黃河流域生態(tài)敏感性定量評(píng)價(jià)及其空間分布研究
——以渭南地區(qū)為例

李 艷

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043）

生態(tài)敏感性是指受到人類(lèi)和自然環(huán)境的干擾，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程所表現(xiàn)出的難易程度［1］.作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要組成部分，關(guān)系到區(qū)域生態(tài)環(huán)境的演變，間接影響著區(qū)域經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展［2］.渭南作為黃河流域中段的典型城市，地理位置特殊，自然條件復(fù)雜，農(nóng)業(yè)及能源礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所惡化，地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定狀況已經(jīng)成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素［3］.

近年來(lái)，人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式直接影響到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，黃河流域農(nóng)業(yè)發(fā)展與能源開(kāi)發(fā)并存的發(fā)展模式對(duì)區(qū)域生態(tài)敏感區(qū)演化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響［4］.國(guó)家發(fā)展改革委、自然資源部聯(lián)合印發(fā)了《全國(guó)重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃（2021—2035年）》，要求優(yōu)化黃河流域重點(diǎn)生態(tài)區(qū)的生態(tài)安全格局，明確生態(tài)敏感區(qū)域的保護(hù).因此，如何衡量當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的敏感性是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題.

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生態(tài)敏感性研究不斷地探索，取得了一些研究成果.生態(tài)敏感性研究往往集中于評(píng)價(jià)體系研究［5-7］.基于生態(tài)敏感評(píng)價(jià)體系，熊春梅和胡和兵對(duì)我國(guó)生態(tài)敏感區(qū)的劃定和承載力進(jìn)行分析，提出了生態(tài)敏感區(qū)劃定及其管控措施［1，8］.隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們將生態(tài)敏感性的變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行綜合分析［9-10］.目前，關(guān)于生態(tài)敏感性研究又轉(zhuǎn)向旅游區(qū)［11-13］、經(jīng)濟(jì)熱點(diǎn)區(qū)域及環(huán)境惡劣地區(qū)［14-18］.總體來(lái)講，研究者已圍繞生態(tài)敏感性和地區(qū)規(guī)劃展開(kāi)了廣泛的研究，在研究對(duì)象上，從生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的單一生態(tài)因素的變化效應(yīng)的研究，向經(jīng)濟(jì)學(xué)、旅游地理學(xué)等多學(xué)科、多因子的綜合評(píng)價(jià)研究發(fā)展，但是對(duì)于黃河流域特征重點(diǎn)區(qū)域缺少長(zhǎng)時(shí)間序列的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)研究.

目前，隨著空間技術(shù)手段的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析方法正逐步用在于生態(tài)敏感性的空間識(shí)別中［19-20，14］，在研究尺度上從省級(jí)再到地市均有涉及［5，10，21］.同時(shí)，當(dāng)在一個(gè)給定的層次上有四個(gè)或更多的指標(biāo)時(shí)，就很難保持思維的一致性.在這種情況下，可以采用模糊層次分析法（FAHP）.將主要問(wèn)題分解為不同的系統(tǒng)層次，將定性信息與定量信息相結(jié)合，是一種合理可行的評(píng)價(jià)方法.本研究擬采用GIS技術(shù)，對(duì)黃河流域生態(tài)敏感性進(jìn)行分區(qū)劃分和空間格局的研究，研究結(jié)果可以我國(guó)黃河流域重點(diǎn)生態(tài)區(qū)的保護(hù)提供了很好的理論支持.

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

渭南位于108°50′～110°38′E，34°13′～35°52′N(xiāo)之間，下轄2個(gè)市轄區(qū)7個(gè)縣2個(gè)縣級(jí)市，面積為13 134 km2.渭南地勢(shì)以渭河為軸線，形成南北兩山、兩塬和中部平川五大地貌類(lèi)型區(qū)，中部渭河沖積平原是八百里秦川最寬闊的地帶.南北高，中間低，東西開(kāi)闊，海拔在319～2636 m之間，該區(qū)地形高程如圖1所示.

渭南屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，雨量適宜.無(wú)霜期199～255 d，年均氣溫12～14℃，年均降雨量600 mm左右，年日照2200～2500 h，是關(guān)中地區(qū)主要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū).該區(qū)域礦產(chǎn)資源豐富，礦種類(lèi)別多，煤、鉬、金、石是其優(yōu)勢(shì)礦種.因此，該區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展和礦產(chǎn)開(kāi)采業(yè)是其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支撐，生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)的時(shí)空變化較大，難以有效地進(jìn)行管控.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)體系涉及多種因素的影響，因此生態(tài)安全的數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，數(shù)據(jù)采集成為研究的關(guān)鍵.本研究的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于遙感數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)年鑒和氣象局，其中遙感數(shù)據(jù)和DEM來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/）.

遙感數(shù)據(jù)主要用于解釋土地利用程度.DEM數(shù)據(jù)可用于提取坡度和高程數(shù)據(jù).工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、人口密度和人均GDP均取自1998年、2005年、2011年和2015年陜西省和渭南市的統(tǒng)計(jì)年鑒.降水量、年平均氣溫、日照時(shí)數(shù)、年蒸發(fā)量來(lái)源于陜西省氣象局和相應(yīng)年份的統(tǒng)計(jì)年鑒.

2 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

由于選取指標(biāo)因子的不同以及地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的特征差異，會(huì)影響到評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性.不同指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)不同，需要研究者根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)域的實(shí)際情況做出合適的選擇，使生態(tài)敏感性研究結(jié)果更符合評(píng)價(jià)區(qū)域的生態(tài)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［6］.本研究結(jié)合“驅(qū)動(dòng)力-響應(yīng)”機(jī)制進(jìn)行指標(biāo)選取，將評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)現(xiàn)狀的原因及評(píng)價(jià)結(jié)果綜合分析.根據(jù)區(qū)域生態(tài)敏感性指數(shù)定量研究，將自然指標(biāo)納入“驅(qū)動(dòng)”體系，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)則納入“結(jié)果”體系.

2.1 指標(biāo)選取

本研究綜合考慮渭南地區(qū)自然環(huán)境特征因子，選取年均降水量、年均氣溫、年均蒸發(fā)量、日照時(shí)數(shù)、海拔和坡度共6個(gè)指標(biāo)構(gòu)建自然成因指標(biāo)體系；結(jié)合渭南市人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)的發(fā)展選取墾殖率、人口密度、自然增長(zhǎng)率和公路網(wǎng)密度共4個(gè)指標(biāo)構(gòu)建社會(huì)成因指標(biāo)體系［14］；分析渭南市經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)形態(tài)，選取人均GDP和農(nóng)業(yè)、工業(yè)產(chǎn)值比作為經(jīng)濟(jì)成因指標(biāo).經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展與自然環(huán)境的演變息息相關(guān)，通過(guò)綜合考慮并分析各體系指標(biāo)因子的影響程度，有利于科學(xué)地呈現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與環(huán)境間的可持續(xù)發(fā)展關(guān)系［10］.因此，本研究建立了基于自然成因-社會(huì)成因-經(jīng)濟(jì)發(fā)展的指標(biāo)體系，如表1所示.

表1 渭南地區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of ecological sensitivity in Weinan area

2.2 權(quán)重確立

在模糊層次分析法中，確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重是關(guān)鍵.該方法將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干層次和因素，可以對(duì)復(fù)雜的多指標(biāo)體系進(jìn)行定量分析和處理.由于FAHP法可以為各種因素賦予適當(dāng)?shù)臋?quán)重，因此生態(tài)評(píng)價(jià)體系適合于使用FAHP法［22］.本研究以德?tīng)柗茖?zhuān)家咨詢(xún)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用層次分析法確定各因素的權(quán)重［23］.本研究模糊運(yùn)用層次分析法確立各指標(biāo)權(quán)重，依次構(gòu)建各指標(biāo)體系判斷矩陣并檢驗(yàn)其一致性，其中一致性指數(shù)（I）均小于0.01，因此所構(gòu)建的判斷矩陣一致性良好.最后計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重值，如表2所示.

表2 渭南地區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重分配表Tab.2 Weight distribution table of ecological sensitivity evaluation index system in Weinan area

2.3 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算

由于所選取指標(biāo)的數(shù)值范圍、單位、屬性等都不盡相同，需要將各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用統(tǒng)一的量綱計(jì)算生態(tài)敏感性指數(shù).

1998—2018年渭南地區(qū)各區(qū)縣生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指數(shù)可由下列公式計(jì)算得出：

式中：ESI為生態(tài)敏感性指數(shù)，C1，C2，…，C12代表各指標(biāo)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù).最終計(jì)算得出渭南地區(qū)1998、2005、2011、2018年各區(qū)縣的生態(tài)敏感性指數(shù).

3 渭南市生態(tài)敏感性研究

3.1 渭南市生態(tài)敏感性等級(jí)劃分

生態(tài)敏感性等級(jí)的劃分有利于區(qū)域生態(tài)演變特征的研究.本研究結(jié)合ArcGIS軟件并采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法（NBC，natural breaks classification）［22］對(duì)渭南地區(qū)生態(tài)敏感性進(jìn)行合理分類(lèi)，共分為5個(gè)等級(jí)，從Ⅰ～Ⅴ級(jí)代表生態(tài)敏感性從低程度向高程度發(fā)展，具體指示為Ⅰ（微度敏感）、Ⅱ（輕度敏感）、Ⅲ（中度敏感）、Ⅳ（強(qiáng)度敏感）、Ⅴ（極強(qiáng)度敏感），依據(jù)該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，劃分渭南地區(qū)的生態(tài)敏感性分區(qū)，如表3所示.

表3 渭南地區(qū)生態(tài)敏感性分級(jí)表Tab.3 Classification table of ecological sensitivity in Weinan area

3.2 渭南市生態(tài)敏感性定量評(píng)價(jià)及空間格局研究

3.2.1 渭南市各區(qū)縣生態(tài)敏感性變化分析

從1998—2018年，渭南地區(qū)各區(qū)縣生態(tài)敏感性指數(shù)呈現(xiàn)出不同程度的變化，如圖2所示.從圖中可以看出：①生態(tài)敏感度指數(shù)一直處于較高的地區(qū)有臨渭區(qū)和韓城，這兩個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境較為敏感，這是因?yàn)榕R渭區(qū)有著主要的工業(yè)園區(qū)，注重經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；而韓城因?yàn)闅夂蛟颍合募疽装l(fā)生干旱，夏季陣雨多、強(qiáng)度大，水土流失嚴(yán)重，同時(shí)煤礦的過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致生態(tài)敏感性增強(qiáng)；②生態(tài)敏感度指數(shù)一直處于較低的地區(qū)有合陽(yáng)和華州區(qū)，表面這兩個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境良好，這是因?yàn)楹详?yáng)自然條件較好，農(nóng)林覆蓋率較大；③從總體上看，生態(tài)敏感度指數(shù)較高的地區(qū)敏感度指數(shù)處于下降趨勢(shì)，這是因?yàn)榻陙?lái)渭南市調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，注重生態(tài)平衡的發(fā)展.

圖2 1998—2018年渭南地區(qū)各區(qū)縣生態(tài)敏感性指數(shù)變化Fig.2 Changes of ecological sensitivity indexes of various districts and counties in Weinan area from 1998 to 2018

綜上所述，生態(tài)敏感性指數(shù)高的地區(qū)主要集中在工業(yè)園所在的區(qū)域；生態(tài)敏感性指數(shù)降低的地區(qū)不僅得益于城市規(guī)劃的調(diào)整，還因退耕還林的實(shí)施極大促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善.而生態(tài)敏感性指數(shù)升高的地區(qū)表明其中經(jīng)濟(jì)建設(shè)和土地開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的干擾較大，致使生態(tài)敏感性程度有所升高且不穩(wěn)定.

3.2.2 生態(tài)敏感區(qū)變化情況分析

渭南地區(qū)1998—2018年生態(tài)脆弱區(qū)面積變化情況如圖3所示，1998—2005年，生態(tài)敏感Ⅲ區(qū)、Ⅴ區(qū)面積有所增長(zhǎng)，分別增加了31.68%和2.49%，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅳ區(qū)面積有所減小，其中Ⅱ區(qū)減少了33.6%.渭南地區(qū)生態(tài)穩(wěn)定性有所提升，這是因?yàn)檫@一段時(shí)間內(nèi)渭南地區(qū)生態(tài)敏感性總體向低程度發(fā)展，生態(tài)敏感性指數(shù)有所減小，主要是由于退耕還林工程的實(shí)施，一定程度改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量.從2005—2011年，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅴ區(qū)的面積小幅度減少，減少幅度偏小，都在1.06%以下，Ⅳ區(qū)面積增加了2.74%.主要是由于城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，能源開(kāi)采加速，當(dāng)?shù)亟ǔ闪撕芏嘟?jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，改變了一部分土地利用的結(jié)構(gòu)，致使這些地區(qū)及周邊區(qū)域的生態(tài)敏感性程度升高.從2011—2018年Ⅰ區(qū)面積處于平緩穩(wěn)定期，沒(méi)有變動(dòng)，Ⅱ區(qū)、Ⅴ區(qū)面積分別減少了9.65%、0.55%，Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)面積分別增加了2.64%、7.65%，總體來(lái)說(shuō)在這一階段渭南市生態(tài)敏感性程度較為穩(wěn)定.

圖3 渭南地區(qū)1998—2018年生態(tài)脆弱區(qū)面積變化圖Fig.3 Area changes of ecological sensitivity areas in Weinan region from 1998 to 2018

從1998—2018年，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)面積持續(xù)減少，減少幅度分別為1%和43%，而Ⅲ區(qū)、Ⅴ區(qū)面積的先增后減以及Ⅳ區(qū)面積的先減后增，增加的幅度分別為33.63%、10.22%和0.88%.這些都表明渭南地區(qū)在總體上處于中度敏感的面積占比較大，而生態(tài)脆弱敏感指數(shù)高的地區(qū)占比面積總體增加，這表明地區(qū)發(fā)展需要平衡經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都是以犧牲環(huán)境為代價(jià)，要降低生態(tài)敏感性程度，須加強(qiáng)地區(qū)生態(tài)安全.

3.3 生態(tài)敏感性空間格局變化研究

渭南市11個(gè)縣區(qū)生態(tài)敏感性指數(shù)分布如圖4所示，可以看出：①1998年韓城、臨渭、澄城的生態(tài)較為敏感，主要是由于渭南市主要的工業(yè)園區(qū)集中在臨渭和澄城，而潼關(guān)的生態(tài)較好，這是因?yàn)殇P(guān)自有古城之稱(chēng)，除地理位置優(yōu)越外，渭南市政府也致力于潼關(guān)的環(huán)境建設(shè)；②2005年可以明顯看到韓城的生態(tài)敏感的面積擴(kuò)大，這是因?yàn)槌隧n城本身氣候條件導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重的問(wèn)題外，韓城礦區(qū)較多，尤其是煤炭開(kāi)采，引發(fā)了一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，導(dǎo)致生態(tài)較為敏感；③2011年澄城的生態(tài)環(huán)境較為緩解，這是因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整使生態(tài)變好；④2018年蒲城的生態(tài)脆弱面積也區(qū)域性的擴(kuò)大，這是因?yàn)榻陙?lái)蒲城礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)尤其是煤礦占比較大，導(dǎo)致生態(tài)較為脆弱.

圖4 渭南地區(qū)生態(tài)敏感性指數(shù)分布圖Fig.4 Distribution map of ecological sensitivity index in Weinan area

綜上所述，渭南市總體上生態(tài)脆弱敏感性指數(shù)降低的區(qū)域分布在增加，生態(tài)發(fā)展較好；2005年渭南市的生態(tài)脆弱敏感性指數(shù)較大的區(qū)域分布最多，即生態(tài)較差，由于韓城的生態(tài)敏感性指數(shù)升高，導(dǎo)致生態(tài)較為敏感；2011年渭南市整體的生態(tài)較好，主要得益于渭南市城市規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整.

綜合渭南地區(qū)不同程度生態(tài)脆弱區(qū)面積及各區(qū)縣生態(tài)敏感性指數(shù)變化情況，可以得知渭南地區(qū)整體生態(tài)敏感性程度有所降低，生態(tài)安全逐漸向良好趨勢(shì)發(fā)展，各地政府將生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)納入考量，極力改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型及綠色新型業(yè)態(tài)的發(fā)展，達(dá)到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)建設(shè)之間的可持續(xù)，更有利于地區(qū)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展.

4 討論

關(guān)于渭南地區(qū)整體生態(tài)敏感性的演變相對(duì)較少，例如劉曉清等人用秩相關(guān)系數(shù)法分析了1985—2003年渭南市的生態(tài)安全變化趨勢(shì)，結(jié)果表明渭南市生態(tài)安全處于不穩(wěn)定狀態(tài)［3］，宏觀的分析不能合理地因地施策.在對(duì)同一地區(qū)相同時(shí)間段進(jìn)行生態(tài)敏感性分析，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果是雖然大體相同，但也存在差異化，主要是由于評(píng)價(jià)研究時(shí)選取的指標(biāo)因子不同導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的差異化.經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人類(lèi)活動(dòng)都與自然資源、生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境相輔相成，互相依賴(lài).因此，在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，清潔生產(chǎn)的同時(shí)要做好地區(qū)生態(tài)敏感性的研究工作，本研究深入到渭南地區(qū)11個(gè)區(qū)縣進(jìn)行生態(tài)敏感性的演變?cè)u(píng)價(jià)研究，可以為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)敏感性具體分區(qū)提供可行的研究思路，也可以為當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)提供生態(tài)管控的科學(xué)化建議.

5 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)1998—2018年渭南地區(qū)生態(tài)敏感性進(jìn)行等級(jí)劃分及各級(jí)生態(tài)敏感性面積變化進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1）在此期間，Ⅰ、Ⅱ級(jí)面積持續(xù)減少，而Ⅲ、Ⅴ級(jí)面積的先增后減以及Ⅳ級(jí)面積的先減后增都表明渭南地區(qū)在總體上處于中度敏感的面積占比較大.

2）生態(tài)敏感性指數(shù)高的地區(qū)主要集中在工業(yè)園所在的區(qū)域，臨渭區(qū)、蒲城縣和澄城縣由于有工業(yè)園區(qū)的存在，污染較為嚴(yán)重，生態(tài)較為敏感.

3）渭南地區(qū)生態(tài)敏感性總體向低程度發(fā)展，但不可忽略某些地區(qū)仍處于生態(tài)安全不穩(wěn)定狀態(tài)，需要當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)積極落實(shí)退耕還林政策，有力改善生態(tài)環(huán)境，并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和推動(dòng)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

各區(qū)縣特別是生態(tài)敏感性指數(shù)逐年上升的地區(qū)可以借鑒臨渭區(qū)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，將生態(tài)發(fā)展指標(biāo)納入經(jīng)濟(jì)體系，充分體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的依賴(lài)性以及以生態(tài)環(huán)境平衡經(jīng)濟(jì)體系發(fā)展，達(dá)到生態(tài)環(huán)境、社會(huì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展.