基于水土流失的江西省生態(tài)安全評價

汪邦穩(wěn),湯崇軍,楊潔?,喻榮崗,宋月君

(1.江西省水土保持科學研究所,330029,南昌;2.北京師范大學地理學與遙感科學學院,100875,北京)

基于水土流失的江西省生態(tài)安全評價

汪邦穩(wěn)1,2,湯崇軍1,楊潔1?,喻榮崗1,宋月君1

(1.江西省水土保持科學研究所,330029,南昌;2.北京師范大學地理學與遙感科學學院,100875,北京)

為定量研究水土流失對區(qū)域生態(tài)安全的影響,以江西省為研究對象,基于水土流失狀況,構建江西省生態(tài)安全評價指標體系,利用壓力 -狀態(tài)-響應模型對江西省生態(tài)安全進行評價。結果表明:1)從 1996到 2000年,江西省生態(tài)安全水平好轉,但全省整體生態(tài)安全水平只有Ⅱ級,生態(tài)安全壓力仍然很大;2)江西省生態(tài)安全水平區(qū)域差異明顯,主要表現(xiàn)在空間分布格局和絕對數(shù)值差異上;3)江西省水土流失與生態(tài)安全關系密切,隨著整體生態(tài)安全水平的提高,水土流失對生態(tài)安全影響越來越大。

水土流失;生態(tài)安全評價;壓力-狀態(tài)-響應模型;江西省

由于生態(tài)環(huán)境的變化,生態(tài)安全越來越受到各國政府和學者的關注。生態(tài)安全是指一個國家或地區(qū)生存和發(fā)展的生態(tài)環(huán)境處于不受或少受破壞與威脅的狀態(tài),與經(jīng)濟安全、軍事安全同樣都是國家安全的重要組成部分,在一定程度上制約著經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展[1]。

水土流失是中國頭號環(huán)境問題,嚴重影響著我國的生態(tài)安全[2]。為此,2005年,水利部、中國科學院和中國工程院聯(lián)合開展“中國水土流失與生態(tài)安全綜合科學考察”,對不同區(qū)域的水土流失及生態(tài)安全問題進行了原因分析,提出了需要近一步研究解決的重大問題[3-4]。當前,國內外許多學者[5-8]已從不同角度對生態(tài)安全開展了研究,可是基于水土流失的生態(tài)安全定量評價還彰顯不足。近來,有的學者就水土流失對生態(tài)安全的影響和水土保持對生態(tài)安全的保障作用提出了不同見解[2],但是,定量地評價水土流失對生態(tài)安全的影響還有待進一步研究。

江西省是水土流失嚴重的省份之一,生態(tài)安全比較脆弱[9-10]?；谒亮魇?筆者采用壓力(pressure)-狀態(tài)(state)-響應(response)模型對江西省生態(tài)安全進行定量評價,為江西省水土流失治理規(guī)劃和生態(tài)安全保護提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

江西省位于中國的東南部,在長江中下游的南岸,E113°34′36″～ 118°28′58″,N24°29′14″～ 30°04′41″。全省總面積 16.69萬 km2,地貌類型以山地和丘陵為主,擁有少量的巖溶、丹霞等特殊地貌。土壤類型以紅壤為主,分布面積約占全省總面積64.48%,其次為黃壤、紫色土等。全省森林覆蓋率達 60%,多屬次生林,針葉林面積比例大,杉木(Cunninghamia lanceolata)、馬 尾 松 (Pinus massoniana Lamb)是全省主要樹種,油茶(Camellia oleifera)、油桐 (Vernicia fordii(Hemsl.)Airy-Shaw)、臍橙(Eriobotrya japonica)均為江西省經(jīng)濟果木林主要樹種。全省氣候類型為亞熱帶季風氣候,年均降水量在 1 750～2 100mm之間,由于時空分配不均,所以,江西省是全國氣象災害最嚴重的省份之一,加之歷史和人為活動的原因,江西省水土流失比較嚴重。

2 研究方法

2.1 評價方法及指標體系的確定

壓力 -狀態(tài) -響應模型[11]由經(jīng)濟合作和開發(fā)組織(OECD)與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)在 20世紀 80年代末共同提出的,在該模型構架下,環(huán)境問題可以表達為 3個不同但又有相互聯(lián)系的指標類型,即壓力指標反映人類活動給環(huán)境造成的負荷,狀態(tài)指標表征環(huán)境質量、自然資源與生態(tài)系統(tǒng)的狀況,響應指標表征人類面臨環(huán)境問題所采取的對策與措施。該模型從人類與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用與影響出發(fā),對環(huán)境指標進行組織分類,具有較強的系統(tǒng)性,所以選擇該模型作為本研究的評價方法。遵循科學性、代表性、可操作性的原則,充分考慮系統(tǒng)的動態(tài)變化和水土流失影響因素,借鑒國內外的指標,結合江西省實際情況和水土流失特點,構建江西省基于水土流失的壓力 -狀態(tài) -響應模式下的生態(tài)安全評價指標體系,共篩選指標 17項。本指標體系的選擇,是在參考大量國內外相關研究的基礎上,采用頻度統(tǒng)計法和專家咨詢法,結合研究區(qū)實際情況共同確定的,能較好地滿足指標選擇的完備性和針對性原則。

2.2 指標體系數(shù)據(jù)的來源

指標體系數(shù)據(jù)主要來源于江西省 1996和 2000年統(tǒng)計年鑒、水土流失遙感調查資料以及部分統(tǒng)計公報資料(表 1)。

2.3 指標體系權重確定方法

2.3.1 評價樣本矩陣的構建及矩陣元素的標準化

定義 X為區(qū)域生態(tài)安全狀況對應于 m個評價指標與 n個區(qū)域的樣本矩陣,即

式中xij為第 i個區(qū)域在第 j個指標上的統(tǒng)計值,指標確定后,由于量綱不統(tǒng)一,直接用他們進行評價比較困難,因此,必須對參評因子進行標準化處理。采用極差標準化方法,假設樣本矩陣 X標準化后記為 Y,那么

對效益型指標,令

對成本型指標,令

式中 xjmax、xjmin分別為第 j個指標下各評價樣本屬性值的最大值和最小值。

經(jīng)標準化處理后,樣本矩陣[xij]轉化為矩陣[yij],yij∈ [0,1]。

2.3.2 指標權重的確定 熵權法[12]是根據(jù)各評價對象的指標值來確定各指標的權重,反映指標間的相互比較關系,該方法受人為的主觀影響較小,因此,采用熵權法來確定指標的權重。

用熵權法確定各指標權重的步驟如下。

第 1步,定義 fij為矩陣 X第 j項指標下第 i個區(qū)域被評對象的指標值的比例,則

表 1 江西省生態(tài)安全指標數(shù)據(jù)來源Tab.1 Data source of l ecological security index in Jiangxi Province

第 2步,定義第 j項指標的熵為 Hj,有

式中 k為 1/ln n,當 fij=0時 ,fijln fij=0。

第 3步,計算各指標的權重

式中 wj為第 j項指標的權重。

2.3.3 生態(tài)安全指數(shù)評價方法 生態(tài)安全指數(shù)(IES)是衡量生態(tài)安全程度的指標,它的值介于 0～1之間,根據(jù)生態(tài)安全指數(shù)評估數(shù)據(jù),可以判斷區(qū)域的生態(tài)安全狀況[13]。

1)各子系統(tǒng)生態(tài)安全指數(shù)計算方法如下式:

式中 IESi為 i子系統(tǒng)的生態(tài)安全度指數(shù)。

2)總系統(tǒng)的生態(tài)安全度計算模型,即

式中:IES為總系統(tǒng)的生態(tài)安全度指數(shù);wi為 i子系統(tǒng)的權重。

3 結果與分析

3.1 江西省生態(tài)安全指數(shù)評價結果

通過對矩陣元素的標準化處理和權重計算,得出各指標的權重,見表 2。

采用生態(tài)安全指數(shù)評價方法,得出江西省1996—2000年生態(tài)安全水平的系統(tǒng)層指數(shù)和生態(tài)安全指數(shù)(表 3)。

3.2 江西省生態(tài)安全總體變化趨勢

為評價全省以及各地市的生態(tài)安全狀況,將生態(tài)安全水平分為 5個等級[14](表 4)。

結合表 3,從數(shù)量上分析,江西省生態(tài)安全指數(shù)從 1996年的 0.198提高到 2000年的 0.333,生態(tài)安全水平總體趨勢好轉。按照生態(tài)安全水平等級劃分,江西省生態(tài)安全水平由 1996年的Ⅰ級上升到2000年的Ⅱ級,生態(tài)安全指數(shù)提高了 0.135,相比增長了 68.12%。利用 GIS平臺構建的江西省生態(tài)安全等級分布圖(圖 1)。從空間上分析,江西省生態(tài)安全水平等級在空間分布上也發(fā)生了明顯的變化,從 1996到 2000年,除了贛州、九江、上饒和鷹潭市生態(tài)安全水平等級沒有發(fā)生變化外,其他的地市生態(tài)安全水平等級都有所上升。其中,新余市上升最多,在這期間上升了 2個等級;但是,到 2000年為止,江西省的生態(tài)環(huán)境壓力依然較大,處于生態(tài)安全水平Ⅰ、Ⅱ的有九江、上饒、贛州、撫州、鷹潭 5市,面積超過江西省總面積的 1/2,整個江西省只有南昌、新余、吉安 3市生態(tài)安全處于較安全水平。

表 2 江西省生態(tài)安全評價指標權重分配Tab.2 Weight ofecological security assessment indices in JiangxiProvince

表 3 江西省生態(tài)安全指數(shù)評價結果Tab.3 Assessment result ofecological security index in Jiangxi Province

表 4 生態(tài)安全等級劃分標準Tab.4 Criterion of ecological security classification in Jiangxi Province

圖 1 江西省 1996和 2000年生態(tài)安全等級分布圖Fig.1 Maps of ecological security assessment result distribution in 1996and 2000 in Jiangxi Province

圖 2 江西省 1996和 2000年生態(tài)安全指數(shù)柱狀圖Fig.2 Maps ofecological security index of Jiangxi Province in 1996and 2000

3.3 江西省生態(tài)安全的區(qū)域差異分析

由圖 1可以看出,1996—2000年,江西省各地市的生態(tài)安全水平空間格局發(fā)生了明顯的變化,與1996年相比,2000年中部地區(qū)的地級市生態(tài)安全水平等級都得到了提高,而處于北部的九江、上饒、景德鎮(zhèn)和南部的贛州保持著原有的水平。結合表 3分析,無論是 1996年還是 2000年,江西省不同地級市間的生態(tài)安全指數(shù)差異都較大,生態(tài)安全指數(shù)最高的是吉安市,最低的是贛州市。以地級市為單位,以生態(tài)安全指數(shù)為評價指標繪圖(圖 2)?？梢钥闯?雖然江西省 11個地市的生態(tài)安全指數(shù)都有不同程度的提高,但提高的幅度不同,提高幅度超過 50%的地市有贛州(195.67%),九江(128.54%),撫州(71.44%),萍鄉(xiāng)(67.73%),上饒 (64.85%)和新余(55.13%);而有的地級市的生態(tài)安全系統(tǒng)層指數(shù)卻呈現(xiàn)出下降趨勢,如贛州市的系統(tǒng)壓力指數(shù)從1996年的 0.253下降到 2000年的 0.228,吉安市的系統(tǒng)響應指數(shù)從 1996年的 0.701下降到 2000年的0.587。同時,從圖 2還可以看出:從 1996到 2000年,生態(tài)安全指數(shù)比較高的地級市,其指數(shù)增長幅度也較大;但是增長率相對較低,如南昌市和新余市,生態(tài)安全指數(shù)比較低的地級市,其指數(shù)提高幅度相對較少,但增長率較高,如九江市和贛州市。

為了判斷江西省各地級市間生態(tài)安全指數(shù)的變化差異,根據(jù)變異系數(shù)原理[15-16],分別計算 1996和2000年江西省生態(tài)安全指數(shù)的變異系數(shù),得出 1996年江西省各地級市間的變異系數(shù)為 0.595,2000年的為 0.470。表明 1996和 2000年江西省各地級市間的生態(tài)安全指數(shù)差異明顯,但到了 2000年,差異有縮小的趨勢。

3.4 水土流失與生態(tài)安全關系分析

通過對 1996和 2000年江西省及各地市的生態(tài)安全指數(shù)與土壤侵蝕模數(shù)的折線圖(圖 3和圖 4)進行分析,可以發(fā)現(xiàn):土壤侵蝕模數(shù)大的地市,生態(tài)安全指數(shù)明顯偏低;土壤侵蝕模數(shù)小的地市,其生態(tài)安全指數(shù)明顯偏高。借助 SPSS軟件,分別統(tǒng)計出1996和 2000年江西省及各地市的土壤侵蝕模數(shù)與生態(tài)安全度指數(shù)的負相關系數(shù)為 0.58和 0.66,呈現(xiàn)出較強的負相關性,說明水土流失對生態(tài)安全有著明顯的負影響。

圖 3 1996年江西省生態(tài)安全指數(shù)和土壤侵蝕模數(shù)折線圖Fig.3 Broken-line graph of ecological security index and soil erosionmodulus of Jiangxi Province in 1996

圖 4 2000年江西省生態(tài)安全指數(shù)和土壤侵蝕模數(shù)折線圖Fig.4 Broken-line graph of ecological security index and soilerosionmodulus of Jiangxi Province in 2000

4 結論與討論

1)江西省生態(tài)安全水平總體趨勢好轉,全省的生態(tài)安全水平從 1996年的Ⅰ級上升到 2000年的Ⅱ級。這主要歸功于江西省多年的水土保持工作,特別是國家八片治理和退耕還林(草)政策的實施。雖然生態(tài)安全水平得到好轉,但全省總體生態(tài)安全水平只有Ⅱ級,生態(tài)安全壓力仍然很大。

2)江西省生態(tài)安全區(qū)域差異明顯,主要表現(xiàn)在空間分布的格局和絕對數(shù)值的差異上。從 1996到2000年,江西省各地市的生態(tài)安全等級空間格局發(fā)生了明顯的變化,與 1996年相比,2000年中部地區(qū)的地級市生態(tài)安全水平等級都得到了提高,而處于北部的九江、上饒、景德鎮(zhèn)和南部的贛州保持著原有的水平等級。在絕對數(shù)量上,從 1996到 2000年,雖然各地市的生態(tài)安全指數(shù)都得到了提高,但提高的幅度和增長率不同,甚至有的地市生態(tài)安全系統(tǒng)層指數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢。這說明,在注重整體生態(tài)環(huán)境改善的同時,不能忽視由此帶來的其他壓力,因此,鑒于各地市自然、社會、經(jīng)濟條件的差異,在水土流失治理時,要充分考慮區(qū)域特點,發(fā)展與其適應的治理模式。

3)江西省水土流失與生態(tài)安全關系密切。從1996到 2000年,江西省及各地市土壤侵蝕模數(shù)與生態(tài)安全指數(shù)負相關系數(shù)由 0.58提高到 0.66,說明隨著生態(tài)安全趨勢的好轉,水土流失對江西省生態(tài)安全影響越來越大。

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Ecological security assessment of Jiangxi Province based on soil erosion and water loss

Wang Bangwen1,2,Tang Chongjun1,Yang Jie1,Yu Ronggang1,Song Yuejun1
(1.Jiangxi Provincial Research Institute for Soil and Water Conversation,330029,Nanchang;2.School of Geography,Beijing Normal University,100875,Beijing:China)

In order to study the influences of soil erosion and water loss to ecological security of Jiangxi Province,the ecological security assessment system indices of Jiangxi Province indices was constructed based on soil erosion and water loss.Then,provincial ecological security assessment was curried out using pressure-state-responsemodel.The results showed that:1)Ecological security level of Jiangxi Province took a turn for the better in period from 1996 to 2000.However,the provincial integer levelof ecological security had nothingbutⅡ.Therefore,the ecological security pressurewas greatall the same.2)The spatial variation ofecological security levelof JiangxiProvincewas distinct.Thatwasexpressed in spatial distribution and absolute figure.3)Relation between soil erosion and ecological security was marked.With the rising of integer level of ecological security,the influences of soil erosion to ecological security became more and more notable.

soil erosion and water loss;ecological security assessment;pressure-state-response model;Jiangxi Province

2009-04-24

2009-12-14

項目名稱:水利部公益性項目“水土保持措施調控鄱陽湖徑流泥沙技術研究”(200801066);江西省水利廳科技項目“江西省水土流失對生態(tài)安全影響研究”(200504)

汪邦穩(wěn)(1981—),男,碩士,助理工程師。主要研究方向:水土保持。E-mail:bangwenbest@126.com

?責任作者簡介:楊潔(1958—),女,教授級高級工程師。主要研究方向:水土保持、生態(tài)環(huán)境。E-mail:zljyj@126.com

(責任編輯:宋如華)