氣候變化和人類活動對中國生態(tài)敏感性的影響分析與改善路徑

安敏 韋雅倩 何偉軍 方雪 黃進(jìn)

摘要 生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾的反應(yīng)程度。隨著氣候變化和人類活動日益加劇，二者分別以單獨(dú)和交互作用的方式影響生態(tài)敏感性，進(jìn)而暴露出整體或區(qū)域性的人口、資源與環(huán)境問題。因此，厘清氣候變化和人類活動對生態(tài)敏感性的影響程度，并分級進(jìn)行改善，有利于提升地區(qū)生態(tài)環(huán)境的韌性和可持續(xù)發(fā)展水平。該研究以中國31個省份為研究對象，基于2001—2020年的氣象、遙感和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，構(gòu)建氣候變化、人類活動和生態(tài)敏感性指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析提取氣候變化和人類活動的影響因子，利用響應(yīng)曲面法（response surface methodology，RSM）分析各地區(qū)氣候變化和人類活動單因子及交互作用對生態(tài)敏感性的影響，并以包含生態(tài)和氣候敏感性的復(fù)合敏感值為依據(jù)，劃分優(yōu)化區(qū)、管控區(qū)和治理區(qū)，探究了敏感值較高的治理區(qū)的改善路徑。結(jié)果表明：①中國生態(tài)敏感值在時間上呈波動下降態(tài)勢，2001—2020年總體下降了2. 2%；空間上呈現(xiàn)出“西高東低、北高南低”的空間布局，與2001年相比，2020年重度敏感及以上的省份數(shù)量減少了7. 1%。②經(jīng)濟(jì)發(fā)展、氣候變化、人口規(guī)模對不同省份生態(tài)敏感性的影響存在差異，受單因子影響的省份占比分別為77. 4%、67. 7%和54. 8%；因子交互作用中，負(fù)交互效應(yīng)占比為69. 6%，說明大部分因子對另一因子影響生態(tài)敏感性的效應(yīng)產(chǎn)生反向作用。③為減少氣候變化對生態(tài)敏感性的負(fù)面影響，針對治理區(qū)內(nèi)自然條件和發(fā)展速度不同的區(qū)域，需要有針對性地協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展或人口增長，以確保在生態(tài)承載范圍內(nèi)推動經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 生態(tài)敏感性；氣候變化；人類活動；響應(yīng)曲面法

中圖分類號 X24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1002-2104（2024）05-0069-11 DOI：10. 12062/cpre. 20240333

生態(tài)敏感性是指由于人類社會活動的影響以及自然要素的變化，出現(xiàn)生態(tài)問題的風(fēng)險程度［1］，反映了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)對外界改變或影響的響應(yīng)情況［2］，即生態(tài)系統(tǒng)的感知力。“生態(tài)敏感性”一詞最早出現(xiàn)在1967年《Design with Nature》一書中，McHarg教授將“生態(tài)敏感性”用于研究區(qū)域中保護(hù)區(qū)和開發(fā)區(qū)的劃定。隨后Nilsson等［3］測算區(qū)域生態(tài)敏感性指數(shù)后發(fā)現(xiàn)其數(shù)值增長時生態(tài)系統(tǒng)更容易受外界因素的影響，這對生態(tài)敏感性的內(nèi)涵有了進(jìn)一步的拓展。此后，國內(nèi)外學(xué)者將生態(tài)敏感性用于研究區(qū)域生態(tài)保護(hù)規(guī)劃與管理［4］。中國國土遼闊且自然資源豐富，然而，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源約束趨緊，生態(tài)系統(tǒng)退化問題也愈發(fā)嚴(yán)峻。中國長期以來采用粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式已導(dǎo)致人口、經(jīng)濟(jì)、社會與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系嚴(yán)重失調(diào)，總體生態(tài)環(huán)境惡化，環(huán)境治理難度不斷加大［5］。為了更高效地改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，有必要在評估中國生態(tài)敏感性的基礎(chǔ)上，探尋敏感程度變化的驅(qū)動因素及影響機(jī)制，以更好地降低生態(tài)敏感程度，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

1 文獻(xiàn)綜述

在以往的生態(tài)敏感性研究中，國內(nèi)外學(xué)者著重探討單一生態(tài)要素的敏感性，如土壤濕度敏感性［6］，以及水資源綜合安全敏感性［7］等。近年來，學(xué)者們在構(gòu)建具有區(qū)域特色的生態(tài)敏感性評價體系方面取得了豐富的研究成果，如朱東國等［8］以山地城市的特征構(gòu)建生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系，李云等［4］對具有水土流失和土地沙化特征的城市的生態(tài)敏感性進(jìn)行評價等。還有研究通過觀察生態(tài)敏感性的時空分布來進(jìn)行空間規(guī)劃和分區(qū)管理，如利用敏感分級結(jié)果劃分生態(tài)保護(hù)區(qū)［2，4］。此外，還有將生態(tài)敏感性用于評估生態(tài)脆弱性［9］以及土地生態(tài)安全［10］的研究，但鮮有生態(tài)敏感性影響因素的研究。

隨著環(huán)境與生態(tài)問題的日益突出，學(xué)術(shù)界圍繞生態(tài)環(huán)境影響因素展開了大量研究。越來越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)氣候變化與人類活動是影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境的兩大因素，并探究單因素對生態(tài)環(huán)境變化的作用。孫穎等［11］發(fā)現(xiàn)氣候變化給生態(tài)環(huán)境帶來了積極影響，武爽等［12］卻認(rèn)為氣候變化對生態(tài)環(huán)境起到惡化作用；張翀等［13］和李輝霞等［14］發(fā)現(xiàn)人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響在不同區(qū)域呈現(xiàn)的效應(yīng)不同；這證明了持續(xù)顯著的氣候變化和日益增強(qiáng)的人類活動確實(shí)在生態(tài)環(huán)境變化中產(chǎn)生了作用，只是影響機(jī)制不統(tǒng)一。此外，Maloney等［15］和封珊等［16］的研究證明了人類活動與氣候變化之間存在相互影響，且二者的交互作用同樣會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響［17］，即人類活動強(qiáng)度的改變在引起氣候變化的同時，也會使氣候變化對生態(tài)環(huán)境的影響發(fā)生改變，反之亦是。氣候變化、人類活動以及生態(tài)環(huán)境之間存在著極其復(fù)雜的影響機(jī)制，如圖1所示。大部分研究分析了氣候變化和人類活動兩大因素單獨(dú)對生態(tài)環(huán)境變化的作用機(jī)制，卻很少關(guān)注因素之間交互作用及其影響效應(yīng)。

在分析生態(tài)環(huán)境變化的影響因素方面，過往研究主要采用偏相關(guān)分析、多元回歸分析或變異系數(shù)來探究氣候變化和人類活動兩大因素是否與生態(tài)環(huán)境變化存在一定關(guān)系［13，18-19］，但這些方法均忽略了影響因素與生態(tài)環(huán)境變化之間的非線性因果關(guān)系，以及因素之間交互作用對生態(tài)環(huán)境的影響。近年來，學(xué)者們更傾向利用地理探測器進(jìn)行影響因素的探究［20］，雖然該方法可以有效探測因素交互作用對地理現(xiàn)象的影響，但無法展示該影響的正負(fù)效應(yīng)，也缺少回歸模型對因變量特征模擬的能力。因此，目前在區(qū)域生態(tài)敏感性影響因素分析中，研究綜合因素回歸和影響因素交互作用的文獻(xiàn)仍然很少。而響應(yīng)曲面法（responsesurface methodology，RSM）既可以反映因素的影響效應(yīng)，又保有回歸模型的模擬能力，還能提高模型構(gòu)建的效率和準(zhǔn)確率［21］，因此使用該方法可以更準(zhǔn)確地找到主要影響因素，并清晰地觀察因素的影響效應(yīng)，特別是交互因素的作用機(jī)制［22］。此外，響應(yīng)曲面法還可以用于探討如何調(diào)整影響因素中的因子使響應(yīng)值達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)［23］，在生物、藥物、食品和工業(yè)相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛［24-25］，但少有學(xué)者將其應(yīng)用在生態(tài)敏感性領(lǐng)域的研究中。

綜上，當(dāng)前研究為生態(tài)環(huán)境變化及其影響因素分析奠定了一定的基礎(chǔ)，但仍存在不足之處：一是，目前對生態(tài)敏感性的研究主要集中在評估與管理方面，缺少對區(qū)域生態(tài)敏感性影響因素的動態(tài)分析；二是，現(xiàn)有研究多考慮單因素影響，無法說明因素之間的交互作用及其影響機(jī)制；三是，當(dāng)前生態(tài)環(huán)境變化的影響因素研究常用的模型方法在因素交互作用機(jī)制分析上尚顯不足。因此，本研究選取中國31個省份作為研究區(qū)域（因數(shù)據(jù)的不可得，未涉及香港、澳門和臺灣），在構(gòu)建全國生態(tài)敏感性評價體系的同時，利用響應(yīng)曲面法分析各地區(qū)氣候變化和人類活動兩個主要因素及其交互作用的影響效應(yīng)，并找到重點(diǎn)生態(tài)治理區(qū)敏感程度的優(yōu)化路徑，以期為制定和落實(shí)各項(xiàng)生態(tài)改善舉措、建立健全生態(tài)環(huán)境保護(hù)機(jī)制提出建議。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2. 1 研究方法

2. 1. 1 生態(tài)敏感性評估

依據(jù)前文對生態(tài)敏感性內(nèi)涵的論述，綜合考慮全國生態(tài)環(huán)境整體情況，構(gòu)建中國生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系。由于植被、水和土壤既是生態(tài)、環(huán)境的主體又是資源的載體［26］，為從宏觀、大尺度和長時間序列的角度展現(xiàn)全國生態(tài)、環(huán)境和資源特征，本研究選取生境、水環(huán)境和土壤環(huán)境3方面來評價，具體通過植被覆蓋度、水網(wǎng)密度指數(shù)、生物豐度指數(shù)和土壤可蝕性4個指標(biāo)進(jìn)行表示［2，27］。計算公式參考2015年原中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》和2021年中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《全國生態(tài)狀況調(diào)查評估技術(shù)規(guī)范——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估》。