陳佳銳,李佳洺,馬仁鋒,張文忠,*

1 寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系暨浙江陸海國土空間利用與治理協(xié)同創(chuàng)新中心,寧波 315211

2 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所中科院區(qū)域可持續(xù)發(fā)展分析與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101

3 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

生態(tài)安全是保障某一地生態(tài)系統(tǒng)自身生存和人類社會(huì)發(fā)展能力不受脅迫的狀態(tài)[1—2]。隨著人類活動(dòng)范圍擴(kuò)張與區(qū)域建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響日趨深刻,生態(tài)系統(tǒng)失衡等一系列生態(tài)問題不斷暴露,表征了生態(tài)安全問題的普遍性與嚴(yán)峻程度[3—4]。青藏高原橫亙亞洲大陸中部,地勢(shì)高聳,形成一個(gè)獨(dú)特的“生態(tài)巨系統(tǒng)”,對(duì)中國乃至亞太地區(qū)生態(tài)安全影響重大[5]。然而,青藏高原擁有不同于平原區(qū)域的高原山地環(huán)境,自然本底條件脆弱,抵御人類擾動(dòng)的能力較弱。同時(shí),青藏高原可利用土地少,伴隨人口持續(xù)增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整加速了人類對(duì)生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)的空間溢出作用。因此,探索與協(xié)同青藏高原區(qū)域開發(fā)與生態(tài)安全之間的關(guān)系,有助于既滿足人類與生物群落生存與發(fā)展,又不會(huì)威脅到周邊生態(tài)系統(tǒng)的安全。

學(xué)界非常重視青藏高原生態(tài)安全研究,不同學(xué)者持有青藏高原生態(tài)安全演化趨勢(shì)不同觀點(diǎn),基于青藏高原基于景觀格局分析認(rèn)為其東部區(qū)域整體生態(tài)安全水平呈先上升再略下降趨勢(shì)[6];構(gòu)建農(nóng)牧業(yè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)青藏高原綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體有上升趨勢(shì)[7]。分區(qū)域尺度上研究發(fā)現(xiàn)西藏耕地生態(tài)安全指數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[8],青海生態(tài)安全程度較新疆良好[9]。同時(shí),隨著西部大開發(fā)政策實(shí)施以來,評(píng)估青藏高原人類活動(dòng)、區(qū)域開發(fā)展以及城鎮(zhèn)化關(guān)系成果增多,形成3個(gè)研究領(lǐng)域:(1)探討青藏高原人類活動(dòng)與城鎮(zhèn)化的地域分異規(guī)律,發(fā)現(xiàn)青藏高原整體人口稀疏并呈現(xiàn)出“東南密、西北疏”特征[10],人類發(fā)展水平逐年提升,但是人類發(fā)展水平整體處于中等偏下水平,區(qū)域內(nèi)部人類發(fā)展水平存在空間差異,東南部夜間燈光強(qiáng)度比較高,人口分布集中[11]。西藏人口密度大致以波絨-崗尼為界,東南聚集西北稀疏[12],2000—2010年青海除北部祁連山南麓部分縣域外的大部分縣域人口均有增加[13]。2000—2015年間青藏高原城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)雖起點(diǎn)較低但上升勢(shì)頭明顯[14],青藏高原城鎮(zhèn)分布總體呈現(xiàn)“東南密集、西北稀疏”、“大分散、小集聚”格局,總體趨于集聚[15]。(2)試圖解釋青藏高原人類活動(dòng)變化主要?jiǎng)恿?發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)影響青藏高原自然環(huán)境的程度總體較低,但逐漸增強(qiáng)[10],主要?jiǎng)右蛴蟹拍?、道路修建和旅游業(yè)發(fā)展等[16—17]。青藏高原人類活動(dòng)主體由單一投資拉動(dòng)、游客帶動(dòng)、服務(wù)驅(qū)動(dòng)、對(duì)口支援等共同發(fā)力形成了低度開發(fā)型、社會(huì)包容型、文化傳承型和守土固邊型等城鎮(zhèn)化類型[18],教育程度、收入水平、醫(yī)療保險(xiǎn)、社會(huì)融合程度以及流入地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與自然條件等共同影響著青藏高原流動(dòng)人口的城鎮(zhèn)居留意愿,從而影響城鎮(zhèn)化進(jìn)程[19]。(3)探究區(qū)域開發(fā)影響青藏高原自然本底的方式與時(shí)空變化。研究發(fā)現(xiàn)青藏高原不同尺度的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度總體呈上升趨勢(shì),但各區(qū)域增長速度差異明顯[14]。工業(yè)化對(duì)青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的壓力相對(duì)較小,農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化對(duì)生態(tài)空間的負(fù)面影響范圍逐漸擴(kuò)大[20]。青藏高原地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)植被保護(hù)起到促進(jìn)作用[21],但過去30年來氣候變化和人類活動(dòng)加劇對(duì)青藏高原湖區(qū)的水環(huán)境施加了多重壓力[22]。這些研究重點(diǎn)分析了青藏高原生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、生態(tài)安全水平,以及人類活動(dòng)、區(qū)域開發(fā)以及城鎮(zhèn)化時(shí)空格局與交互影響,較為全面的討論了青藏高原自然環(huán)境與人類社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r,但仍存在以下問題值得進(jìn)一步探究:(1)關(guān)于青藏高原相關(guān)區(qū)域生態(tài)安全的研究方法與指標(biāo)體系無法完全客觀全面刻畫青藏高原生態(tài)安全特殊性,鮮見青藏高原全域生態(tài)安全評(píng)估研究。(2)關(guān)于區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度的刻畫大多為社會(huì)經(jīng)濟(jì)維度,缺乏同生態(tài)安全的直接時(shí)空關(guān)系探究。

綜上,本文嘗試從兩方面深化現(xiàn)有研究:(1)從青藏高原區(qū)域基本發(fā)展特征出發(fā),嘗試設(shè)計(jì)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全評(píng)估模型;嘗試科學(xué)認(rèn)識(shí)該區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全時(shí)空格局演變;(2)基于區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果,構(gòu)建二者關(guān)系時(shí)空耦合衡量模型,進(jìn)一步厘清青藏高原各市(州)的發(fā)展類型,以期為青藏高原國土空間高質(zhì)量保護(hù)和生態(tài)安全屏障建設(shè)提供有益參考。

1 理論基礎(chǔ)與研究框架

1.1 “人地耦合”理論基礎(chǔ)

“耦合”指兩個(gè)或多個(gè)體系之間相互作用而彼此關(guān)聯(lián)起來的現(xiàn)象,“人地耦合”源自人地關(guān)系地域系統(tǒng)論,主要用于闡釋人類與自然環(huán)境相互作用的時(shí)空規(guī)律與演化[23]。它本質(zhì)上是地表自然系統(tǒng)和人類系統(tǒng)之間相互作用、相互依賴、相互適應(yīng)形成統(tǒng)一體的過程[24],主要發(fā)生在自然與人類活動(dòng)交互影響的復(fù)雜性地域。人地耦合演進(jìn)多以城鎮(zhèn)化、區(qū)域開發(fā)為代表的人類活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境的交互過程,兩者的非線性交互作用客觀上存在著主控因素(如生態(tài)、水、土地、能源等自然要素和人口、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等人文要素)和多種耦合方式(“一對(duì)一”“一對(duì)多”和“多對(duì)多”)[25—26],特別是在山區(qū)表現(xiàn)的更為直觀普遍[24]。青藏高原以其獨(dú)特的保護(hù)與發(fā)展博弈過程,造就了其“人地耦合”過程的差異性、變化性與不確定性。因此,本文基于青藏高原獨(dú)特性,嘗試構(gòu)建符合該特性的區(qū)域開發(fā)與生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系,分析兩者的耦合發(fā)展水平、時(shí)空格局以及演化路徑。

1.2 “人地耦合”背景下區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度和生態(tài)安全耦合研究框架

“人地耦合”理論指導(dǎo)下,學(xué)界提出了諸多不同側(cè)重的耦合分析框架:(1)PSR框架、DPSIR框架、可持續(xù)生計(jì)框架和STIRPAT框架等將人類活動(dòng)和自然環(huán)境反饋的現(xiàn)象、過程與結(jié)果綜合為系統(tǒng)賦權(quán)與評(píng)估;(2)社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)、韌性與脆弱性等研究框架將人地關(guān)系問題劃分為多個(gè)子系統(tǒng),分析被研究對(duì)象脆弱水平與適應(yīng)能力;(3)區(qū)域耦合協(xié)調(diào)、能值分析、區(qū)域投入產(chǎn)出模型和城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型等研究框架是隨著人地關(guān)系中各類要素流量與流速增大,提出的近、遠(yuǎn)程耦合關(guān)系分析[27]。青藏高原“人地耦合”研究的層級(jí)、結(jié)構(gòu)與功能有別于典型“人地耦合”單元的規(guī)律,表現(xiàn)為青藏高原以山區(qū)地理空間為主體,生態(tài)空間占比高,呈現(xiàn)出生態(tài)安全屏障功能(生物多樣性、水源涵養(yǎng)、水土保持和碳匯作用)[5,28]和初級(jí)城鎮(zhèn)化、鄉(xiāng)村聚落與農(nóng)牧生產(chǎn)功能高度復(fù)合。

青藏高原由于其特殊地理環(huán)境、巨大體量與地緣關(guān)系促成了不同于其他區(qū)域的生態(tài)安全價(jià)值,參考現(xiàn)有研究及第二次青藏高原科考項(xiàng)目[29]科學(xué)發(fā)現(xiàn)青藏高原影響自身及區(qū)域生態(tài)安全作用主要表現(xiàn):(1)生物多樣性保障。青藏高原特殊的水熱環(huán)境為不同物種的交匯與融合提供了特定空間,使青藏高原成為現(xiàn)代許多物種的分化中心[30],生物多樣性是維系青藏高原生態(tài)安全及可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[31—32]。(2)水資源保護(hù)。青藏高原水資源量約占中國水資源總量的20.23%,是世界上河流發(fā)育最多的區(qū)域[33],對(duì)中國水資源安全和能源安全起著重要的保障作用[34];(3)土壤保持作用。青藏高原擁有高寒草甸、高寒草原和各類森林是遏止土地沙化和土壤流失的重要覆被,對(duì)高原自身和周邊地區(qū)起到了重要的生態(tài)屏障作用[35];(4)碳匯作用。青藏高原高寒草甸土壤中貯存著巨大根系生物量和有機(jī)碳,是全球重要的碳庫,對(duì)中國乃至亞洲的氣候變化、水源調(diào)節(jié)和碳收支平衡產(chǎn)生重要影響[28]。因此,生物多樣性、水源涵養(yǎng)、水土保持和碳匯作用是衡量青藏高原生態(tài)環(huán)境評(píng)估與生態(tài)安全的核心。

青藏高原城鎮(zhèn)化過程有著與內(nèi)地截然不同的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文化和政策四維要素驅(qū)動(dòng)過程,同時(shí)具有過程緩慢、數(shù)量少規(guī)模小與空間分布極不均衡的特點(diǎn)[18]。因此,青藏高原人類活動(dòng)不單包括城鎮(zhèn)化與工業(yè)化過程,更包含了河谷農(nóng)業(yè)、放牧利用等區(qū)域國土空間開發(fā)過程。此類過程中青藏高原“人地耦合”主要集中在社會(huì)過渡帶(城—鄉(xiāng)過渡帶、集鎮(zhèn)—村落過渡帶)和產(chǎn)業(yè)過渡帶(農(nóng)牧交錯(cuò)帶、農(nóng)林交錯(cuò)帶、林牧交錯(cuò)帶),呈現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)、功能與特征的非均質(zhì)性國土空間開發(fā)形態(tài)。顯然,人口規(guī)模擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)開發(fā)強(qiáng)度和土地開發(fā)強(qiáng)度是衡量青藏高原“人地耦合”過程中人類活動(dòng)、產(chǎn)業(yè)演替和國土開發(fā)的強(qiáng)度的最優(yōu)指標(biāo)項(xiàng)。

綜合以上“人地耦合”理論基礎(chǔ)、分析框架側(cè)重點(diǎn)差異和青藏高原地理系統(tǒng)獨(dú)特生態(tài)安全與人類活動(dòng)屬性,選取區(qū)域耦合協(xié)調(diào)模型,在分別測(cè)度青藏高原生態(tài)安全評(píng)價(jià)和區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度后進(jìn)一步厘清區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全耦合的時(shí)空異質(zhì)性,實(shí)現(xiàn)從綜合評(píng)價(jià)到交互耦合類型識(shí)別的全面解析(圖1)。

圖1 青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全耦合分析框架Fig.1 Research framework of coupling between regional development intensity and ecological security on the Qinghai-Tibet Plateau

2 研究區(qū)、數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)范圍

本文研究區(qū)域依照《青藏高原生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)重大工程建設(shè)規(guī)劃(2021—2035年)》和張鐿鋰等[36]劃定青藏高原區(qū)范圍,包括28個(gè)地級(jí)市級(jí)行政單元,即西藏全部7個(gè)市(地區(qū))、青海8個(gè)市(自治州)、新疆4個(gè)地區(qū)(自治州)、四川3個(gè)自治州、云南3個(gè)市(自治州)和甘肅3個(gè)市(自治州)(圖2)。

圖2 研究區(qū)域范圍Fig.2 Scope of the study area

2.2 數(shù)據(jù)來源

研究涉及2011—2020年青藏高原28個(gè)地級(jí)市行政單元時(shí)空面板數(shù)據(jù)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒(2012—2021年)》《西藏統(tǒng)計(jì)年鑒(2012—2021年)》《青海省統(tǒng)計(jì)年鑒(2012—2021年)》《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒(2012—2021年)》《四川省統(tǒng)計(jì)年鑒(2012—2021年)》《云南省統(tǒng)計(jì)年鑒(2012—2021年)》和《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒(2012—2021年)》;行政區(qū)劃邊界數(shù)據(jù)來自國家標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)(http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/);其余數(shù)據(jù)來源與處理方法見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源與處理方法Table 1 Data sources and processing methods

2.3 研究方法

2.3.1CRITIC法賦權(quán)

CRITIC法(Criteria Importance Though Intercriteria Correlation)是基于評(píng)價(jià)指標(biāo)的對(duì)比強(qiáng)度和沖突性的一種賦權(quán)重方法[39]。對(duì)比強(qiáng)度是指同一個(gè)指標(biāo)各評(píng)價(jià)方案之間取值差距的大小,以標(biāo)準(zhǔn)差表示,標(biāo)準(zhǔn)差越大說明波動(dòng)越大,權(quán)重會(huì)越高。沖突性是指標(biāo)間相關(guān)性強(qiáng)度,以相關(guān)系數(shù)表示,相關(guān)系數(shù)越大說明沖突性越小,其權(quán)重則越低。CRITIC法計(jì)算步驟為:

式中,Cj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)體系的影響程度,σj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差,rij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)。Cj值越大第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)體系的影響程度就越大,該指標(biāo)相對(duì)重要性也就越大,因而第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重ωj的計(jì)算公式為:

2.3.2耦合評(píng)價(jià)模型

耦合評(píng)價(jià)模型能夠刻畫青藏高原生態(tài)安全與開發(fā)強(qiáng)度之間交互協(xié)調(diào)程度,其值越大說明系統(tǒng)之間相互促進(jìn)作用越強(qiáng)烈,反之說明系統(tǒng)之間存在相互掣肘。耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)模型計(jì)算步驟為:

式中,U1、U2分別為區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度和生態(tài)安全及其子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù),D為生態(tài)安全和區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度的耦合協(xié)調(diào)度,T為系統(tǒng)間的綜合協(xié)調(diào)指數(shù),a、b為待定系數(shù),通常默認(rèn)為0.5。同時(shí)借鑒現(xiàn)有研究成果后將生態(tài)安全和區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度的耦合機(jī)制劃分為5個(gè)大類、15個(gè)亞類(表2)。

表2 區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合類型劃分Table 2 Type division of coupling degree between regional development intensity and ecological security

2.4 區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.4.1青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度模型

借鑒相關(guān)學(xué)者研究成果[40—41]選取人口規(guī)模擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)開發(fā)強(qiáng)度、土地開發(fā)強(qiáng)度3維度共計(jì)6個(gè)具體指標(biāo)測(cè)度青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度。其中,人口規(guī)模擴(kuò)張包括區(qū)域人口密度、城鎮(zhèn)化率;經(jīng)濟(jì)開發(fā)強(qiáng)度包括區(qū)域經(jīng)濟(jì)密度、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)占比;土地開發(fā)強(qiáng)度包括夜間燈光指數(shù)、人類活動(dòng)強(qiáng)度(表3)。通過ArcGIS 10.8分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具,以青藏高原28市(州)為研究區(qū)統(tǒng)計(jì)各研究區(qū)各指標(biāo)均值,歸一化處理后采用CRITIC法賦權(quán)和線性加權(quán)法測(cè)算區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度,公式如下:

表3 青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)體系Table 3 Regional development intensity index system of Qinghai-Tibet Plateau

式中,RD為生態(tài)安全指數(shù);RDi為i指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值;λi為指標(biāo)權(quán)重值。

2.4.2青藏高原生態(tài)安全指數(shù)模型

(1)生物多樣性保障

生物豐度指數(shù)計(jì)算模型利用原國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)HJ/T1922006》的標(biāo)準(zhǔn),即:生物豐度指數(shù)=Abio×(0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域濕地+0.11×耕地+0.04×建設(shè)用地+0.01×未利用地)/區(qū)域面積,式中Abio表示生物豐度的歸一化指數(shù)。

(2)水資源保護(hù)

基于水量平衡方程測(cè)算研究區(qū)域水源涵養(yǎng)指數(shù),公式如:

Qj=Yj-Rj

式中,Yj為第j個(gè)研究單元的年均產(chǎn)水量(mm);Pj為第j個(gè)研究單元的年均降水量(mm);Aj為第j個(gè)研究單元的實(shí)際年均蒸發(fā)散量(mm)。式中,Qj為第j個(gè)研究單元的年均水源涵養(yǎng)量(mm);Rj為第j個(gè)研究單元的年均地表徑流量(mm),具體測(cè)算方法詳見文獻(xiàn)[42]。

(3)土壤保持作用

基于RUSLE方程的土壤保持服務(wù)評(píng)估模型,公式如:

Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×(1-C)

式中,Ac為水土保持量(t hm-2a-1);Ap為潛在土壤侵蝕量;Ar為實(shí)際土壤侵蝕量;R為降雨侵蝕因子(MJ mm hm-2h-1a-1);K為土壤可蝕性因(t hm2h hm-2MJ-1mm-1),L、S為地形因子,其中,L代表坡長因子,S代表坡度因子,為更好反映地形總體形態(tài),地形因子也可以用起伏度替代;C為植被因子。各因子計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[43]。

(4)碳匯作用

本文基于NPP來估算碳匯量,公式如下[44]:

式中,NPP′為碳匯量,NPP為植被初級(jí)凈生產(chǎn)力,干物質(zhì)含量約占NPP含量的45%—55%,本研究選取平均值50%。每克干物質(zhì)可以固定1.62 gCO2。

青藏高原生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與功能狀況直接影響到中國及南亞、東南亞的生態(tài)安全,其生物多樣性保護(hù)、水源涵養(yǎng)、土壤保持及碳中和的作用是保障青藏高原生態(tài)安全和生態(tài)可持續(xù)的核心任務(wù)。借鑒相關(guān)學(xué)者研究成果并結(jié)合青藏高原生態(tài)安全獨(dú)特內(nèi)涵,選取生物豐度指數(shù)評(píng)估青藏高原生物多樣性保護(hù)作用、水源涵養(yǎng)指數(shù)評(píng)估青藏高原水源涵養(yǎng)作用、土壤保持指數(shù)評(píng)估土壤保持作用、碳匯量評(píng)估青藏高原碳匯能力(表4)。通過ArcGIS 10.8分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具,統(tǒng)計(jì)青藏高原28市(州)各區(qū)各指標(biāo)均值,歸一化處理后采用CRITIC法賦權(quán),采用線性加權(quán)法對(duì)生態(tài)安全指數(shù)進(jìn)行測(cè)算,具體公式如下:

表4 青藏高原生態(tài)安全評(píng)估指標(biāo)體系Table 4 Ecological security assessment index system of Qinghai-Tibet Plateau

式中,ES為生態(tài)安全指數(shù);ESi為i指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值;λi為指標(biāo)權(quán)重值。

3 結(jié)果分析

3.1 區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度時(shí)空變化趨勢(shì)

青藏高原2011—2020年全域28市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度全部呈上升趨勢(shì)(圖3)。依照研究期區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度增長率,將各市(州)劃分為3類:1)高速上升型(增幅>30%),包括玉樹、昌都、那曲、阿里、黃南、張掖、拉薩、涼山、喀什、怒江、甘孜、日喀則、甘南、和田等14個(gè)市(州),占比50%。其中玉樹和昌都的增長率超過100%,其主要原因是玉樹州在震后受多方支持得到快速發(fā)展,經(jīng)濟(jì)社會(huì)水平已超過震前;昌都一直受困于深山峽谷地貌阻礙,隨著川藏鐵路(雅安至林芝段)開工建設(shè)、機(jī)場(chǎng)高等級(jí)公路昌都至加卡段建成通車、邦達(dá)機(jī)場(chǎng)二期改擴(kuò)建竣工投運(yùn)等項(xiàng)目建成,區(qū)域建設(shè)速度不斷加快。2)中速上升型(10%<增幅≤30%),包括迪慶、酒泉、果洛、山南、麗江、阿壩、海東、西寧和林芝等9個(gè)市(州),占比32.14%,這些市(州)自身經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)良好,在脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興政策支持下經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展較為穩(wěn)定;3)低速上升型(0<增幅≤10%),包括海西、海北、海南、克孜勒蘇柯爾克孜、巴音郭楞等5個(gè)市(州),占比17.86%。除了海西州和巴音郭楞屬于資源型城市轉(zhuǎn)型乏力外,其余三個(gè)市(州)主要由于生態(tài)環(huán)境惡劣,人類活動(dòng)與區(qū)域開發(fā)受限。

圖3 青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度指數(shù)Fig.3 Qinghai-Tibet Plateau Regional Development Intensity Index 1.阿壩藏族羌族自治州;2.阿里地區(qū);3.巴音郭楞蒙古自治州;4.昌都市;5.迪慶藏族自治州;6.甘南藏族自治州;7.甘孜藏族自治州;8.果洛藏族自治州;9.海北藏族自治州;10.海東市;11.海南藏族自治州;12.海西蒙古族藏族自治州;13.和田地區(qū);14.黃南藏族自治州;15.酒泉市;16.喀什地區(qū);17.克孜勒蘇柯爾克孜自治州;18.拉薩市;19.麗江市;20.涼山彝族自治州;21.林芝市;22.那曲市;23.怒江傈僳族自治州;24.日喀則市;25.山南市;26.西寧市;27.玉樹藏族自治州;28.張掖市

青藏高原2011—2020年區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度逐漸呈多組團(tuán)式格局(圖4),拉薩與西寧作為省級(jí)首府城市區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度高且?guī)?dòng)周邊市(州)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。海西和巴音郭楞傳統(tǒng)資源開發(fā)與新能源項(xiàng)目建設(shè)并進(jìn),是青藏高原除省級(jí)首府外產(chǎn)業(yè)發(fā)展與開發(fā)強(qiáng)度較大的區(qū)域。綜上,青藏高原城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代化建設(shè)在各市(州)穩(wěn)步推進(jìn),青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度不斷增大,形成了以西寧和拉薩為核心、外圍多組團(tuán)空間格局。

圖4 青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度空間分異Fig.4 Spatial differentiation of regional development intensity on the Tibetan Plateau

3.2 生態(tài)安全指數(shù)時(shí)空變化趨勢(shì)

青藏高原2011—2020年全域28市(州)生態(tài)安全指數(shù)大部分呈上升趨勢(shì),但部分區(qū)域存在下降趨勢(shì)(圖5)。依照研究期內(nèi)青藏高原生態(tài)安全指數(shù)增長率,將各市(州)劃分為4類:(1)高速上升型(增幅>30%),包括張掖、酒泉、日喀則、玉樹、山南、西寧、果洛藏族自治州、海西、和田等9個(gè)市(州),占比32.14%。(2)中速上升型(10%<增幅≤30%),包括黃南、涼山、那曲、阿里、麗江、甘孜藏族自治州、海北藏族自治州、海南和拉薩等9個(gè)市(州),占比32.14%。(3)低速上升型(0<增幅≤10%),包括海東、阿壩、甘南、林芝、喀什、克孜勒蘇柯爾克孜和怒江等7個(gè)市(州),占比25%。(4)下降或停滯型(增幅≤0),包括昌都、迪慶和巴音郭楞3個(gè)市(州),占比10.71%。同時(shí),如圖6所呈現(xiàn),青藏高原區(qū)生態(tài)安全指數(shù)逐漸呈“中西部帶狀洼地、東部縱向組團(tuán)分布”格局,西藏西部直到青海省西部形成生態(tài)安全洼地,東部自北部青海省東部到青藏高原東緣雅魯藏布江谷地生態(tài)安全狀況良好,在研究期內(nèi)生態(tài)安全指數(shù)洼地向新疆南緣移動(dòng),主趨勢(shì)方向?yàn)槲鞅?東南走向。

圖5 青藏高原生態(tài)安全指數(shù)Fig.5 Ecological security index of Qinghai-Tibet Plateau1.阿壩藏族羌族自治州;2.阿里地區(qū);3.巴音郭楞蒙古自治州;4.昌都市;5.迪慶藏族自治州;6.甘南藏族自治州;7.甘孜藏族自治州;8.果洛藏族自治州;9.海北藏族自治州;10.海東市;11.海南藏族自治州;12.海西蒙古族藏族自治州;13.和田地區(qū);14.黃南藏族自治州;15.酒泉市;16.喀什地區(qū);17.克孜勒蘇柯爾克孜自治州;18.拉薩市;19.麗江市;20.涼山彝族自治州;21.林芝市;22.那曲市;23.怒江傈僳族自治州;24.日喀則市;25.山南市;26.西寧市;27.玉樹藏族自治州;28.張掖市

圖6 青藏高原生態(tài)安全指數(shù)空間分異Fig.6 Spatial variation of ecological security index on the Tibetan Plateau

進(jìn)一步分析生態(tài)安全的要素維,青藏高原各市(州)2011—2020年生態(tài)安全指數(shù)各要素較為穩(wěn)定,除生物豐度指數(shù)外,研究期內(nèi)水源涵養(yǎng)量總體呈現(xiàn)西北-東南由高向低空間分布。按照自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將青藏高原生態(tài)安全指數(shù)各要素分為五級(jí)后,各要素呈現(xiàn)不同增幅與分布格局:(1)生物多樣性安全評(píng)價(jià),有89.29%的市(州)實(shí)現(xiàn)增長。分區(qū)看,青藏高原北部地區(qū),除喀什和巴音郭勒較少受北部沙漠及昆侖山影響外其余地區(qū)生物多樣性水平較低;青藏高原西南部地區(qū)除阿里外生態(tài)多樣性水平均較低。(2)水資源安全評(píng)價(jià),有25%的市(州)實(shí)現(xiàn)增長。高值區(qū)主要分布在東南方向的雅魯藏布江流域和怒江流域,涉及怒江、山南和林芝等地,市(州)年均水源涵養(yǎng)量達(dá)到1000 mm以上,低值區(qū)主要為青藏高原西部高原及沙漠地帶,區(qū)域內(nèi)部大多為時(shí)令河,年均水源涵養(yǎng)量不足500 mm。10 a以來青藏高原水源涵養(yǎng)量的高值區(qū)和低值區(qū)的空間變化范圍較小,但整體略有降低。(3)土壤安全評(píng)價(jià),有89.29%的市(州)土壤保持量實(shí)現(xiàn)增長。高值區(qū)較小主要涉及怒江、迪慶和涼山及周邊市(州),同時(shí)在10 a內(nèi)高低值區(qū)土壤保持量絕對(duì)差距已由8232.6 t/km2擴(kuò)大到17236 t/km2。(4)碳匯能力評(píng)價(jià),有67.86%的市(州)土壤保持量實(shí)現(xiàn)增長。高值區(qū)域包括怒江、迪慶藏族自治州和涼山及周邊市(州),低值區(qū)主要位于青藏高原境內(nèi)植被覆蓋度較低的沙漠及高原區(qū)域。

可見,青藏高原各市(州)生態(tài)安全指數(shù)在2011—2020年間增速明顯,有超過60%市(州)增幅大于10%,且表現(xiàn)出“中西部帶狀洼地、東部縱向組團(tuán)分布”格局。各要素維除水資源安全外均有超過60%市(州)各指標(biāo)增長,且除生態(tài)多樣性安全呈現(xiàn)組團(tuán)式格局外,均呈現(xiàn)西北-東南由高向低的空間分布,這與海拔、植被覆蓋等自然基底分布相吻合。

3.3 區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合時(shí)空特征與類型分析

3.3.1區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空特征

圖7可知,青藏高原2011—2020年全域28市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合度除巴音郭楞以外均呈上升趨勢(shì)。研究期內(nèi),玉樹和張掖的耦合度增幅較大,達(dá)到30%以上;日喀則市、酒泉、那曲、阿里、黃南、昌都市、山南市、西寧、涼山、和田、果洛、海西、甘孜、拉薩、麗江、甘南、海東、喀什和怒江等19個(gè)市(州)增幅在10%—30%之間;阿壩、迪慶、海南、海北、林芝、克孜勒蘇柯爾克孜自治州和巴音郭楞等7個(gè)市(州)增幅在10%以下。

圖7 青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合度變化Fig.7 Variation of coupling degree between regional development intensity and ecological security on the Qinghai-Tibet Plateau注:1.阿壩藏族羌族自治州;2.阿里地區(qū);3.巴音郭楞蒙古自治州;4.昌都市;5.迪慶藏族自治州;6.甘南藏族自治州;7.甘孜藏族自治州;8.果洛藏族自治州;9.海北藏族自治州;10.海東市;11.海南藏族自治州;12.海西蒙古族藏族自治州;13.和田地區(qū);14.黃南藏族自治州;15.酒泉市;16.喀什地區(qū);17.克孜勒蘇柯爾克孜自治州;18.拉薩市;19.麗江市;20.涼山彝族自治州;21.林芝市;22.那曲市;23.怒江傈僳族自治州;24.日喀則市;25.山南市;26.西寧市;27.玉樹藏族自治州;28.張掖市

時(shí)間維度,2011年,青藏高原各市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合度介于[0.29,0.62],大多處于“輕度耦合”階段,玉樹、張掖、日喀則、和田和酒泉處于“輕度失調(diào)”階段。2014年,市(州)層面耦合度介于[0.38,0.69],大部分地區(qū)屬于“輕度耦合”到“良好耦合”階段,只有玉樹為“輕度失調(diào)”階段;2017—2020年,市(州)層面耦合度均達(dá)到了“輕度耦合”到“良好耦合”階段?？臻g維度如圖8,青藏高原2011—2020年區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度和生態(tài)安全的耦合逐步形成由西寧、巴音郭楞和滇西(麗江、迪慶藏族自治州和怒江)組團(tuán)逐漸向地理臨近區(qū)域擴(kuò)張,形成了“東高西低”空間格局。

圖8 青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合度時(shí)空演進(jìn)Fig.8 Spatio-temporal pattern of coupling degree between regional development intensity and ecological security on the Qinghai-Tibet Plateau

3.3.2區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合類型劃分

圖9所示青藏高原大部分市(州)耦合度類型在2011—2020年間實(shí)現(xiàn)了較大優(yōu)化。拉薩和西寧作為青藏高原區(qū)域中心城市,屬于域內(nèi)耦合水平較高類,但人口與產(chǎn)業(yè)的相對(duì)集聚,生態(tài)環(huán)境壓力增大,耦合協(xié)調(diào)呈現(xiàn)“良好耦合-生態(tài)滯后”類型。(1)青藏高原北部地區(qū)一直以來由于自然環(huán)境惡劣、生態(tài)安全作用較弱制約了區(qū)域開發(fā)與城市化進(jìn)程,其中和田、酒泉在2011年呈現(xiàn)“輕度失調(diào)”和“輕度失調(diào)-生態(tài)滯后”類,隨著青藏高原生態(tài)保育措施和脫貧攻堅(jiān)工作實(shí)施,該地區(qū)耦合度有所提升。(2)青藏高原東部地區(qū)包括川西和滇西北地區(qū),川西地區(qū)阿壩由“輕度耦合”轉(zhuǎn)向“良好耦合”型、甘孜和涼山一直分別處在“輕度耦合”型,這三州均屬于區(qū)域開發(fā)滯后類,地處青藏高原東南邊緣、橫斷山脈北端、四川盆地西北部邊緣,雖生態(tài)安全水平較好,但高原、山地交通不便,不利于農(nóng)耕經(jīng)濟(jì)發(fā)展,宜發(fā)展畜牧經(jīng)濟(jì),經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)育水平較低;滇西北地區(qū)的麗江、迪慶和怒江地處青藏高原與云貴高原的連接地帶,以高山峽谷為主,垂直地帶性明顯,生態(tài)安全水平較高,受制于地貌約束區(qū)域開發(fā)無法集中連片,只能發(fā)展河谷農(nóng)業(yè),均實(shí)現(xiàn)了由“輕度耦合-區(qū)域滯后”轉(zhuǎn)向“良好耦合-區(qū)域滯后”。(3)青藏高原中部和南緣地帶位于西藏,阿里地區(qū)海拔較高,生態(tài)環(huán)境脆弱且人居條件較差,在采取4500 m以上村莊易地搬遷工程和草場(chǎng)生態(tài)修復(fù)工程后,由“輕度耦合-區(qū)域滯后”轉(zhuǎn)為“輕度耦合”;山南和林芝靠近川滇,生物資源豐富、水源涵養(yǎng)能力較強(qiáng),產(chǎn)業(yè)以養(yǎng)殖、旅游及河谷農(nóng)業(yè)為主,區(qū)域發(fā)展較為緩慢,屬于“輕度耦合-區(qū)域滯后”類型;日喀則市在10 a間從“輕度失調(diào)”提升為“輕度耦合”,是因?yàn)槿湛t境內(nèi)旅游資源豐富但氣候惡劣、自然災(zāi)害頻發(fā)、土地沙化侵蝕、草地退化較為嚴(yán)重,隨著生態(tài)移民及生態(tài)安全屏障建設(shè),該地區(qū)耦合協(xié)調(diào)程度有所提高。

圖9 青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合度類型劃分Fig.9 Classification of coupling degree between regional development intensity and ecological security on the Qinghai-Tibet Plateau

綜上,青藏高原各市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全耦合類型在研究期內(nèi)基本得到不同程度優(yōu)化,超過半數(shù)市(州)達(dá)到“輕度耦合”型,但區(qū)域內(nèi)未有市(州)達(dá)到“優(yōu)質(zhì)耦合”型,相當(dāng)部分市(州)呈現(xiàn)區(qū)域開發(fā)或者生態(tài)安全滯后。青藏高原各市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全耦合的協(xié)調(diào)層次相對(duì)較低、演進(jìn)過程歷時(shí)漫長,未來仍需要各市(州)進(jìn)一步立足生態(tài)保護(hù)統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)區(qū)域開發(fā)與生態(tài)安全的更高程度的協(xié)調(diào)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

青藏高原以其生態(tài)安全屏障保護(hù)的重要性與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展必要性的博弈過程造就了其“人地耦合”進(jìn)程中強(qiáng)烈的差異性、變化性與不確定性,同時(shí)不同區(qū)域以及同一區(qū)域內(nèi)部不同城市的“人地耦合”作用機(jī)理不盡相似。因此,本文梳理傳統(tǒng)“人地耦合”關(guān)系與研究視角基礎(chǔ)上結(jié)合青藏高原區(qū)域特征提出了區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的關(guān)系衡量模型,發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域、不同等級(jí)以及不同資源稟賦城市之間耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空異質(zhì)性。本研究結(jié)果與現(xiàn)有研究成果具有方向一致性[14,45],進(jìn)一步證實(shí)了青藏高原“人地耦合”關(guān)系在不斷改善,較已有學(xué)者構(gòu)建不同指標(biāo)體系對(duì)耦合協(xié)調(diào)階段與等級(jí)劃分做出了優(yōu)化。

本研究在區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)篩選過程,基于青藏高原人口基數(shù)小、增量少,城鎮(zhèn)化水平較東部地區(qū)滯后的特點(diǎn),相較于人類活動(dòng)與農(nóng)牧業(yè)開發(fā),對(duì)區(qū)域城鎮(zhèn)化賦權(quán)較少,但青藏高原地處中國“兩橫三縱十九群”新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略格局的外圍地帶,肩負(fù)著捍衛(wèi)國家安全屏障與護(hù)衛(wèi)國家生態(tài)安全屏障的重要作用[18],國家通過直接投資和轉(zhuǎn)移支付等手段帶動(dòng)了該區(qū)域城鎮(zhèn)化建設(shè)[46]。同時(shí),伴隨著城市發(fā)展過程對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視,青藏高原生態(tài)修復(fù)成效日益顯現(xiàn)[47]。因此,未來研究可進(jìn)一步探討城鎮(zhèn)化過程負(fù)外部性及各個(gè)產(chǎn)業(yè)相應(yīng)機(jī)制[48—49]。青藏高原承擔(dān)著國家生態(tài)安全屏障的作用,保障生態(tài)多樣性、水資源安全、土壤安全以及碳匯能力是其主要作用,也是評(píng)價(jià)其生態(tài)安全的核心指標(biāo)。受制于數(shù)據(jù)易得性與數(shù)據(jù)精度,以市(州)尺度以10 a為時(shí)間序列進(jìn)行研究,相關(guān)指標(biāo)測(cè)度多采用間接測(cè)算方式,未來可進(jìn)一步在微觀尺度以及長時(shí)間序列探究青藏高原生態(tài)安全屏障建設(shè)。

總體看,青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)穩(wěn)中向好,但在不同區(qū)域以及同一區(qū)域內(nèi)部不同市(州)的耦合優(yōu)化方向不同。(1)西寧、拉薩等區(qū)域中心都市區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度最大,對(duì)生態(tài)安全的脅迫影響也最大,但同時(shí)這些區(qū)域綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好、生態(tài)保護(hù)與修復(fù)能力較強(qiáng),能夠提供大量非農(nóng)就業(yè)機(jī)會(huì),緩解周邊地區(qū)生態(tài)壓力,因此能夠?qū)崿F(xiàn)良好耦合協(xié)調(diào)。(2)酒泉、日喀則、克孜勒蘇柯爾克孜等市(州)自身生態(tài)環(huán)境稟賦與生態(tài)環(huán)境承載力較低,如若不限制區(qū)域開發(fā)會(huì)進(jìn)一步失調(diào),應(yīng)按保障國家安全和生態(tài)安全屏障要求將高原城鎮(zhèn)化水平與速度控制在合理水平。(3)麗江、迪慶和怒江等地生態(tài)資源稟賦較好、生態(tài)安全指數(shù)較高,但受限于橫斷山區(qū)高山深谷導(dǎo)致區(qū)域開發(fā)較弱、限制當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此,實(shí)現(xiàn)青藏高原區(qū)域開發(fā)與生態(tài)安全的協(xié)調(diào)關(guān)鍵在于因地制宜地走新型山地可持續(xù)模式,平衡好區(qū)域開發(fā)與生態(tài)安全保障,實(shí)現(xiàn)青藏高原內(nèi)部可持續(xù)發(fā)展。

4.2 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度、生態(tài)安全的綜合衡量指標(biāo),使用CRITIC法賦權(quán)和耦合協(xié)調(diào)度模型分別測(cè)算青藏高原各市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度和生態(tài)安全指數(shù),研判了各市(州)二者關(guān)系的耦合度及其分型的時(shí)空分異特征。主要結(jié)論如下:

(1)2011—2020年青藏高原區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度不斷增大,有超過90%的市(州)增幅大于10%,形成了以西寧和拉薩為核心多組團(tuán)格局,海西州是青藏高原除省級(jí)首府外產(chǎn)業(yè)發(fā)展與開發(fā)強(qiáng)度較大的區(qū)域。青藏高原各市(州)生態(tài)安全指數(shù)在2011—2020年間增速明顯,有超過60%市(州)增幅大于10%,且表現(xiàn)出“中西部帶狀洼地、東部縱向組團(tuán)分布”格局。各要素層面除水資源安全外,均有超過60%市(州)各指標(biāo)增長,除生態(tài)多樣性安全呈現(xiàn)組團(tuán)式空間格局外,其余要素維均呈現(xiàn)西北-東南由高向低的空間分布。

(2)青藏高原各市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合度在2011—2020年間研基本得到不同程度提升,超過半數(shù)市(州)達(dá)到“輕度耦合”類,但區(qū)域內(nèi)未有市(州)達(dá)到“優(yōu)質(zhì)耦合”類型,相當(dāng)部分市(州)呈現(xiàn)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度或者生態(tài)安全滯后性。各市(州)區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)層次相對(duì)較低、歷時(shí)較為漫長,未來仍需要各市(州)進(jìn)一步立足生態(tài)保護(hù)統(tǒng)籌社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)區(qū)域開發(fā)與生態(tài)安全的更高程度協(xié)調(diào)。

(3)青藏高區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度和生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)時(shí)空異質(zhì)性明顯,逐步形成由西寧、巴音郭楞和拉薩-滇西地區(qū)(麗江、迪慶藏族自治州和怒江)三大組團(tuán)逐漸向地理臨近區(qū)域擴(kuò)張,形成了“東高西低、多組團(tuán)并列”格局,區(qū)域內(nèi)部開發(fā)強(qiáng)度和生態(tài)安全的不平衡、不協(xié)調(diào)的問題仍然存在。