楊 華,徐 勇,*,王麗佳,徐 琳

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 中國(guó)科學(xué)院區(qū)域可持續(xù)發(fā)展分析與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

進(jìn)入人類世以來,人類活動(dòng)幾乎在所有尺度上都對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生了巨大影響[1]。作為全球面積最大同時(shí)也是人類活動(dòng)最早開始介入的高海拔地區(qū)[2],青藏高原早在4—16萬年前就已出現(xiàn)人類活動(dòng),大規(guī)模的農(nóng)牧業(yè)活動(dòng)也至少存在了3500年[3—4],特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來,人類活動(dòng)擴(kuò)張對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境的影響日益增強(qiáng)[5]。青藏高原的人類活動(dòng)在長(zhǎng)期演化和適應(yīng)過程中形成了鮮明的地域特征,其與高原生態(tài)環(huán)境的交互作用也顯著強(qiáng)于其他地區(qū)。因此,量化和解析青藏高原人類活動(dòng)的規(guī)模和強(qiáng)度及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)也一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題[6—9]。人類活動(dòng)強(qiáng)度作為一個(gè)客觀反映不同人類活動(dòng)對(duì)陸地表層施加的影響及其作用程度的綜合性指標(biāo),是研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化及其效應(yīng)、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)治理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ),也是青藏高原推進(jìn)生態(tài)安全屏障建設(shè)和區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的重要環(huán)節(jié),科學(xué)評(píng)估人類活動(dòng)強(qiáng)度及其時(shí)空變化特征對(duì)于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)區(qū)域生態(tài)保護(hù)與人類活動(dòng)具有重要意義。

人類活動(dòng)強(qiáng)度是表達(dá)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然狀態(tài)下的區(qū)域產(chǎn)生影響的綜合指標(biāo)[10],其測(cè)算方法大致可分為兩類:多因素綜合評(píng)價(jià)法和基于土地利用類型的評(píng)價(jià)方法[11]。人類足跡指數(shù)法是最具代表性的人類活動(dòng)強(qiáng)度多因素綜合評(píng)價(jià)法[12—15],主要選取人造地表、人口密度、夜間燈光、耕地、牧場(chǎng)、道路、鐵路、通航水道和電力基礎(chǔ)設(shè)施等多個(gè)變量[16—17],預(yù)先設(shè)定指標(biāo)得分框架,或采用專家打分法和熵值法等確定因素權(quán)重[18—19],最后加權(quán)求和得到人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)?；谕恋乩妙愋偷脑u(píng)價(jià)方法從人類活動(dòng)的承載主體出發(fā),根據(jù)不同土地利用類型對(duì)應(yīng)人類活動(dòng)的作用力大小來反映人類活動(dòng)對(duì)陸地表層的影響強(qiáng)度,主要有陸地表層人類活動(dòng)強(qiáng)度測(cè)算方法[20—23]和人類擾動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)法等[24—25]。綜合來看,基于權(quán)重的多因素綜合評(píng)價(jià)法具有明確的空間指向性等優(yōu)點(diǎn),但指標(biāo)選取和權(quán)重的確定存在主觀性,同時(shí)輸入指標(biāo)可能存在重疊和共線性進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)算結(jié)果偏誤?；谕恋乩妙愋偷臏y(cè)算方法物理意義更為明確,同時(shí)具有時(shí)間上和空間上的可對(duì)比性。已有研究結(jié)果表明,基于土地利用類型測(cè)算的人類活動(dòng)強(qiáng)度與人口密度具有高度的相關(guān)性,測(cè)算結(jié)果的準(zhǔn)確性較高[20—21]。

人類活動(dòng)是影響青藏高原生態(tài)安全的關(guān)鍵因素已成為學(xué)術(shù)界的共識(shí)[26—27],但青藏高原人類活動(dòng)的規(guī)模、強(qiáng)度及其時(shí)空演變格局等還較為模糊,定量測(cè)算青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度的相關(guān)研究成果較少。Li等[7]綜合評(píng)價(jià)了土地利用、人口密度、道路密度和放牧密度四項(xiàng)指標(biāo),在縣級(jí)單元和公里格網(wǎng)兩個(gè)空間尺度定量測(cè)算了青藏高原1990、2000和2010年的人類活動(dòng)強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度總體較低,東部、東南部和中部地區(qū)的人類活動(dòng)強(qiáng)度較高,20年間人類活動(dòng)強(qiáng)度平均值增加28.43%;Sun等[8]加權(quán)求和了夜間燈光、人口密度、經(jīng)濟(jì)密度、耕地比重、到道路距離、到城鎮(zhèn)距離、放牧強(qiáng)度和植被指數(shù)等評(píng)價(jià)指標(biāo),在柵格單元上定量測(cè)度了青藏高原2000、2010和2015年的人類活動(dòng)強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)15年內(nèi)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度平均增加4%,高值區(qū)集中在中東部地區(qū);Li等[14]沿用Sanderson等[12—13]提出的人類足跡測(cè)算方法測(cè)度了西藏自治區(qū)的人類足跡指數(shù),發(fā)現(xiàn)1990—2010年間人類足跡指數(shù)增加了32.35%;此外,一些學(xué)者也從人口、土地利用、夜間燈光、放牧利用、道路、植被、旅游和污染物排放等要素出發(fā),研制了柵格單元的青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)空數(shù)據(jù)集,選用指標(biāo)不斷豐富,研究?jī)?nèi)容逐漸深化[28—30]。

綜合來看,針對(duì)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度的定量研究還不足,研究方法以多因素綜合評(píng)價(jià)法為主,指標(biāo)選取和權(quán)重確定的主觀性和不一致等也導(dǎo)致研究結(jié)果難以相互比較和參考,特別是對(duì)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的影響因素的關(guān)注度不夠。因此,本文基于1984年、1997年、2008年和2018年的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù),采用陸地表層人類活動(dòng)強(qiáng)度測(cè)算方法[20],構(gòu)建適用于青藏高原的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)表,從縣級(jí)單元和鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元兩個(gè)尺度測(cè)算和分析34年間青藏高原的人類活動(dòng)強(qiáng)度及其時(shí)空變化特征,使用地理探測(cè)器模型從自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面解析人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的影響因素,研究結(jié)果可為青藏高原生態(tài)安全屏障建設(shè)和空間管治的政府決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

青藏高原處于73°30′ E—104°20′ E,26°50′ N—39°40′ N,涉及西藏自治區(qū)、青海省、四川省、新疆維吾爾自治區(qū)、甘肅省和云南省6個(gè)省(區(qū)),總面積約258.23萬 km2,約占中國(guó)陸域國(guó)土總面積的26.9%。青藏高原地勢(shì)大致從西北羌塘高原向東南橫斷山區(qū)傾斜,主要的自然地理單元有帕米爾—昆侖山地、藏北—青南高原、岡底斯山—念青唐古拉山地、喜馬拉雅山地、橫斷山區(qū)、柴達(dá)木盆地和祁連山地等,73%的區(qū)域處于海拔4000 m以上(圖1)。空氣稀薄,大氣含氧量低,人類活動(dòng)的高原反應(yīng)明顯。高原山地氣候?yàn)橹?氣候總體干冷且空間差異極大,年平均氣溫僅為1.37 ℃,年平均降水量在20—4500 mm之間,太陽總輻射在5400—8000 MJ m-2a-1之間。冰川、湖泊和水系發(fā)育,是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江、怒江和雅魯藏布江等中國(guó)主要水系的發(fā)源地,被譽(yù)為“中華水塔”。生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,分布有高寒草原、高寒草甸、荒漠、森林和灌叢等生態(tài)系統(tǒng),草原占比超過60%。根據(jù)2020年第七次人口普查,青藏高原總?cè)丝诩s為1313.4萬人,僅占中國(guó)總?cè)丝诘?.91%,城鎮(zhèn)人口624.79萬人,總體城鎮(zhèn)化率47.58%[31]。綜合各省(區(qū))和地級(jí)市(州)的第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)公報(bào),2020年青藏高原耕地面積20098.19 km2,種植園用地面積3847.72 km2,草地面積1490217.54 km2,城鎮(zhèn)村及工礦用地面積8554.71 km2,交通運(yùn)輸用地面積5161.79 km2。

圖1 青藏高原地形高程Fig.1 Topographic elevation of the Qinghai-Tibet Plateau該圖基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2022)4318號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作,底圖無修改

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 人類活動(dòng)強(qiáng)度

青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度測(cè)算采用徐勇等提出的陸地表層人類活動(dòng)強(qiáng)度算法(Human activity intensity of land surface),即以建設(shè)用地當(dāng)量為基本度量單位,以是否存在人工隔層,地表上下水分、養(yǎng)分、空氣和熱量是否正常交換為依據(jù)確定不同土地利用類型對(duì)應(yīng)的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù),建設(shè)用地當(dāng)量總和與區(qū)域總面積的比值為人類活動(dòng)強(qiáng)度[20]。計(jì)算公式如下:

(1)

(2)

式中,HAI表示人類活動(dòng)強(qiáng)度;SCLE表示區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地當(dāng)量面積;S表示區(qū)域總面積;SLi表示第i種土地利用類型面積;CIi表示第i種土地利用類型的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù);n表示土地利用類型數(shù)量。

合理界定不同用地類型的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)是測(cè)算人類活動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)鍵。在徐勇等[20]確定的建設(shè)用地當(dāng)量通用折算系數(shù)基礎(chǔ)上,根據(jù)第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查用地分類[32]構(gòu)建全面反映青藏高原陸地表層人類活動(dòng)的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)表(表1),其中,新增光伏發(fā)電用地和風(fēng)力發(fā)電用地的折算系數(shù)。光伏發(fā)電用地主要分為光伏板用地和附屬設(shè)施用地,光伏板用地阻滯地表熱量交換,建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)設(shè)定為0.2,附屬設(shè)施用地按一般建設(shè)用地設(shè)定折算系數(shù),但其規(guī)模相對(duì)很小,可納入光伏板用地作為整體考慮。風(fēng)力發(fā)電用地主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和附屬設(shè)施用地等構(gòu)成,可用單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其附屬用地實(shí)際占地面積與用地面積的比值表示風(fēng)力發(fā)電用地的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)。綜合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[33]、高精度衛(wèi)星遙感影像和青海共和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(99°21′3.35″ E,36°36′32.28″ N)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組橫向間距平均500 m,縱向間距平均1000 m,塔架底座平均占地70 m2,機(jī)組箱式變壓器平均占地20 m2,附屬道路平均寬度5.5 m,測(cè)得風(fēng)力發(fā)電用地的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)約為0.004。風(fēng)力發(fā)電用地的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)計(jì)算公式為:

表1 青藏高原不同土地利用類型的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù)表Table 1 Conversion index of construction land equivalent of different land use types on the Qinghai-Tibet Plateau

CIw=(Sα+Sβ+Sγ)/S

(3)

式中,CIw為風(fēng)力發(fā)電用地的建設(shè)用地當(dāng)量折算系數(shù);Sα為桿塔底座實(shí)際占地面積;Sβ為機(jī)組箱式變壓器實(shí)際占地面積;Sγ為附屬道路實(shí)際占地面積;S為單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用地面積。

2.2 地理探測(cè)器

2.2.1基于最優(yōu)參數(shù)的地理探測(cè)器模型

地理探測(cè)器模型是一種測(cè)度地理事物空間分異驅(qū)動(dòng)力的統(tǒng)計(jì)方法,使用q值度量驅(qū)動(dòng)因子的解釋力大小[34]。地理探測(cè)器模型具有明確的物理意義、無線性假設(shè)、不受變量共線性影響和能夠較好處理數(shù)值變量和類型變量等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于地理現(xiàn)象空間分異的影響因素探測(cè)[35—36]。然而,以往研究中較少考慮變量離散化方法和空間尺度效應(yīng)的不同對(duì)地理探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生的影響?；谧顑?yōu)參數(shù)的地理探測(cè)器模型是在傳統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,通過篩選解釋力q值最高的離散化方案作為地理探測(cè)分析的前置條件,以提高地理事物空間分層異質(zhì)性探測(cè)的整體分析能力[37]?；赗語言的“GD”擴(kuò)展程序包篩選解釋力q值最大的分類方法和分類級(jí)數(shù)作為地理探測(cè)的最優(yōu)參數(shù),使用因子探測(cè)功能度量影響因素對(duì)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的解釋力大小,使用交互作用探測(cè)功能識(shí)別影響因素是否存在兩兩交互作用及其作用力大小。根據(jù)不同判別規(guī)則,交互作用類型可分為非線性減弱、單因子非線性減弱、雙因子增強(qiáng)、獨(dú)立和非線性增強(qiáng)5類,詳見文獻(xiàn)[34]。解釋力q值的計(jì)算公式如下:

(4)

2.2.2影響因素選取

青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間分異受自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面的影響。以人類活動(dòng)強(qiáng)度作為被解釋變量,從自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面共選取12個(gè)指標(biāo)作為解釋變量(表2)。海拔高度(X1)反映垂直方向上人類進(jìn)行生產(chǎn)生活活動(dòng)的適宜性狀況,已有研究表明海拔與大氣含氧量和氣溫存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系[38—39],隨著海拔的升高,人類活動(dòng)的適宜性降低[40];地表起伏度(X2)反映地表高低起伏差異,體現(xiàn)區(qū)域開展人類活動(dòng)的成本和難度高低[41],基于數(shù)字高程模型采用均值變點(diǎn)法計(jì)算得到,計(jì)算窗口大小為41×41個(gè)像元矩形(約1.51 km2)[42];降水(X3)和氣溫(X4)使用多年平均降水量和多年平均氣溫表征區(qū)域氣候狀況;植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(X5)使用多年平均植被凈初級(jí)生產(chǎn)力表征生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)能力。區(qū)域發(fā)展導(dǎo)向(X6)使用重點(diǎn)開發(fā)、限制開發(fā)和禁止開發(fā)3種主體功能來表征,反映不同區(qū)域的空間管控政策導(dǎo)向,其中禁止開發(fā)區(qū)涵蓋了自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)等各級(jí)各類自然文化資源保護(hù)區(qū)域和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)[43];經(jīng)濟(jì)規(guī)模(X7)反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展水平,第一產(chǎn)業(yè)占比(X8)和第二產(chǎn)業(yè)占比(X9)表征區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);人口密度(X10)表征區(qū)域人口集聚狀態(tài),人口的集聚帶動(dòng)資本、生產(chǎn)和消費(fèi)等其他要素的集中,是影響人類活動(dòng)強(qiáng)度的重要指標(biāo)[44];道路密度(X11)選取公路交通表征區(qū)域交通的可達(dá)性和便利性[45];城鎮(zhèn)化水平(X12)反映城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來人居環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施和土地利用等要素的變化,與區(qū)域生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)[46]。

2.3 數(shù)據(jù)及處理

本文涉及的數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、地形、氣候、植被、道路、行政區(qū)劃以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等圖形、臺(tái)賬和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等(表3)。圖形數(shù)據(jù)的空間參考統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系和Albers等積圓錐投影。

表3 數(shù)據(jù)類型、名稱、來源及說明Table 3 Type,name,source,and interpretation of data

青藏高原自然植被以草地為主,放牧活動(dòng)是人類活動(dòng)的重要部分。青藏高原天然草地的放牧利用程度并不是均勻的,區(qū)域草地總面積并不等同于實(shí)際放牧利用面積[54],直接使用天然草地面積進(jìn)行人類活動(dòng)強(qiáng)度測(cè)算將導(dǎo)致結(jié)果偏誤。實(shí)際上,青藏高原天然草地的放牧活動(dòng)受劃區(qū)輪牧和冬夏牧場(chǎng)轉(zhuǎn)移等影響,同一區(qū)域草地的全年平均放牧利用率在50%左右。受草地生產(chǎn)力高低的限制,不同類型草地的放牧利用率也有所不同,草甸類草地最高,沙地草原、沙地荒漠亞類和高寒荒漠類草地的實(shí)際放牧利用程度很低或沒有放牧活動(dòng)?；谖鞑刈灾螀^(qū)和青海省第二次草原資源普查數(shù)據(jù)以及1∶100萬中國(guó)草地資源圖集[55]和1∶100萬中國(guó)植被圖集[56]確定青藏高原縣級(jí)單元的主要草地類型,引入不同類型草地的放牧利用率對(duì)天然草地面積進(jìn)行修正,最后得到可利用天然草地面積。不同類型草地放牧利用率參照西藏自治區(qū)第二次草地普查對(duì)放牧草地利用率的界定(表4)[57]。

表4 青藏高原不同類型草地放牧利用率Table 4 Grazing utilization of different grassland types on the Qinghai-Tibet Plateau

3 結(jié)果分析

3.1 人類活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)間變化特征

1984—2018年青藏高原建設(shè)用地當(dāng)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度總體處于低水平發(fā)展階段,大致以2008年為節(jié)點(diǎn),前期呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì),后期迅速上升(圖2)。1984年青藏高原建設(shè)用地當(dāng)量為44731.27 km2,人類活動(dòng)強(qiáng)度為1.44%;1997年建設(shè)用地當(dāng)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度分別為42521.21 km2和1.40%,相比1984年分別下降2210.06 km2和0.04%;2008年建設(shè)用地當(dāng)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度分別為41672.60 km2和1.37%,相比1997年分別下降848.61 km2和0.03%;總體來看,1984—2008年建設(shè)用地當(dāng)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度分別下降3058.67 km2和0.07%,人類活動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)弱化趨勢(shì),這與退耕還林還草和生態(tài)環(huán)境保護(hù)所帶來的耕地和建設(shè)用地減少有關(guān),1984—2008年青藏高原耕地和建設(shè)用地面積分別下降20.63%和33.22%,林地面積增加8.85%。2018年青藏高原建設(shè)用地當(dāng)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度分別為51147.26 km2和1.70%,相比2008年分別上升9474.66 km2和0.33%,其原因在于近10年來的土地整治和綜合開發(fā)、工業(yè)化進(jìn)程以及交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來耕地和建設(shè)用地面積的快速增加,以及氣候變暖背景下青藏高原植被覆蓋好轉(zhuǎn)和放牧利用草地面積的增加[58],耕地和建設(shè)用地分別增加58.16%和50.23%,草地面積增加24.58%。

圖2 1984—2018年建設(shè)用地當(dāng)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度變化Fig.2 Change of construction land equivalent and human activity intensity from 1984 to 2018

青藏高原各省級(jí)區(qū)域人類活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)序變化的差異明顯。2018年,青海、四川、云南、西藏、甘肅和新疆的人類活動(dòng)強(qiáng)度分別為2.55%、2.29%、1.83%、1.80%、1.61%和0.34%。西藏和青海是青藏高原人類活動(dòng)的主要承載區(qū)域,建設(shè)用地當(dāng)量占比分別從1984年的37.33%和29.16%上升到2018年的42.37%和34.62%,人類活動(dòng)強(qiáng)度總體呈不同程度上升趨勢(shì)。青海的人類活動(dòng)強(qiáng)度及其增速顯著高于西藏,西藏人類活動(dòng)強(qiáng)度變化以2008年為節(jié)點(diǎn),前期基本保持穩(wěn)定,后期顯著上升,人類活動(dòng)強(qiáng)度從2008年的1.38%上升至1.80%,而1984—2018年青海人類活動(dòng)強(qiáng)度整體呈不斷上升趨勢(shì),從1984年的1.78%上升至2018年的2.55%。西藏和青海的人類活動(dòng)強(qiáng)度變化主要表現(xiàn)在建設(shè)用地的快速上升和放牧利用草地的增加,1984—2018年建設(shè)用地面積分別增加238.76%和143.69%,草地面積分別增加30.11%和28.84%,反映了近年來西藏和青海工業(yè)發(fā)展和大規(guī)模交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)使得人類活動(dòng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng),同時(shí)受到氣候變化和青藏高原增溫增濕的影響更為明顯。

四川和甘肅的建設(shè)用地當(dāng)量低于青海和西藏,但人類活動(dòng)強(qiáng)度總體處于較高水平。四川的人類活動(dòng)強(qiáng)度先快速下降后迅速提升,從1984年的2.46%下降到2008年的1.86%,再上升到2018年的2.29%;甘肅的人類活動(dòng)強(qiáng)度總體呈持續(xù)下降趨勢(shì),從1984年的3.47%下降到2018年的1.61%。四川和甘肅的人類活動(dòng)強(qiáng)度變化主要體現(xiàn)在建設(shè)用地的快速下降,1984—2018年建設(shè)用地面積分別下降80.07%和89.84%,表明川西橫斷山區(qū)和祁連山地的礦山生態(tài)修復(fù)等生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施等取得顯著效果;同時(shí)1984—2008年退耕還林還草工程進(jìn)一步降低了四川和甘肅的人類活動(dòng)強(qiáng)度,耕地面積分別下降37.26%和27.99%,2008年后由于土地綜合開發(fā)導(dǎo)致耕地面積增加,人類活動(dòng)強(qiáng)度有所上升。云南和新疆的人類活動(dòng)強(qiáng)度總體處于低水平穩(wěn)定狀態(tài)?？偟目磥?青藏高原邊緣地區(qū),特別是四川和甘肅受到退耕還林還草等生態(tài)保護(hù)工程的影響更為顯著(圖3)。

圖3 1984—2018年土地利用類型變化Fig.3 Land use type change from 1984 to 2018

3.2 人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異特征

基于縣級(jí)單元測(cè)算1984年、1997年、2008年和2018年人類活動(dòng)強(qiáng)度,根據(jù)青藏高原人類活動(dòng)模式和數(shù)據(jù)分布特點(diǎn),將研究時(shí)段內(nèi)縣級(jí)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度按照<1.6%、1.6%—2.4%、2.4%—3.3%、3.3%—4.7%和>4.7%的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分為高、較高、中等、較低和低五個(gè)等級(jí)(圖4,表5)。1984—2018年青藏高原總體呈現(xiàn)“兩區(qū)一帶”的人類活動(dòng)強(qiáng)度空間格局,分別為青海河湟谷地和西藏“一江兩河”地區(qū)(雅魯藏布江、拉薩河和年楚河)兩個(gè)人類活動(dòng)強(qiáng)度高值區(qū),沿日喀則-拉薩-那曲-玉樹-果洛-西寧形成條帶狀的人類活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)高值分布區(qū)。

圖4 1984、1997、2008、2018年縣級(jí)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分布Fig.4 Spatial distribution of human activity intensity by county level in 1984,1997,2008,2018

等級(jí)Class1984年1997年2008年2018年縣級(jí)單元數(shù)量County number均值/%Mean縣級(jí)單元數(shù)量County number均值/%Mean縣級(jí)單元數(shù)量County number均值/%Mean縣級(jí)單元數(shù)量County number均值/%Mean高Highest class1610.301418.791416.212113.15較高High class223.84233.78213.70273.81中等Moderate class392.85392.88362.88502.78較低Low class522.03522.09552.08492.01低Lowest class520.91610.94630.92420.88

(1)人類活動(dòng)高強(qiáng)度區(qū)。1984—2018年縣級(jí)單元均值變化較大,以1997年為節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)前期上升后期降低的趨勢(shì)?？h級(jí)單元數(shù)量在1984—2008年間基本保持穩(wěn)定,主要呈現(xiàn)以拉薩市城關(guān)區(qū)為核心,以西寧市區(qū)為核心的兩個(gè)人類活動(dòng)高強(qiáng)度區(qū)。2018年縣級(jí)單元數(shù)量快速增加至21個(gè),形成以日喀則桑珠孜區(qū),以拉薩市城關(guān)區(qū)、堆龍德慶區(qū)和達(dá)孜區(qū)為核心的拉薩都市區(qū),以及以西寧市和海東市城區(qū)為核心的西寧都市區(qū)組成的人類活動(dòng)高強(qiáng)度區(qū)。該區(qū)域是青藏高原最主要的人口聚集區(qū)和城鎮(zhèn)發(fā)展區(qū),人類活動(dòng)對(duì)地表的改造和影響程度最深。

(2)人類活動(dòng)較高強(qiáng)度區(qū)。1984—2018年縣級(jí)單元均值總體保持穩(wěn)定,處于3.8%左右,縣級(jí)單元數(shù)量在2018年有所增加。人類活動(dòng)較高強(qiáng)度區(qū)以西藏和青海的高強(qiáng)度區(qū)為核心,分布在拉薩、日喀則和山南的西藏“一江兩河”地區(qū),以及青東南和甘南的河湟谷地區(qū),該區(qū)域人口和城鎮(zhèn)相對(duì)密集,是青藏高原主要的農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū),人類活動(dòng)對(duì)地表的影響主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。

(3)人類活動(dòng)中等強(qiáng)度區(qū)。1984—2018年縣級(jí)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度均值基本穩(wěn)定在2.8%左右,縣級(jí)單元數(shù)量在1984—2008年總體保持穩(wěn)定,到2018年迅速增加至50個(gè),主要為西藏“一江兩河”地區(qū)以及青南高原的人類活動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)向上躍升,由較低強(qiáng)度區(qū)向上轉(zhuǎn)移為中等強(qiáng)度區(qū),表明該區(qū)域近年來的人類活動(dòng)顯著增強(qiáng),主要原因在于放牧利用的強(qiáng)度和規(guī)模增大。研究時(shí)段內(nèi),人類活動(dòng)中等強(qiáng)度區(qū)以高強(qiáng)度和較高強(qiáng)度區(qū)為核心,大致沿日喀則-拉薩-那曲-玉樹-果洛-西寧形成帶狀分布空間格局,且有向青南高原核心區(qū)和柴達(dá)木盆地?cái)U(kuò)展的趨勢(shì)。

(4)人類活動(dòng)較低強(qiáng)度區(qū)。1984—2018年縣級(jí)單元數(shù)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度均保持相對(duì)穩(wěn)定,人類活動(dòng)強(qiáng)度均值在2%左右,主要分布在雅魯藏布江上游流域、阿里獅泉河流域地區(qū)以及川西橫斷山區(qū)等,且有向羌塘高原和柴達(dá)木盆地等擴(kuò)展的趨勢(shì)。

(5)人類活動(dòng)低強(qiáng)度區(qū)。1984—2018年縣級(jí)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度均值基本穩(wěn)定在0.9%左右,主要分布在青藏高原東南部的高山峽谷區(qū)以及西北部的高寒區(qū)和荒漠區(qū)。川藏高山峽谷區(qū)受地形地貌的強(qiáng)限制,人類活動(dòng)強(qiáng)度較弱且主要分布在峽谷之中;羌塘高原和帕米爾山區(qū)等高寒區(qū)是青藏高原生存環(huán)境最惡劣的區(qū)域,海拔高且干旱,極不適宜開展人類活動(dòng)。

為更清晰地揭示青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間格局,基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元測(cè)算2018年青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度,按照<2.2%、2.2%—2.9%、2.9%—4.7%、4.7%—8.9%和>8.9%的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將人類活動(dòng)強(qiáng)度劃分為高、較高、中等、較低和低五個(gè)等級(jí)(圖5)。人類活動(dòng)強(qiáng)度高、較高、中等、較低和低等級(jí)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量分別為163、181、395、461和737個(gè),人類活動(dòng)強(qiáng)度均值分別為20.40%、6.36%、3.52%、2.55%和1.39%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元尺度的人類活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步驗(yàn)證了青藏高原“兩區(qū)一帶”的人類活動(dòng)強(qiáng)度空間格局,同時(shí)也揭示了人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分布的點(diǎn)狀特征,省會(huì)城市、地級(jí)城市和縣級(jí)城市建成區(qū)的人類活動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)逐級(jí)遞減的趨勢(shì)顯著,呈現(xiàn)以各級(jí)行政中心建成區(qū)為核心向周邊區(qū)域遞減的“核心—邊緣”結(jié)構(gòu)。川藏高山峽谷區(qū)受地形地貌等自然本底條件的限制,人類活動(dòng)集中分布在峽谷地區(qū),呈現(xiàn)以重點(diǎn)城鎮(zhèn)為高值核心的孤立點(diǎn)狀空間分布特征。柴達(dá)木盆地地廣人稀,氣候干旱,人類活動(dòng)模式以工礦業(yè)和綠洲農(nóng)業(yè)為主,同時(shí)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等開發(fā)建設(shè)強(qiáng)度較大,工農(nóng)業(yè)集中的少數(shù)城鎮(zhèn)人類活動(dòng)強(qiáng)度較高,呈現(xiàn)點(diǎn)狀分布特征。

圖5 2018年鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分布 Fig.5 Spatial distribution of human activity intensity by town level in 2018

3.3 人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的影響因素

以鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元為空間分析尺度,以2018年人類活動(dòng)強(qiáng)度為被解釋變量,選取海拔高度(X1)、地表起伏度(X2)、降水(X3)、氣溫(X4)和植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(X5)5個(gè)自然環(huán)境因素,區(qū)域發(fā)展導(dǎo)向(X6)、經(jīng)濟(jì)規(guī)模(X7)、第一產(chǎn)業(yè)占比(X8)、第二產(chǎn)業(yè)占比(X9)、人口密度(X10)、道路密度(X11)和城鎮(zhèn)化水平(X12)7個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素,使用地理探測(cè)器模型定量解析青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的影響因素及其作用大小(表6)。

表6 2018年人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異影響因素的地理探測(cè)結(jié)果Table 6 Geographical detection results of factors influencing the spatial distribution of human activity intensity in 2018

因子探測(cè)結(jié)果顯示自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的解釋力q值均通過了p<0.01的顯著性檢驗(yàn),在不考慮其他因素影響的前提下解釋力q>0.1的因素排序依次為人口密度(0.90)>道路密度(0.77)>經(jīng)濟(jì)規(guī)模(0.49)>地表起伏度(0.41)>城鎮(zhèn)化水平(0.34)>第一產(chǎn)業(yè)占比(0.16)>區(qū)域發(fā)展導(dǎo)向(0.15)>降水(0.11),海拔高度(0.09)、氣溫(0.06)、植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(0.05)和第二產(chǎn)業(yè)占比(0.06)的解釋力q值在0.1以下。自然環(huán)境因素的平均解釋力q值為0.16,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的平均解釋力q值為0.41,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的解釋力強(qiáng)于自然環(huán)境因素。

地表起伏度是q值最高的自然環(huán)境因子,而海拔高度、降水、氣溫和植被凈初級(jí)生產(chǎn)力的q值相對(duì)較低,表明青藏高原的人類活動(dòng)主要受地表起伏的限制,地表起伏度直接影響開展建設(shè)活動(dòng)和耕作活動(dòng)的成本和難度,也影響牲畜采食概率,地表起伏劇烈的地區(qū),城鎮(zhèn)建設(shè)、耕作和放牧等人類活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較低。作為長(zhǎng)期自然演化的結(jié)果,青藏高原的人類活動(dòng)模式已適應(yīng)其自然環(huán)境,青藏高原東南部橫斷山區(qū)海拔相對(duì)較低,氣溫、降水和植被覆蓋相對(duì)較高,人類活動(dòng)模式主要以高山放牧和河谷農(nóng)業(yè)為主,人口和產(chǎn)業(yè)集中在峽谷之中,人類活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較小;而日喀則-拉薩-那曲-玉樹-果洛-西寧的帶狀區(qū)域海拔較高,氣溫、降水和植被覆蓋相對(duì)較低,人類活動(dòng)模式主要為放牧,人類活動(dòng)的空間范圍更大,強(qiáng)度相對(duì)更高,其空間分異與自然要素之間存在空間非耦合性。

人口密度是q值最高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子,道路密度、經(jīng)濟(jì)規(guī)模和城鎮(zhèn)化水平的q值相對(duì)較高,表明青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度與人口數(shù)量、道路交通發(fā)展情況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化水平具有較高的相關(guān)性,人類活動(dòng)高強(qiáng)度區(qū)域往往也是人口稠密和集中、交通基礎(chǔ)設(shè)施完善和經(jīng)濟(jì)社會(huì)整體發(fā)展水平較高的地區(qū)。第一產(chǎn)業(yè)占比、區(qū)域發(fā)展導(dǎo)向和第二產(chǎn)業(yè)占比的q值相對(duì)較低,表明區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間相關(guān)性較弱,自然保護(hù)區(qū)等空間管控并不能較好解釋青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間分異。

進(jìn)一步探測(cè)影響因素對(duì)人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的交互作用。影響因素的兩兩交互作用對(duì)人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的解釋力q值均不同程度增強(qiáng),主要表現(xiàn)為非線性增強(qiáng)和雙因子增強(qiáng)兩類。自然環(huán)境因素之間的兩兩交互作用類型多為非線性增強(qiáng),其交互作用q值相比于單因子q值顯著提高,表明人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異并不是受到單一自然環(huán)境因素的影響,而是多種自然環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素中的人口密度、道路密度和城鎮(zhèn)化水平與其他因素的交互作用類型主要為雙因子增強(qiáng),交互作用解釋力均大于單一因素解釋力;區(qū)域發(fā)展導(dǎo)向、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、第一產(chǎn)業(yè)占比和第二產(chǎn)業(yè)占比與其他因素的交互作用類型主要為非線性增強(qiáng)。與單一因素的解釋力相比,青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異受自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素交互作用的影響更為強(qiáng)烈,影響因素的交互顯著增強(qiáng)了其對(duì)人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的解釋力。

4 討論

4.1 人類活動(dòng)強(qiáng)度與人口密度的關(guān)系

青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的影響因素地理探測(cè)發(fā)現(xiàn),人口密度至少能夠解釋90%的人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異,與其他因素交互后的解釋能力均在90%以上。進(jìn)一步基于第四次(1990年)、第五次(2000年)、第六次(2010年)和第七次(2020年)人口普查的常住人口數(shù)據(jù),將人口密度與1984年、1997年、2008年、2018年青藏高原縣級(jí)單元和2018年鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元的人類活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行擬合。擬合結(jié)果顯示人類活動(dòng)強(qiáng)度與人口密度存在正向線性函數(shù)關(guān)系,1984—2018年縣級(jí)單元相關(guān)系數(shù)R分別為0.7856、0.8078、0.7642和0.8078,2018年鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元相關(guān)系數(shù)R達(dá)到0.8717,縣級(jí)單元和鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度與人口密度高度相關(guān)(圖6)。地理探測(cè)器和相關(guān)性分析均表明本文測(cè)算的人類活動(dòng)強(qiáng)度與人口密度存在顯著的空間相關(guān)性,在缺乏高精度土地利用數(shù)據(jù)的地區(qū)可以人口密度為變量,采用二者之間的擬合函數(shù)推算出人類活動(dòng)強(qiáng)度[59]。

圖6 2018年鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度與人口密度的相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.6 Correlation scatter between human activity intensity and population density by town level in 2018

4.2 與現(xiàn)有研究的對(duì)比

目前關(guān)于青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度的高低尚未達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。本文在陸地表層人類活動(dòng)強(qiáng)度測(cè)算方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合青藏高原人類活動(dòng)實(shí)際情況,采用不用類型草地放牧利用率對(duì)天然放牧草地進(jìn)行修正,發(fā)現(xiàn)青藏高原1984—2018年總體人類活動(dòng)強(qiáng)度在1.37%—1.70%之間,這與三江源國(guó)家公園及其周邊地區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)度在1.2%左右的結(jié)論接近,而徐勇[20]和Liu等[60]測(cè)算的青藏高原地區(qū)3%—4%的人類活動(dòng)強(qiáng)度可能存在高估,其原因在于未針對(duì)青藏高原地區(qū)天然放牧草地進(jìn)行修正。

基于多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法測(cè)算的青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度與本文的測(cè)算結(jié)果不具備直接的可比性,但其空間格局基本一致,存在較大差異的區(qū)域主要分布在川藏高山峽谷區(qū)。川藏高山峽谷區(qū)山高谷深,農(nóng)牧業(yè)等人類活動(dòng)向溝谷底部及兩側(cè)集中,人類活動(dòng)的空間集中程度和地形條件對(duì)人類活動(dòng)的空間限制作用相比青藏高原其他區(qū)域更高,人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間分布更符合點(diǎn)狀特征?；谌祟愖阚E指數(shù)法等多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法測(cè)算的川藏高山峽谷區(qū)的人類活動(dòng)強(qiáng)度水平較高,這與其評(píng)價(jià)指標(biāo)和計(jì)算方法有關(guān),將人口密度和放牧密度等行政單元指標(biāo)與土地利用和夜間燈光等格網(wǎng)單元指標(biāo)進(jìn)行混合測(cè)算會(huì)導(dǎo)致人類活動(dòng)高強(qiáng)度區(qū)域的空間范圍被放大,同時(shí)根據(jù)距離測(cè)算的道路影響范圍在峽谷地區(qū)也更易被夸大[7—8]。因此,基于土地利用類型折算建設(shè)用地當(dāng)量測(cè)算的人類活動(dòng)強(qiáng)度更符合地形條件復(fù)雜和人類活動(dòng)模式各異的青藏高原人類活動(dòng)實(shí)際情況。

5 結(jié)論與展望

使用土地利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)測(cè)算和分析了1984—2018年青藏高原的人類活動(dòng)強(qiáng)度及其時(shí)空變化特征,使用地理探測(cè)器模型解析了人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的影響因素,所得結(jié)論如下:

(1)1984—2018年青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度大致以2008年為界,前期呈緩慢下降趨勢(shì),后期快速上升。四個(gè)時(shí)間點(diǎn)的人類活動(dòng)強(qiáng)度分別為1.44%、1.40%、1.37%和1.70%,總體處于低水平發(fā)展階段。各省級(jí)單元人類活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)間變化差異明顯,西藏和青?？傮w呈上升趨勢(shì),四川先下降后上升,甘肅呈不斷下降趨勢(shì)。

(2)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分布總體上呈現(xiàn)“兩區(qū)一帶”的空間格局,西藏“一江兩河”地區(qū)(雅魯藏布江、拉薩河和年楚河)和青海河湟谷地的人類活動(dòng)強(qiáng)度最高,沿日喀則-拉薩-那曲-玉樹-果洛-西寧形成條帶狀的人類活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)高值分布區(qū),川藏高山峽谷區(qū)、藏北-青南高原和帕米爾山區(qū)的人類活動(dòng)強(qiáng)度最低。

(3)青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的主要因素為人口密度、道路密度、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、地表起伏度、城鎮(zhèn)化水平、第一產(chǎn)業(yè)占比和區(qū)域發(fā)展導(dǎo)向,人口密度是影響人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的首要因素,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的解釋力q值高于自然環(huán)境因素。影響因素的兩兩交互作用增強(qiáng)了對(duì)人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異的解釋力,表現(xiàn)為非線性增強(qiáng)和雙因子增強(qiáng)兩類,青藏高原人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異是自然環(huán)境因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素共同作用的結(jié)果。

本文使用的多時(shí)期土地利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)受基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、調(diào)查方法和統(tǒng)計(jì)口徑不同等的影響存在一定程度的誤差,但相比基于衛(wèi)星遙感反演的土地利用/土地覆被數(shù)據(jù)而言仍具有很高的數(shù)據(jù)精度,能夠更加準(zhǔn)確地反映陸地表層的人類活動(dòng)強(qiáng)度。本文基于土地利用測(cè)算的人類活動(dòng)強(qiáng)度主要體現(xiàn)人類活動(dòng)對(duì)陸地表層的影響,如建設(shè)用地和耕地?cái)U(kuò)張?jiān)斐傻纳鷳B(tài)用地占用和生態(tài)損失等,對(duì)地表上下人類活動(dòng)影響的考慮不足,如大氣污染物排放和水土污染等,應(yīng)該繼續(xù)改進(jìn)測(cè)算方法以更加全面地反映人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響。青藏高原人類活動(dòng)的地域差異明顯,人類活動(dòng)強(qiáng)度具有顯著的空間異質(zhì)性,還應(yīng)重點(diǎn)考慮不同區(qū)域人類活動(dòng)強(qiáng)度空間分異影響機(jī)制的差異性。此外,在人類活動(dòng)強(qiáng)度測(cè)算的基礎(chǔ)上探究其引起的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化等生態(tài)環(huán)境效應(yīng)作用機(jī)制將是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。