近35年科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)健康診斷研究——以巴林右旗為例

張 寧, 田美榮， 高吉喜, 錢金平

(1.河北師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 石家莊 050024; 2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042)

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近35年科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)健康診斷研究
——以巴林右旗為例

張 寧1,2, 田美榮2， 高吉喜2, 錢金平1

(1.河北師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 石家莊 050024; 2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042)

干旱區(qū)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況不僅決定其所提供生態(tài)服務(wù)大小，也決定著區(qū)域生態(tài)安全等級(jí)。因此，開展生態(tài)系統(tǒng)健康診斷，對(duì)摸清生態(tài)系統(tǒng)本底值，進(jìn)而提高生態(tài)修復(fù)效率具有重要意義。以科爾沁沙地源頭巴林右旗為研究對(duì)象，運(yùn)用PSR模型構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)健康診斷指標(biāo)體系，將熵權(quán)法與綜合評(píng)價(jià)法有機(jī)結(jié)合，確定了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)權(quán)重和綜合健康狀況，并對(duì)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了分級(jí)診斷。結(jié)果顯示：所選指標(biāo)中圍封草場(chǎng)面積的覆蓋率熵權(quán)值Wj=0.0655為最大值，表明圍封草場(chǎng)面積是影響沙地生態(tài)系統(tǒng)健康的最主要指標(biāo)。還發(fā)現(xiàn)近35 a中有32 a科爾沁沙地處于生態(tài)系統(tǒng)亞健康狀態(tài)，1982年、2009年、2010年處于不健康狀態(tài)。這主要在于生態(tài)系統(tǒng)健康和狀態(tài)指標(biāo)呈正相關(guān)，人類活動(dòng)可以輔助生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的恢復(fù)，同時(shí)，過度干擾生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)將影響生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。

科爾沁沙地; 生態(tài)系統(tǒng)健康; 熵權(quán)法

科爾沁沙地位于我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的中東部，是我國(guó)四大沙地中面積最大的沙地，其自然環(huán)境具有典型的過渡性和脆弱性特點(diǎn)[1]。改革開放以來，長(zhǎng)期以墾殖和放牧為主的粗放式經(jīng)營(yíng)[2]，致使科爾沁沙地流動(dòng)、半固定沙丘移動(dòng)較快，沙地面積不斷擴(kuò)大，僅1985—1992年沙化草地面積就擴(kuò)大了41.4%[3]。為治理土地沙化，2000年以來我國(guó)在科爾沁沙地先后啟動(dòng)了“天然林保護(hù)工程”、“退耕還林還草工程”、“京津冀治沙防沙工程”，沙化面積雖有所減緩，但生態(tài)系統(tǒng)健康仍面臨威脅。為了更好的保護(hù)科爾沁草原，有效治理科爾沁沙地，首先必須摸清其生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，才能“對(duì)癥下藥”對(duì)其進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。本文以科爾沁沙地的風(fēng)源地巴林右旗為例，對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行診斷，意義在于明確巴林右旗沙地系統(tǒng)生態(tài)健康狀況，為提高生態(tài)修復(fù)效率提供數(shù)據(jù)支撐，為提升沙地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控和環(huán)境管理水平提供科學(xué)基礎(chǔ)，使科爾沁沙地能為人類的生存和發(fā)展提供多種服務(wù)功能[4-5]。

生態(tài)系統(tǒng)健康診斷評(píng)價(jià)主要有三種方法：指示物種法、指示區(qū)域法、指標(biāo)體系法。指示物種法主要是通過檢測(cè)生態(tài)系統(tǒng)中指示物種受到環(huán)境影響時(shí)的反映[6]，該方法在水生生態(tài)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。孔紅梅等[7]總結(jié)出了水生生態(tài)系統(tǒng)和森林生態(tài)系統(tǒng)的常用指示物種，如：浮游生物、低棲無脊椎動(dòng)物等。指示區(qū)域法是采用一些關(guān)鍵的敏感區(qū)域作為生態(tài)系統(tǒng)健康的指示器，David Schindller提出建議將湖泊作為評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)健康的“警報(bào)器”[8]。指標(biāo)體系法主要是將所需的指標(biāo)根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)分成不同的類別，典型的方法有Costanza提出的VOR[9]、聯(lián)合國(guó)OECD和UNEP提出的PSR(Pressure-State-Response)方法[10]，王雪[11]等基于PSR模型以豐都縣為例對(duì)其區(qū)域土地生態(tài)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)，羅遵蘭等[12]運(yùn)用該模型對(duì)松花江流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了評(píng)價(jià)，胡秀芳[13]等設(shè)計(jì)了草原生態(tài)安全評(píng)價(jià)的PSR的概念模型。

指標(biāo)體系法中PSR模型具有較好的操作性，被學(xué)者廣泛采用。主要因?yàn)镻SR模型中壓力、狀態(tài)和響應(yīng)指標(biāo)之間沒有明確的界線，模型框架邏輯性強(qiáng)，因果關(guān)系清晰，三個(gè)指標(biāo)相互制約、相互影響、并強(qiáng)調(diào)結(jié)合具體的實(shí)際情況，應(yīng)用起來較為靈活[14]。因此，本文也采用PSR模型構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)健康診斷指標(biāo)體系。在模型診斷中，指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)確定非常重要，熵權(quán)法作為客觀綜合定權(quán)法，注重多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的聯(lián)系，通過度量指標(biāo)所提供的有效信息量來確定其權(quán)重[15-16]，具有完備性、客觀性和可操作性。本文為使指標(biāo)權(quán)重更加客觀合理，將熵權(quán)法與綜合評(píng)價(jià)法有機(jī)結(jié)合，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康診斷，明確生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況與級(jí)別，為生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與發(fā)展提供一定的依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

巴林右旗位于內(nèi)蒙古赤峰市北部，西拉沐淪河北岸，大興安嶺南段山地。地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°12′09″—120°01′42″,北緯43°12′55″—44°27′52″，總面積10 256 km2。在其南部?jī)A斜沖擊平原區(qū)，廣泛分布著流動(dòng)、半流動(dòng)和固定沙丘，構(gòu)成沙丘與丘間地相間排列的地貌組合。其沙地面積占全旗面積的34%，占到科爾沁沙地總面積的6.5%，是科爾沁防風(fēng)固沙功能區(qū)的重要組成部分[17]。該旗屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年日照時(shí)效為3 000～3 200 h，平均氣溫為4.9℃。年平均降水量為358 mm且相對(duì)變率大達(dá)22%，年蒸發(fā)量為2 103 mm，相當(dāng)于降水量的6倍，濕潤(rùn)度多年平均值為0.35。全年風(fēng)沙日數(shù)達(dá)70 d左右，干旱，多風(fēng)沙是該地的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)。

2　研究方法

2.1PSR模型

本文應(yīng)用PSR(Pressure-State-Response)模型作為科爾沁沙地典型區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷指標(biāo)體系的基本框架(圖1)。在PSR模型中，生態(tài)系統(tǒng)健康可由壓力—狀態(tài)—響應(yīng)三個(gè)不同但相互聯(lián)系的指標(biāo)類型來表達(dá)：壓力指標(biāo)反映人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的負(fù)荷；狀態(tài)指標(biāo)表征自然資源、生態(tài)系統(tǒng)的狀況；響應(yīng)指標(biāo)表征人類面對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康問題作出的反映。沙地生態(tài)系統(tǒng)健康診斷的指標(biāo)框架有非常清晰的因果關(guān)系，即人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)施加一定的壓力，生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)的變化，而人類針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生的變化作出反映，以期維持生態(tài)系統(tǒng)健康的狀態(tài)。

圖1　沙地生態(tài)系統(tǒng)壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)以上表述和PSR模型的評(píng)價(jià)思路，構(gòu)建了4個(gè)層次的指標(biāo)體系，切實(shí)反映科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況(圖2)。第1個(gè)層次是目標(biāo)層：即科爾沁沙地典型區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷；第2個(gè)層次是準(zhǔn)則層：即壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)準(zhǔn)則層；第3個(gè)層次是要素層：即每個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層具體由哪些要素來表征；第4個(gè)層次是指標(biāo)層：整理所需的指標(biāo)層數(shù)據(jù)來源于1977—1996年巴林右旗統(tǒng)計(jì)資料、1994—2013年巴林右旗統(tǒng)計(jì)年鑒、巴林右旗輝煌的五十年、1989—2013年內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒。

運(yùn)用定量評(píng)價(jià)對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行診斷，所選用的具體指標(biāo)要能夠表征生態(tài)系統(tǒng)的自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)狀況。其指標(biāo)數(shù)據(jù)來源如下：

圖2　沙地生態(tài)系統(tǒng)診斷指標(biāo)體系

(1) 壓力指標(biāo)。主要是指人類活動(dòng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展給環(huán)境帶來的壓力和影響。與自然的沙地生態(tài)系統(tǒng)相比，巴林右旗位于科爾沁沙地的風(fēng)沙源地，屬于農(nóng)牧交錯(cuò)帶，生態(tài)環(huán)境脆弱，抗干擾能力差，區(qū)域內(nèi)的人類活動(dòng)往往對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生強(qiáng)烈而長(zhǎng)期的影響。指標(biāo)選擇有人口密度表征人口增長(zhǎng)的壓力、人均GDP表征經(jīng)濟(jì)發(fā)展的壓力、第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比例表征經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量、土地墾殖系數(shù)、載畜量、化肥施用強(qiáng)度等分別表征農(nóng)業(yè)，牧業(yè)發(fā)展在發(fā)展過程中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力。從人口、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、牧業(yè)較為全面的來表征沙地生態(tài)系統(tǒng)所受到的壓力。

(2) 狀態(tài)指標(biāo)。主要描述生態(tài)系統(tǒng)自然環(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，體現(xiàn)環(huán)境要素的變化和采取環(huán)境政策的結(jié)果。指標(biāo)選擇生態(tài)系統(tǒng)的自然要素、結(jié)構(gòu)狀態(tài)及服務(wù)功能，其中自然要素包括年降水量、八級(jí)以上風(fēng)速、全年日照時(shí)數(shù)；結(jié)構(gòu)狀態(tài)包括林業(yè)及牧業(yè)，用于表征其結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)和實(shí)際的狀態(tài)，包括圍封草場(chǎng)面積覆蓋率、年造林面積覆蓋率等；服務(wù)功能反映生態(tài)系統(tǒng)為人類生存和發(fā)展所提供的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括羊毛絨年增長(zhǎng)率、人均肉類擁有量、單位面積糧食和大豆產(chǎn)量、人均牛奶擁有產(chǎn)量等。其狀態(tài)指標(biāo)的實(shí)際意義在于，在自然要素的前提下，人為對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行干擾，而相應(yīng)的得到系統(tǒng)服務(wù)功能的回饋。

(3) 響應(yīng)指標(biāo)。主要反映了社會(huì)或個(gè)人受到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響，以及為了預(yù)防、減少、停止或恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的不健康狀態(tài)和不利于人類生存、發(fā)展的環(huán)境狀況所采取的措施。主要是從文化教育水平，體現(xiàn)人口素質(zhì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康程度的影響；生活水平和民生健康，體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能對(duì)社會(huì)和個(gè)人發(fā)展的反饋。

2.3綜合健康指數(shù)法

為了能用定量的方法對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)與診斷，需建立一個(gè)綜合健康指數(shù)(Comprehensive Health Index,CHI)。其閾值范圍為0～1，0值表征健康狀態(tài)最差，1值表征健康狀態(tài)最好。為了更清晰的表述生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，對(duì)綜合健康指數(shù)值進(jìn)行健康狀態(tài)的分級(jí)[18]，可分為5級(jí)：很健康、健康、亞健康、不健康、病態(tài)。綜合健康指數(shù)模型公式如下：

(1)

式中：n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；wi為指標(biāo)i的權(quán)重值；bij為指標(biāo)i的歸一化值。

2.4熵權(quán)法賦權(quán)指標(biāo)權(quán)重法

由于指標(biāo)體系中指標(biāo)層的類型復(fù)雜，各指標(biāo)系數(shù)間的量綱不統(tǒng)一，指標(biāo)權(quán)重的確定尤為重要。熵權(quán)法為客觀賦權(quán)法，反映信息無序化程度，可以度量信息量的大小，在沙地典型生態(tài)區(qū)健康評(píng)價(jià)和診斷中，某一指標(biāo)反映的信息越多，表明該指標(biāo)所在評(píng)價(jià)中起到的作用越大，得到的熵值越小，反之熵值亦大[15]，因此，運(yùn)用熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)反映的信息進(jìn)行度量，其各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，最終由評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的判斷矩陣來確定。熵權(quán)法賦權(quán)步驟如下：

(1) 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣：

R=(rij)m×n

(2)

式中：rij為第j個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的統(tǒng)計(jì)值；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)；m為評(píng)價(jià)對(duì)象，其中(i=1,2,3，…，n;j=1,2,3，…，m)。

(2) 利用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)構(gòu)成的判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，其中評(píng)價(jià)指標(biāo)中，有些指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)成正相關(guān)，即值越大越滿意，如：圍封草場(chǎng)面積覆蓋率指標(biāo)；有些指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)健康成負(fù)相關(guān)，即值越小越滿意，如：土地墾殖系數(shù)。計(jì)算公式如下：

越大越滿意的指標(biāo)：

(3)

越小越滿意的指標(biāo)：

(4)

式中：rmax為同一指標(biāo)不同評(píng)價(jià)對(duì)象中最滿意者，則rmin為最不滿意者；式(4)中：rmax為同一指標(biāo)不同評(píng)價(jià)對(duì)象中最不滿意者，則rmin為最滿意者。

(3) 計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵為：

(i=1,2,3，…，n;j=1,2,3，…，m)

(5)

(6)

(4) 各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)為:

(7)

2.5綜合健康指數(shù)及分級(jí)

沙地CHI的值為0～1，用連續(xù)的實(shí)數(shù)表示其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，及值為1時(shí)為最好，值為0時(shí)為最差[18]。(1) 0～0.2，表征PSR模型中壓力過大，狀態(tài)紊亂，響應(yīng)過小，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)已失去其正常的功能；(2) 0.2～0.4，表征模型中壓力較小，人類活動(dòng)開始對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)；(3) 0.4～0.6，表征生態(tài)系統(tǒng)仍承受一定的壓力，但狀態(tài)良好，響應(yīng)及時(shí)；(4) 0.6～0.8，表征整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)壓力—狀態(tài)—響應(yīng)趨于合理，進(jìn)入持續(xù)發(fā)展的階段；(5) 0.8～1.0表征生態(tài)系統(tǒng)極其穩(wěn)固。

表1　沙地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3　結(jié)果與分析

(1) 權(quán)重。利用極差方法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，然后根據(jù)熵權(quán)法賦權(quán)計(jì)算得到熵值Hj。Hj是沙地生態(tài)系統(tǒng)中所選指標(biāo)無序程度的一個(gè)度量值，其值越小，所提供的信息就越大，而其Wj權(quán)重值就越大。在壓力指標(biāo)中，如：人口密度的Hj值最小為0.993 7，表示人口密度在沙地生態(tài)系統(tǒng)健康診斷中影響最大，人口密度越大，Hj值越小，Wj值越大，使得沙地生態(tài)系統(tǒng)趨向不健康狀態(tài)。表2為結(jié)果顯示：生態(tài)壓力指標(biāo)中，人口密度Wj值所占比重最大，為0.050 6，其次為土地墾殖系數(shù)0.043 0，載畜量0.041 1，第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重0.040 0，表明人口的發(fā)展以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能源的消耗對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康造成的壓力最大。狀態(tài)指標(biāo)中，圍封草場(chǎng)面積覆蓋率、人均牛奶擁有產(chǎn)量、人均肉類擁有量所占的比重較大，其Wj值依次為0.065 5，0.059 8，0.051 3，反映人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)生態(tài)健康狀況的影響起主要作用。尤其是圍封草場(chǎng)面積的大小，圍封草場(chǎng)面積越大越利于沙地生態(tài)系統(tǒng)趨向健康狀態(tài)發(fā)展。響應(yīng)指標(biāo)中，人口素質(zhì)0.030 2，教育水平0.050 0，所占比重較大，說明其對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康的保護(hù)與恢復(fù)影響最大。人口素質(zhì)和受教育水平直接影響著對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)意識(shí)程度。

Hj值的大小代表該指標(biāo)在該問題中，提供有效信息量的多寡程度。其Wj值則表征該指標(biāo)對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康的影響程度，值越大對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的影響程度越大。對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康影響較大的指標(biāo)為圍封草場(chǎng)面積、人均牛奶擁有量、人均肉類擁有量、單位面積青貯飼料青貯數(shù)、人口密度等指標(biāo)，其在總指標(biāo)體系中的Wj權(quán)重分別為0.065 5，0.059 8，0.051 3，0.050 8與0.050 6，表明以上指標(biāo)為影響巴林右旗1977—2013年沙地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要指標(biāo)。圍封草場(chǎng)面積的增加，抑制土地沙化，減少沙化程度，促進(jìn)沙地生態(tài)系統(tǒng)的健康恢復(fù)。人均牛奶擁有量、人均肉類擁有量等Wj值較大，表明對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)的能量流、物質(zhì)流索取較多，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)失衡，趨向不健康狀態(tài)。

(2) 健康診斷。根據(jù)綜合健康指數(shù)計(jì)算得出各準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的綜合得分情況，并依照生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，得出1978—2013年，改革開放以來近35 a中有32 a科爾沁沙地處于生態(tài)系統(tǒng)亞健康狀態(tài)，1982年、2009年、2010年處于不健康狀態(tài)。1982年沙地生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)。原因是1982年?duì)顟B(tài)綜合得分較低。對(duì)該年?duì)顟B(tài)綜合得分影響較大的指標(biāo)為圍封草場(chǎng)面積覆蓋率、經(jīng)濟(jì)林面積占年造林面積比例。該年圍封草場(chǎng)面積87 356 hm2，接近35 a來最低值，經(jīng)濟(jì)林面積較1981年增加了619.9 hm2，不僅未能抑制和減少沙化面積，并且經(jīng)濟(jì)林面積的擴(kuò)大使得沙地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能壓力過大，致使1982年沙地生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)；2009年出現(xiàn)不健康狀態(tài)主要原因?yàn)?009年響應(yīng)指標(biāo)中的農(nóng)民人均純收入偏低，農(nóng)民人均純收入增長(zhǎng)率僅1.1%；未能為沙地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，降低了個(gè)人、家庭以及社會(huì)對(duì)沙地生態(tài)恢復(fù)的動(dòng)力和積極性。2010年也出現(xiàn)不健康的狀態(tài)，除受到2009年的影響外，2010年的狀態(tài)綜合得分也較低，該年造林面積5 694 hm2，僅用材林面積就占到53.5%，致使沙地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能狀態(tài)嚴(yán)重失衡。

表2　各指標(biāo)權(quán)重值

依據(jù)沙地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的指標(biāo)體系，由圖3可以直觀、連續(xù)地反映35 a來其健康狀況的發(fā)展趨勢(shì)，由模型綜合得分和CHI趨勢(shì)線顯示，有兩個(gè)明顯的波谷，即為沙地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況下滑，致使1982年、2009年和2010年出現(xiàn)不健康的狀態(tài)。而近幾年呈現(xiàn)迅速上升趨勢(shì)，其原因在于近幾年巴林右旗進(jìn)行防風(fēng)固沙的治理，加大對(duì)流動(dòng)、半流動(dòng)沙丘的固化，使得生態(tài)系統(tǒng)健康狀況顯著好轉(zhuǎn)。

壓力、狀態(tài)和響應(yīng)的變化趨勢(shì)并不是同步的，壓力和響應(yīng)的變化趨勢(shì)具有一定的相似性，壓力逐年呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；響應(yīng)總體趨勢(shì)有所下降但變化相對(duì)平穩(wěn)；狀態(tài)則一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人口發(fā)展壓力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力在不斷增大，1978年人口密度為13.72 km2/人，至2013年增加到19.01 km2/人；2013年的GDP與1978年相比增加了67.75倍；第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比例由1978年的9.3%到2013年上升至56.6%，與此同時(shí)，2000年以來巴林右旗實(shí)施了退耕還林、禁牧等措施。使得載畜量、化肥施用強(qiáng)度、農(nóng)藥使用強(qiáng)度逐年降低，促使生態(tài)環(huán)境壓力相對(duì)減輕，因此至2000年以來，生態(tài)環(huán)境壓力減輕量抵消了人口發(fā)展壓力、經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力的增加量，使得壓力綜合得分降低，整體壓力相對(duì)減輕。

利用SPSS軟件，對(duì)狀態(tài)得分和模型綜合得分進(jìn)行散點(diǎn)圖和相關(guān)關(guān)系分析，得出皮爾遜相關(guān)系數(shù)0.741，sig 值為0.000，回歸系數(shù)為1.107，表明狀態(tài)得分與模型的綜合得分呈正相關(guān)的關(guān)系，狀態(tài)的變化對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)的健康起主導(dǎo)作用。自然狀態(tài)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及服務(wù)狀態(tài)是影響沙地生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指標(biāo)。良好的自然狀態(tài)，相對(duì)合理的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和平衡的服務(wù)狀態(tài)才能使得沙地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)健康的發(fā)展。

圖3　壓力、狀態(tài)、響應(yīng)變化趨勢(shì)及擬合曲線

4　結(jié) 論

(1) 沙地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與診斷是沙地生態(tài)治理的前提，目前對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康的診斷仍然較少。本文以生態(tài)系統(tǒng)健康的理論為基礎(chǔ)，以PSR為評(píng)價(jià)思路，構(gòu)建沙地生態(tài)系統(tǒng)健康與診斷評(píng)價(jià)體系模型，運(yùn)用熵權(quán)法賦權(quán)進(jìn)行定量分析。診斷結(jié)果顯示研究區(qū)近35 a的健康狀況雖有波動(dòng)，但變化不大，其中32 a處在亞健康狀態(tài)，1982年、2009年、2010年處于不健康狀態(tài)。如期望沙地生態(tài)系統(tǒng)逐漸朝向健康的趨勢(shì)發(fā)展，必須要合理的處理好人類活動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，調(diào)整好生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和服務(wù)功能。否則恢復(fù)科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)較為困難，在短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。

(2) 由于國(guó)內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的沙地生態(tài)系統(tǒng)健康診斷的指標(biāo)體系與標(biāo)準(zhǔn)，本文依據(jù)巴林右旗的實(shí)際情況，參考其他研究者對(duì)該方法的應(yīng)用，對(duì)科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行了診斷，其診斷結(jié)果雖可判斷科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)健康的變化情況，但由于缺少地面植被調(diào)查，針對(duì)具體年份診斷結(jié)果精度需進(jìn)一步提高。下一步研究中將加強(qiáng)野外實(shí)地調(diào)查，生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)增加退化種、優(yōu)勢(shì)種等各項(xiàng)指標(biāo)，使生態(tài)系統(tǒng)健康診斷結(jié)果更加符合實(shí)際。因此，隨著診斷指標(biāo)體系的不斷改進(jìn)和完善，沙地的自然演變、人類對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)健康期望值的改變及對(duì)其科學(xué)認(rèn)知的加深，科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)健康診斷也會(huì)更加準(zhǔn)確[19]。

(3) 為促使沙地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展，提出一些行之有效的途徑：以自然恢復(fù)為主[20]，但仍需人工輔助；在保護(hù)原有植被基礎(chǔ)上，對(duì)土地進(jìn)行規(guī)劃管理，實(shí)施人工封育，科學(xué)的進(jìn)行人工或機(jī)械播種固沙抗旱植物；實(shí)施牧場(chǎng)承包到戶，責(zé)任到人，產(chǎn)權(quán)穩(wěn)定，對(duì)于公共牧場(chǎng)制定一系列較為完善的“禁牧、輪牧、休牧”的管理辦法；對(duì)局部沙化嚴(yán)重區(qū)，實(shí)施生態(tài)移民，將人畜立即遷出，使人沙矛盾得到緩解[21]；以養(yǎng)殖業(yè)為基礎(chǔ)，發(fā)展提供產(chǎn)品、創(chuàng)新特色、優(yōu)質(zhì)加工、擴(kuò)大銷路的一體化經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，提高農(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)

水平，改善以破壞環(huán)境求得發(fā)展的落后模式。

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Studies on Diagnosis of Ecosystem Health Nearly 35 Years in Horqin Sandy land—A Case Study in Balinyouqi

ZHANG Ning1,2, TIAN Meirong2, GAO Jixi2, QIAN Jinping1

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang050024,China; 2.NanjingInstituteofEnvironmentalScience,MinistryofEnvironmentalProtection,Nanjing210042,China)

The health condition of arid sandy ecosystem determines not only the size of the ecological services they provide, but also the level of regional ecological security. Therefore, carrying out ecosystem health diagnosis is of great importance to the background value of ecosystem and to the increase of ecological restoration efficiency. We took Balinyouqi of Horqin Sandy Land as research site, used PSR model to construct the index system of ecosystem health diagnosis, and determine the ecosystem health index and overall health condition of the study area with the combination of entropy method and comprehensive evaluation method. And we also diagnosed the ecosystem health of the study area at different levels. The results show that the coverage rate of the enclosed grassland area in the selected index reaches to a maximum (0.065 5), indicating that the area of enclosed pasture is the main indicator influencing the health of sandy ecosystem. It also finds that in the recent 35 years, the ecological system of Horqin Sandy Land has been in the sub-healthy state for 32 years and was in unhealthy state in 1982, 2009 and 2010, which results from that the ecosystem health and state indexes are positively correlated. Human activities can assist the recovery of ecosystem health while excessive interference of ecosystem structure will affect the ecosystem health.

Horqin Sandy Land; ecosystem health; entropy weight method

2015-06-23

2015-07-23

國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目“重要生態(tài)功能區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)修復(fù)模式研究與應(yīng)用”(201409055);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)“基于生態(tài)保護(hù)紅線的生態(tài)廊道構(gòu)建技術(shù)研究”

張寧(1989—),女,河北邢臺(tái)人,碩士研究生,主要從事區(qū)域生態(tài)與恢復(fù)等方面的研究。E-mail:zhangning1989zhxy@126.com

田美榮(1981—),女,內(nèi)蒙古鄂爾多斯人,副研究員,博士,主要從事區(qū)域生態(tài)與恢復(fù)等方面的研究工作。E-mail:tianmeirong007@163.com

X171.1

A

1005-3409(2016)04-0206-06