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2024 , Vol. 44 >Issue 1: 32 - 44

DOI: https://doi.org/10.15957/j.cnki.jjdl.2024.01.004

区域经济与理论方法

能源富集区社会—生态系统韧性演化与机理——以榆林市为例

  • 宋永永 , 1 ,
  • 庞先峰 2 ,
  • 唐宇 1 ,
  • 马蓓蓓 , 1, ※ ,
  • 马艳艳 1 ,
  • 薛东前 1
展开
  • 1.陕西师范大学 地理科学与旅游学院，中国陕西 西安 710119
  • 2.重庆市地理信息和遥感应用中心，中国 重庆 401120
※马蓓蓓（1983—），女，博士，教授，博士生导师，研究方向为城市与区域发展。E-mail：

宋永永（1990—），男，博士后，副教授，硕士生导师，研究方向为城市与区域发展、社会—生态系统韧性评估与治理。E-mail：

收稿日期: 2023-04-04

  修回日期: 2023-06-07

  网络出版日期: 2024-06-03

基金资助

国家自然科学基金青年项目(42001251)

中国博士后科学基金面上项目(2021M692003)

中央高校基本科研业务费项目(GK202201008)

收起

Evolution and Mechanism of Socio-ecological system Resilience in Energy-rich Areas：A Case Study of Yulin City

  • SONG Yongyong , 1 ,
  • PANG Xianfeng 2 ,
  • TANG Yu 1 ,
  • MA Beibei , 1, ※ ,
  • MA Yanyan 1 ,
  • XUE Dongqian 1
Expand
  • 1. School of Geography and Tourism，Shaanxi Normal University，Xi'an 710119，Shaanxi，China
  • 2. Chongqing Geomatics and Remote Sensing Center，Chongqing 401120，China

Received date: 2023-04-04

  Revised date: 2023-06-07

  Online published: 2024-06-03

Fold

摘要

文章在构建能源富集区社会—生态系统韧性研究理论框架基础上，以陕北能源富集区榆林市为例，采用集对分析、相关分析等方法，从生态、经济和社会3个子系统和脆弱性与应对能力2个方面入手，评估1998—2020年区域社会—生态系统韧性，揭示其韧性演化规律与机理。结果表明：①1998—2020年榆林市社会—生态系统脆弱性指数由0.427波动上升至0.494，应对能力指数由0.248上升至0.798，韧性指数由0.326上升至0.664，区域社会—生态系统韧性是脆弱性与应对能力相互作用的结果。②社会生活子系统脆弱性对总系统脆弱性的作用呈现上升趋势，各子系统应对能力对总系统应对能力的贡献均呈上升趋势。总应对能力对系统韧性起决定性作用，其中经济生产子系统和社会生活子系统应对能力的影响突出。③各影响因子对榆林市社会—生态系统韧性演化的作用性质、速率和规律存在显著差异，呈现近线性、非线性2种影响方式和近线性递增或递减、U型或倒U型递增或递减6种曲线类型。④在自然生态约束、社会经济转型驱动和能源市场变革等内外部因素作用下，区域社会—生态系统呈现由农牧型向能源型进而迈向绿色型的转型发展态势。

关键词： 社会—生态系统; 韧性; 绿色转型; 自然生态系统; 经济生产系统; 社会生活系统; 能源富集区

本文引用格式

宋永永 , 庞先峰 , 唐宇 , 马蓓蓓 , 马艳艳 , 薛东前 . 能源富集区社会—生态系统韧性演化与机理——以榆林市为例[J]. 经济地理, 2024 , 44(1) : 32 -44 . DOI: 10.15957/j.cnki.jjdl.2024.01.004

Abstract

Based on the construction of a theoretical framework of the socio-ecological system resilience in energy-rich areas,this paper takes Yulin City,an energy-rich area in northern Shaanxi,as the research area,and uses the methods of the set pair analysis and the correlation analysis to measure the regional socio-ecological system resilience from two levels of vulnerability and response capacity and three subsystems of ecology,economy and society in 1998-2020,it reveals the evolution law and impact mechanism of regional socio-ecological system resilience. The results show that: 1) From 1998 to 2020,the vulnerability index of the socio-ecological system in Yulin City fluctuated from 0.427 to 0.494,the response capacity index increased from 0.248 to 0.798,and the resilience index increased from 0.326 to 0.664. The regional socio-ecological system resilience is the result of the interaction between vulnerability and response capacity. 2) The contribution of social life subsystem vulnerability to the overall system vulnerability is on the rise,and the contribution of each subsystem's response capacity to the overall system's response capacity is on the rise. Total response capacity plays a decisive role in socio-ecological system resilience,with the impact of economic production and social life subsystem's response capacity being prominent. 3) There are significant differences in the nature,rate,and law of the impact of various impact factors on the evolution of the socio-ecological system resilience in Yulin City,presenting two types of impact: near linear and nonlinear,and six types of curve: near linear increasing or decreasing,U-shaped or inverted U-shaped increasing or decreasing. 4) Under the coupling effect of multiple internal and external factors such as natural ecological constraints,socio-ecological transformation drive,and energy market reform,Yulin's socio-ecological system presents a transformation and development trend from agricultural and pastoral type to energy type,and then to green type.

Key words： socio-ecological system; resilience; green transformation; natural ecosystem; economic production system; social life system; energy-rich areas

区域社会—生态系统是人类活动与地理环境交互作用形成的复杂人地耦合系统，揭示其韧性演化规律与机理是理解地球表层系统变化和应对外部冲击的科学基础，也是面向“未来地球（Future Earth）”计划与联合国2030可持续发展目标的前沿领域[1-2]。近年来，全球环境变化给区域社会—生态系统带来了前所未有的挑战，加剧了系统要素、结构和功能的不稳定性，导致均衡的区域社会—生态系统向失稳状态转化，严重威胁到区域可持续发展[3-4]。在全球气候变化、能源开发、碳减排等多重要素的交互影响下，能源富集区普遍由相对封闭的低发展水平农业社会—生态系统转变为远离平衡态的开放复杂的能源社会—生态系统，脆弱性逐渐凸显，严重制约了能源富集区经济社会可持续转型与高质量发展[5]。因此，研究能源富集区社会—生态系统韧性演化规律，明晰区域社会—生态系统多要素相互作用过程及机理，是提升能源富集区社会—生态系统韧性，保障国家能源安全，推动区域形成人与自然和谐共生的现代化格局的迫切需要。
目前，区域社会—生态系统韧性研究主要集中在理论探讨和实证研究2个方面，涉及概念界定、分析框架构建、韧性测度、影响机制分析和适应性治理等内容[6]。其中，在理论探讨方面，学术界对韧性概念的理解经历了工程韧性、生态韧性、演化韧性的演变过程，韧性研究也从关注基于均衡论的工程韧性和生态韧性向理解系统的适应、转换和学习过程的演化韧性转变，并进入到社会—生态系统韧性研究阶段，强调持续不断的主动适应和调整，进而实现系统在多尺度上的可持续发展[7-8]。为此，学术界在综合考虑社会—生态系统构成基础上，构建了区域社会—生态系统韧性理论分析框架，如4R-TOSE框架[9]以及耦合多层级、多维度及网络分析法的韧性分析框架[10]。此外，部分学者从政策、制度、治理体系等方面提出了社会—生态系统韧性的提升策略，为应对社会—生态系统演化的复杂性与不确定性提供了科学依据[11-12]。在实证研究方面，学术界基于人地系统互馈理论，选择乡村[13]、城市[14]、旅游地[15]、生态脆弱区[16]等特殊地域，构建了具有区域特色的社会—生态系统韧性评估框架，并通过阈值[7]、综合指数[17]、场景分析[18]和集对分析[19]等方法，测度区域社会—生态系统韧性，揭示社会—生态系统韧性演化规律及影响机制，研究表明不同地域类型中影响社会—生态系统韧性演化的主导因素存在显著差异。其中，社会经济要素对千岛湖旅游区社会—生态系统韧性影响突出[19]；生态因素限制是黄土高原社会—生态系统韧性提升的主要障碍[20]；农户和政府需求变化是驱动三峡库区社会—生态系统韧性演化的根本因素[21]。总体来看，社会—生态韧性研究仍处于探索阶段，在理论框架、指标体系、测算方法等方面都尚未形成共识，能源富集区等典型区域社会—生态系统韧性演化过程与机理研究依然薄弱。
能源富集区作为一种特殊的社会—生态系统地域类型，肩负着保障国家能源资源安全、区域经济发展和生态环境保护等多重功能。能源开发带来了经济增长、社会就业与资源转化等多维综合效益；同时，掠夺性开发导致人口、资源、环境、发展之间的矛盾不断加剧，对区域社会—生态系统可持续性构成严重威胁[22]。能源富集区社会—生态系统韧性提升与可持续转型对中国式现代化建设具有不可替代的战略支撑作用。在建设“人与自然和谐共生”的中国式现代化进程中，如何协调能源富集区人口、资源、环境与发展之间的关系，推动形成区域社会—生态系统协调发展新格局，是亟需解决的科学命题[23]。因此，本文选择陕北能源富集区榆林市为研究区，综合评估1998—2020年榆林市社会—生态系统韧性，甄别影响系统韧性演化的关键因子，揭示区域社会—生态系统韧性演化过程与机理。研究成果可以为深入理解能源富集区社会—生态系统韧性演化规律，推动能源富集区乃至黄河流域生态保护与高质量发展提供理论支撑和决策参考。

1 理论框架

社会—生态系统是人与自然互馈的复杂适应性系统，涉及自然、经济、社会等多个维度，具有不可预期性、非线性、阈值效应等特征[24]。韧性也称为恢复力或弹性，通常用于衡量系统面临不确定性冲击时适应、转型和学习的能力[25]，是对系统应对风险的抵抗和恢复能力的综合表达。区域社会—生态系统韧性是系统脆弱性和应对能力相互作用的结果，系统应对和处理风险的能力是其是否富有韧性的关键[19]。若系统韧性较强，所受外部冲击未超过其承受阈值，系统将维持原有状态或不断向有序状态演化；若系统韧性较弱，所受外部冲击超过其承受阈值，系统将停滞、崩溃或失稳，滑向另一状态。
能源富集区社会—生态系统是以能源开发活动为主要扰动因子的人地关系地域系统，是人与自然紧密联系、相互作用的复杂巨系统[26]，由自然生态、经济生产和社会生活3个子系统耦合而成（图1）。与其他系统相比，能源开发作为连接区域社会—生态系统的桥梁，是能源富集区社会—生态系统韧性演化的核心驱动因子。一方面，能源开发带来了经济发展、就业增加和民生改善等社会经济效应，增强了社会—生态系统的应对和适应能力[27-28]；另一方面，长期“依能依重”的经济发展模式势必导致产业结构刚性、环境污染、生态破坏等问题，加剧社会—生态系统脆弱性[22]。此外，能源经济系统本身就具有脆弱性和非稳定性，特别是在能源（煤炭等）市场波动、产业结构转型和环境保护政策发生转变背景下，能源经济系统的稳态转化必然引起社会生活和自然生态系统的失稳[29]，进而导致能源富集区社会—生态系统韧性变化。因此，系统脆弱性主要来自能源开发、产业转型、气候变化等带来的干扰和影响，区域发展模式、人类活动强度、气候环境等不同，系统脆弱性因子和脆弱程度不同[5,29]；系统应对能力主要通过生态环境状态、经济社会发展水平和政府政策制度等因子来衡量，能源富集区生态环境质量、综合发展水平、政府政策等的变动，会引起区域社会—生态系统应对能力呈现出巨大差异[28,30]。这些因子相互影响相互作用，通过正向或负向、线性或非线性等方式，影响着能源富集区社会—生态系统韧水平及其类型演化。
图1 能源富集区社会—生态系统韧性研究理论框架

Fig.1 Theoretical framework for studying the resilience of socio-ecological system in energy-rich areas

鉴于此，本文在构建能源富集区社会—生态系统韧性研究理论框架基础上，从社会、经济、生态3个子系统和脆弱性与应对能力2个方面入手，建立能源富集区社会—生态系统韧性测度指标体系，研究典型能源富集区榆林市社会—生态系统韧性演化规律与机理，既可为新时代能源富集区社会—生态系统优化与高质量发展提供理论支撑和实践指导，也是面向“人与自然和谐共生”的中国式现代化建设重大需求，彰显和提升人文与经济地理学科价值的重要前沿领域。

2 研究区概况

陕北能源富集区榆林市地处中国“能源金三角”的核心区和农牧交错过渡地带，是黄河流域重要的能源矿产资源富集区，全区总面积43578 km2。该区域地处温带干旱半干旱大陆性季风气候区，年均气温10℃，年均降水量约400 mm，海拔为560~1911 m，区域内风沙草滩区、黄土丘陵沟壑区和梁状低山丘陵区三大地貌分别占区域总面积的36.7%、51.75%、11.55%。2020年全市常住人口362.48万人，GDP总量为4089.66亿元，人均可支配收入为25759元，三次产业结构比为6.7∶62.5∶30.8。榆林市作为陕北能源富集区的核心区，能源矿产资源富集，能源化工产业密集，是我国重要的能源资源保障基地，也是陕西经济发展的重要战略支点，在落实资源型地区高质量发展战略中占有重要地位[30]。该区域是全球气候变化敏感区、社会经济转型困难区、生态环境脆弱区、国家能源安全战略保障区，以及黄河流域重要的产水区和泥沙来源区，自然灾害频发，人口、资源、环境与发展矛盾集中，社会经济转型和生态环境保护面临严峻挑战，是研究区域社会—生态系统韧性的理想案例地。

3 研究方法与数据来源

3.1 评价指标体系构建

目前，社会—生态系统韧性研究尚未形成公认的评价指标体系，学术界综合考虑社会、经济、生态和治理或调控等因素，针对不同类型的社会—生态系统，设计了差异化的韧性评价指标[31]。Maria Berrouet将社会—生态系统分为社会系统、生态系统和综合社会—生态系统，并从脆弱性角度重点关注了生态系统服务对社会—生态系统韧性的影响[32]；Liang等基于适应性循环理论，构建了由预防、缓冲、恢复和适应4个阶段，社会经济、自然资源和生态环境3个模块构成的海岸带城市社会—生态系统韧性评价指标体系，突出了岸线资源与近岸海域环境保护指标[33]；朱晏君等围绕欠发达地区乡村社会—生态系统不稳定性问题，从驱动力、压力、状态、影响和响应5个维度构建指标体系，强调了生态资源压力和农业转型指标对系统韧性的影响[34]。能源富集区社会—生态系统是一个由自然、经济、社会子系统构成的复杂开放的巨系统，系统韧性受到脆弱性和应对能力的综合影响[35]。本文基于能源富集区社会—生态系统结构特征和韧性内涵，以自然生态、经济生产和社会生活为基本分析维度，从脆弱性和应对能力2个方面，选取38项评价指标，构建能源富集区社会—生态系统韧性评价指标体系（表1）。
表1 能源富集区社会—生态系统韧性评价指标体系

Tab.1 Evaluation index system of socio-ecological system resilience in energy-rich areas

目标层 准则层 次准则层 指标层 指标含义及性质 权重
能源富
集区社
会—生
态系统
韧性		 自然
生态
系统		 脆弱性 年平均气温（°C） 衡量系统气温自然条件（-） 0.0553
年降水量（mm） 衡量系统降水自然条件（+） 0.0704
化肥施用强度（kg/hm2） 衡量土地可持续利用状况（-） 0.0708
农药施用强度（kg/hm2） 衡量土地污染状况（-） 0.0527
污染物排放强度（亿m3） 衡量空气污染变化（-） 0.0536
应对
能力		 城市建成区绿化覆盖率（%） 衡量城市绿化状况（+） 0.0370
生态用地面积占比（%） 衡量城市生态建设状况（+） 0.3070
耕地面积占比（%） 衡量粮食安全状况（+） 0.1403
植被覆盖度（NDVI）（%） 衡量生态环境状况（+） 0.0454
工业固体废物综合利用量（万t） 衡量生态环保可持续性（+） 0.1675
经济
生产
系统		 脆弱性 人均GDP（万元/人） 衡量经济发展水平（+） 0.1208
产业结构多样化指数（%） 衡量产业结构多样化（+） 0.0421
农业劳动力数量（人） 衡量农业发展状况（-） 0.0675
第二产业从业人员占比（%） 衡量工业发展状况（-） 0.1141
规模以上工业企业数（个） 衡量工业企业发展状况（-） 0.0527
能源生产总量（万t） 衡量能源开采规模（-） 0.0484
综合能源消费量（t标准煤） 衡量能源消耗规模（-） 0.0404
第二产业产值占GDP比重（%） 衡量第二产业发展状况（-） 0.0441
应对
能力		 地方财政收入（亿元） 衡量财政收入状况（+） 0.1381
地均粮食产量（kg/hm2） 衡量粮食产出水平（+） 0.0287
大牲畜出栏数（头） 衡量畜牧业发展状况（+） 0.0472
社会消费品零售总额（亿元） 衡量市场消费活力（+） 0.1376
社会固定资产投资总额（亿元） 衡量市场投资吸引力（+） 0.1182
社会
生活
系统		 脆弱性 人口自然增长率（%） 衡量人口增长特征（-） 0.0332
人口密度（人/km2） 衡量土地承载力（-） 0.0709
失业率（%） 衡量社会稳定状况（-） 0.0236
城乡差距指数 衡量城乡收入差距（-） 0.0442
等级公路里程（km） 衡量交通便捷程度（+） 0.1089
普通中学在校学生数（万人） 衡量系统学习能力（+） 0.0898
每千人卫生机构床位数（个/千人） 衡量医疗水平（+） 0.0992
城市人均日生活用水量（m3/人） 衡量居民生活状况（+） 0.0205
受灾人口（万人） 衡量受灾状况（-） 0.0369
应对
能力		 政府财政自给率（%） 衡量政府财政健康情况（+） 0.0524
教育支出（万元） 衡量教育发展情况（+） 0.1565
生活污水集中处理率（%） 衡量污水处理情况（+） 0.0797
生活垃圾无害化处理率（%） 衡量垃圾处理情况（+） 0.0706
供水普及率（%） 衡量生活用水普及情况（+） 0.0433
燃气普及率（%） 衡量生活燃气普及情况（+） 0.0700

注：“+”表示该指标对系统起正向作用；“-”表示该指标对系统起负向作用。

3.2 研究方法

①集对分析法。集对分析（Set Pair Analysis，SPA）是处理不确定性问题的系统理论方法，对解决多目标决策、多属性评价和非线性影响问题具有显著优势[19,36]。基于集对分析的社会—生态系统韧性测度实际是将系统韧性与既定的韧性测度标准构成一个集对，通过两者间的比照分析及正负向影响，获得韧性测度的量化指标[36]。本文采用集对分析法分别测算能源富集区社会—生态系统韧性、脆弱性和应对能力。
集对分析结果是由评价方案、评价指标、评价对象和评价指标权重构成的集合，记为M={Q，T，E，W}。其中，评价方案集Q={q1，q2，…，qm}，评价指标集T={t1，t2，…，tn}，评价对象集E={e1，e2，…，ek}，评价指标权重集W={w1，w2，…，wn}。将各评价方案中的指标进行同维度对比，得到最优指标构成的最优评价集U={μ1，μ1，…，μn}和最劣指标构成的最劣评价集V={v1，v2，…，vn}，其中，un、vn分别为某指标的最优值和最劣值。因此，集对{Qm，U}在集合[U，V]的联系度为：
μ ( q m , U ) = a m + b m i + c m j a m = ∑ w q a p k , p = 1,2 , ⋯ n c m = ∑ w q c p k                                                        
式中：apk和cpk分别为评价指标tpk与集合{vp，μn}的同一度与对立度；wp为第p项指标的权重；am值和cm值越大，其同一度和对立度越大。
当tpk对评价结果起正向作用时，
a p k = t p k u p + ν p                 c p k = u p ν p t p k u p + ν p
当tpk对评价结果起负向作用时，
a p k = u p ν p t p k u p + ν p c p k = t p k u p + ν p                
方案qm与最优方案集U的相对贴近度rm为：
r m = a m a m + c m
式中：rm为被评价方案qm与最优方案集U的联系度，rm值越大则被评价对象越接近最优方案。
能源富集区社会—生态系统深受能源资源、生态环境、社会经济、政策制度以及能源市场变动等多重因素的影响，本研究选定的多数指标尚未有明确的参考标准值，仅存在优劣之别和正负向作用。为此，本研究为避免不同指标间因量纲差异带来的不确定性问题，首先采用极差标准化方法对各指标原始数据进行标准化处理，然后采用熵权法确定集对分析中的各指标因子的权重[37]。
②韧性类型划分。根据能源富集区社会—生态系统脆弱性、应对能力和韧性特征值计算结果，借鉴相关研究成果[19,38]，结合榆林市自然生态与能源经济发展实际将区域社会—生态系统脆弱性、应对能力及韧性在[0,1]范围内按等级法划分为低级（0 ≤rm ≤0.33）、中级（0.33<rm<0.67）、高级（0.67 ≤rm ≤1.00），进而探究榆林市社会—生态系统韧性演化规律。

3.3 数据来源

本文的社会经济数据主要来源于1998—2021年《中国区域统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》《陕西统计年鉴》《榆林统计年鉴》、榆林市国民经济和社会发展统计公报以及榆林市政府工作报告；研究区NDVI数据和土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（https://www.resdc.cn/），均为30 m×30 m分辨率的栅格数据；行政区划数据来源于国家基础地理信息数据中心（http://www.ngcc.cn/ngcc/）。

4 能源富集区社会—生态系统韧性演化特征

根据公式（1）~（4），分别计算1998—2020年能源富集区榆林市自然生态、经济生产和社会生活子系统及复杂社会—生态系统脆弱性指数、应对能力指数和韧性指数（图2），分析榆林市社会—生态系统韧性演化过程与规律。
图2 1998—2020年榆林市社会—生态系统脆弱性、应对能力和韧性指数变化态势

Fig.2 Changes in the vulnerability，response capacity and resilience index of socio-ecological system in Yulin City from 1998 to 2020

4.1 脆弱性呈波动演进趋势

1998—2020年，榆林市社会—生态系统脆弱性指数由0.427波动上升至0.494，整体处于中等脆弱水平，并呈现明显的波动演进态势（图2a）。大致可划分为冲高回落期、稳步上升期、波动上升期3个阶段。①1998—2006年为冲高回落期，社会—生态系统脆弱性变化较为剧烈，呈现快速上升、迅速下滑的演化趋势。该时期榆林市自然灾害频发、农业生产减产、产业结构转型等扰动因素，加剧了自然生态、经济生产和社会生活子系统的风险，导致区域社会—生态系统脆弱性显著增加，随后，榆林市社会—生态系统迅速恢复稳定，系统脆弱性快速下降。②2007—2012年为稳步上升期，受能源开发、市场波动和政策调控等因素的交互影响，尤其是能源矿产资源的大规模开发，诱发了生态破坏、环境污染、城乡分割等系列问题，导致社会生活子系统脆弱性明显上升，促使区域社会—生态系统脆弱性上升。③2013—2020年为波动上升期，其中，2013—2014年受煤炭市场波动、生态建设与环境保护政策等因素的影响，榆林市社会—生态系统逐渐恢复，系统脆弱性降低；2015—2018年区域社会—生态系统脆弱性呈平稳上升态势，这可能与产业结构刚性、经济结构调整、社会投资放缓等因素紧密相关；2018年以来，随着产业结构转型和生态保护与修复的持续推进，经济生产子系统和自然生态子系统脆弱性明显下降，引起社会—生态系统脆弱性出现下降趋势。

4.2 应对能力呈上升趋势

1998—2020年，榆林市社会—生态系统应对能力持续增长，应对能力指数由1998年的0.248增长到2020年的0.798，经历了初期低阶平稳、中期快速发展和后期高阶上升的阶段性演化趋势（图2b）。①1998—2002年为初期低阶平稳期，区域产业结构、经济基础、基础设施及政策制度等尚不健全，社会—生态系统应对能力处于低水平阶段。②2003—2013年为中期快速发展期，社会—生态系统应对能力迅速增强，分别于2003和2011年突破中低级临界值（0.33）和中高级临界值（0.67），主要原因在于该时期榆林市积极推动工业化发展、自然生态保育和民生建设，促使区域各子系统应对能力明显增强。③2014—2020年为后期高阶上升期，各项应对措施不断完善，区域应对能力总体平稳增长，长期维持在高水平状态，其中，2014—2015年系统应对能力出现回落现象，这可能是由于煤炭价格下滑、投资增长放缓和民间借贷危机等系列问题所致。2015年以来，区域社会—生态系统应对能力再次提升，这主要得益于区域民生改善、经济转型和生态修复等工程的持续实施，有效增强了各子系统的应对能力。

4.3 韧性呈波动上升趋势

1998—2020年，虽然榆林市社会—生态系统脆弱性有所增强，但伴随着社会—生态系统应对能力的快速增长，区域社会—生态系统韧性呈波动上升趋势，由1998年的0.326增长至2020年的0.664，并呈现明显的阶段变化特征（图2c）。①1998—2002年系统韧性呈缓慢增长趋势，该时期榆林市自然灾害频发且处于由传统农牧型社会—生态系统向能源开发主导型社会—生态系统转型期，系统面临的内外部扰动冲击多，韧性增长缓慢。②2003—2015年系统韧性呈先快速增强后平稳下滑的演化趋势，其中，2003—2012年系统韧性快速增长，达到了0.622，主要原因可能是能源重化工业快速发展推动了区域社会经济的持续增长，为社会—生态系统韧性增强奠定了经济基础；2013—2015年系统韧性出现下降趋势，主要原因可能是煤炭市场波动等导致资源型城市经济失稳，一定程度上阻碍了区域社会事业发展和民生改善。③2016—2020年系统韧性呈现加速增长趋势，韧性指数由0.619增长至0.664，主要原因在于榆林市经历了能源价格下降等扰动后，开始系统推进稳增长、调结构、促改革、惠民生、防风险等各项工作，推动区域社会—生态系统迈向绿色低碳高质量发展的新阶段。总系统韧性的演化是3个子系统耦合作用的结果，其中经济生产和社会生活子系统对总系统韧性的影响较为显著，其指数曲线阶段划分与总系统韧性指数总体相似，表明经济发展是社会生活进步的支撑，二者具有明显的协同关系。
总体上看，区域社会—生态系统韧性是系统脆弱性和应对能力的函数，具有较强的调整与适应能力。研究期内，榆林市社会—生态系统呈现脆弱性波动上升、应对能力显著增强和韧性稳步提升的演化趋势（图2d）。其中，1998—2002年为缓慢增长期，区域社会—生态系统韧性、脆弱性和应对能力均有所增强，系统应对能力增强是其韧性提升的主要驱动因素；2003—2012年为快速变化期，在区域社会—生态系统脆弱性明显下降和应对能力显著提升的交互影响下，系统韧性快速提升；2013—2020年为平稳波动期，区域社会—生态系统韧性、脆弱性和应对能力均较为稳定，系统韧性和应对能力皆接近高级阶段，因而在波动中保持平稳发展态势，系统韧性也呈逐渐增强趋势。

5 能源富集区社会—生态系统韧性演化机理

通过前文分析可知，能源富集区榆林市社会—生态系统表现出较强的发展韧性，但应当高度重视系统脆弱性的波动上升趋势，系统内任何要素的变化都将可能产生连锁反应，进而影响到系统的总体韧性及其演化方向。因此，本文在对各项指标数据进行标准处理的基础上，借助SPSS软件对榆林市社会—生态系统各子系统的脆弱性因子和应对能力因子作相关性分析，进而揭示区域社会—生态系统韧性各影响因子作用的内在机理和演化规律。

5.1 脆弱性影响因子与韧性关联分析

研究发现年平均气温、年降水量、农业劳动力数量、人口自然增长率、失业率、城乡差距指数、普通中学在校学生人数、城市人均日生活用水量和受灾人口数等因子对系统韧性的作用规律不强，相关系数R2均小于0.5，限于文章篇幅，暂不分析上述因子。

5.1.1 自然生态子系统脆弱性

自然生态子系统脆弱性涉及化肥施用强度、农药施用强度和污染物排放强度，其与自然生态子系统韧性呈现非线性负向关系（图3a），R2分别为0.800、0.712和0.943。化肥施用强度和农药施用强度的曲线较为类似，其施用强度的增加会造成土壤板结、肥力下降、环境污染等问题，进而导致系统韧性下降。污染物排放强度的增加首先会引起系统韧性短暂上升，随后系统韧性迅速下降，表明工业发展带来的污染物排放首先因工业经济效益增加以及自然生态系统的自净能力，其对系统韧性具有一定的促进作用，但当污染物超过系统承受阈值或者经过滞后作用，污染物排放的负向影响逐渐暴露，并随着污染物排放量的增加，系统韧性快速下降，其拐点出现在污染物排放强度标准化指数值为0.3附近，该值可能为该因子影响区域自然生态子系统韧性的关键阈值所在。

5.1.2 经济生产子系统脆弱性

经济生产子系统脆弱性涉及的大部分因子均通过显著性检验，呈现不同的作用规律（图3b1、图3b2）。人均GDP和产业结构多样化指数与系统韧性关系呈非线性和近线性正向关系，其拟合优度R2达到了0.933和0.945。说明居民收入增加和产业结构多样化会促进系统韧性增强，但当人均GDP标准化值达到0.7~0.8时，系统韧性演化开始进入转折期。第二产业从业人员占比、规模以上工业企业数量、能源生产总量、综合能源消费量、二产比重与韧性呈非线性负向关系。其中，规模以上工业企业数量与韧性指数呈负向下凹态势，表明工业企业数量增加首先会因其大量利用化石能源使系统韧性出现快速下降，但随着技术进步、环境规制等作用促使系统韧性下降速率减缓。第二产业从业人员占比曲线呈先上升后下降的上凸态势，表明第二产业从业人员占比增加首先缓解了就业压力，使得居民收入增加，促使系统韧性增强，但在其标准化值处于0.2~0.3时则出现拐点，第二产业从业人员占比增加使产业结构出现不均衡状态，从业人员集中于第二产业造成系统其他产业/行业人员减少，抵抗干扰的能力减弱，系统韧性迅速下降。能源生产总量、综合能源消费量、第二产业占GDP的比重的曲线相似，系统韧性在平缓过渡后，随着标准化数值的增加而减少，表明能源生产规模和能源消费规模扩大对经济生产子系统韧性产生负向作用，一定程度上削弱了区域社会—生态系统总体韧性。

5.1.3 社会生活子系统脆弱性

社会生活子系统脆弱性因素和系统韧性的关系较为复杂，拟合优度R2呈两极分化态势，人口密度、等级公路里程、每千人卫生机构床位数拟合优度R2值均大于0.9，其余要素拟合优度总体偏小（图3c）。说明人口规模、内外部交通条件和医疗条件对系统脆弱性的作用显著。其中，人口密度与社会生活子系统韧性呈近线性负向关系，表明人口密度增加对社会生活子系统韧性提升具有抑制作用。对于榆林市而言，人口密度的增加势必带来人类活动范围、强度以及就业岗位需求等的增加，这不仅会增加社会发展压力，也会对生态环境产生潜在风险，进而削弱整个区域社会—生态系统总体韧性。等级公路里程和卫生机构床位数对社会生活子系统韧性呈现明显的正向促进作用，表明交通条件和医疗卫生条件的改善对提高社会生活水平、增强社会—生态系统韧性具有显著的促进作用，加强基础设施和公共服务设施建设是建设高韧性能源开发区的重要途径。
图3 1998—2020年榆林市社会—生态系统脆弱性与韧性关联分析

Fig.3 Correlation analysis on vulnerability and resilience of socio-ecological system in Yulin from 1998 to 2020

5.2 应对能力影响因子与韧性关联分析

通过相关性分析发现，生态用地面积占比、耕地面积占比、大牲畜出栏头数、用水普及率等因子对系统韧性的作用规律不强，拟合优度R2均小于0.5，限于文章篇幅，暂不分析上述因子。

5.2.1 自然生态子系统应对能力

自然生态子系统应对能力涉及城市建成区绿化覆盖率、植被覆盖度、工业固体废物综合利用量等影响因子，其与系统韧性呈现3种作用方式，R2值均大于0.8（图4a）。其中，城市建成区绿化覆盖率与韧性拟合曲线呈正向下凸趋势，说明城市绿化覆盖率增加对增强系统韧性具有积极促进作用，但其存在明显的阈值效应，其拐点位于标准化值0.2处。植被覆盖度与韧性拟合曲线呈近线性正向态势，说明植被覆盖度对系统韧性的影响呈线性促进作用，植被覆盖度越高，系统韧性越强。工业固体废物综合利用量与韧性拟合曲线呈上凸趋势，表明随着工业固体废物综合利用水平的提高，系统韧性呈现先快速增强后趋于高位平稳状态，这在一定程度上也反映了工业化水平的提高对系统韧性的促进作用。
图4 1998—2020年榆林市社会—生态系统应对能力与韧性关联分析

Fig.4 Correlation analysis on response capacity and resilience of socio-ecological system in Yulin from 1998 to 2020

5.2.2 经济生产子系统应对能力

经济生产子系统应对能力涉及的各影响因子对系统韧性的影响呈现2种作用方式（图4b）。地均粮食产量与韧性曲线呈正向非线性关系，表明随着地均粮食产量的增加，其支撑人口和经济活动的能力不断增强，系统韧性也随之增强，并且这种增速呈现加速趋势。地方财政收入、社会消费品零售总额、社会固定资产投资总额与韧性的关系为相似的上凸正向非线性关系，均是随着影响因子值的增加，系统韧性增长速率均表现出先快后缓的上升趋势。地方财政收入和社会消费品零售总额的拐点在其标准化值为0.7左右时出现，社会固定资产投资总额的曲线拐点稍微偏后，处于0.8~0.9之间，说明在系统韧性较低的情况下，政府财政收入增加、市场活力增强和社会经济投资增加都将促使区域社会—生态系统应对能力提升，进而增强系统韧性，但随着系统韧性水平迈向高位状态，上述因子对系统应对能力的促进作用开始减弱，系统韧性出现缓慢下降趋势。

5.2.3 社会生活子系统应对能力

社会生活子系统应对能力涉及的各影响因子对系统韧性的影响呈现多种作用方式（图4c1、图4c2）。教育支出曲线呈现明显的上凸趋势，政府财政自给率和燃气普及率曲线呈非线性正相关关系，在因子标准化指数值接近1时出现拐点，生活污水集中处理率与系统韧性的关系表现出近线性正相关关系，生活垃圾无害化处理率则表现为微凹的非线性正相关关系。这表明与财政自给率、燃气普及率和生活污水集中处理率相比，教育支出在低水平情况下更能促进系统韧性提升，而生活垃圾无害化处理率对系统韧性促进作用逐渐增强。事实上，各影响因子也是互相联系的，如政府财政自给能力强，可以在教育、基础设施、生活保障等领域投入更多资金，保障社会生活子系统良性运转，从而增强系统应对能力，促使区域社会—生态系统总体韧性不断提升。

5.3 社会—生态系统韧性影响机理分析

5.3.1 影响机理

通过前文可以发现，榆林市社会—生态系统韧性演化是系统脆弱性与应对能力相互作用的结果，呈现明显的阶段性特征。1998—2020年榆林市社会—生态系统经历了不同的发展阶段，其脆弱性、应对能力和韧性变化各不相同，不同阶段影响系统韧性的主导因子不同，各因子对韧性的影响方式同样存在差异。系统韧性演化影响着区域社会—生态系统发展及其类型转换，当社会—生态系统发生稳态转化后，系统脆弱性和应对能力也将发生相应变化，这便构成了能源富集区社会—生态系统韧性演化的内在机理（图5）。具体分析如下：
图5 榆林市社会—生态系统韧性演化机理

Fig.5 Evolution mechanism of socio-ecological system resilience in Yulin

①1998—2002年为传统农牧型社会—生态系统演化阶段，榆林市社会—生态系统韧性较为稳定，社会生活和经济生产子系统应对能力不足是影响区域社会—生态系统韧性提升的主导因子，各因子对系统韧性的影响方式主要为线性递增、倒U型递增和U型递增3种类型，主要影响因子为教育支出、地方财政收入、社会消费品零售总额、工业固体废物综合利用量等，说明该阶段影响榆林市社会—生态系统韧性演变的主要因子集中在社会生活和经济生产领域，其韧性演化的主要动力主要源于经济的快速发展和政府政策的支持，如陕北国家级能源重化工基地的批准建设等。
②2003—2015年为能源开发主导的能源型社会—生态系统演化阶段，榆林市社会—生态系统韧性显著增强，经济生产子系统应对能力及其脆弱性是影响榆林市社会—生态系统韧性的主导因子，各因子对系统韧性的影响方式主要为U型递增、倒U型递减和倒U型递增3种非线性类型，主要影响因子为社会固定资产投资总额、人均GDP、城市建成区绿化覆盖率和第二产业从业人员占比等，说明该阶段影响榆林市社会—生态系统韧性演化的因子主要集中于经济生产和自然生态领域，其韧性发展的主要动力可能源于能源开发所带来的经济社会效益以及生态保护与建设效益。
③2016—2020年为迈向高质量发展的绿色型社会—生态系统演化阶段，榆林市社会—生态系统韧性呈现加速增长趋势，社会生活和经济生产子系统脆弱性是影响榆林市社会—生态系统韧性的主要障碍因子，影响方式主要为U型递减和倒U型递增2种类型，主要影响因子为规模以上工业企业数量、社会固定资产投资总额等，说明该阶段受能源市场、科技创新和政府政策变化影响较大，经济和社会方面的脆弱性风险较高，对系统韧性产生不利影响，但随着生态文明制度和绿色发展战略的落实，以科技创新为支撑的经济转型、社会治理和生态保护成为榆林市社会—生态系统韧性提升的新动力。

5.3.2 作用曲线与规律

通过前文关联分析结果可知，榆林市社会—生态系统脆弱性和应对能力各影响因子与韧性之间呈现近线性和非线性2种影响方式和6种曲线类型，曲线类型不同，影响性质、速率与规律则明显相异（图6）。
图6 榆林市社会—生态系统韧性影响因子作用曲线

Fig.6 Influence curve of socio-ecological system resilience factors in Yulin

①近线性影响。榆林市社会—生态系统韧性的近线性影响方式包括近线性递增（a1）和近线性递减（a2）2种类型，不同影响因子发展变化阶段对系统韧性的影响速率基本一致，与系统韧性指数呈近线性递增的影响因子有产业结构多样化指数、植被覆盖度以及生活污水集中化处理率，系统韧性伴随指标值的增加而增强。与系统韧性指数呈近线性递减关系的影响因子仅有人口密度，表明人口密度增加将加重系统承载压力，对榆林市社会—生态系统韧性指数下降具有直接影响。
②非线性影响。榆林市社会—生态系统韧性非线性影响方式存在4种类型，即U型或倒U型递增和递减曲线（b1、b2、b3、b4）。其中，与社会—生态系统韧性呈U型递增曲线关系的影响因子有城市建成区绿化覆盖率、地均粮食产量、生活垃圾无害化处理率，主要集中在居民生活领域，该类影响因子具有累积效应，前期对系统韧性的促进作用较弱，达到一定规模后将促进系统韧性快速增长。与社会—生态系统韧性呈U型递减曲线关系的影响因子仅有规模以上工业企业数量，这意味着工业企业数量增加可能会影响产业结构均衡性，进而对社会—生态系统韧性产生负面影响。
与社会—生态系统韧性呈倒U型递增曲线类型的影响因子较多，包括人均GDP、等级公路里程、每千人卫生机构床位数、工业固体废弃物综合利用量、地方财政收入、社会消费品零售总额、社会固定资产投资总额、教育支出、政府财政自给率、燃气普及率等，涉及社会事业、经济发展等领域，表明在系统韧性指数处于中低等级时，该类因子的稳步增长能较快地提高系统韧性，但当其超过一定规模后，对系统韧性的作用会大为削弱。与社会—生态系统韧性呈倒U型递减曲线类型的影响因子有化肥施用强度、农药施用强度、污染物排放强度、第二产业从业人员占比、能源生产总量、综合能源消费量、第二产业产值占GDP的比重等，涉及生态环境、能源开发和产业发展等领域，上述因子对系统韧性起负向作用时存在积累效应，前期由于系统的自净能力或存在增量空间，使其对系统韧性的负向作用较弱，甚至表现出正向促进作用，但当其积累到一定程度后，就会对系统韧性提升产生明显的负向抑制作用。
综上，榆林市社会—生态系统韧性的负向影响因素主要集中在能源开发对生态环境造成的破坏和对经济发展产生的依赖等方面。系统各要素以非线性影响为主，线性影响主要集中在生态环境、人口要素与产业多样化等子系统基础构成因子上，非线性影响主要集中在能源开发所带来的经济、社会和生态环境变化等因子上，且各要素在社会—生态系统韧性指数低中高等级阶段的影响速率各不相同。在以系统要素非线性作用为主导的能源富集区社会—生态系统演化中，系统脆弱性和应对能力的变化将直接影响系统韧性，导致系统资源结构、经济结构、社会结构和生态功能发生重大变化，进而引起系统类型的变迁（稳态转换）。

6 结论与讨论

6.1 结论

本文在构建能源富集区社会—生态系统韧性研究理论框架的基础上，从自然生态、经济生产、社会生活3个子系统和脆弱性与应对能力2个方面入手，对能源富集区榆林市社会—生态系统韧性演化规律与机理进行研究，得出以下结论：
①能源富集区社会—生态系统是以能源开发为纽带的人地关系地域系统。在全球气候变化、能源开发、碳减排等内外部因素的多重扰动下，能源富集区普遍经历由相对封闭的低发展水平的社会—生态系统转变为远离平衡态的开放复杂的社会—生态系统。能源开发是区域社会—生态系统韧性演化与类型转化的核心驱动因子。在能源开发利用的不同阶段，区域社会—生态系统的脆弱性、应对能力及其交互作用下所表现出的韧性呈现出不同的演化规律。
②1998—2020年榆林市社会—生态系统脆弱性总体处于中级水平，表现出波动演进趋势；应对能力总体呈上升趋势，先后突破低级和中高级临界值进入高级演进阶段。受系统脆弱性与应对能力的交互影响，区域社会—生态系统表现出较强的调整适应能力，系统韧性呈现波动上升趋势。从各子系统贡献看，社会生活子系统脆弱性对总系统脆弱性的影响呈上升趋势，其他子系统的影响出现下降趋势；各子系统应对能力对总系统应对能力的贡献均呈上升趋势，其中经济生产子系统的贡献最为突出。
③榆林市社会—生态系统韧性演化的各影响因子作用性质、速率和规律存在显著差异，主要呈现近线性、非线性2种影响方式，涵盖近线性递增或递减、U型/倒U型递增或递减6种曲线类型。线性影响主要集中在生态环境、人口要素与产业多样化等子系统基础构成因子上，非线性影响主要集中在能源开发引起的经济、社会和生态环境变化因子上，且各要素在系统韧性的低中高等级阶段的影响速率各不相同。
④榆林市社会—生态系统韧性是区域系统脆弱性和应对能力的综合表达，应对能力的变化决定了系统韧性演化方向。在区域社会—生态系统韧性演化中，能源开发与政策调整是系统实现跨越性变革的直接动力，生态环境的影响和经济社会的驱动是社会—生态系统类型转化的内在驱动力。在自然生态约束、社会经济转型驱动和能源市场变化等内外部多重因素作用下，榆林市出现由农牧型向能源型进而迈向绿色型社会—生态系统的转型发展态势。

6.2 讨论

①本文在构建能源富集区社会—生态系统韧性研究理论框架的基础上，揭示了能源富集区榆林市社会—生态系统韧性演变规律与驱动机理，厘清了榆林市社会—生态系统类型演进过程与关键驱动因子。与已有研究成果相比较[16,20,31]，既扩展了社会—生态系统韧性研究领域和研究范式，深化了对能源富集区社会—生态系统韧性演化规律的科学认知，也为因时因地制宜，设计能源富集区社会—生态系统优化与韧性提升策略，推动能源富集区可持续转型与高质量发展提供了理论支撑。
②榆林市社会—生态系统韧性与影响因子之间呈现2种作用方式和6种曲线类型，这与既有研究发现具有相似性[19]，说明区域社会—生态系统韧性与影响因子作用规律可能具有普遍性，但同一要素对不同类型社会—生态系统韧性的影响性质、速率和规律存在显著差异。本文研究发现，能源开发不仅推动了榆林市区域经济发展，更对社会生活改善和生态环境修复产生了溢出效应，但这种“依能倚重”的发展方式也使社会—生态系统承受了巨大风险。当能源经济系统遭受冲击时，社会生活系统也将失稳，这可能是在区域社会—生态系统韧性和应对能力增强的同时，社会生活子系统脆弱性却不断增加的主要原因。因此，在推动能源富集区产业升级和经济转型过程中，要重视能源产业与非能源产业间的协同发展和生态环境保护与修复；统筹能源开发、经济转型、社会福利保障和生态环境保护，防止经济发展失速、社会生活失稳和生态环境破坏；发挥科技创新的引领作用和政策制度的引导作用，推动区域绿色低碳高质量发展[39]，促进区域社会—生态系统有序运行和韧性提升。
③实现人与自然和谐共生是中国式现代化的重要特征。能源富集区社会—生态系统协调发展与韧性提升，是支撑中国式现代化建设、推动形成绿色发展新格局和建设美丽中国的关键区。如何有效提升区域社会—生态系统韧性，是“人与自然和谐共生”的现代化建设中所要解决的重要问题。由于研究区域的特殊性和系统的复杂性，学界尚未形成统一的韧性评估框架和研究范式[37,40]，本文在构建能源富集区社会—生态系统韧性评价指标体系时，为尽可能全面刻画系统韧性，选取的评价指标内容较为繁杂，未来应进一步聚焦能源富集区能源经济转型和自然生态基础等区域特色，设计评价指标，科学刻画区域社会—生态系统韧性演化过程，准确阐释能源富集区不同尺度社会—生态系统韧性的空间格局、演化规律与形成机制，探索能源富集区社会—生态系统优化调控模式和韧性提升路径。

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