譚 琨, 趙祖軍, 趙筱青, 普軍偉, 李代璽, 李思楠, 苗培培, 王 茜

(1.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 昆明 650500; 2.云南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,昆明 650034; 3.云南省文山州氣象局, 云南 文山 663000)

當(dāng)前中國正處于城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的快速發(fā)展階段，高強(qiáng)度的人類活動(dòng)對(duì)水土資源利用的廣度和深度在不斷增強(qiáng)。中國經(jīng)濟(jì)的騰飛是以自然資源尤其是土地資源和水資源的過度消耗為代價(jià)的[1-3]，且由水土資源耦合利用矛盾導(dǎo)致的資源開發(fā)利用效率低、生態(tài)環(huán)境惡化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后等問題尤為突出，嚴(yán)重限制了區(qū)域水土資源高效可持續(xù)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，對(duì)區(qū)域水土資源耦合協(xié)調(diào)的研究逐漸成為促進(jìn)水土資源合理開發(fā)利用、水土資源優(yōu)化配置及調(diào)控和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)問題[4-7]。

耦合協(xié)調(diào)系統(tǒng)一般是指兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各要素的相互影響、相互作用的關(guān)系和協(xié)調(diào)程度狀況[8]，耦合協(xié)調(diào)研究有利于促進(jìn)系統(tǒng)之間、系統(tǒng)各要素或系統(tǒng)與要素的結(jié)構(gòu)調(diào)整和功能優(yōu)化，使其向正向方向演替。水土資源系統(tǒng)是一個(gè)綜合復(fù)雜的整體系統(tǒng)，把水土資源耦合系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行研究有利于促進(jìn)水土資源關(guān)系朝正向發(fā)展，提高水土資源利用效率，增強(qiáng)水土資源承載力。

水土資源耦合研究早期主要集中于水資源系統(tǒng)或土地資源系統(tǒng)內(nèi)部，較少考慮外部因素的影響，以概念、模型方法和耦合規(guī)律的探討為主[9-10]，但隨著資源的消耗、環(huán)境的破壞和城市化的發(fā)展，國外有學(xué)者逐漸將水資源與土地資源看作一個(gè)相互影響、相互聯(lián)系和相互制約的整體進(jìn)行綜合研究[11-15]，但主要集中在對(duì)流域或城市水資源與土地資源關(guān)系尤其是土地利用對(duì)水質(zhì)的影響方面。國內(nèi)對(duì)水土資源耦合的研究主要集中在水土資源優(yōu)化配置、水土資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、水土資源與城市化、生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)和土地生態(tài)安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)5個(gè)方面[16-20]。研究方法主要包括耦合協(xié)調(diào)度模型、綜合指數(shù)法、信息熵值法、壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(PSR)模型和GIS空間評(píng)價(jià)分析法等[21-25]，其中，耦合協(xié)調(diào)度模型應(yīng)用最廣泛，因?yàn)樵摲椒ú僮餍院蛻?yīng)用性都較強(qiáng)。研究對(duì)象主要集中在對(duì)流域、城市、開發(fā)區(qū)和海灣等宏觀尺度的水土資源相互作用關(guān)系及耦合規(guī)律的探討[26-28]，對(duì)小尺度區(qū)域的水土資源耦合研究較少。

喀斯特山區(qū)水土資源利用問題已成為制約區(qū)域產(chǎn)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。然而，人們對(duì)喀斯特山區(qū)的水土資源耦合研究很少，亟需探究喀斯特山區(qū)在水土資源開發(fā)利用過程中的耦合協(xié)調(diào)狀況，為水土資源合理利用與保護(hù)、水土資源調(diào)控和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。因此，研究以滇東南典型喀斯特山區(qū)文山市為例，在大量實(shí)地調(diào)研和水土資源時(shí)空變化特征分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建適用于喀斯特山區(qū)的水土資源耦合系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和協(xié)調(diào)分類體系，并運(yùn)用水土資源耦合協(xié)調(diào)度模型結(jié)合GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水土資源耦合協(xié)調(diào)度空間柵格尺度的評(píng)價(jià)和分析，以期為喀斯特山區(qū)的空間水土資源耦合及優(yōu)化調(diào)控研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

文山市位于中國西南云南省東南部的典型高原喀斯特山區(qū)(圖1)，地處103°43′0″—104°27′59″E，23°05′32″—23°42′59″N。全市土地總面積為2 965.18 km2，山區(qū)、半山區(qū)占土地總面積的90%，海拔高差2 373 m，地形復(fù)雜，地勢西北高、東南低。土地石漠化嚴(yán)重，2017年石漠化面積占土地總面積的19.24%，是中國生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一。2017年土地利用類型以林地和耕地為主，分別占土地總面積的44.03%，42.69%，建設(shè)用地僅占4.49%，最少的是園地，占0.54%。2017年年均降水量為1 163.97 mm，水資源總量為12.8億m3，水資源開發(fā)利用率僅為6.42%；文山市2017年用水總量為2.13億m3，其中，農(nóng)業(yè)用水量為1.22億m3，占總用水量比例最大，達(dá)到57.28%，工業(yè)用水量和生活用水量分別為0.52億m3，0.34億m3，分別占總用水量的24.50%，15.90%，生態(tài)用水量為0.05億m3，僅占2.31%。2017年全市總?cè)丝跒?0.46萬人，城鎮(zhèn)化率為58.6%，人均GDP 45 723元?？λ固厣絽^(qū)文山市水土資源短缺問題非常突出，水土資源利用嚴(yán)重影響著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

圖1 研究區(qū)區(qū)位

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

2017年遙感影像數(shù)據(jù)采用歐洲太空局開放存取中心(https:∥scihub.copernicus.eu/)10 m空間分辨率的Sentinel-2A數(shù)據(jù)，2000年、2010年采用美國地質(zhì)勘探局(United States Geological Survey，USGS)30 m空間分辨率的Landsat數(shù)據(jù)，基于ENVI 5.1和ArcGIS 10.2軟件，對(duì)3期遙感影像進(jìn)行人機(jī)交互式土地利用類型(耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地和水域等)和石漠化的解譯，并選取了195個(gè)樣本點(diǎn)到實(shí)地驗(yàn)證解譯結(jié)果，解譯精度達(dá)到88.18%，滿足研究需要。水資源數(shù)據(jù)來源于多年多時(shí)段的《文山市水資源綜合規(guī)劃》、《文山州水資源公報(bào)》和文山市氣象局監(jiān)測數(shù)據(jù)；土地資源數(shù)據(jù)主要是基于遙感解譯結(jié)果，通過ArcGIS 10.2軟件空間分析技術(shù)得到；人口、GDP和糧食產(chǎn)出數(shù)據(jù)來源于文山市統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)年鑒，并通過GIS技術(shù)對(duì)各行政區(qū)賦值插值得到其空間評(píng)價(jià)結(jié)果。

年降水量通過氣象站點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值得到，其他水資源各指標(biāo)運(yùn)用GIS技術(shù)通過分流域或行政區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)賦值空間插值得到；耕地面積比例、農(nóng)業(yè)用地面積比例、建設(shè)用地面積比例、林地覆蓋率、石漠化面積比例和土地開發(fā)利用率通過ArcGIS 10.2軟件從解譯結(jié)果中提取，然后對(duì)各地類分別賦值，并將其生成為100 m×100 m的漁網(wǎng)，以漁網(wǎng)柵格中心點(diǎn)值插值得到；土壤侵蝕量采用降雨量插值、GIS的Hydrology模塊、NDVI和RUSLE模型等計(jì)算得到；人均耕地面積和單位耕地糧食產(chǎn)出通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)賦值空間插值得到。所有空間數(shù)據(jù)都統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為WGS84-UTM48N投影坐標(biāo)系，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況、圖斑大小和多次試驗(yàn)結(jié)果，上圖單元空間尺度確定為30 m×30 m。

2.2 研究方法

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重確定 依據(jù)喀斯特山區(qū)文山市水土資源利用特點(diǎn)和野外實(shí)地調(diào)研結(jié)果，遵循代表性、典型性、可獲取性和科學(xué)性等原則，從水資源系統(tǒng)和土地資源系統(tǒng)兩個(gè)方面，共選取了18個(gè)指標(biāo)深入分析其時(shí)空變化特征，并以此構(gòu)建水土資源耦合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)?？λ固厣絽^(qū)文山市水資源的雙層空間結(jié)構(gòu)，地表水極易漏失，加之石漠化面積廣泛分布，土地退化嚴(yán)重，水土保持能力差，地表水極難存儲(chǔ)，水資源短缺問題非常突出，水資源利用問題已成為限制喀斯特山區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。另一方面，喀斯特山區(qū)可供利用的耕地和建設(shè)用地資源非常少，利用難度較大，水土流失嚴(yán)重，土地產(chǎn)出效益很低，進(jìn)行土地利用狀況的研究顯得尤為迫切。因此，為了更好地研究喀斯特山區(qū)水土資源系統(tǒng)在開發(fā)利用過程中的耦合協(xié)調(diào)水平，選取了較多的利用性指標(biāo)。通過最小—最大(min-max)極值標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，運(yùn)用熵值法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重[29-30]。

表1 喀斯特山區(qū)文山市水土資源耦合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.2 水土資源時(shí)空變化特征分析方法 基于選取的水資源和土地資源各指標(biāo)，運(yùn)用遙感和GIS空間分析及統(tǒng)計(jì)技術(shù)，分別對(duì)2000年、2010年、2017年的各水土資源指標(biāo)進(jìn)行空間制圖，并通過統(tǒng)計(jì)方法，分析喀斯特山區(qū)水土資源時(shí)空變化特征。

2.2.3 水土資源耦合協(xié)調(diào)度模型構(gòu)建

(1) 耦合度模型構(gòu)建。耦合度是指兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)之間相互作用的程度，這里指水資源和土地資源兩個(gè)系統(tǒng)相互作用相互影響的程度。

C=n{(θ1×θ2×…×θn)/(θ1+θ2+…+θn)n}1/n

(1)

式中:θn為子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；n為子系統(tǒng)數(shù)量；C為耦合度。由于這里只有水資源和土地資源2個(gè)子系統(tǒng),所以n=2,故C=2{(θ1×θ2)/(θ1+θ2)2}1/2，θ1和θ2分別為水資源和土地資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

(2) 協(xié)調(diào)度模型構(gòu)建。協(xié)調(diào)度是指子系統(tǒng)之間或系統(tǒng)要素間相互作用過程中耦合程度的大小，這里指水資源和土地資源兩個(gè)系統(tǒng)的耦合程度大小。

D=(C×T)1/2

(2)

式中:D為水土資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度；T為水資源和土地資源的綜合協(xié)調(diào)指數(shù),用以反映區(qū)域水土資源系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)效應(yīng)；T=αθ1+βθ2,α和β分別為水資源系統(tǒng)和土地資源系統(tǒng)貢獻(xiàn)度待定系數(shù),由于水土資源系統(tǒng)相互影響相互作用,兩個(gè)子系統(tǒng)作用相同,因此取α=β=0.5。

(3) 水土資源耦合協(xié)調(diào)分類體系。為充分反映水資源系統(tǒng)和土地資源系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)程度，參考相關(guān)研究成果，依據(jù)協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果大小，對(duì)水土資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)程度進(jìn)行分類，將喀斯特山區(qū)文山市水土資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)程度分為極度協(xié)調(diào)、高度協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、低度協(xié)調(diào)和失調(diào)衰退5個(gè)等級(jí)(表2)。

表2 喀斯特山區(qū)文山市水土資源耦合協(xié)調(diào)分類體系

3 結(jié)果與分析

3.1 喀斯特山區(qū)水資源時(shí)空變化特征

3.1.1 水資源量變化特征 2000年、2010年、2017年的年降水量平均值分別為861.04，799.85，1 163.97 mm，2010年文山市正逢大旱，降水稀少，而2017年區(qū)域平均降雨偏多，水資源較豐富。2000—2017年降水量較多的區(qū)域由南部→東南部→西南部轉(zhuǎn)移，北部降水量一直偏少；2000—2017年市域西南部和東南部人均水資源量較多，其他區(qū)域較少，這與年降水量的空間分布一致，因?yàn)榻邓疄閰^(qū)域水資源量的主要來源(圖2)。

圖2 不同年份的評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果

3.1.2 產(chǎn)業(yè)用水量變化特征 2000—2017年，農(nóng)業(yè)用水量由南部較多向東南部轉(zhuǎn)移，這主要與東南部的人口快速增長和耕地開墾較多有關(guān)；2000—2017年由于工業(yè)企業(yè)的不斷增多，工業(yè)用水量不斷增加，工業(yè)用水量主要集中在北部工業(yè)片區(qū)，其次是中東部市區(qū)，其他區(qū)域很少，但到2017年呈現(xiàn)出向南部和東部擴(kuò)張的趨勢，這與東南部的產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展有較大關(guān)系；生活用水量不斷增加，且主要集中在文山市城區(qū)，但到2017年明顯呈現(xiàn)出東南部多于西北部的特征，這與東南部的人口增加和產(chǎn)業(yè)發(fā)展有關(guān)；生態(tài)用水量不斷增加，且主要集中在市區(qū)，但整體上東南部用水量多于西北部，2010—2017年明顯呈現(xiàn)出向全市范圍擴(kuò)張的趨勢，說明生態(tài)環(huán)境保護(hù)得到加強(qiáng)；萬元GDP用水量不斷減少，表明區(qū)域用水效率在不斷提高。其中2000—2010年由萬元GDP用水量較多的中部、東南部和北部向西部縮小轉(zhuǎn)移，除西部壩心鄉(xiāng)用水量較多之外，其他區(qū)域明顯減少，2010—2017年用水量較多區(qū)域由西部向東部縮小轉(zhuǎn)移，除東部小范圍外，其他區(qū)域用水量都大幅度減少，表明文山市的產(chǎn)業(yè)用水效率得到提升(圖2)。

3.1.3 供需與開發(fā)利用變化特征 2000—2010年除西南部外，其他區(qū)域水資源供需比例均大幅度提高，表明區(qū)域整體水資源供給能力增強(qiáng)，2010—2017年供需比例呈現(xiàn)出東南部大于西北部的特征，主要因?yàn)闁|南部產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和水資源開發(fā)力度加大；隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)水平的提高，2000—2017年水資源開發(fā)利用率不斷提升，2000年、2010年、2017年的水資源開發(fā)利用率平均值分別為4.23%，6.50%和7.77%。2000—2017年都是東中部的市區(qū)水資源開發(fā)利用率最高，但2000—2010年北部的馬塘鎮(zhèn)開發(fā)利用率有所提高，因?yàn)轳R塘鎮(zhèn)發(fā)展成為了區(qū)域最大的工業(yè)片區(qū)，2010—2017年水資源開發(fā)利用率除北部的馬塘鎮(zhèn)繼續(xù)提高外，市域東部和南部的開發(fā)利用率也明顯提升，因?yàn)槭杏驏|南部的高原特色農(nóng)業(yè)和民族文化產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來(圖2)。

3.2 喀斯特山區(qū)土地資源時(shí)空變化特征

3.2.1 耕地資源變化特征 2000—2010年耕地面積比例大幅度上升，其中，東南部上升最明顯，其次是西南部和東北部，主要因?yàn)檫@一時(shí)期人口快速增長，對(duì)耕地的需求量較大，所以大量耕地被開墾。2010—2017年全市耕地面積都有所減少，但局部地區(qū)有增加，這與退耕還林工程實(shí)施的分布區(qū)域有關(guān)；2000年、2010年、2017年人均耕地面積平均值分別為0.35，0.34，0.32 hm2，人均耕地面積不斷減少，因?yàn)槿丝谠诓粩嘣黾?，但農(nóng)民外出打工較多，很多耕地都被退耕還林了，耕地面積減少。2000—2017年人均耕地面積整體為東南部少、西北部多，但2000—2017年東南部人均耕地面積明顯增加，這與東南部的現(xiàn)代高原特色農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展有關(guān)(圖2)。

3.2.2 耕地糧食產(chǎn)出變化特征 2000—2017年單位耕地糧食產(chǎn)出不斷增加，2000年、2010年、2017年單位耕地糧食產(chǎn)出平均值分別為1 087.09，1 263.56，1 634.23 kg，表明文山市土地生產(chǎn)能力在不斷提高。2000—2010年除東北部之外，其他區(qū)域糧食產(chǎn)出均明顯增加，2010—2017年單位耕地糧食產(chǎn)出南部多、北部少，其中，東南部的新平街道成為糧食產(chǎn)出的最高區(qū)，因?yàn)樵摻值缹儆谑袇^(qū)，不僅擁有優(yōu)質(zhì)的耕地資源，還有發(fā)達(dá)的耕作和種植技術(shù)，所以糧食產(chǎn)出較高(圖2)。

3.2.3 土地利用變化特征 2000—2017年，全市農(nóng)用地面積比例不斷降低，但總體上西部和南部高、東部和北部低，其中，東部的市區(qū)農(nóng)用地面積減少最明顯，轉(zhuǎn)為了城鎮(zhèn)建設(shè)用地；建設(shè)用地面積比例不斷上升，其中，東部的市區(qū)建設(shè)用地面積增加最明顯，其次是北部的馬塘鎮(zhèn)和南部各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這主要是因?yàn)槌鞘械臄U(kuò)張、北部工業(yè)的發(fā)展和南部特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都增加了對(duì)建設(shè)用地的需求；林地覆蓋率整體西南部高、東北部低，但局部地區(qū)覆蓋率變化較明顯，這與退耕還林還草和石漠化治理工程實(shí)施的空間分布差異有關(guān)；土地開發(fā)利用率不斷提高，西南部、東南部和西北部變化比較明顯，這與區(qū)域石漠化空間變化、產(chǎn)業(yè)布局及發(fā)展程度有關(guān)(圖2)。

3.2.4 石漠化變化特征 2000—2017年石漠化面積比例總體呈下降趨勢，其中，2000—2010年東南部石漠化面積大量減少，而西北部卻增加，呈現(xiàn)出東南部向西北部轉(zhuǎn)移的趨勢，這與石漠化治理、退耕還林還草和人類活動(dòng)強(qiáng)度有較大關(guān)系，2010—2017年西北部石漠化面積繼續(xù)增加，東南部和西南部減少(圖2)，這種變化與區(qū)域水土資源稟賦和石漠化治理工程實(shí)施的時(shí)間長短及空間分布差異有關(guān)。

3.2.5 土壤侵蝕量變化特征 2000—2017年土壤侵蝕量總體呈增加趨勢，2000年、2010年、2017年土壤侵蝕量平均值分別為65.20，50.20，917.39 t/(hm2·a)，其中，2010—2017年土壤侵蝕量大幅度增加，主要因?yàn)樵摃r(shí)期降雨較多，加之喀斯特山區(qū)坡度較大、土層薄，地表徑流侵蝕嚴(yán)重，極易引起水土流失；2000—2010年土壤侵蝕量西南部低、東北部高，但2010年西南部侵蝕量明顯減少，主要因?yàn)槲髂喜恐脖桓采w率提高，加之2010年文山市正逢大旱，降水少，雨水的侵蝕作用明顯減弱。2010—2017年土壤侵蝕量較多區(qū)域由東北部向西南部和東南部轉(zhuǎn)移，這與降雨和石漠化的空間變化有關(guān)(圖2)。

3.3 喀斯特山區(qū)水土資源耦合協(xié)調(diào)特點(diǎn)分析

3.3.1 水土資源耦合協(xié)調(diào)度數(shù)量結(jié)構(gòu)變化特征 文山市2000年水土資源耦合協(xié)調(diào)整體水平較高，水土資源耦合協(xié)調(diào)度為0.409 8～0.855 7，平均值為0.683 8，屬于協(xié)調(diào)類，處于中度協(xié)調(diào)中上狀態(tài)。從各耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)面積比例來看，高度協(xié)調(diào)面積最大，為163 015.59 hm2，占土地總面積的54.98%，中度協(xié)調(diào)次之，面積為97 453.02 hm2，占全市總面積的32.87%，低度協(xié)調(diào)面積最小，為36 048.90 hm2，僅占12.16%(圖3)。

圖3 2000年水土資源耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)結(jié)果

文山市2010年水土資源耦合協(xié)調(diào)整體水平較高，水土資源耦合協(xié)調(diào)度為0.456 4～0.857 7，平均值為0.700 5，屬于協(xié)調(diào)類，處于中度協(xié)調(diào)偏上狀態(tài)，從各耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)面積比例來看，高度協(xié)調(diào)面積最大，為210 938.07 hm2，占土地總面積的71.14%，中度協(xié)調(diào)次之，面積為60 754.98 hm2，占全市總面積的20.49%，低度協(xié)調(diào)面積最小，為24 824.46 hm2，僅占8.37%(圖4)。

圖4 2010年水土資源耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)結(jié)果

文山市2017年水土資源耦合協(xié)調(diào)整體水平較高，水土資源耦合協(xié)調(diào)度為0.436 7～0.825 6，平均值為0.683 8，屬于協(xié)調(diào)類，處于中度協(xié)調(diào)中上狀態(tài)。從各耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)面積比例來看，高度協(xié)調(diào)面積最大，為168 815.97 hm2，占土地總面積的56.93%，中度協(xié)調(diào)次之，面積為90 334.44 hm2，占全市總面積的30.47%，低度協(xié)調(diào)面積最小，為37 367.10 hm2，僅占12.60%(圖5)。

圖5 2017年水土資源耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)結(jié)果

由此可見，2000—2017年喀斯特山區(qū)文山市水土資源耦合協(xié)調(diào)整體水平都較高，其中，2010年水土資源耦合協(xié)調(diào)水平最好，2000年、2017年水土資源耦合協(xié)調(diào)水平趨同，相比2010年耦合協(xié)調(diào)水平都較低，這主要是因?yàn)?010年石漠化面積比例比2000年、2017年都要低，石漠化區(qū)域地表水易漏失、水土流失嚴(yán)重，極易導(dǎo)致水土資源系統(tǒng)失衡，對(duì)水土資源耦合協(xié)調(diào)水平影響很大。2000年、2017年水土資源耦合協(xié)調(diào)度平均值都為0.683 8，2010年的耦合協(xié)調(diào)度平均值比2000年、2017年都高0.016 7。2010年高度協(xié)調(diào)面積比例比2000年、2017年分別高16.16%，14.21%，中度協(xié)調(diào)面積比例分別比2000年、2017年低12.38%，9.98%，低度協(xié)調(diào)面積比例分別比2000年、2017年低3.79%，4.23%。

3.3.2 水土資源耦合協(xié)調(diào)時(shí)空變化特征 2000年市域東北部、東部和南部水土資源耦合協(xié)調(diào)性較差，尤其是東北部和東南部最為明顯，西部水土資源耦合協(xié)調(diào)水平較高(圖3)；2010年市域東部、北部和南部水土資源耦合協(xié)調(diào)性較差，東北部和東南部仍然為低協(xié)調(diào)面積分布最廣的區(qū)域，西部和中部水土資源耦合協(xié)調(diào)水平較高(圖4)；2017年市域西北部、東北部、東部和東南部水土資源耦合協(xié)調(diào)性較差，西部、西南部和中部水土資源耦合協(xié)調(diào)水平較高(圖5)?？梢钥闯?，2000—2017年喀斯特山區(qū)文山市東北部、東部和東南部水土資源耦合協(xié)調(diào)性一直都較差，西部和中部耦合協(xié)調(diào)水平較高，其中，文山市市區(qū)水土資源耦合協(xié)調(diào)水平一直都較高。2000—2010年東北部、東部和東南部水土資源耦合協(xié)調(diào)度都較低，但2010年相比2000年西北部水土資源耦合協(xié)調(diào)性變差，西南部耦合協(xié)調(diào)水平提高，市區(qū)水土資源耦合協(xié)調(diào)度最高；2010—2017年西北部大面積區(qū)域水土資源耦合協(xié)調(diào)性變差，西南部耦合協(xié)調(diào)水平繼續(xù)得到提高，市區(qū)水土資源耦合協(xié)調(diào)度仍然最高；2000—2017年西北部和西南部水土資源耦合協(xié)調(diào)水平變化最明顯，其耦合協(xié)調(diào)度分別降低和提高，這與石漠化面積比例空間分布變化直接相關(guān)，2000—2017年西北部石漠化面積增加，而西南部石漠化面積減少(圖3—5)。

3.3.3 水土資源耦合協(xié)調(diào)水平空間差異因素 文山市市區(qū)水土資源耦合協(xié)調(diào)水平一直都較好，主要是因?yàn)樽鳛閰^(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中心，這里壩區(qū)面積大，無石漠化，土壤侵蝕量少，基礎(chǔ)設(shè)施和水利設(shè)施完善，水資源開發(fā)利用率較高，水資源調(diào)配能力和供給保障能力較強(qiáng)，水土資源條件良好，有利于水土資源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與平衡；市域水土資源耦合協(xié)調(diào)度較高的區(qū)域基本上無石漠化，年降水量多，林地覆蓋率較高，植被生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、水土保持和調(diào)節(jié)水土資源的能力較強(qiáng)，另外，區(qū)域耕地面積分布也較大，耕地的水土資源條件一般都較好，所以整體水土耦合協(xié)調(diào)水平較高；水土資源耦合協(xié)調(diào)性較差區(qū)域大部分位于石漠化較嚴(yán)重處，土地資源質(zhì)量低，坡度大，加之喀斯特地貌地表水滲漏嚴(yán)重，保水能力非常差，水土資源匹配水平低，應(yīng)通過退耕還林、退耕還草和坡耕地改造等生態(tài)修復(fù)工程措施，加大對(duì)石漠化的治理力度，改善水土資源條件，提高水土資源開發(fā)利用率，促進(jìn)水土資源耦合協(xié)調(diào)程度的提升。同時(shí)，水土資源耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)出和土地石漠化空間分布一致的規(guī)律，無石漠化區(qū)域水土資源耦合協(xié)調(diào)度處于高度協(xié)調(diào)狀態(tài)，有石漠化的區(qū)域?yàn)橹卸葏f(xié)調(diào)和低度協(xié)調(diào)狀態(tài)，且石漠化程度越高，耦合協(xié)調(diào)度越低，說明土地石漠化對(duì)水土資源耦合協(xié)調(diào)度產(chǎn)生較大影響。總之，要想提高文山市整體的水土資源耦合協(xié)調(diào)水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，必須加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)，并提出符合喀斯特山區(qū)文山市實(shí)際的發(fā)展模式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級(jí)改造，提高水土資源利用效率。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

(1) 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的探討。本文從水資源和土地資源系統(tǒng)兩個(gè)方面共選取了18個(gè)指標(biāo)，詳細(xì)分析各指標(biāo)時(shí)空變化特征，并構(gòu)建水土資源耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)體系，研究水土資源系統(tǒng)相互影響和相互制約的聯(lián)動(dòng)特征。在水資源系統(tǒng)方面，大部分研究主要選取了降水量、水資源量、用水量和水資源供需狀況等指標(biāo)，喀斯特山區(qū)水資源的二元結(jié)構(gòu)，使地表水資源非常匱乏，且開發(fā)利用難度大，影響區(qū)域水土資源的匹配水平和動(dòng)態(tài)平衡；喀斯特山區(qū)水資源利用率低下，是限制區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素，并影響著土地資源的開發(fā)利用及水土資源耦合協(xié)調(diào)水平；其他指標(biāo)均能較好地反映喀斯特山區(qū)降水量、用水量和供需水等狀況。在土地資源系統(tǒng)方面，人們主要選取了耕地、糧食產(chǎn)量、森林覆蓋率和建設(shè)用地等指標(biāo)，石漠化面積比例是喀斯特地區(qū)特殊的指標(biāo)，石漠化不僅使土地質(zhì)量下降且利用難度增大，而且容易導(dǎo)致地表水流失，加劇水土流失，從而影響整個(gè)區(qū)域的水土資源平衡和耦合協(xié)調(diào)水平；喀斯特山區(qū)山地多壩區(qū)少，耕地、農(nóng)用地和建設(shè)用地面積比例能體現(xiàn)對(duì)土地資源的利用狀況，其他指標(biāo)都能較好地反映喀斯特山區(qū)土地資源數(shù)量與質(zhì)量、耕地產(chǎn)出能力、開發(fā)利用程度和土壤侵蝕狀況等。然而，為了更好地探討水土資源在開發(fā)利用過程中的耦合協(xié)調(diào)水平，未來可在水資源系統(tǒng)和土地資源系統(tǒng)兩方面構(gòu)建指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，從資源的供給、需求和開發(fā)利用3個(gè)角度，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行更深入的分類，加強(qiáng)對(duì)水土資源的供需平衡與開發(fā)利用過程的理解，拓展水土資源耦合研究的廣度和深度，促進(jìn)區(qū)域水土資源的合理利用。

(2) 水土資源耦合協(xié)調(diào)的綜合探討。水土資源系統(tǒng)是非線性、復(fù)雜和多層次的整體系統(tǒng)，構(gòu)成系統(tǒng)的各要素既相互促進(jìn)又相互制約，協(xié)同演化，開展水土資源耦合研究有利于識(shí)別區(qū)域水土資源的協(xié)調(diào)狀況，提高水土資源利用效率。國際上，對(duì)水土資源的研究主要集中在利用遙感、地信、統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等對(duì)土地利用與覆被變化、土地利用與流域水資源關(guān)系、土地利用與生態(tài)安全和區(qū)域水土資源優(yōu)化配置等進(jìn)行探討[31-32]。最近出現(xiàn)了以系統(tǒng)耦合協(xié)同理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用非線性系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)和耗散系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部要素的關(guān)系及系統(tǒng)整體狀態(tài)變化的評(píng)價(jià)和分析，如區(qū)域經(jīng)濟(jì)與環(huán)境系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化與土地利用等。然而，對(duì)多系統(tǒng)的空間耦合協(xié)調(diào)和小尺度區(qū)域的水土資源耦合研究還需進(jìn)一步深入，尤其是喀斯特山區(qū)。因此，研究以滇東南典型喀斯特山區(qū)文山市為例，對(duì)水土資源耦合協(xié)調(diào)時(shí)空變化狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，并依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果和喀斯特山區(qū)水土資源利用特點(diǎn)，構(gòu)建了喀斯特山區(qū)水土資源耦合協(xié)調(diào)度分類體系，研究突破了以往以行政單元為評(píng)價(jià)尺度，實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域的空間柵格單元水土資源耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)價(jià)精度得到提高。但論文對(duì)水資源與土地資源的影響機(jī)制、協(xié)同響應(yīng)機(jī)制和驅(qū)動(dòng)因素等還未進(jìn)一步探討，在未來的水土資源耦合研究中，應(yīng)通過建立開放式的水土資源綜合系統(tǒng)，將水土資源系統(tǒng)及相關(guān)影響因素構(gòu)成的系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，對(duì)水資源系統(tǒng)、土地資源系統(tǒng)及協(xié)同影響機(jī)制和驅(qū)動(dòng)力等進(jìn)行綜合分析，將是實(shí)現(xiàn)水土資源耦合綜合研究的重要方向。

4.2 結(jié) 論

(1) 2000—2017年降水量較多區(qū)域由南部→東南部→西南部轉(zhuǎn)移，人均水資源量空間變化不大；2000—2017年農(nóng)業(yè)用水量由南部較多向東南部轉(zhuǎn)移，市域北部的工業(yè)區(qū)工業(yè)用水量最多，市區(qū)的生活和生態(tài)用水量最多；2000—2017年萬元GDP用水量較多區(qū)域由中部、東南部和北部→西部→東部縮小轉(zhuǎn)移，水資源供需比例整體上東南部高于西北部，東中部的市區(qū)水資源開發(fā)利用率最高，但市域北部的馬塘鎮(zhèn)、東部和南部明顯提升。

(2) 2000—2010年東南部耕地面積比例上升最明顯；2000—2010年除東北部之外，單位耕地糧食產(chǎn)出均明顯增加，2010—2017年南多北少；2000—2017年市區(qū)農(nóng)用地面積比例降低最明顯，而建設(shè)用地面積比例上升最明顯；石漠化面積比例較高區(qū)域由東南部、西南部向西北部轉(zhuǎn)移；2000—2010年西南部土壤侵蝕量大量減少，2010—2017年較多區(qū)域由東北部向西南部和東南部轉(zhuǎn)移；土地開發(fā)利用率西南部、東南部和西北部變化較明顯。

(3) 2000—2017年文山市水土資源耦合協(xié)調(diào)整體水平都較高，但2010年水土資源耦合協(xié)調(diào)水平最好，2010年的耦合協(xié)調(diào)度平均值比2000年、2017年都高0.016 7。2010年高度協(xié)調(diào)面積比例比2000年、2017年分別高16.16%，14.21%，中度協(xié)調(diào)面積比例分別比2000年、2017年低12.38%，9.98%，低度協(xié)調(diào)面積比例分別低3.79%，4.23%。從空間分布看，2000—2017年市域東北部、東部和東南部水土資源耦合協(xié)調(diào)性一直都較差，西部和中部較好，其中，西北部和西南部水土資源耦合協(xié)調(diào)水平變化最明顯，其耦合協(xié)調(diào)度分別明顯降低和升高。水土資源耦合協(xié)調(diào)度與土地石漠化空間分布一致的規(guī)律，石漠化程度越高，耦合協(xié)調(diào)度越低，說明石漠化對(duì)水土資源耦合協(xié)調(diào)產(chǎn)生很大影響。