鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全評價(jià)

劉曉民, 阿木古楞, 楊耀天,3, 劉勇

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院,呼和浩特 010018; 2.內(nèi)蒙古黃河生態(tài)研究院,呼和浩特 010020; 3.黃河流域內(nèi)蒙段水資源與水環(huán)境綜合治理協(xié)同創(chuàng)新中心,呼和浩特 010018; 4.鄂爾多斯市水利事業(yè)發(fā)展中心,鄂爾多斯 017000)

0 引言

黃河流域是中華文明的根基,也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的關(guān)鍵地帶。隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,高強(qiáng)度的資源利用與承載,使黃河流域生態(tài)安全問題日益突出[1]。2019年召開的黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上,習(xí)近平總書記明確指出: “黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展,同京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、粵港澳大灣區(qū)建設(shè)、長三角一體化發(fā)展一樣,是重大國家戰(zhàn)略?！盵2]。因此評價(jià)黃河流域地區(qū)生態(tài)安全現(xiàn)狀并進(jìn)行預(yù)警研究對促進(jìn)黃河流域生態(tài)文明建設(shè),實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展具有重大意義。

生態(tài)安全研究具有顯著的空間差異性與聚合性特征[3],應(yīng)根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的不同構(gòu)建不同的生態(tài)安全模型框架,包括土地生態(tài)安全[4]、耕地生態(tài)安全[5]、濕地生態(tài)安全[6]、流域生態(tài)安全[7]等。現(xiàn)有的生態(tài)安全研究尺度主要包括城市群[8]、省級[9]、市級[10]、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級[11]等范圍,對于旗縣的小區(qū)域研究還處于起步階段。因此,在旗縣尺度上以流域?yàn)閱卧玫乩硇畔⑾到y(tǒng)和遙感技術(shù)進(jìn)行生態(tài)安全評價(jià)并分析流域生態(tài)安全驅(qū)動因素亟需深入研究。

生態(tài)安全評價(jià)研究中構(gòu)建指標(biāo)框架和選定評價(jià)方法是關(guān)鍵內(nèi)容。首先,生態(tài)安全評價(jià)模型有“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”(press-state-response,PSR)模型[12]及擴(kuò)展版“驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)”(driving force-press-state-impact-response,DPSIR)模型[13]、“驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”(driving force-press-state-response,DPSR)模型[14]、也有不同維度構(gòu)成的自然—經(jīng)濟(jì)—社會(nature-economic-society,NES)模型[15]和經(jīng)濟(jì)—環(huán)境—社會(economic-environment-society,EES)模型[16]等。其中國際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織提出的PSR模型是生態(tài)安全評價(jià)研究中應(yīng)用最為普遍的框架模型。我國關(guān)于評價(jià)生態(tài)安全的方法包括景觀模型法、生態(tài)模型法、數(shù)學(xué)模型法及數(shù)字地面模型法[17]。生態(tài)安全主要驅(qū)動因素分析研究是解決生態(tài)安全問題的重要步驟。生態(tài)安全驅(qū)動因素研究中發(fā)現(xiàn)生態(tài)安全在不同時(shí)空范圍內(nèi)的變化規(guī)律主要受2方面因素的影響,一方面是以自然因素為主的結(jié)構(gòu)性因素[18]; 另一方面是以人類社會經(jīng)濟(jì)因素為主的非結(jié)構(gòu)性因素,表征人類活動對生態(tài)環(huán)境的干擾性[19]。咼亞玲等[20]利用灰色關(guān)聯(lián)度方法對洞庭湖區(qū)生態(tài)安全的主要影響因素進(jìn)行了初步分析發(fā)現(xiàn)面臨的主要問題為水資源短缺、人口密度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。

內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市位于黃河流域中上游段,屬于典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)、國家重要的能源儲備基地和輸出基地。近年來,經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,同時(shí)由于資源過度利用、工業(yè)結(jié)構(gòu)重型化且單一化嚴(yán)重等因素導(dǎo)致水土流失和荒漠化加劇,脆弱的自然環(huán)境與快速發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)之間的矛盾越來越突出[21]。本文綜合分析鄂爾多斯市黃河流域旗縣自然環(huán)境條件、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀選取19項(xiàng)生態(tài)安全指標(biāo),采用PSR模型生態(tài)安全模型對鄂爾多斯市黃河流域各旗縣生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià),測算出主要驅(qū)動因素并開發(fā)了生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng),為黃河區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)評價(jià)、檢測和預(yù)警提供技術(shù)支撐,進(jìn)而對黃河流域內(nèi)蒙古段生態(tài)安全治理提供管理參考和技術(shù)應(yīng)用示范。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部,地理位置為: E106°42′～111°27′, N37°35′～40°51′。研究區(qū)范圍如圖1所示。

圖1 研究區(qū)概況圖

鄂爾多斯市屬于典型的荒漠草原,庫布齊沙漠和毛烏素沙地分布于中部地段。礦產(chǎn)資源豐富,與黃河對岸的包頭市、呼和浩特市構(gòu)成了內(nèi)蒙古經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的“金三角”[22]。黃河境內(nèi)全長728 km,多年平均過境流量為306.2億m3,流經(jīng)鄂爾多斯市4個(gè)旗縣,分別為達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗、鄂托克旗和杭錦旗,占鄂爾多斯市可利用水資源量的34.7%[23]。

1.2 數(shù)據(jù)源

本研究中使用的遙感數(shù)據(jù)是研究區(qū)2010—2020年空間分辨率為30 m×30 m的Landsat TM/OLI影像,進(jìn)行幾何糾正、彩色合成和鑲嵌裁剪處理。結(jié)合遙感目視解譯的結(jié)果與實(shí)地調(diào)查的數(shù)據(jù),對影像分類結(jié)果進(jìn)行精度評價(jià),分類精度均高于70%。根據(jù)研究的目的,將研究區(qū)的土地利用劃分為6類: 耕地、林地、草地、水體、裸地和建筑用地。社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自鄂爾多斯市統(tǒng)計(jì)年鑒(2010—2020年),包括研究區(qū)范圍內(nèi)的綜合數(shù)據(jù)、人口、國民經(jīng)濟(jì)、農(nóng)牧業(yè)和工業(yè)等部分的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[24]。

2 研究方法

2.1 鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全評價(jià)

PSR模型從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)方面描述在自然環(huán)境壓力狀態(tài)下,人類與環(huán)境的相互作用關(guān)系,可以應(yīng)用到生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系建設(shè)、生態(tài)安全評價(jià)技術(shù)方法研究及其在生態(tài)評估中[25]。3個(gè)基準(zhǔn)層指標(biāo)之間相互影響,體現(xiàn)著自然環(huán)境、人類活動以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系。由于壓力指標(biāo)變化會對社會經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生各種影響,促使人們采取植樹造林等一系列響應(yīng)類活動,改善生態(tài)環(huán)境,同時(shí)響應(yīng)類活動可以減少人類活動對生態(tài)安全造成的壓力與影響,幫助被破壞的生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)[26]。PSR模型將社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、人類活動(破壞性活動與恢復(fù)性活動)聯(lián)系起來,反映其間的相互作用。

結(jié)合鄂爾多斯市黃河流域旗縣社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地利用和生態(tài)保護(hù)政策等實(shí)際情況,在咨詢相關(guān)專家的基礎(chǔ)上,遵循科學(xué)性、可重復(fù)性、全面性、數(shù)據(jù)獲得便利性等原則,最終確定了19個(gè)評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建黃河流域旗縣生態(tài)安全評價(jià)的指標(biāo)體系[27-29](表1)。壓力指標(biāo)表征研究區(qū)生態(tài)環(huán)境所承受的人為或自然的干擾程度,從社會發(fā)展、土地利用、資源消耗、環(huán)境承載程度等方面選出人口密度、城市面積、人均耕地面積、化肥施用強(qiáng)度、載畜量和沙地面積等6種指標(biāo); 狀態(tài)指標(biāo)表征研究區(qū)主要在人為或自然壓力指標(biāo)下呈現(xiàn)出的生態(tài)現(xiàn)狀,篩選出草地覆蓋率、森林覆蓋率、農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值、人均糧食量、第三產(chǎn)業(yè)比重和水資源涵養(yǎng)量等指標(biāo)解釋研究區(qū)土地資源、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地資源產(chǎn)量現(xiàn)狀; 響應(yīng)指標(biāo)表征政府采取經(jīng)濟(jì)調(diào)整、生態(tài)治理等方法來減輕、預(yù)防人類活動對環(huán)境的干擾的響應(yīng)措施,分別從經(jīng)濟(jì)響應(yīng)及生態(tài)修復(fù)響應(yīng)選出了農(nóng)牧民人均純收入、單位面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、固定資產(chǎn)投資、人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product,GDP)、水利環(huán)境資金、人工造林面積和種草面積等項(xiàng)指標(biāo)。

表1 生態(tài)安全指標(biāo)的選擇

首先,對生態(tài)安全指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。正向、負(fù)向指標(biāo)公式分別為:

,

(1)

,

(2)

式中:xij和yij分別為經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理前、后的第i年j種指標(biāo)的值; maxj和minj分別為第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

其次,計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。權(quán)重代表不同指標(biāo)對生態(tài)安全指標(biāo)建立的重要水平。為消除權(quán)重評價(jià)時(shí)的主觀影響,本研究采用熵權(quán)法[17]對指標(biāo)體系的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算表征第j種指標(biāo)的第i種樣本指標(biāo)占比指數(shù)Fij,公式為:

。

(3)

計(jì)算第j種指標(biāo)的熵值Wj,然后計(jì)算指標(biāo)的信息效用價(jià)值dj,公式為:

dj=1-Wj

。

(4)

再計(jì)算第j種指標(biāo)權(quán)重ej,公式為:

。

(5)

設(shè)共有n個(gè)指標(biāo),有m個(gè)子系統(tǒng),各個(gè)子系統(tǒng)包含的指標(biāo)個(gè)數(shù)分別為n1,…,nk,…,nm個(gè),n1+…+nk+…+nm=nr,設(shè)第j項(xiàng)指標(biāo)屬于第k個(gè)子系統(tǒng)。計(jì)算代表第i個(gè)樣本第k個(gè)子系統(tǒng)(nk項(xiàng)指標(biāo))的綜合測算值uik公式為:

。

(6)

最后,進(jìn)行生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算。采用生態(tài)安全綜合指數(shù)法[28]來對黃河流域旗縣生態(tài)安全進(jìn)行分析,公式為:

,

(7)

,

(8)

式中:ESLm為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)層次的生態(tài)安全指數(shù),為各子系統(tǒng)的生態(tài)安全指數(shù)(m=1,2,3);ESL為綜合生態(tài)安全指數(shù),ESI的取值范圍為[0,1];Wj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重;Wp為第p項(xiàng)子系統(tǒng)的權(quán)重。

在對鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全程度分析的基礎(chǔ)上,采用自然斷裂法,將生態(tài)安全程度與警度[30]劃分為5個(gè)等級(表2)。

表2 生態(tài)安全警示等級劃分

2.2 驅(qū)動因素分析

本研究結(jié)合鄂爾多斯市黃河流域旗縣社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和土地利用現(xiàn)狀等實(shí)際情況,在咨詢相關(guān)專家的基礎(chǔ)上,遵循科學(xué)性、可重復(fù)性、全面性、數(shù)據(jù)獲得便利性等原則分別從社會因素、自然因素、政策因素和經(jīng)濟(jì)因素等層次,提出了草地面積、年均氣溫、年降水、水資源面積、林地面積、載畜率、人口數(shù)量、城市面積、城鎮(zhèn)化率、道路、恩格爾系數(shù)、GDP、第一產(chǎn)業(yè)比重、第二產(chǎn)業(yè)比重、第三產(chǎn)業(yè)比重、大型工業(yè)企業(yè)數(shù)量、生態(tài)補(bǔ)貼面積、人工種草面積和人工造林面積[3,31-32]等19種生態(tài)安全驅(qū)動因素。利用SPSS軟件灰色關(guān)聯(lián)度模型篩選出鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全的關(guān)鍵驅(qū)動因素。通過R語言方差分解模型分析鄂爾多斯市黃河流域旗縣社會因素、自然因素、政策因素和經(jīng)濟(jì)因素層次生態(tài)安全驅(qū)動因素之間的耦合關(guān)系。

2.3 警情預(yù)測

利用2010—2020年鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全綜合指數(shù)數(shù)據(jù),采用MATLAB數(shù)據(jù)分析軟件中的灰色預(yù)測方法[33-34],構(gòu)建GM(1,1)模型,實(shí)現(xiàn)對研究區(qū)生態(tài)安全狀態(tài)的預(yù)測并且進(jìn)一步進(jìn)行小誤差概率檢驗(yàn)、相對誤差檢驗(yàn)和均方差比值檢驗(yàn)來確定該模型的預(yù)測合理性及有效性[35]。只有通過檢驗(yàn)?zāi)Ｐ筒拍苡米骱细竦念A(yù)測模型?；疑A(yù)測精度檢驗(yàn)等級如表3所示。

表3 灰色預(yù)測精度檢驗(yàn)等級

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)安全評估

鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全評價(jià)指數(shù)熵權(quán)法分析權(quán)重結(jié)果(圖2)顯示,達(dá)拉特旗PSR模型指標(biāo)中沙地面積、人均GDP、人均耕地面積和載畜量等指標(biāo)的權(quán)重較大,均在6%～7%之間。準(zhǔn)格爾旗種草面積、單位面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、人均GDP和沙地面積等指標(biāo)的權(quán)重較大。鄂托克旗PSR模型指標(biāo)中載畜量、單位面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、種草面積和草地覆蓋率等指標(biāo)的權(quán)重較大。杭錦旗PSR模型指標(biāo)中載畜量、人均糧食量、沙地面積和人口密度等指標(biāo)的權(quán)重較大。

圖2 黃河流域旗縣生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)框架及權(quán)重

分析2010—2020年研究區(qū)生態(tài)安全評價(jià)PSR模型綜合指數(shù)法分析結(jié)果(圖3)可以看出安全指數(shù)均呈現(xiàn)增長趨勢,生態(tài)系統(tǒng)健康狀況穩(wěn)定波動于臨界安全狀態(tài),生態(tài)安全警示等級處于中警等級,說明鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)系統(tǒng)安全狀況穩(wěn)定且得到改善。

圖3 鄂爾多斯市黃河流域各旗縣生態(tài)安全變化

2010—2013年達(dá)拉特旗生態(tài)安全指數(shù)迅速增長,2013—2020年變化不大,壓力指標(biāo)逐漸降低,響應(yīng)指標(biāo)逐漸增長,2016年開始響應(yīng)指標(biāo)大于壓力指標(biāo)。準(zhǔn)格爾旗2010—2020年生態(tài)安全指數(shù)逐漸增長,安全級別波動于臨界安全狀態(tài)。響應(yīng)指標(biāo)大于壓力指標(biāo),表示該地區(qū)做出的響應(yīng)措施高于環(huán)境壓力。鄂托克旗2010—2013年生態(tài)安全指數(shù)一直增長,2017年后回落并波動于臨界安全等級。壓力與響應(yīng)指標(biāo)也逐漸增加,響應(yīng)指標(biāo)大于壓力指標(biāo)。杭錦旗2010—2013年生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)增長趨勢,2013年之后生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢,壓力指標(biāo)逐漸下降,2017年小于響應(yīng)指標(biāo)。4個(gè)旗縣壓力、狀態(tài)、響應(yīng)的具體變化情況如圖4所示。

(a) 達(dá)拉特旗 (b) 準(zhǔn)格爾旗

達(dá)拉特旗耕地面積的增加等因素給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來了壓力。沙地比重在一定程度上代表區(qū)域植被退化程度。達(dá)拉特旗進(jìn)行造林總場生態(tài)工程的投入有效減少沙地面積,對其生態(tài)安全狀況改善效應(yīng)最為明顯。準(zhǔn)格爾旗經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致人均GDP提升、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)提升、對環(huán)境保護(hù)的投入力度增加,間接對生態(tài)環(huán)境改善起到了驅(qū)動作用。鄂托克旗對退耕還林、退牧還草生態(tài)工程及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的投入改善了區(qū)域生態(tài)安全現(xiàn)狀,同時(shí)畜牧業(yè)承載壓力對環(huán)境的改善具有抑制作用。杭錦旗對庫布齊沙漠的生態(tài)治理得到了一定的成效,沙地面積得到了有效控制。與此同時(shí)城市擴(kuò)建和人口壓力等社會因素對生態(tài)環(huán)境帶來了人為壓力,對杭錦旗生態(tài)安全起到抑制作用。

總體來說,鄂爾多斯市黃河流域旗縣為退耕還林、退牧還草、三北防護(hù)林等重點(diǎn)生態(tài)工程的投入對黃河流域旗縣生態(tài)狀況改善起到關(guān)鍵作用。鄂爾多斯市森林覆蓋率從2010年的12.26%到2020年增長到27.3%,對該地區(qū)的水土流失以及生態(tài)保護(hù)起到了積極作用。雖然鄂爾多斯市生態(tài)文明建設(shè)取得了一定成效,但鄂爾多斯市“十年九旱”、2個(gè)“48%”的市情沒有得到根本上的解決,自然環(huán)境條件依舊脆弱的狀況沒有發(fā)生變化。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展來看,鄂爾多斯市黃河流域耕地為2 267 km2,占全市的55%,全市絕大部分農(nóng)業(yè)人口和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動集中在黃河流域,加上重工業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)的單一性、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中人口壓力和城市擴(kuò)建等對原本就脆弱的自然生態(tài)環(huán)境造成較大壓力,使得生態(tài)安全狀態(tài)未達(dá)到理想狀態(tài)。

3.2 生態(tài)安全驅(qū)動因素分析

鄂爾多斯市黃河流域旗縣驅(qū)動因素灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果(圖5)顯示達(dá)拉特旗生態(tài)安全動態(tài)變化與區(qū)域經(jīng)濟(jì)指標(biāo)恩格爾系數(shù)、第三產(chǎn)業(yè)比重,社會指標(biāo)城鎮(zhèn)化率、城市面積及政策指標(biāo)大型工業(yè)企業(yè)數(shù)量關(guān)聯(lián)度最高。準(zhǔn)格爾旗生態(tài)安全動態(tài)變化與區(qū)域社會指標(biāo)城鎮(zhèn)化率、人口數(shù)量、城市面積,自然指標(biāo)年均氣溫和水資源面積關(guān)聯(lián)度最高。鄂托克旗生態(tài)安全動態(tài)變化與區(qū)域自然指標(biāo)林地面積、水資源面積,社會指標(biāo)城市面積及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)GDP和第三產(chǎn)業(yè)比重關(guān)聯(lián)度最高。杭錦旗生態(tài)安全動態(tài)變化與區(qū)域自然指標(biāo)草地面積、水資源面積,社會指標(biāo)人口數(shù)量、城鎮(zhèn)化率及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第三產(chǎn)業(yè)比重關(guān)聯(lián)度最高。

(a) 達(dá)拉特旗 (b) 準(zhǔn)格爾旗

鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全驅(qū)動因素研究中,人口數(shù)量、城鎮(zhèn)化率和城市面積等社會指標(biāo)極大地制約著整個(gè)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的安全。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,城市面積增多,城市化進(jìn)程大大加快,人口大量增加,城鎮(zhèn)化率的增加給該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來巨大的人為干擾壓力。自然影響因素中,草地資源覆蓋率、水資源和載畜量影響著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性及功能穩(wěn)定性,很大程度上影響著鄂爾多斯市黃河流域地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的安全。水資源是干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要約束條件,煤炭資源開發(fā)的重要因素,對工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供優(yōu)良條件[22]。經(jīng)濟(jì)層面上黃河流域旗縣恩格爾系數(shù)和GDP等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)的安全呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,對生態(tài)環(huán)境改善具有積極作用。第三產(chǎn)業(yè)比重增大,經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程不斷加快,煤炭工礦企業(yè)迅速發(fā)展,在該地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中,重工業(yè)的收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于畜牧業(yè)和林業(yè),使得區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)生態(tài)環(huán)境面臨更大的壓力,水土流失和土地?fù)p毀等問題更加嚴(yán)重,區(qū)域自然、社會和地理?xiàng)l件愈加復(fù)雜,因此政府機(jī)關(guān)投入了大量的修復(fù)工程,生態(tài)獎(jiǎng)補(bǔ)政策及人工造林等生態(tài)措施對于生態(tài)安全狀態(tài)惡化具有緩沖作用。

鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全驅(qū)動因素耦合關(guān)系結(jié)果(圖6)顯示政策因素的單獨(dú)貢獻(xiàn)率最高,為0.18。說明鄂爾多斯市近年來為退耕還林、退牧還草、三北防護(hù)林等重點(diǎn)生態(tài)工程的實(shí)施對研究區(qū)域生態(tài)狀況改善起到積極作用。經(jīng)濟(jì)因素與政策因素的耦合貢獻(xiàn)最高,為0.25。其次為社會因素與自然因素的耦合貢獻(xiàn)率,為0.13。

圖6 鄂爾多斯市黃河流域旗縣安全驅(qū)動因素耦合關(guān)系

3.3 生態(tài)安全變化預(yù)測

利用灰色系統(tǒng)預(yù)測方法對2010—2020年鄂爾多斯市黃河流域各旗縣生態(tài)安全綜合指數(shù)結(jié)果進(jìn)行GM(1,1)模型的構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)鄂爾多斯市黃河流域旗縣其后未來5 a生態(tài)安全情況的預(yù)測。鄂爾多斯市黃河流域旗縣其后未來5 a的生態(tài)安全預(yù)測結(jié)果(圖7)顯示達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗、鄂托克旗和杭錦旗生態(tài)安全呈上升趨勢?？傮w來看,黃河流域旗縣生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)上升并穩(wěn)定發(fā)展,警度狀態(tài)波動于中警生態(tài)安全等級,表明鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全管理措施仍需加強(qiáng)。

圖7 各旗生態(tài)安全值模擬及預(yù)測

參照灰色預(yù)測模型精度檢驗(yàn)表,達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗、鄂托克旗和杭錦旗檢驗(yàn)結(jié)果(表4)相對誤差、均方差比及小誤差概率檢驗(yàn)精度分布于一級、二級、三級。由此可見,模型精度較高,可以作為鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全的預(yù)測模型。

表4 灰色預(yù)測精度檢驗(yàn)

4 討論

根據(jù)鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全評價(jià)結(jié)果與分析發(fā)現(xiàn)黃河流域旗縣生態(tài)安全狀態(tài)有所改善并保持在臨界安全等級且生態(tài)安全等級與研究區(qū)城市面積與城鎮(zhèn)化、人口數(shù)量等社會指標(biāo)關(guān)聯(lián)度較高。這與蒙吉軍等[22]對鄂爾多斯市土地利用變化的區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)研究及姚彤等[36]對內(nèi)蒙古鄂爾多斯市城鎮(zhèn)化進(jìn)程中土地生態(tài)安全動態(tài)評價(jià)研究的結(jié)果一致。鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全研究結(jié)果主要?dú)w因于以下幾方面的原因:

1)注重生態(tài)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展,以生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作作為重點(diǎn)任務(wù),投入大量的生態(tài)環(huán)保資金,進(jìn)行封山育林、退耕還林、退牧還草等項(xiàng)目,取得了可觀的成績[36]。

2)改善生產(chǎn)結(jié)構(gòu),第三產(chǎn)業(yè)占比增高,減輕了區(qū)域生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染及生態(tài)壓力問題[23]。

3)施展了小流域治理工程項(xiàng)目,結(jié)合生物措施與工程措施辦法,對流域水土保持進(jìn)行綜合高效的治理。

4)全面改善煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展模式,提升煤炭開采技術(shù),倡導(dǎo)清潔、高效、安全、智能化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),促進(jìn)了煤炭等自然資源的綠色、高效、集約節(jié)約利用[37]。

鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全狀態(tài)得到改善,但生態(tài)安全并未達(dá)到理想狀態(tài)。因此,鄂爾多斯市需要大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和環(huán)境修復(fù)投資,著重減少生態(tài)污染排放,提升資源利用效率,消減經(jīng)濟(jì)發(fā)展所產(chǎn)生的黃河流域生態(tài)環(huán)境壓力,科學(xué)建立生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)防范體系。結(jié)合本研究結(jié)果提出以下政策建議:

1)林草資源對維護(hù)生態(tài)平衡、減輕生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。加快實(shí)施退耕還林還草方案,增加生態(tài)獎(jiǎng)補(bǔ)力度,促進(jìn)建設(shè)以森林、草地為主體的區(qū)域生態(tài)安全屏障,加強(qiáng)防護(hù)林帶的建設(shè)。

2)城市建設(shè)與發(fā)展要注重生態(tài)環(huán)境保護(hù),優(yōu)化并升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),把控產(chǎn)業(yè)和資源開發(fā)超過生態(tài)環(huán)境閾值,礦采資源開發(fā),在嚴(yán)格遵循“開發(fā)與保護(hù)并重”的原則和土地用途管制制度的前提下,改良工期、區(qū)域及方式。

3)黃河沿岸主要為灌溉農(nóng)業(yè)區(qū),優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu),提高水利化程度,促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

4)大力宣傳黃河文化教育意義,提高民眾黃河流域生態(tài)保護(hù)意識,健全相應(yīng)的法律法規(guī),增加生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技資金投入,提升高等院校、科技部門對黃河流域生態(tài)安全研究的重視程度。

本研究不足之處,由于統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)獲取的可得性,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是以旗為單元導(dǎo)致最后的結(jié)果有明顯的旗邊界。如果能夠獲得鎮(zhèn)、鄉(xiāng)和蘇木的數(shù)據(jù),將會大大提高評價(jià)結(jié)果的空間精度,為當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境管理提供更為有效的技術(shù)支持。

5 結(jié)論

本研究以鄂爾多斯市黃河流域生態(tài)安全為出發(fā)點(diǎn),在遙感技術(shù)和社會統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)的支持下,獲取了達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗、鄂托克旗、杭錦旗2010—2020年11 a間的生態(tài)安全指標(biāo)數(shù)據(jù),運(yùn)用熵權(quán)法確定其指標(biāo)權(quán)重并基于“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”模型構(gòu)建了適合鄂爾多斯市黃河流域生態(tài)環(huán)境的生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)框架; 再使用灰色關(guān)聯(lián)度模型分析黃河流域旗縣關(guān)鍵的生態(tài)安全驅(qū)動因素,最終建立鄂爾多斯市黃河流域生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)。得出以下結(jié)論:

1)2010—2020年鄂爾多斯市黃河流域旗縣達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗和鄂托克旗生態(tài)安全綜合評價(jià)指數(shù)均呈現(xiàn)上升趨勢,杭錦旗生態(tài)安全指數(shù)呈先上升后下降趨勢,生態(tài)安全等級均波動于臨界安全狀態(tài),說明該區(qū)域流域生態(tài)系統(tǒng)安全有所改善。

2)研究區(qū)生態(tài)安全動態(tài)變化與區(qū)域人口數(shù)量、城鎮(zhèn)化率、草地面積、水資源面積、恩格爾系數(shù)和第三產(chǎn)業(yè)比重變化有緊密聯(lián)系。

3)各旗縣生態(tài)安全預(yù)測模型結(jié)果顯示其后未來5 a該地區(qū)生態(tài)安全指數(shù)均呈現(xiàn)增長趨勢,說明鄂爾多斯市黃河流域旗縣生態(tài)安全逐漸改善且穩(wěn)定發(fā)展。