摘要：分析黃河流域各省份的生態(tài)環(huán)境問題，探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演化特征及其與能源、經(jīng)濟、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀，對促進黃河流域高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展有著重大價值。構(gòu)建4E系統(tǒng)評價指標體系，基于黃河流域9省區(qū)2000、2010和2020年的土地利用數(shù)據(jù)及能源、經(jīng)濟、環(huán)境相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演化特征及其分別與能源、經(jīng)濟、環(huán)境二元及四元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平。結(jié)果表明：2000—2020年黃河流域的耕地和未利用地面積不斷減少，林地、水域和建設(shè)用地的面積不斷增加，草地面積先減后增；從時間維度看，九省區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從2000年的18 385.52億元增長到2020年的80 242.06億元；從空間維度來看，黃河流域上游省份的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高；研究期內(nèi)，黃河流域各省份的生態(tài)、能源、經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)，各二元系統(tǒng)及四元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)水平均呈緩慢上升趨勢。但甘肅和寧夏四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化幅度較低，尤其是寧夏生態(tài)-能源-環(huán)境-經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平仍處于輕度失調(diào)狀態(tài)。據(jù)此，提出完善區(qū)域?qū)訖C制，優(yōu)化國土空間布局；優(yōu)化工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，培育壯大新興產(chǎn)業(yè)；嚴控工業(yè)廢物排放，助推產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型等發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；土地利用變化；耦合協(xié)調(diào)；黃河流域

中圖分類號：X171.1；F124.5；X22 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2024.01.007

1992年，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上被正式提出。接著，我國于1994年發(fā)布《中國21世紀議程——中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》，提出了一系列全面的、具有針對性的、可操作性的可持續(xù)發(fā)展措施。后來，1997年黨的十五大和1998年第九屆全國人大一次會議均指出踐行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是我國跨世紀發(fā)展的重要任務(wù)。可持續(xù)發(fā)展的實質(zhì)就是相互作用、相互制約的自然與社會系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。確?？沙掷m(xù)發(fā)展需要研究自然的、社會的、生態(tài)的、經(jīng)濟的以及利用自然資源過程中的基本關(guān)系［1］，即：可持續(xù)發(fā)展涉及生態(tài)、能源、經(jīng)濟和環(huán)境四個系統(tǒng)（簡稱4E系統(tǒng)），可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)一方面需要實現(xiàn)社會經(jīng)濟健康發(fā)展，另一方面也需要保證能源、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。為推進生態(tài)文明建設(shè)，近年來，國家相繼出臺了一系列政策法規(guī)，如《中華人民共和國生態(tài)文明建設(shè)推進法》《生態(tài)文明體制改革總體方案》等。黨的二十大也明確提出，要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和，推動綠色發(fā)展，促進人與自然和諧共生。但城市化和產(chǎn)業(yè)化進程的加快仍然使得環(huán)境污染問題日益突出。

作為我國的第二長河，黃河擁有豐富的自然資源和遺產(chǎn)，對我國經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。然而，長期以來，受到人類活動和自然因素的影響，黃河流域的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，水土流失、水資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等問題比較突出。為了解決這些問題，國家先后出臺了《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》《中華人民共和國黃河保護法》等政策法規(guī)，明確將黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展作為國家戰(zhàn)略。2019年9月18日，在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上，習(xí)近平總書記指出，要加強對黃河流域共同保護、協(xié)同治理，促進全流域高質(zhì)量發(fā)展。“十四五”規(guī)劃也指出要立足資源環(huán)境承載能力，優(yōu)化國土空間布局，推進城市生態(tài)修復(fù)，推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展。經(jīng)濟的快速發(fā)展需要能源與資源的支撐，然而，脆弱的生態(tài)環(huán)境和超限的資源承載等均是黃河流域當(dāng)前面臨的問題，這也造成了區(qū)域生態(tài)保護與經(jīng)濟增長之間尖銳的矛盾。作為連接自然環(huán)境和經(jīng)濟社會系統(tǒng)需求與福祉的紐帶，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是優(yōu)化調(diào)控區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的有效工具［2］?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值探究黃河流域生態(tài)、能源、經(jīng)濟和環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展，不僅能豐富生態(tài)經(jīng)濟學(xué)理論的應(yīng)用范圍，而且能夠為黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展決策的制定和選擇提供參考依據(jù)，對于貫徹落實新發(fā)展理念，推進黃河流域生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

1 文獻述評

20世紀下半葉，生態(tài)經(jīng)濟矛盾日益尖銳，西方生態(tài)經(jīng)濟學(xué)應(yīng)運而生。針對生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展的問題，學(xué)術(shù)界展開了大量的研究。20世紀60年代，美國經(jīng)濟學(xué)家首次明確了生態(tài)經(jīng)濟學(xué)的概念，Boulding［3］認為生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)之間有矛盾存在，具體表現(xiàn)為全球經(jīng)濟增長引發(fā)了一系列諸如氣候變化、環(huán)境與土地污染、生物多樣性減少等的生態(tài)環(huán)境問題，基于此，他提出了“生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調(diào)理論”。國外學(xué)者對生態(tài)、能源、經(jīng)濟和環(huán)境的研究經(jīng)歷了“單系統(tǒng)-二元系統(tǒng)-多元系統(tǒng)”的發(fā)展階段。Kraft等［4］首先調(diào)查了經(jīng)濟增長和能源消耗之間的關(guān)系。Grossman和Krueger［5］觀察到經(jīng)濟增長與環(huán)境質(zhì)量呈倒U形曲線，Panayotou［6］稱之為環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）關(guān)系。這些研究主要集中在能源-經(jīng)濟、經(jīng)濟-環(huán)境和環(huán)境-能源的二元系統(tǒng)上。由于人們對能源、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的認識日益增強，學(xué)者們意識到這種二元體系不足以全面、系統(tǒng)地考察能源、經(jīng)濟、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，許多能源機構(gòu)和環(huán)保機構(gòu)與經(jīng)濟學(xué)家合作，構(gòu)建了多個子系統(tǒng)的研究框架，研究其協(xié)調(diào)發(fā)展狀況。相關(guān)研究內(nèi)容可分為三類：第一類是對各系統(tǒng)相互關(guān)系的研究［7-8］；第二類是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的研究［9-10］；第三類是多元系統(tǒng)對外部的影響，如能源結(jié)構(gòu)、技術(shù)創(chuàng)新等［11-12］。

國內(nèi)對生態(tài)經(jīng)濟學(xué)的研究起步較晚，經(jīng)濟學(xué)家許滌新［13］于1984年提出了“生態(tài)平衡”論，認為在制定經(jīng)濟政策時要充分考慮當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境和生態(tài)條件，標志著中國生態(tài)經(jīng)濟學(xué)研究的開始。我國生態(tài)經(jīng)濟學(xué)的建立和發(fā)展反映了實現(xiàn)經(jīng)濟與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。為實現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展，推動黃河流域沿線各省份的可持續(xù)發(fā)展，學(xué)者們對此做了大量研究，主要集中在三個方面：

一是對黃河流域生態(tài)環(huán)境的研究。楊澤康等［14］使用GEE平臺對30年來黃河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行了分析，發(fā)現(xiàn)研究期內(nèi)黃河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體向好。茹少峰和馬茹慧［15］以2005—2018 年黃河流域73 個城市為研究對象，分別采用主成分分析法、空間相關(guān)分析法和CA-Markov模型計算了研究區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱指數(shù)，揭示了研究區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的時空演變特征。奚雪松等［16］通過評價黃河流域不同生態(tài)空間、不同生態(tài)過程的環(huán)境質(zhì)量和安全性，構(gòu)建了流域綜合生態(tài)安全格局。

二是對黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的研究，包括對黃河流域高質(zhì)量發(fā)展水平及其制約因素的研究。劉洋和馬靜［17］利用動態(tài)因子分析法和社會網(wǎng)絡(luò)分析法分析了黃河流域9個中心城市的高質(zhì)量發(fā)展水平及其空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，張安忠［18］運用熵權(quán)TOPSIS法評價了黃河流域文化產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展水平，王甜甜［19］認為生態(tài)保護不當(dāng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重復(fù)、經(jīng)濟發(fā)展差距大等現(xiàn)狀是限制黃河流域經(jīng)濟聯(lián)動高質(zhì)量發(fā)展的主要原因，郭晗［20］提出水資源不足、環(huán)境污染、流域缺乏綜合管控機制等因素共同制約了黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展；

三是對黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展的耦合關(guān)系的研究。劉琳軻等［21］利用面板向量自回歸模型分析發(fā)現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展兩個子系統(tǒng)之間具有正向作用，但作用機制不顯著；任保平和杜宇翔［22］以黃河流域62個地級市為研究對象，運用耦合協(xié)調(diào)度模型分析了研究區(qū)經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境各系統(tǒng)的綜合水平及其協(xié)調(diào)水平。張偉麗等［23］以黃河流域75個地級市為研究對象，運用耦合協(xié)調(diào)度模型探究生態(tài)保護與經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)水平，并運用社會網(wǎng)絡(luò)分析法分析了其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征。

另外，關(guān)于黃河流域多系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究也相當(dāng)豐富，早期多為定性研究，如生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的策略研究［24］；2019年，黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展成為重大國家戰(zhàn)略之后，相關(guān)研究更加多元化，出現(xiàn)了二元系統(tǒng)［25-26］、三元系統(tǒng)［27-29］，甚至四元系統(tǒng)［30］協(xié)調(diào)發(fā)展的研究，這些研究多通過構(gòu)建評價指標體系衡量系統(tǒng)間協(xié)調(diào)水平，并通過熵值法或?qū)哟畏治龇ù_定指標權(quán)重。

總體來看，黃河流域在區(qū)域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展方面的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，但當(dāng)前關(guān)于黃河流域4E 系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平的研究多使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)評價區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況［30-31］，如人均水資源量、工業(yè)用水占用水總量的比例、人均耕地面積等，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性被掩蓋，評價結(jié)果難以反映區(qū)域真實的的生態(tài)環(huán)境狀況。而作為生態(tài)學(xué)和地理學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值可以衡量生態(tài)系統(tǒng)及其物種能夠為人類所提供的人類賴以生存的自然環(huán)境條件及效用大?。?2］。如何在復(fù)合生態(tài)視域下，把握生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的外在時空演化及其與能源、經(jīng)濟和環(huán)境系統(tǒng)的內(nèi)在交互機理，識別區(qū)域生態(tài)問題，維持區(qū)域生態(tài)平衡，促進區(qū)域高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展，是當(dāng)前研究亟待解決的問題?；诖耍x取黃河流域九省區(qū)的全行政區(qū)為研究區(qū)域，基于2000、2010 和2020 年的土地利用數(shù)據(jù)及能源、經(jīng)濟、環(huán)境相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立耦合協(xié)調(diào)模型研究黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演化特征及其與能源、經(jīng)濟、環(huán)境二元及四元系統(tǒng)的耦合關(guān)系，具有一定的新穎性。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

黃河自西向東流經(jīng)青、蜀、隴、寧、蒙、陜、晉、豫、魯九個省區(qū)，跨越西部、中部、東部三大經(jīng)濟地帶，全長約5 464千米。從整體來看，黃河流域涉及九省區(qū)的全行政區(qū)面積、人口、耕地面積和糧食產(chǎn)量均占全國30％以上，但流域內(nèi)各省GDP總值僅占全國的25%。此外，黃河流域能礦資源豐富，是我國重要的煤炭消費和能源重化工基地，工業(yè)廢物的排放嚴重污染了流域生態(tài)環(huán)境，加之流域生態(tài)環(huán)境本底脆弱，上游荒漠化、中游水土流失、下游泥沙淤積等問題日益嚴重，對黃河中上游部分河段的生態(tài)功能造成極大影響。從內(nèi)部來看，黃河流域各省自然要素存在一定差異，生態(tài)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展不均衡，黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展目標的實現(xiàn)，不只是某些地區(qū)或某個省份的事情，要解決涉及多部門、多行業(yè)、多層次、多區(qū)域的復(fù)雜現(xiàn)實問題，需要九省在政策制度、法律法規(guī)、文化教育、科技創(chuàng)新、工程建設(shè)等諸多方面共同行動、團結(jié)合作。為深入探究黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與能源-經(jīng)濟-環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展情況和空間分布格局，故把九省區(qū)作為一個研究整體考慮。

2.2 數(shù)據(jù)來源

黃河流域九省區(qū)的矢量底圖及其2000年、2010年和2020年的土地利用數(shù)據(jù)均來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn），借助Arcgis軟件將其分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地六種土地利用類型；各省份與能源、經(jīng)濟、環(huán)境相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要來源于各年份各省份統(tǒng)計年鑒和《中國能源統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《中國城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》《中國城市統(tǒng)計年鑒》。

3 研究方法

3.1 當(dāng)量因子法

當(dāng)量因子法是測算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的常用方法，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算包含確定標準當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值、修訂研究區(qū)當(dāng)量因子表系數(shù)、確定單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表、計算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值四方面的內(nèi)容。

3.1.1 標準當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的確定

一個標準當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相當(dāng)于當(dāng)年全國平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7［33-34］。通過公式（1）得到2000、2010、2020年黃河流域一個標準當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為565.38、1 567.73、2 187.39元/hm2。

其中，Ei 為i 年一個一個標準當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Pi為i 年黃河流域各省份糧食的平均價格（元/kg）；Qi 為i年黃河流域各省份糧食的單位面積產(chǎn)量（kg/hm2）；其中，為消除物價波動對價值變化的干擾，用居民消費指數(shù)（CPI）對糧食的平均價格進行了平減［35］。

3.1.2 研究區(qū)當(dāng)量因子表系數(shù)修訂

為測算便于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，謝高地等［36］基于Costanza等的研究［37］對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究，通過問卷調(diào)查對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表進行了修訂。但該當(dāng)量因子表是對全國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的平均狀態(tài)的反映，為提高價值測算的準確性，在對局部區(qū)域進行研究時應(yīng)當(dāng)結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況對當(dāng)量因子表進行修訂，修訂系數(shù)可用研究區(qū)單位面積糧食產(chǎn)量與全國單位面積糧食產(chǎn)量之比來表示［38］，計算得到2000、2010、2020年黃河流域當(dāng)量因子表的修訂系數(shù)為0.81、0.88、0.9。

3.1.3 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表

根據(jù)公式（2），計算各土地類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)［39］。

VCik = Ei × Fik （2）

其中，VCik 為i 年第k 種土地利用類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)（元/hm2）；Ei 為i 年一個標準當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Fik 為修訂后的i 年第k 種土地利用類型單位面積價值當(dāng)量因子。

3.1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算

根據(jù)公式（3）分別計算各省份各年份各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值［39］。

其中，ESVit 為i 年生態(tài)系統(tǒng)第t 項服務(wù)功能價值；Aik 是i年土地利用類型k 的面積（hm2）；VCikt 是i 年土地利用類型k 的第t 項服務(wù)功能價值系數(shù)（元/hm2）。

3.2 評價指標體系

借鑒已有指標體系相關(guān)成果［30-31，40］，參照4E系統(tǒng)的耦合機理，本著科學(xué)性、完整性、代表性以及數(shù)據(jù)可得性原則，以黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展為目標層，構(gòu)建涵蓋生態(tài)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)4個一級指標，13個二級指標，27個三級指標的綜合評價體系，并采用熵權(quán)法來確定指標權(quán)重。基于2000、2010、2020年黃河流域各省份的數(shù)據(jù)，計算各指標權(quán)重，結(jié)果如表1所示。

3.3 熵值法賦權(quán)

3.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的歸一化

由于所選指標的量綱和單位等有所差異，為確保結(jié)果的準確性，需使原始數(shù)據(jù)標準化，故使用歸一化的方法對原始數(shù)據(jù)進行處理：

當(dāng)xij 為正向指標時：

式中x?ij 表示第i 年第j 項指標無量綱化處理后的新數(shù)據(jù)，xij 是第i 年第j 項指標的原始指標值，xjmax和xjmin分別表示第j 項指標的最大值和最小值。為消除歸一化處理結(jié)果中的0值，故需將所得結(jié)果整體加0.01，即將結(jié)果中的全部數(shù)據(jù)向右平移0.01個單位。

3.3.2 指標權(quán)重賦值

為避免主觀因素導(dǎo)致的誤差，采用熵權(quán)法確定各項指標的權(quán)重。

（1）計算各個指標標準化后的比重Pij：

其中，i =1，2，…，m，表示不同年份；j=1，2，…，n，表示各系統(tǒng)指標數(shù)據(jù)的種類。

（2）計算第j 項指標的信息熵Ej：

3.4 耦合協(xié)調(diào)度模型

各省份第i 年的生態(tài)、能源、經(jīng)濟、環(huán)境四個系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)Uiμ代表了各省各系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平，得分越高，說明系統(tǒng)發(fā)展水平越好。計算公式如下：

耦合度能夠反映不同系統(tǒng)間各指標信息或參數(shù)的依賴程度。本研究設(shè)有復(fù)合系統(tǒng)，即生態(tài)、能源、經(jīng)濟、環(huán)境四個系統(tǒng)。耦合度計算公式如下：

其中，C 代表耦合度，Uecos、Uener、Uecon、Uenvi分別代表生態(tài)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)。

耦合協(xié)調(diào)度可反映各子系統(tǒng)之間的互動關(guān)系和協(xié)調(diào)發(fā)展水平。計算公式如下：

其中，T 為四個系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)；D 為耦合協(xié)調(diào)度；β為協(xié)調(diào)指數(shù)的權(quán)重，代表復(fù)合系統(tǒng)之間相互補償。β 的大小代表各系統(tǒng)的重要程度，參考已有研究［31］，將生態(tài)、能源、經(jīng)濟、環(huán)境四個系統(tǒng)的權(quán)重均設(shè)定為25%。

4 結(jié)果分析

4.1 土地利用變化特征

2000—2020 年，黃河流域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了一系列變化，如表2 所示。隨著國家退耕還林政策和城鄉(xiāng)一體化政策的實施，研究期內(nèi)黃河流域的耕地和未利用地面積不斷縮小，林地、水域和建設(shè)用地的面積不斷擴大，其中，增幅最大是建設(shè)用地，2000—2010年增加了6 926平方千米，2010—2020年增加了22 931平方千米，說明黃河流域城鎮(zhèn)化速度不斷加快。2020年，九省區(qū)中，四川的耕地和林地面積最大，內(nèi)蒙古的草地和未利用地面積最大，青海的水域面積最大，山東的建設(shè)用地面積最大。另外，相較于2000—2010 年，2010—2020年土地利用類型變化較大，說明黃河流域的土地利用方式并不穩(wěn)定。

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化特征

研究期內(nèi)黃河流域各省份生態(tài)服務(wù)價值不斷增加（見表3）。從時間維度看，九省份的生態(tài)狀況不斷好轉(zhuǎn)，2000—2020年黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從18 385.52億元增長到80 242.06億元。其原因一方面在于近五十年來，黃河流域總體降水偏少，無較大洪水災(zāi)害，且上游地區(qū)降水頻次增加，為較好的生態(tài)奠定了自然基礎(chǔ)；另一方面，自1999年以來，退耕還林政策陸續(xù)實施，且隨著城市化進程的推進，農(nóng)村居民向城市集中，農(nóng)村土地的承載人口量減少，這些都使得生態(tài)狀況不斷提升。

從空間維度來看（圖1），黃河流域上游省份的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，尤其是內(nèi)蒙古，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值一直處于最高水平，這主要是因為內(nèi)蒙古的林地、草地和未利用地面積一直是九省區(qū)中最大的，生態(tài)條件較好。甘肅省的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值明顯增高，中下游的陜西、山西、河南和山東四省的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也有所增加。寧夏的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值一直較低，但從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化率（表4）可以看出，寧夏與其它省份相差不大。另外，從表4可以看出，2000—2010年，黃河流域全域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化率均約為2，而2010—2020年，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化率均在0.4～0.5左右，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化幅度比上一時期明顯減少。

4.3 生態(tài)-能源-經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展狀況

黃河流域生態(tài)、能源、經(jīng)濟、環(huán)境各系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)見圖2。由圖2可知，黃河流域各省份4E復(fù)合系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)均呈緩慢上升趨勢；2000和2010年內(nèi)蒙古、青海、山東、四川的復(fù)合系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)較高；2020年河南、內(nèi)蒙古、山東、四川的復(fù)合系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)較高。其中，河南作為“絲綢之路經(jīng)濟帶”西向、南向的交匯點，基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，公路鐵路網(wǎng)不斷擴大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級，對外交流與合作更加便利等，為其經(jīng)濟發(fā)展注入了新的活力。而河南綜合發(fā)展指數(shù)的快速增加也主要是依靠經(jīng)濟系統(tǒng)的快速發(fā)展。除河南之外，山東和四川的經(jīng)濟系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)也較高，主要因為近年來山東和四川的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級，第三產(chǎn)業(yè)的增速較快，一度超過了第一、二產(chǎn)業(yè)。生態(tài)系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)較高的一直是內(nèi)蒙古、青海和四川，其中，內(nèi)蒙古的林地、草地和未利用地面積較大；青海的水域面積較大；四川耕地面積較大且2010—2020年林地面積大幅增加。能源系統(tǒng)中除甘肅、寧夏和山西呈波動上升趨勢（先降后升），其余各個省份的綜合發(fā)展指數(shù)均不斷上升，這與各地積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)并高效利用化石能源使其能源系統(tǒng)發(fā)展水平不斷提高有關(guān)。2000—2010年，除了青海省，其余各省份的環(huán)境系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)均呈上升趨勢，2010—2020年，青海、山西、陜西三省的環(huán)境系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)均有所下降，主要與這些省份工業(yè)化發(fā)展水平及工業(yè)污染治理投資情況有關(guān)。

4.4 二元及四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分析

4.4.1 二元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分析

將生態(tài)系統(tǒng)分別與能源系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)進行耦合協(xié)調(diào)度測算，并對比耦合協(xié)調(diào)等級劃分標準（表5），得到生態(tài)系統(tǒng)與能源系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)的二元耦合協(xié)調(diào)狀況（見表6）。

生態(tài)-能源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀況日趨向好，2000年以輕度失調(diào)為主，2010年達到勉強協(xié)調(diào)，2020年以初級協(xié)調(diào)為主。2020年，山東和四川的生態(tài)-能源系統(tǒng)實現(xiàn)了中級協(xié)調(diào)；自然資源豐富的四川為生態(tài)先行的協(xié)調(diào)，而煤炭、油氣儲量較高的山東則為生態(tài)滯后的協(xié)調(diào)，相比較于新能源產(chǎn)業(yè)興盛的四川，山東的能源工業(yè)多為傳統(tǒng)的煤炭產(chǎn)業(yè)和油氣產(chǎn)業(yè)。作為我國重要的能源工業(yè)基地之一，寧夏的生態(tài)-能源系統(tǒng)一直處于失調(diào)狀態(tài)，其生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展水平一直滯后于能源系統(tǒng)。

2000年，生態(tài)-經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)狀況較差，但后期其與生態(tài)-能源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平的差距逐漸縮小，說明各省能源利用率逐年提高，經(jīng)濟效益逐年增加，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值逐年提升。2020年，內(nèi)蒙古和四川的生態(tài)-經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)等級分別實現(xiàn)了中級協(xié)調(diào)和良好協(xié)調(diào)，其中，內(nèi)蒙古的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展水平遠高于其經(jīng)濟系統(tǒng)，這一方面是因為內(nèi)蒙古擁有廣袤的草原和森林資源，另一方面，內(nèi)蒙古政府注重生態(tài)保護，制定了一系列的政策和措施來保護和修復(fù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，例如禁止砍伐大面積樹林、禁止過度放牧、大力開展草原植被恢復(fù)和水土保持等。甘肅、寧夏、山西的協(xié)調(diào)狀況依然處于失調(diào)狀態(tài)，其中，甘肅為經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展滯后，而寧夏和山西則是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展滯后，需要進一步優(yōu)化經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加強生態(tài)文明建設(shè)。

相對于其它二元系統(tǒng)，黃河流域各省區(qū)的生態(tài)-環(huán)境系統(tǒng)在2000年的耦合協(xié)調(diào)水平較高，但后期上升緩慢，主要原因在于黃河流域環(huán)境較為脆弱，工業(yè)化進程的加快對環(huán)境造成了巨大壓力。2020年，內(nèi)蒙古和四川的生態(tài)-環(huán)境系統(tǒng)均為中級協(xié)調(diào)水平，但二者的環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平均低于生態(tài)系統(tǒng)。為保障兩地生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)健康發(fā)展，應(yīng)重視對其環(huán)境系統(tǒng)的保護和治理?？偟膩砜矗瑢幭母鞫到y(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)等級均較低，這與其地處黃土高原地帶，生態(tài)發(fā)展水平較低，經(jīng)濟發(fā)展相對較慢有關(guān)，另外，寧夏的人均能源消費量增幅較大，因此，在發(fā)展的過程中應(yīng)重視能源與經(jīng)濟制約、促進的關(guān)系，通過增加對清潔能源的生產(chǎn)和利用，增強能源對經(jīng)濟的促進作用。

4.4.2 四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分析

通過2000—2020年黃河流域各省份生態(tài)-能源-環(huán)境-經(jīng)濟四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展情況（見圖3）可知，各省份生態(tài)-能源-環(huán)境-經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均呈增長趨勢，2020年，多數(shù)省份已達協(xié)調(diào)狀態(tài)，邁向了生態(tài)布局合理、能源消耗合理、經(jīng)濟穩(wěn)步增長和環(huán)境質(zhì)量改善的高質(zhì)量發(fā)展階段。

根據(jù)圖3，2000年各省份均處于失調(diào)狀態(tài)水平，2010年，山西、陜西和四川達到了勉強協(xié)調(diào)水平，內(nèi)蒙古和山東實現(xiàn)了初級協(xié)調(diào)，其中，內(nèi)蒙古和山西四元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度在2000—2010年的增幅最大，結(jié)合圖2可知，在此期間，內(nèi)蒙古能源系統(tǒng)的發(fā)展水平提升較快，山西能源系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展水平提升均較快，整體來看，可能是由于受到西部大開發(fā)戰(zhàn)略的影響，2000—2010年中、上游各省份的耦合協(xié)調(diào)度增長較快。2020年，除寧夏外，各省均實現(xiàn)了一定水平的協(xié)調(diào)，山東和四川進一步達到了中級協(xié)調(diào)水平。其中，河南和四川四元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度在2010—2020年增幅較大，結(jié)合圖2可知，在此期間，河南能源系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平增幅均較高，四川環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平增幅較高，這可能是因為河南和四川地處“一帶一路”倡議紐帶和核心腹地，推動了華中地區(qū)和西南地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展。盡管近年來四川的環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平增幅較高，但2020年四川的環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平低于生態(tài)系統(tǒng)，為保障生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)健康發(fā)展，四川應(yīng)進一步加強對其環(huán)境系統(tǒng)的保護和治理。

甘肅和寧夏四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化幅度較低，尤其是寧夏，其經(jīng)濟、能源、生態(tài)、環(huán)境四系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)均較低；而由圖2可知，甘肅的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)處于中上水平，但其環(huán)境系統(tǒng)和能源系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)較低，為促進其高質(zhì)量發(fā)展，應(yīng)增強環(huán)保意識，增加在環(huán)境治理方面的投資，另外，由于煤炭和油氣儲量較少，甘肅應(yīng)加強對風(fēng)能、太陽能等清潔能源資源的利用。與甘肅類似，2020年，青海的四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度同樣處于勉強協(xié)調(diào)水平。由圖2可知，2000年，青海的復(fù)合發(fā)展指數(shù)高于其它省份，雖然青海的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)一直處于中上水平，但受經(jīng)濟發(fā)展緩慢和環(huán)境治理投資不高的影響，2000—2020年青海的復(fù)合發(fā)展指數(shù)增長較慢。

5 結(jié)論與建議

基于黃河流域9 省區(qū)2000、2010 和2020 年的土地利用數(shù)據(jù)及能源、經(jīng)濟、環(huán)境相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，探究了黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演化特征，并基于此測算了生態(tài)分別與能源、經(jīng)濟、環(huán)境二元及四元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平，研究結(jié)論如下：（1）2000—2020 年黃河流域的耕地和未利用地面積不斷縮小，林地、水域和建設(shè)用地的面積不斷擴大，草地面積先減后增；（2）2000—2020 年黃河流域各省份生態(tài)服務(wù)價值不斷增加。從時間維度看，九省區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從18 385.52億元增長到80 242.06億元；從空間維度來看，黃河流域上游省份的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高；（3）黃河流域各省份4E復(fù)合系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)均呈緩慢上升趨勢。2020年，河南、內(nèi)蒙古、山東、四川的復(fù)合系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)均較高；內(nèi)蒙古、青海和四川的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)一直較高；甘肅、寧夏和山西的能源系統(tǒng)呈波動上升趨勢；青海環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)一直呈下降趨勢，2010—2020年山西和陜西的環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)也均有所下降；（4）2020年，山東和四川的生態(tài)－能源系統(tǒng)同為中級協(xié)調(diào)，但四川為生態(tài)先行的協(xié)調(diào)，山東則為生態(tài)滯后的協(xié)調(diào)；甘肅、寧夏、山西的生態(tài)-經(jīng)濟系統(tǒng)均處于失調(diào)狀態(tài)，其中，甘肅為經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展滯后，而寧夏和山西則是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展滯后；內(nèi)蒙古和四川的生態(tài)-環(huán)境系統(tǒng)均為中級協(xié)調(diào)水平，但二者的環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平均低于生態(tài)系統(tǒng)；受制于環(huán)境等因素，寧夏各二元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)等級均較低；（5）黃河流域各省份生態(tài)-能源-環(huán)境-經(jīng)濟系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均呈增長趨勢，2020年，多數(shù)省份已實現(xiàn)協(xié)調(diào)，邁向了生態(tài)布局合理、能源消耗合理、經(jīng)濟穩(wěn)步增長和環(huán)境質(zhì)量改善的高質(zhì)量發(fā)展階段。

為促進黃河流域高質(zhì)量發(fā)展，提出以下建議：

（1）完善區(qū)域?qū)訖C制，優(yōu)化國土空間布局。九省區(qū)應(yīng)立足區(qū)域經(jīng)濟基礎(chǔ)、自然條件和環(huán)境承載能力，逐步推進流域城市化地區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)三大空間格局的建立，完善毗鄰城市規(guī)劃的對接機制和協(xié)同機制，推進黃河流域七個城市群的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的建設(shè)，并以此促進污染處理設(shè)施的統(tǒng)一建設(shè)。另外，要在嚴守生態(tài)保護紅線的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌謀劃區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，將生態(tài)環(huán)境保護和生態(tài)產(chǎn)品提供作為生態(tài)功能區(qū)的發(fā)展重點，提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，增強土地利用的綜合生態(tài)經(jīng)濟效益。

（2）優(yōu)化工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，培育壯大新興產(chǎn)業(yè)。黃河流域工業(yè)化城市較多，近年來，雖然九省區(qū)經(jīng)濟實力有所增強，但工業(yè)結(jié)構(gòu)重型化、單一化問題嚴重，建議調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)。青海、甘肅、寧夏要重點建設(shè)新能源基地、鹽化工基地、石化基地和農(nóng)畜產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)基地；陜西、山西要加快產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造，促進傳統(tǒng)能源原材料產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效；河南和山東要弱化能源原材料產(chǎn)業(yè)的地位，著力發(fā)展制造業(yè)、服務(wù)業(yè)以及生物醫(yī)藥、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

（3）嚴控工業(yè)廢物排放，助推產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。受經(jīng)濟粗放式發(fā)展的影響，黃河流域環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展度不高，九省區(qū)要堅定高質(zhì)量發(fā)展理念，首先要嚴格控制高污染項目的建設(shè)，加強對污染物濃度控制的項目建設(shè)，以資源環(huán)境指標控制化工產(chǎn)業(yè)污染物排放。其次，各地要鼓勵開展對能源工業(yè)產(chǎn)生的廢物（廢渣、廢氣、廢水）進行回收利用，降低單位產(chǎn)品環(huán)境載荷。最后，各地要積極推動產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，大力開發(fā)煤（油）電化一體化項目，積極引導(dǎo)流域內(nèi)各單位和城鄉(xiāng)居民實施電能替代，通過以電代煤（油），促進清潔電能消費，減少化石能源的消耗。

6 不足與展望

本研究基于黃河流域9 省區(qū)2000、2010 和2020 年的土地利用數(shù)據(jù)及能源、經(jīng)濟、環(huán)境相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，動態(tài)且直觀地分析了黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演化特征及其分別與能源、經(jīng)濟、環(huán)境二元及四元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平，為定量化評估黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展情況做出有益探索。但本研究仍存在以下不足：（1）使用當(dāng)量因子法計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值雖然簡便，但有一定的誤差；（2）本研究在計算各類型土地利用面積時僅將其簡單地劃分為了六大類，未來可針對不同氣候類型地區(qū)的土地利用類型做進一步劃分；（3）能源系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)均是巨大的復(fù)雜系統(tǒng)，本研究選取的指標受數(shù)據(jù)的可獲取性的影響有一定的局限性，未來研究可進一步選取更多具有代表性的指標，從更深的層次揭示其演變規(guī)律。

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