山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合的時(shí)空演變特征

劉海龍， 唐 飛， 丁婭楠， 張 羽， 郭曉佳， 譚景柏， 程 岳

（1.山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030000；2.山西師范大學(xué)人文地理研究所，山西 太原 030000；3.西北工業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木建筑學(xué)院，陜西 西安 710129）

黨的十九大報(bào)告提出中國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，自該理論提出以來，學(xué)界對(duì)于高質(zhì)量發(fā)展的研究主要集中于對(duì)“經(jīng)濟(jì)發(fā)展高質(zhì)量、改革開放高質(zhì)量、城鄉(xiāng)建設(shè)高質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量、人民生活高質(zhì)量”等的高質(zhì)量發(fā)展內(nèi)涵評(píng)述［1］、基于“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的高質(zhì)量發(fā)展指標(biāo)體系構(gòu)建［2-3］，基于流域［4］、省際［5］、縣域［6］層面的高質(zhì)量發(fā)展水平測(cè)度分析以及內(nèi)在機(jī)理探究等內(nèi)容，但對(duì)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)分析較少。進(jìn)行高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合研究可以客觀揭示高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，把握區(qū)域發(fā)展的空間分異規(guī)律，對(duì)制定區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的科學(xué)參考價(jià)值。區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展是經(jīng)濟(jì)地理學(xué)、城市地理學(xué)等領(lǐng)域的重點(diǎn)議題［4］。近年來，粗放式的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響日益凸顯，隨著國(guó)家對(duì)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)關(guān)注程度的日益增加，開展高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合的時(shí)空特征分析對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)外學(xué)者十分關(guān)注經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，如環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線［7］假說、綠色索羅模型［8］均提出了生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間存在相互作用［9-11］，P-S-R模型［12］從“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”角度分析生態(tài)與經(jīng)濟(jì)之間的相互關(guān)系，庫(kù)茲涅茨曲線［13］能夠判定不同區(qū)域經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合狀態(tài)。國(guó)內(nèi)學(xué)者更多關(guān)注生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系［14］，如環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)發(fā)展［15］、生態(tài)環(huán)境與城市化［16］、城市用地?cái)U(kuò)張與生態(tài)環(huán)境保護(hù)［17］等。隨著高質(zhì)量發(fā)展指標(biāo)體系的構(gòu)建，學(xué)界開始關(guān)注高質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)內(nèi)在耦合的測(cè)度分析［5］以及高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間交互耦合的探究［18-19］，且在高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合的研究中，多通過構(gòu)建指標(biāo)體系對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，傳統(tǒng)的指標(biāo)體系已不能直觀表征區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況，故有學(xué)者借助In-VEST 模型從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)［20-21］出發(fā)利用遙感數(shù)據(jù)對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)［22-24］，一方面可以更好表征生態(tài)環(huán)境現(xiàn)實(shí)狀況，另一方面也能夠明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成機(jī)制和評(píng)估結(jié)果。已有研究多集中于省域、市域尺度，以縣域?yàn)槌叨鹊鸟詈咸骄枯^薄弱，縣域單元對(duì)人才、資金等要素的吸引較弱，目前部分縣區(qū)仍存在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綠色發(fā)展動(dòng)力不足的問題［25］，從縣域視角切入，能夠更精確刻畫區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間關(guān)系的空間分異規(guī)律，有利于探討深層次的形成機(jī)理，對(duì)縣域經(jīng)濟(jì)保質(zhì)保量增長(zhǎng)和資源配置優(yōu)化具有重要意義。

山西省地處黃河流域中游，位于黃土高原東部，地形復(fù)雜，水土流失嚴(yán)重，自然本底較差［26］，多年來以資源開發(fā)為主導(dǎo)的發(fā)展觀念導(dǎo)致脆弱的生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。因此，本文構(gòu)建縣域高質(zhì)量發(fā)展指標(biāo)體系并借助InVEST模型，基于縣域尺度進(jìn)行山西省2000—2018 年高質(zhì)量發(fā)展水平和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)，并通過耦合協(xié)調(diào)模型和彈性系數(shù)法揭示研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)度和耦合類型的時(shí)空分異特征，為研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)相關(guān)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省位于中國(guó)華北地區(qū)，總面積15.67×104km2，是典型黃土覆蓋的山地高原，區(qū)域內(nèi)地形以山地、丘陵為主，地勢(shì)東北高西南低，氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，各地年平均氣溫4.2～14.2 ℃，年降水量358～621 mm。2019年底常住人口為3.73×107人；研究與開發(fā)（R&D）經(jīng)費(fèi)投入191.2×108元，達(dá)全國(guó)平均水平的29.6%；專利申請(qǐng)量3.17×104件，達(dá)全國(guó)平均水平70.3%。省內(nèi)生態(tài)問題嚴(yán)重，人地矛盾突出，人均水資源量為204 m3，僅為全國(guó)平均水平的16.6%；森林覆蓋率為22.79%，達(dá)全國(guó)平均水平的77.04%；空氣優(yōu)良天數(shù)比例為63%，僅為全國(guó)平均水平的20.7%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取2000 年、2005 年、2010 年、2018 年作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，考慮到縣域行政區(qū)劃有變動(dòng)，以2018 年山西省縣域行政區(qū)劃為地域參考單元，將各地級(jí)市市轄區(qū)進(jìn)行合并，綜合得到107 個(gè)縣區(qū)。各縣域統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料均來自2001 年、2006 年、2011 年、2019 年《中國(guó)縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)科學(xué)技術(shù)統(tǒng)計(jì)年鑒》《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》和相應(yīng)年份山西各地級(jí)市統(tǒng)計(jì)公報(bào)。土地利用數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn/）的《中國(guó)土地覆被柵格數(shù)據(jù)》，分辨率為30 m×30 m；降水?dāng)?shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)部全國(guó)溫室數(shù)據(jù)系統(tǒng)中山西省18 個(gè)氣象站點(diǎn)資料（http://data.sheshiyuanyi.com），通過ArcGIS 10.5空間插值后提取所得；植被指數(shù)來源于《中國(guó)年度植被指數(shù)（NDVI）空間分布數(shù)據(jù)集》，分辨率為30 m×30 m；數(shù)字高程模型（DEM）來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/），分辨率為30 m×30 m；土壤數(shù)據(jù)來自世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HWSD）中提取的《中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集》；根系深度、蒸散系數(shù)由參考文獻(xiàn)計(jì)算所得［27］。

1.3 研究方法

1.3.1 高質(zhì)量發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 本文借鑒相關(guān)研究成果［3-5］，綜合考慮數(shù)據(jù)的可獲取性和合理性以及山西省縣域?qū)嶋H情況，構(gòu)建研究區(qū)縣域高質(zhì)量發(fā)展測(cè)度指標(biāo)體系（表1），采用熵權(quán)法和層次分析法進(jìn)行綜合賦權(quán)，w1i、w2i分別為i指標(biāo)熵值法與層次分析法所得權(quán)重值；n為指標(biāo)數(shù)量［28-29］。

表1 山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展水平測(cè)度指標(biāo)體系Tab.1 Measurement index system of county high quality development level in Shanxi Province

由于縣域指標(biāo)的可獲取程度較低，用產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平來衡量產(chǎn)業(yè)之間協(xié)調(diào)水平，產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平以第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的比值來計(jì)算，比值越小，說明區(qū)域產(chǎn)業(yè)水平越高，如果比值出現(xiàn)下降趨勢(shì)，則說明區(qū)域經(jīng)濟(jì)向服務(wù)化方向發(fā)展。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估 利用InVEST 模型評(píng)價(jià)山西省縣域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。該模型在一定程度上能避免生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能形成機(jī)制不明確、評(píng)估結(jié)果實(shí)用性差等問題［30］。借鑒相關(guān)研究［23,31］，選取具有普遍適用性的水源涵養(yǎng)、土壤保持、糧食生產(chǎn)、固碳及生境質(zhì)量模塊，對(duì)研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行估算（表2）。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模塊Tab.2 Ecosystem services assessment module

1.3.3 高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)度測(cè)算模型

（1）耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合協(xié)調(diào)度模型能定量評(píng)價(jià)高質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的交互耦合協(xié)調(diào)程度。通過構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型可測(cè)算山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的耦合協(xié)調(diào)水平，計(jì)算過程見文獻(xiàn)［28］，將研究區(qū)縣域高質(zhì)量發(fā)展耦合度與協(xié)調(diào)度劃分為5個(gè)階段（表3）。

表3 耦合協(xié)調(diào)度（R）階段劃分Tab.3 Stage division of coupling coordination degree

（2）彈性系數(shù)模型

彈性系數(shù)法具有揭示時(shí)空耦合特征以及耦合系統(tǒng)變化方向及速度的優(yōu)點(diǎn)［37］，借鑒該方法構(gòu)建高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)彈性系數(shù)，具體公式如下：

式中：β為高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平彈性系數(shù)；EHR、ECR分別表示一個(gè)時(shí)期內(nèi)高質(zhì)量發(fā)展水平變化率和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化率；EHt、EH0分別為t年和基年的高質(zhì)量發(fā)展水平；ECt、EC0分別表示t年和基年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平。

根據(jù)EH、EC的增減變化以及彈性系數(shù)的變化，參考相關(guān)文獻(xiàn)［14］，將高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合關(guān)系進(jìn)一步細(xì)化為6 種類型（表4）。當(dāng)兩系統(tǒng)耦合類型為增長(zhǎng)型時(shí)，代表兩者耦合程度提升；當(dāng)兩系統(tǒng)耦合類型為粗放型時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增長(zhǎng)速率較緩，需要加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；當(dāng)兩系統(tǒng)耦合類型為滯緩型或滯后型時(shí)，高質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間耦合關(guān)系減弱，處于非同步的解耦模式；當(dāng)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間耦合類型為衰退型或衰落型時(shí)，區(qū)域發(fā)展的協(xié)調(diào)性較差。

表4 耦合協(xié)調(diào)度類型劃分Tab.4 Classification of coupling coordination scheduling types

2 結(jié)果與分析

2.1 山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)空演變

2.1.1 高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)序變化 從整體上看，2000—2018年研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平呈顯著上升趨勢(shì)（表5），綜合指數(shù)由0.14 增加至0.18，增幅達(dá)15.4%，其中高質(zhì)量發(fā)展水平高于均值的縣區(qū)占比由35.8%增長(zhǎng)到41.5%，主要得益于近年來研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整促使經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)由粗放式轉(zhuǎn)向集約式轉(zhuǎn)型。2000—2018 年研究區(qū)變異系數(shù)呈先增大再減小趨勢(shì)，表明研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平區(qū)際差異呈先擴(kuò)大再縮小的趨勢(shì)。從時(shí)間段來看，2000—2005年為緩慢上升階段，研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平由0.140 增長(zhǎng)至0.167，增幅達(dá)19%，但增速較緩。2005—2010 年為“陣痛”階段，研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平由0.167 下降至0.158，降幅達(dá)5%，一方面受到研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化影響，以第二產(chǎn)業(yè)為主的縣區(qū)比例達(dá)76.6%，粗放的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式對(duì)以綠色發(fā)展為目標(biāo)的高質(zhì)量發(fā)展起到滯緩作用。另一方面與2008 年金融危機(jī)有關(guān)，在政府的宏觀調(diào)控下，抑制了高質(zhì)量發(fā)展水平的衰退，使得高質(zhì)量發(fā)展水平趨于穩(wěn)定。2010—2018年為快速上升階段，研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平由0.158 上升至0.189，增幅達(dá)21%，自2010 年國(guó)家發(fā)改委設(shè)立“山西省國(guó)家資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)”，實(shí)施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，第二產(chǎn)業(yè)為主的縣區(qū)比例下降至54.2%，大力推行技術(shù)創(chuàng)新，為區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展注入活力。

2.1.2 高質(zhì)量發(fā)展的空間演變 借助ArcGIS 10.5空間統(tǒng)計(jì)工具，測(cè)算研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平的空間自相關(guān)程度，從全局自相關(guān)指數(shù)Moran’sI來看（表5），2000—2018 年研究區(qū)Moran’sI均大于0.136，且都通過顯著性檢驗(yàn)，表明研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平具有空間正相關(guān)性。Moran’sI值雖出現(xiàn)波動(dòng)但總體呈上升趨勢(shì)，且Z得分由2.819增至3.558，表明研究區(qū)高質(zhì)量綜合發(fā)展有顯著的空間集聚趨勢(shì)，且空間集聚趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)。借助ArcGIS 10.5 的自然間斷點(diǎn)分級(jí)方法繪制2000—2018 年山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展空間分布格局圖（圖1）。2000年研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平呈現(xiàn)“中東部高，南北偏低”的空間格局，較高區(qū)域集中在以太原市轄區(qū)、古交市、婁煩縣、陽曲縣為主的中部地區(qū)及以陽泉市轄區(qū)、壽陽縣、昔陽縣等為主的東部地區(qū)；2005年研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平中部地區(qū)變幅較小，但空間格局上出現(xiàn)了“東西互換”的局面，即“中西部高，南北次高”的空間格局，南部地區(qū)呈現(xiàn)出高質(zhì)量發(fā)展較高水平集中連片區(qū)域；在2000 年基礎(chǔ)上由運(yùn)城市轄區(qū)、永濟(jì)市、夏縣、垣曲縣蔓延至?xí)x城市轄區(qū)、陽城縣等地區(qū)，北部地區(qū)形成大同市轄區(qū)、陽高縣、天鎮(zhèn)縣、廣靈縣、渾源縣為主的核心區(qū)；2010年研究區(qū)空間極化效應(yīng)初現(xiàn)輪廓，空間格局上由2005年的“中西部高”收縮至

圖1 2000—2018年山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)空格局Fig.1 Spatial pattern of county high-quality development in Shanxi Province from 2000 to 2018

表5 2000—2018年山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展綜合得分、變異系數(shù)以及Moran’s ITab.5 Comprehensive score,coefficient of variation and Moran’s I of county high quality development in Shanxi Province from 2000 to 2018

“中部高”，呈現(xiàn)出以太原市轄區(qū)、晉中市轄區(qū)、忻州市轄區(qū)、古交市、陽曲縣、婁煩縣、清徐縣為主的中部核心區(qū)；2018 年研究區(qū)空間極化效應(yīng)顯著，主要呈現(xiàn)以大同市轄區(qū)、廣靈縣、靈丘縣等為主的北部核心區(qū)，以太原市轄區(qū)、晉中市轄區(qū)古交市、婁煩縣等為主的中部核心區(qū)和以運(yùn)城市轄區(qū)、永濟(jì)市、聞喜縣、夏縣等為主的南部核心區(qū)，至此研究區(qū)南北中三級(jí)核心區(qū)基本成型。整體來看，2000—2010年研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平空間極化效應(yīng)不突出，2010—2018 年研究區(qū)城市等級(jí)效應(yīng)對(duì)高質(zhì)量發(fā)展水平影響顯著。2000—2018 年研究區(qū)空間差異顯著，高質(zhì)量發(fā)展水平由空間離散轉(zhuǎn)向空間集聚，大致形成了南北中三級(jí)核心區(qū)，中部地區(qū)極化效應(yīng)突出。

2.2 山西省縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空演變

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)序變化 由表6 可知，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合水平由2000年的0.366上升至2005年的0.368又下降至2018年的0.335，呈先上升再下降的趨勢(shì)，其中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平高于均值的縣區(qū)比例由50%增長(zhǎng)到50.9%。2000—2018年研究區(qū)變異系數(shù)呈增大趨勢(shì)，表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)差異出現(xiàn)區(qū)際擴(kuò)大趨勢(shì)。從時(shí)間上來看，2000—2005年為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平緩慢上升階段，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平由0.366 增長(zhǎng)至0.368，增幅為0.5%。2005—2018 年為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平衰退階段，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平由0.368下降至0.335，降幅達(dá)9%，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)回退，研究區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變引發(fā)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化，耕地面積由39%減少至36.8%，草地面積由29.1%減少至28.1%，城鎮(zhèn)建設(shè)用地由2.7%增長(zhǎng)至5.6%，城市化擴(kuò)張進(jìn)程中占用耕地、草地等，給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能帶來負(fù)向影響。

表6 2000—2018年山西省縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合得分、變異系數(shù)以及Moran’s ITab.6 Comprehensive score,coefficient of variation and Moran’s I of county ecosystem services in Shanxi Province from 2000 to 2018

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間演變 由表6 可知，研究區(qū)Moran’sI均大于0.447，且均通過顯著性檢驗(yàn)，表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有明顯的空間正相關(guān)性。Z得分呈先下降再上升趨勢(shì)，表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由空間離散轉(zhuǎn)向空間集聚。從空間分布來看（圖2），研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平受地形特征的影響整體呈現(xiàn)“南高北低，東高西低”的分布特點(diǎn)。2000 年研究區(qū)南部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較好的地區(qū)主要集中于太行山西麓，高值區(qū)以和順縣、左權(quán)縣、黎城縣、平順縣、壺關(guān)縣等為主，水土保持服務(wù)能力較高，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)支撐能力較好；西北部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力整體偏低，低值區(qū)以大同市轄區(qū)、陽高縣、天鎮(zhèn)縣、左云縣等為主，水土保持服務(wù)能力較低，加之西北部受風(fēng)沙襲擾嚴(yán)重，給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能帶來負(fù)向影響。2005年、2010年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力整體與2000年變化不大，南高北低，東高西低的“鏡像L 型”空間分布格局初現(xiàn)輪廓。2018年研究區(qū)南部運(yùn)城市轄區(qū)、芮城縣和平陸縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平提升，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間演化趨于穩(wěn)定，“鏡像L 型”空間分布格局基本成型。整體而言，2000—2018年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局較為穩(wěn)定，出現(xiàn)自西北向東南的空間遞減趨勢(shì)，大體形成了南部地區(qū)以芮城縣、平陸縣、垣曲縣、陽城縣為主和東部地區(qū)以和順縣、左權(quán)縣、黎城縣、平順縣為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給簇［24］。

圖2 2000—2018年山西省縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空格局Fig.2 Spatial and temporal pattern of county ecosystem services in Shanxi Province from 2000 to 2018

2.3 山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合關(guān)系時(shí)空演變

2.3.1 高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)的時(shí)序變化 由計(jì)算結(jié)果可知，2000—2018年研究區(qū)耦合協(xié)調(diào)度整體處于瀕臨失調(diào)-基本協(xié)調(diào)區(qū)間內(nèi)，隨時(shí)序變化呈顯著上升趨勢(shì)，基本協(xié)調(diào)級(jí)別以上的縣區(qū)由2000 年的35 個(gè)增加至2018 年的67 個(gè)，增幅達(dá)91%。2000—2018 年研究區(qū)變異系數(shù)呈下降趨勢(shì)，表明高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)際差異呈現(xiàn)縮小的趨勢(shì)。從時(shí)間上看，2000—2005年為耦合協(xié)調(diào)水平的上升階段，研究區(qū)基本協(xié)調(diào)級(jí)別以上的縣區(qū)由35個(gè)增加至54個(gè)，增幅為54%；2005—2010年為耦合協(xié)調(diào)水平“回落”階段，基本協(xié)調(diào)級(jí)別以上的縣區(qū)由54個(gè)下降至38個(gè)，降幅為29%，主要與2005—2010年間高質(zhì)量發(fā)展水平的衰退有關(guān)；2010—2018年為耦合協(xié)調(diào)水平“回升”階段，研究區(qū)基本協(xié)調(diào)級(jí)別以上的縣區(qū)由38個(gè)上升至67個(gè)，增幅為76%。

2.3.2 高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)的空間變化 由表7 可知，研究區(qū)耦合協(xié)調(diào)度Moran’sI均大于0.170，且均通過顯著性檢驗(yàn)，表明研究區(qū)耦合協(xié)調(diào)度具有空間正相關(guān)性。2000—2018 年Z得分呈現(xiàn)上升-下降-上升的趨勢(shì)，表明研究區(qū)耦合協(xié)調(diào)水平的空間集聚出現(xiàn)波動(dòng)。從空間分布來看（圖3），2000年研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)空間格局基本形成中部地區(qū)以太原市轄區(qū)、晉中市轄區(qū)、古交市、婁煩縣、清徐縣等為主的基本協(xié)調(diào)集聚中心，呈現(xiàn)出“中部凸起”的趨勢(shì)；2005 年研究區(qū)中部地區(qū)形成了自柳林縣經(jīng)清徐縣到平定縣的基本協(xié)調(diào)橫軸區(qū)，南部以運(yùn)城市轄區(qū)、晉城市轄區(qū)、夏縣、垣曲縣、陽城縣、澤州縣等為主形成了南部基本協(xié)調(diào)集中連片區(qū)；2010年較2005年整體協(xié)調(diào)水平有所下降，在空間格局上由東西向的中部橫軸逐漸偏移為東北-西南向，南部基本協(xié)調(diào)集中連片區(qū)也出現(xiàn)不同程度的退化，這與2010年研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的衰退密切相關(guān)；2018年研究區(qū)耦合協(xié)調(diào)的空間分布受地形與經(jīng)濟(jì)影響在2010 年基礎(chǔ)上向南北延伸，基本形成了東北-西南向的協(xié)調(diào)主體軸。整體來看，2000—2010年研究區(qū)東西向的“協(xié)調(diào)主體軸”逐步成型，2010—2018 年研究區(qū)的“協(xié)調(diào)主體軸”出現(xiàn)東北-西南向的偏移。

圖3 2000—2018年山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空格局Fig.3 Temporal and spatial pattern of coupling coordination degree between county high-quality development and ecosystem services in Shanxi Province from 2000 to 2018

表7 2000—2018年山西省縣域耦合協(xié)調(diào)度變異系數(shù)以及Moran’s ITab.7 Variation coefficient of county coupled cooperative dispatching and Moran’s I in Shanxi Province from 2000 to 2018

2.4 高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合類型時(shí)空演變

2.4.1 高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合類型的時(shí)序變化 借助彈性系數(shù)法對(duì)2000—2018 年研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合協(xié)調(diào)類型進(jìn)行分類，耦合類型的變化總體呈現(xiàn)退化趨勢(shì)（表8），其中增長(zhǎng)型地區(qū)占比由最初的3.7%下降至0，粗放型地區(qū)占比由56.6%下降至0.9%，滯緩型地區(qū)占比由16.9%上升至76.4%，滯后型地區(qū)占比由16%下降至1.9%，衰退型地區(qū)占比由7.5%上升至9.4%，衰落型地區(qū)占比由0 增長(zhǎng)至12.3%。從時(shí)間上看，2000—2010年耦合類型呈現(xiàn)出“劣盛優(yōu)衰”的趨勢(shì)，研究區(qū)由增長(zhǎng)型和粗放型占主導(dǎo)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗ネ诵驼贾鲗?dǎo)，出現(xiàn)耦合類型衰退的原因主要與研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平“陣痛”有關(guān)，高質(zhì)量發(fā)展出現(xiàn)階段性回退使得區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力降速慢于高質(zhì)量發(fā)展降速。2010—2018 年耦合類型呈現(xiàn)出“兩極分化”的趨勢(shì)，研究區(qū)由衰退型占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)闇徯团c衰落型相抗衡，出現(xiàn)抗衡局面主要與研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展“回升”，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平“回退”有關(guān)，高質(zhì)量發(fā)展水平與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合關(guān)系減弱。

表8 2000—2018年山西省縣域耦合類型變化趨勢(shì)Tab.8 Change trend of county coupling types in Shanxi Province from 2000 to 2018

2.4.2 高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合類型的空間演變 由表9 可知，研究區(qū)耦合類型的Moran’sI均大于0.254，且均通過顯著性檢驗(yàn)，表明研究區(qū)耦合類型有較強(qiáng)的空間正相關(guān)性。Z得分2000—2018年呈下降趨勢(shì)，表明研究區(qū)耦合協(xié)調(diào)水平的空間集聚出現(xiàn)減弱趨勢(shì)。從空間上看（圖4），2000—2010年出現(xiàn)“S”型衰退格局，2000—2005 年研究區(qū)大部分地區(qū)以粗放型為主，局部出現(xiàn)衰退型地區(qū)的集聚現(xiàn)象，主要集聚于陽泉市轄區(qū)、平定縣、昔陽縣、壽陽縣等地區(qū)，2005—2010年研究區(qū)以衰落型地區(qū)占主導(dǎo)地位，且“S”型空間分布格局輪廓初現(xiàn)。2010—2018 年研究區(qū)形成衰退型和滯后型相抗衡的“兩極分化”格局，以衰退型為主的“S”型空間格局出現(xiàn)收縮，外圍被滯緩型地區(qū)包圍。

圖4 2000—2018年山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合類型的時(shí)空格局Fig.4 Spatial and temporal pattern of coupling types of county high-quality development and ecosystem services in Shanxi Province from 2000 to 2018

表9 2000—2018年山西省縣域耦合類型Moran’s ITab.9 County coupling type Moran’s I in Shanxi Province from 2000 to 2018

3 討論

在分析山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展水平的時(shí)空演化時(shí)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展水平呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但增速較緩，同徐輝等［4］的研究結(jié)果相一致，根據(jù)山西省能源局關(guān)于“全省生產(chǎn)煤礦生產(chǎn)能力情況”的公告，在2020 年12 月底之前，山西省一共有668 處生產(chǎn)煤礦［38］，長(zhǎng)期以來高強(qiáng)度開采煤炭，生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)承載力低，區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力較弱。2000 年、2005 年、2010 年、2018 年山西省產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平為1.06、1.66、1.75、0.86，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)由失衡轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)的波動(dòng)。截止到2021年，研究區(qū)R&D投入經(jīng)費(fèi)211.1×109元，僅為全國(guó)平均水平的26.8%，對(duì)于區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展而言，科技創(chuàng)新能力能夠改善區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使得區(qū)域要素投入產(chǎn)出合理，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。本文基于縣域尺度進(jìn)行分析，在R&D 機(jī)構(gòu)數(shù)、專利申請(qǐng)數(shù)、城鎮(zhèn)化率等指標(biāo)上，市轄區(qū)的創(chuàng)新環(huán)境、對(duì)外開放以及公共服務(wù)等要素投入要比各縣區(qū)的強(qiáng)度更大，因而出現(xiàn)城市等級(jí)效應(yīng)對(duì)應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展水平。

在分析山西省縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平時(shí)空演化時(shí)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力主要受地形影響，較好區(qū)域集中于太行山區(qū)、呂梁山區(qū)，但呂梁山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力明顯低于太行山區(qū)，主要因?yàn)閰瘟荷轿挥诘湫忘S土丘陵溝壑區(qū)，水土流失嚴(yán)重，單位面積水源涵養(yǎng)服務(wù)僅為320.9 m3·hm-2，低于省內(nèi)平均水平20%，且山區(qū)附近是礦產(chǎn)資源集中連片分布區(qū)，人類活動(dòng)頻繁。截止2021 年，呂梁山區(qū)共有煤礦91 座，占全省煤礦數(shù)量比例的13.62%，粗放的開采方式與不到位的治理措施加重了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的負(fù)擔(dān)，削弱了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平。研究區(qū)西北部出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)低值區(qū)，與區(qū)域內(nèi)自然氣候條件、風(fēng)沙災(zāi)害襲擾有關(guān)，該區(qū)域處于中溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，大風(fēng)天氣多且降雨較少，土壤保持能力平均水平為37.95 t·hm-2，僅為省內(nèi)平均水平的64%，決定了其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力上限不高。

在分析山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，忻州市下轄偏關(guān)縣、河曲縣、保德縣、五寨縣、岢嵐縣、神池縣、寧武縣和靜樂縣8 個(gè)縣區(qū)2000—2018 年耦合協(xié)調(diào)持續(xù)處于瀕臨失調(diào)階段，經(jīng)濟(jì)要素投入少，縣區(qū)之間由于地形限制，彼此之間要素流動(dòng)較弱，2000 年、2005 年、2010 年、2018 年8 個(gè)縣區(qū)GDP 均值為2.7×108元、8.4×108元、22×108元、51.5×108元，僅占全省GDP 平均水平的17.5%、21.9%、26.4%、17.5%，經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值均值為0.8×108元、5.7×108元、17.4×108元、30×108元，僅為全省規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值均值的4%、14%、15.7%、26%，創(chuàng)新環(huán)境較差，使得高質(zhì)量發(fā)展水平內(nèi)生驅(qū)動(dòng)力弱，但由于該區(qū)域多山地連綿，開發(fā)難度大，人為干擾較少，不同的地形直接影響土地利用方式，使得區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力出現(xiàn)“鎖定效應(yīng)”，山地的生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)能力較平原、盆地強(qiáng)［39］，區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)于高質(zhì)量發(fā)展水平，使得兩者耦合協(xié)調(diào)持續(xù)性處于瀕臨失調(diào)狀態(tài)。

從縣域視角出發(fā)，以高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為研究對(duì)象，揭示了研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空分異規(guī)律，但同時(shí)也存在一些需要改進(jìn)的地方：一方面InVEST 模型中根系深度、蒸散系數(shù)等個(gè)別參數(shù)取值主要參考相關(guān)文獻(xiàn)，致使研究結(jié)果存在一定誤差；另一方面，本文僅揭示了高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空分異規(guī)律，并未探究耦合系統(tǒng)的影響因素。因此，在今后的研究中應(yīng)盡可能開展野外觀測(cè)，提升模型數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，同時(shí)進(jìn)一步對(duì)山西省縣域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合系統(tǒng)的影響因素進(jìn)行探究，以揭示更為合理、科學(xué)的發(fā)展路徑。

4 結(jié)論

本文對(duì)山西省2000—2018 年縣域高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)耦合的時(shí)空演變進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展具有較強(qiáng)的時(shí)間累加效應(yīng)且空間分異規(guī)律較強(qiáng)，高質(zhì)量發(fā)展水平隨時(shí)間推移逐漸增高，在空間分布上，由離散轉(zhuǎn)向集聚，基本形成了南北中三級(jí)核心，中部地區(qū)極化效應(yīng)突出，研究區(qū)內(nèi)城市的等級(jí)效應(yīng)對(duì)高質(zhì)量發(fā)展水平影響效果顯著。

（2）研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在時(shí)間尺度和空間格局上均具有鎖定效應(yīng)，時(shí)空演變特征與研究區(qū)地形分布具有一致性，大體形成了南部地區(qū)和東部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給簇，呈現(xiàn)出“鏡像L 型”空間分布格局。

（3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整體上滯后于高質(zhì)量發(fā)展，耦合水平呈上升趨勢(shì)，在空間格局上呈現(xiàn)出由“東西向”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皷|北-西南”的協(xié)調(diào)主體軸。

（4）研究區(qū)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合類型變化以異向變化為主，整體呈倒退發(fā)展趨勢(shì)，出現(xiàn)衰退型和滯后型相抗衡的“兩極分化”格局，形成了收斂的“S”型衰減區(qū)，增長(zhǎng)型作為耦合類型中的理想模式，在研究區(qū)極少。