(shù)DI為負(fù)數(shù)的時點相吻合。這是因為20世紀(jì)90年代，南疆四地州經(jīng)濟社會發(fā)展由于本身基數(shù)較低，所以在改革開放之后經(jīng)濟增速明顯，但仍然屬于經(jīng)濟發(fā)展相對初期的階段。該時期，南疆四地州生產(chǎn)力還是較為落后，經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模未能給生態(tài)環(huán)境造成的壓力。

2000年當(dāng)期經(jīng)濟規(guī)模GDPt上升為180億元，可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模GDPc下降為88億元，GDPt超過了GDPc。這與圖5中壓力指數(shù)S上升、產(chǎn)出能力指數(shù)P下降、脫(復(fù))鉤指數(shù)DI為正數(shù)的時點相吻合。這一時期，南疆更加注重經(jīng)濟的發(fā)展，而對環(huán)境保護(hù)重視不足，這使得當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量處于下降狀態(tài)，說明此時南疆四地州的經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)能給生態(tài)環(huán)境造成壓力。

2005年當(dāng)期經(jīng)濟規(guī)模GDPt與可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模GDPc相等，均為330億元，經(jīng)濟社會發(fā)展對生態(tài)環(huán)境損耗的情況有所緩解。這與圖5中壓力指數(shù)S上升、產(chǎn)出能力指數(shù)P下降、脫(鉤)指數(shù)DI為負(fù)數(shù)的時點相吻合。此時南疆四地州的經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值雖然處于脫鉤狀態(tài)，但由于DI與脫(復(fù))鉤起點0非常接近，所以此時脫鉤狀態(tài)并不明顯。這一時期，西部大開發(fā)、一帶一路等政策的實施初具成效，不僅促進(jìn)了南疆四地州經(jīng)濟的發(fā)展，也促進(jìn)了社會的進(jìn)步，在GDP增長的同時，人們的生態(tài)環(huán)境建設(shè)意識不斷增強，塔里木河流域近期綜合治理等生態(tài)保護(hù)政策也使之前對生態(tài)環(huán)境損傷的狀態(tài)得到緩解，從而此時的生態(tài)服務(wù)價值得以支撐同時期的經(jīng)濟發(fā)展。

2005年以后，當(dāng)期經(jīng)濟規(guī)模GDPt均高于可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模GDPc，2010、2015、2020年GDPt與GDPc的差值分別為368、297、2 035億元。這是因為伴隨經(jīng)濟的高速發(fā)展，GDPt的增長速率比對應(yīng)時期的ESV、EEV的增長速率變化的越來越快，導(dǎo)致壓力指數(shù)S在2010、2015年不斷增大和積累，到了2020年GDPt的增長再一次有了更大的飛躍，經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的矛盾逐漸被激化。這與圖5中壓力指數(shù)S、產(chǎn)出能力指數(shù)P及脫(鉤)指數(shù)DI的變動時點相吻合。這是因為這一時期我國在經(jīng)濟發(fā)展和社會進(jìn)步上都已取得了一定的成果，對于類似南疆四地州這樣的相對落后區(qū)域提供了更多的援助和支持，使南疆四地州的經(jīng)濟發(fā)展水平在這一機遇下有了顯著的提高。但是，經(jīng)濟的增長，人口的增加，產(chǎn)業(yè)效率的提高從另一方面看也意味著人類對生態(tài)系統(tǒng)的索取程度更大，ESV、EEV長期落后于GDP的狀態(tài)導(dǎo)致南疆四地州經(jīng)濟社會與生態(tài)系統(tǒng)的矛盾也日益凸顯。

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，GDPc主要取決于EEV與ESV的變化情況。1995、2005、2015年南疆四地州(ESVt/ESVo)2>1且增長速度明顯快于EEVo/EEVt，這與同時期DI<0以及GDPc擴張的時點也都相對應(yīng)，說明研究過程，測算邏輯前后相對應(yīng)，本研究結(jié)果合理。

生態(tài)服務(wù)價值的大小與土地的使用類型有著密切的聯(lián)系。通過查閱研究區(qū)地類遙感影像數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，截至2020年，南疆四地州的草地、水域面積減少，耕地、未利用地(荒地)增加，導(dǎo)致了ESV有較大幅度下降的現(xiàn)狀。1990—2020年，為推動南疆四地州經(jīng)濟社會的發(fā)展，國家推行了“西部大開發(fā)”、“絲綢之路經(jīng)濟帶”、“一帶一路”等助力政策，現(xiàn)已初具成效取得了一定的成果。GDP的急劇增加伴隨ESV的回落，使南疆四地州經(jīng)濟社會規(guī)模擴大受生態(tài)服務(wù)價值約束持續(xù)收緊。南疆四地州脆弱的生態(tài)環(huán)境不能承受過快的經(jīng)濟發(fā)展，同時我們應(yīng)該意識到自然環(huán)境的脆弱性和破壞后的不可逆轉(zhuǎn)性。

本文對南疆四地州土地使用類型，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV、EEV)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與經(jīng)濟社會所屬狀態(tài)(S、P、DI)、經(jīng)濟社會發(fā)展情況(GDPt、GDPc)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和探討，但仍有不足：首先，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的測算是一個全面、復(fù)雜的過程，本文基于糧食作物產(chǎn)量和區(qū)域差異、社會發(fā)展修訂系數(shù)對ESV修訂還不夠全面，特別是對于非農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的ESV，由于未找到可靠的測算方式故暫未將其納入考慮和研究。目前微觀尺度對ESV進(jìn)行系統(tǒng)全面評價的技術(shù)方法已相對較成熟，對于宏觀尺度上評價的技術(shù)方法尚且不夠細(xì)化和完整，有待深入探究并完善，實現(xiàn)更精準(zhǔn)的度量。其次，南疆四地州因自然地理因素影響，人類居住和生活在較分散自然單元，本研究是從南疆四地州整體的視角進(jìn)行分析研究，對各分散自然單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模的具體情況和相互聯(lián)系有待于進(jìn)一步挖掘和探討。

4 結(jié)論

本文基于可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模與生態(tài)服務(wù)功能相互作用機理框架，借鑒脫鉤理論，分析了南疆四地州整體的生態(tài)服務(wù)效用ESV、生態(tài)壓力指數(shù)S、生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力指數(shù)P及可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模變化情況。

1) 新疆南疆四地州ESV呈現(xiàn)先增后減的變化特征，在2015年達(dá)到最大值，2020年開始回落。

2) 新疆南疆四地州生態(tài)壓力指數(shù)S呈先緩慢增加，2005年后增速逐漸加快的變化特征。從空間上看，生態(tài)服務(wù)壓力大的研究單元遍布南疆四地州，這是南疆整體生態(tài)環(huán)境脆弱的表現(xiàn)。而生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力P指數(shù)呈先上升后下降的變化特征，在2020年開始快速下降的變化特征，并呈現(xiàn)出低生態(tài)產(chǎn)出能力區(qū)域減少，高生態(tài)產(chǎn)出能力區(qū)域增加的趨勢。

3) 新疆南疆四地州經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境呈先脫鉤，后復(fù)鉤，然后在脫(復(fù))鉤起點上下波動的特征。在1995年經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境有明顯的協(xié)同效應(yīng)，兩者之間關(guān)系和諧。但在2000年后，經(jīng)濟發(fā)展明顯超過對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，使得兩者逐漸產(chǎn)生對抗。

4) 新疆南疆四地州可持續(xù)經(jīng)濟規(guī)模GDPc為總體呈先上升、后下降的變化特征。2015年開始，實際經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模明顯超過應(yīng)遵循的可持續(xù)發(fā)展規(guī)模，超出生態(tài)服務(wù)產(chǎn)出能力的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，經(jīng)濟社會與生態(tài)系統(tǒng)的矛盾也日益凸顯。