干旱區(qū)生態(tài)脆弱性變化趨勢及影響因素
——以新疆為例

龔新蜀， 韓美玲

(石河子大學經(jīng)濟與管理學院，新疆石河子 832003)

通信作者：韓美玲，碩士研究生，研究方向為區(qū)域經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟。E-mail：630837357@qq.com。

生態(tài)環(huán)境是一定區(qū)域內(nèi)氣候、地貌、土壤、水文、動植物及人類活動等的綜合，它既受人類活動的影響，又是人類賴以生存的基礎[1-3]。隨著人類經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，全球環(huán)境、氣候發(fā)生一系列深刻而顯著的變化，對生態(tài)環(huán)境脆弱性的研究也逐漸提上日程[4]。新疆地處我國西北邊陲，是我國典型的干旱區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)，在國家“兩屏三帶”為主體的生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中，新疆作為北方防沙帶生態(tài)功能區(qū)，肩負著“三北”地區(qū)生態(tài)安全屏障的重任，承擔著加強防護林建設、草原保護和防風固沙的生態(tài)職責，對于新疆生態(tài)脆弱度的研究顯得十分必要。已有研究多是對河流流域、綠洲城市、區(qū)際范圍的生態(tài)環(huán)境狀況進行比較和分析，鮮有把新疆作為整體研究對象，對生態(tài)脆弱度的動態(tài)變化和驅(qū)動因子進行分析[5-10]。因此，本研究以新疆維吾爾自治區(qū)生態(tài)環(huán)境為研究對象，從自然因子、資源環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展4個層面構建生態(tài)脆弱度指標體系，找到影響生態(tài)脆弱度的主要驅(qū)動因子為緩解生態(tài)惡化提供對策，以期為新疆的可持續(xù)發(fā)展提供新的思路。

1 研究設計

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以2001—2014年為研究時段，各評價指標的原始數(shù)據(jù)來源于新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計局編寫的相關年份《新疆統(tǒng)計年鑒》。

1.2 生態(tài)脆弱性評價指標體系構建

評價生態(tài)脆弱度是一個復雜的的過程，造成區(qū)域生態(tài)脆弱的原因眾多，主要包括自然因素和人為因素。本研究評價新疆生態(tài)脆弱性兼顧可表征性、易獲取性、動態(tài)性、相關性等原則，在參考已有相關研究成果[4-5]的基礎上，結合本研究目的、范圍以及研究區(qū)域的自然地理背景和特征，建立一套科學完整的評價指標體系，指標體系共涵蓋3個層次：一是目標層，二是系統(tǒng)層，三是指標層。如表1所示，x1、x2、x3為表征自然因子的3個指標，x4、x5、…、x13為表征資源環(huán)境現(xiàn)狀的10個指標，x14、x15、x16、x17為表征經(jīng)濟發(fā)展狀況的4個指標，x18、x19、x20為表征社會發(fā)展狀況的3個指標。除x8、x11、x15、x17為正向指標外，其余均為逆向指標。為消除指標的量綱和統(tǒng)一指標值的變化范圍，對各個指標進行標準化處理，分別采用如下公式進行處理[11-12]。

正向指標：

逆向指標：

式中：minj(Xij)和maxj(Xij)分別表示第j個指標數(shù)列的最小值和最大值；Xij表示第j個指標第i年的變量值；Zij為第j個指標第i年的變量值的標準化結果，變化范圍在0～1之間。

脆弱度：

Di=∑Zij×wj。

式中：Di表示第i年新疆生態(tài)環(huán)境脆弱度；wj表示第j個指標的權重。

基于系統(tǒng)性和可操作性原則，本研究使用熵值法確定指標權重，各個指標的權重由樣本數(shù)據(jù)計算獲得，能消除人為確定權重的主觀性，計算公式如下：

gi=1-ej；

表1 新疆生態(tài)環(huán)境脆弱性評價指標體系

1.3 生態(tài)脆弱度與各指標之間關聯(lián)度分析

本研究使用灰色關聯(lián)度分析方法，測度各指標與生態(tài)脆弱度之間的關聯(lián)程度，把每個指標對生態(tài)脆弱度的影響程度進行量化，以便找出影響區(qū)域生態(tài)脆弱性的主要因素，灰色關聯(lián)分析具體計算步驟如下：(1)確定參考數(shù)列和比較數(shù)列；(2)對參考數(shù)列和比較數(shù)列構成的數(shù)據(jù)矩陣進行無量綱化數(shù)據(jù)處理，以消除不同種類數(shù)據(jù)無法比較和計算造成的誤差；(3)求參考數(shù)列與比較數(shù)列的灰關聯(lián)系數(shù)；(4)求灰關聯(lián)度；(5)按灰關聯(lián)度大小排序，在得到各個比較數(shù)列與參考數(shù)列的灰關聯(lián)度的基礎上，關聯(lián)度越大，說明影響程度也越大。

Xm={xm(1),xm(2),…,xm(n)}，m=1,2,…,20。

式中：n表示時刻，m表示指標個數(shù)；X0={x0(1),x0(2),…,x0(n)}，n=1,2,…,14為數(shù)據(jù)參考數(shù)列，X1={x1(1),x1(2),…,x1(n)}、…、Xi={xi(1),xi(2),…,xi(n)}、…、Xm={xm(1),xm(2),…,xm(n)}，m=1,2,…,20為數(shù)據(jù)比較數(shù)列。

關聯(lián)系數(shù)計算公式為：

1.4 貢獻度計算

把因子障礙度模型改造為因子貢獻度模型，用來分析歷年生態(tài)脆弱度的主要貢獻因子[7]，計算公式如下：

式中：Cj、wj、Ij分別表示第j項指標對脆弱度的貢獻度、第j項指標對脆弱度的權重、第j項指標的標準化值，m表示指標個數(shù)。

2 實證結果與分析

2.1 生態(tài)脆弱度變化趨勢分析

參考趙躍龍等的分類方法，按脆弱度z的大小把新疆生態(tài)環(huán)境脆弱性劃分為4類，即z>0.65為極強度脆弱，0.5

表2 新疆2001—2014年生態(tài)脆弱度評價結果

表2顯示，縱觀時間序列變化趨勢，西部大開發(fā)以來新疆生態(tài)脆弱度年際變化有波動，總體呈顯著下降的趨勢，即新疆生態(tài)脆弱性有逐漸消減的趨勢。生態(tài)脆弱性的變化大致可以劃分為3個階段：第1個階段，生態(tài)脆弱高度預警階段(2001—2005年)。在此期間，生態(tài)脆弱值介于0.532 9～0.657 0 之間，脆弱度等級處于極強度脆弱與強度脆弱狀態(tài)且脆弱度呈下降趨勢。由于西部大開發(fā)戰(zhàn)略剛剛落實，各項社會事業(yè)處于起步階段，西北地區(qū)迫于對中東部發(fā)達地區(qū)經(jīng)濟趕超，在權衡經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)治理時偏重經(jīng)濟建設，在承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的過程中大力發(fā)展石油化工工業(yè)，加快資源耗竭速度。同時，由于新疆是少數(shù)民族聚居區(qū)，寬松的人口政策造成人口自然增長率居高不下，沉重的人口負擔加重了資源環(huán)境壓力，給原本脆弱的生態(tài)系統(tǒng)“雪上加霜”。與此同時，在這個階段，生態(tài)脆弱性也有明顯的改善和好轉(zhuǎn)的趨勢，生態(tài)脆弱度由2001年的0.657 0下降到2005年的0.532 9，這與退耕還林工程和“三北”防護林工程在新疆的有效落實、環(huán)境污染治理、水土流失治理等環(huán)境整治措施有關，森林覆蓋率由2001年的1.92%上升到2005年的2.94%，累計造林面積90.1萬hm2，環(huán)境質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)。第2個階段，生態(tài)脆弱度徘徊階段(2006—2009年)。生態(tài)脆弱度處在中、強度脆弱狀態(tài)，生態(tài)脆弱度介于0.416 1～0.520 5之間，較上一階段生態(tài)環(huán)境有明顯的改善，這與人均能源消費量的大幅縮減、環(huán)境污染治理投資加大、農(nóng)民人均純收入提高關系密切，能源消費量的下降，能緩解氣溫上升對區(qū)域干旱氣候的影響。農(nóng)民收入水平提高能減輕農(nóng)民對土地的過度依賴，減少放牧、樵采等對自然資源過度開發(fā)利用的行為。第3個階段，生態(tài)脆弱度良性波動階段(2010—2014年)。在此期間，生態(tài)脆弱度處在中、輕度脆弱狀態(tài)，年際變化相對平穩(wěn)，生態(tài)脆弱度介于 0.354 2～0.419 8之間，這一階段生態(tài)環(huán)境趨向好轉(zhuǎn)是多方面因素作用的結果。首先，農(nóng)業(yè)占GDP比重下降了3.2百分點，環(huán)境污染治理投資占GDP比重上升了2.7百分點，農(nóng)業(yè)有效灌溉程度上升明顯。水土流失治理面積由2010年的35.9萬hm2上升到2014年的84.2萬hm2，年均增長 12.1萬hm2?！叭薄狈雷o林造林工程與防沙治沙工程的實施，使全區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體保持穩(wěn)定，呈現(xiàn)部分改善與局部惡化的態(tài)勢。

綜合來看，新疆維吾爾自治區(qū)生態(tài)環(huán)境有著先天的脆弱性，盡管近年來環(huán)保投入力度不斷加大，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量出現(xiàn)局部好轉(zhuǎn)，但新疆仍是全國面積最大的干旱半干旱荒漠區(qū)，土地沙化、干旱依然是現(xiàn)階段以及將來很長一段時間新疆生態(tài)環(huán)境治理的難題。隨著區(qū)域資源開發(fā)力度的不斷深入，環(huán)境污染治理的難度也將提高。

2.2 生態(tài)脆弱度與指標之間的關聯(lián)度分析

運用灰色關聯(lián)分析模型，通過公式計算出各指標與生態(tài)脆弱度之間的關聯(lián)度，排序獲得影響生態(tài)脆弱度的主要因素，結果見表3。從新疆生態(tài)脆弱度與各指標的灰色關聯(lián)度計算結果來看，各指標與生態(tài)脆弱度的關聯(lián)度由大到小依次為農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、人口自然增長率、環(huán)境污染投資總額占GDP比重、有效灌溉程度、年平均降水量、人均能源消耗量、農(nóng)民人均純收入、水土流失治理面積、自然保護區(qū)面積占轄區(qū)面積比重、人均GDP。新疆生態(tài)脆弱度與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、人口自然增長率、環(huán)境污染投資總額占GDP比重、有效灌溉程度的關聯(lián)程度最高，關聯(lián)度均達到了0.9以上，表明農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重大、人口增長率高是造成生態(tài)脆弱性提高的驅(qū)動因素，加大環(huán)境污染治理投資力度、提高有效灌溉面積是減緩區(qū)域生態(tài)脆弱性的有效途徑；年均降水量、人均能源消耗量、農(nóng)民人均純收入、水土流失治理面積、自然保護區(qū)面積占轄區(qū)面積比重、人均GDP對新疆生態(tài)脆弱性的影響次之，與之關聯(lián)度均達到0.8以上，表明加快農(nóng)民收入水平提高、加大環(huán)境建設投入力度有利于提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，而能源消耗量的提高會加重生態(tài)脆弱性，應倡導節(jié)能減排的消費觀念。

2.3 生態(tài)脆弱度與指標之間的貢獻度分析

選擇每年生態(tài)脆弱貢獻度最大的2個指標作為主要貢獻指標，其貢獻度如表4所示。由此可以看出，各年影響生態(tài)脆弱的主要貢獻因子變化較大，因子貢獻度也有所差異。2010年生態(tài)脆弱的主要貢獻因子為環(huán)境污染投資總額占GDP比重、人均耕地面積，2013年生態(tài)脆弱的主要貢獻因子為人均能源消耗量、自然保護區(qū)面積占轄區(qū)面積比重，2014年生態(tài)脆弱的主要貢獻因子為人均能源消耗量、人均水資源量。

表3 新疆生態(tài)脆弱度與各指標的灰色關聯(lián)度

表4 新疆各指標與生態(tài)脆弱度的貢獻度

注：表中所選變量為生態(tài)脆弱度貢獻最大的2個變量。

2.4 生態(tài)脆弱度的預測分析

本研究基于灰色系統(tǒng)理論，使用灰色預測模型，依據(jù)預測問題的特征，揭示中短期內(nèi)新疆生態(tài)環(huán)境脆弱性演變趨勢，以2001—2014年新疆生態(tài)環(huán)境脆弱度作為原始數(shù)據(jù)，預測中短期2018、2020年生態(tài)脆弱度的可能性變化，預測結果和誤差檢驗如表5所示。

表5 2018、2020年新疆生態(tài)脆弱度預測結果

3 結論與對策

本研究從自然因子、資源環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展4個方面構建了新疆生態(tài)環(huán)境脆弱性評價體系，使用灰色預測模型對新疆2018、2020年生態(tài)脆弱度進行預測，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，新疆生態(tài)脆弱性與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重、人口自然增長率、環(huán)境污染投資總額占GDP比重、有效灌溉程度的關聯(lián)程度最大，關聯(lián)度均達到0.9以上。因此，應從以下4個方面提高新疆生態(tài)環(huán)境質(zhì)量：第一，在本研究得到農(nóng)業(yè)占GDP比重是影響生態(tài)脆弱性的首要因素，農(nóng)業(yè)用水是新疆第一用水大戶，新疆生態(tài)環(huán)境基礎較弱，農(nóng)業(yè)用水比例過大勢必會擠占其他部門用水份額，不利于部門間的協(xié)同發(fā)展。因此，加快產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整步伐，提高二、三產(chǎn)業(yè)在新疆國民經(jīng)濟中的比重從而引導自然資源重新配置是改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要手段。第二，人口數(shù)量增長會提高資源消耗量和廢物排放量，加大環(huán)境承載壓力，造成環(huán)境質(zhì)量下降。因此，在可持續(xù)發(fā)展觀的指導下，新疆應從實際出發(fā)，嚴格執(zhí)行計劃生育政策，鼓勵晚婚晚育少生優(yōu)生，有效控制人口增長，促進人口與環(huán)境良性發(fā)展。第三，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，減少污染物排放，改變以往資源-產(chǎn)品-廢物的發(fā)展模式為資源-產(chǎn)品-再生資源的發(fā)展路徑，堅持走經(jīng)濟高增長，環(huán)境低污染的新型工業(yè)化發(fā)展道路。第四，加快科技研發(fā)和創(chuàng)新步伐，進而提高資源利用效率，推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術，發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)。對水利基礎設施加強建設和管理，提高水利設施抗災減災能力。

參考文獻：

[1]趙躍龍. 脆弱生態(tài)環(huán)境評價方法的研究[J]. 地理科學，1998，18(1)：73-78.

[2]姚 建，艾南山，丁 晶. 中國生態(tài)環(huán)境脆弱性及其評價研究進展[J]. 蘭州大學學報(自然科學版)，2003，39(3)：77-80.

[3]高洪文. 生態(tài)交錯帶理論研究進展[J]. 生態(tài)學雜志，1994(1)：32-38.

[4]趙躍龍，張玲娟. 脆弱生態(tài)環(huán)境定量評價方法的研究[J]. 地理科學，1998(1)：78-84.

[5]馬真臻，王忠靜，顧艷玲，等. 中國西北干旱區(qū)自然保護區(qū)生態(tài)脆弱性評價——以甘肅西湖、蘇干湖自然保護區(qū)為例[J]. 中國沙漠，2015，35(1)：253-259.

[6]裴 歡，房世峰，覃志豪，等. 干旱區(qū)綠洲生態(tài)脆弱性評價方法及應用研究——以吐魯番綠洲為例[J]. 武漢大學學報(信息科學版)，2013，38(5)：528-532.

[7]李夢娜，錢 會，喬 亮. 關中地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱脆弱性評價[J]. 資源科學，2016，38(1)：166-174.

[8]黃寶榮，歐陽志云，張慧智，等. 海南島生態(tài)環(huán)境脆弱性評價[J]. 應用生態(tài)學報，2009，20(3)：639-646.

[9]鐘曉娟，孫保平，趙 巖，等. 基于主成分分析的云南省生態(tài)脆弱性評價[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2011，20(1)：109-113.

[10]邱 芳，馬丁丑，孫小麗，等. 西部大開發(fā)以來甘肅省生態(tài)脆弱度變化趨勢研究[J]. 生態(tài)經(jīng)濟，2016，32(4)：194-198.

[11]於 琍. 干旱對生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的影響研究——以長江中下游地區(qū)為例[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2014，23(7)：1021-1028.

[12]劉曉瓊，劉彥隨. 大型能源開發(fā)前后區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱度變化研究——以陜西省榆林市為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2010，24(1)：46-51.