黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康時空演變特征

谷瑞麗多玲花鄒自力黎德華

(1.東華理工大學(xué) 江西省軟科學(xué)研究培育基地資源與環(huán)境戰(zhàn)略研究中心,江西 南昌330013;2.東華理工大學(xué)測繪工程學(xué)院,江西 南昌330013;3.自然資源部 環(huán)鄱陽湖區(qū)域礦山環(huán)境監(jiān)測與治理重點實驗室,江西 南昌330013)

生態(tài)系統(tǒng)健康(ecosystem health)指一個生態(tài)系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定性和可持續(xù)性,即在時間上具有維持其組織結(jié)構(gòu)、自我調(diào)節(jié)和對脅迫的恢復(fù)能力[1]。伴隨著城市化進程的加快,人類活動影響加劇了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化,從而對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅,暴露出諸如大氣污染、水土流失、城市熱島、景觀結(jié)構(gòu)遭到破壞、生境質(zhì)量受到威脅等生態(tài)環(huán)境問題[2]?！饵S河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》提出,沿黃河省區(qū)要毫不動搖地走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導(dǎo)向的現(xiàn)代化道路,加快構(gòu)建人與自然和諧共生的現(xiàn)代綠水青山體系。黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展關(guān)乎中華民族偉大復(fù)興,推動黃河流域生態(tài)保護建設(shè),對促進黃河流域重要經(jīng)濟帶的發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義,因此對黃河下游城市群的生態(tài)系統(tǒng)健康水平進行評估,有助于黃河流域生態(tài)保護和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)。鑒于黃河流域高質(zhì)量發(fā)展中存在的困境及其重要地位,黃河流域的生態(tài)系統(tǒng)健康問題已經(jīng)成為專家學(xué)者們關(guān)注的熱點。牛明香等[3]以黃河河口區(qū)為研究區(qū)域,河口及與之相毗鄰的陸域、海域作為整體生態(tài)系統(tǒng),根據(jù)壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(pressurestate-response,PSR)模型建立評價體系,結(jié)合綜合指數(shù)法對河口區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平進行測度。徐輝等[4]圍繞結(jié)構(gòu)、功能、過程、發(fā)展4個層面構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系,以模糊物元模型為基礎(chǔ),從時空維度評價2010—2018年生態(tài)系統(tǒng)健康水平。劉玒玒等[5]選擇關(guān)中5個城市為研究區(qū),基于自然、社會和經(jīng)濟因素選擇20項指標(biāo)建立生態(tài)系統(tǒng)健康評價框架,運用模糊綜合評價法評價關(guān)中5市生態(tài)系統(tǒng)健康,為城市生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展提供理論和現(xiàn)實依據(jù)。目前,黃河流域生態(tài)系統(tǒng)健康研究主要有3點不足:①以PSR模型指標(biāo)體系為例,現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系適用空間尺度較窄,社會響應(yīng)指標(biāo)具有滯后性,量化結(jié)果容易受到主觀影響[6]。②評價指標(biāo)體系紛繁復(fù)雜,既有自然指標(biāo),也有社會和經(jīng)濟等指標(biāo),一定程度上脫離了生態(tài)系統(tǒng)健康評價的“生態(tài)”主旨[7]。③在研究尺度上,黃河流域已有的生態(tài)系統(tǒng)健康評估研究是以行政區(qū)為研究單元的,不能精細反映研究區(qū)內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)健康水平的差異[8]。隨著人類生活質(zhì)量的改善,人們逐漸重視生態(tài)系統(tǒng)為人類福祉帶來的直接或間接的利益,學(xué)者們將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為一個重要指標(biāo)放進生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系之中,提出更能反映自然生態(tài)環(huán)境對人居環(huán)境影響的VORS(vigor-organization-resilience-services)生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型[9-11]。

黃河流域下游地區(qū)由于開發(fā)強度高,人與自然關(guān)系日益緊張,在當(dāng)前快速城鎮(zhèn)化背景下,人類活動導(dǎo)致下游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性升高、穩(wěn)定性較差,生態(tài)環(huán)境受到威脅。因此,本研究以黃河下游城市群為研究對象,針對黃河下游城市群特點,從生態(tài)系統(tǒng)健康內(nèi)涵出發(fā),以VORS模型建立評價指標(biāo),從格網(wǎng)尺度探討黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平及其時空分布特征,以期為城市群高質(zhì)量發(fā)展提供有效參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

迄今為止,黃河流域發(fā)展形成了7大城市群,構(gòu)成“3+4”空間格局,即3個區(qū)域級城市群和4個地區(qū)性城市群[12]。山東半島城市群和中原城市群,這兩大區(qū)域級城市群位于華北平原,同屬于黃河下游城市群[13]。總?cè)丝?億,占黃河流域人口總數(shù)的47%,地區(qū)生產(chǎn)總值為13.46萬億元,占流域生產(chǎn)總值的56%[14]。兩大城市群在空間位置上緊密相鄰,經(jīng)濟相互依存,產(chǎn)業(yè)分工上相輔相成。參照已有研究成果對黃河下游地區(qū)的劃分,選取中原城市群的核心區(qū)域,即河南省所轄地級市和山東半島城市群作為研究對象[15]。山東半島城市群和中原城市群覆蓋了黃河下游大部分區(qū)域,在一定程度上能夠體現(xiàn)出整個黃河下游的概況。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2000,2010和2020年土地利用數(shù)據(jù)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),2000年和2010年數(shù)據(jù)生產(chǎn)制作主要使用Landsat-TM/ETM遙感影像數(shù)據(jù),2020年主要使用Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù),通過人機交互目視解譯生成,空間分辨率為1 km×1 km,數(shù)據(jù)精度在88%以上[16],滿足研究需要。NDVI(normalized difference vegetation index)采用NASA官網(wǎng)MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)產(chǎn)品(MOD13Q1),通過MRT轉(zhuǎn)換工具將hdf格式轉(zhuǎn)換為tiff格式,空間分辨率為250 m,時間分辨率為16 d。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自2000,2010和2020年《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》《河南省統(tǒng)計年鑒》《山東省統(tǒng)計年鑒》。為了避免按照行政區(qū)劃指標(biāo)均勻分布問題,研究尺度不再采用行政區(qū)劃尺度,而是采用網(wǎng)格尺度,本研究所設(shè)定的網(wǎng)格尺度是10 km×10 km。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)健康評估框架構(gòu)建 評估黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平,對制定合理有效的生態(tài)系統(tǒng)健康保護政策具有十分重要的意義。本研究采用VORS模型(圖1),選擇不同指標(biāo)分別測度生態(tài)系統(tǒng)活力、生態(tài)系統(tǒng)組織力、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,以此對黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康進行動態(tài)評估。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系框架

本研究構(gòu)建的VORS模型是VOR模型的擴展,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為一個重要指標(biāo)納進生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系之中,更好地將生態(tài)系統(tǒng)與人類社會聯(lián)系起來,以借助不同指標(biāo)衡量生態(tài)系統(tǒng)在功能、結(jié)構(gòu)、過程和服務(wù)等方面的健康狀況[11]。本研究主要從“目標(biāo)層—因子層—指標(biāo)層”構(gòu)建VORS模型,目標(biāo)層是指生態(tài)系統(tǒng)健康評估,可以揭示研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平,活力、組織力、恢復(fù)力和服務(wù)構(gòu)成了因子層,因子層下的特定指標(biāo),即植被覆蓋指數(shù)、景觀格局指數(shù)(景觀連通性、景觀異質(zhì)性)、生境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值構(gòu)成了指標(biāo)層,指標(biāo)的變化趨勢可以揭示生態(tài)系統(tǒng)健康的過程,為政府精確有效地制定政策提供依據(jù)。本文通過構(gòu)建VORS模型,定量化分析生態(tài)系統(tǒng)健康水平的時序演變、空間特征以及空間關(guān)聯(lián)性,從而揭示黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平的發(fā)展態(tài)勢與空間規(guī)律。

(1)生態(tài)系統(tǒng)活力(ecosystem vigor)通常通過植被覆蓋度或植被凈初級生產(chǎn)力(net primary productivity,NPP)來反映生態(tài)系統(tǒng)的代謝和初級生產(chǎn)力[17]。本研究參考生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范(HJ192-2015),以植被覆蓋指數(shù)來表征生態(tài)系統(tǒng)活力。植被覆蓋指數(shù)(vegetation coverage index)是評價區(qū)域植被覆蓋的程度,利用評價區(qū)域單位面積歸一化植被指數(shù)(NDVI)表示,具體公式為[18]:

式中:Pi表示5—9月像元NDVI月最大值的均值,NDVI采用NASA官網(wǎng)MOD13數(shù)據(jù),空間分辨率為250 m;n代表區(qū)域像元數(shù);Aveg代表植被覆蓋指數(shù)的歸一化系數(shù),參考值為0.012 1。

(2)生態(tài)系統(tǒng)組織力(ecosystem organization)被用來反映生態(tài)系統(tǒng)各要素之間的相互作用,通常用以表達生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,本研究選擇景觀異質(zhì)性和景觀連通性來定量,并賦予不同權(quán)重計算組織力[19-20]。景觀連通性主要由整體景觀連通和生境連通性共同決定,分別使用蔓延度(CONTAG)和斑塊凝聚度指數(shù)(COHESION)對其進行量化。景觀異質(zhì)性具體使用香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)來表征。參考以往研究[11],整體景觀的異質(zhì)性和連通性的權(quán)重賦值為0.35,生態(tài)系統(tǒng)組織力(O)計算公式為:

(3)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(ecosystem resilience)也被稱為生態(tài)系統(tǒng)彈力,主要是指系統(tǒng)在遭受到干擾或威脅后恢復(fù)到原狀的能力。本研究采用國際上廣泛使用的In VEST模型生境質(zhì)量模塊來表征[21]。生境質(zhì)量所涉及到的參數(shù)主要參考以往的研究[22-24],并在此基礎(chǔ)上結(jié)合黃河下游城市群區(qū)域特征進行修正。生境退化度和生境質(zhì)量的計算公式為[25]:

式中:Dxj表示生境退化程度;Wr代表生態(tài)威脅因子的權(quán)重;ry表示威脅因子強度;irxy代表威脅因子r的最大影響距離;βx代表示生境抗干擾水平;Sjr表示生境對威脅因子的敏感度。

式中:Qxj為土地利用類型j上柵格x的生境質(zhì)量;Hxj為土地利用類型j中x的生境適宜性;k為半飽和常數(shù)。生境質(zhì)量值越大其恢復(fù)力越好。

(4)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosystem services)是指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得支持服務(wù)、供給服務(wù)、文化服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)等對人類生活有貢獻的相關(guān)服務(wù)或產(chǎn)品[26]。本研究采用當(dāng)量因子法,依據(jù)Costanza建立的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價模型,參考謝高地[27]改進后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)系數(shù)來修正研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)系數(shù),1個生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值為單位面積糧食產(chǎn)量的1/7[28]。本研究基于2000,2010和2020年主要糧食作物的產(chǎn)量、播種面積和平均價格計算得到黃河下游城市群單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟價值為1 449.07元/hm2,研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式[29-30]:

式中:ESV代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;j代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型;Ai代表第i類土地利用類型的面積(hm2);VCi代表第i類土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值〔元/(hm2·a)〕;ECj代表某類土地利用類型第j項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量;k代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型數(shù)量;Ea代表1單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟價值〔元/(hm2·a)〕。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)測度 由于各項評價指標(biāo)的量綱各不相同,其實際數(shù)量也存在很大不同,所以本研究必須先將各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化才能對生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價。本研究所使用的方法是極值歸一化法。計算公式為:

式中:Xi是第i年指標(biāo)的實際值;min(Xi)是最小值;max(Xi)是最大值;Pi是標(biāo)準(zhǔn)值。

參考袁毛寧[11]對廣州市生態(tài)系統(tǒng)健康的研成果,基于VORS框架建立評價模型:

式中:EHI是生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù);V,O,R,S分別為活力、組織力、恢復(fù)力與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

1.3.3 空間自相關(guān) 空間自相關(guān)是用來度量附近觀測值之間是否存在空間關(guān)聯(lián)性。本研究采用全局莫蘭指數(shù)(Moran’sI)分析整個研究區(qū)空間關(guān)聯(lián)性。計算公式為[31]:

式中:n是空間上研究單元總數(shù);xi,xj分別表示區(qū)域i和j的生態(tài)系統(tǒng)健康值;Wij表示區(qū)域i,j的空間權(quán)重矩陣;S2為所有要素權(quán)重的集合;ˉx表示平均生態(tài)系統(tǒng)健康值。

為了進一步分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康空間分布格局特征,運用Getis-OrdG*i指數(shù)測度局域關(guān)聯(lián)特征,識別具有統(tǒng)計顯著性的冷點區(qū)和熱點區(qū)。計算公式為[32]:

式中:G*i(d)為局部空間自相關(guān)值;xi為研究單元i的觀測值;Wij(d)為空間權(quán)重矩陣。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)分析

根據(jù)黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型,對2000,2010和2020年活力、組織力、恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)4個因子分析(如圖2—5所示),展示了生態(tài)系統(tǒng)健康4個評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的空間格局。2000,2010和2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)活力的平均值分別為0.598,0.687和0.664,生態(tài)系統(tǒng)活力先上升后下降,總體上呈明顯上升的趨勢。生態(tài)系統(tǒng)活力高值區(qū)主要分布在中原城市群西部,低值則分布在山東半島城市群北部沿海區(qū)域。由于植被覆蓋指數(shù)受氣溫、年降水量、太陽輻射等多種因素綜合影響,緯度更低的中原城市群的生態(tài)系統(tǒng)活力普遍高于山東半島城市群。

圖2 黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)活力時空分布

2000,2010和2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)組織力的平均值分別為0.601,0.512和0.514,生態(tài)系統(tǒng)組織力在2010年前呈快速下降趨勢,2010年后相對穩(wěn)定。研究期內(nèi)黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)組織力的變化趨勢是先下降后保持穩(wěn)定,總體上呈明顯下降的趨勢,其中以研究區(qū)西部地區(qū)變化較為明顯。生態(tài)系統(tǒng)組織力的高值主要分布在山東半島城市群地區(qū),而低值則集中在中原城市群,總體上呈現(xiàn)出東部高,西部低的分布格局。

圖3 黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)組織力時空分布

2000,2010和2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的平均值分別為0.429,0.425和0.416,生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力呈現(xiàn)下降的趨勢。中原城市群西部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的下降趨勢尤為明顯。中原城市群生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力普遍高于山東半島城市群,總體呈現(xiàn)出西部區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力高,中部區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力低,東部區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力處于中等水平的分布特征。

圖4 黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力時空分布

2000,2010和2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的平均值分別為0.207,0.213和0.125,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。近10 a間呈現(xiàn)明顯下降的趨勢,主要是由耕地、草地以及林地大面積流失所導(dǎo)致的。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的高值區(qū)集中在中原城市群西部和山東半島城市群南部,而山東半島城市群西部和中原城市群東部區(qū)域則屬于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低值區(qū)。

圖5 黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空分布

2.2 生態(tài)系統(tǒng)健康時空格局及動態(tài)變化

綜合考慮活力、組織力、恢復(fù)力、服務(wù)4個因子,得到黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康時空分布圖(圖6)。根據(jù)以往的研究[33],將生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)劃分為5個等級,其等級分為差(0～0.2)、較差(0.2～0.4)、一般(0.4～0.6)、較好(0.6～0.8)、良好(0.8～1)。研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)健康等級為較差的占主導(dǎo)地位,部分地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康等級為一般,少數(shù)地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康等級為差,本研究不存在生態(tài)系統(tǒng)健康等級為較好和良好的地區(qū),表明該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康是脆弱的。平均值代表了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的一般分布水平,標(biāo)準(zhǔn)差揭示了數(shù)據(jù)的離散程度,標(biāo)準(zhǔn)差越大表示數(shù)據(jù)越趨于離散。2000,2010和2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)生了不同程度的變化,生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)平均值從2000年的0.325下降到2020的0.320,總體上呈現(xiàn)略微降低的趨勢,標(biāo)準(zhǔn)差從2000年的0.106上升到2020年的0.112,表明生態(tài)系統(tǒng)健康水平分布更加離散,即黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康等級為一般的地區(qū)得到進一步保護,等級為差的地區(qū)進一步惡化,整體生態(tài)系統(tǒng)健康狀況退化。從空間分布來看,2000,2010和2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平具有顯著的空間異質(zhì)性,各等級空間分布集中,整體生態(tài)系統(tǒng)健康水平脆弱。從研究區(qū)中部延伸到東北部的大部分區(qū)域,生態(tài)系統(tǒng)健康等級為較差且占絕大多數(shù),占比高達約74%。由于該區(qū)域是耕地集中分布區(qū),容易受到人類活動的嚴重干擾,故隨著城鎮(zhèn)化進程加快,建設(shè)用地增加導(dǎo)致生境斑塊破碎化、連通性差并進一步導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化。生態(tài)系統(tǒng)健康等級為一般則主要分布在中原城市群的西南部以及山東半島城市群中部北部小部分地區(qū)。該區(qū)域林草地面積廣布,景觀多樣性較為豐富,人類活動干擾比較少,同時結(jié)構(gòu)相對完整,生態(tài)系統(tǒng)良好?？偠灾?隨著城市群的快速擴張以及人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾,生態(tài)問題越發(fā)突出,生態(tài)系統(tǒng)健康水平也隨之下降。

圖6 黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康時空分布

2.3 生態(tài)系統(tǒng)健康空間集聚特征

為了進一步探究生態(tài)系統(tǒng)健康空間集聚分布情況,繪制了生態(tài)系統(tǒng)健康熱點和冷點分布圖(圖7)。2000—2020年黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康全局莫蘭指數(shù)分別為0.512,0.522,0.543。由此可見,20 a間生態(tài)系統(tǒng)健康水平空間依賴性顯著,生態(tài)系統(tǒng)健康分布在整體上具有正向的空間集聚特征,即生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)高的區(qū)域空間集聚,而生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)低的區(qū)域相互臨近。生態(tài)系統(tǒng)健康熱點區(qū)主要分布在中原城市群西南部以及山東半島城市群中部及東北部,該區(qū)具有較高的植被覆蓋度、生境質(zhì)量及抗干擾能力,因此出現(xiàn)高值聚集。研究期間生態(tài)系統(tǒng)健康冷點區(qū)面積所占比例上升,熱點區(qū)面積則略微下降,生態(tài)系統(tǒng)健康狀況不容樂觀。

圖7 黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康熱點和冷點分布

3 討論

2000—2020年,生態(tài)系統(tǒng)健康狀況總體上呈現(xiàn)略微降低的趨勢。一方面,黃河下游城市群耕地和林地面積持續(xù)減少,同時受到氣候變化和人類干擾的影響,生態(tài)狀況極其脆弱,生態(tài)系統(tǒng)健康面臨巨大壓力,另一方面,隨著城市化進程的加快,人口規(guī)模的增長,建設(shè)用地規(guī)模快速擴張,對生態(tài)系統(tǒng)的干擾逐漸增強,從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)健康水平下降[33]。在空間分布上,研究區(qū)中部延伸到東北部的大部分區(qū)域,生態(tài)系統(tǒng)健康水平較差,該區(qū)域是耕地集中分布區(qū),容易受到人類活動的嚴重干擾,隨著城鎮(zhèn)化進程加快,建設(shè)用地增加導(dǎo)致生境斑塊破碎化、連通性差并進一步導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化[34]。因此,黃河下游地區(qū)開發(fā)建設(shè)要加強生態(tài)環(huán)境保護,禁止盲目擴大建設(shè)用地,實現(xiàn)人與自然的和諧相處,有效保護和修復(fù)生態(tài)環(huán)境,推動黃河下游城市群健康可持續(xù)發(fā)展。

本研究也存在一些局限之處,如評價指標(biāo)體系的量化過于依賴于土地利用數(shù)據(jù),造成結(jié)果相對單一,不能很好地反映社會經(jīng)濟等因素對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響,在一定程度上影響了生態(tài)系統(tǒng)健康的評價結(jié)果,下一步可以在基于土地利用相關(guān)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,增加社會經(jīng)濟、生態(tài)文化健康等指標(biāo)。另外由于研究尺度較大,數(shù)據(jù)分辨率可能會對研究結(jié)果產(chǎn)生一定程度的偏差,為了更加精準(zhǔn)的測算生態(tài)系統(tǒng)健康水平狀況,要使用更加精確地土地利用數(shù)據(jù)。綜上所述,未來可以通過提高土地利用分辨率和豐富評價指標(biāo)體系兩方面增強評價結(jié)果的科學(xué)性。

4 結(jié)論

(1)2000—2020年,研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)活力、組織力、恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均發(fā)生了不同程度的變化。生態(tài)系統(tǒng)活力從2000年的0.598上升到2020年的0.664,總體上呈明顯上升的趨勢;2000,2010和2020年生態(tài)系統(tǒng)組織力分別為0.601,0.512和0.514,總體上呈明顯下降的趨勢,但2010年后相對穩(wěn)定;生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力從2000年的0.429下降到2020年的0.416,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從2000年的0.207下降到2020年的0.125,基本維持在較低水平,在一定程度上降低了生態(tài)系統(tǒng)健康水平。

(2)2000—2020年,生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)平均值從2000年的0.325下降到2020年的0.320,標(biāo)準(zhǔn)差從2000年的0.106上升到2020年的0.112,黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平總體上呈現(xiàn)略微降低的趨勢,黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康等級為一般的地區(qū)得到進一步保護,等級為差的地區(qū)進一步惡化。黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康水平具有空間異質(zhì)性,各等級空間分布集中,生態(tài)系統(tǒng)健康程度表現(xiàn)為較差的占主導(dǎo)地位,所占比例高達約74%,分布在研究區(qū)中部延伸到東北部的大部分區(qū)域,整體生態(tài)系統(tǒng)健康水平脆弱。

(3)2000—2020年,黃河下游城市群生態(tài)系統(tǒng)健康空間依賴性顯著,2000,2010和2020年全局莫蘭指數(shù)分別為0.512,0.522和0.543,生態(tài)系統(tǒng)健康分布在整體上具有正向的空間集聚效應(yīng)。生態(tài)系統(tǒng)健康熱點區(qū)主要分布在中原城市群西部及南部以及山東半島城市群中部及東北部。