甘 凤，叶长盛

(东华理工大学地球科学学院，330013，南昌)

0 引言

城镇化工业化快速发展对区域生态空间造成诸多压力，导致生态系统功能退化[1]。“十三五”时期我国国土空间生态修复取得了重大成就，但重开发轻保护的现象依然突出，生态环境问题仍是城镇发展的首要问题。2013年，习近平总书记在党的十八届三中全会首次提出将山水林田湖视作一个生命共同体，指的是将山水林田湖五大要素协调、有机联系在一起，形成一个关系紧密的生命共同体；2017年习近平总书记在中央全面深化改革领导小组第三十七次会议上将“草”纳入生命共同体，扩展为“山水林田湖草生命共同体”，统筹山水林田湖草系统治理，目的是强调山水林田湖草这六大自然要素作为一个生态系统，应统筹兼顾、综合治理[2]。城镇作为现代人聚居最密集的地方，与山水林田湖草早已形成一个新的有机统一体，山水林田湖草与城镇发展之间的紧密关系成为学者们广泛关注的热点问题。开展山水林田湖草城的生命共同体健康状况研究，可为解决区域生态问题提供系统性、综合性理论参考，对加快推进生态文明建设、确保人与自然和谐共生具有重要的现实意义。

山水林田湖草城生命共同体本质上指各系统通过物质循环、能量流动形成一个相互影响、相互作用的复合生态系统，科学地阐述了各系统之间的辩证关系[1,3]。国外现有研究对山水林田湖草城综合系统的分析评估较少，多是针对某单一系统展开讨论，且研究大多基于理化性质和生物指标对河流的生态健康进行评估[4]、利用地理空间技术对湿地生态系统健康进行评价[5]，或者设计有关生态价值和生态敏感性的模型来对扩展地区进行评估[6]等，或采用DEMATEL-ANP集成模型，选取影响因素(如土地利用/土地覆盖变化率、建成区密度、绿地面积变化强度指数、景观连通性指数等)来评估都市圈生态安全，进而解决快速城市化引发的城市生态安全问题[7]。国内现有研究把山水林田湖草和村视为一个生命共同体，从驱动力-压力-状态-影响-响应-管理6个方面选取表征单一要素健康状况的指标，构建生命共同体的健康评价指标体系，再结合健康距离模型、投影寻踪方法等，评价综合整治前后山水林田湖草村健康状况[1,8]，多采用熵权法和层次分析法对整个项目的经济指标、社会指标、生态指标进行权重计算，进而评估项目的综合效益，为国土空间修复工作提供了有效的治理方案[9-10]。多种数学方法模型比如综合指数法、生态脆弱性指数模型[11]、DPSIRM模型[12-13]也不断被运用到生态安全、生态健康评价[14]，并且多种模型结合(比如VOR生态模型+SC健康模型)用于评价区域生命共同体健康状况[15-16]。随着国内试点城市先后实施山水林田湖草生态保护修复策略，部分城市地区已展开山水林田湖草城生命共同体健康状况综合评估，并有针对性地提出高效的综合治理方案，为城镇发展与生态修复的补充提供科学支持[1,17]，然而对生命共同体中城镇发展与生态发展有着怎样的关联还未做出研究。随着南昌市工业化、城镇化进程加快，原有的生态系统遭受一定程度的改变或破坏，作为一座省会城市，其生态问题亟待解决，生态与城镇协同发展必不可少。为此，本文以南昌市为研究对象，选取了35个相关指标构建健康评价指标体系，评价该城市的生命共同体健康状况，并基于综合健康指数，采用耦合协调模型和脱钩模型，分析2000—2019年山水林田湖草与城系统之间的耦合协调关系，以期为南昌市生态修复和生态文明建设提供理论参考。

1 研究区概况

南昌市是长江中游城市群的中心城市之一，同时也是引导环鄱阳湖城市群绿色崛起的核心地区。南昌市以鄱阳湖平原为主，东南相对平坦，西北部是丘陵地带。南昌市境内的西山山脉，呈东北向逶迤绵延，山脉中段的梅岭为市内最高点，山丘、平原相间，相对高差较大，低丘占全境34.40%。据南昌市2020年统计年鉴，2019年南昌市土地总面积7 194.61 km2，耕地面积2 744.00 km2，其中有效灌溉面积1 899.00 km2，有效灌溉率达69.20%，全市水资源总量73.86 亿m3，用水量32.08 亿m3，林地面积1 403 km2，森林覆盖率达23.00%，城市绿化覆盖面积达152.30 km2，建成区绿化覆盖率达41.25%。赣江、抚河纵横境内，湖泊众多，有瑶湖、艾溪湖、青山湖等上百个湖泊，这些湖泊与南昌城市建设联系紧密，对周围地区气候调节、生态平衡等方面起着重要作用。2019年，南昌市常住人口560.06万人，其城镇化率达到75.16%，地区生产总值5 596.18 亿元，人均GDP为10.04万元，电子信息产业、新能源汽车产业、生物医药产业等是其主要产业，工业化、城镇化快速发展加大了城市生态环境压力，开展南昌市山水林田湖草城生命共同体的健康状况评价势在必行，对于优化城市发展的空间布局、构建城市与自然联动的生态服务空间具有重要的现实意义。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

综合考虑研究价值与数据的可获取性，选择研究的时间段为2000—2019年，数据包括矢量数据、栅格数据和统计数据，矢量数据包括南昌市的行政边界数据和土地利用数据，栅格数据包括DEM数据、降水量、NDVI、NPP、人口密度、夜间灯光指数，统计数据包括南昌市统计年鉴、水资源公报，其中土地利用数据和DEM数据来源于地理空间数据云，降水量、NDVI、NPP数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心，人口密度数据来源于World Pop网站。

2.2 研究方法

2.2.1 评价指标体系的构建 山水林田湖草城生命共同体是一个自然-社会-经济的复合系统，是多个子系统共同作用、共同影响的系统，并且子系统之间相互影响，因此在评价整个生命共同体的过程中，需考虑多个子系统的健康状态。结合现有研究[1,8-9,15-16,18-19]，统计出与各子系统健康评价相关的指标，并针对研究区域的特点，基于数据的可获取行和可操作性，选取了出现频次较高的反映山水林田湖草城7个子系统质量、空间格局的指标，构建了山水林田湖草城生命共同体健康评价指标体系，通过极差标准化法将各项指标的原始数据进行处理，并参考前人研究采用AHP层次分析法确定指标权重(表1)[20]。

表1 山水林田湖草城生命共同体健康评价指标体系

表1 (续)

2.2.2 综合指数法 通过综合指数法构建南昌市山水林田湖草城生命共同体健康评价指数，实现对南昌市生态健康评价。南昌市生命共同体的健康状态指数处于0～1之间，指数越高，表明健康状态越好。计算公式如下[16]：

(1)

式中：Wi为第i个指标的权重值，Xi为第个i指标的标准化值，Ui为健康指数值，Ui越大，表明健康评价指数越高，健康状态越好。

2.2.3 耦合协调度模型 耦合协调度模型用于分析系统之间的协调发展水平，耦合度指2个或2个以上的系统相互依赖于对方的一个量度，反映系统之间是否协调发展的动态关联关系。协调度是指耦合相互作用关系中良性耦合程度的大小，体现的是协调状况的好坏。两者结合，既反映了2个系统之间的相互作用强度，也表明了系统的发展水平。利用耦合协调度模型，将山水林田湖草看作一个系统，将城单独看作一个系统，计算并分析这2个系统之间的耦合协调关系。如果耦合协调度比较高，则表示这2个系统形成的生命共同体发展得比较好、比较健康。计算公式如下[21]：

(2)

T=αU1+βU2

(3)

(4)

式中：C为山水林田湖草和城2个系统的耦合度，耦合值越高，说明2个系统之间的相互影响相互作用越强；U1、U2分别是2个系统的健康指数值；T是2个系统的综合协调指数，表明2个系统的综合发展水平对协调度的贡献，α、β为待定系数，分别表示山水林田湖草和城对整个生命共同体的贡献系数，2个系统在生命共同体的耦合协调发展过程中处于同等重要，因此，参考前人的研究[22-24]，α和β均取值为0.5；D为2个系统之间的耦合协调度，其值处于[0，1]之间。

结合众多学者的研究[24-26]，将南昌市山水林田湖草和城系统的耦合协调度分为10个等级(表2)。

表2 耦合协调度划分标准

2.2.4 Tapio脱钩模型 Tapio脱钩模型常用于研究经济社会发展、碳排放、城镇化进程、能源消耗、城市生态等方面，评估能源使用、环境退化、经济进步的脱钩关系[27]。以Tapio脱钩模型为基础，构建南昌市山水林田湖草和城系统的脱钩模型。计算公式如下：

(5)

式中：γ为脱钩弹性系数，反映山水林田湖草系统和城系统之间的脱钩程度，ΔE为一段时间内山水林田湖草系统的综合健康指数增长率，E0和Ei分别为山水林田湖草系统始年和末年的综合健康指数，ΔU为一段时间内城系统的综合健康指数增长率，U0和Ui分别为城系统始年和末年的综合健康指数。借鉴Tapio的研究成果[18，21，28]，将脱钩状态分为脱钩、连接、负脱钩，并进一步分为8个脱钩程度(表3)。

表3 脱钩状态的判定标准

3 结果与分析

3.1 南昌市山水林田湖草城生命共同体健康状况分析

2000—2019年，南昌市山水林田湖草城生命共同体的综合健康指数逐年上升，由2000年的0.366 1上升到2019年的0.586 7，上升了0.220 6，健康状况向好的趋势发展。研究初期，城镇化水平发展速度相对缓慢，整个南昌市生命共同体的综合健康指数较低。近年来，南昌市大力推进生态保护与修复工作，以实现人与自然和谐共生为目标，推动城市绿色发展。整体而言，除山、林、草子系统外，其余子系统的综合健康指数都呈上升趋势。

3.1.1 山子系统 南昌市山子系统的综合健康指数呈先降后升的趋势，整体而言健康状况有所下降，由2000年的0.098 9下降到2019年的0.060 9，降低了0.038 0，2010年的健康值最小，为0.044 7。研究期初，南昌市城镇化发展水平较低，城镇人口较少，人口外流现象较为严重，土地开发强度低，人类活动对山系统的影响较小，山子系统呈自然状态，植被覆盖率和生物丰度指数在研究期间最高，山地生态系统健康状况较好。至2010年，南昌市常住人口首次超过户籍人口，人口密度急剧增加，土地资源的需求也不断增加，城镇扩展逐渐向低海拔丘陵山地转移，人类农业活动对山系统的干扰加大，山体的稳定性和植被覆盖度降低，山子系统的健康指数达到研究期间最低。2019年，南昌市政府开展生态修复工程，种植草本植物，疏通山体水系，坡耕地面积也有所下降，南昌市山子系统健康状况有所好转。

3.1.2 水子系统 南昌市水子系统的综合健康指数逐年递增，由2000年的0.049 8上升到2019年的0.121 8，增幅达144.58%，尤其以2015—2019年之间增长速度最快，健康状况发展趋势向好。研究期间，南昌市地表水径流量和产水系数逐年上升，当地水资源较为丰富，同时，随着污水处理技术的提升以及政府对污水处理厂的资金投入，水资源利用率和污水集中处理率整体提高，人类活动对水子系统的环境压力逐年降低，该子系统的健康状况也不断得到改善。

3.1.3 林子系统 研究期间，南昌市林子系统的综合健康指数呈现先降低后上升的“U”型曲线趋势，2010年指数值最低，为0.039 3，2015年达到最高，为0.089 2。整体来看，林子系统的健康状况有所下降，由2000年的0.075 3下降至2019年的0.065 5，下降了0.009 8。林子系统早期受城市发展和人类活动影响较小，2000—2010年，城市摊大饼式向外扩展，林地面积不断减少，生态系统服务功能降低，人类活动对林地的干扰程度逐年增长至最大。2010—2019年，南昌市加强对森林资源的管理和保护，林子系统健康指数呈波动上升趋势。

3.1.4 田子系统 2000—2019年南昌市田子系统的综合健康指数呈上升趋势，由2000年的0.044 7上升到2019年的0.103 0，增加了0.058 3，健康状况向好的趋势发展。随着农业技术水平不断改善，机械化技术在农业领域得到推广，南昌市农业机械化率不断提高，化肥的使用量降低，而粮食产量却在不断提高，农田生态系统在“人”的管理下，与其他系统不断地进行着物质与能量的交换，较好地服务于城市的发展，田系统的健康指数在2019年达到最高。

3.1.5 湖子系统 研究期间，南昌市湖子系统的综合健康指数先升后降，且变幅略大，尤其在2000—2005年，增幅达260.78%，2010年达到最大值0.0960，整体而言该子系统的健康状况有所好转，由2000年的0.023 2上升到2019年的0.059 8，健康指数值增加了0.036 6。自《南昌市城市湖泊保护条例》实施以来，多个湖泊已被纳入重点保护范围，严格控制了围湖造田、污水排放等破坏湖泊生态环境的行为，同时，2002年起江西省对鄱阳湖水域实施春季禁渔，加快了鄱阳湖流域渔业资源的恢复，改善了湖泊及周边地区的生态环境。2015—2019年间降水量减少，湖泊面积下降，加上城市发展对湖泊周边地区的开发利用，开发与保护失衡对湖泊生态环境造成了压力，导致湖泊对周边地区的调蓄功能下降，湖子系统的健康状况也受到影响。

3.1.6 草子系统 2000—2019年，南昌市草子系统的综合健康指数呈现波动降低趋势，由2000年的0.072 7下降到2019年的0.031 4。研究期间，南昌市的高、中覆盖度草地面积随时间不断减少，且中覆盖度草地减少速率显著高于高覆盖度草地，大部分草地转化为建设用地，城市的快速发展对草系统的健康状况产生的负面影响较为强烈。

3.1.7 城子系统 南昌市城镇化发展迅速，城镇化率由2000年的40.66%增长至2019年的75.16%，城市子系统的综合健康指数逐年上升，且上升速度较快，至2019年达到了0.144 3。早期城系统的健康指数是7个子系统中最低的，2000—2010年，城镇化处于加速发展阶段，城镇规模迅速扩张，建设用地面积不断增加，城子系统健康指数显著提升。2010年，南昌市城镇化率达到65%，随后城镇化速度放缓，进入城镇化后期阶段，城镇化水平不断提高，建成区土地开发强度增大，人口由农村向市中心集聚，城子系统健康指数上升速率减缓。

表4 2000—2019年南昌市各子系统综合健康指数

3.2 南昌市山水林田湖草和城系统耦合协调发展分析

2000—2019年南昌市山水林田湖草系统和城系统的耦合协调水平变化较大，呈波动上升态势(表5)。从耦合协调等级演变趋势来看，南昌市山水林田湖草系统和城系统之间的耦合协调等级从2000年的中度失调演变为2015年的良好耦合协调，且2015—2019年的耦合协调水平较稳定，始终处于良好耦合协调，说明此期间南昌市山水林田湖草城生命共同体在发展过程中保持和谐一致，这与南昌市不断推出并实施加大环境保护力度、促进城镇化健康发展的政策密不可分。

从耦合协调指数来看，2000年的耦合协调水平较低，为0.255 4，处于中度失调，其原因在于城市发展缓慢，城镇化率较低，并且自然资源开发利用与保护失衡；2005年，南昌市耦合协调水平有所提高，为0.638 5，相较于2000年，耦合协调指数增加了0.383 1，耦合协调水平发展速度较快，说明2000—2015年山水林田湖草和城之间的关系随着经济社会的发展而得到改善；2010—2019年耦合协调指数呈缓慢上升趋势，2019年达0.849 7，耦合协调水平较高，其原因在于2015—2019年南昌市城市人口集聚、建设用地扩张、城镇化率提升的同时，山水林田湖草系统的综合指数也处于较高状态。

整体而言，2000—2019年南昌市山水林田湖草和城系统之间的耦合协调度总体发展水平变化较大，耦合协调水平有所提升，与综合健康指数的发展趋势一致，说明南昌市山水林田湖草和城的发展协调取得了进步，2个系统之间具有有效的相互促进作用，生命共同体健康状态呈现向上发展。

表5 2000—2019年南昌市耦合协调度及耦合协调等级

3.3 南昌市山水林田湖草和城系统脱钩分析

计算南昌市2000—2019年山水林田湖草和城系统的脱钩弹性系数，根据脱钩弹性系数确定其脱钩状态及程度(表6)。

表6 2000—2019年南昌市脱钩指数及脱钩程度

2000—2005年、2010—2015年，脱钩程度为弱脱钩。在这2个时期，南昌市城系统的发展速度超过了山水林田湖草系统的健康发展速度，且2个系统的发展速度均为正。2000—2005年南昌市城镇的发展速度远高于山水林田湖草系统的发展速度，且两者具有正向相互作用，2010—2015年2个系统发展较为同步。在此期间，一方面，南昌市政府更加注重生态建设和环境保护，山水林田湖草得到综合、系统治理，生态系统多样性维护服务能力达到最高；另一方面，南昌市加快推进城镇化建设，合理利用河湖等自然资源，并加强了污水集中处理，实现生态城市建设。

2005—2010年、2015—2019年，脱钩程度为强脱钩。在这2个时期，南昌市城系统的健康发展速度较快，高于山水林田湖草的发展速度，且南昌市山水林田湖草系统的健康指数下降，城系统的健康指数上升，变化率为正。自2015年以来，南昌市城镇人口不断增加，基础设施显著改善，不断与周边城市对接，全面融入长江经济带，因此城系统呈正向发展。

整个研究阶段，南昌市2个系统的脱钩程度在弱脱钩和强脱钩之间出现反复，表明南昌市2个系统之间的脱钩关系呈现不稳定性。

4 结论与讨论

本文从山水林田湖草城7个子系统出发，选取了35个指标构建生命共同体健康评价指标体系，对南昌市2000—2019年生命共同体综合健康发展水平进行评估，并把山水林田湖草当作一个系统，城单独作为一个系统，对2个系统之间的耦合协调度和脱钩指数进行了分析，主要得出如下结论。

1)2000—2019年南昌市山水林田湖草城生命共同体的健康状况发展趋势整体向好，由2000年的0.366 1上升到2019年的0.586 7，健康发展水平稳步提高。就子系统而言，除山、林、草子系统以外，其余子系统的综合健康指数均有所上升。

2)2000—2019年南昌市山水林田湖草系统和城系统之间的耦合协调度逐年上升，且2000—2005年耦合协调度变幅较大。从耦合协调等级来看，从2000年的中度失调发展为2015年的良好耦合协调，2015—2019年南昌市生命共同体的发展状态较为稳定，此期间山水林田湖草和城一直处于良好耦合协调。整体来看，南昌市2个系统之间耦合协调发展取得了进步。

3)研究期间，整个南昌市的山水林田湖草系统和城系统都呈增长态势，为脱钩状态、弱脱钩程度，说明南昌市城系统的发展速度高于山水林田湖草系统的发展，且这2个系统均为正向发展。

南昌市作为江西省的省会城市，对全省的社会经济生态发展起着举足轻重的作用，充分发挥龙头核心作用，担当着生态城市建设的重大使命。山水林田湖草各系统在合理有效的管理下形成一个生命共同体，不仅是单独的系统运作，更是系统间相互影响相互制约的配合，加入城这个系统，是把人的影响因素考虑了进来，这个生命共同体不再只是生态系统，还强调了由人集聚而成的城与生态系统之间的相互作用。评价南昌市的生命共同体健康状况，对该城市的生态修复、维护和生态城市建设有重要的现实意义。

由于将城纳入生命共同体的相关研究不多，评价指标体系需要不断补充和完善，同时选取的数据样本有限，且没有考虑到周边地区对研究区的影响，在一定程度上都可能会影响到评价的精度和深度。今后研究中应该进一步寻找影响各系统的评价因子，形成更全面的评价指标体系，深入探讨山水林田湖草城各子系统之间的发展关系，使得研究结果更准确、更具价值。