河西走廊生态经济系统协调度评价及其空间演化

发布时间：2016-08-05 14:00

  本文关键词：河西走廊生态经济系统协调度评价及其空间演化，由笔耕文化传播整理发布。

应用生态学报2014年12月第25卷第12期

ChineseJournalofAppliedEcology，Dec．2014，25（12）：3645－3654

DOI:10.13287/j.1001-9332.20140925.006

河西走廊生态经济系统协调度评价及其空间演化

刘海龙

1，2

*

石培基

2＊＊

李生梅

2，3

童华丽

2

聂晓英

2

魏伟

2

（1山西师范大学地理科学学院，山西临汾041004；2西北师范大学地理与环境科学学院，兰州730070；3青海师范大学生命与地理科学学院，西宁810008）

1995、2000、2011年的LandsatTM影像解译数据，以河西走廊20个县摘要基于1985、

（市、区）为基本研究单元，运用生态系统服务价值估算法，依据生态系统服务价值指数（ESV）和生态经济协调度指数（EEH），对河西走廊1985—2011年生态经济系统协调度进行评价．结果表明：研究期间，研究区土地类型结构发生了较大变化，林草地面积减少幅度较大，建设用地和耕地面积增加较快．ESV整体呈下降趋势，研究区东、中部石羊河流域和黑河流域中游ESV变化幅度较大，经济开发方式在本时段发生过显著变化，研究区西部疏勒河流域ESV变化不大．2000年后，研究区经济增长速度明显加快，资源型城市和区域性中心城市是经济增长的热点区，整体上沿走廊中心向两侧递减．研究区生态经济关系整体上经历了“初步恶化－进一步恶化－低度协调”的演变过程，研究区东、中部的石羊河流域和黑河流域中游EEH有较

“冲突－进一步冲突－小幅度缓和”大幅度的变化，生态经济经历了的过程，西部疏勒河流域

EEH变化幅度较小，石羊河流域和黑河流域高强度的开发模式以及随后的流域综合治理对区域生态经济协调性产生了较大影响．关键词

生态经济系统协调度生态系统服务价值空间演化河西走廊

文章编号1001－9332（2014）12－3645－10中图分类号F205文献标识码

A

EcologicalandeconomicharmonyevaluationandspatialevolutionoftheHexiCorridor，

23

NorthwestChina．LIUHai-long1，，SHIPei-ji2，LISheng-mei2，，TONGHua-li2，NIEXiao-ying2，WEIWei2（1CollegeofGeographicalSciences，ShanxiNormalUniversity，Linfen041004，

Shanxi，China；2CollegeofGeographyandEnvironmentalScience，NorthwestNormalUniversity，Lanzhou730070，China；3CollegeofLifeandGeographyScience，QinghaiNormalUniversity，Xi’ning810008，China）．-Chin．J．Appl．Ecol．，2014，25（12）：3645－3654．Abstract：Therelationshipbetweeneconomicdevelopmentandenvironmentandtheevolution

characteristicsofspatialpatterninHexiCorridorofNorthwestChinawereanalyzedbasedonLand-satTMimagesin1985，1995，2000and2011withtwentycountiesinHexiCorridorchosenasthebasicresearchunits．Theecologicaleconomicharmonyduring1985－2011wasestimatedaccordingtoESV（ecosystemservicesvalue）andEEH（ecologicalandeconomicharmony）indexwiththeecosystemservicesvalueestimationmethods．Theresultsshowedthatthelandtypeofthestudyareadramaticallychangedduringthestudyperiod，thegrasslanddecreasedbadly，andtheconstructionlandandcultivatedlandincreasedquickly．TheESVshowedanoveralldownwardtrend，especiallyintheShiyangＲiverbasinandthemiddleofHeiheＲiver．TheESVintheShuleＲiverbasininthisperiod．After2000，theeconomicgrowthspeededupvisiblyinthestudyarea．Theeconomicdeve-lopmentconcentratedintheresource-basedcitiesandregionalcentralcities，anddeclinedfromthe

centerofcorridortothebothsides．Theecological-economicrelationinHexiCorridorexperienceda

transformationof“preliminarydeterioration-furtherdeterioration-lowgradecoordination”．TheEEHhadlargechangesintheShiyangＲiverbasinandthemiddleofHeiheＲiver，whichexperiencedatransformationof“conflict-moreconflicts-lessconflicts”，however，therewaslittlechangeinShuleＲiverbasin．ThedevelopmentmodeandthecomprehensivereclamationofShiyangＲiverbasinandHeiheＲiverbasinhadasignificantinfluenceontheregionalecologicalandeconomicharmony．Keywords：ecologicalandeconomicharmony；ecosystemservicesvalue；spatialevolution；HexiCorridor．

*国家自然科学基金项目（41271133，41261104）和国家社会科学基金青年项目（12CTJ001）资助．

mail：shipj@nwnu．edu．cn＊＊通讯作者．E-2014-04-01收稿，2014-08-11接受．

快速城镇化和工业化带来经济社会发展的同时，也伴随着资源能源过度消耗、生态退化、环境恶化等问题，追求经济发展与保障生态安全是一对矛盾，二者是否协调是衡量区域健康和可持续发展的

［1］

重要标准．生态经济协调度（ecologicaleconomicharmony，EEH）评价可以定量反映区域生态状况与

对河西走廊进行生态经济系统协调度（EEH）的评

价与空间变化等级的划分，为调整本地区发展模式与战略、科学调控干旱区社会经济发展与生态建设提供依据．11.1

研究地区及研究方法研究区概况

经济发展的协调程度，有利于根据协调度的变化及时采取措施进行调控，为区域自然生态系统与社会经济系统稳定发展提供科学依据

［2］

．因此，对生态

河西走廊位于甘肃省黄河以西，东起乌鞘岭、西

至古玉门关，东西长约1120km，南北宽40～100km，形成西北-东南走向的狭长天然陆地通道．属于西北干旱半干旱地区，气候干燥，生态环境十分脆弱．在行政区划上包括嘉峪关、酒泉、张掖、金昌、武威5市，共20个县（区）级行政单元（图1），土地总

42

占甘肃省国土面积的60．4%．面积27．6×10km，

2

2011年，通过遥感影像提取，森林面积6647km，占2

河西走廊总面积的2.7%；草地面积42386km，占

2

总面积的17．3%；水域面积948km，占总面积的

经济系统的协调程度进行科学评价是当前学术界和

各国政府共同关注的热点和焦点问题．依据特定时期土地利用变化，对典型区域生态经济系统协调度进行评价，并总结其空间分异特征，能有效揭示区域经济社会发展与生态环境的关系．

生态经济系统协调度评价的核心问题是生态系统服务功能的价值转化．目前国内外多采用生物物理学成本价值评价法和替代法进行生态系统服务价

ESV）的鉴别、值（ecosystemservicesvalue，量化和货

［4－7］

，、主要包括能值分析生态足迹分［8－11］［12］［3，13］

、析投入产出分析、价值估算等方法，但

0.4%；建设用地面积1601km2，占总面积的0．7%；

2

耕地面积12354km，占总面积的5．1%；未利用地

2

面积180601km，占总面积的73．9%．2011年，河西

币化

［3］

迄今还没有关于生态价值成熟的评价方法．Costanza提出的方法使生态系统服务价值估算原理及

方法从科学意义上得以明确．该方法是基于当量的相对生态服务功能评估方法，侧重于强度差异，而非

［14］

绝对量的大小，有利于指导相应的管理和决策．此后，该方法被中国学者迅速应用到生态系统服务价值评估中，在生态系统服务领域的多个方面取得了一些研究成果

［15］

16］

．谢高地等［3，根据对相关国内

［13］

专家进行的调查结果，对Costanza等提出的价值当量表进行修正，提出了中国陆地生态系统单位面

等

［13］

5市GDP达到1479．12亿元，占甘肃省经济总量的

29.5%．1.2

数据来源及处理

土地利用数据来源于LandsatTM影像，空间分

1995、2000和辨率为30m×30m，获取时间为1985、2011年的7—8月，

保证植被覆被识别对影像的要

并给出全国平均当量表的修积生态服务价值当量，

订方法，使之能更好地应用到某一区域生态服务功的成果被广泛应用，许多学者运用多种方法进行价值当量修正，同时集成ＲS和GIS技术，在基于土地利用/土地覆被变化（LUCC）数据的基础上，对特定区域的生态服务功能进行评价

［14，17－19］

能的评估中．随后，谢高地等

［16］

．

图1研究区范围

Fig．1Spatialrangeofthestudyareas．

1）天祝藏族自治县TibatenAutonomousCountyofTianzhu；2）古浪县GulangCounty；3）凉州区LiangzhouDistrict；4）民勤县MinqinCoun-ty；5）金川区JinchuanDistrict；6）永昌县YongchangCounty；7）山丹县ShandanCounty；8）民乐县MinleCounty；9）甘州区GanzhouDis-trict；10）临泽县LinzeCounty；11）高台县GaotaiCounty；12）肃南裕固族自治县YuguAutonomousCountyofSunan；13）肃州区SuzhouDis-trict；14）嘉峪关市JayuguanCity；15）金塔县JintaCounty；16）玉门市YumenCity；17）肃北蒙古族自治县MongolianAutonomousCountyofSubei；18）瓜州县GuazhouCounty；19）敦煌市DunhuangCity；20）阿克塞哈萨克族自治县KazakAutonomousCountyofAksay．

绿洲作为干旱区人口、资源和经济活动中心，是干旱区人类活动最为活跃的地区，也是人类经济活动与生态环境矛盾突出的典型地域．自20世纪90年代以来，随着水土资源利用和城镇化进程的快速推进，位于西北干旱区的河西走廊地区的生态环境问题不断凸显，生态与经济系统矛盾突出．本文以多时相卫星遥感影像数据为基础，运用价值评估方法，

求．以研究区1∶100000地形图为基准，利用3次多项式的校正模型，分别对上述图像进行几何校正，误差控制在1个象元之内．采用目视解译和监督分类相结合的方法，以2009年出版的国家测绘局1∶25万行政边界数据为基础，提取研究区4个年份森林、草地、水域、建设用地、耕地和未利用地的面积，精确到全国土地覆被Ⅱ级分类．考虑到研究区林草地植被覆盖率整体较低，以植被覆盖度在4%～20%的稀疏灌木林和稀疏草地为主，为了更准确地反映研究区林草地的生态服务价值，对林草地面积进行修正，将疏林地、高覆盖度草地和低覆盖度草地分别乘以相应的折算系数，将其折算成有林地和中覆盖度草地面积，折算系数为对应地类平均覆盖度（以相应Ⅱ级地类解译指标为准）分别与有林地和中覆盖度草地平均覆盖度的比值．研究单元的社会经济数

［20－23］

．据来源于相应年份甘肃省统计年鉴1.3

生态系统服价值综合评估

Costanza等［13］提供的生态系统服务价值计算模

m

n

的多样性决定了生态系统服务类型和强度的空间差异性，全国尺度的通用系数应用到区域尺度时需要进行修正．因此，本文采用谢高地等给出的当量

针对研究区的具体情况，以甘肃省1985年因子表，

单位面积粮食产量经济价值的1/7

作为1985年

研究区耕地食物生产的单位面积生态服务价值，由此推算出研究区1985年各生态系统类型的单位面

［24－25］

（表1），积生态服务价值建设用地的当量根据

［19］

、陈美球等的研究推算而来．以1985

年的价格水平为替代基准，对4个年份的ESV数据进行可比性计算．

［16］［3］

周飞等

［26］

1.4生态经济系统协调度指数

生态系统与经济系统的协调发展没有统一标

准，生态与经济系统协调度是一个相对指标．生态经济系统协调度指数（EEH）指研究期间单位面积生态系统服务价值的变化率（ESpr）与单位面积GDP

［1，27］

，公式如下：变化率（GDPpr）之比

EEH=ESpr/GDPpr

（2）（3）（4）

型如下：

ESV=

GDPpr=

（1）

ESpr=

∑∑AjEiji=1j=1

（i=，1，2…，，m；j=1，2，…，n）

2

GDPpj－GDPpi

GDPpi

ESpj－ESpi

ESpi

式中：ESV为区域生态系统服务价值；Aj为第j类土地利用类型面积（hm）；Eij为第j类土地利用类型的第i类生态系统功能价值当量．

该模型是全球尺度上的生态服务价值估算，采用的价值当量是全球生态系统的平均水平，为了减少其应用于中国陆地生态系统所造成的误差，谢高

［3］

地等在此基础上，结合对我国2007年500位具有生态学教育背景的专家进行问卷调查的结果，建立了2007年中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表．然而，生态系统本身的多样性和环境条件

GDPpj为研究区某时期始、式中：GDPpi、末年份的单

4－2

ESpj分别为位面积GDP（×10yuan·km）；ESpi、

研究区某时期始、末年份的单位面积生态服务价值

GDP依据甘肃省1985（×104yuan·km－2）．其中，年不变价格进行计算，剔除不同核算期价格变化的影响；ESV数据以1985年价格水平为替代基准．

根据生态与经济系统协调发展的内涵，考虑到研究区所有评价单元1985—2011年GDP均处于增

［1，25］

，GDPpr为正值，按以借鉴相关研究成果长状态，

下标准进行EEH的判断：1）EEH≥1表示研究区该

表1河西走廊生态系统单位面积生态服务价值

1985）Table1EcosystemservicesvaluesperunitareainHexiCorridor（yuan·hm－2·a－1，

服务类型

Servicetype

食物生产Foodproduction

原材料生产Ｒawmaterialproduction气体调节Gasregulation气候调节Climateregulation水源涵养Waterconservation废物处理Wastetreatment

土壤形成与保护Soilformationandprotection生物多样性保护Biodiversityconservation娱乐文化Entertainmentculture合计Total

森林Forest48．84441．04639．36602．36605．32254．56594．96667．48307．844161．76

草地Grassland63．6453．28222．00230．88224．96195．36331．52276．76128．761727．16

水域Waterarea78．4451．8075．48304．882777．962197．8060．68507．64657．126711．80

建设用地Constructionland

00－1419．32

0－461．76

0000－1881．08

耕地Farmland148．0057．72106．56143．56113．96205．72217．56150．9625．161169．20

未利用地Unusedland2．965．928．8819．2410．3638．4825．1659．2035．52205．72

时段ESV增长速度不低于GDP增长速度，生态经济系统处于协调状态．此状态或者是该区域生态基础较好，生态环境与经济发展协调性很好；或者是在研究期初始阶段经济发展已经破坏了生态环境，对前期受损害的生态系统进行较好修复的结果．2）0≤EEH＜1表示该时段ESV增长速度落后于经济增长，经济发展没有造成生态环境恶化，生态经济尚

EEH值越处于协调状态，但存在潜在的生态危机，1＜EEH＜小表示生态经济系统协调水平越低．3）-0表示该时段ESV负增长，经济发展已经对生态环EEH境造成负面影响，生态经济处于不协调状态，

值越小表示生态经济系统冲突越严重．4）EEH≤－1表示该时段ESV显著降低，生态环境恶化，生态经济系统处于严重冲突状态，区域经济发展处于不可持续状态．

为了更深入地揭示研究区EEH演变特征，以0．2为EEH单位进行单元分类［1］：EEH≤－1为关系恶化区（A），－1＜EEH≤－0．8为高度冲突区

－0．8＜EEH≤－0．6为较高冲突区（C），－0．6（B），

＜EEH≤－0．4为中度冲突区（D），－0．4＜EEH≤－0．2为较低冲突区（E），－0．2＜EEH＜0为低度

0．20≤EEH＜0．2为潜在危机区（G），冲突区（F），

0．4≤EEH＜0．6≤EEH＜0．4为低度协调区（H），

0．6≤EEH＜0．8为中度协调区为较低协调区（I），

0．8≤EEH＜1为较高协调区（K），EEH≥1为（J），

高度协调区（L）．22.1

结果与分析

土地利用/土地覆被的变化特征1985—2011年，研究区土地类型结构发生了较

2.0%；城镇发展速度同期较慢，建设用地增长幅度不大；林草地大面积退化，导致未利用地面积快速增

长；水域面积变化不大．1995—2000年，耕地面积仍然以较快的速度在扩大；粗放的水资源利用方式延续，使得大量的生态用水被快速增加的农业用水挤占，导致林草地退化不断加剧，林草地面积继续以较快的速度减少；受经济发展速度的影响，城镇建设速度依然缓慢，建设用地增长缓慢；大面积林草地仍然在以较快的速度退化，导致未利用地面积以较快速度增长；水域面积与上一时段相比变化不大．2000—2011年，随着国家一系列生态建设政策的实施和开发方式的转变，林草地面积减少的趋势得到遏制，面积有较小幅度的增加；随着西部大开发等国家战略的持续推进，经济快速发展，城镇建设步伐加快，城镇建设用地面积迅速增加，在2000年的基础上增幅达44%；耕地面积仍然在增加，但受到国家政策和区域产业结构调整的影响，增长速度已大幅下降；受林草地逐步恢复及部分未利用地开发为建设用地和耕地的影响，未利用面积小幅减小；水域面积有一定程度的下降．

2.2生态系统服务功能的演变特征

1985—2011年，从时间上看（表3），研究区生

1985—态服务价值（ESV）整体呈下降趋势．其中，2000年呈较快下降趋势，1985—1995年间年均降低

0.6%，1995—2000年间年均降低0.5%，生态系统趋于恶化；2000年以后有较小幅度的上升，年均增长0．1%，生态系统有较小程度的恢复．从各用地类1985—2000年，型来看，林地、草地、水域和建设用地ESV存在不同程度的下降，其中林地和草地下降幅度较大，对该时段ESV降低的贡献量分别达到34．4%和62．5%，耕地和未利用地ESV有一定的程度上升；2000—2011年，林地、草地和耕地ESV存在不同程度的上升，对该时段ESV上升的贡献量分别52．7%和18．7%，达到28．6%、水域、建设用地和未利用地ESV有不同程度的下降，其中建设用地对该

大变化（表2），林地、草地和水域面积减少，建设用

1985—1995地、耕地和未利用地面积增加．其中，年，国家商品粮基地建设和人口的快速增长，导致耕

地面积大幅增加；相应地，生态用水被增加的大面积耕地占用，林地和草地面积减少幅度较大，加之草场严重超载导致大面积退化，草地面积比重减少

表21985—2011年河西走廊各类用地数量及比重

Table2QuantityandproportionoflanduseinHexiCorridorduring1985－2011

土地类型Landtype

森林Forest草地Grassland水域Waterarea

建设用地Constructionland耕地Farmland

未利用地Unusedland

1985

面积Area%（km2）75593．14881420．010240．49350．4107484．417545771．8

1995

面积Area%（km2）68192．84389918．010000．410150．4112954．618050973．8

2000

面积Area%（km2）64452．64085016．710040．410840．4118504．918330475．0

2011

面积Area%（km2）66472．74238617．39480．416010．7123545．118060173．9

表31985—2011年河西走廊生态服务价值

Table3EcosystemservicesvaluesofHexiCorridorduring1985－2011（×108yuan）

年份Year1985199520002011

森林Forest31．4628．3826．8227．72

草地Grassland49．0143．4340．5942．25

水域Waterarea6．886．716．746．32

建设用地Constructionland

－1．76－1．91－2．04－3．02

耕地Farmland12．5713．2113．8614．45

未利用地Unusedland36．0937．1337．7137．06

合计Total134．25126．95123．68124．78

时段ESV下降的贡献率达到47．6%．

将各研究单元各时段单位面积ESV按等距离百分位法自然分类为5类生态服务价值区，揭示研究区ESV的空间演变特征（图2）．1985—2011年，研究区各评价单元ESV均呈下降态势，河西走廊东1985—1995年，部ESV下降幅度大于西部．其中，各评价单元ESV均呈下降态势，河西走廊东部下降幅度显著高于西部，其中下降幅度较大的区域包括永昌县、天祝县、民勤县、古浪县、山丹县和民乐县，主要集中在黑河流域中游和石羊河流域，表明在本时段上述区域生态环境恶化趋势明显；河西走廊西部的疏勒河流域ESV下降幅度相对较小，与走廊东部

ESV整体相比，生态恶化程度较轻．1995—2000年，基本上延续上一时段的特征，但下降幅度较大的区

域范围有所扩大，有向河西走廊西部蔓延的趋势，表明本时段生态环境有进一步恶化趋势，但嘉峪关市、肃州区等极少部分区域ESV出现小幅增长．2000—

2011年，ESV下降趋势基本得与前两个时段相比，到控制，但是各单元ESV变化有进一步分化趋势，其中，甘州区、永昌县、山丹县、民乐县出现较大幅度的升高，黑河流域中游和石羊河流域上升明显，表明本时段上述区域生态环境恶化趋势得到控制，并有一定程度的恢复；肃州区、嘉峪关市ESV在本时段有较大幅度的下降，河西走廊西部生态恢复程度明显劣于东部区域，与石羊河、黑河流域实施综合治理、生态系统较快恢复相吻合．2.3经济发展特征

以1985年不变价进行计算，研究区1985—1995、1995—2000和2000—2011年GDP年均增长8．4%和14．1%．由此可见，率分别为7．5%、研究区2000年以前经济发展速度较慢，之后经济发展速度明显加快．为了揭示研究区1985—2011年经济发展空间特征，依据1985年不变价对评价单元GDP进行可比性处理，计算其地均GDP增长量，

并按等距

图21985—2011年河西走廊生态系统服务价值（ESV）的空间演化

Fig．2EvolutionofEcosystemServicesValue（ESV）spatialpateninHexiCorridorduring1985－2011．

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