基于集對(duì)分析的喀斯特生態(tài)景觀退化診斷研究——以畢節(jié)地區(qū)為例

邵技新，張鳳太，3 ，蘇維詞 ，曹 歡

(1.貴州師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院，貴陽(yáng)550018;2.貴州師范學(xué)院 資源環(huán)境與災(zāi)害研究所，貴陽(yáng)550018;3.南京大學(xué)地理與海洋學(xué)院，南京210093;4.貴州省科學(xué)院山地資源研究所，貴陽(yáng)550001;5.貴州大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，貴陽(yáng)55003)

景觀是指由地貌過(guò)程和各種干擾作用形成的，具有特定結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)特征的一種宏觀系統(tǒng)[1]。目前，關(guān)于生態(tài)景觀的研究主要集中在對(duì)農(nóng)業(yè)[2-3]、城市[4]、河流[5]、森林[6]等生態(tài)景觀的格局分析[7]、景觀的優(yōu)化與設(shè)計(jì)[8]、景觀的修復(fù)[9]等方面，對(duì)生態(tài)景觀的評(píng)價(jià)和診斷相對(duì)較少，研究較薄弱。當(dāng)前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康和安全等的評(píng)價(jià)較多[10-11]，研究也較成熟。但對(duì)生態(tài)景觀退化程度的診斷研究大多停留在初始階段，尤其是對(duì)喀斯特地區(qū)生態(tài)景觀的退化研究文獻(xiàn)更少，已有研究主要是定性和單一因子評(píng)價(jià)[12]，缺乏科學(xué)定量的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及合適的評(píng)價(jià)方法。本研究在此嘗試性地從生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境污染狀況上選擇指標(biāo)，建立生態(tài)景觀退化的診斷指標(biāo)體系，采用定量化(集對(duì)分析)的方法，對(duì)喀斯特地區(qū)生態(tài)景觀退化程度進(jìn)行診斷，為喀斯特地區(qū)生態(tài)景觀的恢復(fù)和重建提供有益參考。

1 研究區(qū)域概況

畢節(jié)地區(qū)是典型的喀斯特山區(qū)，處在滇東高原向黔中山原丘陵過(guò)渡的傾斜地帶，境內(nèi)多山，高原山地占全區(qū)總面積的93.3%。大部分地方屬北亞熱帶溫涼濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，水熱資源適中。畢節(jié)地區(qū)是貴州省石漠化集中分布區(qū)域，石漠化廣泛分布于全區(qū)，分布范圍廣、面積大。從無(wú)石漠化到極強(qiáng)度石漠化均有分布?？λ固厣鷳B(tài)景觀呈不同程度的退化狀態(tài)。

2 指標(biāo)體系確定

根據(jù)喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的狀況及分析建模的要求，在指標(biāo)確定上要依據(jù)如下原則:(1)指標(biāo)要具有可比性。(2)指標(biāo)的分辨意義和差異性顯著，以避免選用指標(biāo)因地域差異過(guò)小給歸類(lèi)帶來(lái)困難。(3)指標(biāo)不能高度相關(guān);(4)指標(biāo)數(shù)據(jù)收集的可行性。

依據(jù)以上原則，結(jié)合生態(tài)景觀退化的表現(xiàn)形式以及資料來(lái)源等情況，從生態(tài)景觀的結(jié)構(gòu)退化、功能退化和環(huán)境污染等3個(gè)方面選擇21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，組成喀斯特地區(qū)生態(tài)景觀退化評(píng)價(jià)診斷指標(biāo)體系(表1)。

另外，查閱貴州統(tǒng)計(jì)年鑒、貴州年鑒、畢節(jié)地區(qū)年鑒、畢節(jié)地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒、貴州省水資源公報(bào)、畢節(jié)地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、貴州省土地利用總體規(guī)劃資料和畢節(jié)地區(qū)環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(shū)等資料并結(jié)合已有文獻(xiàn)[13-14]得出指標(biāo)體系各指標(biāo)的數(shù)據(jù)(表1)。

決定評(píng)價(jià)是否成功的關(guān)鍵是如何選擇適宜的評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在生態(tài)景觀評(píng)價(jià)指標(biāo)提出之后，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就是生態(tài)景觀退化評(píng)價(jià)最困難的問(wèn)題之一。

表1 喀斯特生態(tài)景觀退化診斷評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前，學(xué)術(shù)界尚沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)可的喀斯特生態(tài)景觀退化診斷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文參考喀斯特生態(tài)系統(tǒng)退化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[13-14]，將喀斯特生態(tài)景觀退化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分5個(gè)等級(jí)，即微退化、輕退化、中退化、強(qiáng)退化、極強(qiáng)退化。由于對(duì)于喀斯特生態(tài)景觀退化診斷評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有具體的研究，文獻(xiàn)很少，因此在退化診斷標(biāo)準(zhǔn)的制定上，主要參考的是各地區(qū)關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14-15]，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修正。本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要依據(jù)國(guó)家環(huán)保總局制定的生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(修訂稿)、國(guó)家制定和頒布的有關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以及國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的生態(tài)系統(tǒng)健康地區(qū)、生態(tài)城市標(biāo)準(zhǔn)的建議值，做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，作為喀斯特生態(tài)景觀退化診斷的標(biāo)準(zhǔn)值(表2)。

表2 喀斯特生態(tài)景觀退化診斷評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 喀斯特生態(tài)景觀退化程度綜合診斷流程

3.1 模式?jīng)Q策模型構(gòu)建

(2)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)數(shù)可以隨意設(shè)定，但不宜太多，本研究設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為5級(jí)。對(duì)于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，記為集合=(1 ，1，1，1，…，1);對(duì)于2級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ，記為集合 B2=(2，2，2，2，…，2);對(duì)于 3 級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ，記為=(3，3，3，3，…，3)，以此類(lèi)推 。

(3)根據(jù)步驟 2的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將集合 Ai=(xi，1，)中的元素進(jìn)行符號(hào)化處理。如落入 1 級(jí)區(qū)間，該指標(biāo)為第1級(jí)，則該指標(biāo)量化為符號(hào)“1”;如落入第2級(jí)，則該指標(biāo)量化為符號(hào)“2”，如落入第3級(jí)，則該指標(biāo)量化為符號(hào)“3”，以此類(lèi)推，于是得到符號(hào)量化的集合Ai

(4)構(gòu)造集對(duì) H(Ai，Bl)(l=1 ，2，3，4 ，5;i=1，2 ，…，n)。將集對(duì)中的Ai與Bl對(duì)應(yīng)的元素進(jìn)行對(duì)照，統(tǒng)計(jì)符號(hào)相同的個(gè)數(shù)，記為S;相差1級(jí)的，如1和 2，2和3，記為F1;統(tǒng)計(jì)相差2級(jí)的個(gè)數(shù)，如1和3，記為;以此類(lèi)推，統(tǒng)計(jì)相差K-2級(jí)的個(gè)數(shù)，如2與K，記為;統(tǒng)計(jì)相差K-1級(jí)的個(gè)數(shù)，如1與K，記為P。得到K元聯(lián)系度[16]:

式中:S+F1+F2+…+FK-2+P=m，本研究K=5，即是具有5級(jí)聯(lián)系度。

(4)確定I1，I2…，IK-2和J的值，在本文中即是 I1和J。采用經(jīng)驗(yàn)取值法[16]，得到 I1=0.5和J=-1。

(5)模式優(yōu)選。將第3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(好)設(shè)為最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)集合 ，即 B3，將 I1=0.5和J=-1。

帶入公式(1)得到綜合評(píng)價(jià)聯(lián)系數(shù)，根據(jù)聯(lián)系數(shù)的大小對(duì)待選模式進(jìn)行排序，聯(lián)系數(shù)越大，對(duì)應(yīng)的方案就越優(yōu)越[16]。

3.2 數(shù)據(jù)符號(hào)化

依據(jù)上面的計(jì)算步驟，首先將數(shù)據(jù)符號(hào)化，見(jiàn)表3。

表3 符號(hào)化數(shù)據(jù)

3.3 聯(lián)系數(shù)的計(jì)算

將符號(hào)化的數(shù)據(jù)，帶入步驟4的公式(1)中進(jìn)行計(jì)算，得出以下5元聯(lián)系度公式:

由均勻取值法[16]得出 ，I1=0.5，I2=0，I3=-0.5 ，J=-1，帶入聯(lián)系度公式，得出2003年:

同理得出2004年、2005年和2006年的聯(lián)系度如下:

2004年:

2005年:

2006年:

4 喀斯特生態(tài)景觀綜合診斷結(jié)果及分析

根據(jù)大數(shù)原則[16]，2003-2006年聯(lián)系數(shù)分別取η(A2003-B3)=0.333;η(A2004-B3)=0.3095;η(A2005-)=0.286;η()=0.309 。

依據(jù)以上計(jì)算的聯(lián)系數(shù)，僅從數(shù)值歸類(lèi)，2003-2006年畢節(jié)地區(qū)生態(tài)景觀處于中度退化、中度退化、輕退化、中度退化 4個(gè)階段。從圖 1看出，2003-2006年各年畢節(jié)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化狀態(tài)基本上都處于第3階段和第4階段的過(guò)渡區(qū)域，即處于中度退化和輕度退化的過(guò)渡階段，強(qiáng)退化、中退化和輕退化的總趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微退化的比率，整體不容樂(lè)觀。但從圖1看出，2003-2005年極強(qiáng)退化、強(qiáng)退化、中退化3個(gè)階段都存在緩慢減少趨勢(shì)，輕退化和微退化的比例在緩慢增加。說(shuō)明前期畢節(jié)地區(qū)生態(tài)治理(石漠化治理)的成效開(kāi)始顯現(xiàn)，畢節(jié)地區(qū)的生態(tài)效益向著好的方向發(fā)展。2005-2006年在極強(qiáng)退化、強(qiáng)退化、中退化階段出現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，其主要原因是2005-2006年，貴州省出現(xiàn)干旱災(zāi)害(2005年秋季至2006年冬季，西南大部分地區(qū)持續(xù)少雨，一度出現(xiàn)了較嚴(yán)重的秋冬連旱，2006年夏季，重慶、四川，貴州部分地區(qū)降水持續(xù)偏少，并遭受罕見(jiàn)高溫?zé)崂艘u擊，出現(xiàn)特大伏旱)，加劇了喀斯特地區(qū)生態(tài)景觀的退化。

圖1 畢節(jié)地區(qū)生態(tài)景觀退化診斷

5 結(jié)論

(1)從生態(tài)景觀的結(jié)構(gòu)退化、功能退化和環(huán)境污染等3個(gè)方面選擇了21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，組成喀斯特地區(qū)生態(tài)景觀退化評(píng)價(jià)診斷指標(biāo)體系。

(2)依據(jù)已有標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合喀斯特地區(qū)的特點(diǎn)，制訂了喀斯特地區(qū)的生態(tài)景觀退化診斷的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)依據(jù)診斷指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，借助集對(duì)分析方法，以畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)為例，分析得出畢節(jié)地區(qū)2003-2006年的各年畢節(jié)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化狀態(tài)基本上都處于第3階段和第4階段的過(guò)渡區(qū)域，即處于中度退化和輕度退化的過(guò)渡階段。

(4)由以上確定的喀斯特生態(tài)景觀退化診斷指標(biāo)體系和診斷標(biāo)準(zhǔn)，借助集對(duì)分析方法得出的畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)喀斯特景觀退化狀況，與該地區(qū)已有的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究[14-15]，可以相互印證。因此，本研究確定的生態(tài)景觀退化診斷指標(biāo)體系、診斷標(biāo)準(zhǔn)以及診斷方法具有一定的科學(xué)意義。

由于收集數(shù)據(jù)和經(jīng)費(fèi)有限原因，本研究在研究退化生態(tài)景觀退化診斷評(píng)價(jià)時(shí)是以縣為單位劃分的，尺度相對(duì)較大，但也具有一定的參考和借鑒以及研究?jī)r(jià)值，以后應(yīng)進(jìn)一步以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行研究，將喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)范圍進(jìn)一步縮小，以群落、小流域?yàn)閱挝?，或者是借助遙感和GIS的圖像疊加合成技術(shù)，以各生態(tài)景觀退化指標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)圖(如石漠化分布圖、植被類(lèi)型分布圖等)，通過(guò)疊加分析，來(lái)確定貴州省喀斯特退化生態(tài)景觀的等級(jí)類(lèi)型和范圍，將會(huì)是具有重要的科研和生態(tài)修復(fù)實(shí)踐的指導(dǎo)意義。

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