气候变化和人类活动对中国生态敏感性的影响分析与改善路径

安敏 韦雅倩 何伟军 方雪 黄进

摘要 生态敏感性是指生态系统对外界干扰的反应程度。随着气候变化和人类活动日益加剧，二者分别以单独和交互作用的方式影响生态敏感性，进而暴露出整体或区域性的人口、资源与环境问题。因此，厘清气候变化和人类活动对生态敏感性的影响程度，并分级进行改善，有利于提升地区生态环境的韧性和可持续发展水平。该研究以中国31个省份为研究对象，基于2001—2020年的气象、遥感和统计数据，构建气候变化、人类活动和生态敏感性指标体系，运用主成分分析提取气候变化和人类活动的影响因子，利用响应曲面法（response surface methodology，RSM）分析各地区气候变化和人类活动单因子及交互作用对生态敏感性的影响，并以包含生态和气候敏感性的复合敏感值为依据，划分优化区、管控区和治理区，探究了敏感值较高的治理区的改善路径。结果表明：①中国生态敏感值在时间上呈波动下降态势，2001—2020年总体下降了2. 2%；空间上呈现出“西高东低、北高南低”的空间布局，与2001年相比，2020年重度敏感及以上的省份数量减少了7. 1%。②经济发展、气候变化、人口规模对不同省份生态敏感性的影响存在差异，受单因子影响的省份占比分别为77. 4%、67. 7%和54. 8%；因子交互作用中，负交互效应占比为69. 6%，说明大部分因子对另一因子影响生态敏感性的效应产生反向作用。③为减少气候变化对生态敏感性的负面影响，针对治理区内自然条件和发展速度不同的区域，需要有针对性地协调经济发展或人口增长，以确保在生态承载范围内推动经济社会可持续发展。

关键词 生态敏感性；气候变化；人类活动；响应曲面法

中图分类号 X24 文献标志码 A 文章编号 1002-2104（2024）05-0069-11 DOI：10. 12062/cpre. 20240333

生态敏感性是指由于人类社会活动的影响以及自然要素的变化，出现生态问题的风险程度［1］，反映了区域生态系统对外界改变或影响的响应情况［2］，即生态系统的感知力。“生态敏感性”一词最早出现在1967年《Design with Nature》一书中，McHarg教授将“生态敏感性”用于研究区域中保护区和开发区的划定。随后Nilsson等［3］测算区域生态敏感性指数后发现其数值增长时生态系统更容易受外界因素的影响，这对生态敏感性的内涵有了进一步的拓展。此后，国内外学者将生态敏感性用于研究区域生态保护规划与管理［4］。中国国土辽阔且自然资源丰富，然而，随着经济的高速发展，资源约束趋紧，生态系统退化问题也愈发严峻。中国长期以来采用粗放型的经济发展模式已导致人口、经济、社会与生态环境之间的关系严重失调，总体生态环境恶化，环境治理难度不断加大［5］。为了更高效地改善区域生态环境，有必要在评估中国生态敏感性的基础上，探寻敏感程度变化的驱动因素及影响机制，以更好地降低生态敏感程度，促进区域可持续发展。

1 文献综述

在以往的生态敏感性研究中，国内外学者着重探讨单一生态要素的敏感性，如土壤湿度敏感性［6］，以及水资源综合安全敏感性［7］等。近年来，学者们在构建具有区域特色的生态敏感性评价体系方面取得了丰富的研究成果，如朱东国等［8］以山地城市的特征构建生态敏感性评价指标体系，李云等［4］对具有水土流失和土地沙化特征的城市的生态敏感性进行评价等。还有研究通过观察生态敏感性的时空分布来进行空间规划和分区管理，如利用敏感分级结果划分生态保护区［2，4］。此外，还有将生态敏感性用于评估生态脆弱性［9］以及土地生态安全［10］的研究，但鲜有生态敏感性影响因素的研究。

随着环境与生态问题的日益突出，学术界围绕生态环境影响因素展开了大量研究。越来越多的学者发现气候变化与人类活动是影响区域生态环境的两大因素，并探究单因素对生态环境变化的作用。孙颖等［11］发现气候变化给生态环境带来了积极影响，武爽等［12］却认为气候变化对生态环境起到恶化作用；张翀等［13］和李辉霞等［14］发现人类活动对生态环境的影响在不同区域呈现的效应不同；这证明了持续显著的气候变化和日益增强的人类活动确实在生态环境变化中产生了作用，只是影响机制不统一。此外，Maloney等［15］和封珊等［16］的研究证明了人类活动与气候变化之间存在相互影响，且二者的交互作用同样会对生态环境产生影响［17］，即人类活动强度的改变在引起气候变化的同时，也会使气候变化对生态环境的影响发生改变，反之亦是。气候变化、人类活动以及生态环境之间存在着极其复杂的影响机制，如图1所示。大部分研究分析了气候变化和人类活动两大因素单独对生态环境变化的作用机制，却很少关注因素之间交互作用及其影响效应。

在分析生态环境变化的影响因素方面，过往研究主要采用偏相关分析、多元回归分析或变异系数来探究气候变化和人类活动两大因素是否与生态环境变化存在一定关系［13，18-19］，但这些方法均忽略了影响因素与生态环境变化之间的非线性因果关系，以及因素之间交互作用对生态环境的影响。近年来，学者们更倾向利用地理探测器进行影响因素的探究［20］，虽然该方法可以有效探测因素交互作用对地理现象的影响，但无法展示该影响的正负效应，也缺少回归模型对因变量特征模拟的能力。因此，目前在区域生态敏感性影响因素分析中，研究综合因素回归和影响因素交互作用的文献仍然很少。而响应曲面法（responsesurface methodology，RSM）既可以反映因素的影响效应，又保有回归模型的模拟能力，还能提高模型构建的效率和准确率［21］，因此使用该方法可以更准确地找到主要影响因素，并清晰地观察因素的影响效应，特别是交互因素的作用机制［22］。此外，响应曲面法还可以用于探讨如何调整影响因素中的因子使响应值达到目标状态［23］，在生物、药物、食品和工业相关领域中应用广泛［24-25］，但少有学者将其应用在生态敏感性领域的研究中。

综上，当前研究为生态环境变化及其影响因素分析奠定了一定的基础，但仍存在不足之处：一是，目前对生态敏感性的研究主要集中在评估与管理方面，缺少对区域生态敏感性影响因素的动态分析；二是，现有研究多考虑单因素影响，无法说明因素之间的交互作用及其影响机制；三是，当前生态环境变化的影响因素研究常用的模型方法在因素交互作用机制分析上尚显不足。因此，本研究选取中国31个省份作为研究区域（因数据的不可得，未涉及香港、澳门和台湾），在构建全国生态敏感性评价体系的同时，利用响应曲面法分析各地区气候变化和人类活动两个主要因素及其交互作用的影响效应，并找到重点生态治理区敏感程度的优化路径，以期为制定和落实各项生态改善举措、建立健全生态环境保护机制提出建议。

2 研究方法与数据来源

2. 1 研究方法

2. 1. 1 生态敏感性评估

依据前文对生态敏感性内涵的论述，综合考虑全国生态环境整体情况，构建中国生态敏感性评价指标体系。由于植被、水和土壤既是生态、环境的主体又是资源的载体［26］，为从宏观、大尺度和长时间序列的角度展现全国生态、环境和资源特征，本研究选取生境、水环境和土壤环境3方面来评价，具体通过植被覆盖度、水网密度指数、生物丰度指数和土壤可蚀性4个指标进行表示［2，27］。计算公式参考2015年原中华人民共和国环境保护部发布的《生态环境状况评价技术规范》和2021年中华人民共和国生态环境部发布的《全国生态状况调查评估技术规范——生态系统服务功能评估》。