耿藝偉, 陳偉強,2, 張金鑫, 王 珂, 張 鋒, 馬月紅

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 河南 鄭州 450002; 2.河南省土地整治與生態(tài)重建工程技術(shù)研究中心, 河南 鄭州 450002)

恢復(fù)力原指物體受到壓迫后恢復(fù)到原來狀態(tài)的能力，2001年Holling C.S.將恢復(fù)力定義為系統(tǒng)經(jīng)受干擾并可維持其功能和控制的能力[1]。SEPLR是指系統(tǒng)用來保持基本的功能、結(jié)構(gòu)、特性和反饋，在變化時吸收干擾和重組的能力[2]，區(qū)域內(nèi)SEPLR越高，抵抗干擾的能力越高，區(qū)域越趨于穩(wěn)定?；謴?fù)力思維通過研究生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展和社會動力學(xué)之間的復(fù)雜關(guān)系，很好詮釋了社會生態(tài)生產(chǎn)交互復(fù)雜的系統(tǒng)動力學(xué)關(guān)系[3]。從區(qū)域景觀格局尺度定量探究社會—生態(tài)—生產(chǎn)景觀恢復(fù)力有助于揭示人類活動變化對生態(tài)環(huán)境及其景觀服務(wù)的影響機制，是探討區(qū)域社會—生態(tài)—生產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要抓手[4]。目前，學(xué)術(shù)界針對“SEPLR”的探討主要集中在SEPLR的理論內(nèi)涵[5-6]、格局演化特征[7-8]、識別劃分與影響機理等[9-11]方面，而對SEPLR演化特征的研究主要集中于評價結(jié)構(gòu)和時空分異。評價結(jié)構(gòu)研究注重從不同研究面構(gòu)建SEPLR評價體系[12-13]，側(cè)重關(guān)注系統(tǒng)自身構(gòu)成要素；時空分異大都從不同時期的土地利用變化描述SEPLR的時空演變[14-15]，又忽視了系統(tǒng)要素自身；并且缺乏富有地域特色的SEPLR應(yīng)用的針對性模式和綜合性評價體系的研究。本研究從系統(tǒng)構(gòu)成要素及景觀變化二者有機結(jié)合角度出發(fā)，尤其是針對河南省沿黃干流地區(qū)這種生態(tài)脆弱、人口眾多和糧食主產(chǎn)區(qū)這種特殊地域構(gòu)建評價體系，研究結(jié)果更具科學(xué)綜合性，可為SEPLR評價體系的構(gòu)建提供依據(jù)。

黃河流域在中國經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位，也是中國人口、資源、環(huán)境矛盾最集中的區(qū)域之一[16]。河南省地處國家發(fā)展戰(zhàn)略樞紐，在國家糧食安全，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)占據(jù)重要位置，同時人口最多，人是一切社會經(jīng)濟運動出發(fā)點[17]。河南省沿黃干流地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展路徑在于實現(xiàn)社會生態(tài)生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)同高效可持續(xù)發(fā)展[18]。在幾十年的發(fā)展過程中，社會生態(tài)生產(chǎn)系統(tǒng)各要素更迭加快，眾多系統(tǒng)子單位帶來社會生態(tài)生產(chǎn)系統(tǒng)之間相互作用與反饋極其復(fù)雜[19]。因此，在現(xiàn)實與政策的雙重驅(qū)動下，亟需研究系統(tǒng)的演化特征及其變化原因，以順應(yīng)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)實需要，進而指導(dǎo)河南省沿黃地市社會生活，生態(tài)資源環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

河南省位于中國中部，其沿黃黃干流地區(qū)包括三門峽、洛陽、濟源、焦作、鄭州、新鄉(xiāng)、開封和濮陽8個地市(圖1)。屬于中國高土高原向華北平原的過渡地區(qū)，地勢西高東低，依次由中山、低山、丘陵、平原過渡，氣候依次由暖溫帶—亞熱帶、濕潤—半濕潤季風(fēng)氣候過渡。土壤類型眾多，主要有潮土、棕壤、褐土、黃褐土、砂姜黑土。面積達57 217.09 km2，占河南省的21.6%，占黃河流域的5%，河南省沿黃干流地區(qū)是河南省經(jīng)濟最具活力的地區(qū)，其經(jīng)濟總量達到全省的53.1%。

圖1 河南省研究區(qū)位圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

(1) 本研究通過使用Landsat-TM/ETM遙感影像(2000，2005，2010年)，Landsat 8遙感影像(2015年和2018年)，運用Erdas Imagine 9.1軟件進行圖像增強、圖像糾正和圖像鑲嵌等預(yù)處理后，依據(jù)LUCC分類標(biāo)準(zhǔn)，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6大類得到人類活動強度、景觀多樣性指數(shù)、土地利用程度、生物豐度等數(shù)據(jù)分析資料。結(jié)合實地數(shù)據(jù)及Google Earth獲取500個樣本進行精度驗證，分類結(jié)果精度均在 90%以上，kappa系數(shù)高于0.85，精度滿足大尺度的研究需要。坡度和高程所需的DEM數(shù)據(jù)來自“中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云”。

(2) 社會系統(tǒng)恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力和生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力內(nèi)的指標(biāo)層所需的其他統(tǒng)計資料來源于2000—2018年《河南統(tǒng)計年鑒》和河南省各地市統(tǒng)計年鑒。

2 研究方法

2.1 社會-生態(tài)-生產(chǎn)景觀恢復(fù)力評價

2.1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建 社會—生態(tài)—生產(chǎn)景觀系統(tǒng)是人與自然緊密聯(lián)系的復(fù)雜系統(tǒng)，決定其系統(tǒng)恢復(fù)力的關(guān)鍵在于系統(tǒng)處理、應(yīng)對變化的能力[20]。聯(lián)合國大學(xué)可持續(xù)發(fā)展高級研究所(United Nations University Institute for the Advanced Study of Sustainability, UNU-IAS)等多個研究團隊以提高區(qū)域?qū)?jīng)濟、環(huán)境壓力等沖擊的反應(yīng)能力，從而提高其社會生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)能力，實現(xiàn)與社會自然和諧相處為導(dǎo)向，共同研究開發(fā)的社會生態(tài)生產(chǎn)景觀恢復(fù)力評估框架[21]，其評估模型的使用方式相對靈活，在實際應(yīng)用中，研究者可根據(jù)區(qū)域自身的觀察、認識和經(jīng)驗對指標(biāo)進行靈活使用，進而更好地反映每個特定景觀及其相關(guān)區(qū)域的情況[2]。本研究在構(gòu)建SEPLR評價指標(biāo)體系時，選用適宜研究區(qū)的社會和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力所需的部分指標(biāo)，考慮到區(qū)域特性要素的不同，河南省沿黃干流地區(qū)作為全國糧食主產(chǎn)區(qū)，理論上其SEPLR的測度由社會、生態(tài)、生產(chǎn)3方面要素組成，測度核心要素依次是社會和諧、生態(tài)自然性與人類影響、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定[22]。在河南省沿黃干流地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動作為塑造地表景觀的主要活動通過土地利用變化來體現(xiàn)，土地利用變化受社會—生態(tài)—生產(chǎn)系統(tǒng)反饋的影響[23]，不同穩(wěn)態(tài)下土地利用格局也會不同[24]。因此，在河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR影響因素主要來自于社會、生態(tài)、生產(chǎn)3個維度，其中社會維度大體包括民生、經(jīng)濟、醫(yī)療、產(chǎn)業(yè)等要素之間的協(xié)同平衡。主要反映區(qū)域人口自身與所處環(huán)境間的交流，體現(xiàn)區(qū)域社會各領(lǐng)域的完善程度；生態(tài)維度包括景觀多樣性、土地開發(fā)程度、系統(tǒng)活力等，主要反映在外界干預(yù)時，生態(tài)系統(tǒng)自身保持其結(jié)構(gòu)和功能的能力；生產(chǎn)維度包括地形、勞動力數(shù)、糧食產(chǎn)量等，反映其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的能力。當(dāng)區(qū)域內(nèi)3個維度系統(tǒng)抵抗干擾的能力越強，SEPLR就越強。因此，關(guān)于SEPLR評價應(yīng)綜合考慮社會、生態(tài)、生產(chǎn)3個子系統(tǒng)對干擾的應(yīng)對(表1)。

表1 社會-生態(tài)-生產(chǎn)景觀恢復(fù)力評價指標(biāo)體系

(1) 社會系統(tǒng)恢復(fù)力。社會系統(tǒng)恢復(fù)力(SR)定義為人類社會承受外部(如環(huán)境變化、社會變革、經(jīng)濟或政治的劇變)對基礎(chǔ)設(shè)施的打擊或干擾的能力及從中恢復(fù)的能力[25]。區(qū)域社會高質(zhì)量發(fā)展必須在民生改善、創(chuàng)新、經(jīng)濟、醫(yī)療保障和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等要素之間協(xié)同平衡。具體來看，民生改善能力是構(gòu)建穩(wěn)定社會的根本，是社會建設(shè)的主要內(nèi)容，民生改善能力越強，SR越強。當(dāng)人口壓力和失業(yè)人口所導(dǎo)致人獲取資源的能力越低，不利于社會建設(shè)，同時給社會保障造成一定壓力，基于此，選用人類活動強度和失業(yè)率來表征，人類活動強度和失業(yè)率越高，對系統(tǒng)所能承載的壓力越大，民生改善能力越弱。人類活動強度[26]選定人口密度、道路和建設(shè)用地面積作為人類活動強度的決定因子，采用層次分析法對各因素權(quán)重進行賦值：人口密度0.4，道路0.3，建設(shè)用地面積0.3。創(chuàng)新能力作為社會發(fā)展的核心競爭力，創(chuàng)新能力越強，SR應(yīng)對風(fēng)險挑戰(zhàn)的能力越高，選用R&D經(jīng)費投入增長率表征，其值越大，創(chuàng)新能力越強。經(jīng)濟能力是社會發(fā)展過程中應(yīng)對風(fēng)險的基礎(chǔ)，能夠表征政府及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟應(yīng)對風(fēng)險時維持自身穩(wěn)定性，值越高，社會系統(tǒng)恢復(fù)力越強。具體選用財政收入和固定資產(chǎn)投資額表征。醫(yī)療保障是衡量區(qū)域社會穩(wěn)定的重要組成部分，醫(yī)療保障越完善，民生福祉越高，社會越穩(wěn)定即SR越高，選用萬人擁有醫(yī)療床位數(shù)表征。產(chǎn)業(yè)發(fā)展可以衡量社會內(nèi)部經(jīng)濟活動的多樣性，產(chǎn)業(yè)發(fā)展越多元化，SR應(yīng)對能力越強，具體選用產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多樣化指數(shù)[27]表征，公式如下：

(1)

式中：D表示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù);pi為各產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口占比;m為產(chǎn)業(yè)數(shù)。

(2) 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(ER)生態(tài)恢復(fù)力是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，有助于維持理想生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)[28]，高質(zhì)量發(fā)展必須在保證系統(tǒng)景觀結(jié)構(gòu)多樣的前提下明晰其生態(tài)壓力和抗逆能力，保障其生態(tài)基底水平。景觀格局選用景觀多樣性指數(shù)表征，可以反映景觀結(jié)構(gòu)的豐富程度，其值越高，恢復(fù)力越強。生態(tài)壓力主要源于化肥、農(nóng)藥施用所產(chǎn)生的污染和土地開發(fā)的不均衡，具體選用土地利用程度、化肥使用強度和農(nóng)藥使用強度表征，其值越強，生態(tài)壓力越高，恢復(fù)力越弱。而抗逆水平可衡量生態(tài)系統(tǒng)在應(yīng)對干擾的能力，通過生物豐度、人均綠地面積、節(jié)能環(huán)保支出增長率表征。生物豐度[29]作為一個普遍公式間接反映區(qū)域內(nèi)生物種類的豐貧程度，值越高，ER越強，公式如下：

F=(0.11×Areaa+0.35×Areaf+

0.21×Areag+0.28×Areaw+

0.04×Arear+0.01×Areau)/Area

(2)

式中：F為生物豐度指數(shù); Area為該地市面積; Areaa,Areaf,Areag,Areaw,Arear,Areau分別為該地市耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地面積。人均綠地面積值越大,城市綠化程度越高,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性越高,恢復(fù)力越強。土地利用程度[29]計算公式為:

(3)

式中：j為土地利用類型分等級數(shù),本研究中k=4;Aj為第j等級土地利用程度分級指數(shù);Cj為該地市第j等級土地面積與地市總面積的比值。其中,Aj取值是根據(jù)劉紀(jì)遠提出的土地利用程度綜合分析方法,將土地利用類型整合為未利用地級、林草水用地級、農(nóng)業(yè)用地級和城鎮(zhèn)聚落用地級4級,其指數(shù)分別為1,2,3,4。

(3) 生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力。對于黃河流域這種傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)，尤其是河南省，更要保障其生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力(PR)。選用地形條件、人力供給和土地效能來表征。地形是脅迫農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素，坡度越大，耕地生產(chǎn)潛力越小，PR提升空間越小。基于研究區(qū)坡度分布特征，設(shè)定2°以下為無風(fēng)險、生產(chǎn)潛力大，25°以上為最大風(fēng)險、生產(chǎn)潛力最小，對2°～25°區(qū)間進行歸一化處理；高程越高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可能性越小，成本越高。人力資源而人力供給是生產(chǎn)系統(tǒng)的基本保障。維持生產(chǎn)的人力資源越多，PR越穩(wěn)定，具體選用鄉(xiāng)村勞動力資源數(shù)表征。土地效能是維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)要素。具體選用農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、糧食產(chǎn)量和耕地面積占比表征，其值越高，土地效能越強，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力越高。

2.1.2 指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 因各數(shù)據(jù)指標(biāo)量綱不同，不存在可比性，故采用最小最大值法對各指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

正項指標(biāo)處理公式為：

(4)

負向指標(biāo)處理公式為：

(5)

式中：X為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值；Xi為指標(biāo)原始值；Xmin為指標(biāo)最小值；Xmax為指標(biāo)最大值。

2.1.3 指標(biāo)權(quán)重的確定 熵權(quán)法是基于指標(biāo)統(tǒng)計性質(zhì)來確定指標(biāo)重要程度的客觀賦權(quán)法，能夠克服一些主觀賦權(quán)法所帶來的結(jié)果不穩(wěn)定現(xiàn)象。通過構(gòu)建判斷矩陣T=(xij)mn，采用熵權(quán)法來確定指標(biāo)權(quán)重。計算公式為：

(6)

(7)

(8)

(9)

式中：pij為第i個評價對象下第j個指標(biāo)值的比重；ej為第j個指標(biāo)的熵值；k為常數(shù)；n是總指標(biāo)數(shù)；Wj為信息熵；Xij為第i個評價對象第j個指標(biāo)的分值。

2.2 有序加權(quán)平均法(Ordered Weighted Averaging，OWA)

多情景模擬SEPLR可為未來黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)預(yù)測，有利于測度SEPLR的變化因素，同時可為區(qū)域人地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。OWA方法是美國學(xué)者Yager提出控制因子權(quán)重合并的方法，通過將各項指標(biāo)數(shù)據(jù)按照其屬性值大小重新排序，依據(jù)各指標(biāo)位序賦予不同的次序權(quán)重并加權(quán)聚合[30]。熵權(quán)法確定權(quán)重，模糊量化求解模型。公式為：

(j=1,2,3,…,n)

(10)

式中：Vj為次序權(quán)重;a為決策風(fēng)險系數(shù),其取值范圍在0,∞之間,Wk代表指標(biāo)重要性程度,公式為:

(11)

式中：n為指標(biāo)總數(shù);rj為根據(jù)指標(biāo)數(shù)值大小對指標(biāo)重要性的取值,最大值取1,次大取2,最小取n。

運用模糊量化方法對7種不同決策風(fēng)險系數(shù)下的次序權(quán)重進行計算。

其中，決策風(fēng)險系數(shù)0<α<1，則越重要的屬性位序權(quán)重越大，評價者對指標(biāo)的屬性持樂觀態(tài)度。若α>1，則越重要的屬性位序權(quán)重越小，評價者對指標(biāo)的屬性持悲觀態(tài)度。α=1即決策者態(tài)度無偏好，決策權(quán)重相等，即為區(qū)域SEPLR的現(xiàn)狀。本文中，“樂觀”表明評價者認為指標(biāo)能夠影響區(qū)域SEPLR，而“悲觀”表明評價者不認為系統(tǒng)指標(biāo)能夠影響區(qū)域SEPLR?？紤]社會—生態(tài)系統(tǒng)脆弱性影響因子復(fù)雜，各因子間相互作用關(guān)系具有不確定性，而滿足多數(shù)指標(biāo)因子運算的決策風(fēng)險區(qū)間(即0.1<α<2)其情景模擬現(xiàn)實性更強。因此，基于正常決策風(fēng)險系數(shù)范圍與決策者理性思維將α=1時定義為維持現(xiàn)狀；其表示現(xiàn)有災(zāi)害風(fēng)險、區(qū)域敏感度以及適應(yīng)能力下正常賦權(quán)疊加運算結(jié)果。同時對決策風(fēng)險系數(shù)α= [0.1, 2]區(qū)間進行進一步細化模擬，考慮決策者主觀理性波動范圍小，綜合以往研究成果選取了決策風(fēng)險系數(shù)α=0.12，α= 0.8與α= 2作為現(xiàn)狀決策風(fēng)險系數(shù)下可信波動區(qū)間節(jié)點進行情景設(shè)置。

3 結(jié)果與分析

3.1 社會-生態(tài)-生產(chǎn)景觀恢復(fù)力測度總體特征

對2000—2018年河南省沿黃干流地區(qū)社會—生態(tài)—生產(chǎn)景觀恢復(fù)力指數(shù)進行描述性統(tǒng)計分析，結(jié)果見表2。 ①河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR指數(shù)相對不高，平均值總體呈上升態(tài)勢； ②標(biāo)準(zhǔn)差介于0.19～0.22之間，表明沿黃干流地區(qū)的離散程度較小，且各地市之間存在差異性； ③變異系數(shù)呈明顯增長趨勢，表明18 a間SEPLR指數(shù)的空間差異性呈擴大趨勢； ④偏態(tài)系數(shù)均為正值，但其值未一直增加，表明河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR指數(shù)高等級數(shù)量呈波動狀態(tài)； ⑤峰態(tài)指數(shù)在2000—2018年持續(xù)增加趨勢明顯，表明SEPLR指數(shù)相似地區(qū)集中分布。

表2 河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR指數(shù)描述性統(tǒng)計量

3.2 社會-生態(tài)-生產(chǎn)景觀恢復(fù)力及子系統(tǒng)演化特征

通過社會—生態(tài)—生產(chǎn)系統(tǒng)景觀恢復(fù)力評價，得到研究區(qū)2000—2018年演變情況，因評價單元僅為河南省沿黃干流地區(qū)的8個地市，所以利用自然斷點法分級法將其劃分為3級：Ⅲ級為高等級恢復(fù)力(C≥0.5)，Ⅱ級為一般恢復(fù)力(0.3≤C<0.5)和Ⅰ級為低等級恢復(fù)力(C<0.3)，結(jié)果見圖2。

3.2.1 社會系統(tǒng)恢復(fù)力演化特征 如圖2所示，2000—2018年，河南省沿黃干流地區(qū)社會系統(tǒng)恢復(fù)力(SR)值在0.14～0.65間波動且區(qū)域整體逐漸增強。從區(qū)域內(nèi)部來看，鄭州的SR指數(shù)始終保持最高?？臻g分布由“中間強四周弱”變?yōu)椤皷|強西弱”，層級結(jié)構(gòu)上，Ⅲ級區(qū)域地區(qū)保持不變，Ⅱ級區(qū)域逐漸擴大，Ⅰ級區(qū)域穩(wěn)定不變。區(qū)域內(nèi)部演化上，鄭州的SR指數(shù)雖為最高，但自2005年開始下降。只有新鄉(xiāng)SR指數(shù)比2000年增加38.9%。鄭州市社會系統(tǒng)恢復(fù)力明顯高于其他地市，其在中原城市群中占據(jù)核心位置，并位于“兩橫三縱”的發(fā)展格局，市場潛力釋放較大；但受城市化影響，大量農(nóng)田被占用，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值下降，其次為建設(shè)環(huán)境友好型城市，政府對污染重工業(yè)企業(yè)開展整治，使得產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)應(yīng)對風(fēng)險能力下降造成鄭州市SR指數(shù)不斷下降，但鄭州市對周圍沿黃干流地區(qū)仍然具有輻射作用。新鄉(xiāng)市由于與鄭州接壤，具備交通和經(jīng)濟輻射優(yōu)勢，使得SR指數(shù)不斷上升。

圖2 2000-2018年河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR及各子系統(tǒng)恢復(fù)力

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力演化特征 2000—2018年，ER指數(shù)在0.08至0.30之間波動，區(qū)域整體在2000—2010年成上升趨勢，自2015—2018年有輕微回落。主要由于河南省沿黃干流地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，占用較多生態(tài)系統(tǒng)資源使得生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(ER)減弱。從區(qū)域內(nèi)部來看，2000—2015年各地市ER指數(shù)呈上升趨勢。但2015—2018年，新鄉(xiāng)、濮陽ER指數(shù)開始下降。ER空間呈“西強東弱”的分布。其層級結(jié)構(gòu)特征是: Ⅲ級區(qū)域與Ⅱ級區(qū)域相互轉(zhuǎn)化，Ⅰ級區(qū)域穩(wěn)定不變。區(qū)域內(nèi)部演化上，三門峽、洛陽市等西部地市一直高于濮陽、開封等東部地市。是由于西部地區(qū)資源豐富，植被覆蓋較高，景觀格局不斷優(yōu)化；東部濮陽、新鄉(xiāng)等該地區(qū)傳統(tǒng)工業(yè)資源較多，生態(tài)質(zhì)量提升較慢，一定程度上限制ER的提升。總的來說，河南省沿黃干流地區(qū)ER整體增強，但近些年開始小幅減弱。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力雖最具活力，但受損后也需要消納污染物的自凈和修復(fù)，尤其黃河流域周邊地市，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，河南省應(yīng)系統(tǒng)提升沿黃地市生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力。

3.2.3 生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力演化特征 2000—2018年P(guān)R指數(shù)在0.02～0.31之間波動。階段性變化不明顯，但仍保持了一定的彈性。區(qū)域內(nèi)部，各地市PR指數(shù)變化不明顯，空間上，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(PR)呈“東強西弱”的分布趨勢和階梯狀的特征。區(qū)域內(nèi)部演化上，PR仍保持自身恢復(fù)力能力，這主要是由于河南省沿黃干流地區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力的內(nèi)部潛能基本維持不變，外力也未進行干擾系統(tǒng)。生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力其空間分布與地形，土壤、水資源在一定程度具有一致性，河南省沿黃干流地區(qū)西部主要為太行山山脈，受地形影響，不適宜進行農(nóng)作物種植；同時，近些年耕地銳減、農(nóng)村人口大量向城市轉(zhuǎn)移等都是造成生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力提升不可持續(xù)的原因，作為掌握全國糧食安全的河南省來說，需進一步探究其原因，提升生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力。

3.2.4 社會—生態(tài)—生產(chǎn)景觀恢復(fù)力演化特征 SEPLR是對ER，SR，PR的集成表達，2000—2018年河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR指數(shù)在0.40～0.47間逐漸增強。區(qū)域內(nèi)部，主要同SR指數(shù)一致。空間呈“團狀”分布，層級結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為以鄭州市為中心向四周衰減的特征，與中原城市群的緊密聯(lián)系圈大致吻合。SEPLR指數(shù)不斷上升，但變化率逐階段遞減，變化過程與SR指數(shù)具有協(xié)同性，主要是由于ER指數(shù)在2015年開始下降、SR指數(shù)變化率減弱，PR指數(shù)相對維持不變，三者集成造成SEPLR變化速率變慢，總體而言，SEPLR受社會系統(tǒng)恢復(fù)力影響較大。綜合子系統(tǒng)恢復(fù)力之間的關(guān)系，SEPLR自身具有一定的調(diào)節(jié)和應(yīng)對能力。針對黃河流域這種生態(tài)脆弱區(qū)，河南省建設(shè)生產(chǎn)強度的不斷提升，使資源生態(tài)條件更脆弱，但系統(tǒng)恢復(fù)力仍保持上升狀態(tài)，表征SEPLR系統(tǒng)自身具有強大的應(yīng)對能力。

3.3 多情景模擬

運用有序加權(quán)平均法通過不同決策偏好系數(shù)的設(shè)置對區(qū)域SEPLR進行多情景模擬，其中，黃河流域高質(zhì)量發(fā)展，一要保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，二要產(chǎn)業(yè)共興，開放提升中心城市經(jīng)濟發(fā)展水平，三保留黃河流域傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)屬性，尤其在河南段內(nèi)更要保障糧食生產(chǎn)。在充分調(diào)查市域經(jīng)濟社會發(fā)展情況后，并參考其他相關(guān)研究及河南省沿黃干流地區(qū)的基本條件，設(shè)置4種政策情景模擬河南省沿黃干流地SEPLR。將α=1時河南省沿黃干流地區(qū)生態(tài)、生產(chǎn)、社會系統(tǒng)維持常態(tài)，定義為維持現(xiàn)狀型情景；α=0.12時河南省重視生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)，定義為農(nóng)業(yè)優(yōu)先性型情景；α=0.8表示重視環(huán)境保護治理與投入，降低對能源依賴的情景，定義為生態(tài)優(yōu)先型情景；α=2表示注重經(jīng)濟發(fā)展而減少對生態(tài)環(huán)境、自然災(zāi)害等問題考慮的情景，定義為開發(fā)優(yōu)先型情景。河南省沿黃干流地區(qū)社會—生態(tài)—生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力評價指標(biāo)次序權(quán)重如表3所示。

表3 社會-生態(tài)-生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力評價指標(biāo)次序權(quán)重

通過自然斷點法將河南省沿黃干流地區(qū)4種政策情景下社會—生態(tài)—生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力從高到低劃分為Ⅲ級、Ⅱ級和Ⅰ級3級，結(jié)果如圖3所示。①情景一(維持現(xiàn)狀型)：研究區(qū)各地市SEPLR空間表征為：以鄭州市為中心，成“圈層結(jié)構(gòu)”遞減。模擬結(jié)果與2018年SEPLR空間分布基本趨同，表明α=1是一種特殊情景，也驗證了情景指標(biāo)選取的科學(xué)性； ②情景二(生態(tài)優(yōu)先型)：研究區(qū)各地市SEPLR空間表征為“中間強四周弱”，但基本都屬于Ⅲ級和Ⅱ級，SEPLR指數(shù)最高。當(dāng)α=0.8時，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的指標(biāo)因子權(quán)重較大，研究區(qū)恢復(fù)力較強，僅濟源恢復(fù)力極差，對此，需加強兩市的生態(tài)修復(fù)工作，改善區(qū)域生態(tài)恢復(fù)力情況； ③情景三(開發(fā)優(yōu)先型)：研究區(qū)各地市SEPLR空間表征為：由東到西，依次遞減。中東部屬于Ⅲ級和Ⅱ級恢復(fù)力，而三門峽、濟源和焦作的恢復(fù)力較低。當(dāng)α=2時，經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)因子的權(quán)重較大，表明西部這3個地市社會系統(tǒng)恢復(fù)力態(tài)勢較差。對此，該區(qū)域應(yīng)加強國土空間開發(fā)、提升開發(fā)質(zhì)量，但是也要注重綠色發(fā)展； ④情景四(生產(chǎn)優(yōu)先型)：研究區(qū)SEPLR空間表征為：明顯成東強西弱的態(tài)勢。此情景下，生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)因子的權(quán)重較高。西部區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛能過低。表明研究區(qū)西部區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛能過低。對此，需改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，因地制宜，提升該區(qū)域生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力。當(dāng)“開發(fā)優(yōu)先型”、“生產(chǎn)優(yōu)先型”政策主導(dǎo)時，河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR表征為西部均低于中東部，從權(quán)衡協(xié)調(diào)發(fā)展角度，4種政策情景下，未來黃河流域高質(zhì)量發(fā)展可考慮“生態(tài)優(yōu)先型”政策引導(dǎo)。

圖3 不同政策情景下河南省沿黃干流地區(qū)社會-生態(tài)-生產(chǎn)景觀恢復(fù)力

基于以上模擬分析，不同決策風(fēng)險系數(shù)，其政策制定的恢復(fù)力模擬結(jié)果不同，OWA是基于多情景識別指標(biāo)閾值變化不確定區(qū)間，基于情景政策對SEPLR空間分布進行論證預(yù)測，得到不同影響因素的重要性關(guān)系。在具體實踐中，情景分析并非方案的單一優(yōu)選，而是以4種情景結(jié)果閾值作為浮動區(qū)間的參考，對SEPLR發(fā)展戰(zhàn)略進行調(diào)整。針對目前河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR演化與情景預(yù)測結(jié)果，當(dāng)前河南省沿黃干流地區(qū)： ①西部地市應(yīng)適度提升生產(chǎn)所需的基底條件(土壤質(zhì)量、增加勞動力)以及制定相應(yīng)政策維持生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力。 ②中部地市對周圍地市經(jīng)濟輻射帶動作用極大，可考慮跨地市融合經(jīng)濟發(fā)展。但在發(fā)展經(jīng)濟的同時注意提高生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對干擾的能力。 ③東部地區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力較強，應(yīng)當(dāng)加強融合新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)繼續(xù)提高生產(chǎn)，其次，可利用現(xiàn)有農(nóng)業(yè)資源發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟，同時加強生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)恢復(fù)力。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

恢復(fù)力作為一種詮釋人與環(huán)境相互作用機制的創(chuàng)新途徑，其多學(xué)科融合和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的研究范式為恢復(fù)力研究提供了更加靈活的研究視角和更多樣性的應(yīng)對手段。本研究通過探究河南省沿黃干流地區(qū)恢復(fù)力演化特征與質(zhì)量，從新的視角看待流域可持續(xù)發(fā)展問題。河南省應(yīng)以“黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展”為契機，科學(xué)識別沿黃干流地區(qū)SEPLR，遵循區(qū)域恢復(fù)力差異化規(guī)律，合理制定各地市高質(zhì)量發(fā)展路徑規(guī)劃，以促進經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展、區(qū)域生態(tài)保護和保證國家糧食安全，最終達到區(qū)域間協(xié)調(diào)高效可持續(xù)發(fā)展。

當(dāng)前，中國正處于快速城鎮(zhèn)化和社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期，河南省沿黃干流地區(qū)在向高質(zhì)量發(fā)展穩(wěn)步邁進，面對內(nèi)外部環(huán)境的不確定風(fēng)險的復(fù)雜變化，增強其恢復(fù)力就顯得愈發(fā)重要： ①從研究區(qū)各地市本身的異質(zhì)性來看，鄭州市、洛陽市、新鄉(xiāng)市作為河南省沿黃干流地區(qū)的核心城市，中心性和層級地位較高，核心城市組間的要素流動效率與相互聯(lián)系水平使得它們之間SEPLR的增長極輻射帶動能力較強。而對于其他邊緣城市來說，SEPLR中子系統(tǒng)表現(xiàn)突出，但整體較弱。受制區(qū)位、地形、自身結(jié)構(gòu)壁壘，限制SEPLR提升。針對此癥結(jié)，未來應(yīng)適當(dāng)?shù)吘壋鞘袑蛹壗Y(jié)構(gòu)，在發(fā)展自身優(yōu)勢和特色條件前提下與核心城市之間建立密切聯(lián)系。 ②從要素流動層面講，河南省沿黃干流地區(qū)隸屬于同一省級行政單元，具有較強整體性，但無論在SR，ER，PR還是SEPLR的聯(lián)系中都存在局部或整體聯(lián)系強度低的現(xiàn)象?；謴?fù)力作為空間未來組織發(fā)展的重要指向，是社會經(jīng)濟穩(wěn)定性與恢復(fù)力的結(jié)構(gòu)保障，河南省沿黃干流地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展路徑應(yīng)參考遵循SEPLR差異化規(guī)律，在保證頂層設(shè)計同時，實現(xiàn)從統(tǒng)一的“多城一策”到“一城一策”。

4.2 結(jié) 論

本文通過構(gòu)建SEPLR評估框架，定量研究河南省沿黃干流地區(qū)2000—2018年SEPLR的演化特征，并運用有序加權(quán)平均法設(shè)置情景偏好，繪制不同政策引導(dǎo)下的SEPLR圖，以實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

(1) ①河南省沿黃干流地區(qū)SEPLR平均值表明研究區(qū)恢復(fù)力不斷強韌。 ②標(biāo)準(zhǔn)差表明沿黃干流地區(qū)離散程度較小。 ③變異系數(shù)表明SEPLR空間差異性不斷擴大。 ④偏態(tài)系數(shù)高等級區(qū)域數(shù)量呈波動狀態(tài)。 ⑤峰態(tài)指數(shù)表明SEPLR相似地區(qū)集中分布。

(2) ①SR指數(shù)在0.14～0.65間波動且區(qū)域整體逐漸增強，空間分布由“中間強四周弱”變?yōu)椤皷|強西弱”。 ②ER指數(shù)在0.08至0.30之間波動，區(qū)域整體在2000—2010年成上升趨勢，自2015—2018年有輕微回落，空間呈“西強東弱”的分布。 ③PR指數(shù)在0.02～0.31之間波動。階段性變化不明顯，但仍保持了一定的彈性，空間上，PR呈“東強西弱”的階梯狀特征。 ④SEPLR是對ER，SR，PR的集成表達，SEPLR指數(shù)在0.40～0.47間逐漸增強。空間呈“團狀”分布，層級結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為以鄭州市為中心向四周衰減的特征，與中原城市群的緊密聯(lián)系圈大致吻合。

(3) 運用OWA方法設(shè)置情景，繪制“維持現(xiàn)狀型”“生態(tài)優(yōu)先型”“開發(fā)優(yōu)先型”“生產(chǎn)優(yōu)先型”4種情景下的SEPLR模擬圖。4種政策空間格局分布各有差異，“生態(tài)優(yōu)先型”情景下，預(yù)測的恢復(fù)力最高，未來黃河流域高質(zhì)量發(fā)展應(yīng)考慮“生態(tài)優(yōu)先型”政策引導(dǎo)。