流域生態(tài)環(huán)境脆弱性研究范文

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摘要:結(jié)合遼寧省大凌河流域不同區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)與自然環(huán)境特征，選取縣級行政區(qū)作為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的基本單元，在構(gòu)建了評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)之上，對該區(qū)域的環(huán)境脆弱性采用層次分析法進(jìn)行評價，并采取主成分分析法對相同指標(biāo)體系下的環(huán)境脆弱性驅(qū)動力進(jìn)行分析。研究表明:大凌河流域中度及以上強(qiáng)度脆弱區(qū)占整個區(qū)域面積的3/4，主要集中在流域東北部區(qū)域，而在研究區(qū)域的南部和西部的山區(qū)其生態(tài)環(huán)境以輕度和微度脆弱為主;區(qū)域內(nèi)降雨量、地形地貌結(jié)構(gòu)、植被覆蓋率、農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)體系、土地開墾程度、土壤物理性質(zhì)等6項(xiàng)驅(qū)動力是影響生態(tài)環(huán)境脆弱性的主要因素。

關(guān)鍵詞:脆弱性;生態(tài)環(huán)境;質(zhì)量評價;退化驅(qū)動力;大凌河流域

當(dāng)前，生態(tài)環(huán)境脆弱性以及生態(tài)退化問題的研究是生態(tài)學(xué)研究的主要方向和熱點(diǎn)內(nèi)容。通常情況下，對生態(tài)退化問題的研究中人們往往注重于對植被與土壤退化等單因素的分析探討，并從生態(tài)系統(tǒng)層次上對生態(tài)退化問題進(jìn)行半定量或定性的分析，側(cè)重于對生態(tài)退化的自然過程分析，而經(jīng)常忽略對社會經(jīng)濟(jì)因素的考慮，因此不能對生態(tài)退化的本質(zhì)規(guī)律進(jìn)行客觀全面的探討分析。國內(nèi)外生態(tài)學(xué)者針對生態(tài)退化問題分別從多個研究區(qū)域如農(nóng)牧交錯區(qū)、巖溶地區(qū)、風(fēng)蝕水蝕交錯帶、土石山區(qū)、礦區(qū)、沙漠綠洲過渡區(qū)等進(jìn)行了大量的研究，并在研究方法和理論應(yīng)用方面獲得了一定的成果。法國學(xué)者M(jìn)argat和Albine于20世紀(jì)60年代最早提出了對環(huán)境脆弱性研究，此后經(jīng)過國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究和發(fā)展從多個不同方面分別對環(huán)境脆弱性進(jìn)行了定義。環(huán)境演變的內(nèi)在特性是通過退化驅(qū)動力進(jìn)行表現(xiàn)，而環(huán)境演變在驅(qū)動力作用下的結(jié)果是環(huán)境脆弱性的主體表現(xiàn)，二者具有明顯的因果關(guān)系特征。目前，在定量或定性的對環(huán)境脆弱性研究分析中，通過將退化驅(qū)動力和環(huán)境脆弱性進(jìn)行綜合并以此作為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的依據(jù)的相關(guān)研究相對較少［1］。在我國北方石質(zhì)山區(qū)對生態(tài)退化的相關(guān)研究中，通過構(gòu)建評價指標(biāo)體系對環(huán)境脆弱性分析進(jìn)行評價，并揭示影響環(huán)境脆弱性的驅(qū)動力的研究相對較少［2］。據(jù)此，本研究結(jié)合研究區(qū)域基本特征和相關(guān)數(shù)據(jù)資料，在詳細(xì)分析了研究流域地理信息和縣級行政區(qū)劃的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系和基本評價單元，定量對大凌河流域環(huán)境脆弱性和退化驅(qū)動力進(jìn)行評價，并對各評價單元的脆弱度進(jìn)行了計(jì)算，探討了影響大凌河流域生態(tài)退化主要驅(qū)動力，以期為該區(qū)域制訂科學(xué)合理的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)制度提供決策依據(jù)和理論支持［3－6］。

1研究區(qū)域概況

大凌河流域位于我國遼寧省西部，全長398km，流域面積2．35萬km2，主要支流包括牤牛河、老虎山河、大凌河西支等。流經(jīng)縣、市主要有凌源市、建平縣、朝陽縣、義縣、凌海市等8個縣市區(qū);屬于溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，日照豐富、溫差大，年降水量為450～600mm，主要集中在每年的7～8月，年均溫度為14．5～15．8℃。流域內(nèi)總體植被覆蓋率較低，流經(jīng)低山丘陵區(qū)、山間河谷平原以及林草灘地區(qū)，其中以低山丘陵區(qū)為主，占流域總面積的75%左右。該區(qū)域土質(zhì)疏松物理性能較差，植被覆蓋率低，強(qiáng)降雨及暴雨集中，水土流失嚴(yán)重，水力侵蝕是土壤侵蝕的主要類型［7］。

2研究方法

2．1構(gòu)建評價指標(biāo)體系大凌河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、城鎮(zhèn)化程度高、物種多樣性和生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，屬于典型的北方環(huán)境氣候區(qū)，近幾年流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)受人類活動和自然因素影響顯著，其生態(tài)退化速率加快。結(jié)合研究區(qū)域基本狀況和特征，參考以下基本原則對生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)進(jìn)行選取。關(guān)鍵性和綜合性因子原則:選取能夠反映區(qū)域環(huán)境特征的典型指標(biāo)，可代表環(huán)境水資源緊缺、干旱、水土流失等重要特征，評價指標(biāo)具有一定的區(qū)域特色［8］。可獲取性和可實(shí)現(xiàn)性原則:評價指標(biāo)首先要客觀、科學(xué)，明確其計(jì)算方法和基本原理，對環(huán)境綜合狀況能夠充分的反映和度量，確保評價結(jié)果的科學(xué)性和真實(shí)性。可持續(xù)性原則:大凌河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動與環(huán)境問題密切相關(guān)，必須在確保環(huán)境與資源可持續(xù)發(fā)展的條件下進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量的綜合評價，而不能忽略區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動單純片面地強(qiáng)調(diào)生態(tài)環(huán)境的改善。先進(jìn)性原則:采用地理信息處理技術(shù)和遙感技術(shù)對評價指標(biāo)進(jìn)行獲取，并對大尺度生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。科學(xué)合理的對評價指標(biāo)進(jìn)行選取，不僅可直接影響多評價結(jié)果的可靠性和真實(shí)性，而且可有效提高計(jì)算效率和速度［9］。據(jù)此，本研究結(jié)合大凌河流域生態(tài)系統(tǒng)主要影響因子和變化狀況，分別從社會、經(jīng)濟(jì)、自然等多個角度選取了能夠客觀真實(shí)的反映區(qū)域環(huán)境脆弱狀況的評價指標(biāo)。其中國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒，地方政府?dāng)?shù)據(jù)分別來自原各市縣的統(tǒng)計(jì)年鑒和林業(yè)用地統(tǒng)計(jì)狀況表;地形結(jié)構(gòu)圖分辨率為1∶10萬;TM遙感影像、降雨、徑流、環(huán)境等數(shù)據(jù)來源于相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)和觀測站;土壤密度和地表枯落物等數(shù)據(jù)采用典型樣地調(diào)查法進(jìn)行獲取［10］。按照上述基本原則和方法，在充分考慮人類活動和自然環(huán)境氣候的條件下，構(gòu)建了大凌河流域環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)評價體系，如表1所示。對各評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)采用目前應(yīng)用較為成熟和廣泛的層次分析法進(jìn)行確定。結(jié)合AHP賦權(quán)方法基本理論，邀請相關(guān)專家對遞階層次結(jié)構(gòu)中各層次指標(biāo)進(jìn)行自上而下的重要性程度判別，并得到層次結(jié)構(gòu)模型分析的判別矩陣。根據(jù)層次分析判別矩陣和專家意見構(gòu)建評價指標(biāo)兩兩判別矩陣，通過計(jì)算判別矩陣各行元素乘積求得各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，然后對各層次單排序以及總排序進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最終得到評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表1。表中A1和A2分別代表坡度、土壤侵蝕率;B1～B14分別為植被覆蓋率、物種多樣性指數(shù)、年降雨量、干燥度指數(shù)、土壤密度、枯落物量、墾殖系數(shù)、人均養(yǎng)畜量、農(nóng)業(yè)人口密度、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比例、人均林地面積、人均純收入、人均糧食產(chǎn)量和適齡兒童入學(xué)率。

2．2計(jì)算環(huán)境脆弱度由于評價指標(biāo)因子較多，且各指標(biāo)之間單位和量綱存在一定的差異，為消除不同評價指標(biāo)間的不可通透性更加客觀的對各因子的影響程度進(jìn)行探討，在進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價前需對各指標(biāo)的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一處理。各評價指標(biāo)對環(huán)境質(zhì)量的作用程度隨轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)值的增大而增加，計(jì)算公式略。

2．3退化驅(qū)動力評價對大凌河流域環(huán)境指標(biāo)原始數(shù)據(jù)采用因子分析的定量研究法進(jìn)行評價，其中環(huán)境脆弱性的主要影響因子可根據(jù)各因子值對環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率進(jìn)行選取，并對影響脆弱度的主要驅(qū)動力進(jìn)行研究和探討。

3結(jié)果與分析

3．1環(huán)境脆弱性的空間分布特征大凌河流域各評價單元的環(huán)境脆弱度綜合計(jì)算得分狀況如表2所示，環(huán)境脆弱性與得分值的大小呈正相關(guān)性，即綜合得分值越大則脆弱性越高。通過將環(huán)境脆弱度進(jìn)行等級劃分可進(jìn)一步分析研究區(qū)域各市縣的環(huán)境脆弱程度，然而當(dāng)前還未形成普遍適用的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和評價依據(jù)［11］。據(jù)此，本研究結(jié)合相關(guān)研究成果和大凌河流域環(huán)境脆弱性特征以及自然地理結(jié)構(gòu)，將環(huán)境脆弱程度按照脆弱度大小劃分為微度(≤0．40)、輕度(0．40～0．45)、中度(0．45～0．50)、強(qiáng)度(0．50～0．55)、極強(qiáng)度(≥0．55)5個等級。由上表計(jì)算結(jié)果可知，大凌河流域環(huán)境脆弱度處于極強(qiáng)度和強(qiáng)度脆弱的區(qū)域?yàn)楸逼笔小⒔úh，所占面積相對較少，且在空間分布上較為分散;而處于中度脆弱的區(qū)域較為集中，且所占面積較大，主要有建平縣、凌海市和朝陽縣，在分布狀況以片狀分布為主。處于微度脆弱的區(qū)域主要有義縣和喀左縣，所占面積相對較少。綜上所述，大凌河流域生態(tài)環(huán)境狀況面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其中輕度脆弱及以上程度的區(qū)域占整個研究區(qū)域的3/4。結(jié)合研究區(qū)環(huán)境脆弱程度和地形地貌特征可將環(huán)境脆弱類型劃分為開發(fā)建設(shè)生態(tài)退化和過度開墾生態(tài)退化兩種形式。開發(fā)建設(shè)生態(tài)退化主要集中在工礦開采造成的植被破壞和自然資源的掠奪式開采利用區(qū)域、城鎮(zhèn)化及建筑交通設(shè)施的建設(shè)等區(qū)域;而過度開墾退化主要是在平原區(qū)因人口密度大人均耕地面積小，農(nóng)作物產(chǎn)量低的區(qū)域?yàn)榱私鉀Q問題追求農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)民毀林毀草、亂墾亂種，陡坡開荒等，因此造成土地植被覆蓋率低，土地退化嚴(yán)重并最終導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量下降。

3．2退化驅(qū)動力分析采用主成分分析法對單因子指標(biāo)與初始指標(biāo)變量之間的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果如表3所示。單因子指標(biāo)與初始指標(biāo)變量的相關(guān)程度隨單因子荷載量的增大而逐漸提高，荷載量值越大則所含有的初始信息量越多，各因子的實(shí)際意義可通過因子荷載進(jìn)行識別和表征。由上表計(jì)算結(jié)果可知，大凌河流域環(huán)境脆弱性的主要驅(qū)動力表現(xiàn)為以下幾個方面:純收入、農(nóng)業(yè)人口密度、人均林地面積以及土壤侵蝕率指標(biāo)表現(xiàn)出極高的相關(guān)性，上述幾個指標(biāo)是反映研究區(qū)域土壤侵蝕狀況和墾殖利用現(xiàn)狀的重要指標(biāo)，其特征值和對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率分別為3．518、22．672%。研究表明，該區(qū)域受毀林毀草、荒地開墾等現(xiàn)象影響，大量的林草地被農(nóng)田替代并引起了土地退化和植被破壞。據(jù)此，該區(qū)域水土流失和生態(tài)退化的第一驅(qū)動力是土地的過度開墾;枯落物量和土壤密度具有較高的相關(guān)性，其特征值和貢獻(xiàn)率分別為2．725和17．248%。地表層的主要有機(jī)組成成分是枯落物層，它是改善土壤理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)的重要部分，可有效提高土壤的抗侵蝕能力。據(jù)此，生態(tài)退化的第二驅(qū)動力可選取地表枯落物和土壤密度;其他各等級驅(qū)動力依次為干燥指數(shù)與年降雨量、人均糧食產(chǎn)量和養(yǎng)畜量占農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的比重、物種多樣性和坡度以及植被覆蓋率、適齡兒童入學(xué)率。

4結(jié)論

大凌河流域生態(tài)環(huán)境狀況面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其中輕度脆弱及以上程度的區(qū)域占整個研究區(qū)域的3/4。開發(fā)建設(shè)生態(tài)退化主要集中在工礦開采造成的植被破壞和自然資源的掠奪式開采利用區(qū)域、城鎮(zhèn)化及建筑交通設(shè)施的建設(shè)等區(qū)域;而過度開墾退化主要是在平原區(qū)因人口密度大人均耕地面積小，農(nóng)作物產(chǎn)量低的區(qū)域?yàn)榱私鉀Q問題追求農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)民毀林毀草、亂墾亂種，陡坡開荒等，因此造成土地植被覆蓋率低，土地退化嚴(yán)重并最終導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量下降。大凌河流域土地的過度開墾是引起水土流失和生態(tài)退化的第一驅(qū)動力，而地表枯落物和土壤密度可作為第二驅(qū)動力;各主成分的相關(guān)性較高，可較好的反映研究區(qū)域的基本狀況。

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作者：楊強(qiáng)強(qiáng) 單位：遼寧禹盛生態(tài)環(huán)境工程技術(shù)服務(wù)有限公司