洞庭湖生态经济区社会-生态景观恢复力测度与影响机理

李 鑫， 帅 红

(湖南师范大学 地理科学学院， 长沙 410081)

在气候变化和高强度人类活动影响下，全球生态系统发生巨变[1]，可持续发展逐渐成为时代主题，但这一理论只是对未来的一种理想预设[2]。Holling提出恢复力概念后[3]，推动阈值、关键点、多稳态等特征成为生态系统研究重点[4]，恢复力理论的发展大概经历了工程恢复力、生态恢复力以及社会-生态系统恢复力3个阶段[5]，其理论基础包括“杯球”模型和适应性循环模型[6]。社会-生态系统研究是关于人类社会和自然环境融合的研究，主要关注环境中的干扰因素，其面临的问题又分为干扰和讶异[7]，而其概念框架的核心理论是恢复力[8]，随着社会-生态系统恢复力的研究成果不断涌现[9]，社会-生态系统的研究显现出对人地关系时间维度研究的借鉴意义，但是至今恢复力的概念未达成共识，测量方法复杂多样，恢复力直接测算也具有很大难度[10]。社会-生态景观是一个包含社会生态成分及其相互作用的复杂系统，随着对空间恢复力的关注，从恢复力最具操作性的量化尺度及景观尺度出发，可以有效探究社会-生态系统发展，且其重点在于表现恢复力异质性及其时空演变[11-14]。

学者们在洞庭湖生态经济区研究成果产业方面探讨了农业经济[15]、县域经济[16]、第三产业[17]的发展，生态方面涵盖湿地生态[18]、生态空间安全[19]、全要素生态效率[20]等，资源和承载力方面的研究注重人地之间的耦合[21]。而关于社会-生态景观恢复力的研究相对匮乏。在长江经济带“共抓大保护、不搞大开发”战略背景下，洞庭湖生态经济区社会经济、资源环境和生态协调发展问题[22]受到高度关注，同时，受剧烈环境变化及复杂湖垸、江湖关系影响，景观格局发生较大变化，从而影响其社会-生态系统的稳定性。科学评价洞庭湖生态经济区社会-生态景观恢复力时空动态空间特征及其影响因素，对洞庭湖生态经济区提高恢复力状态、实现区域可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况及指标体系构建

1.1 研究区概况

研究范围为湖南省域内岳阳市、常德市、益阳市以及长沙市望城区，共25个县市区(图1)，共计47 286 km2。研究区位于洞庭湖平原，区域水系发达，水资源丰富；地势由北往南呈马蹄形，自然禀赋良好。2018年，区域地方生产总值8 563.59亿元，三次产业结构的比值为10.7∶39.5∶49.8。近年来，受退田还湖工程、三峡水库蓄水工程运行及城镇化进程加快影响，建设用地快速增长，耕地和湿地面积不断缩减，人口不断集中聚集，生态景观发生较大变化，生态问题日益增多，而建设洞庭湖生态经济区是重大国家战略，保障洞庭湖社会-生态系统健康也是一项重要的任务。

图1 洞庭湖生态经济区地理位置图

1.2 数据来源

遥感影像数据采用中科院地理空间数据云中Landsat影像；NDVI数据源于NASA官方网站；地形数据来自地理空间数据云SRTM系列的DEM数据和坡度数据；土地利用数据采用清华大学的全球土地利用覆盖数据或当年ETM和TM遥感影像数据。数据通过监督分类和目视解译，解译精度达85%以上。社会经济数据来自2001—2019年《湖南统计年鉴》《湖南省水资源公报》、各地级市及县区《国民经济和社会发展统计公报》等。

1.3 评价指标体系构建

本文借鉴张行等提出的SELR研究体系[13]，且本着评价指标具备全面性、区域主导性、动态变异性及数据可获得性的原则[23]，从生态、社会、生产3个子系统选取评价指标，构建指标体系(表1)。同时采用熵权法进行无量纲化处理，并计算权重。

1.4 研究方法

改进TOPSIS方法是基于各指标的正、负理想解建立评价指标，改进原有评价公式，以更逼近与理想排序的决策方法[24]。通过改进TOPSIS模型计算洞庭湖生态经济区社会-生态景观总系统及3个子系统恢复力贴近度。利用自然断点法[13]将恢复力状态划为I～V级，分别代表弱、较弱、中等、较强、强恢复力状态，以进行时空间对照分析。

表1 洞庭湖生态经济区社会-生态景观恢复力评价指标体系

2 社会-生态系统恢复力结果与分析

2.1 洞庭湖生态经济区综合恢复力

图2 2000—2018年洞庭湖生态经济区综合、生态、社会及生产系统恢复力时间变化

由图2可知，总体综合恢复力状态有所改善，沅江市、岳阳县、武陵区一直保持强恢复力状态，云溪区提升到强恢复力状态，弱恢复力状态县区数量先增加后减少到3个县区，分别为南县、桃江县和资阳区。分阶段看：2000—2010年，研究区综合恢复力状态上升后降低。1998年特大洪灾后，实施了系列防洪减灾维护生态安全建设工程及水土保持工程，同时该区社会经济发展相对缓慢，对自然资源及生态环境影响较小，综合恢复力小幅提升。而三峡工程运行后，洞庭湖水沙情势变化，湖泊自净能力下降，湖区出现水域面积萎缩、水体富营养化等环境问题，恢复力状态下降。2011—2018年，研究区经济发展方式发生改变，产业结构逐步优化，加之湿地保护、修复力度大幅加强，成效明显，综合恢复力有所提升。

空间上(图3)，研究区综合恢复力水平呈现“高值集中分布、低值分散”的特征。高值集中分布在生态资源较好的岳阳县、沅江市等平原区或武陵区、云溪区等经济实力强的区县，低值的区县则因为生态、社会或者生产条件方面的限制导致恢复力状态不稳定。2000—2018年，洞庭湖区县区经济发展加快，产业结构优化调整，农业逐渐现代化、规模化，工业形成具有地方特色的加工制造业体系，旅游业发展迅速，增速明显，赫山区、云溪区、岳阳县等经济发展较好区县综合恢复力系统状态上升。沅江市、岳阳县等区县得益于生态资源丰富，综合恢复力水平状态一直处于高值。同时资阳区、君山区、武陵区等区县，由于经济发展促进人口、企业集聚，耕地和湿地转换为其他类用地，影响综合恢复力值。安化县等区县受到地形因素影响生产条件，生产能力受到限制，综合恢复力状态不强。受多因素影响，各个区县综合恢复力发展状态及空间分布规律更为复杂。

图3 2000、2005、2010、2018年洞庭湖生态经济区综合、生态、社会及生产系统恢复力空间变化分布

2.2 生态系统恢复力评价

由图2可知，岳阳县和沅江市一直处于强恢复力状态，它们分别位于东洞庭湖和南洞庭湖核心，通过有效生态修复项目、恢复湿地生态功能建设，生态系统恢复力持续处于较强状态。2000年，除湘阴县、汉寿县、安化县、石门县处于较强恢复力状态外，其余19个区县均处于中弱恢复力状态。2005—2010年，中恢复力状态县区增加了澧县、南县、望城区，赫山区、岳阳楼区上升到较弱状态；安化县、津市市均下降为次一级恢复力状态，这一时期社会经济发展速度加快，城镇不断扩张，景观破碎化程度加大。2018年，生态系统恢复力进一步加强，较强恢复力状态和中恢复力状态的区县数目均增加。

空间上(图3)，研究区恢复力总体上表现出武陵区、资阳区等中心城区低，沅江市、岳阳县等地区高的特征。总体而言，沅江市、岳阳县等洞庭湖核心区“退田还湖”成效显著，植被覆盖增加、湿地面积减少速度减缓，景观功能不断改善；同时，农药化肥减量化行动实施，施用强度大幅下降，保护了水、土生态安全。而中心城区经济快速发展、人口增长和城镇扩张，人均水资源量减少，同时景观破碎度加剧，生态系统恢复力提升缓慢。石门县、安化县等为国家重点生态功能区，森林资源丰富，一切以生态优先为准则一定程度上影响到生态系统恢复力状态。

2.3 社会系统恢复力评价

2000—2018年研究区社会系统恢复力状态综合呈波动上升的态势，武陵区作为常德市主城区一直保持强恢复力状态。2000年，除云溪区及岳阳楼区处于较强恢复力状态，其余22个县区均处于中弱恢复力状态，常德市、岳阳市中心城区经济实力强，社会系统恢复力程度高。2005年，岳阳楼区和云溪区上升为强恢复力状态，较强恢复力状态增加了10个区县。2018年，武陵区、云溪区、岳阳楼区及望城区社会系统恢复力状态维持原状，处于较强及强恢复力状态的区县减少。

从三市一区空间分布来看，社会系统恢复力高值位于各市中心城区等经济发展水平较高的区县，益阳市经济基础略差，社会系统恢复力水平相对有差距；望城区由县设区后，城镇化速度加快，注重工业发展，产业结构多样化，人均地区生产总值增长迅速。从地级市层面看，高值出现在市区，周围县市为中弱恢复力状态。今后应发挥好增长极的扩散效应，使资金、技术、劳动力等要素流向周围县区，促进各个地区协同发展。

2.4 生产系统恢复力评价

2000—2018年，研究区生产系统恢复力呈倒“U”形，但2018年恢复力值基本高于2000年。2000年，望城区、武陵区位于强恢复力状态，津市市等4区县处于较强恢复力状态，其余县市区处于中弱恢复力状态。2005—2018年，强恢复力状态县区数量波动增加；较强、中恢复力状态区域则相应变化，安化县、桃江县等地处丘岗或山区，土地开发程度小于其他区域，影响生产系统恢复力水平；岳阳楼区城市化发展过程中，耕地陆续转为其他用地，人均耕地面积减少，第二产业占比减少，降为弱恢复力状态。

空间分布上(图3)，研究区的中部、中东部为中强恢复力区域，西部丘陵地区为弱恢复力区。望城区为长沙市新兴城区，信息便利，技术先进，一直处于较强恢复力状态。3个市的中心城区地处洞庭湖区，现代农业发达，加之“长株潭”城市群的辐射作用，生产系统恢复力可持续提升。其余区域因地形起伏影响，信息、技术等资源流动相对慢，基础设施建设成本相对高，故恢复力处于中弱状态。

3 社会-生态系统恢复力影响机理分析

社会-生态系统中的某一因子的变动均可能会影响恢复力状态，根据其性质、属性的变化，找到影响区域恢复力状态的因素[25]，探究变化的影响机理，可为提高或保持良好恢复力状态提供参考。故本文以标准化后的指标因子为自变量，以各子系统恢复力为因变量构建多元回归模型。综合学者的研究成果[1,26-27]，运用SPSS 23.0，选取可决系数R2>0.4且通过显著性检验的因子，对样本数据进行相关性分析，结果能有效解释恢复力影响因子，所得的结果均为线性相关，非线性相关因素由于拟合程度不佳或相关系数不大均未选取。

从图4可知，在生态因子变量中，社会-生态景观恢复力受生态资源这一关键变量影响。模型中湿地面积系数>人均水资源量系数，该值对恢复力状态影响显著，这进一步验证了岳阳县和沅江市恢复力高的分析结果。湿地面积和人均水资源量与恢复力呈现出明显线性正相关关系，湿地面积对系统恢复力贡献最大，尤其对洞庭湖附近的区县系统恢复力而言起关键促进作用，因而保护湿地、开展水生态修复是研究区生态保护工作的重中之重。

图4 洞庭湖生态经济区社会-生态景观恢复力关联分析

居民生计能力和社会压力成为社会-生态景观恢复力分异的主要推动力。人口密度、城镇化率、人均GDP与恢复力呈现出线性关系，人口密度与社会系统恢复力呈负相关。区域人口增长的前提是区域产业的快速发展与基础设施的大幅改善，这就需要新增大量建设用地予以扩容，从而导致当地生态资源压力增大，恢复力状态等级下降。城镇化率、人均GDP与恢复力指数呈正相关关系，其中与人均GDP相关性最强，经济水平的提高必然促进系统恢复力状态发展向好，同时也能增加政府财政投入，提高系统的应急与风险抵抗能力。

地形条件和生产能力等因子也影响到恢复力，高程、坡度及第二产业占GDP比重与恢复力呈正相关，但随着科技水平提高和产业结构优化，不同区域根据地方实际发展相关产业，生产能力也相应提高，从而使生产系统恢复力状态等级提高。

由此可知，洞庭湖生态经济区社会-生态景观恢复力生态子系统影响最大，恢复力是这3个子系统相互作用的结果。从影响性质来说，主要负向影响是人类活动带来的生态环境问题、生态资源减少等压力，正向驱动因子人均水资源量、湿地面积、城镇化率、人均GDP、第二产业占GDP比重等驱动因子值的增大对恢复力提高有着直接影响，对恢复力的提升起着一定的促进作用。

4 结论

1)2000—2018年洞庭湖生态经济区社会-生态景观恢复力状态基本呈现下降再上升趋势，生态、生产系统恢复力状态不同程度上升，社会系统恢复力波动上升。空间分布上，综合恢复力呈现出“高值集中，低值分散”的空间格局。生态系统恢复力高值区主要分布在生态资源较好的平原区、山区，社会系统恢复力高值在经济基础好的中心城区，生产系统恢复力高值出现在中东部。因此，应对沅江市、岳阳县、武陵区等综合恢复力高的县域注重实施保护性开发政策，保持或不断提高综合恢复力水平；云溪区、岳阳楼区、武陵区、鼎城区、资阳区、赫山区作为区域的增长极，应持续推进生态补偿修复措施。

2)恢复力影响因子与恢复力状态之间均为线性关系。人均水资源量和湿地面积对生态恢复力起关键作用；人口密度、城镇化率、人均GDP 对恢复力具有推动作用，人均GDP的相关性最大；高程、坡度、第二产业占GDP比重等因子影响恢复力状态。因此需要采取必要措施实现可持续发展，科学布局工农业生产活动，合理规划土地利用类型，持续进行自然保护区的保护，保护湿地资源；多措并举，开源节流，工业节水减排、农业用水高效利用、推广使用非常规水资源利用，促进水资源节约与保护；转变经济发展模式，引导产业向产业价值链高端延伸或转变，减轻生态系统和生产系统压力。