青藏高原區域開發強度與生態安全的時空耦合演進

陳佳銳,李佳洺,馬仁鋒,張文忠,*

1 寧波大學地理與空間信息技術系暨浙江陸海國土空間利用與治理協同創新中心,寧波 315211

2 中國科學院地理科學與資源研究所中科院區域可持續發展分析與模擬重點實驗室,北京 100101

3 中國科學院大學,北京 100049

生態安全是保障某一地生態系統自身生存和人類社會發展能力不受脅迫的狀態[1—2]。隨著人類活動范圍擴張與區域建設對生態環境影響日趨深刻,生態系統失衡等一系列生態問題不斷暴露,表征了生態安全問題的普遍性與嚴峻程度[3—4]。青藏高原橫亙亞洲大陸中部,地勢高聳,形成一個獨特的“生態巨系統”,對中國乃至亞太地區生態安全影響重大[5]。然而,青藏高原擁有不同于平原區域的高原山地環境,自然本底條件脆弱,抵御人類擾動的能力較弱。同時,青藏高原可利用土地少,伴隨人口持續增長、產業結構調整加速了人類對生態環境擾動的空間溢出作用。因此,探索與協同青藏高原區域開發與生態安全之間的關系,有助于既滿足人類與生物群落生存與發展,又不會威脅到周邊生態系統的安全。

學界非常重視青藏高原生態安全研究,不同學者持有青藏高原生態安全演化趨勢不同觀點,基于青藏高原基于景觀格局分析認為其東部區域整體生態安全水平呈先上升再略下降趨勢[6];構建農牧業生態風險評價體系評價發現青藏高原綜合生態風險總體有上升趨勢[7]。分區域尺度上研究發現西藏耕地生態安全指數總體呈現下降趨勢[8],青海生態安全程度較新疆良好[9]。同時,隨著西部大開發政策實施以來,評估青藏高原人類活動、區域開發展以及城鎮化關系成果增多,形成3個研究領域:(1)探討青藏高原人類活動與城鎮化的地域分異規律,發現青藏高原整體人口稀疏并呈現出“東南密、西北疏”特征[10],人類發展水平逐年提升,但是人類發展水平整體處于中等偏下水平,區域內部人類發展水平存在空間差異,東南部夜間燈光強度比較高,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年間青藏高原城鎮化綜合指數雖起點較低但上升勢頭明顯[14],青藏高原城鎮分布總體呈現“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變化主要動力,發現人類活動影響青藏高原自然環境的程度總體較低,但逐漸增強[10],主要動因有放牧、道路修建和旅游業發展等[16—17]。青藏高原人類活動主體由單一投資拉動、游客帶動、服務驅動、對口支援等共同發力形成了低度開發型、社會包容型、文化傳承型和守土固邊型等城鎮化類型[18],教育程度、收入水平、醫療保險、社會融合程度以及流入地的經濟發展水平與自然條件等共同影響著青藏高原流動人口的城鎮居留意愿,從而影響城鎮化進程[19]。(3)探究區域開發影響青藏高原自然本底的方式與時空變化。研究發現青藏高原不同尺度的城鎮化與生態環境耦合協調度總體呈上升趨勢,但各區域增長速度差異明顯[14]。工業化對青藏高原生態系統的壓力相對較小,農業現代化對生態空間的負面影響范圍逐漸擴大[20]。青藏高原地區人類活動對植被保護起到促進作用[21],但過去30年來氣候變化和人類活動加劇對青藏高原湖區的水環境施加了多重壓力[22]。這些研究重點分析了青藏高原生態環境現狀、生態安全水平,以及人類活動、區域開發以及城鎮化時空格局與交互影響,較為全面的討論了青藏高原自然環境與人類社會發展狀況,但仍存在以下問題值得進一步探究:(1)關于青藏高原相關區域生態安全的研究方法與指標體系無法完全客觀全面刻畫青藏高原生態安全特殊性,鮮見青藏高原全域生態安全評估研究。(2)關于區域開發強度的刻畫大多為社會經濟維度,缺乏同生態安全的直接時空關系探究。

綜上,本文嘗試從兩方面深化現有研究:(1)從青藏高原區域基本發展特征出發,嘗試設計區域開發強度與生態安全評估模型;嘗試科學認識該區域開發強度與生態安全時空格局演變;(2)基于區域開發強度與生態安全評價結果,構建二者關系時空耦合衡量模型,進一步厘清青藏高原各市(州)的發展類型,以期為青藏高原國土空間高質量保護和生態安全屏障建設提供有益參考。

1 理論基礎與研究框架

1.1 “人地耦合”理論基礎

“耦合”指兩個或多個體系之間相互作用而彼此關聯起來的現象,“人地耦合”源自人地關系地域系統論,主要用于闡釋人類與自然環境相互作用的時空規律與演化[23]。它本質上是地表自然系統和人類系統之間相互作用、相互依賴、相互適應形成統一體的過程[24],主要發生在自然與人類活動交互影響的復雜性地域。人地耦合演進多以城鎮化、區域開發為代表的人類活動與生態環境的交互過程,兩者的非線性交互作用客觀上存在著主控因素(如生態、水、土地、能源等自然要素和人口、經濟和社會等人文要素)和多種耦合方式(“一對一”“一對多”和“多對多”)[25—26],特別是在山區表現的更為直觀普遍[24]。青藏高原以其獨特的保護與發展博弈過程,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特性,嘗試構建符合該特性的區域開發與生態安全評價體系,分析兩者的耦合發展水平、時空格局以及演化路徑。

1.2 “人地耦合”背景下區域開發強度和生態安全耦合研究框架

“人地耦合”理論指導下,學界提出了諸多不同側重的耦合分析框架:(1)PSR框架、DPSIR框架、可持續生計框架和STIRPAT框架等將人類活動和自然環境反饋的現象、過程與結果綜合為系統賦權與評估;(2)社會—生態系統、韌性與脆弱性等研究框架將人地關系問題劃分為多個子系統,分析被研究對象脆弱水平與適應能力;(3)區域耦合協調、能值分析、區域投入產出模型和城市生態網絡模型等研究框架是隨著人地關系中各類要素流量與流速增大,提出的近、遠程耦合關系分析[27]。青藏高原“人地耦合”研究的層級、結構與功能有別于典型“人地耦合”單元的規律,表現為青藏高原以山區地理空間為主體,生態空間占比高,呈現出生態安全屏障功能(生物多樣性、水源涵養、水土保持和碳匯作用)[5,28]和初級城鎮化、鄉村聚落與農牧生產功能高度復合。

青藏高原由于其特殊地理環境、巨大體量與地緣關系促成了不同于其他區域的生態安全價值,參考現有研究及第二次青藏高原科考項目[29]科學發現青藏高原影響自身及區域生態安全作用主要表現:(1)生物多樣性保障。青藏高原特殊的水熱環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安全及可持續發展的基礎[31—32]。(2)水資源保護。青藏高原水資源量約占中國水資源總量的20.23%,是世界上河流發育最多的區域[33],對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,對高原自身和周邊地區起到了重要的生態屏障作用[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碳,是全球重要的碳庫,對中國乃至亞洲的氣候變化、水源調節和碳收支平衡產生重要影響[28]。因此,生物多樣性、水源涵養、水土保持和碳匯作用是衡量青藏高原生態環境評估與生態安全的核心。

青藏高原城鎮化過程有著與內地截然不同的自然、經濟、社會文化和政策四維要素驅動過程,同時具有過程緩慢、數量少規模小與空間分布極不均衡的特點[18]。因此,青藏高原人類活動不單包括城鎮化與工業化過程,更包含了河谷農業、放牧利用等區域國土空間開發過程。此類過程中青藏高原“人地耦合”主要集中在社會過渡帶(城—鄉過渡帶、集鎮—村落過渡帶)和產業過渡帶(農牧交錯帶、農林交錯帶、林牧交錯帶),呈現不同結構、功能與特征的非均質性國土空間開發形態。顯然,人口規模擴張、經濟開發強度和土地開發強度是衡量青藏高原“人地耦合”過程中人類活動、產業演替和國土開發的強度的最優指標項。

綜合以上“人地耦合”理論基礎、分析框架側重點差異和青藏高原地理系統獨特生態安全與人類活動屬性,選取區域耦合協調模型,在分別測度青藏高原生態安全評價和區域開發強度后進一步厘清區域開發強度與生態安全耦合的時空異質性,實現從綜合評價到交互耦合類型識別的全面解析(圖1)。

圖1 青藏高原區域開發強度與生態安全耦合分析框架Fig.1 Research framework of coupling between regional development intensity and ecological security on the Qinghai-Tibet Plateau

2 研究區、數據來源與研究方法

2.1 研究區范圍

本文研究區域依照《青藏高原生態屏障區生態保護和修復重大工程建設規劃(2021—2035年)》和張鐿鋰等[36]劃定青藏高原區范圍,包括28個地級市級行政單元,即西藏全部7個市(地區)、青海8個市(自治州)、新疆4個地區(自治州)、四川3個自治州、云南3個市(自治州)和甘肅3個市(自治州)(圖2)。

圖2 研究區域范圍Fig.2 Scope of the study area

2.2 數據來源

研究涉及2011—2020年青藏高原28個地級市行政單元時空面板數據。社會經濟數據來自《中國城市統計年鑒(2012—2021年)》《西藏統計年鑒(2012—2021年)》《青海省統計年鑒(2012—2021年)》《新疆統計年鑒(2012—2021年)》《四川省統計年鑒(2012—2021年)》《云南省統計年鑒(2012—2021年)》和《甘肅省統計年鑒(2012—2021年)》;行政區劃邊界數據來自國家標準地圖服務(http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/);其余數據來源與處理方法見表1。

表1 數據來源與處理方法Table 1 Data sources and processing methods

2.3 研究方法

2.3.1CRITIC法賦權

CRITIC法(Criteria Importance Though Intercriteria Correlation)是基于評價指標的對比強度和沖突性的一種賦權重方法[39]。對比強度是指同一個指標各評價方案之間取值差距的大小,以標準差表示,標準差越大說明波動越大,權重會越高。沖突性是指標間相關性強度,以相關系數表示,相關系數越大說明沖突性越小,其權重則越低。CRITIC法計算步驟為:

式中,Cj表示第j個評價指標對體系的影響程度,σj表示第j個評價指標的標準差,rij表示第i個評價指標與第j個評價指標之間的相關系數。Cj值越大第j個評價指標對體系的影響程度就越大,該指標相對重要性也就越大,因而第j個評價指標的客觀權重ωj的計算公式為:

2.3.2耦合評價模型

耦合評價模型能夠刻畫青藏高原生態安全與開發強度之間交互協調程度,其值越大說明系統之間相互促進作用越強烈,反之說明系統之間存在相互掣肘。耦合協調評價模型計算步驟為:

式中,U1、U2分別為區域開發強度和生態安全及其子系統的評價指數,D為生態安全和區域開發強度的耦合協調度,T為系統間的綜合協調指數,a、b為待定系數,通常默認為0.5。同時借鑒現有研究成果后將生態安全和區域開發強度的耦合機制劃分為5個大類、15個亞類(表2)。

表2 區域開發強度與生態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 區域開發強度與生態安全評價指標體系

2.4.1青藏高原區域開發強度模型

借鑒相關學者研究成果[40—41]選取人口規模擴張、經濟開發強度、土地開發強度3維度共計6個具體指標測度青藏高原區域開發強度。其中,人口規模擴張包括區域人口密度、城鎮化率;經濟開發強度包括區域經濟密度、非農產業占比;土地開發強度包括夜間燈光指數、人類活動強度(表3)。通過ArcGIS 10.8分區統計工具,以青藏高原28市(州)為研究區統計各研究區各指標均值,歸一化處理后采用CRITIC法賦權和線性加權法測算區域開發強度,公式如下:

表3 青藏高原區域開發強度指標體系Table 3 Regional development intensity index system of Qinghai-Tibet Plateau

式中,RD為生態安全指數;RDi為i指標標準化值;λi為指標權重值。

2.4.2青藏高原生態安全指數模型

(1)生物多樣性保障

生物豐度指數計算模型利用原國家環境保護總局發布《生態環境狀況評價技術規范(試行)HJ/T1922006》的標準,即:生物豐度指數=Abio×(0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域濕地+0.11×耕地+0.04×建設用地+0.01×未利用地)/區域面積,式中Abio表示生物豐度的歸一化指數。

(2)水資源保護

基于水量平衡方程測算研究區域水源涵養指數,公式如:

Qj=Yj-Rj

式中,Yj為第j個研究單元的年均產水量(mm);Pj為第j個研究單元的年均降水量(mm);Aj為第j個研究單元的實際年均蒸發散量(mm)。式中,Qj為第j個研究單元的年均水源涵養量(mm);Rj為第j個研究單元的年均地表徑流量(mm),具體測算方法詳見文獻[42]。

(3)土壤保持作用

基于RUSLE方程的土壤保持服務評估模型,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,地形因子也可以用起伏度替代;C為植被因子。各因子計算方法見參考文獻[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為植被初級凈生產力,干物質含量約占NPP含量的45%—55%,本研究選取平均值50%。每克干物質可以固定1.62 gCO2。

青藏高原生態系統質量與功能狀況直接影響到中國及南亞、東南亞的生態安全,其生物多樣性保護、水源涵養、土壤保持及碳中和的作用是保障青藏高原生態安全和生態可持續的核心任務。借鑒相關學者研究成果并結合青藏高原生態安全獨特內涵,選取生物豐度指數評估青藏高原生物多樣性保護作用、水源涵養指數評估青藏高原水源涵養作用、土壤保持指數評估土壤保持作用、碳匯量評估青藏高原碳匯能力(表4)。通過ArcGIS 10.8分區統計工具,統計青藏高原28市(州)各區各指標均值,歸一化處理后采用CRITIC法賦權,采用線性加權法對生態安全指數進行測算,具體公式如下:

表4 青藏高原生態安全評估指標體系Table 4 Ecological security assessment index system of Qinghai-Tibet Plateau

式中,ES為生態安全指數;ESi為i指標標準化值;λi為指標權重值。

3 結果分析

3.1 區域開發強度時空變化趨勢

青藏高原2011—2020年全域28市(州)區域開發強度全部呈上升趨勢(圖3)。依照研究期區域開發強度增長率,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展,經濟社會水平已超過震前;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、機場高等級公路昌都至加卡段建成通車、邦達機場二期改擴建竣工投運等項目建成,區域建設速度不斷加快。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個市(州),占比32.14%,這些市(州)自身經濟基礎良好,在脫貧攻堅和鄉村振興政策支持下經濟社會發展較為穩定;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個市(州),占比17.86%。除了海西州和巴音郭楞屬于資源型城市轉型乏力外,其余三個市(州)主要由于生態環境惡劣,人類活動與區域開發受限。

圖3 青藏高原區域開發強度指數Fig.3 Qinghai-Tibet Plateau Regional Development Intensity Index 1.阿壩藏族羌族自治州;2.阿里地區;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;14.黃南藏族自治州;15.酒泉市;16.喀什地區;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年區域開發強度逐漸呈多組團式格局(圖4),拉薩與西寧作為省級首府城市區域開發強度高且帶動周邊市(州)經濟發展。海西和巴音郭楞傳統資源開發與新能源項目建設并進,是青藏高原除省級首府外產業發展與開發強度較大的區域。綜上,青藏高原城鎮化和現代化建設在各市(州)穩步推進,青藏高原區域開發強度不斷增大,形成了以西寧和拉薩為核心、外圍多組團空間格局。

圖4 青藏高原區域開發強度空間分異Fig.4 Spatial differentiation of regional development intensity on the Tibetan Plateau

3.2 生態安全指數時空變化趨勢

青藏高原2011—2020年全域28市(州)生態安全指數大部分呈上升趨勢,但部分區域存在下降趨勢(圖5)。依照研究期內青藏高原生態安全指數增長率,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個市(州),占比10.71%。同時,如圖6所呈現,青藏高原區生態安全指數逐漸呈“中西部帶狀洼地、東部縱向組團分布”格局,西藏西部直到青海省西部形成生態安全洼地,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安全狀況良好,在研究期內生態安全指數洼地向新疆南緣移動,主趨勢方向為西北-東南走向。

圖5 青藏高原生態安全指數Fig.5 Ecological security index of Qinghai-Tibet Plateau1.阿壩藏族羌族自治州;2.阿里地區;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;14.黃南藏族自治州;15.酒泉市;16.喀什地區;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 青藏高原生態安全指數空間分異Fig.6 Spatial variation of ecological security index on the Tibetan Plateau

進一步分析生態安全的要素維,青藏高原各市(州)2011—2020年生態安全指數各要素較為穩定,除生物豐度指數外,研究期內水源涵養量總體呈現西北-東南由高向低空間分布。按照自然間斷點分級法將青藏高原生態安全指數各要素分為五級后,各要素呈現不同增幅與分布格局:(1)生物多樣性安全評價,有89.29%的市(州)實現增長。分區看,青藏高原北部地區,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生物多樣性水平較低;青藏高原西南部地區除阿里外生態多樣性水平均較低。(2)水資源安全評價,有25%的市(州)實現增長。高值區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)年均水源涵養量達到1000 mm以上,低值區主要為青藏高原西部高原及沙漠地帶,區域內部大多為時令河,年均水源涵養量不足500 mm。10 a以來青藏高原水源涵養量的高值區和低值區的空間變化范圍較小,但整體略有降低。(3)土壤安全評價,有89.29%的市(州)土壤保持量實現增長。高值區較小主要涉及怒江、迪慶和涼山及周邊市(州),同時在10 a內高低值區土壤保持量絕對差距已由8232.6 t/km2擴大到17236 t/km2。(4)碳匯能力評價,有67.86%的市(州)土壤保持量實現增長。高值區域包括怒江、迪慶藏族自治州和涼山及周邊市(州),低值區主要位于青藏高原境內植被覆蓋度較低的沙漠及高原區域。

可見,青藏高原各市(州)生態安全指數在2011—2020年間增速明顯,有超過60%市(州)增幅大于10%,且表現出“中西部帶狀洼地、東部縱向組團分布”格局。各要素維除水資源安全外均有超過60%市(州)各指標增長,且除生態多樣性安全呈現組團式格局外,均呈現西北-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 區域開發強度與生態安全的耦合時空特征與類型分析

3.3.1區域開發強度與生態安全耦合協調度時空特征

圖7可知,青藏高原2011—2020年全域28市(州)區域開發強度與生態安全的耦合度除巴音郭楞以外均呈上升趨勢。研究期內,玉樹和張掖的耦合度增幅較大,達到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個市(州)增幅在10%以下。

圖7 青藏高原區域開發強度與生態安全的耦合度變化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;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;14.黃南藏族自治州;15.酒泉市;16.喀什地區;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

時間維度,2011年,青藏高原各市(州)區域開發強度與生態安全的耦合度介于[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”階段。2014年,市(州)層面耦合度介于[0.38,0.69],大部分地區屬于“輕度耦合”到“良好耦合”階段,只有玉樹為“輕度失調”階段;2017—2020年,市(州)層面耦合度均達到了“輕度耦合”到“良好耦合”階段。空間維度如圖8,青藏高原2011—2020年區域開發強度和生態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)組團逐漸向地理臨近區域擴張,形成了“東高西低”空間格局。

圖8 青藏高原區域開發強度與生態安全的耦合度時空演進Fig.8 Spatio-temporal pattern of coupling degree between regional development intensity and ecological security on the Qinghai-Tibet Plateau

3.3.2區域開發強度與生態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年間實現了較大優化。拉薩和西寧作為青藏高原區域中心城市,屬于域內耦合水平較高類,但人口與產業的相對集聚,生態環境壓力增大,耦合協調呈現“良好耦合-生態滯后”類型。(1)青藏高原北部地區一直以來由于自然環境惡劣、生態安全作用較弱制約了區域開發與城市化進程,其中和田、酒泉在2011年呈現“輕度失調”和“輕度失調-生態滯后”類,隨著青藏高原生態保育措施和脫貧攻堅工作實施,該地區耦合度有所提升。(2)青藏高原東部地區包括川西和滇西北地區,川西地區阿壩由“輕度耦合”轉向“良好耦合”型、甘孜和涼山一直分別處在“輕度耦合”型,這三州均屬于區域開發滯后類,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,雖生態安全水平較好,但高原、山地交通不便,不利于農耕經濟發展,宜發展畜牧經濟,經濟社會發育水平較低;滇西北地區的麗江、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,生態安全水平較高,受制于地貌約束區域開發無法集中連片,只能發展河谷農業,均實現了由“輕度耦合-區域滯后”轉向“良好耦合-區域滯后”。(3)青藏高原中部和南緣地帶位于西藏,阿里地區海拔較高,生態環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生態修復工程后,由“輕度耦合-區域滯后”轉為“輕度耦合”;山南和林芝靠近川滇,生物資源豐富、水源涵養能力較強,產業以養殖、旅游及河谷農業為主,區域發展較為緩慢,屬于“輕度耦合-區域滯后”類型;日喀則市在10 a間從“輕度失調”提升為“輕度耦合”,是因為日喀則境內旅游資源豐富但氣候惡劣、自然災害頻發、土地沙化侵蝕、草地退化較為嚴重,隨著生態移民及生態安全屏障建設,該地區耦合協調程度有所提高。

圖9 青藏高原區域開發強度與生態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)區域開發強度與生態安全耦合類型在研究期內基本得到不同程度優化,超過半數市(州)達到“輕度耦合”型,但區域內未有市(州)達到“優質耦合”型,相當部分市(州)呈現區域開發或者生態安全滯后。青藏高原各市(州)區域開發強度與生態安全耦合的協調層次相對較低、演進過程歷時漫長,未來仍需要各市(州)進一步立足生態保護統籌經濟社會發展,實現區域開發與生態安全的更高程度的協調。

4 討論與結論

4.1 討論

青藏高原以其生態安全屏障保護的重要性與經濟社會發展必要性的博弈過程造就了其“人地耦合”進程中強烈的差異性、變化性與不確定性,同時不同區域以及同一區域內部不同城市的“人地耦合”作用機理不盡相似。因此,本文梳理傳統“人地耦合”關系與研究視角基礎上結合青藏高原區域特征提出了區域開發強度與生態安全的關系衡量模型,發現不同區域、不同等級以及不同資源稟賦城市之間耦合協調度的時空異質性。本研究結果與現有研究成果具有方向一致性[14,45],進一步證實了青藏高原“人地耦合”關系在不斷改善,較已有學者構建不同指標體系對耦合協調階段與等級劃分做出了優化。

本研究在區域開發強度指標篩選過程,基于青藏高原人口基數小、增量少,城鎮化水平較東部地區滯后的特點,相較于人類活動與農牧業開發,對區域城鎮化賦權較少,但青藏高原地處中國“兩橫三縱十九群”新型城鎮化戰略格局的外圍地帶,肩負著捍衛國家安全屏障與護衛國家生態安全屏障的重要作用[18],國家通過直接投資和轉移支付等手段帶動了該區域城鎮化建設[46]。同時,伴隨著城市發展過程對生態環境保護的重視,青藏高原生態修復成效日益顯現[47]。因此,未來研究可進一步探討城鎮化過程負外部性及各個產業相應機制[48—49]。青藏高原承擔著國家生態安全屏障的作用,保障生態多樣性、水資源安全、土壤安全以及碳匯能力是其主要作用,也是評價其生態安全的核心指標。受制于數據易得性與數據精度,以市(州)尺度以10 a為時間序列進行研究,相關指標測度多采用間接測算方式,未來可進一步在微觀尺度以及長時間序列探究青藏高原生態安全屏障建設。

總體看,青藏高原區域開發強度與生態安全的耦合協調穩中向好,但在不同區域以及同一區域內部不同市(州)的耦合優化方向不同。(1)西寧、拉薩等區域中心都市區域開發強度最大,對生態安全的脅迫影響也最大,但同時這些區域綠色經濟發展較好、生態保護與修復能力較強,能夠提供大量非農就業機會,緩解周邊地區生態壓力,因此能夠實現良好耦合協調。(2)酒泉、日喀則、克孜勒蘇柯爾克孜等市(州)自身生態環境稟賦與生態環境承載力較低,如若不限制區域開發會進一步失調,應按保障國家安全和生態安全屏障要求將高原城鎮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資源稟賦較好、生態安全指數較高,但受限于橫斷山區高山深谷導致區域開發較弱、限制當地社會經濟發展。因此,實現青藏高原區域開發與生態安全的協調關鍵在于因地制宜地走新型山地可持續模式,平衡好區域開發與生態安全保障,實現青藏高原內部可持續發展。

4.2 結論

本文設計了區域開發強度、生態安全的綜合衡量指標,使用CRITIC法賦權和耦合協調度模型分別測算青藏高原各市(州)區域開發強度和生態安全指數,研判了各市(州)二者關系的耦合度及其分型的時空分異特征。主要結論如下:

(1)2011—2020年青藏高原區域開發強度不斷增大,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格局,海西州是青藏高原除省級首府外產業發展與開發強度較大的區域。青藏高原各市(州)生態安全指數在2011—2020年間增速明顯,有超過60%市(州)增幅大于10%,且表現出“中西部帶狀洼地、東部縱向組團分布”格局。各要素層面除水資源安全外,均有超過60%市(州)各指標增長,除生態多樣性安全呈現組團式空間格局外,其余要素維均呈現西北-東南由高向低的空間分布。

(2)青藏高原各市(州)區域開發強度與生態安全的耦合度在2011—2020年間研基本得到不同程度提升,超過半數市(州)達到“輕度耦合”類,但區域內未有市(州)達到“優質耦合”類型,相當部分市(州)呈現區域開發強度或者生態安全滯后性。各市(州)區域開發強度與生態安全的耦合協調層次相對較低、歷時較為漫長,未來仍需要各市(州)進一步立足生態保護統籌社會經濟發展,實現區域開發與生態安全的更高程度協調。

(3)青藏高區域開發強度和生態安全的耦合協調時空異質性明顯,逐步形成由西寧、巴音郭楞和拉薩-滇西地區(麗江、迪慶藏族自治州和怒江)三大組團逐漸向地理臨近區域擴張,形成了“東高西低、多組團并列”格局,區域內部開發強度和生態安全的不平衡、不協調的問題仍然存在。