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【关键词】贵州喀斯特山区 产业发展 生态环境路径
喀斯特山区丰富的自然资源蕴涵着产业生态化发展的巨大潜力。然而,目前贵州喀斯特山区的发展仍然面临着典型的喀斯特生态环境与产业发展不相协调的难题。探索在国家实施新一轮扶贫开发战略的背景下如何通过产业发展与生态环境保护的优化整合实现生态环境与产业发展的和谐统一是促进贵州喀斯特山区生态环境改善与全方位脱贫致富的关键所在。
一、贵州喀斯特山区生态环境状况和产业发展基本情况
(一)生态现状
首先,贵州喀斯特山区是典型脆弱生态区。西南地区喀斯特面积达54万km2,是世界上最大的型岩溶区,也是我国贫困面积最大的地区和生态最脆弱的地带之一。贵州省正处于西南喀斯特地区的腹地,其岩溶面积约为12.96万km2,占全省土地总面积的73%,是我国岩溶地貌发育最完整、分布面积最大的省份。受喀斯特环境的限制,贵州喀斯特山区生态环境具有严重的脆弱性,整体上表现出环境生态容量低、稳定性差、自我恢复能力低等一系列本质特征,具体体现在:地表崎岖破碎,山高坡陡,基岩率高;地表水严重渗透,水源缺乏,水土流失严重;广泛分布的石漠化土地缺少土壤和肥力,土地产量低下,影响了农牧业发展;植物生长缓慢,森林和草地生态功能退化;自然灾害、地质灾害频繁,给可持续发展带来不良影响。
其次,环境容量有限的贵州喀斯特山区人地矛盾异常尖锐。以环境容量最主要构成要素的土地人口承载力看,目前在典型喀斯特山区,只有10%~5%的耕地,且其中78%的耕地是中、下等低产田土。这意味着土地单位面积供养人口力低,而且可供利用的选择性小。此外,持续增长的人口因迫于生计不断进行着毁林开荒、乱采滥挖、破坏植被等不合理的活动。这种人口增长与环境容量严重失衡的现状,不仅制约经济、社会的发展,而且对生态环境产生持续而巨大的压力。
但是,贵州喀斯特山区自然资源较为丰富。表现出矿产资源、能源资源、水资源、非耕地资源、旅游资源、气候资源的多样性,且具有开发利用上的互补性的重大优势。同时,在生态环境上的差异性,水热条件较好,具有能综合开发进行多种经营的潜在优势。
(二)产业发展状况
长期以来,贵州喀斯特山区产业发展按照传统的发展模式,即高消耗资源、粗放型经营、低效益产出、污染环境的生产规模和技术工艺道路,很难与脆弱的生态环境相协调。一方面,产业宏观结构不合理。第一、二、三产业发展比例失当,第一产业比重过高,第二产业脆弱,第三产业严重滞后;产业结构调整步伐缓慢,传统产业多,新兴产业少,呈现高投入、低产出、高消耗、低效益的“两高两低”状态;大部分地区未形成特色明显的主导产业和特色产业。
另一方面,产业微观结构不合理。在工业方面,随着经济的发展,工业比重大幅度上升,形成了与优势资源发展仍不相称的以重工业为主导的工业化体系。在轻工业中,农产品加工业占主体,重工业以采掘和原材料工业为主。山区工业因乡镇企业的发展而得到快速发展。贵州乡镇企业中,从事矿产资源采掘、冶炼的企业比重高,由于投入不足、技术落后,资源回收利用率低、能耗高、污染物排放量大,对农村生态环境造成威胁。在农业方面,现代化农业还处于起步阶段,持续发展能力不强。贵州喀斯特地貌山区由于生态环境脆弱,农业基础十分脆弱,农业产业结构不合理,目前仍是偏重于以粮食为主的种植业的农业结构模式,林业比重过低,牧业和渔业相对薄弱,不能发挥贵州省适宜林、牧业和多种经营的自然条件和资源优势。
二、贵州喀斯特山区产业发展与生态环境保护的辩证关系
(一)产业发展与生态环境保护的相互关系
1 生态环境对产业发展的影响
(1)生态环境是产业发展的基础和前提
环境资源是人类生存和经济活动的基本条件,三大产业的经济活动都是在一定的生态环境中进行的,生态环境为各种经济活动的进行提供必要的空间和物质条件。比如,环境中的矿藏、河流、森林等要素是制定产业发展规划与政策的自然基础,可发展以资源的开发和利用为特征的产业结构。
(2)脆弱的生态环境制约产业的可持续发展
如果一个地区自然环境恶劣,水热失衡、土地贫瘠、山高路陡,将会严重制约农业生产的发展,而且会直接或间接地影响以农副产品为原料的工业的发展。贵州喀斯特山区环境的脆弱性极易造成经济的脆弱性。其中最突出的表现是通过约束农业资源对农业经济的严重制约,进而制约工业和整个社会经济的发展,这也是贵州在产业发展道路上艰难跋涉、收效不显著的根本原因。
2 产业发展对生态环境的影响
(1)合理的产业发展促进经济与生态的协调发展
地处黔西南的晴隆县,山高、路陡、谷深,石漠化在贵州最为严重。在地表破碎、水土流失严重的状态下,结合当地气候具有发展多元化畜牧业的优势,实施草地生态畜牧业产业化扶贫开发项目,大力发展种草养羊,带动农民致富,创造了一种在喀斯特地区生态治理和经济效益显著的“晴隆模式”,成为南方喀斯特山区产业结构调整和生态环境保护的成功典范。
(2)不合理的产业发展阻碍生态环境的保护和优化
贵州喀斯特山区农民有家庭放养牛羊的传统习惯,是农民家庭经济收入的一大来源。但是,牛羊养殖业基本上是在对天然草地进行掠夺式的利用下开展的。无节制地放牧使草地缺乏恢复再生的时间和物质投入,退化严重,草地植被破坏后很快沙化,出现水土流失,使草地及周围变得既不能农又不能牧。
(二)产业发展与生态环境保护的优化整合
产业发展与生态环境保护优化整合是利用生态环境和产业发展变化规律,通过发展生态产业、生态产业化等途径和手段达到生态环境与产业发展的和谐统一,实现两者之间协调发展。这可以简单地解释为产业发展与生态环境双方互相促进,互相优化,即实现人与自然和谐。其实质是缓解产业发展与资源环境的矛盾。具体来说,可以理解为双方不互相抵触,即产业发展不能超出生态环境的阈值范围,不能造成生态环境不可逆转的破坏。
三、贵州喀斯特山区产业发展与生态环境保护整合的现实路径
(一)发展生态农业,促进贵州喀斯特山区农业绿色化发展
1 调整农业产业结构,开发绿色农产品
首先应使农业类型由耕地型农业逐步转向非耕地型农业继而向非农业产业型农业演进。农业结构模式则由过去单一的粮一猪型结构因地制宜地向农果林、农林牧等多种模式发展。一要以基本农田建设为手段,建设粮食生产基地,通过现代农业科技和精耕细作,提高单位面积产量和粮食综合生产能力,为退耕还林创造条件。二要在确保粮食总量增长、粮食完全自给的前提下,调整种植结构,提高烟、油、茶、玉米、马铃薯等经济作物的比重和质量,还要多种植蔬菜、花卉苗木等经济价值高的作物,实现农业的优质高效。三是在退耕地上发展效益型林业,扩大经、药、果林比重,根据林地生态环境的多样性,发展药材及其他名、特优产品,提高林业的经济效益。
其次,生态农业的发展需要有一定的产品作为支撑,表现在物质形态上就是绿色产品。因此,在发展生态农业的过程中要发挥贵州特有的生物资源优势,开发绿色农产品,为生态农业的发展创造新的经济增长点。根据各地的实践,喀斯特山地尤其是退耕还林中已梯化的耕地,适宜种植核桃、板栗、油桐、花椒、杜仲、金银花、刺梨、黑梅、杨梅、竹类、棕类、生漆、乌桕、油茶、苦丁茶、观赏苗木、绿化苗木等,并努力形成种植-加工-销售-条龙生产,增加农民致富的门路。
2 转变生态农业发展模式,走农业生态化道路
在生态环境脆弱的喀斯特地貌山区,目前已初步探索出猪、粮、果、沼(气)等不同类型的生态农业发展模式。其中比较典型的有贵州毕节高原岩溶山地开发扶贫与生态农业建设模式、贵州晴隆岩溶山地人工种草养畜建设模式、荔波发展生态经济模式等,并在生态建设实践中出现了诸多典型。如喀斯特地貌约占82.65%的荔波县在生态示范区建设中,通过旅游扶贫开发、自然保护区建设、景区保护建设、生态移民、退耕还林、封山育林、农村能源改造、现代农业发展基地建设等措施,取得了明显的生态、经济和社会效益。龙里县依托生态农业科技成果,结合当地的社会条件和经济发展水平,将生态村建设与喀斯特山区实际相结合,实现了生态建设与经济建设的双赢。毕节试验区在循环农业理念的指导下走出了一条“绿肥-畜禽-沼气-沼肥-种植”一体化的农业循环经济发展模式。农民种绿肥喂猪,猪粪制成沼气,沼气用来做饭、点灯,剩下的沼液、沼渣可以给橘树等各种农作物当肥料,既节约能源、减少污染,又方便生活,节省了肥料,还提高了种植效益和养殖效益。
3 运用生态农业技术,实现生态农业的可持续发展
科技是第一生产力,是产业发展的主要动力。贵州在发展生态农业的过程中应加强生态农业技术的运用。一要推进测土配方施肥等技术,推广使用高效、低毒、低残留农药及生物农药,减轻农药化肥对环境的污染。二要加大农业废弃物综合利用技术集成的力度,利用好农作物秸秆等以沼气建设为纽带,将畜牧业、种植业等农业生产和生活科学地结合起来,通过优化资源配置,大力推行畜禽粪便和秸秆资源的综合利用,达到节能减排和清洁生产的目的。三是充分利用农村新型能源。积极推广太阳能、秸秆气等清洁能源,积极开展新型太阳能热水器和地源热泵系统产业化,加快对太阳能、风能、小水能、沼气等可再生能源的开发。
4 培养农业科技人才,提高农民发展生态农业的积极性
从长远看,提高农民素质是发展生态农业的根本。喀斯特山区社会经济落后,农民科技文化素质低,对新知识、新技术的接受能力差。应通过报纸、广播、黑板报等宣传媒体,以及科技讲座、技术培训、农业教育等多种途径,大力宣传生态农业的重要意义,提高农民在农业生产活动中的生态环境保护意识。还应采取多种形式,对广大农民进行各层次的技术培训,使各农户都能掌握一套生态种植、养殖及废弃物综合利用的技术,通过农户的自觉行为有效遏制有害物质对农业环境的污染,实现产业优化与环境保护的协调和统一。
(二)发展生态工业,促进贵州喀斯特山区工业低碳化发展
生态工业的理论基础是循环经济。近年来,随着经济发展和工业化进程的加快,喀斯特山区的一些建设项目启动,工业污染明显加剧,生态环境面临着巨大的压力。因此,贵州要根据循环经济理论大力发展生态工业。
1 加强对新建工业项目的调控,发展循环经济型企业
政府部门应严格执行国家产业政策和行业准入条件,对新建项目要按照循环经济理念、节约型社会以及清洁生产的要求,加强调控和引导,促进产业结构优化升级。通过项目核准,财政支持、优惠和信贷供应等政策杠杆,引进和鼓励发展符合国家产业政策、低消耗、轻污染、有利于贵州资源综合开发的行业,严格控制高消耗、高污染、低效益行业,从源头上减少污染,实现经济效益与生态效益的双赢。对于污染严重、低水平重复建设的企业,实行关停和转产,对可以通过技术改造达到生态建设目标的重点企业,实行限期整改。与此同时,国土、环保、财政、税收等各有关部门要认真研究,紧密配合,对发展循环经济的企业在政策上给予大力支持,促使企业建设有利于促进循环经济型生态工业经济发展的企业组织结构。
2 推进清洁生产,建立循环经济模式
工业低碳化要求改变传统的“资源-产品-废弃物”发展模式,建立“资源-产品-废弃物-资源-产品”的循环经济模式,以最低的资源消耗和环境付出,达到最大的综合效益。为此,在喀斯特山区生态工业建设的过程中,企业要大力推进清洁生产。通过原料替代、工艺改进和产品设计,加强管理,扩大规模,提高资源、能源利用率,对原料、生产、产品、消费、废弃物处置的各个环节实行严格的污染控制指标,变末端治理保护为过程治理保护,实现资源、能源的最有效使用和“三废”减量最大化。作为贵州喀斯特最为集中的毕节地区是矿产资源大区,具有煤、铁、锌、磷等矿产资源优势。该区为发展生态工业,坚持升级改造、优化组合,打造一批规模大、技术新、效益好的强势工业企业。同时,对煤及煤化工进行了专门的循环经济发展建设规划,实施煤电化一体化,提高资源利用率,节能减排,实现工业发展与生态环境保护的双赢,促进工业的低碳化发展。
3 加强循环经济型生态工业试点基地建设
在“十一五”期间,贵州省以贵阳市循环经济型生态试点城市和全省14个循环经济型生态工业试点基地为重点,对区域范围现有的煤、磷、铝以及铁合金等高耗能、高污染重点企业进行改造,初步形成了一批循环经济型生态工业企业和基地。远期到2020年为重点建设、跨越发展阶段,将建成循环经济产业体系基础、基础设施建设主体、生态保障体系基础、人力资源开发基础和制度创新建设基础,力争煤、磷、铝、铁合金等重点行业资源利用率有较大幅度提高,将贵州煤、磷、铝以及铁合金等资源比较优势真正转化为竞争优势。
4 积极发展喀斯特产业,推动生态产业化发展
一方面,推动喀斯特产业发展。喀斯特地区岩石丰富,可以大力发展石材加工产业,有条件的县,如罗甸、兴义等,观赏石产业已崭露头角。在充分研究喀斯特石山生态资源的基础上,应开发利用好喀斯特石山的生态功能,包括利用喀斯特洞穴冬暖夏凉的特点,作鲜活产品储藏库,气调库,贮存水果、蔬菜延迟供应市场,用洞穴作酒窖,养殖食用菌等。喀斯特地区地下水丰富,矿泉、冷泉、热泉、深井地下水的水质优良,有利于发展瓶装水产业。
另一方面,促进建设工程性项目的生态产业化。在贵州喀斯特山区,将生态建设与产业开发有机结合起来,把维护生态环境同开发利用资源结合起来,寓生态建设于产业发展之中。例如,纳雍县在防护林工程建设中,以防护林为主体,防护林、用材林、经济林科学布局,多林种,多树种合理配置,乔灌草并重,发展生态、经济和社会效益相统一的防护林体系。10年累计完成“长防林”工程总面积73.7万亩,按林种分,营造防护林47.8万亩,占64.9%,用材林18.4万亩,占25%,经济林7.5万亩,占10.1%。
(三)发展喀斯特生态旅游业,促进贵州喀斯特山区旅游业生态化发展
1 切忌盲目开发,确保喀斯特生态旅游开发的可持续性
在贵州脆弱的喀斯特环境大背景下进行的旅游活动不同于普通环境下的旅游活动,其开发建设和发展都要受到喀斯特基本环境条件的影响。喀斯特环境存在的基本问题是制约喀斯特旅游资源开发的限制因素。生态旅游开发是经济效益、社会效益、生态效益并重的经济活动,按照经济规律,并不是每个具有喀斯特旅游资源的地区都适宜开发生态旅游业。对于那些区位偏远,开发代价过大,收益不确定的地区应暂时不作开发考虑。在生态开发中,应充分考虑喀斯特资源和环境的承载能力,统筹考虑贵州人口、社会、经济、环境及资源状况,做好环境影响的评价,确定合理的生态容量,并设计合理的游览路线以确保贵州喀斯特资源、环境的持续利用。
2 坚持生态旅游开发与喀斯特山区扶贫相结合
发展生态旅游业是贵州喀斯特贫困地区人民脱贫致富的一条现实途径。喀斯特山区自然环境优美,山村野趣浓厚,农事活动新奇,乡土文化丰富,对外地游客有着极大的吸引力,具有发展生态旅游农业的极大潜力。生态旅游农业是以农业生产为依托,与现代生态旅游业相结合的一种高效农业。它把农业生产、科技应用、艺术加工和游客参加农事活动等融为一体,供游客领略在其他风景名胜地欣赏不到的大自然浓厚意趣,既可发展农业生产、维护生态环境,又可达到提高农业效益、增加当地居民收入的目的。在耕地稀缺、水资源利用难度大、农业发展滞后的喀斯特农村地区,农业依然是当地群众赖以生存的产业,发展生态旅游农业尤其值得推广。
【Abstract】This paper takes Deyang city of Sichuan province as the study area, Landsat satellite image as data source, select the land cover, vegetation coverage and elevation of three evaluation indexes, the principal components using a combination of qualitative and quantitative analysis methods to evaluate the ecological environment quality in Deyang city in 2015, the ecological environmental quality of Deyang city was divided into excellent, good, medium, poor in four grades. The results show that the ecological environment quality of woodland and grassland, arable land, human engineering activities and geological disaster area ecological environment quality is poor, the results are consistent with actual situation, indicating factors and model selection objective and reasonable.
【关键词】3S;生态环境质量评价;德阳市
【Keywords】3S; ecological environment quality evaluation; Dengyang city
【中图分类号】X826 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2017)03-0146-03
1 概述
我国的环境评价始于20世纪70年代,最初Τ鞘谢肪澄廴鞠肿醋龅鞑椴⒔行评价,80年代开始对工程建设项目的影响做评价。80年代末以来,主要对城市环境质量做综合评价,并开始对县级区域的生态环境质量做综合评价。随着RS和GIS技术的迅速发展和广泛应用,对空间数据进行获取、处理、分析技术方法的不断改进,使得RS和GIS在调查、监测、评价等方面受到了广泛的关注。使得生态环境质量评价由单一因子的调查与监测,逐步发展到多种数据综合评价,且用数值分析方法描述生态环境状况[1-3]。
目前国内外已经有许多关于生态环境脆弱性方法的研究,例如人工神经网络方法[4]、模糊判定分析方法[5]、综合评价方法[6]、景观生态学方法[7]、ES方法[8]、层次分析方法[9]、P-S-R模型方法[10]、ESA方法[11]、灰色评判法[12]等,但是目前并未形成一种大家一致认可的评价方法,而且上述方法基本均局限于定性的、定量的、静态评价方法,并且专家的意见占较大比重,研究结果的客观性不够好且实际应用价值不够高[13]。主成分分析的方法是一种定性与定量相结合的生态环境脆弱性动态评价的方法,在此之前,也有人应用主成分分析的方法进行了生态环境脆弱性的评价,并取得了大量的成果[14-16]。
德阳市位于四川省中部是川西高原和四川盆地的过渡地带。近年来随着德阳市工业化、城镇化进程的加快,围绕资源环境的竞争更加激烈,使其生态环境发生了巨大的变化。因此,为推进德阳市生态文明建设,积极探索绿色发展、循环发展之路,对德阳市的生态环境质量做出有效的评价,具有重要的意义。
2 生态环境评价
2.1 研究区概况
德阳市位于四川盆地东北部,东经103°45′-105°15′,北纬30°31′-31°42′之间。西邻阿坝,东接遂宁,南靠成都,北临绵阳。全市面积5818km2,现辖绵竹市、什邡市、广汉市、旌阳区、罗江县和中江县。德阳市境狭长,南北长约162km,东西宽约65km,整体地势西北高东南低。1983年8月经国务院批准成为省辖地级市,是四川省重点建设的九大城市之一,也是成都周边旅游圈的重要组成部分。
2.2 生态环境评价指标
2.2.1 指标选取原则
建立科学、完善、可行的生态环境质量评价指标体系是进行危险性评价的关键,合理有效的指标选择是生态环境质量评价的必要过程。
生态环境质量评价指标体系的构建应遵循以下原则。①科学性,生态环境质量评价指标体系的构建要遵循科学规律,所选取的评价指标应能客观真实地反映生态环境的特征、揭示生态环境的内在特征和外部触发原因。同时要考虑指标数据获取的难易程度、数据精度如何、是否可定量化。②全面性,生态环境质量是在环境因素和人为因素的多重作用下的状态,评价指标体系的建立应该综合考虑。同时评价指标体系必须要全面分析生态环境要素及其相互关系。③动态性,不同的地区地质环境和生态环境有一定的差异,对不同地区的生态环境质量评价,在选取评价指标时,需结合研究区的情况作调整。
2.2.2 指标选取
针对德阳市的环境状况,在参考了已有研究并多次听取专家意见基础上。本文选取土地覆盖、植被覆盖度和海拔高程三个评价因子。①土地覆盖:结合相关资料,确定研究区的土地覆盖类型:耕地、有林地、居民地、草地和水域;②植被覆盖度:根据归一化植被指数(NDVI)提取德阳市植被覆盖度;③海拔高程(DEM)。德阳市低海拔处高程310m,高海拔处高程4950m,海拔高度差异较大。
2.2.3 数据源
遥感影像数据:本文采用2015年Landsat影像,空间分辨率为30m,影像来自地理空间数据云,成像质量良好。德阳市区域跨轨道号129/038和129/039两幅影像,采用WGS-84坐标系,UTM投影,影像均已完成了辐射校正和几何纠正。
数字高程模型数据:采用空间分辨率为30m的DEM数据,数据源于地理空间数据云。
2.3 生态环境评价模型
根据前人的研究,为保证评价结果的实际应用价值,本文选取了一种定性与定量相结合的生态环境质量评价方法,即空间主成分分析的方法。空间主成分分析的步骤如下:①原始数据标准化;②建立每个变量的协方差矩阵R;③计算矩阵R的特征值以及每个特征值的特征向量;④通过对特征向量的线性组合进行分类提取主成分;⑤根据主成分分析结果,利用数学模型计算式(1)研究区生态环境质量;⑥利用自然断点法,将计算结果分为4个等级,分别为优、良、中、差。
式中,Fi是第i个主成分,Wi是它的相应的贡献。结合每个主成分及其对应权值,进行代数计算得到综合评价指标,来表示区域生态环境脆弱情况。EVI的值越大,表示其生态环境越脆弱。
2.4 评价结果
根据德阳市生态环境质量评价结果,得出以下结论:德阳市生态环境质量为良的区域占35.32%,质量为中等的区域占31.39%,质量为优等的区域占20.02%,质量为差等的区域占13.27%。与德阳市2015年土地利用类型相比,得到林地和草地的生态环境质量较好,耕地次之,人类工程用地和汶川地震后造成的地质灾害区域生态环境质量最差。生态环境质量优和差等主要分布在德阳市的西北部,该区域植被覆盖度较高,森林系统的生物多样性、抵抗力稳定性等因素使得该区域的生态环境质量整体上好于其他地区。草地的生态环境质量多为中等,草地生态系统由于物种单一,抵抗力稳定性较差,但恢复力稳定性很强。耕地受人类影响较大,但作为一个生态系统,有一定的自我修复能力。除地质灾害区域外,德阳市生态环境质量为差等的区域还广泛分布于人类工程活动集中的地区,该地区由于工程活动造成了地下水下沉、破坏了该区域的生物多样性、降低了该区的恢复力,使得该区域生态环境质量恶化。
3 讨论
正确认识生态环境现状是维护生态环境的重要条件,通过对特定地区生态环境质量进行评价,可以了解生态环境质量的整体情况,追寻生态环境质量退化的原因,是提高生态环境质量的方法与途径。德阳市自1999年10月实施退耕还林工程,截至目前,研究区完成退耕还林17.75万亩(1亩≈666.67m2),其中生态林16.3万亩,经济林1.45万亩。退耕还林工程建设成就显著,取得了生态、经济和社会建设的综合效益。
为进一步提升德阳市生态环境|量,可采取以下措施:
①对研究区西部山区生态环境质量较差的地区治理的可行方法主要是在一些地势比较平缓或不适合农作物生长的区域建立多功能混合生态林、农业经济林以及规范化牧场等混合生态系统;②加强环境质量监管力度,引进新技术,鼓励引导企业转型升级,改善全市环境质量;③提升全民环保意识,积极保护生态环境。
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云南省辖16个州市,其中8个民族自治州,共129个县市,总面积39.41万km2,约占全国4.11%,其中山地面积占总面积的84%以上。2014年总人口4687万人,约占全国3.45%,国内生产总值11720.91亿元。云南地处中国第二大林区,是维护中国整体生态环境稳定的重要地区,该地区森林多分布于江河水系的发源地和上中游流域,其森林的数量、质量及分布与流域局部地区乃至整个流域生态环境关系十分密切;同时,这些森林集中分布区还是云南主要野生动植物资源的最后栖息地。而作为西南山区的典型代表,伴随山区经济的发展,生态环境的支撑能力发生着显著变化,生态环境基础恶化趋势的调控难度加剧,未来前景不容乐观。生态环境保护是功在当代、利在千秋的事业,作为地处中国西南部大江大河源地的云南省更应把生态环境放在更加突出位置。因此,云南省生态环境维护功能、社会价值远远大于本身的经济价值,环境保护与开发必须从整个流域甚至全国的生态环境安全和社会经济可持续发展通盘考虑。
2数据来源及方法构建
2.1数据来源
数据来源于《云南省2013年环境状况公报》、《云南省自然保护区名录2013》、《云南减灾年鉴2013》、《中国环境统计年鉴2013》等。
2.2方法构建
生态环境是指以人类为主体,其他生命物体和非生命物质被视为环境要素(如地形、气候、土壤、植被等)所组成的综合体。生态环境传统单要素评价方法更侧重分析单一要素的时空分布特征,而在现今多元化的社会发展下,生态环境的研究具有较强的综合性和整体性特征,生态环境基础要素间的相互作用及其影响愈加明显,结合科学发展观的客观要求,研究力图克服传统传统单要素的局限,创新性的构建多要素综合评价方法,注重强调生态环境基础内部的系统平衡与外部的协调可能。
3评价结果
3.1环境容量中等
以云南各州市河流断面中COD、NH3-N两者入河剩余量的最小值为依据的研究结果表明:云南省生态环境容量中等,12个地州市处于中等到较大的等级,运用Arcview数据自然分级的研究结果显示云南水环境容量可分为5级。
3.2生态环境较脆弱
脆弱度越大生态环境越脆弱系统稳定性越差;脆弱度越小生态环境越脆弱程度越低,构建云南省生态环境脆弱性指标体系(表2)。研究结果表明:云南省生态较脆弱,并分为4个等级,其中12个地州市处于中等脆弱及以上。
3.3生态环境较重要
生态重要性是省级划分禁止开发区的依据,云南省不同级别的自然保护区共157个,总面积28253km2,占全省国土总面积的7.4%;其中国家级20个,省级38个,省级以上自然保护区面积21260.21km2,生态环境较重要。GIS的SpatialAnalyst模块生成各栅格的区域生态环境重要性评价图,结果表明:云南省16个地州市的生态环境重要程度分为4个等级,其中12个地州处于中等以上重要性。重要性较低区面积约10.3万km2,约占总面积26.5%。重要性中等区面积约11.4万km2,约占29.2%。重要性较高区面积约9.3万km2,约占23.84%。重要性最高区面积约7.54万km2,约占19.3%。
3.4自然灾害频发
结合云南省自然灾害基础数据,构建自然灾害要素危险性评价体系,如表5所示。运用格雷厄姆法自然灾害评价结果表明:云南省属于自然灾害频发区,16个地州市灾害危害程度可分为3个等级:(1)灾害极危险区:东川,面积1858.79km2,约占总面积0.48%。东川地处小江断裂带上,地震活动相对频繁,地表地质破碎度高,属少雨地带,长年采矿导致东川的生态严重退化,恢复成本极高。(2)灾害危险区:耿马、弥渡、姚安和鲁甸,面积8730km2,约占2.24%。耿马和弥渡发生地震灾害和滑坡泥石流;姚安和鲁甸近年地震灾害较明显。(3)灾害一般危险区:玉溪、楚雄、昭通、红河、普洱、保山、临沧和德宏、大理、丽江和迪庆部分地区,面积142397km2,约占36.51%。昭通存在地震和泥石流;红河滑坡泥石流较多见;滇西地区存在地震灾害。
3.5生态环境空间分异明显
从表6云南省各地州生态环境质量综合得分可知,综合值测算法结果将云南省生态环境分为综合平衡区、效率主导区和环境主导区。综合平衡区:保山、西双版纳、曲靖、怒江、普洱和临沧。这些地区自然地理环境良好,生态效益与环境质量水平相对平衡。怒江、普洱和临沧水环境容量大于6500t/a,水资源丰富,水环境容量较大;保山和西双版纳生物多样性较丰富度较高,地表植被稳定程度较高,生态极重要区域比例分别为21.04%、13.62%,属于生态重要性最高区域;曲靖生态轻度脆弱,生态环境抵抗能力较好。效率主导区:分布在滇中城市群昆明、玉溪和楚雄,该类型区经济最发达,资源利用效率高,技术水平相对较高,人文环境较好,生态效益高于环境质量水平,经济发展对生态环境造成压力。昆明、玉溪和楚雄生态均轻度脆弱,抵抗外界干扰能力强,较快发展的城市化和工业化导致环境质量落后,楚雄(3071.41t/a)和玉溪(2098.38t/a)水环境容量较小,昆明滇池流域水环境容量亮红灯,保持生态效益的同时积极改善环境质量,是昆明、玉溪和楚雄生态文明建设的重点。环境主导区:具有良好的自然环境质量,可持续发展以环境质量为主,自然资源利用率不高,生态效益较低,主要包括文山、德宏、丽江、迪庆、红河、大理和昭通。这些地区的万元GDP能耗不高,第二产业比重较低,第一、三产业比重大,人均GDP较低,生态资源利用率不足;这些地区生物多样性保护区较多,生态环境较重要,其水环境容量均大于3500t/a,而生态属中度以上脆弱,植被恢复难度大(图6)。从生态环境整体视角看,云南省的生态环境基础相对良好,但因山区地理环境的复杂多样性,部分区域生态环境面临着挑战;从空间上看,以环境容量、生态环境脆弱性、生态环境重要性及自然灾害危害性4个指标评价,存在着明显的空间差异性,滇西北、西南地区相对较好,滇东北、滇中地区相对薄弱。
4云南省生态文明建设对策
4.1深度挖潜,提高环境主导区生态效益
环境主导区通过认真实施新一轮生态文明建设规划刚要,建设完善植被覆盖度动态监测网络,严格落实林地保有量,持续推进育林育草工作,科学开发地上地下空间等手段,深度挖潜土地利用潜力,提高地表植被覆盖度。同时,文山、德宏、丽江、迪庆、红河、大理和昭通通过提升技术和管理水平,增加生态资源利用率,逐步提高生态效益水平。
4.2生态设计,提升综合平衡区环境质量
综合平衡区从生态环境保护角度出发,设计经济社会可持续发展目标。曲靖积极发展轻工业和服务业,预防高耗能行业快速发展带来的隐患;保山、西双版纳、怒江、普洱和临沧认真落实环境保护目标责任制和责任追究制,积极开展排污权有偿使用与交易试点。强调综合平衡区开发与保护并行,提升环境质量和容量。
4.3改变路径,加强效率主导区改革转型
效率主导区经济发展的资源环境依赖路径明显,生态环境承载能力阻碍了经济社会发展速度,昆明、玉溪和楚雄通过“强改革”方式推动经济社会发展方式的转变,突破生态环境对经济社会发展的限制,改变传统的资源依赖型发展模式,转变生产方式来推动经济转型,实现“强投资”经济社会发展和生态环境向“强改革”转变。
4.4法制建设,加快依法治省依法治生态
综合平衡区、效率主导区和环境主导区都要深入贯彻十八届四中全会精神,全力推进各区依法治生态,坚持环境为先发展,加强生态环境法制宣传力度,为保护生态环境创造良好的社会氛围;发挥基层环保部门的监察功能,为生态环境的可持续利用提供保障。
5结论与讨论
关键词:生态建筑 技术社会化 原则 探讨
在上个世纪,人类社会经历了一场建筑产业前所未有的快速发展时期,建筑产业的破坏作用日益凸现出来。七十年代以来,由于建筑所引起的生态环境失衡、环境被破坏、污染等现象日益严重,生态危机几乎发展到了一触即发的地步,并已经在一定程度上严重影响着人们的生产生活。生态建筑技术以及社会化发展越来越受到人们的高度关注。当前,绿色建筑、生态建筑等可持续发展的思想观念已经逐渐受到越来越多的人们重视,并掀起了一股生态建筑的浪潮,从而进一步影响到了与人们日常生产生活息息相关的建筑技术体系。从本质上来看,生态建筑并不是什么新发明或者新产物,而是作为一种科学技术,是与生态环境协调发展的不断深化。其同现代一般建筑不同,生态建筑更加关注环境与资源的协调健康发展。所以,生态建筑的技术社会化必须遵循一些基本原则。本文认真分析了生态建筑技术在社会化方面存在的问题及原因,并对生态建筑技术社会化必须遵循的原则进行了深入探讨。
1、技术观念原则
技术观念原则,是生态建筑技术社会化必须遵循的主要原则。树立生态建筑的技术观念,一般都与人们的日常生产生活有着极为紧密的联系。一般情况下,工业的发展以及经济的腾飞,都不同程度地为人类社会发展进步创造了更多的条件和基础。但是,随着人们崇尚科学技术思想的推动,生态建筑的发展空间不断增大,逐步实现了建筑与科技的有机结合,并形成了代表现代最高水平的生态建筑结构与形式。一些高科技、高水平、高质量的生态建筑层出不穷,其发展已经日趋成熟与完善。由此,生态建筑进入了一个全新的发展时期。以低技术、低投入以及追求与环境的协调健康发展的观念被越来越多的人们所重视,高科技生态建筑已经成为了当前建筑产业发展的必然趋势。由此可见,生态建筑技术要完成其社会化功能与作用,还必须充分结合自身的特征,运用更高层次的科学技术来进行。
2、自上而下原则
自上而下原则,是生态建筑技术社会化必须遵循的重要原则。我们清楚,生态建筑与技术一开始就显示出了强烈的技术特征与要求。一般而言,过去传统意义上的建筑技术,绝大部分都是为了实现建筑产业自身发展需要的。实际上几乎都是为了建筑产业自下而上的客观要求。但是,我们必须清醒地看到,生态建筑技术除了正常的功能作用以外,一般还有生态、伦理、道德等方面自上而下的客观要求,并且它们之间都是生态建筑技术的核心与关键所在。因此,如何染每个生态建筑顺利地成为与社会发展相适应的技术,在其社会化过程中,就需要我们必须着力考虑生态建筑技术自上而下的特征。通常情况下,生态建筑技术社会化的发展,都需要自上而下来引导与推动。所以,我们在制定生态建筑有关体制机制时,必须着了里考虑自上而下的原则,并使其具有前瞻性、针对性和可操作性。只有如此,我们才能不断发挥出生态建筑技术自下而上的积极效应,从而达到建筑与生态环境可持续发展的目的。
3、因地制宜原则
因地制宜原则,是生态建筑技术社会化必须遵循的关键原则。一般而言,与经济社会发展相适应的管理体制机制,有效引导着生态建筑技术的有序发展。但是,我们也必须看到,以因地制宜为关键特征的生态建筑技术与观念,不仅引导着建筑技术的全面发展,而且也成为了推动建材技术未来发展的重要因素。因此,在推行生态建筑技术发展与设计过程中,我们必须着力考虑因地制宜的原则。这就要求我们在生态建筑技术运用以及建筑设计时,必须切实把维护生态环境平衡作为首要考虑因素和重要前提条件。一般而言,我们需要考虑生态建筑所在地区的环境、气候、生物、朝向、位置、绿化等综合因素,并进行科学合理的综合分析与评价,为生态建筑技术更好地发展提供参考依据。此外,从生态环境平衡以及生态环境保护的角度来看,我们可以发现,有的生态建筑技术虽然在一些地区可以推广适用。但是并不意味着该技术就可以在其他地区适用。或者有利于生态环境建设的一些方面的建筑技术,也会有可能对生态环境的其他方面产生破坏,甚至是阻碍。所以,在生态建筑技术中,我们必须着力考虑因地制宜的基本原则。
4、环境协调原则
环境协调原则,是生态建筑技术社会化必须遵循的重要原则之一。建筑产业作为同城乡一体化建设以及生态环境关系极为密切的产业之一,其能否与生态环境协调健康发展,必然成为了摆在我们面前的重要课题之一。一般情况下,我们在追求建筑产业全面快速发展的的同时,也必须要切实考虑其对生态环境所带来的影响与危害,并积极采取有效措施加以解决和落实,进而确保建筑产业与生态环境的有机统一。此外,从建筑设计方面考虑,我们必须选择那些可持续发展的、符合生态环境保护的建筑技术,这也是发展生态建筑技术的重要内容之一。实际上,这就要求我们应当把生态环境同建筑产业发展有机结合起来,达到二者相互统一、相互影响、相互促进、相互协调的良好关系。但是,需要我们注意的是,生态建筑作为一个综合性的技术概念,其不仅改变了过去传统落后的建筑观念,而且也不同程度地改变了落后的建筑技术与方法。所以,从经济社会长远发展的角度来考虑,生态建筑明显具有更大的潜在优势与特征。相对来说,生态建筑技术对于生态环境的不利影响一般都比较低。这就要求我们必须尽量采用一些优质、高效、节能、环保等的建筑产品与技术,不断优化建筑的结构与体系,尽量弥补紧张建筑对于生态环境所带来的不利影响与制约。总之,我们只有充分考虑了生态建筑与环境协调发展的原则,才能不断促进建筑产业与生态环境的协调健康发展。
参考文献:
关键词 脆弱生态区;生态敏感性;生态环境问题;区划;淮河流域
[JP3]中图分类号 Q149;X32 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2010)10-0169-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.10.029
我国自然条件复杂多样,人类活动历史悠久,生态系统受到深刻的影响,可以说生态环境先天脆弱。脆弱生态区是指稳定性差、对自然或人为干扰比较敏感,在遇到不利干扰时易向生态退化方向发展的生态环境区域[1]。随着人类干扰对自然生态系统的压力不断增强,生态环境的敏感性日益凸显,对社会经济发展的制约作用越来越显著[2-3]。研究脆弱生态区的生态系统特征、空间格局及主要生态环境问题,是加强脆弱生态区环境保护、整治恢复退化生态系统的关键,也是实现区域社会、经济和生态环境可持续发展的需要。脆弱生态区区划为认识脆弱区的生态系统特征、形成机制和脆弱单元划分提供了科学方法。
生态区划概念自提出以来,就引起了广泛的关注,成为国际宏观生态学领域的研究热点,相继编制了世界各大洲的生态区划图[4-6]。我国学者在自然区划工作的基础上于20世纪80年代开始了生态区划研究,已经取得了丰硕的成果,提出了不同区域、不同尺度的生态区划方案[7-14]。然而有关脆弱生态区的区划研究还非常薄弱,鲜有研究报道,亟需加强这方面的理论和应用研究[15-16]。本文以淮河流域为例,在分析生态系统敏感性空间分异的基础上,提出了淮河流域脆弱生态区区划方案,以期为流域内脆弱生态环境保护提供科学依据。
1 研究区概况
淮河流域地处111°55′-121°25′E、30°55′-36°36′N,介于黄河和长江两大流域之间。地形总体上西高东低,西部、西南及东北部为山地、丘陵,其余为平原,平原面积约占2/3。气候属暖温带向亚热带过渡类型,淮河以北属暖温带半湿润气候,以南为北亚热带湿润气候。年均气温
11-16 ℃,平均日照2 000-2 650 h,平均降水量888 mm,无霜期200-240 d。
淮河流域跨湖北、河南、安徽、江苏和山东5省40个市、181个县(市),面积27×104 km2,人口1.72×108,耕地
1 272×104 hm2。流域矿产资源丰富,农业生产条件较好,但是工业发展还相对落后,加之人口分布密集,尚属经济欠发达地区。近年来,随着资源的高强度开发利用,生态系统承受了巨大的压力,水环境污染、水旱灾害、矿区塌陷、耕地质量退化等生态环境问题日益严重,生态系统越来越敏感,脆弱生态区面积逐渐扩大。
2 研究方法
2.1 生态敏感性评价
生态敏感性是指生态系统对自然干扰和人类活动的敏感程度,反映区域生态系统遇到干扰时发生生态环境问题的可能性和程度[17-18]。本研究根据淮河流域主要生态环境问题,选择土壤侵蚀、盐渍化、沙漠化和酸雨等进行生态敏感性评价。评价方法和分级标准依据原国家环境保护总局2002年的《生态功能区划暂行规程》。数据资料包括流域的植被、土壤、气象、高程图、TM影像、土地利用等。
2.1.1 土壤侵蚀敏感性
根据通用水土流失方程(USLE),土壤侵蚀敏感性选择降水侵蚀力R值[19]、土壤质地、地形起伏度和植被覆盖等因子进行评价,计算公式如下:
式中,ESj为j空间单元土壤侵蚀敏感性,Ei为i因素敏感性等级。
陈杰等:淮河流域脆弱生态区生态系统特征及区划中国人口•资源与环境 2010年 第10期2.1.2 盐渍化敏感性
盐渍化敏感性评价,首先根据地下水位划分敏感与不敏感区,再利用蒸发量/降雨量、地下水矿化度与地形指标进行敏感性评价,计算公式如下:
式中,YSj为j空间单元盐渍化敏感性,Yi为i因素敏感性等级。
2.1.3 沙漠化敏感性
沙漠化敏感性利用湿润指数、土壤质地、冬春季大风天数及冬春季植被覆盖等进行评价,计算公式如下:
式中,DSj为j空间单元沙漠化敏感性,Di为i因素敏感性等级。
2.1.4 酸雨敏感性
生态系统酸雨敏感性是指酸雨的间接影响使生态系统的结构和功能改变的相对难易程度,与区域的气候、土壤、母质、植被及土地利用等因素相关。研究根据周修萍提出的指标体系进行酸雨敏感性评价[20],计算公式如下:
式中,ASj为j空间单元酸雨敏感性,Ai为i因素贡献率,Ii为i因素权重。
2.1.5 综合生态敏感性评价方法
综合考虑生态系统对土壤侵蚀、盐渍化、沙漠化和酸雨的敏感性,采用最大值法,通过ArcView的空间分析功能,计算不同空间单元的综合生态敏感性。公式如下:
2.2 区划原则与方法
脆弱生态区区划是在一定的原则和方法的基础上,根据脆弱生态环境形成的相似性和差异性来划分区域单元,为退化生态系统的恢复和整治服务。因此,区划应遵循以下原则:区域分异和等级性原则,是脆弱生态区区划的理论基础和逐级划分的理论依据;综合分析和主导因素原则,脆弱生态区是多种因素综合作用的结果,区划必须抓住主要因素和主导类型;相似性和差异性原则,通过识别区域内的相似性和区域间的差异性,来划分不同的脆弱生态单元;服务脆弱生态环境整治恢复原则,是脆弱生态区区划的一个重要原则。
区划方法主要是利用GIS技术自上而下进行分区[14]。首先根据生态敏感性评价结果和主要生态环境问题划分出几个大区,然后再根据地形地貌、脆弱主导类型、生态系统特征、生态敏感性程度、人类活动因素等细化脆弱生态环境单元。在划分区域单元和命名过程中还考虑了流域的水环境污染、洪涝灾害和质地灾害等因素[21-22]。
3 淮河流域生态系统敏感性特征
3.1 水土流失敏感性空间分布特征
水土流失敏感区占流域总面积的99.46%,以轻度敏感为主,中度及以上敏感区主要分布在西部、西南和东北部的山地丘陵区(见图
1-a)。极敏感区仅占0.04%,分布在大别山区,尤其是安徽六安市;高度敏感区1.47%,集中分布在沂蒙山区,涉及临沂、日照、济宁、枣庄和淄博等市;中度敏感区5.90%,散布于伏牛山、桐柏山、大别山、江淮丘陵、苏北低山丘陵以及沂蒙部分山区;轻度敏感区占
92.05%,广泛分布于平原区。
3.2 盐渍化敏感性空间分布特征
盐渍化敏感区集中分布在平原地区,以中度敏感和极敏感为主,轻度及以上敏感区占流域总面积的62.54%(见图1-b)。其中,极敏感区占6.73%,绝大部分分布在盐城、连云港和南通的沿海平原,日照及山东、河南、安徽三省接壤的区域有少量分布;高度敏感区0.50%,分布于洪泽湖至高邮湖地区;中度敏感区47.22%,主要分布在黄淮平原和沂沭平原;轻度敏感区占8.09%,分布于中度敏感区的周边地区;不敏感区为丘陵山地,占37.46%。
3.3 沙漠化敏感性空间分布特征
沙漠化敏感性分布类似于盐渍化,集中在平原地区,以中度敏感为主,敏感区占流域总面积的67.80%(见图
1-c)。其中,极敏感区占1.35%,主要分布在黄河沿岸的郑州和开封;高度敏感区占1.42%,集中分布在济宁西北部;中度敏感区占65.03%,广泛分布在皖北、豫东、鲁西南和平原;不敏感区占32.20%,主要是山地丘陵。
3.4 酸雨敏感性空间分布特征
淮河流域对酸沉降比较敏感,敏感区占总面积的
85.93%,中度及以上敏感区主要分布在森林植被区域(见图1-d)。其中,极敏感区占7.15%,分布在桐柏山、大别山及江淮丘陵;高度敏感区占8.46%,分布于极敏感区周边、沿海和鲁豫边界两侧;中度敏感区占8.95%,分布于伏牛山、沂蒙山区、大别山等地;轻度敏感区占61.37%,主要分布在平原地区;不敏感区占14.07%,零散分布于轻度敏感区之间。
3.5 综合生态敏感性空间分布特征
淮河流域综合生态敏感性以中度及以上敏感为主,几乎没有不敏感区(见图1-e)。其中,极敏感区占流域总面积的15.0%,主要分布在桐柏山、大别山、沿海、鲁豫黄河(废黄河)沿岸地区;高度敏感区占9.0%,分布于驻马店、信阳、沂蒙山区和江淮丘陵;中度敏感区面积最大,占66.59%,分布在流域中北部的大部分地区;轻度敏感区占9.41%,分布在洪泽湖周边及沂蒙山区、伏牛山的山间盆地。
4 淮河流域脆弱生态区区划
4.1 分区等级及命名方法
本研究采用3级分区体系,根据流域主要生态环境问题和生态敏感性评价结果,划分脆弱生态区;然后根据中小地貌特征和区域脆弱主导类型划分脆弱生态亚区;在此基础上,再根据小地貌特征、退化生态系统类型、生态敏感性程度与人类活动因素划分脆弱生态地区。
各级脆弱生态区命名规则如下:脆弱生态区,大地貌类型+脆弱生态主导类型组合,反映脆弱生态环境大尺度区域分异规律;脆弱生态亚区,中小地貌类型+脆弱生态主导类型,具有相似的脆弱生态成因和脆弱生态主导类型;脆弱生态地区,小地貌类型+生态脆弱程度+人类活动因素,脆弱成因、脆弱特性、恢复和整治技术基本相同。
4.2 脆弱生态区区划方案
一级区按照主要生态环境问题划分为3大区域,即伏牛山―淮阳山水土流失酸雨脆弱生态区、黄淮平原盐渍化沙漠化脆弱生态区和山东丘陵水土流失脆弱生态区,在此基础上,再逐级划分出13个二级区(脆弱生态亚区)和43个三级区(脆弱生态地区)(见图2)。
Ⅰ伏牛山―淮阳山水土流失酸雨脆弱生态区
Ⅰ-1伏牛山水土流失脆弱生态亚区
Ⅰ-1-1郑荥农业生态地区
Ⅰ-1-2嵩山水土流失中度脆弱生态地区
Ⅰ-1-3汝嵩鲁水土流失轻中度脆弱生态地区
Ⅰ-1-4平许农业生态地区
Ⅰ-2桐柏山水土流失酸雨脆弱生态亚区
Ⅰ-2-1南阳盆地农业生态地区
Ⅰ-2-2桐柏山水土流失酸雨中高度脆弱生态地区
Ⅰ-3大别山水土流失酸雨脆弱生态亚区
Ⅰ-3-1大别山北麓丘陵岗地农业生态地区
Ⅰ-3-2大别山水土流失酸雨中高度脆弱生态地区
Ⅰ-4江淮丘陵水土流失脆弱生态亚区
Ⅰ-4-1霍寿六丘陵岗地酸雨中高度脆弱生态地区
Ⅰ-4-2江淮分水岭水土流失轻度脆弱生态地区
Ⅰ-4-3凤定明丘陵岗地水土流失轻度脆弱生态地区
Ⅰ-4-4张八岭水土流失酸雨中高度脆弱生态地区
Ⅱ黄淮平原盐渍化沙漠化脆弱生态区
Ⅱ-1鲁西南平原盐渍化沙漠化脆弱生态亚区
Ⅱ-1-1[JP2]鲁西沿黄沙漠化盐渍化中度脆弱生态地区
Ⅱ-1-2西南盐渍化沙漠化中度脆弱生态地区
Ⅱ-1-3南四湖湿地脆弱生态地区
Ⅱ-2豫东平原盐渍化沙漠化脆弱生态亚区
Ⅱ-2-1[JP3]黄泛平原沙漠化盐渍化中度脆弱生态地区
Ⅱ-2-2许漯平原沙漠化中度脆弱生态地区
Ⅱ-2-3[JP3]商周平原盐渍化沙漠化中度脆弱生态地区
Ⅱ-2-4豫南平原农业生态地区
Ⅱ-3沂沭泗地区盐渍化脆弱生态亚区
Ⅱ-3-1丰沛砀萧黄泛平原盐渍化沙漠化中度脆弱生态地区
Ⅱ-3-2皇藏峪铜山丘陵岗地水土流失轻中度脆弱生态地区
Ⅱ-3-3宿淮中部黄泛平原盐渍化中度脆弱生态地区
Ⅱ-3-4[KG(*25]骆马湖平原盐渍化轻中度脆弱生态地区
Ⅱ-3-5[JP3]东赣低山丘岗水土流失轻度脆弱生态地区
Ⅱ-3-6沂沭平原盐渍化中度脆弱生态地区
Ⅱ-4淮北平原水环境污染脆弱生态亚区
Ⅱ-4-1颍洪河间平原水环境污染地表沉降脆弱生态地区
Ⅱ-4-2涡淝河间平原水环境污染脆弱生态地区
Ⅱ-4-3[KG(*25]淮北平原东部盐渍化中度脆弱生态地区
Ⅱ-5淮河中下游湿地与农业生态亚区
Ⅱ-5-1淮河中游行蓄洪区脆弱生态地区
Ⅱ-5-2淮蚌煤炭开采塌陷盐渍化脆弱生态地区
Ⅱ-5-3洪泽湖湿地脆弱生态地区
Ⅱ-5-4天长平原盐渍化中度脆弱生态地区
Ⅱ-5-5高邮湖湿地脆弱生态地区
Ⅱ-6里运河以东农业生态亚区
Ⅱ-6-1苏北灌溉总渠农业生态地区
Ⅱ-6-2里下河平原涝渍脆弱农业生态地区
Ⅱ-7海岸带盐渍化脆弱生态亚区
Ⅱ-7-1滨海平原盐渍化极度脆弱生态地区
Ⅱ-7-2云台山盐渍化水土流失轻度脆弱生态地区
Ⅱ-7-3沿海沼泽湿地极度脆弱生态地区
Ⅲ山东丘陵水土流失脆弱生态区
Ⅲ-1鲁中山地水土流失脆弱生态亚区
Ⅲ-1-1宁兖邹滕沙漠化中高度脆弱生态地区
Ⅲ-1-2[KG(*25]蒙山西部水土流失中高度脆弱生态地区
Ⅲ-1-3沂蒙山地丘陵水土流失中高度脆弱生态地区
Ⅲ-1-4临苍郯莒农业生态地区
Ⅲ-2山东半岛水土流失脆弱生态亚区
Ⅲ-2-1沭东丘陵水土流失轻度脆弱生态地区
4.3 主要脆弱区生态环境
沿海盐渍化脆弱区:受海洋潮汐和成土过程的影响,沿海滩涂及毗邻平原土壤盐渍化严重。沿海湿地生物多样性丰富,由于围垦和湿地开发,致使沿海滩涂、湿地面积日益减少,生物多样性受到破坏。
沂蒙山区水土流失脆弱区:天然植被破坏殆尽,是淮河流域水土流失最严重的地区。农业植被面积最大,分布于平地和低丘;灌丛分布在低山丘陵,水土流失问题突出;阔叶林、针叶林面积不大,分布在人类活动影响较小的海拔较高的区域。
淮北平原水环境污染脆弱区:光热水等条件良好,适于农业的综合发展,是我国重要的粮食产区。目前水环境污染严重、水旱灾害频繁,地下水超采突出,形成了以城市为中心的地下水降落漏斗,并导致地面沉降的发生。
桐柏山―大别山水土流失酸雨脆弱区:自然植被保存较好,降水量丰富,水土流失相对严重,崩塌、滑坡和泥石流等也有发生。由于质地构造、植被组成及降水量大等因素,生态系统对酸雨敏感性高,是淮河流域酸雨最敏感的地区。
5 结 语
淮河流域是我国重要的粮食产区和煤炭基地,在农业生产和能源开发方面占有举足轻重的地位。然而,多年以来对资源高强度的开发利用,也产生了多种生态环境问题,造成脆弱生态区不断扩展,生态系统趋于退化,严重影响了区域社会经济的进一步发展。这也是我国许多地方普遍面临的困境。如何遏制脆弱生态环境的继续恶化,恢复重建退化生态系统,实现经济、社会与生态环境的可持续发展,是当前必须重视的紧迫问题。
脆弱生态区是在自然和人为干扰下形成的,是一个相对的概念,敏感性强、稳定性差是其显著特点[1]。生态敏感性评价为分析脆弱生态区生态系统特征提供了方法。淮河流域的主要生态环境问题除了土壤侵蚀、盐渍化和沙漠化等以外,还有水污染、旱涝灾害、地质灾害等[21-22],由于缺少详细的资料,文中仅对土壤侵蚀等生态敏感性进行了评价,其他因素只是在脆弱区划分和脆弱单元命名时予以考虑,这在以后的研究中还需要加强。
脆弱生态区区划的目的是通过分析区域的主要生态环境问题,结合生态系统敏感性评价,划分出不同的脆弱生态区单元,为合理利用资源、制定区域发展规划、有针对性地开展脆弱区生态环境保护提供科学基础。本研究初步将淮河流域划分为3个脆弱生态区、13个脆弱生态亚区和43个脆弱生态地区,基本上反映了流域脆弱生态区的生态系统特征和空间分布格局,有助于确定脆弱区退化生态系统恢复与整治的重点和措施,同时也为其他区域开展脆弱生态区区划研究提供了参考。
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关键词:粮食安全;农业生态环境;三方博弈
中图分类号:X821;F320.3 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2012)14-3110-04
Trilateral Game and Countermeasures in Agricultural Environment Protection:
Based on the Analysis to Food Security
LIU Ying-ji
(Politics and Management School, Henan Normal University,Xinxiang 453007,Henan,China)
Abstract: Based on the present situation of agricultural ecological environmental problems, game theory was used to analyze the stakes of the central government, local government and agricultural product operators (including rural worker, enterprise) in the establishment process of ecological environment mechanism. The essence of agri-ecological environmental protection is the trilateral game and coordination process of the central government, local governments and agricultural product operators. According to the relationships of trilateral game and behavioral characteristics, some countermeasures were proposed to establish agricultural ecological environment protection mechanisms, including co-ordination, investment protection, paid usage of resources and ecological environment compensation, development of green ecological agriculture and so on.
Key words: food security; agricultural ecological environment; trilateral game
长期以来,我国的粮食生产在很大程度上是建立在以牺牲资源与环境为代价基础之上的,在粮食总产量持续增加的同时,面临着耕地日益减少和农业生态环境被破坏的问题。农业生态环境污染破坏了耕地、水资源的平衡,造成粮食减产。我国耕地面积不断减少,且耕地中、低产田的比例大,污染程度高、盐碱化速度快,这些构成了我国粮食生产的弱质化特征[1]。本研究根据农业生态环境的现状,运用博弈论方法对中央政府、地方政府和农业经营者(包括农村工业企业,下同)互动博弈关系进行分析,试图探讨农业生态环境保护机制的构建途径。
1 农业生态环境问题的成因及主体行为分析
1.1 中央政府的行为分析
中央政府是农业生态环境保护实施的决策者和监督者,主要通过财政资金投入和税收减免等措施促进地方政府积极进行农业生态环境保护,通过法规、制度来约束和规范地方政府和农业经营者的行为[2]。尽管我国改革开放以来已经出台了一系列与生态环境保护有关的法律法规,但仍然存在生态环境补偿法律保障不力、方式过于单一、缺乏有效监管等问题。目前我国的横向环境管理体制不健全,中央政府在农业生态环境保护方面还没有统一的综合管理机构和公共决策平台,使各区域各行其是和盲目开发现象严重。在对农业污染预防和治理上国家财政资金投入严重不足,加上长期以来的“重城市、轻农村”的生态环境污染治理战略使农村生态环境不断弱化。
1.2 地方政府的行为分析
地方政府作为农业生态环境保护的主要推动者和直接监管者,主要通过管制、建立激励机制和体制改革来纠正市场失灵,促进生态环境资源实现合理配置。长期以来,由于我国生态环保政策体系不健全和地方政府追求GDP政绩造成了生态环境被破坏程度日益严重。地方政府缺乏健全的农业生态环境补偿机制,自身资本投入不足,资本市场又发展滞后,限制了农业生态环境投资的增加。地方政府为了推动工业化和城镇化的快速发展,纵容变相占用耕地,使我国耕地面积持续减少,距离1.20亿hm2红线越来越近。耕地数量和质量的严重下降制约了我国粮食生产水平的提高和粮食生产安全。
[关键词]环境质量评价;必要性;内容;原则;方法
随着社会经济的快速发展,人们越来越关注周围的生态环境问题,自然而然地,环境质量评价也开始逐渐引起人们的重视。生态环境质量是从生态系统的层次上,研究系统各组分,特别是有生命组分的质量变化规律和相互关系,以及人为作用下结构和功能的变化情况,从而评价其环境质量的优劣。生态环境质量评价是利用生态系统最综合、最为本质的属性特征变化,通过对生态环境质量给以数量化表征,并划分为一定的等级给予评价,由此可见,生态环境质量及其评价的综合性很强。
1.环境质量评价的必要性
随着中国社会经济迅速发展,工业以惊人的速度增长,大量的农村人口流入城市,中国城市化进程高速发展。伴随着中国城市化进程的加快,城市建设项目日益增多,城市生态环境问题也日益增多,产生了由于中国城市化进程加快,城市人口剧增,城市生态平衡失调,人与生态环境的矛盾日趋尖锐,城市生态环境日益恶化,因此要采取各种有效措施进行积极补救,对任何拟建的建设项目进行可行性研究时, 积极引入生态环境质量评价。生态经济就是生态学与经济学结合发展起来的产物,以实现整个社会经济可持续发展,中国日益重视和发展生态经济,宏观的经济政策层面就是建立一种生态与经济相协调的政策体系;微观的生态技术层面是指在各具体行业的经济活动中节约资源,避免或减少环境污染,其核心思想就是维护生态环境平衡,在建设项目可行性研究中引入生态环境质量评价,确定一个建设项目在能实现经济效益的同时,确保生态环境与人类社会的和谐发展。
建设项目投资科学决策应综合考虑工程技术、经济和生态环境质量因素。应对建设项目可行性研究中引入生态环境质量评价应给予重视,否则将付出沉重的代价。一味地追求工业增长的经济增长模式没有建立在生态基础上,有确保那些支撑长期增长幅度的资源和环境基础受到保护和发展,最终使得经济发展因失去健全的生态基础而难以持续。我国了可持续发展观,在发展指标上,用经济、社会、文化、生活,尤其是环境、生态等多项指标来衡量发展水平,这才符合生态环境与经济的协调发展,而建设项目投资前期工作核心的可行性研究阶段,引入生态环境质量评价, 是非常有必要的。
2.环境质量评价的原则
2.1重要性原则。正确认识生态环境,分析生态环境的成因、演化及其影响因素,分解生态环境的构成因子,弄清生态环境中各组成要素变化及其因果关系,主次关系,每一项指标均应是反映该领域的主要指标,同时指标体系应能全面反映生态环境各方面的状况。正确选择评价参数和质量标准,确定适宜的权重,最终达到全面、正确地认识生态状况及其生态效应。
2.2持续利用原则。生态环境系统作为一个庞大复杂的多因素系统,它综合了社会、经济、自然环境等多方面特征,因此在进行生态环境质量评价时,应从生态、经济和政策等方面按照生态环境的持续利用原则,使单要素和综合整体的质量评价结果体现出生态与经济的协调性。
2.3贵极无价原则。对于濒临灭绝的珍稀物种、自然奇观、独特的生态系统等,认为其价值无穷,无法用数量来表示,只能用特殊符号来表示,而不能估价。
3.环境质量评价的类型及方法
3.1环境质量评价的类型。环境质量评价是指对特定时空范围内生态安全状况的定性或定量的描述,是主体对客体需要之间价值关系的反映,在进行环境质量评价时,应根据生态环境功能和评价的目应根据生态环境功能和评价的目的选择不同的标准,以此为参照系来评价该类型的生态环境质量偏离未退化的、稳定的生态环境质量的程度。生态系统健康评价生态系统健康评价是研究生态系统管理的预防性、诊断性和预兆性特征,以及生态系统健康与人类傻康之间关系的综合性科学;生态系统服务功能评价最主要的生态系统功能体现在生态服务功能和生态价值功能,这些功能是人类生存和发展的基础。生态系统服务功能评价的方法主要有指示物种评价和结构功能评价;生态环境承载力评价生态环境承载力评价是区域生态环境规划和实现区域生态环境协调发展的前提。
3.2环境质量评价的方法。生态环境质量评价是对生态环境优劣的定量描述和评定,其目的是准确反映生态环境质量和污染状况,找出当前的主要环境问题,为有针对性地采取措施,制订生态环境规划和有关管理防治对策提供科学依据。对于环境质量目前常采用的方法有:评分迭加法、综合指标法、聚类分析法、自然度方法、景观生态学法、生态图法、生物生产力评价法、灰色系统评价法及多级关联评价法等。不管采用什么方法,其可靠性最终取决于对生态环境的全面认识和理解程度,获取可靠的基础数据,把握生态环境特点、本质和各要素之间的内在联系是评价成功的关键。要建立一个完善的、科学的反映生态环境质量状况的数学模式,是一个十分复杂的问题,为了不断提高环境质量评价的水平,应努力加强数学与环境科学的交叉渗透。
4.环境质量评价的内容
4.1生态环境质量现状调查与评价。对评价区内的污染源进行调查,并对调查结果运用污染源评价的方法筛选出区域内的主要污染源和主要污染物,为生态环境质量评价和污染综合防治提供依据。全面调查生态环境,收集原有的调查结果和分析资料,根据评价任务和目的选取对生态环境质量形成、发展、变化影响重大的因素,再采用专门的评价方法得到各评价要素质量和整体生态环境质量的定性和定量评价。生态环境质量现状调查与评价是研究外环境的污染现状,它是生态环境质量评价的主要内容,也是生态环境质量评价工作的重心所在。
4.2生态环境效应分析。生态环境效应分析包括三方面的内容:各评价要素质量变化引起的环境生态效应和整体生态环境质量变化引起的生态效应,如生物的生态变异、生理功能异常、减产、不结实直至死亡、生态环境的破坏等;生态环境污染对人类健康状况的影响,如儿童的发育、健康状况,成人的发病率、死亡率及能获得安全饮用水的人口比例等;经济效益分析,以货币作为衡量生态环境质量影响大小的尺度,将生态环境质量所受的损害进行经济损失估算。
5.结语
自然生态环境中的各要素不仅以各自的特点不同程度地影响着城市的某些部分,而且结合在一起对城市施加综合影响,共同塑造着城市的景观,甚至左右着城市的生态平衡。实现生态环境的优化调控与科学管理是保护生态环境,促进社会经济与环境协调发展,建立人与环境和谐关系的重要举措。从环境生态角度看,社会生态环境与经济生态环境中的各要素,更关系到资源的有效利用和生态环境的可持续性。因此,评价城市生态环境的时候,要综合自然、社会和经济三各方面。评价生态环境的素质优劣,是以生态环境对人类和生物生存及持续发展的适宜度作为衡量标准,从系统的观点出发,应正确认识环境,分析环境,从而达到客观准确地评价生态环境质量状况的目的。
参考文献
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“高消耗、低效益、高排放”的粗放经济增长方式是造成中国资源环境瓶颈制约的根本原因。我国单位产值能耗比世界平均水平高2.4倍,是德国的4.97倍,日本的4.43倍,美国的2.1倍,印度的1.65倍;我国单位产值消耗的铜、铝、铅、锌、锡、镍等有色金属是日本的7.1倍,美国的5.7倍,印度的2.8倍;我国水资源浪费严重,农业灌溉用水利用系数为0.35,不足国外先进水平的1/2;资源、能源的高消耗,不仅造成效益低下,还带来了污染物高排放。单位GDP排放氮氧化物是日本的28倍,德国的16倍,美国的6倍;单位GDP排放二氧化硫是日本的60倍,德国的26倍,美国的6倍。2003年,中国消耗了世界钢铁总量的30%、水泥总产量的40%、煤炭总产量的31%,但GDP仅占世界的4%。单位GDP的环境成本居于世界前列,生产效率的提高并没有抵消资源投入和污染产出总量的增加。据世界银行和国内有关机构测算,上世纪90年代中期,中国的经济增长有2/3是靠透支生态环境实现的。
我国以占世界不到10%的耕地,6%的可更新水资源,3%~4%的森林资源,养活22%的世界人口,到2020年我国人口预计达到14.5~14.9亿,经济总量将达到35~36万亿,压力比现在还要大。如果延续传统发展模式,环境负荷将是2000年的3.6倍,仅二氧化硫排放量将超过环境承载能力1.6倍。我们的国土是难以承受的。中国的发展不会停止,也不能停止。如何使用有限的资源,使脆弱的生态环境承受住快速的经济发展与社会进步呢?从中国的资源环境看,发展循环经济有其必然性;从中国所处的发展阶段和构建和谐社会目标看,发展循环经济具有重大现实意义。
国内外的实践表明,当经济发展到一定阶段时,对生态环境的免费使用必然达到极限。人类要继续发展。客观上要求我们转换经济增长方式,减少对自然资源的消耗,并对被过度使用的生态环境进行补偿,循环经济就是在这样的背景下产生的。
循环经济是对传统的粗放型经济的变革和挑战。传统经济是以人类中心主义思想为特征,以人类征服自然为进步的标志,以支持当前发展和当代人经济和利益的最大化为特征,以高经济增长、高消费、最大限度的创造社会财富为目标,忽视生态环境的要求和限度,是一种不可持续的线性发展模式;而循环经济以人类与自然相互促进、协调发展为目标,在生态环境允许的范围内,实现社会、经济、生态效益的统一,是一种与生态系统类似的多层次的网状闭环结构,即资源―产品―再生资源的生态型的生产和发展模式。
循环经济是在生态环境成为经济增长制约要素,良好的生态环境成为一种公共财富阶段的新技术经济模式,是建立在人类生存条件和福利平等基础上的以全体社会成员生活福利的最大化为目标的新的经济形态。
循环经济的技术经济特征之一是提高资源利用效率,减少生产过程的资源、能源消耗。
循环经济的技术经济特征之二是延长和拓宽生产技术链,将污染尽可能地在生产企业内进行处理,减少生产过程的污染排放。
循环经济的技术经济特征之三是对生产和生活用过的废旧产品进行全面回收,最大限度地减少废弃物的排放。
循环经济的技术经济特征之四是对生产企业无法处理的废弃物的集中回放、处理、处置,扩大环保产业的资源再生产业的规模。
从实践来看,循环经济通常可在3个层面展开:
企业层面:企业推行清洁生产,选择清洁生产工艺,建立生产全过程的环境管理系统,减少产品和服务中物料和能源的消耗量,实现最终排放废物减量化、资源化、无害化。建立生产者责任延伸制度,促进产品生态设计。
区域层面:区域内企业或行业间建立生态产业群落,上游企业的副产品或废弃物作下游企业的原料,形成企业间的工业代谢和共生关系,在生态工业、生态农业、生态化的服务业内实现废弃物资源化。
-1.003 3(Ⅴ)上升为0.557 5(Ⅱ),即由安全级降为风险级。根据此评价结果,提出了协调武汉市城市土地利用与生态环境的对策。
关键词:土地利用;生态风险;PCA模型;K均值聚类;武汉市
中图分类号:F301.2;S181 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)15-3731-05
土地利用变化在很大程度上反映了人类活动与自然生态条件变化的综合影响。随着社会经济快速发展,城市化进程加快,人类对土地的需求越来越大,这种强烈需求使得人地关系矛盾步步升级,随之而来的土地生态问题也日益突出,如土地利用结构不合理,水土流失、土地荒漠化、土壤污染、土地生态破坏性加剧等。面对严峻的现实,人们开始意识到生态环境的重要性,并有意调控土地利用方式,改善生态环境,促使二者关系趋于协调。武汉市地处我国中部腹地,位于江汉平原东部,该区域土地类型多样,适宜性广泛,水资源优势突出,为全市的经济社会发展提供了重要的物质基础。但由于武汉市社会经济的发展、城市化建设的扩张、人口的增加和土地利用方式不当等原因,大量的土地在城市化、工业化过程中丧失,土地生态功能下降,人地矛盾突出。本研究以武汉市2003-2010年土地利用现状为对象,建立主成分分析(PCA)和K均值聚类的生态风险评价模型,对武汉市土地利用生态风险进行评价,旨在把握武汉市土地利用与生态环境协调发展程度的变化规律,以期能充分认识武汉市土地资源利用和两型社会建设所面临的问题,为城市区域社会经济和生态环境建设发展战略的制定提供参考依据。
1 武汉市土地利用变化情况
1.1 土地利用数量变化
武汉市地貌类型多样,山地、丘陵、岗地和平原兼备,全市土地总面积849 400 hm2,占全省土地总面积的4.57%。表1选取了武汉市2003年和2010年两个时段土地资源利用状况,统计出了各地类的面积及其变化情况。
由表1可以看出,8年间武汉市农用地和未利用地总量减少,城市建设用地迅速增加。在农用地类型中,耕地、牧草地显著流失,其中牧草地减少最快,8年共减少6 604.97 hm2,减幅为95.93%;耕地面积由2003年所占总土地面积的44.16%减少到2010年的39.57%。林地、园地面积增加最多,8年共增加了22 767.71 hm2,两者增幅共计38.79%。在建设用地类型中,交通水利用地面积增速快于居民点及工矿用地的速度,增幅比例达33.77%。在未利用地类型中,未利用土地和其他土地共减少了6 111.91 hm2。值得注意的是,大部分未利用地是难以开发的山丘区荒草地和裸岩地,可垦地较少,耕地后备资源相对贫乏。
1.2 土地利用结构变化
由于土地利用类型分类较多,影响程度判断难度较大,因此引入土地利用结构生态风险指数[1-3],计算各种类型土地面积比重,来衡量8年间武汉市各类型土地生态风险变化情况:
借鉴已有的研究方法[3,4],结合区域经济快速发展特点,本研究利用层次分析法确定了不同土地利用类型的生态风险参数(耕地0.311 5;园地0.109 6;林地0.158 7;牧草地0.035 5;其他农用地0.034;居民点及工矿用地0.018 1;交通运输用地0.225 9;水利设施用地0.055 2;未利用地0.051 5)与生态风险指数。
结合公式(1)与武汉市土地利用类型面积变化数据,计算得出武汉市土地利用结构风险指数(表2)。由表2可知,武汉市9种土地利用类型中,耕地生态风险指数的平均值最大为0.126 8;其次是林地,为0.015 8;牧草地生态风险指数最小,为0.000 1。这说明耕地变化对生态环境和社会经济发展潜在影响最大,其次是林地,牧草地潜在生态影响最小。8年间,不同土地类型平均生态风险指数大小顺序为耕地>林地>未利用地>其他农用地>交通运输用地>居民点及工矿用地>园地>水利设施用地>牧草地。
由图1可以看出,8年间武汉市土地利用结构生态风险指数的变化趋势大致可分为2个阶段:2003-2005年生态风险指数急剧下降,2006-2010年生态风险指下降趋势变缓且趋稳,这与武汉市土地利用结构变化的趋势一致。2003-2005年虽然园地、林地面积以每年1%的速度递增,但牧草地面积急剧缩减,从2003年的6 884.97 hm2减少到2005年的4 248 hm2,加之耕地数量进一步减少,导致了这3年土地生态风险的加大。
2 武汉市土地利用生态风险评价
2.1 指标体系建立
土地利用生态风险是指不合理的开发利用土地导致某些自然异常因素、生态环境恶化,给人类社会带来损失的可能。土地利用生态风险评价是从城市土地利用的角度描述和评估城市的环境污染、人为活动或自然灾害对生态系统及其组成成分产生不利作用的可能性和大小的过程[5]。由于土地生态系统是一个复杂系统,涉及的风险源、暴露体和终点比较多[4],因此需要构建一套完整的评价指标体系。本研究在综合考虑生态风险指标的可得性与可操作性基础上,对指标进行筛选,保留重要指标,从自然、社会经济环境状况出发,根据武汉市实际情况最终形成了以下评价指标体系(表3)。
由于不同变量之间具有不同的单位和不同的变异程度,这会导致数据在分析过程中因单位不统一而造成结果的差异。因此,在进行主成分分析前,首先进行数据的标准化,也称为无量纲化,即将异度量的各指标值分别转化为无量纲的相对指标值。本研究采用统计学软件SPSS 20.0中的Z-score法对数据进行标准化变换[6](表3)。
2.2 建立主成分分析法与K均值聚类的武汉市土地生态风险评价模型
主成分分析法(PCA)是去掉重复信息、简化数据结构的一种多元统计方法[5]。利用PCA可以把多个相关的指标变换成少数几个互相无关的综合变量(主成分),通过选择适当的主成分价值函数模型,可以把多维系统降成一维系统。K均值聚类是最常用的聚类算法之一,它通过寻找一组聚类中心把对象集合划分成一组聚类[6]。通过SPSS软件,利用主成分分析方法,最终确定m个特征值,m即为因子变量个数,其数值确定见SPSS输出结果(表4)。
由表4的第1列至第4列可以看出因子分析的初始解对原有变量总体的刻画情况,第1列为23个初始解的序号,第2列为因子变量的特征值,它是衡量因子变量重要程度的指标[5],第4列则是各因子变量的累积方差贡献率。由主成分分析得出有5个特征值大于1[7],分别是12.429、4.955、1.807、1.469和1.361。这5个成分累计方差贡献率达到95.74%,当提取前5个公因子时,特征值变化明显,当提取第5个之后的公因子时,特征值变化很小,基本趋于平缓。说明前5个因子基本反映了原指标变量的绝大部分信息,即m=5符合分析要求。
2.3 因子得分函数
计算因子得分的方法有回归法、Bartlette法、Anderson-Rubin法等[8]。根据上述计算公式,将因子变量表示为原有变量的线性组合,并代入样本数据,计算出相应的因子得分。
2.4 风险等级划分
在上述因子分析的基础上,应用5个因子的方差贡献率作为各自权重,计算土地利用生态风险度。公式如下:
按此公式,得到武汉市8年来土地利用生态风险度。为了对所研究时段的土地利用生态风险特征进行分析,参照谭三清等[5]和宋志鲲等[8]关于生态风险等级划分标准相关研究,结合K均值聚类的方法对土地利用的生态风险进行了等级划分。其计算结果是:恶劣级(T>1.2)、风险级(0.17
结合城市土地利用不同级别风险的特点[5,9,10],将每种等级的土地利用系统特征表述为表7。
3 结果分析
根据各年度计算的城市土地风险值,结合每个等级的城市土地利用分析的土地系统特征,评定了武汉市2003-2010年的土地利用风险状况(表8)。从表8中可以发现,在所考察时段,武汉市土地利用的生态风险总体上趋于恶化。2003-2004年武汉市土地生态风险处于安全级别,但此后6年生态风险值呈逐年扩大趋势,说明土地利用的生态状况受到了破坏,生态环境问题较为严重。
通过分析8年间武汉市土地利用生态风险等级,结合每个等级的土地利用特征,可将生态风险状态划分为3个时间段。
1)2003-2004年,生态风险指数缓慢增长阶段,但土地生态风险总体处于安全级别,说明此阶段武汉市土地生态环境良好,系统服务功能基本完善,受干扰后可自行恢复。
2)2005-2006年,生态风险指数进一步上升,风险等级由安全级逐步降为良好级、敏感级,这一变化反映了当地政府对土地利用的投入强度逐步增强,导致生态环境受到了一定程度的破坏。
3)2007-2010年,武汉市土地利用生态风险等级进一步恶化,尽管2010年武汉市土地生态风险指数较上一年有所减少,但仍处于风险级,这一数据的测算与实际情况相符。其原因在于2005年以后武汉市开始了大规模的市政建设,建设步伐加快使得城市周边土地不断被蚕食,农用地持续减少,闲置土地增多,土壤遭受城市建设破坏和城市垃圾等污染而退化,土地生态环境质量下降,系统服务功能受到破坏并且退化。
4 结语
本研究引入土地利用生态风险指数,测算武汉市各地类结构年际变化情况,建立PCA和K均值聚类的土地生态风险模型,利用土地生态风险度来评价武汉市土地利用的相对生态风险,有一定的全面性。因为土地利用类型的改变势必会引起区域生态功能的变化,故通过研究不同土地利用类型间的迁移变化特征来识别区域生态环境的变化趋势及其内在因素是可行的、有效的。
通过对武汉市土地利用的生态风险评价,可为区域生态环境管理提供数量化的决策依据和理论支持。根据土地利用生态风险年际间的高低程度,应在高生态风险时段进行生态建设与环境保护,以提高该城市区域的土地生产功能和环境功能,但是也不能忽视中、低生态风险时段的生态建设,才能实现武汉市的生态环境、社会经济建设协调发展。
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