基于“成因—结果”指标的甘肃各县区生态脆弱性定量评价

尚立照 ，张龙生

(1.甘肃省生态环境监测监督管理局，甘肃 兰州 730020;2.甘肃省林业调查规划院，甘肃 兰州 730020)

生态脆弱性是景观和生态系统在特定时空尺度上相对于干扰而具有的敏感反应和恢复状态，它是生态系统的固有属性在干扰作用下的表现[1]。关于生态脆弱性(Ecological Vulnerability)的研究，最早源于 20世纪初，美国学者 Clements提出了生态过渡带(Ecotone)，20世纪80年代以来，该领域成为生态学研究的一个热点。目前，许多学者从理论、实践等多个层次探讨了脆弱生态环境的表现形式、形成过程及治理方法。生态脆弱性研究的方法有模糊综合评判法[2-5]、EFI(Ecological Frangibility Index)法[6]、层次分析法(AHP)[7-8]、主成分分析法[9]等，采用的指标体系有单一类型区域指标、综合型指标和“多系统”评价指标等[10]。甘肃地处我国西北内陆，省域平面形态呈北西—南东方向延伸的狭长带状，自然地理条件复杂，气候类型多样。气候类型由东南部的亚热带湿润气候逐渐过渡到西北部的冷温带干旱气候，以干旱半干旱气候为主，生态环境比较脆弱。近年来，对甘肃省生态脆弱性研究逐渐活跃，但多是区域性的，如赵雪雁[11]、陶希东[12]等评价了河西地区的生态脆弱性，丁国民[13]等研究了祁连山生态系统脆弱性，王晓峰[14]等研究了陇南地区的生态脆弱性动态变化，李栋[15]等评价了定西市安定区生态环境脆弱性等。姚玉璧[16]、马金珠[17]等虽然对甘肃省生态脆弱性进行了评价，但都是以地级市为单元的评价。因此，建立相关指标，对每个县区的生态脆弱性进行客观的量化评价，为区域经济发展决策和生态恢复重建战略制定提供理论依据，具有十分重要的理论和现实意义。

1 甘肃省生态环境现状

甘肃省地处黄土高原和青藏高原两大高原交汇处，是我国唯一既跨青藏高原、西北干旱区又跨东部季风区的省份，自然条件严酷，生态环境脆弱，荒漠化危害严重。西部大开发战略实施以来，尽管甘肃省加大了生态保护工作的力度，取得了一定的成绩，但生态环境不断恶化与区域经济发展之间的矛盾依然突出，生态环境问题依然严重。近年来，由于全球气候变暖以及工农业生产对自然资源的过度利用，导致大面积草地、森林和水域等生态系统极度退化。具体表现在:一是水资源匮乏且地域分布不均，土地沙漠化严重，沙尘暴频繁发生;二是森林覆盖率低，干旱少雨，土壤侵蚀(水蚀)严重;三是草原退化十分严重;四是黄河及主要水域面积减少，河流流量不断下降。

根据2004年全国第三次荒漠化和沙化监测结果，全省土地沙漠化发生在 8个市(州)的 24个县(市、区)，沙漠化土地(包括沙漠和戈壁，下同)总面积达1203.5万hm2，占全省土地总面积 42.58万km2的 28.3%，居全国第五位。省内沙漠化土地绝大部分分布在河西地区，该地区沙漠化土地总面积达1174.9万hm2，占全省沙漠化土地总面积的 97.6%，全国八大沙漠中的腾格里、巴丹吉林、库木塔格三大沙漠在该区均有分布。甘肃是我国沙漠化土地面积较大、沙化和沙尘暴危害严重的省份之一。

根据2000年全国第二次水土流失遥感调查结果，全省土壤侵蚀(水蚀)发生在10个市(州)的 61个县(区)(市辖区按1个单位统计)，总面积1179.5万hm2，占全省土地总面积的27.7%。土壤侵蚀主要分布在省域中东部和南部。中东部为以黄土高原为主的黄河流域，每年流入黄河的泥沙达5.04亿t，占黄河(陕县以上)年均输沙量15.7 t的32%。南部为以陇南山区为主的长江流域，年输沙量0.5亿t，占长江宜昌以上段平均输沙量 5.14亿t的 9.7%，已演变为长江上中游主要产沙区之一。

甘肃大面积的草地分布在甘南州，资料显示[18]:2008年全州近 90%的草地发生退化，其中重度退化草地面积占全州草地总面积的30%，中度退化占50%，草地鼠害发生面积占天然草地可利用面积的 50.2%。

2 评价指标体系的建立

2.1 指标体系的确定

生态环境的脆弱性具有自然和社会经济的双重特征，有些专家将其定义为当生态环境退化超过了在现有社会经济和技术水平下能长期维持目前人类利用和发展的水平时的状态。其成因包括自然因素和人为因素两大类。其最终结果是影响和阻碍社会经济的发展，一般表现为农业生产能力低、工业落后、人口素质差以及经济贫困等。本研究的指标体系由主要成因指标和结果表现指标两部分组成，评价指标的选择依据脆弱生态环境的成因和结果，考虑了指标的可得性、实效性和区域特征。主要成因指标有降水量、大风日数、森林覆盖率、垦殖率、人口密度等 5项，其中降水量是决定生态环境的关键因子，森林是保护生态环境的屏障，垦殖率是耕地面积和土地总面积的比值，人口密度反映的是各县(市、区)人口承载状况，人口密度超过生态环境承载力将加剧其脆弱性。结果表现指标有农民人均纯收入、人均粮食产量、人均 GDP、人均工业总产值、高中入学率等 5项。在以上指标中，大风日数、垦殖率和人口密度3项指标与生态环境脆弱度成正相关，其余各项指标与脆弱度成负相关。评价指标体系详见图1。本文所用的基础数据均来源于气象统计资料和甘肃省统计年鉴。

图1 甘肃省生态脆弱性评价指标体系

2.2 指标权重的确定

确定权重分配的方法很多，如 DARE评分法、特尔菲法和层次分析法(AHP)等。本研究采用层次分析法，咨询有关专家意见，根据层次分析法评判标度构建两两判断矩阵，获得各层次指标权数及随机一致性率值(CR)等(表1)。

表1 生态脆弱性评价各指标组合权重

3 生态脆弱性定量评价

3.1 评价方法的确定

采用层次分析法[19]对生态脆弱性进行定量评价。目标层、准则层和指标层分别由 A、B、C代表，在进行指标值计算时，计算顺序是从基层即评价指标层(C层)开始依次向上，直到最上一层生态环境脆弱度值层(A层)。具体计算过程如下:

(1)C层指标标准化值。具体计算公式为

式中:Pi为C层中第 i个指标的现状值;Pimin为C层中第 i个指标各评价单元现状值中的最小值;Pimax为C层中第 i个指标各评价单元现状值中的最大值;Qi为C层第 i个指标的标准化值。

(2)B层指标数值的计算。B层指标数值(Vm)是根据其所属各C层中指标数值乘以各自的权重后进行加和，具体计算公式为

式中:Qi为B层所属C层中第i个指标的标准化值;Wi为B层所属 C层中第 i个指标的权重值;m为B层中的指标项数，m=1，2。

(3)生态环境脆弱度(A层)的计算。生态环境脆弱度(G)是将B层中各指标的指标数值乘以各自的权重，再进行一次加和并取绝对值，再以1减之，计算公式为

式中:Vm为B层中第 m个指标的指标数值;Wm为B层中第m个指标的权重值。

3.2 生态脆弱性程度标准的确定

依据甘肃省生态脆弱性实际情况和专家调查结果，将脆弱性程度划分为强度脆弱、高度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱、微度脆弱 5个等级，分级标准见表 2。

表2 生态脆弱性分级标准

3.3 结果与分析

根据以上方法计算出全省14个市(州)的 81个县(市、区)(市辖区按1个单位统计)的评价结果为:

强度脆弱县(市、区)共 8个，其中甘肃省中东部黄土高原区 6个、河西走廊 2个;高度脆弱县(市、区)共17个，其中中东部11个、河西走廊 4个、南部山区 2个;中度脆弱县(市、区)31个，其中中东部 9个、河西走廊 9个、南部山区13个;轻度脆弱县(市、区)共 22个，其中中东部10个、河西走廊 4个、南部山区 6个;微度脆弱县包括徽县、康县和两当县3个，全部分布于南部山区(详见表3)。

本评价结果是自然社会经济状况对生态脆弱性的综合反映，强度脆弱和高度脆弱的县(市、区)多分布于省域中东部黄土高原及河西走廊干旱半干旱区。中东部脆弱度高的县(市、区)是我省人口密度、土地垦殖率最高，而经济水平(人均 GDP、农民人均纯收入等指标)相对较低、气候较干旱、水土流失严重的地区，生态、社会经济可持续发展能力较弱;河西走廊的民勤、金塔、敦煌等，虽然经济发展水平较高，但是由于气候干旱、境内分布有大沙漠，土地退化严重，生态环境恶劣，生态脆弱度也较高。

轻度脆弱和微度脆弱县(市、区)在中东部黄土高原区、河西走廊和南部山区都有一定分布。中东部黄土高原区的兰州市辖区、崆峒区、西峰区、华亭县等和河西走廊的嘉峪关市，虽然都有土地退化发生，但是经济水平相对较高，生态、社会经济可持续发展能力较强，生态脆弱性比较低;中东部黄土高原区的泾川县、崇信县、华池县等，森林覆盖率高，经济水平也相对较高，生态脆弱性较低;河西走廊的肃北、阿克塞、肃南等地，属于祁连山区，生态环境良好，人口密度、土地垦殖率较低，经济水平较高，生态脆弱性较低;南部山区的徽县、康县和两当县等地，经济水平不是特别高，但由于降水量大、森林覆盖率高、开发指标(如土地垦殖率等)相对较低，生态脆弱度也较低。

表3 甘肃省各县(市、区)生态脆弱度

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