基于空間統(tǒng)計的宜賓市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量格網(wǎng)化監(jiān)測與評價

魯小丫，彭 穎，文學(xué)虎

(1.西南民族大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041；2.國家測繪地理信息局第三地理信息制圖院，四川 成都 610102)

2016年3月，國家《長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》正式印發(fā)，明確長江經(jīng)濟(jì)帶“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的基本思路，提出了長江經(jīng)濟(jì)帶要建設(shè)成為生態(tài)文明建設(shè)的先行示范帶的戰(zhàn)略定位要求.

科學(xué)發(fā)展，測繪先行.2017年4月，修訂通過的《測繪法》明確了測繪在生態(tài)保護(hù)服務(wù)方面的職責(zé)，彰顯了測繪對于生態(tài)文明建設(shè)的服務(wù)支撐作用.2015年，我國完成了第一次全國地理國情普查工作，全面摸清了全國地表覆蓋現(xiàn)狀，掌握了交通、水系及人類活動等要素的現(xiàn)狀和空間分布情況.普查成果精度高、現(xiàn)勢性好、詳細(xì)可靠，可為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供準(zhǔn)確、豐富的資源空間數(shù)據(jù)支撐.

從地理國情項(xiàng)目啟動之初，就一直重視成果數(shù)據(jù)的應(yīng)用問題[1].由于國情數(shù)據(jù)的土地、水、生態(tài)等要素的內(nèi)容十分豐富，因此在土地、水、生態(tài)等幾方面的研究比較多，分析方法也比較成熟.比如潘凱能、尹鵬程均對土地資源管理進(jìn)行了研究[2-3]，王海云等對批而未用的土地進(jìn)行了專項(xiàng)監(jiān)測[4].水資源的研究有濕地以及江河源頭的監(jiān)測[5-6]，也有對城市水景觀的監(jiān)測[8].隨著生態(tài)文明建設(shè)的蓬勃發(fā)展，針對生態(tài)協(xié)調(diào)、自然生態(tài)資源方面的監(jiān)測也是比較豐富的[9-14，16].

四川省是長江上游重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，其生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義重大，關(guān)系到整個長江經(jīng)濟(jì)帶的綠色發(fā)展.宜賓市作為萬里長江第一城，是四川省進(jìn)行生態(tài)文明建設(shè)和構(gòu)建長江上游生態(tài)屏障的重點(diǎn)城市和典型區(qū)域.本次研究以宜賓市為試點(diǎn)，對區(qū)域的地表空間分布規(guī)律、生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行分析評價，為長江經(jīng)濟(jì)帶綠色生態(tài)廊道建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐與技術(shù)服務(wù)支撐.

1 研究區(qū)概況

宜賓位于四川盆地南部，是川、滇、黔三省交匯地，面積約1.33萬平方千米.全市地形整體呈西南高、東北低態(tài)勢，地貌以中低山地和丘陵為主.境內(nèi)水系以長江為主脈，河流多、密度大、水量豐富，年擁有總水量2428.4億立方米，實(shí)際可利用水能資源居四川省第一.

2 研究數(shù)據(jù)獲取

本次采用的研究數(shù)據(jù)包括地理國情普查成果(含地表覆蓋分類數(shù)據(jù)和地理國情要素數(shù)據(jù))；2015年優(yōu)于1米的高分辨率正射影像；MODIS系列數(shù)據(jù)；2015年覆蓋研究區(qū)域的污染物、氣象、規(guī)劃、地質(zhì)等專題資料數(shù)據(jù).

3 地表覆蓋空間分布規(guī)律

從宜賓市2015年的地表覆蓋數(shù)據(jù)中提取林地、草地、水域濕地、耕地、建設(shè)用地及未利用地的信息，得到2015年宜賓市格網(wǎng)化地表覆蓋空間分布圖(見圖1)和2015年宜賓市地表覆蓋情況表(見表1).

圖1 宜賓市2015年地表覆蓋空間分布Fig 1 Surface coverage maps of Yibin city in 2015

表1 宜賓市各區(qū)(縣)地表覆蓋情況表(單位：km2)Table 1 Surface coverage tables of the districts of Yibin in 2015(unit：km2)

使用“區(qū)位熵”分析法衡量各類型地表覆蓋要素在研究區(qū)域的集中化程度，得到其空間分布格局，分析全市及下轄各區(qū)(縣)地表覆蓋空間分布規(guī)律.“區(qū)位熵”的計算公式為:

其中:qij表示j區(qū)(縣)一級地類i的面積；qj表示j區(qū)(縣)的行政面積；qi表示全宜賓市一級地類i的面積；q表示全宜賓市行政面積.

采取基于區(qū)位熵和變異系數(shù)統(tǒng)計方式，獲得對各區(qū)(縣)地表覆蓋要素組成結(jié)構(gòu)的比較信息(見表2).

表2 宜賓市各區(qū)(縣)各類型地表覆蓋要素區(qū)位熵統(tǒng)計Table 2 the entropy statistics of each type of element of surface coverage of the districts of Yibin

從表2中可以看出，宜賓市各區(qū)(縣)自然資源稟賦差異較為明顯，但其地表覆蓋要素結(jié)構(gòu)保持著總體均衡的態(tài)勢，尤其是耕地、林地及建設(shè)用地三種表征主動利用的類型，盡管各區(qū)(縣)絕對數(shù)量差異較大，但是三者占各自區(qū)(縣)總面積的比例大致相當(dāng).這充分說明了宜賓市各區(qū)(縣)根據(jù)各自土地資源的總量做出了相似的土地利用安排.

為了進(jìn)一步研究宜賓市生態(tài)環(huán)境狀況，將宜賓市各區(qū)(縣)的生態(tài)類用地、建設(shè)用地進(jìn)行匯總，并再次開展區(qū)位熵和變異系數(shù)的統(tǒng)計分析.生態(tài)類用地是指表征生態(tài)環(huán)境功能的林地、草地、水域濕地、耕地，以區(qū)別于對于生態(tài)環(huán)境起著負(fù)向影響的建設(shè)用地.通過統(tǒng)計分析研究兩種功能類型用地的均衡程度(見表3).

表3 宜賓市各區(qū)(縣)生態(tài)類用地和建設(shè)用地區(qū)位熵統(tǒng)計Table 3 the entropy statistics of ecological land and construction land of the districts of Yibin

從表3反映出，宜賓市生態(tài)類型的土地利用在各區(qū)(縣)的占比相似度極高，分布結(jié)構(gòu)保持高度一致.但建設(shè)用地，由于具有實(shí)施主動性和空間分布離散性的特點(diǎn)，在不同區(qū)(縣)間的結(jié)構(gòu)差異化就凸顯了出來.

4 生態(tài)環(huán)境狀況評價

利用綜合指數(shù)(生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù):EI)來評價研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況整體狀態(tài)和質(zhì)量，指標(biāo)體系由污染負(fù)荷指數(shù)、土地脅迫指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)和生境質(zhì)量指數(shù)五個分指數(shù)構(gòu)成.

5個分指數(shù)的計算公式如下:

其中:Abio為生境質(zhì)量的歸一化系數(shù)，參考值為511.2642131067.

其中:Aveg為歸一化系數(shù)，其值即取示范區(qū)范圍內(nèi)所計算單元中植被覆蓋指數(shù)的極大值進(jìn)行歸一化處理.

注:lak為湖庫面積的歸一化系數(shù)；riv為河流長度的歸一化系數(shù).

土地脅迫指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)參照《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 192-2015)[15]分析計算.

通過空間統(tǒng)計分析，得到2015年宜賓市生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)格網(wǎng)化分布(見圖2)，可以看出:由于人為活動劇烈，沿江生態(tài)環(huán)境狀況較差，在西北和中東部地方，地處山區(qū)，自然保護(hù)成效顯著，生態(tài)環(huán)境狀況較好.

圖2 宜賓市2015年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)分布圖Fig.2 The distribution of ecological index of Yibin in 2015

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)可劃分為5個等級(見表4).

表4 生態(tài)環(huán)境狀況分級Table 4 The classification table of environmental status

經(jīng)各指標(biāo)計算，得到宜賓市及各個區(qū)(縣)的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)表(見表5).

表5 宜賓市及縣(區(qū))域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)表Table 5 The ecological index table of the districts of Yibin

從表中結(jié)果可以看出，2015年宜賓市2區(qū)8縣生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)均在60以上，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量均為良.分值在70以上的區(qū)(縣)有6個，占區(qū)(縣)數(shù)量的60%.因此，可以說無論是宜賓市整體，還是其下轄的各區(qū)(縣)，其環(huán)境質(zhì)量狀況均較為良好.

在此基礎(chǔ)上，采取指數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差構(gòu)成的統(tǒng)計分析方法，獲得上述五項(xiàng)指數(shù)和整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在各區(qū)(縣)的相對差異性(見表6).

表6 基于平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對差異性統(tǒng)計Table 6 Relative differential statistics of ecological environmental quality based on the mean and the standard deviation

通過表5和表6比較，宜賓市在各區(qū)(縣)的生態(tài)環(huán)境狀況EI指數(shù)均達(dá)到“良”的背景下，其各區(qū)(縣)的生態(tài)環(huán)境差異性還是較為明顯.主城區(qū)的翠屏區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況，相對其他區(qū)(縣)而言，明顯處于相對較差的狀況；而作為新近開發(fā)的南溪區(qū)，生態(tài)環(huán)境狀況也不理想.造成兩區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況相對落后的原因，主要是兩區(qū)內(nèi)的生物多樣性和植被覆蓋度的狀況在全市范圍內(nèi)相對不理想；同時，翠屏區(qū)還存在污染負(fù)荷相對過高的問題.另一方面，屏山縣和筠連縣由于其地貌狀況所帶來的土地侵蝕問題，使得兩縣的“土地脅迫指數(shù)”在全市范圍處于較落后的位置.

5 結(jié)論

①絕對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量:全市及各區(qū)(縣)均達(dá)到良好.

宜賓市全城生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)為69.96，生態(tài)環(huán)境狀況類型為“良”；2區(qū)8縣生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)均在60以上，均為“良”，分值在70以上的區(qū)(縣)有6個.

②相對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量:各區(qū)(縣)差異明顯，問題各異.

主城區(qū)翠屏區(qū)和新近開發(fā)的南溪區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況處于相對較差的狀況，主要是兩區(qū)內(nèi)的生物多樣性和植被覆蓋度的狀況在全市范圍內(nèi)相對較差；翠屏區(qū)還存在污染負(fù)荷在全市內(nèi)相對過高的問題.屏山縣和筠連縣由于區(qū)域的地貌狀況所帶來的土地侵蝕問題，使得兩縣的“土地脅迫指數(shù)”在全市范圍處于較落后的位置.

綜上所述，宜賓市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量依然面臨著城市的建設(shè)對生態(tài)性用地的侵占和污染物排放加劇的問題.作為長江上游生態(tài)屏障的代表性區(qū)域，應(yīng)在保持總體生態(tài)環(huán)境狀況良好的現(xiàn)有基礎(chǔ)上，探索環(huán)境友好型的發(fā)展新模式，避免建設(shè)開發(fā)過程中，生態(tài)環(huán)境狀況向不良方向發(fā)展.

③宜賓市各區(qū)(縣)用地結(jié)構(gòu)總體均衡，資源稟賦差異明顯.

宜賓市各區(qū)(縣)的土地利用類型結(jié)構(gòu)均衡，尤其是對耕地、林地及建設(shè)用地三種表征主動利用的土地類型，占各自區(qū)(縣)總面積的比例都大致相當(dāng).在總體均衡態(tài)勢之下，各區(qū)(縣)的土地要素稟賦以及未來土地利用增長的潛力卻存在較為明顯的差異，這主要反映在水域和未利用類型土地，這類自然資源類型的土地要素稟賦在各行政區(qū)之間分布的差異性，提示了宜賓市各區(qū)域進(jìn)行土地利用開發(fā)時，應(yīng)充分利用環(huán)境優(yōu)勢，因地制宜.

④生態(tài)本底各區(qū)一致，建設(shè)影響形成差異.

各區(qū)(縣)生態(tài)地類的占比相似程度極高.同時，由于建設(shè)活動具有實(shí)施主動性和空間分布離散性的特點(diǎn)，因此，不同區(qū)(縣)的結(jié)構(gòu)差異化明顯.從城市開發(fā)效益和建設(shè)利用效率的角度出發(fā)，這種差異性是不可避免的.

從宜賓整體均衡發(fā)展的角度來考慮，生態(tài)類型和建設(shè)類型土地的比例安排或許更應(yīng)該具備一種互補(bǔ)性，即通過推行包括“增加掛鉤”在內(nèi)的一系列占補(bǔ)平衡措施，將建設(shè)用地區(qū)位熵較低的區(qū)域內(nèi)形成較高的生態(tài)類型用地，以此實(shí)現(xiàn)整體的結(jié)構(gòu)平衡.

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