邓祥征 张帆 刘刚

摘 要：在全球气候变化和人类活动的双重驱动下，生态系统和社会经济系统都处于动态演化过程中，揭示两者之间的耦合机制是维系两个系统韧性并支持区域可持续发展的前提。黄河三角洲作为中国社会经济、资源要素、生态环境矛盾最突出的地区之一，是生态环境脆弱、对气候变化敏感、人类活动复杂的区域，也是开展生态保护与可持续发展耦合研究的理想场所之一。基于黄河流域高质量发展与生态文明建设的需求，总结了区域生态保护与经济发展的研究进展，分析了生态保护-区域可持续发展的耦合驱动机制，述评了多要素、多过程、多尺度耦合机制和演化路径研究成果，提出了黄河下游三角洲生态保护与可持续发展耦合研究应关注的内容，为黄河流域的高质量发展提供科技支撑。

關键词：生态保护;可持续发展;耦合机制;黄河三角洲

中图分类号：TV882.1;P343.5 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.09.022

Abstract：Ecosystem and socioeconomic system are under dynamic evolution due to global climate change and human activities. Revealing coupling mechanism between ecosystem and socioeconomic system is the premise of maintaining their resilience and regional sustainable development. The Yellow River Delta is one of the regions with the most prominent contradictions between social and economic resources and ecological environment in China， with fragile ecological environment， high sensitivity to climate change and complex human activities. Thus， it is one of the typical areas to conduct coupling mechanism research on ecological protection and sustainable development. In order to meet the national requirement of high quality development and ecological civilization construction in the Yellow River Delta， this paper summarized the research progress of regional ecological protection and economic development， analyzed the coupling driving mechanism of ecological protection and regional sustainable development， reviewed multi-element， multi-process， multi-scale coupling mechanism and evolutionary path research outcomes and put forward new topics of coupling research of ecological protection and sustainable development in the Yellow River Delta， aiming to provide technological support for the high quality development of the Yellow River Delta.

Key words： ecological conservation; sustainable development; coupling mechanism; Yellow River Delta

在全球气候变化和人类活动的双重影响下，区域生态系统和经济系统均处于动态演化过程中，生态保护与区域可持续发展的耦合研究逐步成为热点，生态经济系统的逐步深入研究体现了生态保护与区域可持续发展耦合研究的渐次深入[1]。生态经济系统是一个自然环境与人类社会相互作用的耦合系统，具有复杂非线性及不确定性等特点，是地球系统科学领域的关键研究范畴之一。地球各圈层、各要素以及自然过程和人类活动之间相互作用关系的耦合机制，是区域生态保护和可持续发展研究的重要内容[2]。多年来，揭示生态保护与区域可持续发展之间的互馈关系和耦合机制，被认为是破解生态保护与区域可持续发展难题的关键之一[3]。

随着研究的深入，生态保护与区域可持续发展多尺度、多过程、多要素耦合及其对环境保护和经济发展的作用越来越受到重视。美国生态学会在1991年就发起了可持续生物圈行动，提出生态系统稳定性由生物物理因素、社会因素和经济因素决定，但始终没有揭示生态保护与经济发展间的非线性复杂关系。中国生态学家于1978年提出“大农业”理论，认为不同的生态系统相互联系，反对毁林开荒、围湖造田，并开始了对生态保护与可持续发展关系的研究。与此同时，相关领域的科学家开始对生态保护和区域可持续发展这一耦合机制开展分析，如早期的生态学家认为发展的目的是保证人类生存;早期的经济学者普遍认为经济增长是资本、技术、储蓄率、就业以及制度等因素的函数，而生态环境则被认为能够被其他生产要素所替代，较少关注生态环境在经济发展中的作用[4];逐渐地，地理学家提出“人地关系”思想与可持续发展理念相融合，定量化表达生态经济系统复杂性的研究及多学科交叉研究开始起步[5]。基于此，要开展生态保护和区域可持续发展耦合机制研究，需引入地球系统科学理论，集成多学科交叉知识、技术，提出保护与发展科学研究框架，以揭示区域生态经济系统非线性变化的关系。

黄河三角洲是我国社会经济、资源禀赋、生态环境矛盾突出的典型地区之一，是生态环境脆弱、对气候变化敏感、人类活动复杂的区域，也是开展黄河流域生态保护与区域可持续发展耦合研究的重要场所。在黄河三角洲开展生态保护和可持续发展耦合机制研究能为黄河流域高质量发展积累科学判据[6]。本文从生态保护与区域可持续发展的视角出发，分析区域生态系统与经济系统耦合机制及生态经济系统模拟的研究进展，总结黄河三角洲生态经济系统发展变化的过程及其驱动机制，并提出了以后的研究方向，以期为黄河流域下游地区生态保护和区域可持续发展提供决策参考。

1 生态保护与可持续发展研究

多尺度、多过程、多要素生态保护与区域可持续发展耦合机制研究既是学术热点，又是发展需求。保护与发展的关系复杂紧密，面对区域实现可持续发展的客观要求，需进一步对生态保护与区域可持续发展的耦合关系和互馈机制开展综合研究，实现生态保护与区域可持续发展协同共进[7-8]。构建跨学科领域的系统框架和评估方法，加深了解生态经济系统的耦合过程和演变规律，对于国家、地区或者流域应对可持续发展面临的挑战、设计高效的管理措施和政策至关重要[9]。

目前，关于保护与发展的研究主要集中在两方面，一方面是对生态系统或经济系统中单一要素开展分析，如生态系统突出对水、土、气的定量分析，经济系统则以分析产业发展、城镇化水平、人均收入为主;另一方面则是趋向于探讨国家或者地区生态、经济、能源、资源及社会等之间的协调关系，利用生态足迹、投入产出分析等方法对国家或某一地区生态保护和区域经济发展之间的协调关系进行评估[10]。但是以流域为研究单元，全流域、多区域、多过程耦合机制的研究较为缺乏。因此，流域尺度保护与发展的系统性联系是当前的研究热点。流域是具有整体功能和层级结构的耦合系统，由生态环境子系统、经济发展子系统和社会进步子系统组成，是一个层级复杂、功能统一、受多因子影响的复杂巨系统，多功能、多层级、多时段及多不确定性因素是其固有特征，兼具资源供给、社会发育、经济发展和生态保护属性，因此开展流域尺度生态经济系统耦合机制研究具有复杂性和不确定性。

生态保护与区域可持续发展关系的复杂性、跨学科和跨领域性质，导致生态保护与区域经济发展的特征、阶段以及理论框架在研究目的、内容、方法等方面差异明显。这些关键科学问题主要涉及气候变化背景下如何从地球科学视角分析生态保护的动态变化过程，基于参数订正与模型修正方法揭示生态产业化的归因及驱动机制，同时，涉及在人类活动主导下如何基于流域系统理论探究区域可持续发展驱动机制，基于模型模拟与统计分析方法揭示产业生态化的演变过程及发展趋势，综合生态保护与区域可持续发展的耦合机制进而提炼结合生态产业化与产业生态化的区域可持续发展策略及发展范式，见图1。当前研究仍需整合自然科学与社会科学的基础理论、集合描述性和数据驱动的建模方法，开展生态经济系统耦合分析，通过交互检验和情景模拟来促进研究与管理框架的优化和完善。

2 生态系统与经济系统耦合机制研究

生态经济系统的动态过程和互饋机制是生态保护和区域可持续发展耦合研究的关键内容。系统耦合是多系统持续、协调发展的前提，从系统耦合的视角研究多系统复合，不仅可以从构成层面分析其系统要素和结构状态，还可以从生成层面解析其内在运作机制、中间作用介质和互馈机制。研究国家或地区生态与经济的耦合程度，首先要研究生态系统与经济系统的相互影响关系，研究重点呈现出从静态到动态、从定性到定量、从单一要素到多要素乃至整个生态系统的态势[11]，国内外学者提出多种较为直观的理论、指标、方法对生态经济系统的耦合机制开展研究，如生态足迹分析法、供需平衡法、状态空间法等[12-14]，主要从生态承载力的角度看待生态系统与经济系统的关系。

生态经济耦合系统是由生态子系统和经济子系统耦合而成的复杂系统，每个子系统内部及各子系统之间的相互作用和反馈机制是生态保护和区域可持续发展研究的核心。弹性（Resilience）、适应性（adaptability）和转化力（transformability）被认为是决定生态经济系统未来运动轨迹的3个主要关联属性。弹性是指系统发生变化时，在维持系统结构、功能和反馈等不变的前提下，通过调整系统状态变量和驱动变量等参数而恢复至原来的状态。弹性促进了复杂适应系统跨时空尺度相互作用的动态发展，同时促进了适应性和转化力概念的提出。适应性是指系统为响应内部机制及外部驱动因素所做出的改变，同时也是指沿新轨迹发展的能力。转化力指在社会经济或生态条件难以维持现有系统稳态时，跨越阈值创造新系统的能力。适应性和脆弱性关系如同一个双螺旋结构，在不同的社会层面和时空尺度交叉，既不能简单视为硬币的正反两面，也不能归纳为一个连续体的端点，应该强调两者之间直接且紧密地联系。生态经济脆弱性是指生态经济系统失去了系统弹性。生态经济系统指标框架见表1。

生态经济系统是一个复杂适应性系统，受自身和外界干扰影响，具有不可预期性、聚集、自组织、非线性、多样性、多稳态、循环性等特征。直接量化生态经济系统较为困难，许多学者通过构建系统模型，甄选替代指标方法开展间接评估[19]，主要包括概念界定、交换机制识别、系统模型构建等。关于生态经济系统的定量研究已初见成效，常见的生态经济系统分析方法主要有耦合协调度模型评价法[20]、系统动力学模型法[21]、能值理论分析法[22]、投入产出分析法[7]、一般均衡分析（CGE）模型法等[23]，见表2。耦合协调度模型可有效分析耦合度、耦合协调度及其内部结构排序，目前被广泛应用于量化耦合与协调关系、评估区域发展状况、识别主要制约因素等，但存在指标科学性欠佳、方法运用单一、尺度合理性欠缺和视角宽广性不足等问题。能值理论分析法是研究生态经济系统耦合的基础方法，它为定量评价生态系统结构与功能、分析生态过程的时空特征和动态演化、探索生态经济的实施途径和行为准则等提供了耦合层面的理论框架和方法体系。目前能值分析应用于城市、农业、经济等方面[24]，研究案例多集中于国家、省域尺度，流域、区域及县域尺度的研究较少[25-26]。投入产出分析法可以衡量生态经济系统的互馈关系，动态地识别各类生态经济要素的投入产出、流入流出和动态转移等定量关系，被广泛应用于生态经济系统耦合关系、效率、变化趋势、驱动因素等实证研究[27-28]。一般均衡分析（CGE）模型被广泛应用于海洋渔业等生态经济系统可持续发展研究中，同时在能源、环境与碳排放、水资源配置等领域有较深入研究[29]。

总体来看，生态经济系统研究广泛应用于国家、地区、城市等多个单元和领域，但对流域单元尤其是黄河流域多过程、多尺度、多要素的耦合研究还较缺乏。生态经济系统研究需落实到流域生态保护与区域可持续发展耦合机制及优化调控的空间规划上，以达到流域生态保护和区域可持续发展的平衡和优化，形成可持续的生态经济系统结构与功能[30]。生态系统变化受生态经济系统互馈影响，不同稳态下生态保护动态和格局各不相同，通过研究生态经济系统耦合与互馈机制，建立流域尺度生态经济动态耦合系统，优化资源开发利用，是将生态保护与区域可持续发展研究从理论转向实践的重要途径。在分析探讨系统的恢复力、脆弱性、稳态转化、适应性等方面，构建系统整体的分析方法至关重要。同时耦合模型涉及自然、社会和经济等多个方面，需要构建多模型集成和整体的系统分析方法。通过模型模拟、优化调控等手段，可为区域、流域等研究单元生态保护和区域可持续发展提供科技支撑。

3 黄河三角洲生态保护与可持续发展耦合研究进展

黄河三角洲位于我国东部黄河入海口处，是我国人口最密集、社会经济最发达、人与自然相互作用最强的地区之一，也是最具代表性的生态经济耦合系统之一。多重生态界面环境是黄河三角洲生态系统的典型特征，由于位于大气、河流、海洋与陆地的交界带，因此多种物质交汇，多重动力系统交融，陆地、淡水、咸水天然系统和人工系统等多类生态系统交错分布，为其社会经济的发展提供了优越的环境基础。然而该地区土地盐碱化程度较高，森林覆盖率低，生态环境治理与土地恢复的难度较大，成为中国社会经济、资源、生态矛盾最突出的地区之一，是生态环境脆弱、对气候变化敏感、人类活动复杂的脆弱区，也是我国经济发展和生态保护需重点关注的地区。由于近年来资源开采等经济活动频繁，污染加剧，因此黄河三角洲生态经济耦合系统复杂多变，生态保护与区域经济发展之间的矛盾加深。水資源短缺、供需矛盾突出，生态环境脆弱、保护压力大，土地盐碱化形势严峻，区域发展不平衡等是黄河三角洲地区存在的主要问题[10，31]。黄河三角洲地区是开展生态保护与可持续发展耦合研究的理想场所之一，其经济发展的重要性、生态保护的必要性和流域上中下游协同发展的迫切性使得该区域有别于其他生态经济系统，故识别黄河三角洲生态保护和区域可持续发展的关键要素，厘清其多要素、全过程、多尺度的耦合机制和互馈作用是实现该地区可持续发展的重要途径。

黄河三角洲地区生态环境相对脆弱，淡水资源较为短缺。以中低产田为主的黄河三角洲土地存在严重盐碱化，而且旱涝等自然灾害频发，生态系统承载能力和自我修复能力较差，生态系统比较脆弱。水环境面临着巨大压力，工业废水排放量、生活污水排放量逐年增加。以湿地为主的特色生态环境面临着湿地淡水资源缺乏、湿地功能退化、湿地污染加重等诸多问题。黄河三角洲淡水资源相对贫乏，降水量偏小，年人均降水量比山东省的低41 m3;能饮用和灌溉的浅层及深层淡水分布面积仅占4%，主要分布于小清河以南地区。目前黄河水位逐年降低，上游水量急剧减少，导致下游黄河三角洲地区出现土壤盐碱化加剧、湿地生态环境退化等一系列生态问题。工业废水、COD、氨氮排放致使黄河三角洲湿地水环境富营养化，湿地生态功能退化和生物多样性逐步丧失。

黄河三角洲地区的社会经济发展取得了长足进步。2017年黄河三角洲高效生态经济区地区生产总值为9 686.6亿元，比上年增长6%，人均生产总值为94 627元。黄河三角洲地区工农业以自然资源为导向迅速发展，工业形成了以石油采掘业为主导，石油化工、原盐及盐化工、机电、轻纺、建材等多元化发展的工业体系;农业重点进行荒碱地开发、中低产田改造、人工草场建设、滩涂开发等生产活动。总体来看，黄河三角洲经济社会发展水平较低，产业结构呈明显“倚能倚重”的特点，战略性新兴产业体量小，新旧动能转换步伐迟滞，经济增长动力不足。近年来，国家先后批复实施了《黄河流域综合规划（2012—2030年）》《黄河流域防洪规划》等，实施了一批水利调节、生态修复、污染治理重大工程，黄河流域经济社会向着健康的方向发展。黄河三角洲油、气、盐、碱等矿藏资源丰富，近年来众多工矿企业纷纷落户于此，石油化工业、盐化业的蓬勃发展过程中忽视了环境保护，且受传统生产技术限制，新技术的研究和推广滞后，致使工业“三废”污染问题严重，黄河三角洲沿海滩涂环境污染加剧，严重制约了社会经济的高质量发展。

当前针对黄河三角洲的研究主要集中在生态效率测算、影响因素识别、环境效应揭示等方面，对生态经济系统的耦合作用及互馈机制研究较少。如黄河三角洲生态工程建设对生态环境的影响研究涉及经济参数、政策影响及生态变量等，并需要揭示其多要素、多过程、多尺度的耦合机制及演化路径。解决黄河三角洲面临的社会经济与生态问题，实现流域高质量发展，需要加强生态保护与区域可持续发展的耦合分析，研究黄河三角洲社会经济、资源、生态多要素、多过程、多尺度耦合机制，从而为黄河三角洲生态保护和高质量发展提供科学基础和科技支撑。

4 黄河三角洲生态保护与可持续发展耦合研究展望

黄河三角洲是开展生态经济系统耦合研究的理想区域之一，生态保护和区域可持续发展的多要素、多过程、多尺度耦合和互馈机制是黄河三角洲高质量发展研究的核心内容[32-33]。当前开展黄河三角洲生态保护与区域可持续发展耦合分析仍存在弹性评估和测度方法薄弱，耦合关系识别、分解、定义不清，评价指标不统一，稳态转换和适应性研究缺乏实践指导等问题。未来开展黄河三角洲生态保护和区域可持续发展研究应重点关注以下几个方面的内容。

（1）黄河三角洲生态保护与可持续发展统筹及路线图设计。从地球系统科学和流域系统理论的视角，重点研究黄河三角洲上中下游生态保护与区域可持续发展、各生态系统类型、人地与自然环境的统筹关系，集中揭示黄河三角洲多区段全面统筹、多尺度系统模拟、多过程动态演化及多要素的互馈机制，从生产发展方式、生态产业化、产业生态化等角度，规划出多区段、多尺度、多要素的生态保护与区域可持续发展路线图。

（2）黃河三角洲经济、资源、生态多要素、多过程、多尺度耦合机制及演化途径辨识。在省市、县域、地块、规则栅格、农户等多个尺度开展资源、生态、环境、社会经济等多要素的耦合过程及互馈机制研究。立足流域系统和地球科学系统理论，系统揭示自然与人类耦合系统、社会经济与生态环境耦合系统间的内部反馈机制和稳态转换过程[2]，辨识生态-经济系统非线性动态演化机制及路径。

（3）黄河三角洲支撑生态适应性管理的可持续发展模式和范式构建。立足于地球系统科学视角，参数化水、土、气、生物、人等关键要素，集中构建多区段、多过程、多尺度“分类-统筹-协调”框架[34]，通过政策框架、技术方法和科学理论的综合集成，探索流域上中下游合理的资源配置方式与生态管理模式，开展乡村振兴项目、生态文明建设、“两山”理论实践及生态适应性管理研究，并瞄准2030年可持续发展目标（SDGS）[35]，系统构建主动适应生态保护的生产发展方式、生态产业化、产业生态化等可持续性范式，提出契合生态保护目标的区域可持续发展模式与范式。

参考文献：

[1] 王维.长江经济带生态保护与经济发展耦合协调发展格局研究[J].湖北社会科学，2018（1）：73-80.

[2] 王帅，傅伯杰，武旭同，等.黄土高原社会-生态系统变化及其可持续性[J].资源科学，2020，42（1）：96-103.

[3] 傅伯杰.面向全球可持续发展的地理学[J].科技导报，2018，36（2）：1.

[4] 姜英华.中国社会主义市场经济思想发展研究[D].兰州：兰州大学，2016：20-32.

[5] 李扬，汤青.中国人地关系及人地关系地域系统研究方法述评[J].地理研究，2018，37（8）：1655-1670.

[6] 方创琳，王振波，刘海猛.美丽中国建设的理论基础与评估方案探索[J].地理学报，2019，74（4）：619-632.

[7] 王育宝，陆扬，王玮华.经济高质量发展与生态环境保护协调耦合研究新进展[J].北京工业大学学报（社会科学版），2019，19（5）：84-94.

[8] 周冯琦，程进.长三角环境保护协同发展评价与推进策略[J].环境保护，2016，44（11）：52-57.

[9] 连煜.坚持黄河高质量生态保护，推进流域高质量绿色发展[J].环境保护，2020，48（增刊1）：22-27.

[10] 王金南.黄河流域生态保护和高质量发展战略思考[J].环境保护，2020，48（增刊1）：18-21.

[11] 闫绪娴，范玲，樊媛媛.中国省域生态—灾害—社会系统耦合协调时空分布及演化[J].宏观经济研究，2019（8）：115-127.

[12] ZHANG P， DENG M， LONG A， et al. Coupling Analysis of Social-Economic Water Consumption and Its Effects on the Arid Environments in Xinjiang of China Based on the Water and Ecological Footprints[J]. Journal of Arid Land， 2020（1）： 1-17.

[13] 景永才，陈利顶，孙然好.基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架[J].生态学报，2018，38（12）：4121-4131.

[14] 纪学朋，白永平，杜海波，等.甘肃省生态承载力空间定量评价及耦合协调性[J].生态学报，2017，37（17）：5861-5870.

[15] TURNER B L， KASPERSON R E， MATSON P A， et al. A Framework for Vulnerability Analysis in Sustainability Science[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences， 2003， 100（14）： 8074-8079.

[16] O'BRIEN M J， HOLLAND T D. The Role of Adaptation in Archaeological Explanation[J]. American Antiquity， 1992， 57（1）： 36-59.

[17] BEISNER B E， HAYDON D T， CUDDINGTON K. Alternative Stable Statesin Ecology[J]. Frontiers in Ecology and the Environment， 2003， 1（7）： 376-382.

[18] COLLSTE D， PEDERCINI M， CORNELL S E. Policy Coherence to Achieve the SDGs： Using Integrated Simulation Models to Assess Effective Policies[J]. Sustainability Science， 2017（12）： 921-931.

[19] YAN X， CHEN M， CHEN M Y. Coupling and Coordination Development of Australian Energy， Economy， and Ecological Environment Systems from 2007 to 2016[J]. Sustainability， 2019， 11（23）： 65-68.

[20] JIAO L， GAO Y， PAN H， et al. Dynamic Coupling Law of Ecological Support Capacity and Economic Social Development in Anhui Province from 2000 to 2015[J]. EDP Sciences， 2019， 136： 4103.

[21] 曹玉华，夏永祥，毛广雄，等.淮河生态经济带区域发展差异及协同发展策略[J].经济地理，2019，39（9）：213-221.

[22] 战金艳，邓祥征，岳天祥.基础设施建设水平与城乡生态经济系统发展的耦合分析：安康地区的实例研究[J].人文地理，2005，20（4）：37-41.

[23] 崔学刚，方创琳，刘海猛，等.城镇化与生态环境耦合动态模拟理论及方法的研究进展[J].地理学报，2019，74（6）：1079-1096.

[24] 彭焜，朱鹤，王赛鸽，等.基于系统投入产出和生态网络分析的能源-水耦合关系与协同管理研究：以湖北省为例[J].自然资源学报，2018，33（9）：1514-1528.

[25] DENG X， SHI Q， ZHANG Q， et al. Impacts of Land Useand Land Cover Changes on Surface Energy and Water Balance in the Heihe River Basin of China， 2000—2010[J]. Physics and Chemistry of the Earth， 2015， 79： 2-10.

[26] 樊新刚，仲俊涛，杨美玲，等.区域可持续发展能力的能值与耦合分析模型构建[J].地理学报，2019，74（10）：2062-2077.

[27] CHEN M， CHEN H Q. Study on the Coupling Relationship Between Economic Systemand Water Environmental System in Beijing Based on Structural Equation Model[J]. Applied Ecology and Environmental Research， 2019， 17： 617-632.

[28] SHI T， YANG S， ZHANG W， et al. Coupling Coordination Degree Measurementand Spatiotemporal Heterogeneity Between Economic Development and Ecological Environment： Empirical Evidence from Tropical and Subtropical Regions of China[J]. Journal of Cleaner Production， 2020， 244： 118739.

[29] 云小鵬.基于CGE模型的能源与环境财税政策协同影响效应研究[J].经济问题，2019（7）：37-44.

[30] 郭正权，张兴平，郑宇花.能源价格波动对能源-环境-经济系统的影响研究[J].中国管理科学，2018，26（11）：22-30.

[31] 陆大道，孙东琪.黄河流域综合治理与可持续发展[J].地理学报，2019，74（12）：2431-2436.

[32] 金凤君，马丽，许堞.黄河流域产业发展对生态环境的胁迫诊断与优化路径识别[J].资源科学，2020，42（1）：127-136.

[33] 傅伯杰，冷疏影，宋长青.新时期地理学的特征与任务[J].地理科学，2015，35（8）：939-945.

[34] 傅伯杰，王帅，张军泽.“分类-统筹-协作”全球加快实现SDGs的路径[J].可持续发展经济导刊，2019（增刊2）：21-22.

[35] MASTRNGELO M E， PREZ-HARGUINDEGUY N， ENRICO L， et al. Key Knowledge Gapsto Achieve Global Sustainability Goals[J]. Nature Sustainability， 2019， 2（12）： 1115-1121.

【责任编辑 吕艳梅】