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(huì)經(jīng)濟(jì)與自然環(huán)境特征，選取縣級(jí)行政區(qū)作為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的基本單元，在構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)之上，對(duì)該區(qū)域的環(huán)境脆弱性采用層次分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采取主成分分析法對(duì)相同指標(biāo)體系下的環(huán)境脆弱性驅(qū)動(dòng)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(gè)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(kāi)墾程度、土壤物理性質(zhì)等6項(xiàng)驅(qū)動(dòng)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(píng)價(jià);退化驅(qū)動(dòng)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(wèn)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(duì)生態(tài)退化問(wèn)題的研究中人們往往注重于對(duì)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(duì)生態(tài)退化問(wèn)題進(jìn)行半定量或定性的分析，側(cè)重于對(duì)生態(tài)退化的自然過(guò)程分析，而經(jīng)常忽略對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的考慮，因此不能對(duì)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(guó)內(nèi)外生態(tài)學(xué)者針對(duì)生態(tài)退化問(wèn)題分別從多個(gè)研究區(qū)域如農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)、巖溶地區(qū)、風(fēng)蝕水蝕交錯(cuò)帶、土石山區(qū)、礦區(qū)、沙漠綠洲過(guò)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(guó)學(xué)者M(jìn)argat和Albine于20世紀(jì)60年代最早提出了對(duì)環(huán)境脆弱性研究，此后經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究和發(fā)展從多個(gè)不同方面分別對(duì)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(guò)退化驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行表現(xiàn)，而環(huán)境演變?cè)隍?qū)動(dòng)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(duì)環(huán)境脆弱性研究分析中，通過(guò)將退化驅(qū)動(dòng)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(píng)價(jià)的依據(jù)的相關(guān)研究相對(duì)較少［1］。在我國(guó)北方石質(zhì)山區(qū)對(duì)生態(tài)退化的相關(guān)研究中，通過(guò)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)環(huán)境脆弱性分析進(jìn)行評(píng)價(jià)，并揭示影響環(huán)境脆弱性的驅(qū)動(dòng)力的研究相對(duì)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(jí)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基本評(píng)價(jià)單元，定量對(duì)大凌河流域環(huán)境脆弱性和退化驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)各評(píng)價(jià)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(dòng)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(guó)遼寧省西部，全長(zhǎng)398km，流域面積2．35萬(wàn)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(yáng)縣、義縣、凌海市等8個(gè)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(píng)價(jià)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(dòng)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(duì)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(duì)環(huán)境綜合狀況能夠充分的反映和度量，確保評(píng)價(jià)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(dòng)與環(huán)境問(wèn)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(píng)價(jià)，而不能忽略區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)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(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行獲取，并對(duì)大尺度生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。科學(xué)合理的對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行選取，不僅可直接影響多評(píng)價(jià)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(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然等多個(gè)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(píng)價(jià)指標(biāo)。其中國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒，地方政府?dāng)?shù)據(jù)分別來(lái)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(wàn);TM遙感影像、降雨、徑流、環(huán)境等數(shù)據(jù)來(lái)源于相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)和觀測(cè)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(dòng)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(píng)價(jià)體系，如表1所示。對(duì)各評(píng)價(jià)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(qǐng)相關(guān)專家對(duì)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(jiàn)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)兩兩判別矩陣，通過(guò)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(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)間的不可通透性更加客觀的對(duì)各因子的影響程度進(jìn)行探討，在進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)前需對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)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(dòng)力評(píng)價(jià)對(duì)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(píng)價(jià)，其中環(huán)境脆弱性的主要影響因子可根據(jù)各因子值對(duì)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率進(jìn)行選取，并對(duì)影響脆弱度的主要驅(qū)動(dòng)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(píng)價(jià)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(guò)將環(huán)境脆弱度進(jìn)行等級(jí)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(píng)價(jià)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(gè)等級(jí)。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(duì)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(yáng)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(duì)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(gè)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(kāi)發(fā)建設(shè)生態(tài)退化和過(guò)度開(kāi)墾生態(tài)退化兩種形式。開(kāi)發(fā)建設(shè)生態(tài)退化主要集中在工礦開(kāi)采造成的植被破壞和自然資源的掠奪式開(kāi)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(guò)度開(kāi)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(wèn)題追求農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)民毀林毀草、亂墾亂種，陡坡開(kāi)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(dòng)力分析采用主成分分析法對(duì)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(guò)因子荷載進(jìn)行識(shí)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(dòng)力表現(xiàn)為以下幾個(gè)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(gè)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(duì)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(kāi)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(dòng)力是土地的過(guò)度開(kāi)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(dòng)力可選取地表枯落物和土壤密度;其他各等級(jí)驅(qū)動(dòng)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(gè)研究區(qū)域的3/4。開(kāi)發(fā)建設(shè)生態(tài)退化主要集中在工礦開(kāi)采造成的植被破壞和自然資源的掠奪式開(kāi)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(guò)度開(kāi)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(wèn)題追求農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)民毀林毀草、亂墾亂種，陡坡開(kāi)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(guò)度開(kāi)墾是引起水土流失和生態(tài)退化的第一驅(qū)動(dòng)力，而地表枯落物和土壤密度可作為第二驅(qū)動(dòng)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