山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的時空耦合協(xié)調(diào)關系
——以秦巴山區(qū)81個區(qū)縣為例

楊衛(wèi)麗, 譚景柏, 范 兵, 王子亮, 楊云輝, 劉 惠

(1.西北工業(yè)大學 力學與土木建筑學院, 西安 710129; 2.太原理工大學 軟件學院, 太原 030024; 3.西北工業(yè)大學 管理學院, 西安 710129)

生態(tài)系統(tǒng)適應性是生態(tài)學的基礎理論之一，隨著人類經(jīng)濟社會的不斷擴張發(fā)展，人-地生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展逐漸成為全球環(huán)境變化-人文要素研究的主題之一[1-4]。2021年3月頒布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》明確指出：要堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，推進資源總量管理、科學配置、全面節(jié)約、循環(huán)利用，協(xié)同推進經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境高水平保護。這充分證明，以人類為主體的社會經(jīng)濟活動與自然資源環(huán)境間的協(xié)同性、適應性是保證人地和諧的基礎[5]。中國正處在從資源導向發(fā)展轉(zhuǎn)向創(chuàng)新導向發(fā)展的關鍵時期，未來仍有大量產(chǎn)業(yè)亟待發(fā)展，而受自然資源特別是土地、環(huán)境資源限制，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間有限，亟需進一步拓展產(chǎn)業(yè)生態(tài)空間，協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)-生態(tài)關聯(lián)關系。我國國土空間中，山區(qū)占據(jù)約2/3的國土面積，擁有大量的發(fā)展空間，但同時山區(qū)也是人類與自然環(huán)境關系最為密切的區(qū)域之一，其區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境承載力之間的矛盾較為突出，研究山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與自然資源環(huán)境承載力之間的關系是科學規(guī)劃產(chǎn)業(yè)空間布局和發(fā)展的基礎，對于科學利用資源環(huán)境、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前關于產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性的研究大多側(cè)重于對其科學評價和時空特征及演化的分析，主要包括：特殊經(jīng)濟區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性的評價，如海洋產(chǎn)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)適應性時空演變[6-10]、礦區(qū)城市產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性評介與分析等[11-16]，其中仇方道等[15]基于生物學家達爾文的進化論中對生態(tài)適應性的闡述，首先提出產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性的內(nèi)涵界定理論，并應用于東北礦業(yè)城市的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性評價分析，為人文、經(jīng)濟地理學關于產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性的研究奠定理論與方法基礎。資源環(huán)境承載力是指一定時期內(nèi)在保證自然環(huán)境不受損害并維系生態(tài)系統(tǒng)良好的前提下，特定區(qū)域的資源稟賦和環(huán)境容量所能承載的經(jīng)濟社會活動規(guī)模[17]，關于資源環(huán)境承載力，現(xiàn)有研究主要集中于以下幾個方面：(1) 資源環(huán)境承載力的概念及內(nèi)涵界定與提出[18-23]，其首次提出于1972年，Meadows等[24]在《增長的極限》中提出著名“世界模型”——DYNAMO模型論述；(2) 資源環(huán)境承載力評價體系構建與評估，如從資源和環(huán)境兩個層面構建資源環(huán)境承載力的評價指標體系的評估[25-27]以及從“資源-環(huán)境-社會-經(jīng)濟”四維復合視角構建完善健全的綜合性評價指標體系等[28-30]；(3) 資源環(huán)境承載力的時空演變分析，包括與開發(fā)強度的耦合時空演變[31]、欠發(fā)達地區(qū)資源環(huán)境承載力的特征與影響因素研究等[32]。山區(qū)產(chǎn)業(yè)相關研究方面，多數(shù)聚焦于以下幾個方面：(1) 山區(qū)產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展，如從特色旅游視角探究山區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展路徑等[33-35]；(2) 山區(qū)人口-產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的分布格局及協(xié)調(diào)性關系，如從人口-經(jīng)濟-社會三元復合視角構建山區(qū)人口經(jīng)濟的分析體系等[36-38]。

雖然國內(nèi)外學者對產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性、資源環(huán)境承載力及山區(qū)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟展開了多方面的系統(tǒng)研究，但是在山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力兩者之間的關聯(lián)方面較為缺乏。生態(tài)系統(tǒng)適應性是否影響山區(qū)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化發(fā)展？資源環(huán)境承載力是否能承載山區(qū)產(chǎn)業(yè)的迅速擴張發(fā)展？山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力之間的關聯(lián)關系到底如何？學術界并未給出明確答案，而兩者的關系卻是山區(qū)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展研究的基礎。在不同資源環(huán)境承載力條件下組織合理的產(chǎn)業(yè)布局對協(xié)調(diào)生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展尤為重要，是國家“十四五”規(guī)劃、各級國土空間規(guī)劃的重要內(nèi)容之一，對于今后山區(qū)產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃和資源利用政策的制定具有較強的指導借鑒價值。

本文以秦巴山區(qū)81個區(qū)縣為研究區(qū)域，以2010年、2013年、2016年、2019年為時間斷面，運用P-S-R模型、熵權-TOPSIS模型、Pearson相關性指數(shù)及耦合協(xié)調(diào)度模型測算分析山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)與資源環(huán)境承載力指數(shù)，并對二者進行相關性及時空耦合協(xié)調(diào)關系分析，旨在為各級政府山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)布局、資源環(huán)境保護戰(zhàn)略的制定實施提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

秦巴山區(qū)位于我國西南與西北交界地區(qū)(102°54′—112°40′E,30°50′—34°59′N)，地勢西高東低，海拔高度懸殊，地貌類型多以山地丘陵為主，間有盆地。國家發(fā)展和改革委員會于2012年5月頒布《秦巴山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅規(guī)劃(2011—2020年)》，其中界定秦巴山區(qū)包含四川、河南、湖北、陜西、重慶、甘肅6個省市、80個區(qū)縣。2013年1月18日，經(jīng)國務院批準，撤銷原巴中市巴州區(qū)恩陽鎮(zhèn)，設立巴中市恩陽區(qū)，因此秦巴山區(qū)由原80個區(qū)縣增加至81個。秦巴山區(qū)國土總面積約為2.25×105km2，總?cè)丝诩s為3 765萬人，為國務院于2012年確立的11個連片特困地區(qū)之一，經(jīng)濟發(fā)展水平較低，生態(tài)環(huán)境保護任務較為艱巨，亟需在保護自然資源生態(tài)的前提下，加大產(chǎn)業(yè)布局力度。因此，對秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力之間的關聯(lián)分析具備一定的時效性與實踐意義。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于秦巴山區(qū)涉及的5省1市2011—2020年版的《統(tǒng)計年鑒》、政府相關部門官方網(wǎng)站以及各區(qū)縣相應年份的《國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》《中國縣域統(tǒng)計年鑒》等。地理信息數(shù)據(jù)來源于自然資源部標準地圖服務網(wǎng)站(http:∥bzdt.ch.mnr.gov.cn/)的標準地圖，利用ArcGIS 10.3提取制作秦巴山區(qū)研究區(qū)，底圖無修改。

2.2 研究方法

2.2.1 數(shù)據(jù)歸一化 由于數(shù)據(jù)單位指標、內(nèi)涵意義各不相同，數(shù)據(jù)均處在不同量綱體系，無法直接參與模型計算，故參考相關研究[39]，利用log函數(shù)轉(zhuǎn)換方法對山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性及資源環(huán)境承載力兩個系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，使得研究數(shù)據(jù)均落在[0,1]區(qū)間，具體計算模型為：

(1)

式中:Xi為標準化后數(shù)據(jù)；xi為原始數(shù)據(jù)；xmax為該列原始數(shù)據(jù)的最大值。

2.2.2 山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性評價模型

表1 山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性評價指標體系

(2) 指標權重的確定。為消除主觀性誤差，考慮研究結(jié)論的科學性和客觀性，研究采用均方差賦權方法確定山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性評價指標體系中各層次具體指標的權重。對二級(Xr)和三級(Mk)指標采用客觀賦權方法計算其權重。計算步驟如下：① 采用線性加權求和的方法計算二、三級指標的屬性值；② 采用均方差賦權法計算二、三級指標權重，以二、三級指標屬性值為隨機變量，計算二、三級指標的權重值Wr和Wk。

(3) 評價模型。采用遞階多層次綜合評價法對二級子系統(tǒng)適應性評價指數(shù)(XBk)進行測算，采用加權求和方法計算各樣本區(qū)縣產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性綜合指數(shù)(N)，具體計算步驟如下：

XBk=∏〔∑(YijWi)〕Wk

(2)

(3)

式中:Y為產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng);Yij為各具體指標的標準化值;Wi為各具體指標的權重值;Wk為第三層次指標的權重值;Wr為子系統(tǒng)r的指標權重。

2.2.3 山區(qū)資源環(huán)境承載力評價模型

(1) 評價指標體系構建?！皦毫?狀態(tài)-響應(P-S-R)”模型是一種能夠描述人類-自然復合生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性變化的因果關系的經(jīng)典模型[40-41]。當前P-S-R模型已廣泛應用于人地關系、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展等方面。資源環(huán)境承載力本質(zhì)上是自然環(huán)境對人類社會生產(chǎn)活動的接納能力，與產(chǎn)業(yè)、資源等密切相關。因此，基于前人研究基礎，綜合考慮社會、經(jīng)濟、資源、環(huán)境等構建P-S-R模型下的資源環(huán)境承載力評價指標體系，見表2。其中，“壓力”指標反映的是人類活動對自然環(huán)境的攫取載荷，主要包括人口、經(jīng)濟、固投等社會經(jīng)濟壓力指標以及水耗、電耗、污染物使用與排放等資源環(huán)境壓力指標；“狀態(tài)”指標反映的是自然環(huán)境以及人類活動的實際狀況，主要包括環(huán)境基礎狀態(tài)(森林面積)、資源稟賦基礎(水資源、糧食等)和社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀(城鎮(zhèn)化率、居民收入等)三方面；“響應”指標反映的是人類社會為保證自然環(huán)境穩(wěn)定和提高區(qū)域承載力而采取的響應措施，主要為工業(yè)(廢水、廢氣處理)和生活(環(huán)保支出、社銷額等)兩個方面的環(huán)境保護措施。

表2 山區(qū)資源環(huán)境承載力評價指標體系

(2) 指標權重確定評價模型。為避免主觀因素影響，得到較為客觀的評價結(jié)論，參考借鑒相關研究成果，研究采用熵權-TOPSIS模型計算各層級指標權重，測算資源環(huán)境承載力綜合指數(shù)，具體計算過程如下：

① 確定指標權重。熵權法客觀賦權，計算指標權重：

(4)

(5)

(6)

式中:Wi,Ei,Pij分別為指標的權重、信息熵以及特征比例;定義ln0=0。

② 計算權重規(guī)范化矩陣。運用熵權Wi構建加權規(guī)范化矩陣{Yij}m×n：

{Zij}m×n={Yij×Wi}m×n

(7)

(8)

(9)

⑤ 計算貼近度。令Mj為第j年評價對象接近最優(yōu)理想解的程度。

(10)

式中:Mj取值范圍(0,1),其中,Mj越大,說明該年評價對象越優(yōu)。

2.2.4 山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的相關性測算 對兩個系統(tǒng)進行耦合協(xié)調(diào)性分析之前，需先確定兩者是否具有相關性，研究以Pearson相關性系數(shù)[42]表征秦巴山區(qū)縣域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性及資源環(huán)境承載力之間的相關性大小，以觀測兩個系統(tǒng)之間是否值得進行協(xié)調(diào)性分析。

2.2.5 山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的耦合協(xié)調(diào)模型 耦合度是表征系統(tǒng)之間契合度高低的主要模型之一，但由于產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的相互作用，不僅僅取決于二者的耦合度高低，更重要的在于二者是否相互協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，為準確反映出兩個系統(tǒng)之間的協(xié)同發(fā)展狀態(tài)，引入耦合協(xié)調(diào)度模型，用以探究二者之間彼此影響、相互作用、和諧一致的程度[31,43]。具體計算步驟如下：

(11)

式中:N為山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)；M為資源環(huán)境承載力指數(shù)；D為二者耦合度；V為總系統(tǒng)發(fā)展水平；α和β用來描述兩個子系統(tǒng)對總系統(tǒng)的貢獻度,在此系統(tǒng)中兩者同等重要,故α=β=0.5。L為協(xié)調(diào)度,取值范圍為[0,1],L越大,則二者越協(xié)調(diào),協(xié)調(diào)性判斷矩陣見表3。

表3 系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)性判斷矩陣

3 結(jié)果與分析

3.1 山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性時空特征分析

利用數(shù)據(jù)分析工具，基于均方差賦權及遞階多層次綜合評價法，計算81個區(qū)縣的山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)(N)，并通過ArcGIS 10.3的自然間斷點分級法(Jenks)將其劃分為5個層次，以分析秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)適應性時空特征，見圖1、表4。

圖1 秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性時空特征

表4 秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性相關指數(shù)均值變化

秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性2010—2019年，呈現(xiàn)出先增后降的波動趨勢。2010年、2013年、2016年和2019年產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性均值分別達到0.720，0.749，0.788，0.766，綜合指數(shù)在數(shù)值上均處于0.7這個數(shù)量級，相互之間差別較小，分析發(fā)現(xiàn)，秦巴山區(qū)為中國集中連片特困區(qū)之一、扶貧的主戰(zhàn)場、重要的生態(tài)保護區(qū)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展與自然生態(tài)保護層面的矛盾關系處理能力較差，對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的適應能力也較差，長期保持在低效率的初級工業(yè)階段，難以發(fā)揮區(qū)域產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的穩(wěn)定能力。從兩個子系統(tǒng)來看，山區(qū)產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)及環(huán)境子系統(tǒng)的變化趨勢與總系統(tǒng)綜合指數(shù)的變化趨勢高度一致，均表現(xiàn)為先增長后下降的趨勢，也從另一方面反映出秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性的總體特征是產(chǎn)業(yè)與環(huán)境兩者共同作用的結(jié)果。數(shù)據(jù)表明，2016—2019年山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性綜合指數(shù)下降(0.788～0.766)的主要原因在于環(huán)境子系統(tǒng)適應性指數(shù)的大幅度下降(0.794～0.760)。深入分析發(fā)現(xiàn)，這4 a間，秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展較為迅速，國家出臺《秦巴山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅規(guī)劃(2011—2020年)》支持區(qū)域大力發(fā)展產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，而涉及的各省市也相繼出臺地方性扶貧規(guī)劃措施，各區(qū)縣的各項產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟活動在此時間段較為活躍，社會生產(chǎn)活動對自然資源環(huán)境的攫取較為頻繁、力度較大，這使得原本生態(tài)系統(tǒng)較為敏感的秦巴山區(qū)遭受到進一步的威脅，從而導致環(huán)境子系統(tǒng)適應性在此期間波動較大，進而最終影響整個區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)適應性的良性、高質(zhì)量發(fā)展。

從區(qū)域分析，秦巴山區(qū)2010—2019年期間，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)在整個區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出“整體均勻分布，高值區(qū)散點迸發(fā)、局部銳減，低值區(qū)部分集聚”的空間格局。研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)在10 a間大體上均為各山區(qū)各地級市市區(qū)所在行政區(qū)內(nèi)，基本處于[0.8,1]的高位區(qū)間內(nèi)，這與其實際經(jīng)濟社會發(fā)展水平分布較為一致。從典型的省級空間格局變化分析，發(fā)現(xiàn)在2010—2019年這10 a間，河南省從2010年的8個高值區(qū)縣銳減到2019年的僅1個區(qū)縣，減少幅度巨大。探究發(fā)現(xiàn)，河南省山區(qū)區(qū)縣整體偏少，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟類型分布從2010年的自然資源依賴型逐漸向平原產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，對山區(qū)自然環(huán)境資源的適應性隨時間呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，到時間截面末期的2019年，河南相關區(qū)縣的社會經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)活動基本已全部聚集于平原區(qū)域，較少與山區(qū)自然環(huán)境交互，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性自然下降。山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性低值區(qū)主要分布于陜西西北部及甘肅省大部，且均處于[0.2,0.4]這一低值區(qū)間，此區(qū)域山高且密，是秦嶺、巴山腹地深處，經(jīng)濟發(fā)展水平極低，對環(huán)境的彈性及穩(wěn)定性較差，適應自然資源環(huán)境變化的能力較低。

3.2 山區(qū)資源環(huán)境承載力時空特征分析

基于P-S-R模型，利用熵權-TOPSIS模型計算秦巴山區(qū)資源環(huán)境承載力指數(shù)(M)，并通過ArcGIS 10.3的自然間斷點分級法(Jenks)將其劃分為5個層次，以分析資源環(huán)境承載力在2010—2019年這10 a間的時空特征，見圖2、表5。

圖2 秦巴山區(qū)資源環(huán)境承載力時空特征

表5 秦巴山區(qū)資源環(huán)境承載力相關指數(shù)均值變化

從結(jié)果來看，秦巴山區(qū)資源環(huán)境承載力在2010—2019年呈先急速上升后緩步下降的趨勢，整體維持在較高水平。2010年、2013年、2016年、2019年，81個區(qū)縣的均值分別達到0.622，0.776，0.815，0.796，其中2016年均值最高，綜合指數(shù)為0.815，壓力(P)指數(shù)達到0.899，狀態(tài)(S)指數(shù)偏低為0.734，而響應(R)指數(shù)則達到0.873的水平。導致此現(xiàn)象的原因是該區(qū)域2013—2016年為經(jīng)濟高速發(fā)展時期，由于產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展而產(chǎn)生的對自然資源環(huán)境負壓力，使得此區(qū)域的壓力系數(shù)達到峰值(P=0.776～0.899)，從而進一步提升區(qū)縣對資源環(huán)境的響應力(R=0.672～0.883)，但同時導致的結(jié)果就是原本維持高位的環(huán)境狀態(tài)指數(shù)開始下降(S=0.781～0.678)，最終產(chǎn)生高值資源環(huán)境承載力的出現(xiàn)。通過數(shù)據(jù)可知，2010年秦巴山區(qū)81個區(qū)縣的資源環(huán)境承載力綜合指數(shù)最低，僅0.622，從次級指標分析發(fā)現(xiàn)，該年的響應(R)指數(shù)僅為0.440，在整個10 a間處于較低水平。究其原因，2010年的秦巴山區(qū)是中國集中連片特困地區(qū)的典型區(qū)域，社會經(jīng)濟發(fā)展極端落后，從而導致其對自然資源環(huán)境的響應(R=0.440)極低，進而影響整體資源環(huán)境承載力的提高。2016—2019年4 a間，秦巴山區(qū)區(qū)縣資源環(huán)境承載力指數(shù)出現(xiàn)小幅度的下降(M=0.815～0.796)，研究發(fā)現(xiàn)，從2016—2019年，此區(qū)域經(jīng)歷了較為明顯的狀態(tài)(S)指數(shù)下降(S=0.734～0.678)的情況，原因是由于經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，忽略了當?shù)氐馁Y源環(huán)境保護，對環(huán)境不斷的破壞和資源的不斷攫取是使得狀態(tài)(S)指數(shù)顯著下降的主要原因。

由資源環(huán)境承載力綜合指數(shù)時空分布分析可知(圖2)，秦巴山區(qū)2010—2019年整體呈現(xiàn)出較為明顯的“凹”字型結(jié)構，中間低四周高的分布特征顯著。高值區(qū)域主要以“豫—鄂—渝—川”區(qū)縣帶的斷續(xù)分布為主，主要處在[0.8,1]區(qū)間范圍內(nèi)，此區(qū)域為秦巴山區(qū)少有的“平原—盆地”分布帶，經(jīng)濟社會發(fā)展相對良好，所屬區(qū)縣對自然資源環(huán)境的響應(R)和應壓力(P)較高，整體資源環(huán)境承載力較高。低值區(qū)域則主要分布于陜西—甘肅一帶狹長的西北—東南走向的秦嶺、巴山走廊地區(qū)，是[0.06,0.2]數(shù)值區(qū)間的主要分布區(qū)域，此區(qū)域主要以連綿的高山為主要地形類型，交通建設難度較大，對外連通性較低，區(qū)域經(jīng)濟聯(lián)系較弱，形成較為閉塞孤立的“區(qū)縣島”，其內(nèi)部可發(fā)展利用的土地資源等極度匱乏，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展所需的物力、人力基礎較為缺失，區(qū)域整體由于產(chǎn)業(yè)發(fā)展對自然資源環(huán)境產(chǎn)生的壓力(P)以及響應力(R)較小，而相對較高的自然資源狀態(tài)(S)指數(shù)不足以平衡較低的壓力(P)和響應(R)指數(shù)，進而使得資源環(huán)境承載力較小。

目前，外泌體的提取方法主要有差速離心法、超速離心法、過濾離心法、密度梯度離心法、免疫磁珠法和色譜法，而鑒定方法則主要包括透射電子顯微鏡、納米顆粒跟蹤分析技術、蛋白質(zhì)印跡法和流式細胞術。外泌體的常規(guī)儲存條件為-80℃，重復的冷凍和融化會影響囊泡的完整性[14]。外泌體分離鑒定后，可結(jié)合芯片和二代測序結(jié)果篩選與疾病相關的差異表達因子，并最終分析其可能參與的生物學功能及信號通路。近年來，調(diào)控外泌體釋放和發(fā)揮生物學效應的信號通路仍不明確，考慮其與病毒在大小、密度、組成及功能等方面的相似性，故可借鑒病毒的相關成果來開展外泌體的系列性創(chuàng)新研究[15]。

3.3 山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的相互影響分析

3.3.1 相關性分析 利用遞階多層次綜合評價法得到的山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)(N)，以及通過P-S-R模型、熵權-TOPSIS模型計算得到秦巴山區(qū)資源環(huán)境承載力指數(shù)(M)，在相同時間截面對二者做相關性分析，見圖3。

圖3 不同時間點山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的相關性

通過相關性分析發(fā)現(xiàn)，秦巴山區(qū)2010—2019年10 a間，山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力存在較高的相關性關系，4個時間斷面的Pearson相關性指數(shù)分別達到0.852，0.838，0.821，0.765，整體呈現(xiàn)下降趨勢。擬合回歸結(jié)果表明，秦巴山區(qū)81個區(qū)縣的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力在0.01的置信水平下存在較為顯著的正相關關系，即隨著資源環(huán)境承載力的不斷提高，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性也在呈現(xiàn)上升趨勢，要使得兩者之間相互促進以達到較高水平，需通過較為明顯的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展進程實現(xiàn)。

從相關性空間特征來看，河南、四川、重慶以及湖北較為集聚在散點圖圖像的右上角，表明這4個省的區(qū)縣兩者的相關性水平處于較高位置，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力之間存在較為密切的相關性關系，擬合回歸效果較好。通過邊際直方圖及分布曲線特征，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)在10 a間較為符合正態(tài)函數(shù)的統(tǒng)計分布特征，這也表示測算結(jié)果較為符合產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性的實際運行規(guī)律；而資源環(huán)境承載力的分布曲線僅2010年接近正態(tài)分布，其余年份則趨近于正態(tài)函數(shù)曲線的右側(cè)階段，整體發(fā)展水平滯后的分布規(guī)律特征明顯。

3.3.2 耦合協(xié)調(diào)性分析 利用耦合協(xié)調(diào)分析模型，基于秦巴山區(qū)81個區(qū)縣的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)(N)與資源環(huán)境承載力指數(shù)(M)，測算2010—2019年的耦合協(xié)調(diào)度(L)，并根據(jù)表3的耦合協(xié)調(diào)性判斷矩陣，利用ArcGIS 10.3繪制秦巴山區(qū)2010年、2013年、2016年、2019年的耦合協(xié)調(diào)度空間分布圖，進行時空演進分析，見圖4。

圖4 秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的耦合協(xié)調(diào)性時空特征

秦巴山區(qū)81個區(qū)縣山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的協(xié)調(diào)度整體隨時間推移逐漸呈現(xiàn)以初級協(xié)調(diào)為主，勉強協(xié)調(diào)為次的發(fā)展格局。2010年、2013年、2016年、2019年4個時間節(jié)點的耦合協(xié)調(diào)度均值分別為0.571，0.598，0.612，0.617，前期大部分區(qū)縣處于(0.49～0.59]的耦合協(xié)調(diào)度區(qū)間內(nèi)，后期則以(0.59～0.69]區(qū)間為主。這表明秦巴山區(qū)大部分區(qū)縣產(chǎn)業(yè)發(fā)展對資源環(huán)境的影響勉強能夠達到適應性要求，山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性通過對自然資源環(huán)境穩(wěn)定性的提高能夠在一定程度上促進資源環(huán)境承載力對區(qū)域產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的支撐作用；反過來，資源環(huán)境承載力通過為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供基本的物質(zhì)支持從而促進區(qū)域產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，進而使得山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性的敏感性與彈性提高，做出正確且高效的應對措施和反應。秦巴山區(qū)大部均處于輕度失調(diào)—初級協(xié)調(diào)之間，并且區(qū)縣數(shù)量基本超過40余個，究其原因是該片區(qū)初始經(jīng)濟發(fā)展水平較低，對資源環(huán)境的利用不足，二者初步協(xié)調(diào)；但隨時間推移，經(jīng)濟發(fā)展逐漸成為地區(qū)發(fā)展的主要目標，對資源環(huán)境的需求逐漸加大，二者開始趨向失調(diào)狀態(tài)；而當經(jīng)濟發(fā)展水平達到一定高度，人們開始意識到對生態(tài)環(huán)境的保護，從而開始抑制對自然環(huán)境的開采，進而使得協(xié)調(diào)度持續(xù)上升，直到近年出現(xiàn)少數(shù)區(qū)縣呈現(xiàn)出良好協(xié)調(diào)的狀態(tài)。

空間分布上，2010—2019年基本呈現(xiàn)由“散點初級協(xié)調(diào)”到“邊緣初級協(xié)調(diào)”的“口袋”型分布態(tài)勢，即前期初級協(xié)調(diào)狀態(tài)主要以零散點蔓延在片區(qū)范圍內(nèi)，而隨著進一步發(fā)展，邊緣區(qū)縣的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)逐漸聚集，形成一個朝向西北口的“口袋狀”形態(tài)。陜西、甘肅兩省的大部分區(qū)縣為失調(diào)狀態(tài)，原因在于產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平低下而導致的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性水平(N)處于“低穩(wěn)”狀態(tài)，而此處為自然資源較為豐富地區(qū)，秦嶺、巴山在甘肅橫向交匯，山區(qū)植物、動物等資源豐富度較高。因此，低的山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與高值資源環(huán)境承載力相耦合形成失調(diào)狀的耦合協(xié)調(diào)度類型，而今后這一地區(qū)要提高二者協(xié)調(diào)度則應聚焦于產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的高效、高質(zhì)量提升。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

本研究是通過具有山區(qū)特色的量化指標將產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性基本理論與山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化相結(jié)合、將人地關系經(jīng)典處理模型——PSR模型運用于山區(qū)資源環(huán)境承載力的評價及兩者相關性與耦合關系的一次有益探索，針對縣域山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性、資源環(huán)境承載力以及二者關聯(lián)關系的相關啟示與討論如下：

(1) 縣域山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性是處在山區(qū)的縣域單元對自然資源環(huán)境變化的主動適應能力，它的高低表征了區(qū)域在當前資源環(huán)境下發(fā)展水平的高低。這種能力需要通過科學的方法和模型測算以獲得相關縣域的適應水平，為區(qū)域產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、資源發(fā)展政策的提出提供科學且高效決策。山區(qū)產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)適應性表征了該區(qū)域產(chǎn)業(yè)在面對外界刺激與變化而具有的反應力，這與當?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關，而將其分解為敏感性、彈性以及穩(wěn)定性3個方面衡量則從具體層面解答了產(chǎn)業(yè)適應性的基本含義。環(huán)境子系統(tǒng)則是基于作為客觀物質(zhì)實體的自然環(huán)境而提出的評價因素，環(huán)境本身對外界的變化如何衡量一直是較為復雜的問題，由于涉及自然、社會等多方面因素，始終處于較為緩慢的研究進展，但環(huán)境是整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的核心要素之一，自然生態(tài)環(huán)境是人類社會產(chǎn)業(yè)活動的基礎，而目前山區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構不合理、生態(tài)環(huán)境保護聯(lián)防聯(lián)治的體制尚未成熟，極大地限制了生態(tài)環(huán)境的改善效率，進一步制約經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。隨著國土空間規(guī)劃及自然生態(tài)環(huán)境保護新要求的陸續(xù)提出，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平和自然生態(tài)環(huán)境保護意識逐漸提高，山區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)向生態(tài)化、集約化發(fā)展，縣域山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性也進一步提高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展對山區(qū)環(huán)境的脅迫有所減弱。

(2) 資源環(huán)境承載力是自然生態(tài)環(huán)境最基本的內(nèi)生力，人類社會生產(chǎn)活動的基礎幾乎都來自于自然環(huán)境，但世界資源不是無限的，具有一個較為清楚的承載力底線，其所能容納和承載的人口以及相關社會性活動均有一個閾值，一旦突破自然資源環(huán)境的界限，資源環(huán)境將破裂而導致毀滅。因此，測算和衡量一個區(qū)域的資源環(huán)境承載力是有必要的，山區(qū)作為脆弱性生態(tài)環(huán)境的典型，其所能提供給人們生產(chǎn)生活的物質(zhì)極其有限，而如何在這樣限制的條件下推動經(jīng)濟發(fā)展穩(wěn)定而持續(xù)，值得深入探討與研究。資源環(huán)境的壓力來自于人類生產(chǎn)對其的攫取，從壓力角度探究資源環(huán)境承載力有一定科學性，而當前環(huán)境所表現(xiàn)的狀態(tài)則深刻影響著現(xiàn)在乃至未來產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，響應是資源環(huán)境對人類開采的具象化反映，是資源環(huán)境最直接、最根本的能力?！笆奈濉币?guī)劃、國土空間規(guī)劃較為明確地提出如何適應自然、尊重自然的新要求、新理念，而各級相關政府部門也相應出臺法律法規(guī)以保障山區(qū)等生態(tài)敏感性地區(qū)的自然資源環(huán)境的持續(xù)穩(wěn)定，山區(qū)資源環(huán)境承載力正逐漸提升，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展也逐漸轉(zhuǎn)向生態(tài)化發(fā)展。

(3) 產(chǎn)業(yè)對自然生態(tài)的適應能力與自然生態(tài)對產(chǎn)業(yè)的承載能力是一對既相互促進又相互制約的共生體。一方面，產(chǎn)業(yè)適應能力的提高，導致對資源環(huán)境的攫取和破壞減小，使得資源環(huán)境承載力進一步提高。另一方面，資源環(huán)境承載力是產(chǎn)業(yè)適應性的前提，資源環(huán)境開放更高的承載能力，依托其發(fā)展的產(chǎn)業(yè)也將隨之提升，而產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的提升則導致產(chǎn)業(yè)適應性穩(wěn)定力的提高，二者在一定程度上具有相互促進、共同前進的特性。在山區(qū)這一特殊區(qū)域中，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力之間的關聯(lián)與矛盾作用更加突顯，山區(qū)脆弱的生態(tài)制約著當?shù)禺a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)向好發(fā)展，而低產(chǎn)值、低效率的初級產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟又通過無形的壓力掣肘著資源環(huán)境承載力的深度挖掘和提高，二者時常由于錯位的發(fā)展而產(chǎn)生較為尖銳的矛盾。要解決產(chǎn)業(yè)生活與自然生態(tài)的沖突，需要從產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整、技術創(chuàng)新實踐以及專業(yè)人才引進等多項措施入手，以生態(tài)農(nóng)業(yè)、技術型制造業(yè)等前瞻性的高附加值產(chǎn)業(yè)發(fā)展類型替代初級的資源依賴型產(chǎn)業(yè)，緩解社會產(chǎn)業(yè)活動壓力，促使自然資源環(huán)境保持良性狀態(tài)，優(yōu)化自然生態(tài)響應力，提高資源環(huán)境承載力。

由于數(shù)據(jù)獲取的限制，考慮的相關評價指標尚存在不足，如對于山區(qū)特色文化的具體量化變量考慮較少。下一步研究應基于實地調(diào)研、調(diào)查問卷等方式收集秦巴山區(qū)相關文化指標數(shù)據(jù)，增加文化旅游等指標對山區(qū)地域特色文化影響的綜合分析。另外，自然資源環(huán)境的時變性規(guī)律、氣候變化的地域差異也是未來山區(qū)資源環(huán)境承載力研究中需進一步深化的方面。

4.2 結(jié) 論

研究基于產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性理論，構建山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性評價指標體系，以秦巴山區(qū)81個區(qū)縣為研究對象，測算和分析山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性時空格局特征；同時利用壓力(P)-狀態(tài)(S)-響應(R)模型及熵權-TOPSIS模型，分析秦巴山區(qū)資源環(huán)境承載力時空分異特征，并對二者進行相關性分析及耦合協(xié)調(diào)性分析，主要結(jié)論如下：

(1) 秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性2010—2019年，時空分異特征明顯。時間尺度上，2010年以來，秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性先上升后下降，由2010年的0.720上升到2016年的0.788，再開始下降到2019年的0.766，波動趨勢明顯，綜合指數(shù)在數(shù)值上均處于0.7這個數(shù)量級，相互之間差別較小。山區(qū)產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)及環(huán)境子系統(tǒng)的變化趨勢與總系統(tǒng)綜合指數(shù)的變化趨勢高度一致，環(huán)境子系統(tǒng)適應性指數(shù)的大幅度下降是導致山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性綜合指數(shù)在2016—2019年下降的主要原因?？臻g分布方面，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性指數(shù)在整個區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出“整體均勻分布，高值區(qū)散點迸發(fā)、局部銳減，低值區(qū)部分集聚”的空間格局。河南省相關區(qū)縣下降程度最為顯著，從2010年的8個高值區(qū)縣迅速減少到2019年的僅1個區(qū)縣，減少幅度巨大；而山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性低值區(qū)則主要分布于陜西西北部及甘肅省大部地區(qū)。

(2) 秦巴山區(qū)資源環(huán)境承載力在2010—2019年，時空演進較為顯著，有較為明顯演化過程。時間上為先急速上升后緩步下降的趨勢，整體維持在較高水平，4個時間節(jié)點81個區(qū)縣的均值分別達到0.622，0.776，0.815，0.796，而2016年均值最高是狀態(tài)指數(shù)(S)偏低導致的結(jié)果。從2016—2019年，此區(qū)域經(jīng)歷了較為明顯的狀態(tài)指數(shù)(S)下降的情況，主要原因在于經(jīng)濟發(fā)展與自然生態(tài)保護相矛盾。時空分布方面，秦巴山區(qū)2010—2019年，整體呈現(xiàn)出較為明顯的“凹”字型結(jié)構，中間低四周高的分布特征顯著。高值區(qū)域主要以“豫—鄂—渝—川”區(qū)縣帶的斷續(xù)分布為主，而低值區(qū)域則主要分布于陜西—甘肅一帶狹長的西北—東南走向的秦嶺、巴山走廊地區(qū)，形成較為明顯的連續(xù)性閉塞“區(qū)縣島”。

(3) 秦巴山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力有較強的相關性，耦合協(xié)調(diào)關系較弱。相關性方面：秦巴山區(qū)2010—2019年10 a間，山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力存在較高的相關性關系，4個時間斷面的Pearson相關性指數(shù)分別達到0.852，0.838，0.821，0.765，整體呈現(xiàn)下降趨勢；產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力在0.01的置信水平下存在較為顯著的正相關關系；河南、四川、重慶以及湖北的相關區(qū)縣較為集聚在圖像的右上角，這表明這4個省的區(qū)縣兩者的相關性水平處于較高位置，擬合回歸效果較好。耦合協(xié)調(diào)性方面：秦巴山區(qū)81個區(qū)縣山區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)適應性與資源環(huán)境承載力的協(xié)調(diào)度整體隨時間推移逐漸呈現(xiàn)初級協(xié)調(diào)為主，勉強協(xié)調(diào)為次的發(fā)展格局；空間分布上，2010—2019年基本呈現(xiàn)由“散點初級協(xié)調(diào)”到“邊緣初級協(xié)調(diào)”的“口袋型”分布態(tài)勢，即前期初級協(xié)調(diào)狀態(tài)主要以零散點蔓延在片區(qū)范圍內(nèi)，而隨著產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟進一步發(fā)展，邊緣區(qū)縣的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)逐漸聚集，形成朝向西北口的“口袋”狀空間形態(tài)。