四川省什邡市2005～2010年生态环境质量动态评价

徐 亮, 张秋劲, 潘 倩, 刘 佳

(四川省环境监测中心站,四川成都610041)

0 引言

生态环境是人类赖以生存的基础,不仅为人类社会提供物质产品,也提供了诸多的生态服务,生态环境的好坏直接关系到人类福祉。生态环境质量表示生态环境的优劣程度,通常以生态学理论为基础,评价特定时空范围内生态环境对人类生存及社会经济发展的适宜程度[1]。生态系统作为一个多目标、多层次的复杂系统,其质量和状况评价的方法很多,例如:主成份分析法[2]、层次分析法[3-4]、模糊评价法[3-4]、神经网络模型法[5]、3S法[6-7]、面向对象法[8]等,这些方法各有特点,但普遍存在方法繁杂、计算量大、指标难以获取等问题,因此探索科学合理而又简便、实用的生态环境质量评价模型和方法,具有重要的理论意义和实际意义。生态环境质量指数法是国家环境保护部颁布的《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T192-2006)[9]中推荐的国标方法,该方法具有指标简单、易获取、延续性好、计算方便等特点,可很好的应用于中国省、市、县等各级行政区的生态环境质量评价,能够较好的反映不同空间、不同时间的区域生态环境质量变化。

什邡市位于德阳市西南部和成都市西北部之间,距德阳市20km,距成都市50km,地理坐标位于东经103°47′～ 104°16′,北纬 31°01′～31°37′,面积 854km2,属于亚热带季风气候区 ,年均降雨量 1045.2mm,年均水资源量 4.36×108m3。什邡市山区约占全市总面积60%,耕地约占总面积30%,有“六山、一水、三分田”之称。2008年5月12日,汶川发生8.0级大地震,对生态系统造成了严重破坏,对区域生态安全带来巨大威胁[10-11]。四川省什邡市处于龙门山断裂带,受损严重,被列入全国十个极重灾县(市)之一。2005～2010年,受到经济总量、居民收入、城市规模、土地利用格局、污染物排放、降水量、地震等因素影响,什邡市生态环境质量发生一定程度的变化。文中利用Landsat TM卫星遥感数据对什邡市2005～2010年生态环境质量各要素的动态变化进行了对比分析,以期为该地区的经济社会与环境和谐发展,提供参考依据。

1 评价方法

1.1 方法、指标及频次

按照《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T192-2006)提供的方法,计算生态环境质量指数(EI)和生态环境质量指数变化值(Δ EI),利用EI进行区域生态环境质量的定量评价,并根据 Δ EI进行区域EI年际变化的定量评价。EI指数计算中涉及5个分指数,计算方法如下:

其中:IBio为生物丰度指数,IVeg为植被覆盖指数,IWat为水网密度指数,IEro为土地退化指数,IEnv为环境质量指数,N为年份。5个分指数计算方法详见《生态环境状况评价技术规范(试行)》。

2005～2010年,每年评价1次,共 6次,2005年为基准年。

图1 2005～2010年什邡市生态环境质量动态评价结果

1.2 数据基础

IBio和 IVeg所需的林地、草地、耕地、建设用地、水域湿地、未利用地等土地利用数据通过对2005～2010年的Landsat5 TM卫星影像的逐年目视解译得到,分辨率30m;汶川地震引发地质灾害数据通过对2008年6月的SPOT5卫星影像的目视解译得到,分辨率10m。IWat所需的水资源量、降水量等水资源数据来自2005～2010年的《四川省水资源公报》。IEnv为所需的二氧化硫(SO2)、化学需氧量(COD)、工业固体废弃物(固废)等污染物排放量数据来自2005～2010年的四川省环境统计数据。IEro所需的土壤侵蚀数据来自1995年四川省土壤侵蚀矢量图。

2 评价结果

2005～2010年,什邡市 EI值分别为 79.45、78.10、79.04、72.74、71.98和73.06,各年度什邡市生态环境质量动态评价结果详见图1。

不同年份间,ΔEI值变化幅度在-6.30～1.08,什邡市ΔEI变化呈“V”字型,大体分为3个阶段:第1阶段为2005～2007年,第 2阶段为2007～2008年,第3阶段为2008～2009年(表1)。2005～2007年,什邡市 EI指数年际间变化为-1.34和0.93,生态环境质量稳定,属于无明显变化;2007～2008年,由于受到汶川地震影响,什邡市EI指数大幅度降低,下降幅度达到-6.30,生态环境质量明显变差;2008～2010年,经历了汶川地震后,什邡市EI指数年际变化为-0.76和1.08,生态环境质量无明显变化,再次趋于稳定。

从表1可知:受土地利用变化影响,ΔIBio和ΔIVeg在2007～2008年发生显著下降,其余年份变化不明显;2005～2010年,什邡市降水量和水资源量的年际变化导致ΔIWat的变化无明显规律;在评价期内,土壤侵蚀数据未更新,因此ΔIEro年际间无变化;随着“节能减排”的不断推进,2005～2010年什邡市 ΔIEnv呈现上升趋势。

3 结果分析与讨论

3.1 土地利用状况变化对ΔIBio、ΔIVeg和 ΔEI的影响分析

2008年,受汶川地震影响,什邡市共发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害113.2km2,占全市总面积的13.26%,打破了土地利用格局的稳定性,造成区域生态环境的巨大破坏,损毁植被面积大、比例高、分布高度集中(表2),其中什邡市红白镇和蓥华镇的植被损毁量占全部植被的95%以上,对当地土地利用格局产生了十分巨大的影响,导致2007～2008年什邡市ΔIBio和ΔIVeg明显下降,对同处龙门山脉、同属极重灾区的汶川县[12]、青川县、平武县、茂县[13]等区域的研究也发现震后生态环境质量明显下降。通过分析不同土地利用方式对ΔEI的影响发现(表2):2007～2008年,地震导致林地、草地、耕地、水域、未利用地等丧失对 EI下降的贡献率分别为83.57%、14.34%、2.40%、0.11%和0.03%,可见林地、草地丧失是造成什邡市EI下降的根本原因,其贡献率达到了97%以上。

表2 汶川地震对2007～2008年什邡市EI指数影响分析表

汶川地震前后,什邡市的IBio、IVeg保持稳定,年际间变化很小(表1)。IBio和 IVeg表征了区域土地利用情况,在无重大自然灾害和无强烈人工干扰的情况下,生态系统结构稳定,少量土地利用方式的改变对 IBio和 IVeg的影响微乎其微。2005～2010年,汶川地震导致的植被丧失是什邡市EI明显下降的直接原因,其中最根本原因是林地、草地丧失。

3.2 水资源状况对ΔIWat和ΔEI的影响分析

2005～2010年,什邡市降水量分别为 928.7mm、656.6mm、900.4mm、1021.2mm、878.1mm 和975.0mm,降水量变化幅度在-29.30%～37.10%,年际间变化很大,引起水资源量变化幅度为-28.30%～27.10%,ΔIWat变化幅度为-5.53～4.13,由此引起的ΔEI年际间变化幅度为-1.11～0.83(图2)。什邡市ΔIWat直接受到降水量、水资源量年际变化影响,年际间变化较大,且无明显变化规律,但对ΔEI则变化不大,属于无明显变化。

3.3 污染物排放量对ΔIEnv和ΔEI的影响分析

2010年,什邡市二氧化硫(SO2)排放量较2005年累计削减3607.5t,下降33.7%;化学需氧量(COD)排放量较2005年累计削减1254.3t,比2005年下降42.1%;工业固体废弃物(固废)在2009年实现了循环利用,无外排(图3)。

图2 2005～2010年降水量、水资源量变化对什邡市ΔIWat和ΔEI的影响

图3 2005～2010年什邡市COD、SO2和固废年际变化

随着“十一五”期间节能减排工作的不断推进,什邡市ΔIEnv和ΔEI呈现逐年向好趋势,2005～2010年ΔIEnv分别为-1.58、1.17、0.55、-0.80和2.67,ΔEI分别为-0.24、0.18、0.08、-0.12 和0.40,均属于无明显变化。从图4可知:由于COD年际变化导致的 IEnv值变化分别为-1.77、0.98、0.41、-0.66和2.66,远高于SO2和固废,是引起 ΔIEnv和 ΔEI变化的主要原因。

3.4 ΔEI变化综合结果分析

通过对什邡市6年间土地利用方式、水资源状况、污染物排放量等因素的综合分析,2005～2010年,什邡市ΔEI变化呈“V”字型,其特点是:汶川地震前后整体稳定,2008年明显下降。6年间,EI累计降低6.39,其下降的根本原因是汶川地震引起的林地、草地等植被丧失。除2007～2008年外,6年间什邡市EI保持稳定,影响ΔEI变化的主要因素是ΔIWat和ΔIEnv2个指数,由 ΔIEnv引起的 ΔEI变化范围是-0.24～0.40,由 ΔIWat引起的 ΔEI变化范围是-1.11～0.83,均为无明显变化(图5)。

图4 2005～2010年COD、SO2、固废变化对什邡市ΔEI的影响

图5 2005～2010年分指数变化对什邡市ΔEI的影响

3.5 讨论

通常情况下,生态系统的结构和功能保持基本稳定,区域土地利用格局不会发生明显变化,体现在 IBio和IVeg2个指数就是年际间变化不明显;同时受限于TM影像时间分辨率、空间分辨率,遥感解译仅对建设用地(如城镇、乡村等)变化较为敏感,而对林地、草地等植被类型间转化的分辨能力则相对较差,特别是无法反映植被结构、功能的变化。

在区域经济发展过程中,随着城市化进程的推进,建设用地的面积逐年增加,占用了越来越多的林地、草地、耕地等地表植被,在EI评价中的直接表现就是IBio和 IVeg逐年下降,但变幅十分微小,造成这一现象的主要原因是林地、草地、耕地等在IBio和 IVeg评价中占有较高的权重,而建设用地的权重则较低。

所以,在现有评价体系下,除开重大自然灾害的影响,在土地利用格局无重大变化的前提下,区域生态环境质量变化的主要影响因素是 ΔIWat和 ΔIEnv,而ΔIBio和ΔIVeg则保持相对稳定,对 ΔEI影响较小。

4 结束语

2005～2010年,什邡市 EI值介于71.98～79.45,ΔEI值介于-6.30～1.08,不同年份间 ΔEI变化呈“V”字型,其中:2007～2008年ΔEI明显下降,其余年份间ΔEI无明显变化。在评价期内,汶川地震是导致什邡市植被覆盖指数和生物丰度指数明显下降的主要因素,占全部变化因素的97%以上;除2008年外,影响什邡市生态环境质量变化的主要因素是环境质量指数和水网密度指数。

受2008年汶川地震影响,2007～2008年什邡市ΔEI明显下降的根本原因是汶川地震引起的林地、草地等植被丧失。

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