黄河流域人地系统协调与高质量发展

刘彦随,夏 军,王永生,宋进喜,赵新正,刘晓琼

(1.中国科学院 地理科学与资源研究所，北京 100101;2.西北大学 陕西省黄河研究院,陕西 西安 710127)

世界文明多发源于大河流域[1],在应对各种挑战之中绵延发展。黄河是中华民族的母亲河,孕育了古老而伟大的中华文明,保护黄河是事关中华民族伟大复兴的千秋大计。黄河是全世界泥沙含量最高、治理难度最大、水害严重的河流,以及我国人地矛盾最为突出、最为复杂的区域之一。黄河流域的生态脆弱、水资源短缺、洪涝灾害频发,因而中华民族长期以来同黄河水旱灾害作斗争[2],黄河文明的产生与发展就是源于同洪涝与干旱的挑战应对[3]。新中国成立以来,党和国家高度重视黄河治理。1952年10月30日,毛泽东主席在视察黄河时提出“要把黄河的事情办好”;2019年9月18日,习近平总书记在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并发表重要讲话,强调“共同抓好大保护,协同推进大治理,让黄河成为造福人民的幸福河”。黄河流域是我国经济社会发展的重点区域,发展与保护的矛盾比较突出[4]。生态环境保护、人地系统协调与可持续发展是黄河流域高质量发展的基本命题[5]。科学审视黄河流域经济社会发展与生态环境保护的优劣势,系统探索黄河流域治理和高质量发展新模式,赢得转型与创新发展新机遇,能更好地让黄河成为造福人民的幸福河。

黄河流域生态保护和高质量发展是国家重大战略,是改革开放40年来国家区域战略与时俱进的必然结果。1978—1998年国家提出“区域发展”战略,优先发展东部地区,再有序发展中部和西部地区;1999—2013年旨在解决区域非均衡发展问题,国家相继提出西部大开发、东北振兴、中部崛起的“板块发展”战略,全面推动区域统筹发展[6]。十八大以来,党中央提出区域经济协同发展的空间布局新战略,形成了京津冀协同发展、长江经济带、粤港澳大湾区建设、黄河流域生态保护和高质量发展为代表的“带状”发展思路。随着产业结构转型、科技创新、体制机制改革、对外开放进程差异的日益加剧,我国南北方经济差距不断拉大,尤其是北方地区工业化、城镇化发展的制约因素增多,区域转型、城乡融合与农业农村发展面临更多的挑战[7]。黄河流域省区经济占北方经济的“半壁江山”,常住人口、GDP总量、地方财政一般预算收入、全社会固定资产投资分别占北方地区的57.72%、55.84%、48.93%和61.96%[8]。因此,黄河流域生态保护和高质量发展是推进国家治理能力现代化的重要北方战略,是改善东西部发展不均衡问题的最佳突破区域[9],也有助于我国南北区域均衡发展[8]。

黄河流域的人类活动历史久远,对流域生态系统利用和破坏的规模与强度高于其他地区[9]。建国以来,黄河流域先后经历了毁林开荒低效发展、城镇化快速发展、退耕还林绿色发展等阶段,西部大开发、生态建设、水资源管理改革等政策措施成效显著,“治黄”和“兴黄”改善了黄河流域的人地关系和生态环境状况,但快速城镇化、生态工程建设等政策措施在一定程度上限制了黄河流域的产业转型与社会经济发展水平[10]。21世纪以来,黄河流域经济发展路径依赖、增长动力弱化等问题与生态退化问题并存,如何实现“富黄”和“富民”成为亟待解决的核心问题,对于流域生态环境保护和高质量发展提出了重大挑战,也为绿水青山就是金山银山“两山论”和生态产业化、产业生态化“两化路”区域实践指明了重要方向。黄河流域孕育了河湟文化、河洛文化、关中文化、齐鲁文化等中华文化,科学推进生态环境保护和高质量发展也对黄河文化保护、传承和弘扬具有特殊重要的意义。

为贯彻落实习近平总书记关于黄河流域生态环境保护和高质量发展重要讲话和来陕考察重要指示精神,陕西省黄河流域生态保护和高质量发展领导小组办公室决定在西北大学成立陕西省黄河研究院(陕黄河办函【2020】2号)。西北大学积极整合优势资源,发挥学科优势和专业特色,聚焦黄河流域生态保护和高质量发展,以“黄河流域人地协调与高质量发展——人地系统可持续发展”为研究主题,制定实施“黄河流域人地系统科学计划”,研究揭示黄河流域人与自然演变规律、系统诊断黄河流域人地关系变化特征和问题,梳理提出推进黄河流域人地系统耦合与可持续发展的创新机制和科学途径,推进实现自然资源可持续利用、经济社会高质量发展和人地系统可持续调控。依托陕西省黄河研究院,形成高质量研究成果,为黄河流域生态环境保护和高质量规划决策提供智力支持和智库参考。

1 人地系统协调面临的主要问题

1.1 水资源短缺

黄河流域土多水少,大部分区域属于干旱半干旱地区,水资源短缺导致人水矛盾突出,是人地关系紧张的主要矛盾。水资源供需矛盾制约高质量发展,限制流域水-能源-粮食安全系统协调发展[11]。黄河流域面积占全国的8.3%,但年径流量仅占2%,却承载了全国12%的人口、15%的耕地和13个国家能源化工基地的供水任务,同时每年向淮河和海河供水90亿m3[9]。黄河流域地表水开发利用率和消耗率已远超黄河水资源承载能力,水资源短缺成为黄河面临的最大挑战。从水资源总量来看,均水资源占有量不足全国平均水平的30%[12];从降水来看,黄河流域多年平均降水量为447mm,仅为长江流域的40%和全国的70%,气候变化显著影响流域降水、蒸发、产汇流过程[13],水资源短缺与供需矛盾不断加剧[14];从水资源利用来看,人口与人均GDP增长、快速城镇化致使流域生活用水、工业用水和生态用水明显增加[12, 15-16],流域水资源开发利用率接近80%,超过一般流域40%的生态警戒线,水资源供给“天花板”效应明显[9]。水资源节约集约有待提升,2017年流域水资源利用效率整体不高,与发达国家和世界先进水平仍有差距,农业用水效率低于长江经济带和全国平均水平[17],人居用水量、灌溉定额虽然高于全国平均水平,但低于海河流域和淮河流域[16]。

1.2 生态环境脆弱

黄河流域生态系统类型复杂多样,涵盖森林、草原、荒漠、湿地等,是连接青藏高原、黄土高原、华北平原的生态廊道。上游局部地区生态系统退化、中游水土流失威胁依然严峻、下游生态流量偏低带来多重生态胁迫,整体呈现为“上游良好、中游凹陷、下游居中”的格局[18]。大部分地区生态环境“痼疾”多,土地沙化、盐碱化、水土流失等土地退化问题突出,工农业生产、城乡生活带来的点源污染、农业面源污染、塑料垃圾等环境污染问题严重,旱灾、洪灾、滑坡、泥石流等灾害频发。此外,矿产资源开发加剧黄河流域生态环境恶化[19]。因此,黄河流域是国家重大生态保护与修复工程的重点覆盖区域,生态保护与修复成效显著,但上游水源涵养功能减弱,生态系统退化;中游地区黄土高原局部区域的水土流失依然严重,风沙危害依然严峻,退耕还林工程存在植被选择不当,导致人工林类型单一、土壤干层等问题[20-21],黄土高原植被恢复已接近水资源植被承载力阈值等问题[22];下游地区湿地萎缩、农田和水体污染问题依旧突出。

1.3 人地矛盾突出

黄河流域是中国人口、资源、环境矛盾最为集中的区域之一,全球环境变化、快速城镇化及各类政策相继实施驱动着流域人地关系的转变和城乡格局的演变。黄河流域内青藏高原、黄土高原、华北平原的地域联系紧密,人类活动与环境变化的交互作用强烈[23-25],因而成为国内外研究人地关系及人地系统耦合过程的重点区域[26]。在脆弱生态环境条件下高强度的人类经济活动,直接导致区域人地系统的剧烈变化。综合评价表明,2019年黄河流域人地关系趋于紧张的区域占21.18%,主要集中在省会城市、工业城市、高人口密度的平原地区。此外,气候变化和极端天气引发的生态环境风险性、灾害性,以及资源枯竭、经济发展滞缓等挑战造成人地关系的不确定性明显增大[27]。2019年,黄河流域超载的面积和人口比重分别为14.23%、17.22%,接近于长江流域的2倍[8]。特别是黄河流域中上游地区的二、三产业发展受限,超载人口生计主要依赖于土地资源和农牧业经济[28]。

1.4 经济发展落后

黄河流域最大的弱项是城乡经济基础薄弱、民生保障与发展动力不足。分析表明,黄河流域的经济增速落后于长江流域约1.21个百分点,黄河流域GDP总量占全国比重由2008年的23.2%下降到2019年的20.38%,且上中下游GDP总量差异大。2013年以来,黄河干流沿岸8省区人均收入水平与全国平均水平的差距不断拉大[28]。黄河流域中7省的城镇化率低于全国平均水平,城市群辐射带动能力较弱[29],市镇经济与乡村经济互动机制相对欠缺。2014年,黄河流域55%的区域为贫困县,贫困面广、程度深。全国14个集中连片贫困地区中有5个涉及黄河流域,2014年初黄河流域分布有170个国家级贫困县,约占全国贫困县的20.4%,贫困人口占全国的18.9%。同时，黄河流域50%的贫困县分布在自然保护区内[9],生态保护与经济发展、城镇化与乡村振兴的矛盾突出,区域转型与高质量发展的压力较大。

2 基于“三生”空间的人地系统诊断

2.1 人地系统科学理论认知

人类自诞生以来,对地球资源开发利用程度不断加强、影响范围不断扩大,人文过程日益成为驱动地表各类生态过程和环境演变的主要力量,人类活动甚至成为地球环境变化的第三大驱动因素[30]。从中国古代的“天人合一、道法自然”到马克思主义的“人与自然具有一体性”,再到习近平总书记的“生态文明思想”都强调人与自然和谐共生。人地关系是人类社会活动与自然地理环境之间的交互作用,是与人类发展演化相伴而生的一对基本关系[31]。经济全球化、快速城镇化和工业化、科学技术进步等因素促使人地交互方式及其程度、广度、深度不断变化[32],现代人地系统呈现出复杂性、地域性和动态性的综合特征,人地系统协调与区域可持续发展面临更大的挑战[33]。当今人类对资源的利用方式与强度超出了自然环境的承载范围,导致资源枯竭、生态破坏、环境污染、生物多样性降低等突出问题。人类社会经济发展所面临的人口、资源、环境、发展等诸多问题与难题,归根结底都是因“人地关系”处理不当而引起的,实现人地和谐共生迫切要求人类摒弃不合适的生产生活及消费方式。

人地系统协调的本质就是谋求人与自然、经济与生态高度和谐统一,统筹优化区域资源禀赋与人类活动强度、社会发展需求与环境承载力的复杂关系。人地系统科学是研究人地系统耦合机理、演变过程及其复杂交互效应的新型交叉学科[34]。它是现代地理科学与地球系统科学的深度交叉和聚焦,以现代人地圈系统为对象,致力于探究人类活动改造和影响地表环境系统的状态,以及人地系统交互作用与耦合规律、人地协同体形成机理与演化过程。人地系统耦合与可持续发展是人地系统科学的研究核心,对于科学支撑国家重大战略具有重要理论价值和实践意义。按照人地交互作用关系及其差异特征,可将人地系统划分为城市地域系统、城乡融合系统和乡村地域系统。乡村孕育了城市,而城市扩张和城镇化发展不断驱动着乡村地域系统转型和城乡关系的持续变化。乡村地域系统内部也具有复杂的“人地关系”,主要表现为作土关系(作物与土壤)、人居关系(人口与居民点)、居业关系(农民居住与就业)、产城关系(产业化与城镇化)等[34]。人类活动的方式、类型与格局具有复杂多样性,按照生产性可划分为一产、二产、三产；按照生活性可划分为居住用地、设施用地、特殊用地等；按照生态性可划分为林地、草地、水域、水利设施用地等[35]。因而,构建区域“三生”(生产、生活、生态)空间新格局,为人地系统布局优化、人地协调路径创新提供了重要抓手(见图1)。作土关系侧重生产空间与生态空间的关系,人居关系侧重生活空间与生态空间的关系,居业关系侧重生活空间和生产空间之间的关系,产城关系需要兼顾产业化与城镇化的耦合关系。以人地系统科学为指导,深入开展“三生”空间耦合机理与状态诊断,既可以评价某一区域人地系统可持续性及其面临主要问题,也可以探明人地协调模式和区域可持续发展的科学路径。

图1 “三生”空间与人地系统的逻辑关系Fig.1 Logical relationship between "three living" space and human-earth system

2.2 “三生”空间耦合状态分析

国土空间多要素耦合与多目标协同是人地系统优化调控的科学基础。构建国土空间开发保护新格局，亟需遵循自然地理大局、优化城乡发展布局、应对区域风险变局，创新国土空间治理与系统调控前沿理论。黄河流域生态保护和高质量发展应以县域空间为诊断对象,以主导土地类型为基本单元,按照“三生”空间耦合度,甄别不同耦合度的问题区域和区域问题,揭示黄河流域人地协调与可持续发展科学问题,推进形成黄河流域人地系统协调的地域功能及其治理能力现代化的科学认知。黄土高原是黄河流域的核心区域,有效促进黄土高原地区生态保护、人地协调、产城融合、兴业富民、乡村振兴,创新发展黄土高原科学,可为黄河流域人地协调与高质量发展提供新样板。“三生”空间的概念着眼于土地利用功能,“三生”空间的分类和评价体系是构建合理的“三生”空间新格局的基础[36]。按照“识别—赋值—耦合—分类”的总体思路,通过建立土地利用类型与土地利用功能之间的逻辑联系和赋值规则,构建“三生”空间分类与评价体系(见表1)。赋值规则是依据某一类型土地利用功能的强功能性、半功能性、弱功能性和非功能性四个等级分别赋分值5、3、1、0。然后利用“三生”空间耦合度模型,定量测算出生产、生活与生态用地耦合程度(公式(1))。

(1)

式中:CD为“三生”空间耦合度;fprd2、fliv2、feco2分别为生产功能、生活功能和生态功能评分值。

以黄土高原为例,该区域土地利用类型主要包括耕地、林地、草地、园地、商服用地、工矿仓储用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、公共管理与公共服务用地、住宅用地。根据“三生”空间理论认知,区域生产用地、生活用地、生态用地,分别对应于生产空间、生活空间、生态空间。① 生产用地依据人类进行生产活动时的产业结构进行划分,包括第一产业用地、第二产业用地、第三产业用地。第一产业用地包括农、林、牧、渔用地等,第二产业用地包括工业、交通、水利用地等,第三产业用地包括商业、服务业用地等。② 生活用地是人们用来满足居住、休憩、消费、娱乐休闲及一些特殊目的而占用的土地。③ 生态用地是以保护和发展区域生态系统可持续为目标,能直接或间接提供生态调节和生物支持等生态服务功能,且自身具有一定自我调节、修复、维持和发展能力的土地。生态用地主要包括林地、草地、水域及水利设施用地中的河流水面、湖泊水面、沿海滩涂、内陆滩涂和冰川及永久积雪、其他土地中的空闲地、盐碱地等地类。基于土地类型三生功能评分(见表1)和耦合度模型,计算得出黄土高原“三生”空间耦合度,并将基于问题导向的“三生”空间耦合类型划分为高度耦合、中度耦合低度耦合等3类。

表1 基于土地类型的“三生”功能评分Tab.1 Function score of "three living" space based on land types

城市化地区、平原农区、河谷平原区、农灌区为高度耦合区,但城市化地区存在着区域环境污染、洪涝灾害风险、产业竞争力不强等问题,其他高度耦合地域则存在面源污染、水资源利用效率低、农业规模小等问题;中度耦合地区主要包括丘陵沟壑区、塬区、高原沟壑区,主要问题是林分结构单一、沟道农业资源利用效率低、居民点分散等;低度耦合区域中,能矿资源区的问题主要为环境污染、高碳排放、产业亟需转型等,而地质灾害区和毛乌素沙地区的主要问题为生态脆弱、产业结构单一和灾害风险高(见表2)。

表2 黄土高原“三生”空间诊断Tab.2 Spatial diagnosis of "three living" space in the Loess Plateau

2.3 “三生”空间优化与协同路径

黄河流域地处气候湿润-干旱过渡带,土地利用变化明显、地域类型复杂多样[37],既是我国重要的生态廊道和生态安全屏障,也是人地关系与人地矛盾最为紧张的区域之一。新时期水资源短缺、生态脆弱依然是黄河流域人地系统矛盾冲突的集中体现,人地关系的演变呈现出人少地多脆弱型、人多地少超载型、人地失衡退化型、人地矛盾突出型等差异类型[38]。其生态脆弱区分布广、问题多,上游的高原冰川、草原草甸和三江源,中游的黄土高原等地区的生态本底脆弱,过度放牧、过度资源开发利用、过度旅游等人为活动对生态系统的破坏状况仍未根本转变。同时,沿黄各省区的产业倚能倚重、低质低效的问题较为突出,特别是以能源化工、原材料、农牧业等为主导的经济特征明显,成为区域经济发展内生动力不足、综合竞争能力不强的主要原因。

黄河流域生态环境保护突出的是对“地”的保护,高质量发展则更强调“人”的发展[39],黄河流域生态环境保护和高质量发展的战略核心在于促进人地系统协调与可持续发展,其关键在于正确处理区域关系、城乡关系和科学协调人地关系[40-41],亟需将国土“三生”空间优化放在黄河流域高质量发展的首要位置。针对黄河流域气候特征与水资源约束问题,要高度重视生态、经济与社会协同管控[42],如1960年以来，黄土高原积温线(3 400℃·d)北移了130 km，其自然生态与农业地域格局发生了明显变化，亟需科学统筹水土保持、生态建设与高效旱作农业发展。通过加强区域生态建设、环境保护和水土气综合治理,突出流域高质量发展与经济社会转型特色,不断强化区域水、土地、生态、能源、粮食、经济与社会安全功能[43],推进构建流域生态共治、环境共保、城乡共建、发展共赢、开放共享的人地系统协调发展新格局。黄河流域各省区具有不同的地域特点和发展特征,如陕西省地处黄河中游,与8省区毗邻,跨越黄河、长江两大水系,推进高质量发展与乡村振兴适宜于聚焦“三沿三建”新格局。“三沿”是指“沿黄、沿渭、沿汉江”,贯通三秦地理、优化空间布局;“三建”是指“党建、乡建、文明建”,融合三大主题、凸显时代精神。立足区域资源、生态、文化等多功能特色与优势,通过创新“三有(有机种植、有机养殖、有机加工业)三品(农产品、礼品、工艺品)”现代智慧农业体系,把保护生态环境和发展特色产业、增加收入有机结合起来,走出一条生态与经济协调发展、人与自然和谐共生之路。

3 黄河流域人地系统科学研究

3.1 总体研究思路

人地系统耦合是区域可持续发展的重要理论基础。科学解析黄河流域人地系统协调机理,寻求可持续发展途径,成为实现黄河流域高质量发展的关键。因此,本科学计划将揭示黄河流域人地系统协调与可持续发展机理及途径作为科学问题进行系统研究(见图2)。通过解析黄河流域人地系统结构功能时空格局及其演进规律,探明黄河流域人地关系矛盾突出、严重失衡的典型区域及成因;重点解析影响黄河流域生态系统健康及生态安全的关键因素及其驱动机制,构建黄河流域生态环境保护的理论方法和技术体系;针对水土资源、能源等制约经济社会发展的关键要素,从强化节约与开源,提高效率与效益等视角,提出资源能源节约集约利用技术与途径;基于流域生态系统与人类社会相互作用和协调关系的全面解析,构建黄河流域人地系统智能化模拟分析平台,探索其协调发展路径;基于黄河流域文物考古、历史文化、革命文化等的挖掘、梳理与提炼,深化现代文明的科学内涵与价值导向,指导黄河流域人地关系协调发展;通过黄河流域人地系统高质量发展情景模拟与分析,提出黄河流域人地系统高质量发展模式与全面乡村振兴路径。黄河流域人地系统科学计划努力在理论创新、科技智库、实践模式、示范创建等方面做出重要贡献,为服务黄河流域生态环境保护和高质量发展战略决策提供理论支持与技术支撑。

图2 人地系统科学研究计划及其总体思路Fig.2 Human-earth system science research plan and its general thinking

3.2 主要研究内容

3.2.1 人地系统结构功能及其演进规律 人与自然是不可分割的生命共同体[44]。黄河流域孕育了中华文明,蕴藏着浓厚而深重的人地系统演化史。从理论、格局、过程、规律的逻辑视域,探索建立人地系统地域结构及其功能分异理论新认知,成为创新黄河流域生态环境保护和高质量发展科学决策体系的重要前提。本研究拟综合遥感数据、社会经济数据、实地调查数据、流空间大数据,集成运用演绎归纳、空间聚类分析、时间序列分析、地理探测器、人工智能等技术方法,研究构建黄河流域人地系统动态监测与评价指标体系及模型,探测分析黄河流域人地系统要素结构、交互关系与地域特征,科学选取刻画人地系统演化的关键指标，深入解析不同类型区域人地系统演变过程、机理与格局,定量测度和对比不同类型区域人地系统演化进程、驱动机制及其资源环境效应,进而揭示人地系统地域模式形成机理及其转型演进规律。

3.2.2 生态环境保护与生态安全 基于源区过度放牧和不合理的土地利用导致草地退化、湿地萎缩、土地沙化等问题,中游水土流失尚未根本控制、局部地区能矿资源的粗放型开采和加工导致地表植被破坏、地表塌陷和矿区污染等问题,中下游快速城镇化和产业发展引起的水体污染、大气污染等典型生态问题,利用典型样区调查数据、站点观测资料、统计数据、多源遥感数据,系统分析重点区域的典型生态问题,模拟揭示上游土地荒漠化时空演变及成因研究、多动力驱动下土壤侵蚀过程及时空分异、黄土高原地质灾害发育规律与分布特征、黄土矿区开采沉陷形成机理及分布特征、典型流域水污染现状及成因机制等;针对典型生态问题的发展程度,研发生态修复与环境恢复技术,主要包括荒漠化土地综合修复技术、重点水土流失区防控与生态修复技术、黄土地质灾害天空地一体化监测及预警技术、矿区环境污染的源头控制与修复技术、典型流域水环境污染防治与修复技术等;提出流域生态保护路径与分区治理方案,包括上游退化土地生态保育路径与治理,中游水土流失、矿区开采和植被脆弱的生态保护路径与治理,中下游环境(水土气生)生态保护路径与治理、流域整体生物多样性保护、秦岭生态安全综合保护等。

3.2.3 资源能源节约与集约利用 从人地关系视角聚焦黄河流域可持续发展问题,开展流域能源节约集约利用及水土资源、能源、粮食协同优化,提出适水产业规模及其合理布局,进而对流域水、能源、粮食安全系统耦合协调、资源统筹及生态环境可持续进行定量研究。主要内容包括黄河中游能源资源结构优化与高效利用,深化能源绿色、高效和优化利用体系研究;关中城市群水资源、能源与城市转型协同优化调控研究,提出水资源、能源与城市用地协调优化路径;陕宁蒙水资源、能源、粮食协同优化调控研究,提出水资源可持续、粮食增效、能源高效的优化途径和措施。通过研究解决制约黄河流域高质量发展的水资源、土地资源及能源问题,构建资源能源高效利用,水能粮、水能城协同优化调控模型,研究提出协同优化途径。

3.2.4 人地系统智能化模拟与协调发展 通过观测和收集黄河流域水土气生人多要素数据,构建流域人地系统要素集、多源数据库和任务感知的信息汇集机制,推进人地系统协同观测与多源异构数据深度融合,实现时空大数据共享与应用服务,为流域人地系统协调智能化模拟提供高效可靠的数据支撑。基于CA、LTM和MAS模型,建立多模态时空大数据统一表达模型,搭建人地系统协调智能化大数据模拟平台、智能决策辅助系统,提供多层次一体化人地关系智能服务。厘清黄河流域人地系统关系及其内部子系统协调发展机理,模拟评价黄河流域要素、区域、地域、功能结构,开展人地系统协同观测体系和协调预测预警研究,探索黄河流域绿色低碳循环发展路径,模拟预测黄河流域不同气候变化与社会经济发展情景,研究提出应对极端气候事件与灾害的重大政策措施,探明促进城乡融合与可持续发展的科学路径,为深入推进数字黄河、智慧黄河、安澜黄河、和谐黄河、美丽黄河建设提供参考依据。

3.2.5 流域高质量发展情景与模式研究 围绕黄河流域城市群发展和新型城镇化、乡村振兴、生态文明建设等国家战略,以城镇、乡村和产业为关键着力点,深入探索黄河流域新型城镇化、乡村振兴和城市群高质量发展路径,构建黄河流域生态环境保护与县城联市带乡、兴业强村富民的长效机制,提出黄河流域产业与生态协同发展的科学路径。通过黄河流域新型城镇化的基本公共服务与基础设施支撑体系、都市圈和城市群一体化研究,总结提炼黄河流域城市高质量发展模式;通过黄河流域产业生态化的路径、评价标准及技术支撑体系研究和黄河流域生态资源保育、生态资源资产化、生态资产资本化以及生态与服务市场化研究,总结提炼黄河流域生态产业化与产业生态化发展模式;通过黄河流域巩固拓展脱贫成果、城乡融合发展机理、居业协同综合建设，以及乡村振兴地域模式研究,梳理总结黄河流域脱贫富农与乡村振兴典型模式。

3.2.6 黄河文化与现代文明传承及创新 通过对黄河流域文物考古、历史文化、革命文化等的挖掘、梳理与提炼,深入探究现代文明的科学内涵与功能价值,指导黄河流域人地系统协调与高质量发展决策。在现代人地关系视角下,根据与人(社会)、地(自然界)密切程度的差异性,梳理提炼黄河文化特色及其创新元素,将黄河文化细分为意识文化、行为文化、制度文化、物态文化等4类,并分类开展流域特色文化挖掘与价值重塑;通过透视黄河文化的历史演变、人地关系的时空演变特征,探明不同历史时期的黄河文化对人地系统演化的影响,以及新型人地系统格局下黄河文化的传承与创新路径;通过强化系统延续、价值延续与生活延续,真正让“文化遗产活起来”,进而在更为广深的时空范围内实现其地域文化价值、教育普及意义和区域社会功能。通过黄河文化、人类文明与区域经济融合创新,创建人文生态资源保护与城乡发展互促机制,探索黄河流域生态文化示范县、县域高质量发展示范区和人地协调先行试验区建设，彰显黄河文化、红色文化、民俗文化和新时代生态文明建设的乡村振兴价值体系,如依据地域邻近性、区域协同性,重点创建无定河流域绥(德)米(脂)一体化生态文旅产业高质量发展带。

3.3 研究目标与定位

面向黄河流域生态保护和高质量发展国家战略,立足陕西省情和西北大学优势,突出地理、地质、生态、经管等多学科综合优势,创建黄河科学研究平台,集聚多方科研力量致力于黄河流域人地系统耦合与高质量发展、黄河文化保护与传承等研究和科学治理实践,建成面向全球环境变化、可持续发展,聚焦地球关键带的演进过程、高质量发展战略体系,服务支撑国家及相关省市黄河流域战略规划和科学决策的理论研究高地、模式示范基地、重要智库与学术交流平台。

陕西省黄河研究院确定了黄河流域人地系统协调与高质量发展“一个研究主题”, 着眼时空“两个维度”, 立足陕西省及其周边地区, 开展青藏高原、 黄土高原、 华北平原“大三原”, 河套平原、 陕北黄土高原、 汾渭平原“小三原”, 陕晋蒙、 陕甘宁蒙、 陕蒙晋豫接壤区“三大区域”的城镇化、 工业化、 信息化、 农业现代化“四化协同”的动力学机制和高质量发展路径研究, 实现创新、 协调、 绿色、 开放、 共享“五位一体”的新发展目标(见图3)。

图3 黄河流域人地系统科学研究维度与主要目标Fig.3 Research dimensions and main objectives of human-earth system science in the Yellow River Basin

根据黄河流域的地域特征、资源禀赋、经济发展与人地关系等特征,重点开展“土”字型样带综合调查和科学考察,围绕地质环境、能矿、水土、生态等自然资源可持续利用,新型城镇化、城市群、贫困治理、乡村振兴等经济社会高质量发展,城乡、生态、农业、社会等人地系统可持续调控等方面,通过选择典型县域深入开展调查研究。在“土”字型样带中选取了南、北、中综合样带,南样带包括青海省共和县、甘肃省临夏县和庄浪县、陕西省岐山县和长安区、河南省灵宝县和封丘县,山东省长清区和垦利县;北样带包括甘肃省古浪县、宁夏盐池县、陕西省宝塔区、山西省灵石县和寿阳县;中样带包括内蒙古乌拉特前旗和东胜区,陕西省榆阳区和富平县等(见图4)。在统筹规划和典型案例研究基础上,重点推进榆林市佳县、米脂、绥德“黄河流域生态保护和高质量发展示范县”和“乡村振兴楷模”创建,科学引导和服务支撑沿黄生态文化公园、全域旅游创新区、全面乡村振兴示范区建设。

图4 黄河流域人地系统科学研究区域及其主要样带Fig.4 Research area of human-earth system science and its main transects in the Yellow River Basin

4 结语与讨论

黄河流域生态保护和高质量发展已上升为国家区域发展的重大战略。黄河流域人地系统生态保护与经济发展矛盾冲突的实质是因人类活动与自然环境交互作用而产生的人地系统失调、三生功能失衡。人地系统耦合是地球系统科学研究的重要前沿领域,针对黄河流域生态环境保护和高质量发展亟需探究的科学问题,本文提出了黄河流域人地系统科学研究计划,旨在解析黄河流域人地系统结构、演进过程及其地域分异规律,探索发展以人地系统耦合与可持续发展为主要研究内容的人地系统科学,研究构建黄河流域生态安全与生态保护体系、资源能源集约与节约利用体系、人地系统智能化模拟与决策体系,总结提炼黄河流域生态环境保护和高质量发展模式。陕西省黄河研究院将依托多学科综合优势,持续推进黄河流域人地系统科学研究计划,立足陕西省及周边地区、面向黄土高原及整个黄河流域,通过“土”字样带综合调查研究和黄河流域科学考察,深入探索流域工业化、城镇化、信息化与农业农村现代化“四化”协同的动力学机制和高质量发展创新路径,推进黄河流域生态环境保护和高质量发展示范县创建。

人类社会经济发展所面临的诸多资源环境问题和区域发展难题,归根结底是因系统科学研究不够、人地关系处理不当而引发的。黄河是中华民族的母亲河、中华文明的摇篮,从治黄、兴黄到富黄,现处于高质量发展的重大机遇期。黄河流域跨越九省份、地域狭长、差异悬殊,高质量发展必须实事求是、因地制宜、分类指导、分区推进。黄河上游要强化生态系统功能、注重生态环境系统保护和城乡协调发展;黄河中游是国家多战略叠加的核心区和人地系统协同的重点区,当前要对接好“碳达峰、碳中和”目标,协同推进节能减排和固碳增汇,有效提升生态环境修复与经济社会转型创新效率;黄河下游应加强环境综合治理,改善生境质量,提高创新产出及其综合效能。

人地系统耦合是区域可持续发展的重要理论基础。从人地协调、区域协同、城乡融合、乡村振兴战略看,黄河流域是一个完整的复杂地域系统,黄土高原是一个独特的区域地球系统。要坚持流域综合治理、系统治理、源头治理,共同抓好大保护,协同推进大治理;要坚持以目标为指向、问题为导向,加强制度建设和政策供给,找准短板和弱项精准发力、提升能力,通过系统优化国土空间结构、功能与布局，推动黄河流域生态环境保护、经济社会转型全面步入生态文明建设与高质量发展轨道。当前应加强顶层设计、理论研究和科学规划,加快创新产学研政企协同机制,创建上中下游流域联盟,协力推进重大科学问题研究和关键工程技术突破,联合组织黄土流域及黄土高原科学考察。从治理实践感知、地域模式探知,到科学规律认知,全面梳理黄土高原生态经济建设系统理论与转型发展路径,探索实施黄土高原变绿后的“绿土高原人地系统工程”。在共同抓好“保护黄土地”、协同推进“黄河大合唱”的时代征程中,全面创新黄河流域人地系统协调与高质量发展的长效机制、地域模式和科学范式。

致谢:西北大学邵煜、王莺莺、蒋晓辉、邱海军、李飞、惠怡安、刘建红等,中国科学院地理科学与资源研究所李裕瑞、曹智、郭远智参加了前期研究和文稿处理，特表感谢。