廣西巖溶區(qū)大化縣生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)

俞月鳳，何鐵光，蒙炎成，韋彩會(huì)，張 野，李忠義，李婷婷，王 瑾，唐紅琴

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007)

廣西巖溶區(qū)大化縣生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)

俞月鳳，何鐵光*，蒙炎成，韋彩會(huì)，張 野，李忠義，李婷婷，王 瑾，唐紅琴

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007)

廣西大化縣屬于典型的巖溶地區(qū)，具有巖溶區(qū)特有的脆弱生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，石漠化面積較大，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差.以大化縣16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為評(píng)價(jià)對(duì)象，合理選取9項(xiàng)巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性影響因子，并建立生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用主成分分析方法確定各指標(biāo)的權(quán)重和模糊綜合評(píng)價(jià)分析方法進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)，從而為大化縣的巖溶生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建、土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考資料.結(jié)果表明，有4個(gè)中度脆弱鄉(xiāng)鎮(zhèn)，8個(gè)輕度脆弱鄉(xiāng)鎮(zhèn)，4個(gè)潛在脆弱鄉(xiāng)鎮(zhèn).圖1,表5,參16.

大化縣；生態(tài)環(huán)境脆弱性；主成分分析；模糊綜合評(píng)價(jià)

在現(xiàn)有社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平下，生態(tài)環(huán)境退化不能長(zhǎng)期維持目前人類利用和發(fā)展的水平時(shí)，稱為脆弱生態(tài)環(huán)境[1].自20世紀(jì)80年代人們提出了生態(tài)過(guò)渡帶的概念以來(lái)，生態(tài)環(huán)境脆弱性研究就已經(jīng)成為國(guó)際生態(tài)環(huán)境研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[2-4].我國(guó)學(xué)者針對(duì)脆弱生態(tài)環(huán)境也有較多的研究，趙躍龍等[1]和冉圣宏等[5]對(duì)脆弱生態(tài)區(qū)評(píng)價(jià)的理論與方法進(jìn)行了研究；陶和平等[6]以西藏“一江兩河”地區(qū)為例，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究；黃寶榮等[7]對(duì)海南島生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià).我國(guó)西南巖溶地區(qū)是中國(guó)四大生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)之一，覃小群等[8]和官冬杰等[9]分別對(duì)廣西巖溶縣和重慶市巖溶地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià).開展巖溶區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)研究，能夠更準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)巖溶環(huán)境的脆弱性，有利于進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，從而促進(jìn)該區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.

廣西大化瑤族自治縣地處桂西石灰?guī)r山區(qū)，屬于典型的巖溶生態(tài)脆弱區(qū).該地區(qū)自然條件惡劣，貧困和生態(tài)環(huán)境退化問(wèn)題均十分突出，大面積巖溶生態(tài)脆弱區(qū)的存在嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)重建己刻不容緩.縣域是中國(guó)同時(shí)具備地域、空間和行政獨(dú)立性的最基本區(qū)域單元，科學(xué)評(píng)價(jià)該尺度生態(tài)環(huán)境脆弱性狀況及變化具有積極的理論和現(xiàn)實(shí)意義[10].

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

廣西大化縣位于云貴高原向廣西丘陵過(guò)渡地帶的斜坡上,屬于廣西最典型的“九山半水半分田”的石山區(qū)貧困縣.大化縣年平均氣溫在18.2～21.7 ℃,全年>10 ℃活動(dòng)積溫為7 152～7 773 ℃,平均日照時(shí)數(shù)139 515 h,平均日照率達(dá)32%,雖然日照時(shí)數(shù)和日照率偏低,但秋夏日照率高達(dá)50%～70%,完全能滿足林木生長(zhǎng)發(fā)育的需要.降雨量豐富，年均降雨量1 673 mm,但雨量分布不均勻.全縣國(guó)土總面積27 116 萬(wàn)hm2,其中,石山巖溶地貌18 186萬(wàn)hm2,占總面積的68%；土山丘陵6 132萬(wàn)hm2,占總面積的22%.成土母質(zhì)以碳酸鹽巖為主，地帶性紅壤只是分布在土山，石山、半石山普遍主要石灰土.

1.2 數(shù)據(jù)獲取

本研究收集的資料主要包括：大化縣地質(zhì)地貌相關(guān)數(shù)據(jù)，包括坡度、碳酸鹽巖出露面積等數(shù)據(jù)；大化縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林覆蓋率；大化縣農(nóng)業(yè)資源相關(guān)資料，包括人口密度、糧食單產(chǎn)量和人均耕地面積數(shù)據(jù).以上數(shù)據(jù)資料主要來(lái)源于大化縣國(guó)土局、統(tǒng)計(jì)局、農(nóng)業(yè)局、林業(yè)局、發(fā)改局等部門的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).

1.3 研究方法

廣泛收集大化縣生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)，選取巖溶區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用主成分分析方法確定各指標(biāo)權(quán)重，在此基礎(chǔ)上根據(jù)冉圣宏等[1]提出的脆弱生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀模糊綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)大化縣內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià).

2 大化縣生態(tài)環(huán)境脆弱性綜合評(píng)價(jià)分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選擇

大化縣具有典型的巖溶環(huán)境，是一個(gè)獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)變異敏感度高、環(huán)境容量低、抗干擾能力弱及穩(wěn)定性差等一系列生態(tài)環(huán)境脆弱的特征[11].為了能夠客觀的評(píng)價(jià)巖溶區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性，需要建立起統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并量化不同的脆弱區(qū)的脆弱程度，才有可能對(duì)全區(qū)的巖溶生態(tài)脆弱區(qū)有一個(gè)整體客觀的認(rèn)識(shí)[12,13].近年來(lái)，從國(guó)內(nèi)外對(duì)脆弱生態(tài)區(qū)開展的許多廣泛而深入的研究可知，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境脆弱的原因多種多樣，不同生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)的表現(xiàn)形式不相同.本研究綜合自然因素和人為因素從以下幾個(gè)方面選取生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)的指標(biāo)：

(1)碳酸鹽巖出露是造成巖溶生態(tài)環(huán)境脆弱的背景條件.碳酸鹽巖的成土速度緩慢，溶蝕作用強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致土層淺薄，土被不連續(xù)，土壤肥力先天不足.因此選擇碳酸鹽巖出露面積百分比作為地質(zhì)條件的指標(biāo).

(2)在巖溶地區(qū)，地表崎嶇破碎，坡陡平少.坡度是影響水土流失的重要因素之一，隨著坡度的增加，坡面上的土壤穩(wěn)定性降低，因此也是巖溶生態(tài)環(huán)境脆弱的主要原因之一.坡度≥25°的耕地屬于陡坡耕地，我國(guó)規(guī)定坡度≥25°的土地不能進(jìn)行耕種，因此選擇坡度≥25°的土地面積百分比作為評(píng)價(jià)指標(biāo).

(3)石漠化是指在喀斯特環(huán)境背景下，由于人類活動(dòng)和自然因素，導(dǎo)致地表出現(xiàn)土地退化過(guò)程和現(xiàn)象.土地石漠化是巖溶區(qū)一種突出的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，是影響我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的三大環(huán)境災(zāi)害之一，石漠化使該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展受阻，對(duì)該地區(qū)人類的生存造成了直接的威脅.因此本研究按石漠化程度分為重度、中度和輕度石漠化，選擇不同石漠化程度的面積百分比作為評(píng)價(jià)指標(biāo).

(4)森林生態(tài)系統(tǒng)是許多生物賴以生存的基礎(chǔ)，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境，維持生態(tài)平衡，保護(hù)人類生存發(fā)展的環(huán)境起著重要的作用.尤其在巖溶生態(tài)環(huán)環(huán)境下，森林生態(tài)系統(tǒng)可以減弱土壤的侵蝕作用和促進(jìn)石山區(qū)的風(fēng)化成土.森林覆蓋率是巖溶生態(tài)系統(tǒng)抵御外界干擾和自我調(diào)控及恢復(fù)能力的重要影響因素，因此選擇森林覆蓋率作為評(píng)價(jià)指標(biāo).

(5)人口壓力和人為干擾是造成巖溶區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱的重要原因之一.由于人口增長(zhǎng)，可耕土地少，人們長(zhǎng)期的亂砍濫伐和陡坡開荒，使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境日益惡化.人地矛盾進(jìn)一步激化，森林資源減少，水土流失嚴(yán)重，石漠化加劇，經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到了嚴(yán)重的影響.在恢復(fù)經(jīng)濟(jì)中又進(jìn)一步破壞了生態(tài)環(huán)境，從而陷入了“越墾越窮，越牧越荒”惡性循環(huán)中.因此選擇人口密度、糧食單產(chǎn)量和人均耕地等作為人為因素的評(píng)價(jià)指標(biāo).

選取以上9個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)大化縣巖溶區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境的脆弱性(如圖1)，采用主成分分析來(lái)確定各指標(biāo)的權(quán)重.

2.2 各標(biāo)權(quán)重的確定

在生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)中，由于每個(gè)指標(biāo)在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中所起的作用不同，及相對(duì)于其它指標(biāo)的重要性不同.因此，需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)重要程度的大小進(jìn)行衡量，通常用指標(biāo)的權(quán)重來(lái)表示其相對(duì)重要程度.因子權(quán)重的確定方法很多，一般采用專家評(píng)分法、層次分析法、主成分分析等方法來(lái)確定.此外，無(wú)論評(píng)價(jià)采用何種方法,都必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟[14]:(1)選擇建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；(2)確定指標(biāo)體系中各因子權(quán)重；(3)利用數(shù)學(xué)原理分析計(jì)算.每種方法都有其適用范圍和局限性，本研究選擇在SPSS20.0中采用主成分分析方法來(lái)確定各指標(biāo)權(quán)重.

圖1 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Eco-environment evaluating index system

對(duì)所選取的9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，分析結(jié)果見表1.根據(jù)特征值大于1，且累積方差貢獻(xiàn)率大于80%的原則提取主成分.由表1可見，前四

個(gè)主成分的特征值大于1，且累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)82.951%，因此提取前4個(gè)主成分可以解釋大部分生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的變異性.

表1 各主成分特征值和方差累積貢獻(xiàn)率Tab.1 Eigenvalues and contribution of the principal components

主成分載荷矩陣中的數(shù)據(jù)(見表2)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開平方根，便得到主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的特征向量，根據(jù)各主成分的方差貢獻(xiàn)率對(duì)各指標(biāo)的特征向量進(jìn)行加權(quán)平均，最后經(jīng)過(guò)指標(biāo)權(quán)重歸一化求得各指標(biāo)的最終權(quán)重值(表2).

表2 生態(tài)環(huán)境脆弱性因子載荷矩陣和權(quán)重值Tab.2 Eco-environment vulnerability of factor pattern and weight values

2.3 生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)方法與結(jié)果

脆弱生態(tài)環(huán)境脆弱度評(píng)價(jià)方法很多，但目前尚未形成一種大家一致認(rèn)可的評(píng)價(jià)方法.在確定各指標(biāo)權(quán)重后，利用數(shù)學(xué)原理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，本研究采用生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀模糊綜合評(píng)價(jià)法[5]來(lái)進(jìn)行大化縣生態(tài)環(huán)境脆弱度的綜合評(píng)價(jià).

1)確定各項(xiàng)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn).由于目前對(duì)巖溶石山區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的分級(jí)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有普遍認(rèn)可的評(píng)價(jià)依據(jù)，本次評(píng)價(jià)參考廣西巖溶縣[8]和重慶市[9]的分級(jí)方法，各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3.

表3 各評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Classification standards of assessment indexes of eco-environmental vulnerability

2)建立模糊關(guān)系矩陣，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量.本研究參考冉圣宏等[5]提出的脆弱生態(tài)區(qū)評(píng)價(jià)的理論與方法，采用生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀模糊綜合評(píng)價(jià)法中的最大隸屬度方法進(jìn)行計(jì)算分析，大化縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)對(duì)不同脆弱程度的隸屬度評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示.

3)模糊綜合分析結(jié)果比較排序.計(jì)算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的隸屬度后，在此采用加權(quán)平均原則求隸屬等級(jí)的方法[15]，對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的脆弱度等級(jí)，并可進(jìn)行比較排序.

采用加權(quán)平均原則對(duì)16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行脆弱度等級(jí)劃分及比較排序(表5).其中，B*<1.5為潛在脆弱，1.5 ≤B*<2.5為輕度脆弱，2.5 ≤B*<3.5為中度脆弱，3.5 ≤B*<4.5為重度脆弱，B*≥4.5為極度脆弱.大化縣16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果表明，有4個(gè)中度脆弱鄉(xiāng)鎮(zhèn)，8個(gè)輕度脆弱鄉(xiāng)鎮(zhèn)，4個(gè)潛在脆弱鄉(xiāng)鎮(zhèn).

表4 大化縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)判結(jié)果Tab.4 A fuzzy comprehensive a Assessment of eco-environmental vulnerability of towns of Dahua county

表5 大化縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境脆弱度等級(jí)劃分及比較排序Tab.5 Grade and sequence of eco-environmental vulnerability of towns of Dahua county

3 討論和結(jié)論

巖溶區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性是巖溶區(qū)特殊的自然因素和人為活動(dòng)的綜合作用.由大化縣生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，大化縣范圍內(nèi)沒(méi)有生態(tài)環(huán)境極度脆弱和重度脆弱的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，均為中度脆弱以下，北景鄉(xiāng)、百馬鄉(xiāng)、七百弄鄉(xiāng)和古文鄉(xiāng)為中度脆弱，是大化縣石漠化比較嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，且人均耕地面積較少，其中北景鄉(xiāng)是巖灘水電站庫(kù)區(qū)鄉(xiāng)，其石漠化面積大，人均耕地面積少，森林覆蓋率相對(duì)較低，生態(tài)環(huán)境最不穩(wěn)定；六也鄉(xiāng)、貢川鄉(xiāng)、羌圩鄉(xiāng)和共和鄉(xiāng)為潛在脆弱性，其他一半鄉(xiāng)鎮(zhèn)為輕度脆弱.森林覆蓋率低也是造成生態(tài)環(huán)境脆弱的主要原因，據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料[16],要使巖溶山區(qū)的生態(tài)環(huán)境處于良性循環(huán)，森林覆蓋率至少要達(dá)到30 %.近二十年來(lái)，大化縣的石漠化治理取得一定的進(jìn)展，據(jù)有關(guān)新聞報(bào)道，大化縣森林覆蓋率在前兩年已達(dá)60%.在本次評(píng)價(jià)中，大化縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的森林覆蓋率均達(dá)30%，且大部分達(dá)60%以上，這對(duì)本評(píng)價(jià)結(jié)果有重要的影響，也表明本次評(píng)價(jià)結(jié)果在一定程度上能夠反映實(shí)際情況.

以大化縣為例，通過(guò)合理選取巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性影響因子建立生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用主成分分析方法科學(xué)客觀的確定各指標(biāo)的權(quán)重，制定一套客觀準(zhǔn)確的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，然后建立模糊綜合分析數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量，最后采用加權(quán)平均原則求隸屬等級(jí)的方法評(píng)價(jià)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的脆弱度等級(jí)并排序，為大化縣的巖溶生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建、土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考資料.以中國(guó)最基本的區(qū)域單元——縣域?yàn)樵u(píng)價(jià)尺度，與目前許多關(guān)于生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)模型研究有所差別，研究具有較強(qiáng)的針對(duì)性.此外，目前較多研究采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)[8,9]，層次分析方法確定權(quán)重具有較大的主觀性，該文采用主成分分析方法來(lái)確定各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)，相對(duì)具有一定的客觀性.此次評(píng)價(jià)結(jié)果基本符合大化縣巖溶生態(tài)環(huán)境的實(shí)際情況和人們的長(zhǎng)期認(rèn)識(shí)，因此該研究方法具有一定的合理性和可操作性.

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Biography:YU Yue-feng,female,born in1988,master,research direction for agricultural ecological and environmental.

Assessment of Eco-environmental Vulnerability in Dahua County,Karst area of Guangxi

YU Yue-feng, HE Tie-guang, MENG Yan-cheng, WEI Cai-hui, ZHANG Ye,LI Zhong-yi, LI Ting-ting, WANG Jin

(Agricultural Resources and Environment Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007,China)

Dahua county is the typical Karst region with eco-environmental vulnerability，where degeneration of soil is serious,the proportion of rocky desertification area is large and the stability of ecosystem is poor.16 villages and towns of Dahua county were taken as the evaluation object,9 influencing factors of eco-environment vulnerability were selected to establish an evaluating index system,the principal component analysis method was used to give weight for different assessment indicators,and a model of fuzzy mathematics by fuzzy comprehensive evaluation method was adopted to analyze and evaluate the eco-environment vulnerability of Dahua county.The results showed that there are 4 potentially vulnerable towns,8 gently vulnerable towns and 4 moderately vulnerable towns among the 16 villages and towns in Dahua,which could provide reference for the restoration and reconstruction of karst ecosystem,and the structure optimization of land use in Dahua County.1fig.,5tabs.,16refs.

Dahua county;Eco-environmental Vulnerability;principal component analysis method;fuzzy comprehensive evaluation method

2015-09-12

國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：31460135)；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：桂科攻1355007-8)；中國(guó)科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(編號(hào)：KFJ-EW-STS-092)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(編號(hào)：2015YT31)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技發(fā)展基金(編號(hào)：2015JZ17)

俞月鳳(1988-)，女，廣西岑溪人，碩士，實(shí)習(xí)研究員，研究方向：農(nóng)業(yè)生態(tài)和環(huán)境.*通訊作者,Email: tghe118@163.com.

2095-7300(2015)04-001-06

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