生態環境安全空間分異研究范文

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生態環境是人類生存和發展的基礎．安全的生態環境被描述為潔凈的空氣、干凈的水源、豐饒的土地、富足的自然資源、合理的生態結構以及可持續的生命平衡系統．生態安全是人類在地球上持續生存和發展的前提條件，是人類社會發展的自然基礎．然而，不合理開發和規劃使許多地區相繼出現了嚴重的生態安全問題，具體表現為水、空氣、土壤和生物的污染、植被減少、土壤退化、水土流失、資源短缺等現象．環境污染和生態破壞現象的出現，反映著地球生命系統可持續平衡能力的下降．社會和經濟發展所需要的生態環境安全削弱成為威脅人類利益和生存安全的重大問題．因此，生態安全評價體系的建立和完善逐漸成為專家學者關注的焦點和熱點．1992年，在里約熱內盧召開的聯合國“世界環境與發展大會”上正式地提出了環境安全與可持續發展的概念，倡導保護生態環境安全為全人類的共同行動．從此生態環境安全問題成為全世界矚目的焦點問題，受到全球氣候變暖、臭氧層空洞、生物多樣性的銳減等大背景影響，與局部環境污染、生態破壞相關，成為制約人類社會可持續發展的重要因素．現今，人類賴以生存的生態環境系統出現了前所未有的安全危機，人類正面臨著嚴重的環境安全、生物安全和生態系統安全的破壞的嚴峻考驗，這種問題切身關系到人類的生存與發展，威脅著人類社會進步的可持續性．

對此，我們必須持有清醒的認識，提出科學有效的處理方案．近年來，國內外相關學者從多角度探討生態環境安全問題，研究對象多是針對森林、草原和湖泊等生態敏感區域，早先學者研究的主題是關注環境變化和劇烈沖突項目，生態環境安全的重要性及地位逐步達成一致，雖然建立在不同領域的生態安全評價標準和評價模型眾多，但不同學科間仍然存在著較大差異．目前，國內外學者已經探討出多種類型生態評價模型的框架，如PSR模型（Pressure－State－Response，壓力－狀態－響應），DSR模型（Drivingforce－State－Response，驅動力－狀態－響應），DP－SIR模型（Drivingforce－Pressure－State－Impact－Response，驅動力－壓力－狀態－影響－響應），等等，這些模型都在不同地區的研究中得到應用．地理信息系統（GIS）技術的發展和應用，為生態安全領域的相關研究提供了新的研究手段，本文采用地理信息系統空間分析方法對科左中旗的生態安全做初步評價，分級研究該地域生態系統危險性，力求優化區域生態系統狀態，為保持生態系統服務功能和區域環境可持續性發展提供科學的參考依據．

1研究區域和方法

1．1研究區域科左中旗位于通遼市內，地理坐標為東經121°08′～123°32′，北緯43°32′～44°32′，東西長191km，南北寬116km，土地總面積9811km2，是松遼平原向內蒙古高原的過渡地帶．科左中旗北交科爾沁右翼中旗和通榆縣；西北連扎魯特旗；南鄰通遼市區和科爾沁左翼后旗；東、東南方向毗鄰吉林省長嶺縣、雙遼縣；西南方向接壤開魯縣．全旗轄11個鎮，4個蘇木，512個行政村．旗境域屬平原地貌．在沖積、風積因素下，具有波狀起伏、草甸、沙坨、湖沼漫布的特點．地勢由西北向東南傾斜．全旗屬溫帶大陸性季風氣候，氣候特點為四季分明，冬季干冷，春秋季多風沙，夏季雨熱同期．境內有西遼河及其支流新開河、烏力吉木仁河、清河等4條河流，均為遼河水系．其中，西遼河、新開河、烏力吉木仁河3條主要徑流河在旗境內匯合后經門達鎮白市村流入吉林省雙遼市境內．其中，新開河縱貫全旗，沿岸地勢開闊，微具起伏，沙地分布廣泛，風蝕嚴重，由于河流切割，風化作用形成沙丘、沙壟、坨沼、漫灘，丘間低濕洼地呈條壟狀鑲嵌排列分布，局部起伏較大，東部地勢低平鹽漬化洼地較多，耕地沙化、堿化、草場退化十分普遍．全旗地表水環境質量為國家地表水環境質量中的3類水質標準，水源水質中氨氮含量超標．由于自1998年以來連續干旱，地處科左中旗境內的西遼河流域及其支流全部斷流，水質狀況尚不清楚．

1．2研究方法OECD（OrganizationforEconomicCo－operationandDevelopment）在1990年按照七國首腦會議的建議和要求啟動并實施了環境指標項目，首次正式提出了PSR模型．在此之后，我國學者對該模型添加了一些因地制宜的補充［8－9］．PSR模型的廣泛認可和使用多因為其同時探討人類活動和自然環境相互作用的綜合性、靈活性以及強調經濟運作和環境之間的因果關系．因此，在綜合收集科左中旗的經濟和環境數據資料基礎上，采用層次分析法，構建了基于PSR的科左中旗多層次生態安全評價指標體系，如圖1所示．

2技術路線

研究內容（如圖2所示）主要包括以下3方面：（1）建立科左中旗生態安全評價指標體系．根據收集整理到的科左中旗地區的基礎地理數據，運用層次分析法和“壓力－狀態－響應”模型，綜合系統地建立適用于科左中旗地區的生態安全評價指標體系，定量化表征科左中旗地區的生態安全狀況，并對指標權重進行賦值．（2）評價科左中旗生態安全狀況．對科左中旗進行基于GIS的空間分析，創建科左中旗屬性數據庫，利用綜合指數法對科左中旗生態安全狀況進行評價，得出該區域生態安全空間分異程度．（3）提出自然保護區生態安全發展措施．根據分析結果，分析科左中旗分異特征和形成機制，為科左中旗的可持續發展提供相應對策．

2．1指標量化目前，評價人居環境安全狀況的指標主要有2種類型：即數值越大代表體系越優化的指標類型和數據越小代表體系越優化的指標類型．為了實現科學適用的評價，在標準化處理原始數據時，要把所有的指標轉換為意義統一的數值，因此，具體參評因子的標準化量化公式為：公式中，Xi為實測得到的值，Xj為標準化處理后的數值，Xmax為最大值，Xmin為最小值．標準化處理后的指標數值仍然要參照相關研究成果比對來進行適當的修正和調整．

2．2數據的來源、處理與分析以通遼市科左中旗的行政區劃圖、社會經濟統計數據為基礎，參考科左中旗自然環境資源數據以及相關市政數據等資料．原始數據主要來自2011年科左中旗統計年鑒、科左中旗政府網以及通遼市文化局、土地局和住建局提供的其他文件．基礎的圖形數據經過ArcGis矢量化處理，并進行坐標系統一；社會經濟數據作為空間數據的屬性信息錄入．生態安全環境安全指標按照選取的模型，運用GIS技術實現指標的空間分析功能．

2．3數據庫的建立利用最新的科左中旗地域行政區劃圖，該圖應帶有經緯度坐標、鄉村界、地形等，并為每個專題的地圖信息創建基礎“圖層”，按統一坐標系統進行配準，然后錄入同比例尺的主體空間屬性，輸入相對應的屬性標志，提取并分層編輯有效信息，將其合并為工作空間．采用電子表格的形式錄入屬性數據，以索引碼實現表格與圖形數據的連接．

2．4生態安全指數計算

2．4．1指標權重生態安全評價體系的主體部分為多級賦權環節，結合模糊AHP法來優化AHP法的判斷矩陣尺度，避免多個指標同時賦權狀況的出現，從而使具體的生態環境問題得到更科學、準確地擬合，使評價體系的準確性、適宜性得到顯著提高．具體方案為：初始階段用層次分析法將任一層次上的各個因子做兩兩比較生成比較判斷矩陣，然后經過專家權衡判斷各個指標之間的相對重要程度，最后用求和法計算出各個因子相應的權重，具體的標度法為ThomasL．Saaty的1～9標度法．

2．4．2單元網格生態安全指數在ArcGIS下創建網格要根據研究范圍大小來確定網格的大小，根據科左中旗的區域特點創建3km×3km的標準網格生成單元格．科左中旗生態環境安全數據庫中的各個指標以相互獨立的方式存在，單元賦值程序能夠實現將屬性數據賦值給矢量網格系統的功能．在已知PSR體系中各指標層權重值的前提下，采用模糊綜合比較法分別計算每個單元的生態環境安全指數，并通過標準化處理后生成生態環境安全值．

2．4．3生態安全綜合指數依據每個單元格各項生態安全指標值，重復利用模糊綜合比較法和加權平均法求出生態安全綜合指數（如表2所示），并進行歸一化處理得到D錄入屬性表．

3生態安全等級的判別

3．1科左中旗安全等級的判別科左中旗生態安全綜合指數值計算方法為極差標準化方法，再將所得到的生態安全綜合指數值劃分為等級值．利用響應、狀態、壓力指標指數，對科左中旗的安全狀態進行科學系統的評價，其結果分別如圖3～圖6所示．根據P－S－R框架各因子綜合指數將科左中旗生態環境安全分成5個類型區：0≤D≤0．40的評價單元被認為是生態不安全區；0．40＜D≤0．50的評價單元認為是生態較不安全區；0．50＜D≤0．55的評價單元認為是生態安全過渡區；0．55＜D≤0．60的評價單元認為是生態較安全區；D＞0．60的評價單元認為是生態安全區．在ARCGIS下創建生態安全空間差異分布圖，如圖6．

3．2科左中旗生態環境空間安全差異與分析生態環境安全區主要沿境域內東蘇林場及東部的巴彥塔拉農場延展分布，該區域內的自然植被得到了相對較好的保護，公眾參與性好，建筑密度相對較低，交通和公共服務設施相對完善，但是該地域在響應指標下的分析結果則突出了該地區需加強的重點，如圖3所示，該地域應在政府投入和教育支出等主觀反應方面加大重視和強化；生態環境較安全區域是中部的花胡碩蘇木、白興吐蘇木和花吐古拉鎮等地域，該地區優勢在于交通和公共服務設施完善，自然環境較好，但人口稠密，削弱了生態安全狀態．在交通和公共服務設施較欠缺的中部和東部生態區，公眾參與較好；其中，花吐古拉鎮的壓力指標指數相對較低，白興吐蘇木的響應指標則是該地區進行生態安全重構的著力點和強化地區；生態環境安全過渡區是交通和公共服務設施較欠缺，人口較稠密，公眾參與較少的地區，其典型區域為西部珠日河牧場和東部圖不信蘇木等地區；生態環境安全較不安全區主要的特點為人口較稠密、交通和公共服務設施較欠缺、工礦企業較多且公眾參與差，其主要分布在中西部腰林毛都鎮和東部努日木鎮和門達鎮附近，其中腰林毛都鎮地域的狀態指標最低，應加以調整；生態環境不安全區主要是保康鎮和寶龍山鎮，這些地區人口相對稠密，交通條件較差，工業企業比重大，污染排放嚴重．但是值得重視的是，在該地域響應指標較高，表明該地域在生態安全措施方面較為完善，而壓力指標很低，表示該區域人類生產活動、消費模式對本區域生態環境影響最為強烈，同時，也表明科左中旗最發達的地區片面追求經濟發展而忽視生態環境安全．

4結語

4．1分析根據PSR模型構建生態安全評價體系，通過計算和分析得到科左中旗生態安全狀況，以空間分析得到科左中旗生態環境安全的空間分布差異特征．各級分區占研究區的比例為：生態安全區10．89％，生態較安全區11．76％，生態安全過渡區44．68％，生態較不安全區10．52％，生態不安全區22．15％．結果表明只有很少地區為高水平生態安全狀態，大部分地區壓力處于中等水平，資源環境狀態較差的地區仍占一定比例，說明研究地閾生態安全模式呈現多元化差異，同時，該地域需加強對生態環境的重視和投入．

4．2對策根據研究結果，科左中旗總體正處于生態較不安全的狀態，應當加強當地生態安全建設和保護．針對地區實際情況，提出以下建議和策略供相關部門參考：（1）加強生態保護法律制度建設；（2）建立科學合理的生態補償機制；（3）增加投入，完善生態安全的經濟政策；（4）強化生態安全意識，建立公眾積極參與機制．

作者：李永化 范強 吳立輝 劉德華 單位：遼寧師范大學 自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室 遼寧工程技術大學 測繪與地理科學學院