基于水土流失的江西省生态安全评价

汪邦稳,汤崇军,杨洁†,喻荣岗,宋月君

(1.江西省水土保持科学研究所,330029,南昌;2.北京师范大学地理学与遥感科学学院,100875,北京)

基于水土流失的江西省生态安全评价

汪邦稳1,2,汤崇军1,杨洁1†,喻荣岗1,宋月君1

(1.江西省水土保持科学研究所,330029,南昌;2.北京师范大学地理学与遥感科学学院,100875,北京)

为定量研究水土流失对区域生态安全的影响,以江西省为研究对象,基于水土流失状况,构建江西省生态安全评价指标体系,利用压力 -状态-响应模型对江西省生态安全进行评价。结果表明:1)从 1996到 2000年,江西省生态安全水平好转,但全省整体生态安全水平只有Ⅱ级,生态安全压力仍然很大;2)江西省生态安全水平区域差异明显,主要表现在空间分布格局和绝对数值差异上;3)江西省水土流失与生态安全关系密切,随着整体生态安全水平的提高,水土流失对生态安全影响越来越大。

水土流失;生态安全评价;压力-状态-响应模型;江西省

由于生态环境的变化,生态安全越来越受到各国政府和学者的关注。生态安全是指一个国家或地区生存和发展的生态环境处于不受或少受破坏与威胁的状态,与经济安全、军事安全同样都是国家安全的重要组成部分,在一定程度上制约着经济社会的可持续发展[1]。

水土流失是中国头号环境问题,严重影响着我国的生态安全[2]。为此,2005年,水利部、中国科学院和中国工程院联合开展“中国水土流失与生态安全综合科学考察”,对不同区域的水土流失及生态安全问题进行了原因分析,提出了需要近一步研究解决的重大问题[3-4]。当前,国内外许多学者[5-8]已从不同角度对生态安全开展了研究,可是基于水土流失的生态安全定量评价还彰显不足。近来,有的学者就水土流失对生态安全的影响和水土保持对生态安全的保障作用提出了不同见解[2],但是,定量地评价水土流失对生态安全的影响还有待进一步研究。

江西省是水土流失严重的省份之一,生态安全比较脆弱[9-10]。基于水土流失,笔者采用压力(pressure)-状态(state)-响应(response)模型对江西省生态安全进行定量评价,为江西省水土流失治理规划和生态安全保护提供数据支撑。

1 研究区概况

江西省位于中国的东南部,在长江中下游的南岸,E113°34′36″～ 118°28′58″,N24°29′14″～ 30°04′41″。全省总面积 16.69万 km2,地貌类型以山地和丘陵为主,拥有少量的岩溶、丹霞等特殊地貌。土壤类型以红壤为主,分布面积约占全省总面积64.48%,其次为黄壤、紫色土等。全省森林覆盖率达 60%,多属次生林,针叶林面积比例大,杉木(Cunninghamia lanceolata)、马 尾 松 (Pinus massoniana Lamb)是全省主要树种,油茶(Camellia oleifera)、油桐 (Vernicia fordii(Hemsl.)Airy-Shaw)、脐橙(Eriobotrya japonica)均为江西省经济果木林主要树种。全省气候类型为亚热带季风气候,年均降水量在 1 750～2 100mm之间,由于时空分配不均,所以,江西省是全国气象灾害最严重的省份之一,加之历史和人为活动的原因,江西省水土流失比较严重。

2 研究方法

2.1 评价方法及指标体系的确定

压力 -状态 -响应模型[11]由经济合作和开发组织(OECD)与联合国环境规划署(UNEP)在 20世纪 80年代末共同提出的,在该模型构架下,环境问题可以表达为 3个不同但又有相互联系的指标类型,即压力指标反映人类活动给环境造成的负荷,状态指标表征环境质量、自然资源与生态系统的状况,响应指标表征人类面临环境问题所采取的对策与措施。该模型从人类与环境系统的相互作用与影响出发,对环境指标进行组织分类,具有较强的系统性,所以选择该模型作为本研究的评价方法。遵循科学性、代表性、可操作性的原则,充分考虑系统的动态变化和水土流失影响因素,借鉴国内外的指标,结合江西省实际情况和水土流失特点,构建江西省基于水土流失的压力 -状态 -响应模式下的生态安全评价指标体系,共筛选指标 17项。本指标体系的选择,是在参考大量国内外相关研究的基础上,采用频度统计法和专家咨询法,结合研究区实际情况共同确定的,能较好地满足指标选择的完备性和针对性原则。

2.2 指标体系数据的来源

指标体系数据主要来源于江西省 1996和 2000年统计年鉴、水土流失遥感调查资料以及部分统计公报资料(表 1)。

2.3 指标体系权重确定方法

2.3.1 评价样本矩阵的构建及矩阵元素的标准化

定义 X为区域生态安全状况对应于 m个评价指标与 n个区域的样本矩阵,即

式中xij为第 i个区域在第 j个指标上的统计值,指标确定后,由于量纲不统一,直接用他们进行评价比较困难,因此,必须对参评因子进行标准化处理。采用极差标准化方法,假设样本矩阵 X标准化后记为 Y,那么

对效益型指标,令

对成本型指标,令

式中 xjmax、xjmin分别为第 j个指标下各评价样本属性值的最大值和最小值。

经标准化处理后,样本矩阵[xij]转化为矩阵[yij],yij∈ [0,1]。

2.3.2 指标权重的确定 熵权法[12]是根据各评价对象的指标值来确定各指标的权重,反映指标间的相互比较关系,该方法受人为的主观影响较小,因此,采用熵权法来确定指标的权重。

用熵权法确定各指标权重的步骤如下。

第 1步,定义 fij为矩阵 X第 j项指标下第 i个区域被评对象的指标值的比例,则

表 1 江西省生态安全指标数据来源Tab.1 Data source of l ecological security index in Jiangxi Province

第 2步,定义第 j项指标的熵为 Hj,有

式中 k为 1/ln n,当 fij=0时 ,fijln fij=0。

第 3步,计算各指标的权重

式中 wj为第 j项指标的权重。

2.3.3 生态安全指数评价方法 生态安全指数(IES)是衡量生态安全程度的指标,它的值介于 0～1之间,根据生态安全指数评估数据,可以判断区域的生态安全状况[13]。

1)各子系统生态安全指数计算方法如下式:

式中 IESi为 i子系统的生态安全度指数。

2)总系统的生态安全度计算模型,即

式中:IES为总系统的生态安全度指数;wi为 i子系统的权重。

3 结果与分析

3.1 江西省生态安全指数评价结果

通过对矩阵元素的标准化处理和权重计算,得出各指标的权重,见表 2。

采用生态安全指数评价方法,得出江西省1996—2000年生态安全水平的系统层指数和生态安全指数(表 3)。

3.2 江西省生态安全总体变化趋势

为评价全省以及各地市的生态安全状况,将生态安全水平分为 5个等级[14](表 4)。

结合表 3,从数量上分析,江西省生态安全指数从 1996年的 0.198提高到 2000年的 0.333,生态安全水平总体趋势好转。按照生态安全水平等级划分,江西省生态安全水平由 1996年的Ⅰ级上升到2000年的Ⅱ级,生态安全指数提高了 0.135,相比增长了 68.12%。利用 GIS平台构建的江西省生态安全等级分布图(图 1)。从空间上分析,江西省生态安全水平等级在空间分布上也发生了明显的变化,从 1996到 2000年,除了赣州、九江、上饶和鹰潭市生态安全水平等级没有发生变化外,其他的地市生态安全水平等级都有所上升。其中,新余市上升最多,在这期间上升了 2个等级;但是,到 2000年为止,江西省的生态环境压力依然较大,处于生态安全水平Ⅰ、Ⅱ的有九江、上饶、赣州、抚州、鹰潭 5市,面积超过江西省总面积的 1/2,整个江西省只有南昌、新余、吉安 3市生态安全处于较安全水平。

表 2 江西省生态安全评价指标权重分配Tab.2 Weight ofecological security assessment indices in JiangxiProvince

表 3 江西省生态安全指数评价结果Tab.3 Assessment result ofecological security index in Jiangxi Province

表 4 生态安全等级划分标准Tab.4 Criterion of ecological security classification in Jiangxi Province

图 1 江西省 1996和 2000年生态安全等级分布图Fig.1 Maps of ecological security assessment result distribution in 1996and 2000 in Jiangxi Province

图 2 江西省 1996和 2000年生态安全指数柱状图Fig.2 Maps ofecological security index of Jiangxi Province in 1996and 2000

3.3 江西省生态安全的区域差异分析

由图 1可以看出,1996—2000年,江西省各地市的生态安全水平空间格局发生了明显的变化,与1996年相比,2000年中部地区的地级市生态安全水平等级都得到了提高,而处于北部的九江、上饶、景德镇和南部的赣州保持着原有的水平。结合表 3分析,无论是 1996年还是 2000年,江西省不同地级市间的生态安全指数差异都较大,生态安全指数最高的是吉安市,最低的是赣州市。以地级市为单位,以生态安全指数为评价指标绘图(图 2)。可以看出:虽然江西省 11个地市的生态安全指数都有不同程度的提高,但提高的幅度不同,提高幅度超过 50%的地市有赣州(195.67%),九江(128.54%),抚州(71.44%),萍乡(67.73%),上饶 (64.85%)和新余(55.13%);而有的地级市的生态安全系统层指数却呈现出下降趋势,如赣州市的系统压力指数从1996年的 0.253下降到 2000年的 0.228,吉安市的系统响应指数从 1996年的 0.701下降到 2000年的0.587。同时,从图 2还可以看出:从 1996到 2000年,生态安全指数比较高的地级市,其指数增长幅度也较大;但是增长率相对较低,如南昌市和新余市,生态安全指数比较低的地级市,其指数提高幅度相对较少,但增长率较高,如九江市和赣州市。

为了判断江西省各地级市间生态安全指数的变化差异,根据变异系数原理[15-16],分别计算 1996和2000年江西省生态安全指数的变异系数,得出 1996年江西省各地级市间的变异系数为 0.595,2000年的为 0.470。表明 1996和 2000年江西省各地级市间的生态安全指数差异明显,但到了 2000年,差异有缩小的趋势。

3.4 水土流失与生态安全关系分析

通过对 1996和 2000年江西省及各地市的生态安全指数与土壤侵蚀模数的折线图(图 3和图 4)进行分析,可以发现:土壤侵蚀模数大的地市,生态安全指数明显偏低;土壤侵蚀模数小的地市,其生态安全指数明显偏高。借助 SPSS软件,分别统计出1996和 2000年江西省及各地市的土壤侵蚀模数与生态安全度指数的负相关系数为 0.58和 0.66,呈现出较强的负相关性,说明水土流失对生态安全有着明显的负影响。

图 3 1996年江西省生态安全指数和土壤侵蚀模数折线图Fig.3 Broken-line graph of ecological security index and soil erosionmodulus of Jiangxi Province in 1996

图 4 2000年江西省生态安全指数和土壤侵蚀模数折线图Fig.4 Broken-line graph of ecological security index and soilerosionmodulus of Jiangxi Province in 2000

4 结论与讨论

1)江西省生态安全水平总体趋势好转,全省的生态安全水平从 1996年的Ⅰ级上升到 2000年的Ⅱ级。这主要归功于江西省多年的水土保持工作,特别是国家八片治理和退耕还林(草)政策的实施。虽然生态安全水平得到好转,但全省总体生态安全水平只有Ⅱ级,生态安全压力仍然很大。

2)江西省生态安全区域差异明显,主要表现在空间分布的格局和绝对数值的差异上。从 1996到2000年,江西省各地市的生态安全等级空间格局发生了明显的变化,与 1996年相比,2000年中部地区的地级市生态安全水平等级都得到了提高,而处于北部的九江、上饶、景德镇和南部的赣州保持着原有的水平等级。在绝对数量上,从 1996到 2000年,虽然各地市的生态安全指数都得到了提高,但提高的幅度和增长率不同,甚至有的地市生态安全系统层指数呈现下降的趋势。这说明,在注重整体生态环境改善的同时,不能忽视由此带来的其他压力,因此,鉴于各地市自然、社会、经济条件的差异,在水土流失治理时,要充分考虑区域特点,发展与其适应的治理模式。

3)江西省水土流失与生态安全关系密切。从1996到 2000年,江西省及各地市土壤侵蚀模数与生态安全指数负相关系数由 0.58提高到 0.66,说明随着生态安全趋势的好转,水土流失对江西省生态安全影响越来越大。

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Ecological security assessment of Jiangxi Province based on soil erosion and water loss

Wang Bangwen1,2,Tang Chongjun1,Yang Jie1,Yu Ronggang1,Song Yuejun1
(1.Jiangxi Provincial Research Institute for Soil and Water Conversation,330029,Nanchang;2.School of Geography,Beijing Normal University,100875,Beijing:China)

In order to study the influences of soil erosion and water loss to ecological security of Jiangxi Province,the ecological security assessment system indices of Jiangxi Province indices was constructed based on soil erosion and water loss.Then,provincial ecological security assessment was curried out using pressure-state-responsemodel.The results showed that:1)Ecological security level of Jiangxi Province took a turn for the better in period from 1996 to 2000.However,the provincial integer levelof ecological security had nothingbutⅡ.Therefore,the ecological security pressurewas greatall the same.2)The spatial variation ofecological security levelof JiangxiProvincewas distinct.Thatwasexpressed in spatial distribution and absolute figure.3)Relation between soil erosion and ecological security was marked.With the rising of integer level of ecological security,the influences of soil erosion to ecological security became more and more notable.

soil erosion and water loss;ecological security assessment;pressure-state-response model;Jiangxi Province

2009-04-24

2009-12-14

项目名称:水利部公益性项目“水土保持措施调控鄱阳湖径流泥沙技术研究”(200801066);江西省水利厅科技项目“江西省水土流失对生态安全影响研究”(200504)

汪邦稳(1981—),男,硕士,助理工程师。主要研究方向:水土保持。E-mail:bangwenbest@126.com

†责任作者简介:杨洁(1958—),女,教授级高级工程师。主要研究方向:水土保持、生态环境。E-mail:zljyj@126.com

(责任编辑:宋如华)