宁夏回族自治区（简称宁夏）位于中国西北部黄土高原和阿拉善戈壁的过渡地带，包括河套平原、黄土高原、山地丘陵和沙漠等地形地貌，拥有丰富的森林、湖泊、草原和沙漠等景观，具有多样性维持、水土保持、净化空气和防风固沙等生态服务价值^［1-6］。然而，由于地处干旱、半干旱气候过渡地带，宁夏自然地理条件复杂、生态环境脆弱。同时，随着人口快速增长、社会经济高速发展和土地利用变化，该区正面临着天然植被退化、土地沙漠化、生物多样性减少、水土流失等生态风险的挑战^［7-10］。生态服务价值和生态风险的关联性反映着区域生态环境变化过程与土地利用间的耦合互馈机理，在科学防范区域生态风险、提升生态服务价值等方面发挥着重要作用，可为区域生态安全格局构建提供参考借鉴^［11］。人类活动与生态环境变化引发的土地利用变化是宁夏生态风险加剧的重要原因，外部干扰或压力引发的生态风险通过改变生态系统结构、功能及生态过程，对生态服务功能和价值产生重要影响^［4-10］。因此，全面评估宁夏生态服务价值和生态风险的变化特征及关联性将为协调人类社会与自然环境和谐共处及促进区域经济发展提供科学依据与理论基础。

土地利用变化是生态服务价值评估、生态风险预警及生态管理策略制定的关键内容^［12-13］。为探寻土地利用变化对环境可持续发展的影响，国内外学者在生态服务价值和生态风险等方面开展了大量研究，在理论、方法和应用方面均取得突破性进展^［13-17］。目前，研究者结合当量因子法、情景模拟和模型量化等技术，在生态服务价值的时空格局与土地利用变化耦合等方面开展了众多研究^{［6，18-20］}，阐述了众多地区生态服务价值的影响因素（包括人类扰动、自然灾害及政策缺失等）与形成机制，为制定生态保护政策提供了合理途径和正确方向。与此同时，在生态风险方面，通过贝叶斯网络模型、RUSLE模型、PSR模型、地理回归加权模型、半变异函数等研究方法，开展生态风险评价与生态安全格局构建等研究^［21-22］，为预测人类活动或环境变化所产生的生态风险的应对提供了科学支撑和理论依据。然而，单一的生态服务价值研究无法全面深刻地揭示生态风险的变化。所以，随着生态服务价值和生态风险研究的发展，为更好地预防控制生态风险，评价逐渐由独立分析走向关联分析^［23-26］。目前，国内外学者采用耦合协调度模型、多元回归模型、灰色关联分析模型、空间自相关分析等方法，在同一时期同一区域生态服务价值与生态风险的空间分布、时序变化及关联性等方面取得卓著成果^［27-34］。然而，针对大时间尺度、大区域生态服务价值和生态风险及相关性的研究较为缺乏，亟待深入研究。

宁夏是中国的重要生态屏障，地理位置和气候条件独特，生态风险和生态服务价值表现出高度的区域差异性。因此，以宁夏为研究对象，基于生态风险评价框架，综合应用土地利用栅格数据、空间自相关模型等方法，研究土地利用、生态服务价值和生态风险的空间格局和等级结构动态，绘制生态服务价值-生态风险全局双变量自相关散点图，深入探讨生态服务价值与生态风险指数的关联性及响应趋势，将为构建宁夏区域生态安全格局与可持续发展提供依据和参考。

宁夏位于河西走廊的东部，北临内蒙古高原，南部接壤秦岭，东接陕西，西与甘肃相连，面积达5.19万km²。该区属于温带大陆性干旱、半干旱气候，冬季干燥寒冷，夏季炎热，年均气温为6~10 ℃，最低月均气温-7.8 ℃，最高月均气温25.9 ℃。年降水量200 mm，大部分发生在6—9月，年蒸发量为1 250 mm，潜在蒸散量平均2 500 mm，无霜期180 d，土壤类型以黄土和沙土为主。地势南高北低，南部以丘陵和山地为主，北部以平原为主^［1-10］。贺兰山是该地区气候的分界线，贺兰山以东属于温带半干旱气候，而以西地区主体为干旱沙漠和草原气候。从东向西，气候逐渐干旱。宁夏全年降水稀少，黄河穿越全境而成为主要水源，形成湖泊、水库和河流等系统。植被以荒漠和半荒漠植被为主，如胡杨（Populus euphratica）、柠条（Caragana korshinskii）、樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）、油蒿（Artemisia desertorum）、枸杞（Lycium barbarum）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、沙棘（Hippophae rhamnoides）等。

选取1980、1990、2000、2010、2020年土地利用栅格数据（30 m×30 m），采用一级分类（耕地、林地、草地、水域、建筑用地和未利用地），数据来源于中国科学院资源与环境科学与数据中心（http：//www.resdc.cn）。其他基础数据来源于宁夏统计年鉴、全国农产品成本收益资料汇编、生态服务价值与生态风险的相关文献^［35］。

在ArcGIS10.6支持下，采用5 km×5 km的单元格对土地利用类型进行格网化重采样，得到2 298个评价单元格（图1）。基于此，核算宁夏1980、1990、2000、2010、2020年的生态服务价值及生态风险指数，将值赋予评价单元格的中心点进行空间插值，最后使用GeoDa建立空间权重矩阵，运用空间自相关分析和空间回归模型研究生态风险与生态服务价值的关联性。

基于生态服务价值化法^［36-37］，结合研究区实际情况修订标准当量系数。在此基础上，通过层次分析法评价指标分类，构建生态服务价值模型。

式中：ESV为生态服务总价值（元）；n为土地利用类型数；A_i 为第i种土地利用类型的面积；U_i 为第i种土地利用类型的单位面积生态服务系数（元·hm^-2）。以“1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年研究区平均粮食产量产生的净利润的1/7”为依据^［36］，通过查阅历年中国统计年鉴、全国农产品成本收益资料汇编和宁夏统计年鉴，计算出1980—2020年宁夏标准价值当量因子平均值为1 117.57元·hm^-2，最后由“单位面积生态服务价值=当量×单位当量价值”计算得到不同土地利用类型单位面积生态服务价值（表1）。

生态风险取决于区域生态系统受外部干扰和内部抵抗力，故选取景观脆弱度指数、干扰度指数和损失度指数，构建生态风险指数^［21］。

式中：ERI_i 是第i个评价单元的生态风险指数；A_k 是第k个单元格的面积；A_ki 是第k个单元格第i类土地利用类型的面积；R_i 是第i类土地利用类型的损失度指数；E_i 是干扰度指数；F_i 是脆弱度指数；C_i 是破碎度指数；N_i 是分离度指数；D_i 是优势度指数。a、b、c分别是C_i 、N_i 和D_i 的权重，且a+b+c=1。根据相关参考文献、专家意见及研究区特点，分别对a、b、c赋权值0.5、0.3、0.2。利用Fragstats 3.4软件计算景观脆弱度指数。林地、草地、耕地、水域和建筑用地脆弱性赋值分别为3、5、6、2、4，脆弱度指数（F_i ）分别为0.095、0.143、0.191、0.238、0.048、0.28^{［21，27-28］}。

为探究生态服务和生态风险的空间相关特征，通过双变量空间分析模型反映某种因素在空间位置的相关程度，利用全局自相关系数Moran's I指数反映整体空间关联和差异状况。

式中：Isr为单位面积生态服务价值（s）和生态风险指数（r）的双变量全局自相关系数；yi,s和yi,r为第i个单元格单位面积生态服务价值和生态风险指数；ys¯和yr¯为生态服务价值和生态风险指数均值；σs和σr为生态服务价值和生态风险指数方差；W_ij 为空间权重值。为全面反映研究区各部分的空间关联性，采用局部指标（LISA）进行空间自相关分析，以表述局部集聚和离散效应^［38-40］。依据空间分布关系将研究区划分为高高聚集、高低聚集、低高聚集和低低聚集等4个集聚类型区。

宁夏1980、1990、2000、2010、2020年耕地占总面积的比例分别为31.19%、31.19%、35.71%、34.27、33.72%，呈先增加后减少趋势（图2、3，表2）。耕地主要包括水田和旱地，作物涵盖小麦、稻谷、玉米及薯类，主要分布区域为黄河沿岸、银川盆地和固原地区。1980—2020年林地面积的比例呈现缓慢但稳定的增长，从最初的4.44%增加到5.38%。林地包括有林地、灌木林地、疏林地等，分布于杭锦后旗、贺兰山、银川市周边等多个地区。草地占总面积的比例自1980年的50.66%逐渐减少至2020年的45.21%，分布在贺兰山区、罗山山地等地。水域面积占比也经历了波动，从1980年的2.27%减少到1990年的1.82%，随后上升至2020年的2.00%，水域类型涵盖河渠、湖泊、水库坑塘和滩地等，主要分布在黄河等主要水系及其周边地区。建筑用地面积比例呈显著增加趋势，从1980年的1.72%增长到2020年的4.50%，反映了该区域城镇化和工业化的快速发展。未利用地的比例在时间序列上表现为先增后减，从1980年的9.74%微增至1990年的10.10%，之后逐步下降至2020年的9.17%。未利用地主要由沙地、戈壁、盐碱地等构成，分布在宁夏中北部及南部农牧交错带。

1980—2020年，宁夏生态服务价值总量由589.83亿元减少到551.82亿元，年均增长-1.55%（表3，图4），总体上耕地和林地生态服务价值增加，而草地、水域和未利用地的生态服务价值减少。在土地利用结构方面，生态服务价值平均比例依次是草地>水域>耕地>林地>未利用地>建筑用地；在生态服务结构功能方面，单项生态服务价值平均比例依次是调节服务>支持服务>供给服务>文化服务，且各单项服务价值总量都减少。在生态服务功能中，年均变化率依次是文化服务>调节服务>支持服务>供给服务，其中调节服务和支持服务占总价值的85.90%，而供给服务和文化服务只占14.10%。

基于克里金空间插值法和几何间隔分类，将生态服务价值（10⁷元）划分为低（0，1.28）、较低（1.28，1.97）、中（1.97，2.95）、较高（2.95，3.79）、高（3.79，∞）等5个等级，形成5期单位面积生态服务价值的空间格局分布图（图4）。低、较低、中、较高、高价值等级的面积平均占比分别为15.78%、16.39%、43.37%、15.60%、8.84%，低、较低和中价值等级面积比例总体呈增加趋势，较高价值等级面积比例呈减少趋势（图3）。在空间分布方面，宁夏中部及黄河沿岸区域的单位面积生态服务价值较高，为高价值、较高价值等级分布区，中价值等级分布在宁夏南部和西部，而腾格里沙漠和人类大量聚集的城镇地区属于低、较低价值等级。

通过利用克里金空间插值法对宁夏2 298个单元格进行空间插值，同时采用几何分类法划分为无风险（0，0.075）、弱风险（0.075，0.11）、低风险（0.11，0.25）、中风险（0.25，0.35）和高风险（0.35，∞）共5个生态风险等级，形成1980—2020年研究区生态风险空间格局图（图5）。1980、1990、2000、2010、2020年生态风险指数均值分别为0.148、0.148、0.161、0.158、0.156，呈先增长后降低趋势，总体增加5.33%。无、弱、低、中、高风险等级面积平均占比分别为22.62%、15.37%、22.80%、25.58%、13.61%。中、高风险面积比例总体上增加，无、弱和低风险等级则减少（图3）。在空间格局方面，中、高风险等级分布在宁夏北部和南部，以林地、耕地、草地为主，而宁夏西部和东部风险等级较低，以草地和未利用地为主。

采用GeoDa空间分析工具建立空间权重矩阵，计算宁夏生态服务价值和生态风险的双变量空间自相关指数，获得Moran's I散点图（图6）。结果表明，1980、1990、2000、2010、2020年的全局Moran's I分别为-0.050、-0.054、-0.042、-0.054、-0.046，这些值都基本接近于零，说明生态服务价值与生态风险指数之间存在很弱的负向空间相关性，且这种相关性是随机的，而非系统性的。

通过局部空间自相关LISA，将宁夏划分为高价值-高风险（HH）、高价值-低风险（HL）、低价值-高风险（LH）、低价值-低风险（LL）和不显著（NS）5种模式（图7）。

高价值-高风险区（HH）：在1980、1990、2000、2010、2020年面积比例分别为4.91%、5.87%、6.05%、6.31%、5.96%，呈先增加后减少的趋势，主要分布在宁夏北部和南部地区（图2、7）。

高价值-低风险区（HL）：各年份的面积比例分别为15.89%、16.32%、14.14%、16.15%、15.41%，总体呈下降趋势，主要分布在宁夏北部和中部地区。

低价值-高风险区（LH）：各年份的面积比例分别为18.37%、17.84%、17.41%、17.76%和16.89%，总体在下降。分布在宁夏北部和南部，由于受自身地类性质和高价值景观聚集效应的影响，导致其生态服务价值比较低。

低价值-低风险区（LL）：各年份的面积比例分别为10.84%、10.84%、10.84%、10.88%和10.49%，总体保持不变。该类地区主要分布在人类干扰较强的建筑用地和未利用土地地区，生态价值低、土地利用比较稳定，生态风险较低。

不显著区（NS）：各年份的面积比例分别为49.97%、49.10%、51.54%、48.88%和51.24%，总体比例上升。土地类型草地为主，生态服务价值和生态风险指数分布较均匀，没有明显的高值中心和低值中心（图3）。

基于评价单元格面积的生态服务价值和生态风险指数，探究基期生态风险强度值对生态服务价值变化的影响（表4）。1980—1990年和1990—2000年单元格生态服务价值表现为减少的数目多于表现为增加的数目，分别为50.73%和62.22%；2000—2010年和2010—2020年单位面积生态服务价值表现为增加的数目高于表现为减少的数目，分别为48.25%和47.34%。1980—2020年，无、弱风险等级的单元格生态服务价值变化主要表现为增加，低、中、高风险等级的单元格生态服务价值变化主要表现为减少，表明较低等级生态风险区的生态服务价值更多表现为增加，较高等级生态风险区的生态服务价值更多表现为减少。

土地利用变化不仅是生态服务价值变动的关键驱动因子，而且是生态风险的重要源头^［13］。宁夏土地利用变化既受自然因素的影响，也受到人类活动因素的驱动^{［1-3，6］}。宁夏气候呈暖湿化趋势，且年降水量对草地面积扩张贡献度最大，但在过度放牧的作用下引起草地面积减少^［1，3］。自2000年起，宁夏通过实施退耕还林、天然林保护，生态移民等生态工程和生态文明建设取得显著成果，林地面积和水域面积呈现总体增长；同时，随着人口增加，宁夏大量未利用地被开垦成为农田。此外，随着经济发展，大批农田和未利用地被转化为建设用地，特别是2000年后建设用地快速增长，成为面积增幅最大的土地类型^［9-10］，导致耕地、未利用地和建设用地成为土地利用模式变化的重要贡献者。1980—2020年，宁夏建设用地、林地和耕地面积大幅增加，草地与未利用地面积总体减小，因此，农田开垦、快速城市化及生态工程建设是推动宁夏土地利用模式变化的主要驱动力，气候变化如降水等也影响着土地利用的变化。

生态服务价值评估是环境保护和生态区规划的重要前提和理论依据，掌握生态服务效益和影响因素（包括人类活动扰动、自然环境灾害及生态政策缺失等），为规范人类活动与制定生态政策提供合理途径和正确方向^{［23，27-28］}。总体上，宁夏在1980—2020年生态服务价值有所降低（总量由589.83亿元至551.83亿元，降幅6.44%），其中在1980—2000年总量减少，而在2000年后持续增长。这反映了宁夏如西部大开发、退耕还林还草工程、防沙治沙试点工程、120万hm²红线和生态文明建设等取得显著成果^［9-10］，体现出宁夏经历的社会经济转型，包括农业现代化、城市化进程以及环境保护意识提高等诸多因素。在宁夏，人口密度、城镇化人口的增加以及社会经济的快速发展导致经济结构和生态结构发生变化，进而影响着生态服务价值。人口密度、城市化率以及人均GDP越低，旅游收入总额越高，生态服务价值就越高^［2］，反之，生态服务价值越低。尽管耕地所提供的生态服务价值有所增加，但草地面积和水域面积的减少是生态服务价值总量降低的主要原因。在价值组成方面，调节、支持服务价值占总价值的85.90%，表明宁夏生态服务价值主要由以人类活动程度较低的自然生态系统提供，而文化功能和供给功能较弱。

生态风险评价通过对生态环境状况的变化预判，为制定环境保护政策、风险防控和景观格局的优化管理提供科学支撑和理论依据^［27-29］。1980—2020年，宁夏生态风险呈先增长后降低的趋势，总体增加5.33%，表明人类活动和生态环境的矛盾尽管有局部缓和的趋势，但总体仍在加剧。在2000年高风险和中风险区达到高峰，此后有所下降。总体上，2000年后高风险和中风险区域有所缩小，无风险区和低风险区相对增加，生态风险减轻，这将成为环保政策和生态恢复工作的成功典范，为中国其他区域乃至全球范围在生态环保方面提供参考依据和借鉴范式。土壤侵蚀通过引起土地利用变化而影响生态风险，是生态风险加剧的重要原因^［40］。因此，应采取植被恢复和保护、土地管理、建设防护结构和水土保持等措施，保护土壤资源以降低生态风险。

生态服务价值与生态风险的关联性是科学防范区域生态风险、提升生态功能、构建区域生态安全格局的重要参考^{［11，29］}。1980—2020年，宁夏生态服务价值和生态风险无明显的空间聚集或离散趋势，说明二者在空间上受地理环境、人类活动等因素的影响。总体上，无、低风险等级的生态服务价值趋于下降，该区域要特别关注、防止生态环境质量的下降。在高价值-高风险区，面积比例总体上略有增长，主要分布在银川市、中宁县和固原市，该地区应采取措施加强自然灾害管理和风险防范以减少潜在风险影响，甚至在构建生态安全格局过程中保护高价值资源，防止局部生态风险加剧导致环境破坏。高价值-低风险区面积比例整体上保持相对稳定，这些区域包括石嘴山市、吴忠市和灵武市，可以加大生态保护投资力度，并修建保护区等低价值-高风险区的面积比例也略有下降，可考虑加强环境保护措施和土地管理^［41-43］，以提高区域的生态服务价值。低价值-低风险区面积比例相对稳定，主要是沙地、戈壁、盐碱地等未利用土地，多数分布在中卫市沙坡头区、中宁县、青铜峡市、陶乐县和盐池县。这些地区应该加大开发力度，加强基础设施建设、改善公共服务，并鼓励农业、旅游等行业的发展。不显著区的面积比例有轻微波动，但总体趋势略微上升。对于这些地区，需要进行更深入的研究和分类，以了解其具体特征和应对策略。

基于土地利用类型栅格数据，定量评估了1980—2020年宁夏生态服务价值和生态风险指数的时空变化特征以及关联性。

1980—2020年，宁夏土地利用面积平均比例依次为草地、耕地、未利用地、林地、建设用地、水域，其中耕地、林地和建设用地面积增加，而草地、水域和未利用地减少。

生态服务价值总量由589.83亿元减少到551.83亿元，整体降幅6.44%，高、较高生态价值区占比逐渐降低后略有上升，中生态价值区占总比稳定，低生态价值区变化波动但无明显趋势；土地类型对生态服务价值的贡献平均占比依次是草地、水域、耕地、林地、未利用地、建筑用地，单项服务价值总体有所减少，其中调节服务和支持服务占据主导地位。

生态风险指数总体上升5.33%；风险等级面积平均占比依次是中生态风险、低生态风险、无生态风险、弱生态风险、高生态风险；中、高生态风险等级面积有所增加，无、弱和低风险等级面积有所减少；较低等级生态风险区的生态服务价值更多表现为增加，较高等级生态风险区的生态服务价值更多表现为减少。

生态服务价值和生态风险在空间分布上无明显聚集趋势或离散趋势；高价值-低风险面积总体减少0.48%，低价值-高风险面积减少1.48%。

管理部门需要采取措施以保护和提升高生态服务价值的区域，同时加强管理和干预生态风险较高的区域，以维护生态系统的整体健康和服务功能。