随着社会发展，区域生态环境的改变已经成为推动或阻碍经济发展的重要因素.尤其在生态环境相当脆弱和经济发展水平相对落后的干旱内陆地区，如何协调经济增长与环境恶化及资源消耗的关系涉及到人类能否实现可持续发展，而生态环境与经济协调发展是实现可持续发展的重要途径，也是可持续发展的基本要求(牛文元，2008).协调发展已被公认为处理经济增长与环境保护间关系的最佳选择，也是保证实现人类社会可持续发展战略目标的必由之路(Ayres，2008；吴玉鸣和张燕，2008).近年来生态环境与经济协调发展已经成为可持续发展研究的热点领域之一.国外学者主要将土地利用变化引入经济发展与生态环境协调度研究中，研究方法主要有不同尺度评价模型法(Li et al., 2010)、时空变化规律法(Kreuter et al., 2001)、市场价值法(曹东等，2011)、土地功能与经济发展统一性(Helming et al., 2008)和可持续性评估法(Sutton and Costanza， 2002)等.国内学者在定量评价模型与评估方法上进行了大量研究并取得了不少有建设性成果，主要有综合指标评价法(顾康康等，2008)、生态足迹法(陈涛和徐瑶，2006)、能值分析法(刘浩等，2008)、物质流分析法(张音波等，2007)和系统动力学模型法(张宝安等，2007)等.但由于生态环境与经济协调发展问题的综合性与复杂性，需要综合地理学、生态学和经济学等众多学科.因此其定量评价研究仍然有待于寻求新的途径来深化研究.并且经济发展与生态环境协调研究主要集中在大中城市及城市群、经济开发区和生态治理示范区等区域(苏飞和张平宇，2009；彭建等，2005；吴建寨等，2007；王振波等，2011)，这方面的研究也仅针对全国和区域等宏观尺度，而对小流域尤其是干旱内陆地区小流域社会经济与生态环境协调度研究较少，而对这些区域进行相关研究，对于协调当地经济发展与保护生态环境之间的关系，更具重要意义.

由于特殊的自然地理条件和不合理的人类活动致使其石羊河流域地下水天然补给量减少、区域性地下水位下降、土地沙化、盐渍化加重、植被退化等一系列生态环境问题，出现了较为严重的生态危机，成为我国干旱区内陆河流域生态退化的典型和社会各界广泛关注的焦点(魏伟等，2009).因此，本研究立足于经济发展和生态环境这两个基本问题，提出了以生态系统服务功能表征生态环境发展状态，以地区工农业生产值表征流域经济社会发展状况，以二者发展演变的时空分布格局为出发点的思路和分析方法，充分利用GIS的空间分析功能和可视化表达，探讨石羊河流域经济发展与生态环境协调度的变化特征，以期为流域社会经济可持续发展和生态恢复治理提供参考.

石羊河流域位于甘肃省河西走廊东段，乌鞘岭以西，祁连山北麓.地理坐标为101°41′~104°16′E，36°29′~39°27′N.东南与甘肃省白银、兰州两市相连，西北与甘肃省张掖市毗邻，西南紧靠青海省，东北与内蒙古自治区接壤.流域地势南高北低，自西向东北倾斜.总体可分为南部祁连山区、中部平原区、北部荒漠区三个大的地貌单元.石羊河流域深居大陆腹地，属大陆性温带干旱气候，气候特点是：太阳辐射强、日照充足，温差大、降水少、蒸发强烈、空气干燥.流域行政区划包括武威市的古浪县、凉州区、民勤县全部及天祝县部分，金昌市的永昌县及金川区全部，以及张掖市肃南裕固族自治县，流域共涉及3市7县(区)，乡镇总数为117个，农村居民点约为1668个，总面积4.16万km².现状流域总人口227万人，人口密度为55人· km^-2.

本研究区域为石羊河流域，根据流域内包含的乡镇数统计，共有117个乡镇，5个公用地，考虑到研究区内公用地基本为沙漠、戈壁或未利用地，基本无居民地分布.为便于统计和制图，将其与最临近的乡镇合并.本研究中用到的土地利用数据来源于L and sat/TM影像，空间分辨率为30 m×30 m，获取时间集中在1986年7月、2000年8月和2011年7月.研究区域的社会经济数据来源于不同时期地级市和县区的统计年鉴及城市规划资料，部分数据经过汇总和空间化处理.此外，还用到了DEM数据和行政区划等数据，主要用于影像纠正和分乡镇统计研究.

研究区三期遥感影像利用ERDAS9.0软件完成大气辐射校正、几何精校正等工作，配准剩余误差RMS控制在半个像元以内，将各期遥感影像进行432标准假彩色波段组合，结合实地调查，建立研究区遥感解译标志，然后在ArcGIS中依据解释标志将计算机自动和目视解译相结合，最后进行图斑综合和错误纠正，依据中国科学院资源环境信息数据库的土地利用分类标准分为：耕地、草地、林地、居民地、水域、未利用土地6大类.经过实习验证和高分辨率影像取样进行精度评定，三期土地利用分类结果的精度均高于85%.借助ArcGIS10.0对石羊河流域地区1986、2000、2011年土地利用的栅格数据和矢量数据进行图斑合并，属性编码等工作，然后统计分析各类用地变化的数量特征，在此基础上对3个不同时期的数据叠加，得出不同时期土地变化的空间分布特征.

目前国内外生态系统服务物质量和价值量的评估方法很多，但都难以得出让公众和学术界普遍接受的结果，相比之下Costanza等(1997)确定的生态系统功能基准单价和谢高地等(2008)确定的生态系统功能基准单价在当前国内生态系统服务价值评估中运用最为广泛.本研究借鉴Costanza等提供的生态系统服务价值的计算模式，公式为：

式中，ESV为区域生态系统服务价值；A_j为j类生态系统面积；E_ij为j类生态系统的i类生态系统功能基准单价.本文参考谢高地等给出的当量因子表，针对研究区的具体情况对单位面积每年农田自然粮食产量的经济价值作如下修改：以石羊河流域1986—2011年平均粮食产量3117.12 kg · hm^-2为该区基准单产，粮食价格按2011年甘肃省报价2.2元· kg^-1计算，运用间接价值评估方法，综合考虑干旱内陆地区生态系统服务的气体调节、气候管理、土壤保持等主要类型，得出每个年份各类用地数据的价值系数(表 1)，进行ESV估算.

表 1(Table 1)

表 1 石羊河流域地区单位面积生态系统服务价值系数 Table 1 Economy service value per unit area of Shiyang River Basin

表 1 石羊河流域地区单位面积生态系统服务价值系数 Table 1 Economy service value per unit area of Shiyang River Basin 用地类型 耕地 林地 草地 水域 居民地 未利用土地 生态系统 农田 森林 草地 水体 荒漠 价值系数/(元·hm-2·a-1) 1789.33 4603.29 2917.64 40258.55 — 385.44

目前，环境与经济的协调发展没有统一的标准，环境与经济的协调度是一个相对指标.我国学者王振波、苏飞和乔标等(王振波等，2011；苏飞和张平宇，2009；乔标和方创琳，2005)在构建环境与经济协调度时利用了生态系统服务价值与GDP比值.但从可持续发展的角度而言，小流域地区工农业生产与资源配置、农业生产收入更能体现经济发展状况，并且与生态系统服务价值关联度也最大.因此，在进一步分析生态环境与经济协调发展及其内涵的基础上，本文构建了经济环境协调度指数(EEH).EEH是指研究期内单位面积生态系统服务价值的变化率(ESVPR)与单位面积工业企业总产值(AGPIPR)变化率之比(张青峰等，2011).这种比值关系能更好地反映环境变化与经济发展过程中二者相互影响、相互制约或推动的程度.EEH相关公式如下：

式中：ESVp_x、ESVp_y分别为石羊河流域不同时段始、末年份生态系统服务价值(元 · hm^-2)；AGPIp_x、AGPIp_y分别为石羊河流域不同时段始、末年份的单位面积工农业总产值(10⁴元 · hm^-2)；x表示初始年份，y表示末期年份，其中工农业总产值和生态系统服务价值分别以1986年不变价和当年价格水平为替代基准.

公式(2)存在4种可能情况：①ESVPR>0且AGPIPR>0，则EEH>0，经济-生态环境系统处于协调状态，这说明环境与经济达到了可持续发展，并且正朝着良性方向发展.②ESVPR>0且AGPIPR<0，则EEH<0，生态经济系统处于非协调状态，某些区域由于人为干预使得生态环境不断好转，但这些区域经济发展缓慢，制约了生态环境自我修复，自我改善能力.③ESVPR<0且AGPIPR>0，则EEH<0，生态经济系统处于非协调状态；④ESVPR<0且AGPIPR<0，则EEH>0，这说明区域在研究期的初始阶段经济发展已经严重破坏了生态，区域为提高整个环境对社会经济的支撑能力，不得不进行生态保育，提高生态系统的服务功能，经济发展明显地受到生态环境的制约.情况①和④比值都大于0，因此需明确区分.根据本文数据，石羊河流域地区所有研究单元1986、2000和2011年工农业总产值均处于增长状态(AGPIPR>0)，因此②和④的情况不存在.

EEH的值可按以下标准判定：①EEH≥1表示该时段ESV的增长速度不低于AGPI增长，经济-生态环境系统处于协调状态.此状态表示研究区生态与经济之间是一种和谐、相互促进的自然状态，或者是自然生态环境恶劣，经济发展落后，但经过自然或人为修复，达到了协调的状态；②0≤EEH<1表示研究区ESV的增长速度稍高于经济增长，但经济增长可能正在承受越来越大的生态环境压力；EEH值越小表示环境经济协调水平越低；③-1≤EEH<0表示研究区ESV负增长，经济发展已经对生态环境产生负面影响，生态经济关系进入不协调状态，经济发展与生态环境保护产生冲突；④EEH<-1表示流域内生态系统服务价值降低明显，生态环境发生恶化，经济发展与生态保护和恢复产生冲突，经济与生态环境发展不协调.在参考相关文献(Wang et al., 2013；叶得明和杨婕妤，2013)的基础上，根据石羊河流域1986—2000、2000—2011和1986—2011年3个时段石羊河流域各研究单元EEH值演变特征，以0.2为EEH单位进行单元分类，各分类标准如表 2所示.

表 2(Table 2)

表 2 经济-生态环境协调度划分标准 Table 2 The judgment criterion of economic and eco-environmental coordination

表 2 经济-生态环境协调度划分标准 Table 2 The judgment criterion of economic and eco-environmental coordination 序号 划分类型 类型代码 值域范围 说明 1 关系恶化区 A EEH < -1 生态环境遭到破坏，已经对经济发展造成较大阻力 2 高度冲突区 B -1 ≤EEH<-0.8 生态环境遭到破坏，经济发展受到较大影响，二者严重不协调 3 较高冲突区 C -0.8≤ EEH<-0.6 生态环境破坏，经济发展缺乏动力，二者不协调 4 中度冲突区 D -0.6 ≤ EEH<-0.4 经济发展与生态环境保护不协调，生态退化，对经济增长有负面影响 5 较低冲突区 E -0.4 ≤ EEH < -0.2 经济发展与生态环境保护不协调，生态环境下降 6 低度冲突区 F -0.2 ≤EEH <0 生态环境有所下降，经济发展与生态环境保护不太协调 7 潜在危机区 G 0 ≤ EEH < 0.2 经济发展与生态环境处于危险状态，如果不重视生态环境治理，有可能对经济发展造成影响 8 低度协调区 H 0.2 ≤ EEH <0.4 经济增长与生态环境都在改善，但经济增长承受的生态环境压力较大 9 较低协调区 I 0.4 ≤ EEH < 0.6 经济增长与生态环境都在改善，经济发展与生态环境互相促进 10 中度协调区 J 0.6 ≤ EEH < 0.8 生态环境较好，经济发展较快，二者协调共进 11 较高协调区 K 0.8 ≤ EEH < 1 生态环境好，经济发展快，二者协调度较高 12 高度协调区 L 1 ≤ EEH < 1.2 经济与生态环境之间是一种和谐发展，相互促进的良好状态 13 低度协调区 M EEH≥1.2 生态环境良好，但经济发展落后，二者之间需要进一步协调发展，共同增长

利用ESV求算出来的结果，在ArcGIS10.0中统计不同年份生态系统服务价值变化，在按等距离百分位法自然分类(Natural Breaks(Jenks))分为10类，分别计算不同时期ESV在空间上的变化.结果表明，石羊河流域1986、2000、2011年ESV值分别为5.334×10⁵万元、4.975×10⁵万元和4.827×10⁵万元，25年间降低了50700万元，损失率约为9.51%，其中1986—2000年年均损失约0.48%，2000—2011年年均损失约0.27%.从ESV在不同时段的变化来看，从1986至2000年间下降较为明显，通过比较土地利用各类面积后发现，林地和草地分别从1986年的2953.14 km²、11713.13 km²下降到2000年的2673.03 km²和8283.59 km²，表明在此时段内对生态服务价值功能起核心作用的林地和草地大幅度减少，生态环境恶化，是ESV损失的主要原因.而到2000至2011年，由于受国家宏观政策(2000年起甘肃全省实施退耕还林工程)和各级政府对生态环境保护的重视，使得生态系统服务价值量减少幅度有所降低，整体生态环境状况有所改善，其中2000—2011年间只损失10000万元，而草地面积在此期间也增加至10713.19 km²，比2000净增2429.6 km².

从空间变化来看，1986—2000年下降的区域主要集中在金川区的双湾镇、武威凉州区的古城镇、武南镇、永昌县的水源镇和六坝镇等(图 1a)，降低的乡镇有38个，占全流域的32.47%；升高的区域主要集中在肃南的东滩、民勤的重兴和天祝县的祁连、旦马等地，总共为79个，占全流域乡镇共个数的67.53%.2000—2011年降低的区域主要在民勤的花儿滩、北部公用地，古浪的裴家营、新堡等地，降低的乡镇数为60个；升高的区域主要集中在天祝的毛藏、哈溪和肃南的铧尖、泱翔和东滩等地，总数为57个(图 1b).自1986年以来，民勤下游的荒漠、公用地及肃南的东滩等地成为ESV下降明显的区域，而天祝大部分地区、永昌焦家庄和金川区的宁远堡则上升明显(图 1c).

图 1(Fig. 1)

图 1 石羊河流域ESV空间演变(1986—2011年) Fig. 1 Spatial changes of ESV in Shiyang River Basin from 1986 to 2011

1986年以来研究区各乡镇经济较快发展.1986年石羊河流域单位面积工农业总产值为2.28万元· km^-2，到2000年单位面积工农业总产值增至35.65万元· km^-2，2011年达到74.63万元· km^-2.2000年相比1986年增长15.6倍，而2000年到2011年AGPI增长209.34%.通过分析发现，石羊河流域1994年以来AGPI增长十分明显，这与各级政府响应中央号召，积极发展生产力，在发展生产的同时，将生态保护与治理放在重要位置，使经济发展与生态环境改善同步进行.

图 2(Fig. 2)

图 2 石羊河流域AGPI空间演变(1986—2011年) Fig. 2 Spatial changes of AGPI in Shiyang River Basin from 1986 to 2011

依据1986年不变价对研究单位面积AGPI进行计算，并将不同时期AGPI值做差值处理，并按Natural Breaks(Jenks)方法将石羊河流域AGPI分为10类，可以发现，1986—2000年，AGPI增长的区域主要在民勤的东湖镇、金川区的双湾和宁远堡以及凉州区的南营和谢河等地(图 2a)，而且从1986年到2000年的14年间，AGPI年均增长量在98%以上，说明在此时期内经济发展水平较为平稳且快速.2000—2011年间，AGPI增长的区域主要在民勤县的双茨科、古浪县的十八里堡和黄羊川以及凉州区的清水等地(图 2b)，11年间年均增长17.45%.1986—2011年25年间经济总量增长32倍，增长的区域主要集中在民勤县和金川区大部分地区，以及天祝南部和古浪东部地区(图 2c).从图中可以看出，石羊河流域AGPI增长有从上游转移至下游的趋势，北部增长率明显高于南部，尤其从2000年开始国家实施退耕还林、水源涵养、经济结构调整等政策以来，处于绿洲和绿洲-荒漠过渡区的各乡镇经济水平有了明显增长.

将1986—2000、2000—2011和1986—2011年ESV变化与单位面积AGPI变化制作曲线图，并分别统计不同状态下的乡镇数目(表 3)，以研究在不同时期内各乡镇AGPI与ESV的一致性，根据图 3可知，石羊河流域在1986—2000年间，各乡镇AGPI和ESV值差距较大，上下浮动频率高，但二者均值趋势线发展变化差异较小，图 3a曲线图表现为波动大、一致性不高，说明1986—2000年AGPI与ESV分布地域差异大，二者整体协调性差.并经过统计发现该时期共有33个乡镇处于冲突区内，而且有84个处于潜在危机区(G)，处于冲突区乡镇数占总数的28.21%；图 3b中只有少数几个AGPI和ESV值发生较大变化，但整体差异不明显，与图 3a相比，均值趋势线发展变化差异不大，二者协调度也较图 3b高.说明2000—2011年间各乡镇经济发展、生态恢复改善的区域差异有所缩小，但在2000—2011年，有4个乡镇冲突状态变为恶化和高度冲突，而且F类数目从1986—2000的29个增加为2000—2011时期的41个，同时有19个乡镇由冲突状态变为协调状态(HIJKLM)，这种情况说明石羊河流域经济-生态环境协调度在整体好转的同时，处于冲突与协调的极值数目增加，这种两级分化现象应引起足够重视.

图 3(Fig. 3)

图 3 石羊河流域AGPI和ESV变化趋势 Fig. 3 The change trends between AGPI and ESV in Shiyang River Basin from 1986 to 2011

表 3(Table 3)

表 3 不同时段石羊河流域EEH转换类别及乡镇数目 Table 3 EEH classification and quantity in Shiyang River Basin(1986—2000，2000—2011 and 1986—2011)

表 3 不同时段石羊河流域EEH转换类别及乡镇数目 Table 3 EEH classification and quantity in Shiyang River Basin(1986—2000，2000—2011 and 1986—2011) 状态类型 冲突状态 协调状态 合计 A B C D E F G H I J K L M 1986—2000乡镇数 0 0 1 2 1 29 84 0 0 0 0 0 0 117 2000—2011乡镇数 3 1 1 8 9 41 35 9 2 2 0 2 4 117 1986—2011乡镇数 0 0 3 7 22 40 24 9 6 2 1 2 1 117

为进一步研究各乡镇AGPI和ESV同时发展的过程中其协调度的空间变化，根据表 2的划分标准将不同时期的EEH绘制成图，从图 4a可知，从1986—2000年，石羊河流域经济发展与生态环境协调度很低，90%以上的乡镇经济-生态环境协调度处于冲突区和潜在危机区内，主要原因是在此期间生态环境保持原始状态和自然发展阶段，生态环境呈自然恶化状态，ESV变化率很高，而经济发展水平虽然变化率较高，但总体变化量不高，经济水平与生态系统服务价值差距明显.在2000—2011年间，从恶化区、冲突区和协调区空间分布上都有明显变化，在祁连山北侧，包括肃南县东部和天祝县北部(图 4b)，由于近年来干旱少雨加剧、草场病虫害严重、过渡放牧等问题导致经济发展与生态环境之间的协调度一直在下降.除金川区、凉州区腹地和民勤、古浪部分乡镇处于协调区外，绝大部分状态处于低冲突区和低协调区之间.相比1986—2000年，处于潜在危机区的乡镇为数目减少，而处于协调区的乡镇增加了19个，说明经济发展与生态环境的协调度整体上处于改善状态.从图 4c可知，从1986年以来，在民勤县北部大部分地区、凉州区部分乡镇EEH处于较高冲突区，而金川区、永昌县部分乡镇EEH处于较高或高度协调区，而54.7%的乡镇EEH处于低度冲突区和潜在危机区，17.1%的乡镇EEH处于协调区，表明石羊河流域区域经济-生态环境协调度有一定程度的改善，但处于潜在危机区的乡镇较多，需加强管理和防范.

图 4(Fig. 4)

图 4 石羊河流域EEH空间演变(1986—2011年) Fig. 4 Spatial changes of EEH in Shiyang River Basin from 1986 to 2011

通过分析石羊河流域生态系统服务功能空间分布和经济发展空间特征后发现，流域在2000年以前石羊河大部分地区生态经济发展较为协调，尤其在流域上游祁连山地生态服务价值最大，这些地区由于集中了较多的少数民族(肃南裕固族自治县和天祝藏族自治县)，经济发展较缓慢，因此在发展本地区经济的同时保持了生态环境的原始状态，这些地区基本处于潜在危机区或冲突区；在2000年以后，随着西部大开发战略实施，国家加大对西部贫困地区和生态脆弱地区的投入，地方政府也把经济发展作为首要考量指标，上中下游地区经济发展速度明显加快，但从生态服务功能角度来看，上游地区属大陆性高原气候，河流广布、水资源丰富、森林密布，该地区近几年推进了石羊河流域源头治理，森林覆盖率达到38.26%，植树造林成效显著.石羊河流域下游地区主要在民勤县境内，周边的沙漠及境内四周的低山丘陵广布.该地区降水量少、蒸发量大、气候干燥、耕地少、生产力低、沙漠化严重、绿洲面积少、生态系统活力低等因素，使得下游其成为石羊河流域的生态脆弱区，生态服务功能价值也较少.由于前些年盲目追求经济利益，对环境造成的破坏程度大，加之这些地区生态环境整体处于恶化阶段，因此石羊河流域下游造成经济发展与生态环境协调度处于冲突区和关系恶化区.因此，上游地区的肃南、天祝和古浪县需要在注重农业经济发展多元化，扩大设施农业或节水高效农业规模的同时，继续保持对生态保护关键因子如水源涵养林和高寒草场的保护，使得经济发展与生态环境进一步协调发展.下游地区民勤县、金川区、永昌县和凉州区北部地区要特别注意生态恢复治理，加大治沙造林和植被资源管护力度，着力加强石羊河流域生态屏障区建设，不断恢复植被资源，扩大森林覆盖率，与此同时，注重绿色GDP发展，大力提高经济与生态协调度.

1)1986年以来石羊河流域生态系统服务功能价值呈小幅下降趋势，1986—2000年年均损失0.48%，2000—2011年年均损失0.27%.且上游祁连山地生态服务价值较大，中游平原生态服务价值次之，下游平原及沙漠区生态价值较小.

2)1986年以来石羊河流域各乡镇经济发展较快，尤其是AGPI从1994以后增长十分明显.特别是从2000年开始国家实施退耕还林、水源涵养、经济结构调整等政策以来，处于绿洲和绿洲-荒漠过渡区的各乡镇经济水平有了明显增长.

3)石羊河流域经济与生态环境协调度在1986—2000年期间保持了原始和自然发展状态，经济发展与生态环境协调度较差.2000—2011年期间二者协调度有所改善，但经济-生态环境协调度在整体好转的同时，部分处于冲突区与协调区的乡镇数目也较多，说明石羊河流域经济与生态环境关系正处于矛盾多发且此消彼长的不稳定阶段.

目前生态系统服务价值估算还存在着许多不完善之处，如比较注重静态价值的计算对生态服务功能的相对变化特征和趋势关注较少，导致价值评估在较大程度上失去了应用和参考价值，需要进一步改进；本文针对空间和时间因素基于生态系统服务功能和经济发展协调度做了探讨，但由于生态环境经济协调发展问题的综合性与复杂性，本文提出的相关概念、研究方法和等级划分等方面仍有待研究.另外，如何将其他因素与这两个因素整合来全面评估经济发展与生态环境的协调关系，还需要进一步深入研究.