流域生態環境脆弱性研究范文

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摘要:結合遼寧省大凌河流域不同區域的社會經濟與自然環境特征，選取縣級行政區作為生態環境質量評價的基本單元，在構建了評價指標體系的基礎之上，對該區域的環境脆弱性采用層次分析法進行評價，并采取主成分分析法對相同指標體系下的環境脆弱性驅動力進行分析。研究表明:大凌河流域中度及以上強度脆弱區占整個區域面積的3/4，主要集中在流域東北部區域，而在研究區域的南部和西部的山區其生態環境以輕度和微度脆弱為主;區域內降雨量、地形地貌結構、植被覆蓋率、農業發展產業結構體系、土地開墾程度、土壤物理性質等6項驅動力是影響生態環境脆弱性的主要因素。

關鍵詞:脆弱性;生態環境;質量評價;退化驅動力;大凌河流域

當前，生態環境脆弱性以及生態退化問題的研究是生態學研究的主要方向和熱點內容。通常情況下，對生態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，并從生態系統層次上對生態退化問題進行半定量或定性的分析，側重于對生態退化的自然過程分析，而經常忽略對社會經濟因素的考慮，因此不能對生態退化的本質規律進行客觀全面的探討分析。國內外生態學者針對生態退化問題分別從多個研究區域如農牧交錯區、巖溶地區、風蝕水蝕交錯帶、土石山區、礦區、沙漠綠洲過渡區等進行了大量的研究，并在研究方法和理論應用方面獲得了一定的成果。法國學者Margat和Albine于20世紀60年代最早提出了對環境脆弱性研究，此后經過國內外眾多學者的研究和發展從多個不同方面分別對環境脆弱性進行了定義。環境演變的內在特性是通過退化驅動力進行表現，而環境演變在驅動力作用下的結果是環境脆弱性的主體表現，二者具有明顯的因果關系特征。目前，在定量或定性的對環境脆弱性研究分析中，通過將退化驅動力和環境脆弱性進行綜合并以此作為生態環境質量評價的依據的相關研究相對較少［1］。在我國北方石質山區對生態退化的相關研究中，通過構建評價指標體系對環境脆弱性分析進行評價，并揭示影響環境脆弱性的驅動力的研究相對較少［2］。據此，本研究結合研究區域基本特征和相關數據資料，在詳細分析了研究流域地理信息和縣級行政區劃的基礎之上，構建了生態環境質量評價指標體系和基本評價單元，定量對大凌河流域環境脆弱性和退化驅動力進行評價，并對各評價單元的脆弱度進行了計算，探討了影響大凌河流域生態退化主要驅動力，以期為該區域制訂科學合理的生態系統保護制度提供決策依據和理論支持［3－6］。

1研究區域概況

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;屬于溫帶季風氣候，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℃。流域內總體植被覆蓋率較低，流經低山丘陵區、山間河谷平原以及林草灘地區，其中以低山丘陵區為主，占流域總面積的75%左右。該區域土質疏松物理性能較差，植被覆蓋率低，強降雨及暴雨集中，水土流失嚴重，水力侵蝕是土壤侵蝕的主要類型［7］。

2研究方法

2．1構建評價指標體系大凌河流域經濟發展迅速、城鎮化程度高、物種多樣性和生態環境復雜，屬于典型的北方環境氣候區，近幾年流域生態環境系統受人類活動和自然因素影響顯著，其生態退化速率加快。結合研究區域基本狀況和特征，參考以下基本原則對生態環境評價指標進行選取。關鍵性和綜合性因子原則:選取能夠反映區域環境特征的典型指標，可代表環境水資源緊缺、干旱、水土流失等重要特征，評價指標具有一定的區域特色［8］。可獲取性和可實現性原則:評價指標首先要客觀、科學，明確其計算方法和基本原理，對環境綜合狀況能夠充分的反映和度量，確保評價結果的科學性和真實性。可持續性原則:大凌河流域經濟發展和人類活動與環境問題密切相關，必須在確保環境與資源可持續發展的條件下進行環境質量的綜合評價，而不能忽略區域社會經濟發展和人類活動單純片面地強調生態環境的改善。先進性原則:采用地理信息處理技術和遙感技術對評價指標進行獲取，并對大尺度生態系統進行實時監測。科學合理的對評價指標進行選取，不僅可直接影響多評價結果的可靠性和真實性，而且可有效提高計算效率和速度［9］。據此，本研究結合大凌河流域生態系統主要影響因子和變化狀況，分別從社會、經濟、自然等多個角度選取了能夠客觀真實的反映區域環境脆弱狀況的評價指標。其中國家統計數據來源于遼寧省統計年鑒，地方政府數據分別來自原各市縣的統計年鑒和林業用地統計狀況表;地形結構圖分辨率為1∶10萬;TM遙感影像、降雨、徑流、環境等數據來源于相關調查數據和觀測站;土壤密度和地表枯落物等數據采用典型樣地調查法進行獲取［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境氣候的條件下，構建了大凌河流域環境質量指標評價體系，如表1所示。對各評價指標的權重系數采用目前應用較為成熟和廣泛的層次分析法進行確定。結合AHP賦權方法基本理論，邀請相關專家對遞階層次結構中各層次指標進行自上而下的重要性程度判別，并得到層次結構模型分析的判別矩陣。根據層次分析判別矩陣和專家意見構建評價指標兩兩判別矩陣，通過計算判別矩陣各行元素乘積求得各指標的權重系數，然后對各層次單排序以及總排序進行一致性檢驗，最終得到評價指標權重系數，計算結果見表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、年降雨量、干燥度指數、土壤密度、枯落物量、墾殖系數、人均養畜量、農業人口密度、農業產值比例、人均林地面積、人均純收入、人均糧食產量和適齡兒童入學率。

2．2計算環境脆弱度由于評價指標因子較多，且各指標之間單位和量綱存在一定的差異，為消除不同評價指標間的不可通透性更加客觀的對各因子的影響程度進行探討，在進行環境質量評價前需對各指標的初始數據進行標準化統一處理。各評價指標對環境質量的作用程度隨轉換后數據值的增大而增加，計算公式略。

2．3退化驅動力評價對大凌河流域環境指標原始數據采用因子分析的定量研究法進行評價，其中環境脆弱性的主要影響因子可根據各因子值對環境質量的貢獻率進行選取，并對影響脆弱度的主要驅動力進行研究和探討。

3結果與分析

3．1環境脆弱性的空間分布特征大凌河流域各評價單元的環境脆弱度綜合計算得分狀況如表2所示，環境脆弱性與得分值的大小呈正相關性，即綜合得分值越大則脆弱性越高。通過將環境脆弱度進行等級劃分可進一步分析研究區域各市縣的環境脆弱程度，然而當前還未形成普遍適用的統一標準和評價依據［11］。據此，本研究結合相關研究成果和大凌河流域環境脆弱性特征以及自然地理結構，將環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)、強度(0．50～0．55)、極強度(≥0．55)5個等級。由上表計算結果可知，大凌河流域環境脆弱度處于極強度和強度脆弱的區域為北票市、建昌縣，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，大凌河流域生態環境狀況面臨嚴峻挑戰，其中輕度脆弱及以上程度的區域占整個研究區域的3/4。結合研究區環境脆弱程度和地形地貌特征可將環境脆弱類型劃分為開發建設生態退化和過度開墾生態退化兩種形式。開發建設生態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域、城鎮化及建筑交通設施的建設等區域;而過度開墾退化主要是在平原區因人口密度大人均耕地面積小，農作物產量低的區域為了解決問題追求農作物產量，農民毀林毀草、亂墾亂種，陡坡開荒等，因此造成土地植被覆蓋率低，土地退化嚴重并最終導致生態環境的質量下降。

3．2退化驅動力分析采用主成分分析法對單因子指標與初始指標變量之間的關聯程度進行分析，計算結果如表3所示。單因子指標與初始指標變量的相關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，各因子的實際意義可通過因子荷載進行識別和表征。由上表計算結果可知，大凌河流域環境脆弱性的主要驅動力表現為以下幾個方面:純收入、農業人口密度、人均林地面積以及土壤侵蝕率指標表現出極高的相關性，上述幾個指標是反映研究區域土壤侵蝕狀況和墾殖利用現狀的重要指標，其特征值和對生態環境質量的貢獻率分別為3．518、22．672%。研究表明，該區域受毀林毀草、荒地開墾等現象影響，大量的林草地被農田替代并引起了土地退化和植被破壞。據此，該區域水土流失和生態退化的第一驅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性，其特征值和貢獻率分別為2．725和17．248%。地表層的主要有機組成成分是枯落物層，它是改善土壤理化性質和結構、增強土壤有機質的重要部分，可有效提高土壤的抗侵蝕能力。據此，生態退化的第二驅動力可選取地表枯落物和土壤密度;其他各等級驅動力依次為干燥指數與年降雨量、人均糧食產量和養畜量占農業產值的比重、物種多樣性和坡度以及植被覆蓋率、適齡兒童入學率。

4結論

大凌河流域生態環境狀況面臨嚴峻挑戰，其中輕度脆弱及以上程度的區域占整個研究區域的3/4。開發建設生態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域、城鎮化及建筑交通設施的建設等區域;而過度開墾退化主要是在平原區因人口密度大人均耕地面積小，農作物產量低的區域為了解決問題追求農作物產量，農民毀林毀草、亂墾亂種，陡坡開荒等，因此造成土地植被覆蓋率低，土地退化嚴重并最終導致生態環境的質量下降。大凌河流域土地的過度開墾是引起水土流失和生態退化的第一驅動力，而地表枯落物和土壤密度可作為第二驅動力;各主成分的相關性較高，可較好的反映研究區域的基本狀況。

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作者：楊強強 單位：遼寧禹盛生態環境工程技術服務有限公司