区域开发中长期生态风险评价

苏敬华　　王敏　　王卿　　鄢忠纯　　沙晨燕　　黄沈发　　白杨

摘要：以中原经济区为研究案例，基于遥感与地理信息技术和情景模拟技术，采用风险源识别、受体分析、风险表征和风险管理框架，对其中长期区域开发的生态风险进行了评价。辨识了城镇扩张、工业发展、农业发展与矿产资源开发4个方面作为其中长期区域开发的生态风险源，模拟了效率优先和经济优先两种情景下，生态风险源的中长期变化过程及其对风险受体的作用，评估了其生态风险。研究结果显示，中原经济区中长期开发的生态风险存在极大的空间差异性，对生态系统的产品提供、水土流失和生物多样性保护等带来不同程度的影响，为区域的风险管理和環境决策提供科学依据。

关键词：

区域生态风险评价；中原经济区；风险源

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.003

中图分类号：X820.3文献标识码：A文章编号：2095-6444（2015）06-0012-05

区域开发生态风险评价强调的是区域开发活动所导致的区域性生态风险，其目的是通过对区域开发导致的生态风险进行分析与评价，实现对区域开发活动风险的预警[1]。区域开发生态风险评价一般包括3个关键环节，即区域内各生态系统的地位和作用评价、脆弱性评价以及可能遭受的风险概率评价[2]。

20世纪90年代，Barnthouse和Suter首次尝试将人体健康评价改编为生态风险评价框架[3]。美国国家环境保护局开展了一系列专题和案例的研究，形成了新的生态风险评估框架。在这个框架中，风险形成阶段是整个评价的基础，也是建立风险评价的目标，用于确定存在的问题以及制订数据收集、分析和进行风险评价的计划[4]。风险表征是生态风险评价的最后阶段，目标是评价终点面临的风险，解释风险评估结果并提出风险管理的科学依据[2]。与此同时，其他学者也提出了不同的区域生态风险评价方法，Moraes和Molander在2002年提出了PETAR方法，主要针对数据有限和背景资料缺乏的情况下，开展回顾性生态风险评价[5]；Landis和Kelly在20世纪90年代提出的RRM模型[6]，目前也被广泛应用于区域生态风险评价。徐学工[7]、付在毅[8]等分别以黄河三角洲和辽河三角洲为案例，进行了生态风险评价，并用生态指数对生态风险源进行了量化，采用层次分析法对风险源的权重进行了确定。综合来看，目前的区域生态风险评价方法，大多是借鉴模拟污染物的分布、传播、累积、压力-受体交互作用、不确定性分析等方法和技术，应用于区域的生态风险评估之中。

区域开发活动中产业的发展规模和结构不当、重大布局失序等，是导致区域开发生态风险产生的重要因素。本研究采用目前国内外较为认可的生态风险评价流程，即风险源辨识、受体分析、暴露与危害分析、综合风险评价，采用GIS技术与情景分析技术，以中原经济区为例并评估其中长期产业发展的生态风险，为区域风险管理和环境决策提供科学依据。

1研究区概况

中原经济区涵盖河南18个地市及山东、安徽、河北、山西12个地市3个县区，总面积28.07万平方公里。该区是全国“两横三纵”城市化战略格局中陆桥通道横轴和京广通道纵轴的交会处，是《全国主体功能区划》确定的重点发展区。区域水土资源丰富，气候条件优良，水网密布，生态服务功能多样且重要，是我国重要的农产品提供功能区。中原经济区北、西、南部三面环山，太行山、秦岭、桐柏-大别山呈半环形分布，中、东部为黄淮海平原，西南为南阳盆地。地处北亚热带和暖温带地区，南部跨亚热带，属北亚热带向暖温带过渡的大陆性季风气候，气候温和，日照充足，降水丰沛，适宜于农、林、牧、渔各业发展。

2研究方法

2.1风险源识别

风险源识别，即影响因子分析。在对区域重点产业发展中长期生态风险进行系统调查的基础上，依据区域开发与重点产业发展的生态影响特征与关键影响因子识别的分析结果，确定区域发展的影响因子与生态风险源，开展区域重点产业发展风险源识别。根据针对研究区“三化”发展关键影响因子的初步辨识，将城镇扩张、工业发展、农业发展与矿产资源开发作为生态风险源。

2.2受体分析

生态风险受体分析的主要内容包括风险受体的选择与生态终点的确定。依据中原经济区的生态功能定位与重大生态问题，重点针对耕地面积萎缩质量下降、人居环境压力增大的问题开展生态风险评价。因此，生态风险受体确定为粮食生产安全与人居环境安全，评价终点确定为耕地被侵占、耕地质量降低、城市热岛效应加剧、空气质量恶化、城市生态用地萎缩等。

2.3暴露响应分析

通过分析区域开发活动发展战略（压力）、进行生态环境评价（状态），提出产业优化及可持续发展对策（响应），辨析风险源在区域开发的各个阶段的表现形式与风险特征。中原经济区中长期发展生态风险源与风险受体的暴露响应关系如图1所示。

2.4风险表征

拟采用RRM模型对区域开发与重点产业发展的生态风险进行评价和表征。拟根据风险管理目标、风险源和生境特征确定评价单元，并建立连接风险源、受体以及评价终点的风险概念模型，根据评价终点，确定相对风险计算的等级系统并计算相对风险值。计算方法如下：

R=Σ（[压力密度]i×[敏感因子风险度]i×[暴露系数]i×[响应系数]i）

采用RRM模型对生态风险的变化值（ΔR）进行如下表征：

ΔR=Σ（Δ[胁迫强度]i×[生态敏感性/重要性] i×[暴露系数] i×[响应系数] i）

依据任景明等[1]提供的暴露因子、响应因子及其确定响应系数的参考方法，将暴露系数与响应系数分为5个等级：低、较低、中、较高、高，并采用专家打分法将各等级依次赋值为0、0.3、0.5、0.7、1。暴露系数和响应系数见表1和表2。

注：BD，生物多样性丧失；FR，洪水调蓄功能降低；SE，水土流失加重；PS，产品提供功能下降；DI，干扰加剧；VD，植被破坏；WL，湿地萎缩；FL，农田侵占；HF，生境破碎化；NPPA，面源污染加剧；SFD，土壤肥力下降；HMPA，重金属污染加剧；WD，湿地退化。[HT]

2.5情景设置

根据中原经济区经济发展特征和未来区域发展定位等特征，设置本研究中长期发展的情景策略如表3所示。情景的基准年为2010年，并以2020年为中期，以2030年为远期。

情景目标参考规划发展模式空间利用方式

经济优先区域经济高速增长能源、石化、钢铁等重点产业发展规划按照原产业结构和经济增速趋势发展，重点促进第二产业发展主要依据土地利用总体规划，重点保障建设用地需求，湿地作为未利用地

效率优先依据主体功能区战略，基本实现区域有序增长综合现有重点规划，重点参考主体功能区划、土地利用总体规划等对各区域根据其主体功能确定发展目标优先保障主体功能相对应的用地需求，确保粮食主产区耕地不减少，生态功能重要区生态用地不减少

3结果与分析

采用上述区域生态风险评价流程，对中原经济区中长期开发过程对生态系统的产品提供、水土流失和生物多样性保护等带来的影响进行了评价，结果如下：

3.1农产品提供功能下降

农产品提供功能下降风险到2020年仍没有得到缓解。从产量上看，由于耕地保护措施趋严，各年份产量略有升高。从质量上看，重金属污染影响趋重，农产品提供功能下降风险较大，特别是冶金产业和矿产开发增加较快的地区。

如图2所示，从空间上看，在经济优先情景下，中原经济区随着耕地面积的锐减，农产品提供功能持续下降，主要集中在中部的邢台-郑州和西部的运城-南阳一带；在效率优先情景下，农产品提供功能下降，时空差异显著。其中，2010—2020年的减少幅度较小（-0.36%），而2020—2030年的减少幅度较大（-3.44%）。从空间上看，前10年农产品提供功能快速下降的地区主要分布在中原经济区北部和东部地区，而后10年主要分布在北部和西部地区。

3.2局部区域水土流失加剧

随着山区植被的恢复和林地面积的增加，水土流失风险明显降低，但局部区域水土流失风险加剧。在经济优先情景下，中原经济区的水土保持功能总体好转，2010—2020年增长10.14%，2020—2030年增长13.9%，经济区西北部地区水土保持功能好转速度较快，而中部及中南部部分地区水土保持功能退化。在效率优先情景下，中原经济区的水土保持功能也呈提升趋势，但增长幅度较经济优先情景小。在该情景下，各地市的水土保持功能均有所提升，且空间差异减小。如图3所示。

3.3洪水调蓄功能下降

经济优先和效率优先情景下，中原经济区的洪水调蓄功能无明显变化。在效率优先情景下，洪水调蓄功能随着湿地面积锐减而大幅度减小。从空间上看，海河和黄河地区减小幅度较大，长江和淮河流域减小幅度较小。如图4所示。

3.4生物多样性丧失

生物多样性丧失的风险具有明显的空间差异性，由于森林面积的萎缩，生物多样性下降风险主要分布于黄淮海平原。经济优先情景下，生物多样性维持功能总体提升，西北太行山区增长幅度较大，而中部的郑州、开封、商丘、漯河及皖北阜阳等地的生物多样性维持功能呈下降的趋势。效率优先情景下，中原经济区生物多样性维持功能总体提升，但增幅较经济优先小，从空间分布上看，西部地区功能提升，东部地区功能下降，提升的最高值出现在西北太行山区，下降的最高值出现漯河和周口等地。如图5所示。

4结论与展望

从中原经济区中长期人类开发活动的生态风险评价结果来看，不同区域在不同情景下表现出不同特征：在经济优先情景下，长江、黄河、海河和淮河流域的洪水调蓄功能保持不变，农产品提供功能下降；长江、黄河和海河流域的水土保持功能提升，淮河流域水土保持功能总体提升，局地下降；长江、黄河和海河流域的生物多样性维持功能提升，淮河流域的生物多样性维持功能总体下降，局地提升。在效率优先情景下，长江、黄河、海河和淮河流域的农产品提供和洪水调蓄功能下降；水土保持功能提升；长江、黄河和海河流域的水土保持功能提升，淮河流域的水土保持功能总体下降，局地提升。

本研究结果显示了中原经济区中长期产业发展的生态风险空间分布特征，找到了生态风险较高的区域，同时也量化了城镇扩张、工业发展、农业发展与矿产资源开发4个生态风险源，找到了其空间分布和变化的规律。尽管如此，由于区域中长期开发的生态风险评价是一个多学科交叉的研究领域，涉及内容较多，本研究也存在一定的局限性。风险源的辨识是整个评估过程的基础，虽然本研究识别了对于中原经济区来说最主要的4个风险源，但对其量化过程以及生态胁迫特征的分析仍有很大改进空间。同时，风险受体的内在联系和脆弱性特征等有待进一步揭示，尤其是区域开发过程中带来的景观破碎度改变、生物多样性演变等关系也需进行深入研究。

参考文献（References）：

[1]任景明， 李天威， 黄沈发. 区域开发生态风险评价理论与方法研究[M]. 北京： 中国环境出版社， 2013.

[2]张雅洲， 谢小平. 基于RS和 GIS 的南四湖生态风险评价[J]. 生态学报， 2015， 35（5） ： 13711377.

[3]Barnthouse L W， Suter G W， Rosen A E. Inferring populationlevel significance from individual level effects： an extrapolation from fisheries science to ecotoxicology[J]. Astm special technical publication， 1988.（11）： 289300.

[4]United States environmental protection agency. Guidelines for ecological risk assessment[M]. Washington D C： United States environmental protection agency， 1998.

[5]殷賀， 王仰麟， 蔡佳亮， 等. 区域生态风险评价研究进展[J]. 生态学杂志， 2009， 28（5）： 969975.

[6]Landis W G， Duncan P B， Hayds H H， et al. A regional retrospective assessment of the potential stressors causing the decline of the Cherry Point Pacific herring run[J]. Human and ecological risk assessment， 2004， 10（2）： 271297.

[7]许学工， 林辉平， 付在毅. 黄河三角洲湿地区域生态风险评价[J]. 北京大学学报：自然科学版， 2001， 37（1） ： 111120.

[8]付在毅， 许学工， 林辉平， 等. 辽河三角洲湿地区域生态风险评价[J]. 生态学报， 2001， 21（3）： 365373.