區(qū)域開發(fā)中長期生態(tài)風(fēng)險評價

蘇敬華　　王敏　　王卿　　鄢忠純　　沙晨燕　　黃沈發(fā)　　白楊

摘要：以中原經(jīng)濟區(qū)為研究案例，基于遙感與地理信息技術(shù)和情景模擬技術(shù)，采用風(fēng)險源識別、受體分析、風(fēng)險表征和風(fēng)險管理框架，對其中長期區(qū)域開發(fā)的生態(tài)風(fēng)險進行了評價。辨識了城鎮(zhèn)擴張、工業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)發(fā)展與礦產(chǎn)資源開發(fā)4個方面作為其中長期區(qū)域開發(fā)的生態(tài)風(fēng)險源，模擬了效率優(yōu)先和經(jīng)濟優(yōu)先兩種情景下，生態(tài)風(fēng)險源的中長期變化過程及其對風(fēng)險受體的作用，評估了其生態(tài)風(fēng)險。研究結(jié)果顯示，中原經(jīng)濟區(qū)中長期開發(fā)的生態(tài)風(fēng)險存在極大的空間差異性，對生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品提供、水土流失和生物多樣性保護等帶來不同程度的影響，為區(qū)域的風(fēng)險管理和環(huán)境決策提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價；中原經(jīng)濟區(qū)；風(fēng)險源

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.003

中圖分類號：X820.3文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-6444（2015）06-0012-05

區(qū)域開發(fā)生態(tài)風(fēng)險評價強調(diào)的是區(qū)域開發(fā)活動所導(dǎo)致的區(qū)域性生態(tài)風(fēng)險，其目的是通過對區(qū)域開發(fā)導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險進行分析與評價，實現(xiàn)對區(qū)域開發(fā)活動風(fēng)險的預(yù)警[1]。區(qū)域開發(fā)生態(tài)風(fēng)險評價一般包括3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即區(qū)域內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)的地位和作用評價、脆弱性評價以及可能遭受的風(fēng)險概率評價[2]。

20世紀(jì)90年代，Barnthouse和Suter首次嘗試將人體健康評價改編為生態(tài)風(fēng)險評價框架[3]。美國國家環(huán)境保護局開展了一系列專題和案例的研究，形成了新的生態(tài)風(fēng)險評估框架。在這個框架中，風(fēng)險形成階段是整個評價的基礎(chǔ)，也是建立風(fēng)險評價的目標(biāo)，用于確定存在的問題以及制訂數(shù)據(jù)收集、分析和進行風(fēng)險評價的計劃[4]。風(fēng)險表征是生態(tài)風(fēng)險評價的最后階段，目標(biāo)是評價終點面臨的風(fēng)險，解釋風(fēng)險評估結(jié)果并提出風(fēng)險管理的科學(xué)依據(jù)[2]。與此同時，其他學(xué)者也提出了不同的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價方法，Moraes和Molander在2002年提出了PETAR方法，主要針對數(shù)據(jù)有限和背景資料缺乏的情況下，開展回顧性生態(tài)風(fēng)險評價[5]；Landis和Kelly在20世紀(jì)90年代提出的RRM模型[6]，目前也被廣泛應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價。徐學(xué)工[7]、付在毅[8]等分別以黃河三角洲和遼河三角洲為案例，進行了生態(tài)風(fēng)險評價，并用生態(tài)指數(shù)對生態(tài)風(fēng)險源進行了量化，采用層次分析法對風(fēng)險源的權(quán)重進行了確定。綜合來看，目前的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價方法，大多是借鑒模擬污染物的分布、傳播、累積、壓力-受體交互作用、不確定性分析等方法和技術(shù)，應(yīng)用于區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險評估之中。

區(qū)域開發(fā)活動中產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和結(jié)構(gòu)不當(dāng)、重大布局失序等，是導(dǎo)致區(qū)域開發(fā)生態(tài)風(fēng)險產(chǎn)生的重要因素。本研究采用目前國內(nèi)外較為認可的生態(tài)風(fēng)險評價流程，即風(fēng)險源辨識、受體分析、暴露與危害分析、綜合風(fēng)險評價，采用GIS技術(shù)與情景分析技術(shù)，以中原經(jīng)濟區(qū)為例并評估其中長期產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)風(fēng)險，為區(qū)域風(fēng)險管理和環(huán)境決策提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

中原經(jīng)濟區(qū)涵蓋河南18個地市及山東、安徽、河北、山西12個地市3個縣區(qū)，總面積28.07萬平方公里。該區(qū)是全國“兩橫三縱”城市化戰(zhàn)略格局中陸橋通道橫軸和京廣通道縱軸的交會處，是《全國主體功能區(qū)劃》確定的重點發(fā)展區(qū)。區(qū)域水土資源豐富，氣候條件優(yōu)良，水網(wǎng)密布，生態(tài)服務(wù)功能多樣且重要，是我國重要的農(nóng)產(chǎn)品提供功能區(qū)。中原經(jīng)濟區(qū)北、西、南部三面環(huán)山，太行山、秦嶺、桐柏-大別山呈半環(huán)形分布，中、東部為黃淮海平原，西南為南陽盆地。地處北亞熱帶和暖溫帶地區(qū)，南部跨亞熱帶，屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，日照充足，降水豐沛，適宜于農(nóng)、林、牧、漁各業(yè)發(fā)展。

2研究方法

2.1風(fēng)險源識別

風(fēng)險源識別，即影響因子分析。在對區(qū)域重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期生態(tài)風(fēng)險進行系統(tǒng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，依據(jù)區(qū)域開發(fā)與重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)影響特征與關(guān)鍵影響因子識別的分析結(jié)果，確定區(qū)域發(fā)展的影響因子與生態(tài)風(fēng)險源，開展區(qū)域重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)險源識別。根據(jù)針對研究區(qū)“三化”發(fā)展關(guān)鍵影響因子的初步辨識，將城鎮(zhèn)擴張、工業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)發(fā)展與礦產(chǎn)資源開發(fā)作為生態(tài)風(fēng)險源。

2.2受體分析

生態(tài)風(fēng)險受體分析的主要內(nèi)容包括風(fēng)險受體的選擇與生態(tài)終點的確定。依據(jù)中原經(jīng)濟區(qū)的生態(tài)功能定位與重大生態(tài)問題，重點針對耕地面積萎縮質(zhì)量下降、人居環(huán)境壓力增大的問題開展生態(tài)風(fēng)險評價。因此，生態(tài)風(fēng)險受體確定為糧食生產(chǎn)安全與人居環(huán)境安全，評價終點確定為耕地被侵占、耕地質(zhì)量降低、城市熱島效應(yīng)加劇、空氣質(zhì)量惡化、城市生態(tài)用地萎縮等。

2.3暴露響應(yīng)分析

通過分析區(qū)域開發(fā)活動發(fā)展戰(zhàn)略（壓力）、進行生態(tài)環(huán)境評價（狀態(tài)），提出產(chǎn)業(yè)優(yōu)化及可持續(xù)發(fā)展對策（響應(yīng)），辨析風(fēng)險源在區(qū)域開發(fā)的各個階段的表現(xiàn)形式與風(fēng)險特征。中原經(jīng)濟區(qū)中長期發(fā)展生態(tài)風(fēng)險源與風(fēng)險受體的暴露響應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

2.4風(fēng)險表征

擬采用RRM模型對區(qū)域開發(fā)與重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)風(fēng)險進行評價和表征。擬根據(jù)風(fēng)險管理目標(biāo)、風(fēng)險源和生境特征確定評價單元，并建立連接風(fēng)險源、受體以及評價終點的風(fēng)險概念模型，根據(jù)評價終點，確定相對風(fēng)險計算的等級系統(tǒng)并計算相對風(fēng)險值。計算方法如下：

R=Σ（[壓力密度]i×[敏感因子風(fēng)險度]i×[暴露系數(shù)]i×[響應(yīng)系數(shù)]i）

采用RRM模型對生態(tài)風(fēng)險的變化值（ΔR）進行如下表征：

ΔR=Σ（Δ[脅迫強度]i×[生態(tài)敏感性/重要性] i×[暴露系數(shù)] i×[響應(yīng)系數(shù)] i）

依據(jù)任景明等[1]提供的暴露因子、響應(yīng)因子及其確定響應(yīng)系數(shù)的參考方法，將暴露系數(shù)與響應(yīng)系數(shù)分為5個等級：低、較低、中、較高、高，并采用專家打分法將各等級依次賦值為0、0.3、0.5、0.7、1。暴露系數(shù)和響應(yīng)系數(shù)見表1和表2。

注：BD，生物多樣性喪失；FR，洪水調(diào)蓄功能降低；SE，水土流失加重；PS，產(chǎn)品提供功能下降；DI，干擾加??；VD，植被破壞；WL，濕地萎縮；FL，農(nóng)田侵占；HF，生境破碎化；NPPA，面源污染加??；SFD，土壤肥力下降；HMPA，重金屬污染加??；WD，濕地退化。[HT]

2.5情景設(shè)置

根據(jù)中原經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟發(fā)展特征和未來區(qū)域發(fā)展定位等特征，設(shè)置本研究中長期發(fā)展的情景策略如表3所示。情景的基準(zhǔn)年為2010年，并以2020年為中期，以2030年為遠期。

情景目標(biāo)參考規(guī)劃發(fā)展模式空間利用方式

經(jīng)濟優(yōu)先區(qū)域經(jīng)濟高速增長能源、石化、鋼鐵等重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃按照原產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟增速趨勢發(fā)展，重點促進第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要依據(jù)土地利用總體規(guī)劃，重點保障建設(shè)用地需求，濕地作為未利用地

效率優(yōu)先依據(jù)主體功能區(qū)戰(zhàn)略，基本實現(xiàn)區(qū)域有序增長綜合現(xiàn)有重點規(guī)劃，重點參考主體功能區(qū)劃、土地利用總體規(guī)劃等對各區(qū)域根據(jù)其主體功能確定發(fā)展目標(biāo)優(yōu)先保障主體功能相對應(yīng)的用地需求，確保糧食主產(chǎn)區(qū)耕地不減少，生態(tài)功能重要區(qū)生態(tài)用地不減少

3結(jié)果與分析

采用上述區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價流程，對中原經(jīng)濟區(qū)中長期開發(fā)過程對生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品提供、水土流失和生物多樣性保護等帶來的影響進行了評價，結(jié)果如下：

3.1農(nóng)產(chǎn)品提供功能下降

農(nóng)產(chǎn)品提供功能下降風(fēng)險到2020年仍沒有得到緩解。從產(chǎn)量上看，由于耕地保護措施趨嚴，各年份產(chǎn)量略有升高。從質(zhì)量上看，重金屬污染影響趨重，農(nóng)產(chǎn)品提供功能下降風(fēng)險較大，特別是冶金產(chǎn)業(yè)和礦產(chǎn)開發(fā)增加較快的地區(qū)。

如圖2所示，從空間上看，在經(jīng)濟優(yōu)先情景下，中原經(jīng)濟區(qū)隨著耕地面積的銳減，農(nóng)產(chǎn)品提供功能持續(xù)下降，主要集中在中部的邢臺-鄭州和西部的運城-南陽一帶；在效率優(yōu)先情景下，農(nóng)產(chǎn)品提供功能下降，時空差異顯著。其中，2010—2020年的減少幅度較?。?0.36%），而2020—2030年的減少幅度較大（-3.44%）。從空間上看，前10年農(nóng)產(chǎn)品提供功能快速下降的地區(qū)主要分布在中原經(jīng)濟區(qū)北部和東部地區(qū)，而后10年主要分布在北部和西部地區(qū)。

3.2局部區(qū)域水土流失加劇

隨著山區(qū)植被的恢復(fù)和林地面積的增加，水土流失風(fēng)險明顯降低，但局部區(qū)域水土流失風(fēng)險加劇。在經(jīng)濟優(yōu)先情景下，中原經(jīng)濟區(qū)的水土保持功能總體好轉(zhuǎn)，2010—2020年增長10.14%，2020—2030年增長13.9%，經(jīng)濟區(qū)西北部地區(qū)水土保持功能好轉(zhuǎn)速度較快，而中部及中南部部分地區(qū)水土保持功能退化。在效率優(yōu)先情景下，中原經(jīng)濟區(qū)的水土保持功能也呈提升趨勢，但增長幅度較經(jīng)濟優(yōu)先情景小。在該情景下，各地市的水土保持功能均有所提升，且空間差異減小。如圖3所示。

3.3洪水調(diào)蓄功能下降

經(jīng)濟優(yōu)先和效率優(yōu)先情景下，中原經(jīng)濟區(qū)的洪水調(diào)蓄功能無明顯變化。在效率優(yōu)先情景下，洪水調(diào)蓄功能隨著濕地面積銳減而大幅度減小。從空間上看，海河和黃河地區(qū)減小幅度較大，長江和淮河流域減小幅度較小。如圖4所示。

3.4生物多樣性喪失

生物多樣性喪失的風(fēng)險具有明顯的空間差異性，由于森林面積的萎縮，生物多樣性下降風(fēng)險主要分布于黃淮海平原。經(jīng)濟優(yōu)先情景下，生物多樣性維持功能總體提升，西北太行山區(qū)增長幅度較大，而中部的鄭州、開封、商丘、漯河及皖北阜陽等地的生物多樣性維持功能呈下降的趨勢。效率優(yōu)先情景下，中原經(jīng)濟區(qū)生物多樣性維持功能總體提升，但增幅較經(jīng)濟優(yōu)先小，從空間分布上看，西部地區(qū)功能提升，東部地區(qū)功能下降，提升的最高值出現(xiàn)在西北太行山區(qū)，下降的最高值出現(xiàn)漯河和周口等地。如圖5所示。

4結(jié)論與展望

從中原經(jīng)濟區(qū)中長期人類開發(fā)活動的生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果來看，不同區(qū)域在不同情景下表現(xiàn)出不同特征：在經(jīng)濟優(yōu)先情景下，長江、黃河、海河和淮河流域的洪水調(diào)蓄功能保持不變，農(nóng)產(chǎn)品提供功能下降；長江、黃河和海河流域的水土保持功能提升，淮河流域水土保持功能總體提升，局地下降；長江、黃河和海河流域的生物多樣性維持功能提升，淮河流域的生物多樣性維持功能總體下降，局地提升。在效率優(yōu)先情景下，長江、黃河、海河和淮河流域的農(nóng)產(chǎn)品提供和洪水調(diào)蓄功能下降；水土保持功能提升；長江、黃河和海河流域的水土保持功能提升，淮河流域的水土保持功能總體下降，局地提升。

本研究結(jié)果顯示了中原經(jīng)濟區(qū)中長期產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)風(fēng)險空間分布特征，找到了生態(tài)風(fēng)險較高的區(qū)域，同時也量化了城鎮(zhèn)擴張、工業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)發(fā)展與礦產(chǎn)資源開發(fā)4個生態(tài)風(fēng)險源，找到了其空間分布和變化的規(guī)律。盡管如此，由于區(qū)域中長期開發(fā)的生態(tài)風(fēng)險評價是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，涉及內(nèi)容較多，本研究也存在一定的局限性。風(fēng)險源的辨識是整個評估過程的基礎(chǔ)，雖然本研究識別了對于中原經(jīng)濟區(qū)來說最主要的4個風(fēng)險源，但對其量化過程以及生態(tài)脅迫特征的分析仍有很大改進空間。同時，風(fēng)險受體的內(nèi)在聯(lián)系和脆弱性特征等有待進一步揭示，尤其是區(qū)域開發(fā)過程中帶來的景觀破碎度改變、生物多樣性演變等關(guān)系也需進行深入研究。

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