摘要: 探究桂西南生態(tài)系統健康狀況，可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論依據。本文通過構建“活力(Vigor)-組織力(Organization)-恢復力(Resilience)-服務力(Services)”(VORS)模型分析區(qū)域生態(tài)健康，借助地理檢測器探討影響生態(tài)系統健康的驅動因素。結果表明：①20年間桂西南生態(tài)系統健康指數均值由2000年的0.446增加至2020年的0.478，整體上呈改善趨勢，這得益于退耕還林、水土保持、石漠化治理等一系列生態(tài)修復工程的實施。②在空間分布格局上，桂西南生態(tài)系統健康總體上西北部及中部地區(qū)優(yōu)于東南部地區(qū)，西北部及中部區(qū)域以亞健康狀況為主，而病態(tài)和不健康狀況則分布在東南部南寧市主城區(qū)。③土地墾殖率、平均海拔、夜間燈光強度、人口密度、坡度是影響區(qū)域生態(tài)系統健康的主要因子，其解釋力均大于或等于0.45；與單因子相比，自然因子和人文因子的交互作用對區(qū)域生態(tài)系統健康的解釋力更強。在今后發(fā)展中應加強協調區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護與經濟高質量發(fā)展，提高區(qū)域生態(tài)系統健康水平。

Analysis of Spatial and Temporal Changes in Ecosystem Health and Its Drivers in Southwest Guangxi in the Last 20 Years

HUANG Lifang1,2,3, QIN Xingming1,2,4 , HU Baoqing1,2, HUANG Simin1,2,3, WEI Wenwen1,2, CHEN Siqi1,2,3     

Abstract: Exploring the health of ecosystems in Southwest Guangxi can provide a theoretical basis for regional sustainable development. This article analyzed the regional ecological health by constructing a "Vigor-Organization-Resilience-Services" (VORS) model, and explored the driving factors affecting ecosystem health with the help of geographical detectors. The results showed that: ①During the past 20 years, the average value of ecosystem health index in Southwest Guangxi increased from 0.446 in 2000 to 0.478 in 2020, showing an overall improvement trend, which benefited from the implementation of a series of ecological restoration projects such as returning farmland to forest, soil and water conservation, and rocky desertification control.②In terms of spatial distribution pattern, the ecosystem health in the northwest and central regions of Southwest Guangxi was generally better than that in the southeast region. The northwest and central regions were dominated by sub-health conditions, while morbid and unhealthy conditions distributed in the main urban area of Nanning City in the southeast.③Land reclamation rate, average altitude, nighttime light intensity, population density and slope were the main factors affecting the health of regional ecosystem, and their explanatory power was all greater than or equal to 0.45.Compared with the single factor, the interaction between natural factors and human factors had a stronger explanatory power for the health of regional ecosystem.In the future development, the coordination between regional ecological environment protection and high-quality economic development should be strengthened, and the health level of regional ecosystem should be improved.

Key words: ecosystem health    VORS model    geographic detector    driving factor    Southwest Guangxi    

自然生態(tài)系統能為人類社會提供糧食生產、氣候調節(jié)等各種社會發(fā)展能力，健康的自然生態(tài)系統是人類可持續(xù)發(fā)展的基礎保證，對推動人與自然和諧共生有著重要意義[1]。隨著社會經濟的發(fā)展，自然生態(tài)空間減少，生態(tài)環(huán)境問題凸顯，影響了生態(tài)系統的格局和功能[2, 3]。在此背景下，生態(tài)系統健康已經成為當前國際生態(tài)領域研究的重點[4]。對生態(tài)系統健康進行定量評價可以客觀地了解生態(tài)環(huán)境的狀況，識別生態(tài)環(huán)境問題突出的區(qū)域，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理提供依據。

西南喀斯特地區(qū)是我國五大生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)之一，由于喀斯特地區(qū)獨特的地表-地下雙層地質結構以及人類活動的雙重影響，該地區(qū)具有生態(tài)敏感性高、抗干擾能力弱和恢復難度大等特點[5-7]。在大力推進生態(tài)環(huán)境保護和高質量發(fā)展的背景下，如何量化喀斯特地區(qū)的生態(tài)系統健康水平，厘清區(qū)域生態(tài)系統健康的驅動機制，是一項亟待解決的科學問題。由于喀斯特生態(tài)系統寬廣而復雜，當前主要通過模型來評估喀斯特生態(tài)系統健康，包括“壓力-狀態(tài)-響應”(PSR)模型[8, 9]、“驅動-壓力-狀態(tài)-沖擊-響應”(DPSIR)模型[10]、“活力-組織力-恢復力”(VOR)模型[11]等。PSR和DPSIR模型主要強調人與環(huán)境的相互作用，并不能完全揭示生態(tài)系統的復雜性和健康狀況[12]。VOR模型可用于生態(tài)系統健康診斷，該模型考慮了土地利用和景觀格局的影響，但它只關注生態(tài)系統的內部屬性，忽略了生態(tài)系統服務能力的評估，未能很好地將生態(tài)系統與社會系統聯系起來[13]。整體來說，針對喀斯特地區(qū)的生態(tài)系統健康評價相對較少，目前還沒有一套適用于喀斯特生態(tài)系統健康評價的標準體系，影響喀斯特生態(tài)系統健康的驅動因子尚不清楚[14]。

作為生態(tài)系統可持續(xù)發(fā)展的基礎，生態(tài)系統健康反映了生態(tài)系統滿足人類發(fā)展合理需求的能力，其健康狀況直接或間接影響人類福祉。而生態(tài)系統服務則體現了自然為人類提供福祉的能力，反映了人類社會與生態(tài)系統之間的直接聯系，是對各種生態(tài)因素和社會環(huán)境變化的響應，因而將生態(tài)系統服務納入生態(tài)系統健康評估具有重要的意義[15]。Costanza等[16]在VOR模型的基礎上考慮了生態(tài)系統服務對生態(tài)系統健康的影響，提出“活力(Vigor)-組織力(Organization)-恢復力(Resilience)-服務力(Services)”(VORS)模型。該模型既考慮了生態(tài)系統服務功能的重要性又考慮了生態(tài)系統的健康狀況，加強了自然因素與人文因素的聯系，充分體現了區(qū)域生態(tài)系統的內在性和復雜性特征，彌補了前述評估方法的不足，度量了空間實體的可持續(xù)狀態(tài)和生態(tài)系統服務的供給能力，有效實現了生態(tài)系統功能與狀態(tài)屬性的結合[17, 18]。桂西南地區(qū)是我國西南喀斯特地區(qū)的重要組成部分，是我國西部重要的生態(tài)廊道。隨著經濟社會的發(fā)展，人地矛盾突出，石漠化問題加劇，影響著區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。為促進桂西南地區(qū)生態(tài)系統的恢復與保護，有必要對區(qū)域生態(tài)系統健康進行評價。基于此，本文通過VORS模型構建桂西南喀斯特地區(qū)生態(tài)系統健康評估框架，并借助地理檢測器探討影響生態(tài)系統健康的驅動因素，以期為區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護與修復及其可持續(xù)發(fā)展等提供參考。

1 材料與方法1.1 研究區(qū)概況

桂西南地區(qū)位于廣西西南部，地理坐標為105°32′-108°36′E、21°36′-24°18′N，包括南寧市、百色市、崇左市所轄地區(qū)(圖 1)，總面積約75 635 km2。北與貴州省接壤，西與云南省、越南接壤，區(qū)域內喀斯特地貌發(fā)育，地勢由西北向東南降低，左、右江等江河貫穿其中。氣候為亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨[19]。年平均氣溫為20-23 ℃，年平均降水量為1 200-1 800 mm。據《廣西統計年鑒》，截至2020年，年末常住人口約1 441.98萬人，地區(qū)生產總值達6 870.02億元。受巖溶地表-地下雙層地質結構以及人類活動的影響，區(qū)域普遍存在水土流失、旱澇災害和石漠化等生態(tài)環(huán)境問題，人地矛盾嚴峻，自然生態(tài)環(huán)境本底脆弱。

圖 1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location diagram of the study area

1.2 數據來源及預處理

本研究涉及的數據主要包括2000、2010、2020年的多源遙感數據以及社會統計數據(表 1)。多源遙感數據包括數字高程模型(DEM)、歸一化植被指數(NDVI)、土地利用數據、夜間燈光數據、氣溫降水數據，均通過ENVI 5.3和ArcGIS 10.8對數據進行投影、圖像鑲嵌和裁剪等預處理。通過DEM提取坡度、坡向、平均海拔等數據；按中國科學院資源環(huán)境科學與數據中心的分類標準將地表覆被類型分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地6類，同時基于土地利用數據在ArcGIS 10.8和Fragstats 4.2平臺提取景觀格局指數；其他數據均通過ArcGIS 10.8的空間分析方法提取。

表 1 數據來源與描述Table 1 Data sources and descriptions

數據類型
Data types 來源與描述
Source and description Digital Elevation Model (DEM) GDEMV3 30 M resolution digital elevation data from Geospatial Data Cloud(https://www.gscloud.cn/) Normalized Difference Vegetation Index
(NDVI) Spatial distribution dataset of China′s annual vegetation index with a spatial resolution of 1 km from the Centre for Resource and Environmental Science and Data, Chinese Academy of Sciences (https://www.resdc.cn/) Land use data 30-metre land cover dataset for China from 1985 to 2022(http://doi.org/10.5281/zenodo.4417809) Night light data Annual dataset on night lighting in China from Resource and Environmental Science and Data Centre of the Chinese Academy of Sciences (https://www.resdc.cn/) Temperatures Annual mean temperature data at 1 km resolution for China from National Earth System Science Data Centre (http://www.geodata.cn/) Precipitation Annual precipitation data at 1 km resolution for China from National Earth System Science Data Centre (http://www.geodata.cn/) Statistics on food sown area, food production, national average food prices, GDP per capita, etc. Guangxi Statistical Yearbook，China Statistical Yearbook(Township)，China Yearbook of Agricultural Price Survey (https://www.cnki.net/)

社會統計數據包括糧食播種面積、糧食產量、全國平均糧食價格、人均GDP、經濟密度、人口密度、土地墾殖率等，通過插值法彌補個別數據缺失的情況。其中，經濟密度=國內生產總值/區(qū)域面積[19]，人口密度=區(qū)域人口數量/區(qū)域面積[20]，土地墾殖率=區(qū)域耕地面積/區(qū)域面積[21]。為保證數據的準確性與可計算性，客觀地評價桂西南生態(tài)系統健康，通過無量綱化模型對數據進行歸一化處理，使得各項指標在0與1之間。

1.3 方法1.3.1 生態(tài)系統健康評估體系的構建

一個健康的區(qū)域生態(tài)系統應具備一定的生產力和代謝能力，保持自身結構和功能的完整性，具備一定的自我調節(jié)能力，以及為人類提供穩(wěn)定、可持續(xù)的生態(tài)系統服務的能力[22]。在總結已有研究成果的基礎上[23, 24]，通過VORS模型構建桂西南生態(tài)系統健康評估框架，并借助地理檢測器探討影響生態(tài)系統健康的驅動機制，如圖 2所示。

圖 2 桂西南生態(tài)系統健康評估框架Fig.2 Ecosystem health assessment framework of Southwest Guangxi

1.3.2 VORS模型

生態(tài)系統健康指數計算公式如下：

式中，EHI為生態(tài)系統健康指數，V為活力，O為組織力，R為恢復力，S為服務力。V、O、R、S的選取及計算方式如后續(xù)所述。參考已有研究成果[25, 26]，將EHI的取值范圍按照等值法劃分為5類等級，如表 2所示。

表 2 桂西南生態(tài)系統健康評價分級標準Table 2 Grading standard of ecosystem health assessment in Southwest Guangxi

分值區(qū)間
Score interval 健康狀況
State of health < 0.2 Sickness 0.2-0.4 Unhealthy 0.4-0.6 Sub-health 0.6-0.8 Health 0.8-1.0 Pretty healthy

① 活力評估。生態(tài)系統活力是重要的生態(tài)系統功能之一，是系統新陳代謝或初級生產力能力的重要體現。歸一化植被指數(NDVI)反映了植被的生產能力，參考周玲燕等[27]的研究，選用NDVI來表征生態(tài)系統活力。

② 組織力評估。生態(tài)系統組織力是系統各組成結構間的相互作用，反映了系統結構的穩(wěn)定性、復雜性，其結構越復雜生態(tài)系統越健康，該指標層通常受景觀異質性和景觀連通性影響[28]。參考曾晨等[29]的研究，選用香濃多樣性指數(SHDI)、香濃均勻度指數(SHEI)、景觀連通性指數(CONTAG)、景觀分割度指數(DIVISION)來衡量生態(tài)系統組織力。其中，SHDI、SHEI是景觀異質性的集中表征，異質性越高景觀越穩(wěn)定，景觀組織力愈強；CONTAG、DIVISION表示景觀的連通性，景觀連通性愈高愈有利于物種間的遷徙、不同斑塊之間的交流，則景觀組織力愈強。根據劉一鳴等[30]的研究，在權重設定上，考慮景觀異質性和連通性對生態(tài)系統組織力同等重要，賦予同等權重，公式如下：

O=0.25×SHDI+0.25×SHEI+0.25×CONTAG+0.25×DIVISION。 (2)

③ 恢復力評估。生態(tài)系統恢復力是在遇到外部干擾情況時生態(tài)系統仍保持原有結構和功能的能力，如未利用土地具有較高的恢復力，在受到外界干擾后可以快速恢復原狀。大體上來說，不同土地利用類型的屬性越接近自然生態(tài)系統，受到外界干擾后其恢復能力愈強。參考周啟剛等[31]對不同土地利用類型的恢復力系數進行賦值，耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地分別為0.40、0.80、0.65、0.80、0.20、1.00。生態(tài)系統恢復力計算公式如下：

式中，n表示土地利用類型數量，Ai表示第i種土地利用類型所占的面積比例，Ti為第i種土地利用類型的生態(tài)系統恢復力系數。

④ 服務力評估。生態(tài)系統服務是指自然生態(tài)環(huán)境為人類社會所提供的生產、發(fā)展的各種產品和惠益，通過生態(tài)系統服務的貨幣化價值來表征生態(tài)系統服務力。本研究以謝高地等[32]改進后的中國生態(tài)系統單位面積生態(tài)服務當量表為基礎，結合桂西南土地利用類型進行修正和計算。查閱《廣西統計年鑒》《中國縣域統計年鑒》《中國農產品價格調查年鑒》可知，2000-2020年桂西南平均糧食產量為4 355.2 kg/hm2，2020年全國糧食平均收購價格為2.54元/kg。采用因子當量法，即按照“一個標準生態(tài)系統服務價值當量因子是單位面積農田食物生產經濟價值的1/7”，計算得出桂西南地區(qū)生態(tài)系統服務價值當量因子為1 767.8元/(hm2·a)。按照公式(5)計算出桂西南各土地利用類型生態(tài)系統服務價值系數(表 3)，最后按公式(6)(7)計算出桂西南生態(tài)系統服務價值。

表 3 桂西南各土地利用類型生態(tài)系統服務價值系數Table 3 Coefficient of ecosystem service value for each land use type in Southwest Guangxi  Unit: Yuan/(hm2·a)

一級類型
First level type 二級類型
Second level type 耕地
Farm land 林地
Forest land 草地
Grass land 水域
Water area 建設用地
Construction land 未利用土地
Unused land Supply services Food production 1 953.42 424.27 671.76 1414.24 0.00 0.00 Raw material production 433.11 963.45 989.97 406.59 0.00 0.00 Water resources supply -2 306.98 494.98 548.02 14 655.06 0.00 0.00 Regulating services Gas regulation 1 573.34 3 164.36 3 482.57 1 361.21 0.00 35.36 Climate regulation 822.03 9 484.25 9 210.24 4 048.26 0.00 0.00 Clean the environment 238.65 2 837.32 3 040.62 9 811.29 0.00 176.78 Hydrologic regulation 2 642.86 7 150.75 6 753.00 180 739.87 0.00 53.03 Support services Soil conservation 919.26 3 862.64 4 242.72 1 644.05 0.00 35.36 Maintain nutrient cycle 274.01 291.69 318.20 123.75 0.00 0.00 Food diversity 300.53 3 517.92 3 853.80 4 507.89 0.00 35.36 Cultural services Aesthetic landscape 132.59 1 546.83 1 697.09 3 341.14 0.00 17.68 Total 6 982.81 33 738.46 34 807.98 222 053.36 0.00 353.56

式中，E是一個標準生態(tài)系統服務價值當量因子[元/(hm2·a)，G為全國糧食平均收購價格(元/kg)，R為研究區(qū)糧食產量，m為年份數；VCi為第i種土地利用類型的單位生態(tài)系統服務價值系數[元/(hm2·a)]，ECik為第i種土地利用類型的k項生態(tài)系統服務價值當量，n為項數；ESVk為第k項生態(tài)系統服務價值，VCik為第i種土地利用類型第k項生態(tài)系統服務價值系數(元/hm2)，Wi表示第i種土地利用類型面積(hm2)；ESV為生態(tài)系統服務價值(元)。

1.3.3 地理探測器

通過地理探測器對區(qū)域空間分異性的探測能夠反映同一區(qū)域地理現象的相似性及不同區(qū)域的差異性，進而揭示其背后的驅動力[33]。參考陳紅蓮等[34]和李魁明等[35]的研究，選取年均氣溫(X1)、年均降水(X2)、平均海拔(X3)、坡度(X4)、坡向(X5)、人均GDP(X6)、經濟密度(X7)、人口密度(X8)、夜間燈光強度(X9)、土地墾殖率(X10)共10個驅動因素對桂西南生態(tài)系統健康變化的影響程度進行定量化研究。

因子探測：用于探測生態(tài)系統健康Y的空間分異性，以及探測因子X對生態(tài)系統健康Y的空間分異的解釋力，公式如下：

式中，i=1，2，…，L為生態(tài)系統健康Y或因子X的分層，Ni和N分別為i層和全區(qū)的單元數，δi和δ分別為i層的方差和全區(qū)方差。Q值越大，表明因子X對生態(tài)系統健康Y的變化解釋越強，反之則越弱。

交互探測器：判斷不同影響因子Xn之間的交互作用，即評價因子X1和X2共同作用時是否會改變其對生態(tài)系統健康Y的解釋力，判斷依據如表 4所示。

表 4 因子交互類型及判斷依據Table 4 Interaction types and judgment basis of factors

判斷依據
Basis of judgment 交互作用
Interaction Q(X1∩X2) < Min(Q(X1), Q(X2)) Nonlinearity weakening Min(Q(X1), Q(X2)) < Q(X1∩X2) < Max(Q(X1), Q(X2)) Single-factor nonlinear attenuation Q(X1∩X2)>Max(Q(X1), Q(X2)) Bi-factor enhancement Q(X1∩X2)=Q(X1)+Q(X2) Independent Q(X1∩X2)>Q(X1)+Q(X2) Nonlinear enhancement

2 結果與分析2.1 生態(tài)系統健康時空變化2.1.1 評價指標的時空變化

2000、2010、2020年桂西南生態(tài)系統活力、組織力、恢復力和服務力發(fā)生了不同程度的變化(圖 3)。2000、2010、2020年生態(tài)系統活力指數平均值分別為0.520、0.618、0.686，呈上升趨勢。從空間上看，西北部生態(tài)系統活力普遍高于東南部地區(qū)[圖 3(a)]，西北部由于林草植被覆蓋率高，人類活動密度小，具有較高的生態(tài)系統活力；而東南部植被覆蓋程度較西北部低，經濟社會發(fā)展速度較快，人類活動易破壞生態(tài)系統，生態(tài)系統活力相對較低。生態(tài)系統組織力指數平均值由2000年的0.549下降到2020年的0.527，隨著時間的推移呈遞減趨勢。石漠化治理等生態(tài)修復工程的實施加強了區(qū)域景觀的連通性，但城市化發(fā)展在一定程度上抑制了區(qū)域景觀的連通性，從而抵消了研究區(qū)整體的生態(tài)系統組織力的增加。組織力側面反映了景觀格局的優(yōu)化程度，從空間格局上看西北部區(qū)域的生態(tài)系統組織力較低，而東南部的生態(tài)系統組織力較高[圖 3(b)]，可以推測西北部區(qū)域景觀格局的優(yōu)化程度未有效提高，后續(xù)應加強景觀格局的合理優(yōu)化。2000、2010、2020年生態(tài)系統恢復力指數平均值分別為0.691、0.722、0.641，整體上較高，同時也較其他指標層高，表明生態(tài)系統恢復力在生態(tài)系統健康中起主要作用，系統自身有較強的對外抵抗力和自我修復能力。西北部生態(tài)恢復力水平較東南部高[圖 3(c)]，表現為“西北高、東南低”的分布格局，由于東南部人口眾多、人類活動強度較高，人類活動對環(huán)境產生了巨大的壓力，生態(tài)系統彈性?。晃鞅辈恳陨降貫橹?，分布著較大面積的林地、草地，植被覆蓋度高，擁有更完善的生態(tài)系統，抗人類干擾能力強，生境質量高，生態(tài)系統彈性大。生態(tài)系統服務力指數平均值由2000年的0.319增長至2020年的0.330，呈緩慢增長態(tài)勢，表明服務力推動生態(tài)系統健康的改善和提升。生態(tài)系統服務力水平低值區(qū)主要分布在中部及東南部區(qū)域，該區(qū)域人口密集，人類活動頻繁；高值區(qū)零散分布在西北部區(qū)域及個別縣(區(qū))，這些區(qū)域林地面積占比大，植被覆蓋率高，物種豐富，優(yōu)越的自然環(huán)境促進了生態(tài)系統服務價值的形成[圖 3(d)]。整體上，生態(tài)系統活力、恢復力、服務力呈現出相似的空間分布模式。

圖 3 2000-2020年桂西南生態(tài)系統健康評價指標空間格局Fig.3 Spatial pattern of ecosystem health assessment indexes in Southwest Guangxi from 2000 to 2020

2.1.2 生態(tài)系統健康變化趨勢

20年間桂西南生態(tài)系統健康呈上升的變化趨勢(圖 4)，其健康指數平均值由2000年的0.446增加至2020年的0.478，表明生態(tài)環(huán)境狀況向好發(fā)展，這可能與國家在“十五”工作報告中提出的“加快推進黔桂滇巖溶石漠化的綜合治理”[36]有關。2000-2010年生態(tài)系統健康指數平均值由0.446提升至0.477，提升速度較快，這可能是經過退耕還林、石漠化綜合治理等一系列生態(tài)修復工程的實施，植被覆蓋率得以提升、生態(tài)環(huán)境逐漸好轉所致。2010-2020年生態(tài)系統健康指數均值由0.477提升至0.478，提升速度有所放緩，表明經過先前一系列的生態(tài)修復工程，生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定向好發(fā)展。

圖 4 2000-2020年桂西南生態(tài)系統健康變化趨勢Fig.4 Change trend of ecosystem health in Southwest Guangxi from 2000 to 2020

在空間分異格局上(圖 5)，桂西南生態(tài)系統健康水平呈現西北-東南逐漸變差的趨勢，從西北向東南呈健康、亞健康、不健康、病態(tài)的空間分布格局，分異特征顯著?？傮w上以亞健康狀態(tài)為主，主要分布在西北部、中部地區(qū)，表明當前區(qū)域生態(tài)系統尚穩(wěn)定，景觀結構比較合理。東南部少部分縣區(qū)為病態(tài)、不健康狀態(tài)，不健康狀態(tài)縣區(qū)大多環(huán)繞在病態(tài)狀態(tài)縣區(qū)周圍，表明其生態(tài)系統遭到一定程度的破壞，自然景觀嚴重破碎化。2000年各縣區(qū)生態(tài)系統健康指數為0.020-0.704，健康狀態(tài)分布在百色市的隆林各族自治縣、右江區(qū)、西林縣及崇左市的寧明縣4個縣(區(qū))，病態(tài)狀態(tài)主要分布東南部的西鄉(xiāng)塘區(qū)、興寧區(qū)、江南區(qū)、邕寧區(qū)，東南部生態(tài)系統健康狀況明顯較差，這可能是由于城市化進程的推進，激化了地區(qū)環(huán)境和土地利用發(fā)展間的矛盾，景觀日趨碎片化，導致區(qū)域生態(tài)問題突出。2010年各縣(區(qū))生態(tài)系統健康指數為0.003-0.729，處于健康狀態(tài)的縣(區(qū))有所增加，田東縣、大新縣、龍州縣由亞健康狀態(tài)向健康狀態(tài)轉變，生態(tài)環(huán)境得到改善, 這可能是由于在石漠化綜合治理下，多種生態(tài)綜合治理舉措并行，生態(tài)環(huán)境得到改善，人地關系基本和諧。2020年各縣(區(qū))生態(tài)系統健康指數為0.004-0.713，生態(tài)系統健康變化較大，局部變化明顯，處于病態(tài)狀態(tài)的縣(區(qū))有所減少，如江南區(qū)、邕寧區(qū)的生態(tài)系統健康狀況由病態(tài)轉為不健康狀態(tài)；處于健康狀態(tài)的縣(區(qū))較2000年增加了2個，江南區(qū)、邕寧區(qū)的生態(tài)環(huán)境得以改善，這可能與城市經濟發(fā)展重心的轉移有關。20年間病態(tài)、不健康和健康等級相互轉換最為激烈，生態(tài)系統健康整體上向好發(fā)展。

圖 5 2000-2020年桂西南生態(tài)系統健康等級空間格局Fig.5 Spatial patterns of ecosystem health grade in Southwest Guangxi from 2000 to 2020

總體上來說，西北部及中部地區(qū)生態(tài)系統健康明顯優(yōu)于東南部，主要得益于優(yōu)越的自然本底條件以及國家在石漠化防治和環(huán)境保護等生態(tài)修復工程上的支持，同時由于人口經濟密度小，自然生態(tài)結構相對完整，生態(tài)狀況較好，區(qū)域系統的活力、恢復力及服務力相對較高，應作為區(qū)域自然景觀維護的重點區(qū)域，繼續(xù)加強國家生態(tài)建設戰(zhàn)略，貫徹落實“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。東南部地區(qū)生態(tài)系統健康較差，由于經濟快速發(fā)展、工業(yè)化程度高、人口增長和城鎮(zhèn)擴張，人類干擾作用明顯，建設用地面積增多，自然景觀向人為景觀轉變，生態(tài)系統的基本結構被破壞，整體環(huán)境形勢不容樂觀。因此, 應把東南部作為區(qū)域景觀布局優(yōu)化調整與生態(tài)恢復建設的關鍵區(qū)域，在建設開發(fā)的同時統籌生態(tài)環(huán)境保護，合理控制建設用地的擴展，提高建設用地的用地效率，重點開展生態(tài)建設工作，優(yōu)化低植被覆蓋率地區(qū)的生態(tài)布局，利用生態(tài)建設手段改善生態(tài)環(huán)境狀況，提高地區(qū)生態(tài)系統健康狀況。

2.2 生態(tài)系統健康變化的驅動因素2.2.1 因子探測

對影響桂西南生態(tài)系統健康變化的因子進行定量化表示，Q值越大說明該因子對生態(tài)系統健康空間分異影響越大(圖 6)。因子探測結果表明，生態(tài)系統健康空間分異的驅動因子解釋力排序為土地墾殖率(X10)＞平均海拔(X3)＞夜間燈光強度(X9)＞人口密度(X8)＞坡度(X4)＞經濟密度(X7)＞年均降水(X2)＞人均GDP(X6)＞年均氣溫(X1)＞坡向(X5)。其中土地墾殖率(0.760)、平均海拔(0.603)、夜間燈光強度(0.499)、人口密度(0.455)、坡度(0.450)、經濟密度(0.442)、年均降水(0.434)7個自然/人文因子對生態(tài)系統健康變化的影響較大，對生態(tài)系統健康的貢獻力均大于0.4，表明桂西南生態(tài)系統健康變化主要受自然環(huán)境變化和人類活動的影響。自然因子中平均海拔、坡度、年均降水的貢獻力最高，解釋力均在40%以上。人文因子中土地墾殖率、夜間燈光強度、人口密度的解釋力均在45%以上，對生態(tài)系統健康的影響最為重要。

圖 6 桂西南生態(tài)系統健康變化因子探測結果Fig.6 Detection results of ecosystem health change factors in Southwest Guangxi

2.2.2 交互探測

在交互探測結果(圖 7)中，不同因子的交互作用解釋力均不同。年均降水與土地墾殖率(0.967)、人口密度與土地墾殖率(0.951)、坡向與土地墾殖率(0.944)、年均氣溫與土地墾殖率(0.941)、年均降水與人均GDP(0.930)、年均降水與夜間燈光強度(0.926)、夜間燈光強度與土地墾殖率(0.905)交互作用值均在0.9以上，其中自然因子與人文因子交互作用強烈，表明桂西南生態(tài)系統變化是自然因子與人文因子協同作用的結果。年均降水、土地墾殖率與其他因子的交互作用值普遍較高。喀斯特地區(qū)基巖裸露，土層淺薄，降雨易導致土層的松動，引發(fā)水土流失。由于地形地貌等限制，喀斯特地區(qū)水熱空間分布不均、土壤貧瘠、土地產量低。為尋求更大的生存空間，人們過度開墾土地，導致生態(tài)環(huán)境被破壞。單一自然因子、人文因子對桂西南生態(tài)系統健康的解釋力較弱，但兩者交互作用后的解釋力均高于單一自然因子或人文因子的解釋力，且任意兩個因子交互結果呈現出顯著的雙因子增強或非線性增強的特點，說明桂西南生態(tài)系統健康變化是各因子綜合作用的結果，并非受單一因子控制。

圖 7 桂西南生態(tài)系統健康變化因子交互探測結果Fig.7 Interactive detection results of ecosystem health change factors in Southwest Guangxi

3 討論3.1 生態(tài)系統健康的時空分異特征

過去20年桂西南生態(tài)系統健康呈良好發(fā)展態(tài)勢，這與張楠等[37]針對廣西生態(tài)系統健康的研究結果相似。由于退耕還林、水土保持、石漠化治理等一系列生態(tài)修復工程的實施，桂西南地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得以改善，生態(tài)系統健康水平顯著提升，說明退耕還林、石漠化治理等措施對改善生態(tài)系統健康具有重要的現實意義。從空間分布來看，桂西南西北部及中部區(qū)域生態(tài)系統健康優(yōu)于東南部。李佳豪等[11]研究表明廣西西北部地區(qū)生態(tài)系統健康水平比南寧地區(qū)好。西北部及中部區(qū)域以山地為主，分布著較大面積的林地、草地及灌木叢，植被覆蓋率高，同時地形起伏大，不利于大規(guī)模的人類活動，加上人口外流，人類活動干擾度小，伴隨著較好的生境狀況，生態(tài)系統健康狀況良好。東南部經濟發(fā)展快、工業(yè)化程度高、人口增長和城鎮(zhèn)擴張速度快，建設用地面積增多，自然景觀向人為景觀轉變，人類干擾作用顯著，生態(tài)系統健康狀況相對較差。

3.2 生態(tài)系統健康變化的驅動因素

Zou等[38]研究結果表明生態(tài)系統健康變化是自然環(huán)境因素和人類活動因素等相互作用的結果。本研究利用地理探測器對桂西南生態(tài)系統健康的驅動因素進行分析，結果表明土地墾殖率、平均海拔、夜間燈光強度、人口密度、坡度、經濟密度、年均降水7個因素具有較強的單因子解釋力。冉晨[39]研究表明，年均降水是影響喀斯特生態(tài)系統健康變化的主要因子。由于喀斯特地區(qū)基巖大面積裸露，土層淺薄，在降水條件下會加速地表水土流失，影響土層的穩(wěn)定性，破壞當地的生態(tài)環(huán)境結構。加之成土速率慢，不合理的耕作方式會破壞地表植被的生長且恢復難度較大。海拔不同其水熱條件也不同，進而影響植被生長，而植被對地表土壤有一定穩(wěn)固作用，能有效阻擋降水對地表的沖刷，因而植被覆蓋度較高的地方其生態(tài)系統健康狀況較好?？λ固氐貐^(qū)生境本底較為脆弱，人類活動密集區(qū)域人類干擾作用明顯，土地利用類型轉換較為迅速，自然景觀向人為景觀轉變；同時經濟社會的快速發(fā)展導致土壤污染、水污染等環(huán)境問題的產生，進而對生態(tài)系統產生破壞，影響其健康水平。

Xu等[25]研究發(fā)現，不同因子之間的交互作用大于單一因子對生態(tài)系統健康的影響。交互探測結果表明，單一自然因子、人文因子對桂西南生態(tài)系統健康的解釋力較弱，但兩者交互作用后的解釋力均高于單一自然因子或人文因子的解釋力。年均降水與土地墾殖率、人口密度與土地墾殖率的解釋力均大于其他因子交互作用的解釋力?？λ固氐貐^(qū)由于獨特的地表-地下雙層地質結構以及人類活動的雙重影響，具有生態(tài)敏感性高、抗干擾能力弱和恢復難度大等特點[5-7]，其土層淺薄，土壤肥力低，土壤與碳酸鹽巖之間的黏著力差，在遇到暴雨天氣時極易發(fā)生山洪或泥石流等自然災害。此外，喀斯特土地承載能力較低，對人類干擾的響應更為敏感，人口增長加重土地的承載能力，進而影響生態(tài)系統健康水平。總體而言，桂西南生態(tài)系統健康變化是自然環(huán)境因素和人類活動綜合作用的結果。

4 結論

① 20年間桂西南生態(tài)系統健康整體上呈改善態(tài)勢，其生態(tài)系統健康指數由2000年的0.446增加至2020年的0.478，這可能是經過退耕還林、石漠化綜合治理等一系列生態(tài)修復工程的實施，植被覆蓋率得以提升、生態(tài)環(huán)境逐漸好轉，表明生態(tài)修復工程對改善生態(tài)系統健康具有重要的現實意義。

② 從空間分布來看，近20年來桂西南生態(tài)系統健康總體上西北部及中部地區(qū)優(yōu)于東南部地區(qū)，分異特征顯著。西北部及中部區(qū)域以亞健康狀態(tài)為主，而病態(tài)和不健康狀態(tài)則分布在東南部南寧市主城區(qū)。病態(tài)、不健康和健康狀態(tài)等級相互轉換最為激烈。

③ 在單一因子探測中，土地墾殖率、平均海拔、夜間燈光強度、人口密度、坡度的解釋力均大于或等于0.45。因子之間的交互作用均高于單因子的影響，年均降水與土地墾殖率、人口密度與土地墾殖率、坡向與土地墾殖率、年均氣溫與土地墾殖率、年均降水與人均GDP、年均降水與夜間燈光強度、夜間燈光強度與土地墾殖率交互作用值均在0.9以上，自然因子與人文因子交互作用強烈，表明桂西南生態(tài)系統健康變化是自然因子與人文因子綜合作用的結果。

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