新疆渭干河-库车河绿洲生态安全及障碍因素分析

张 翔，王宏卫*，刘 勤

(新疆大学a.资源与环境科学学院，b.绿洲生态教育部重点实验室，中国乌鲁木齐 830046)

生态安全研究始于20世纪90年代，生态安全问题联系着自然环境安全和社会的稳定，也关系到国民经济和社会的可持续发展［1］.近年来，学者们陆续以城市、耕地、湿地、流域和草原等生态系统为对象对生态安全进行了深入研究［2-7］.总体来看，定性和定量化分析日趋成熟，主要体现在生态安全的内涵、生态安全评价、生态安全影响因素以及生态安全调控对策等几个方面.绿洲是干旱地区脆弱的生态综合体［8］，渭干河-库车河绿洲作为西部干旱区绿洲的典型代表［9］，随着城镇化、工业化进程的进一步加快［10］，生态环境系统受到更大影响.开展生态安全评价，掌握该区实际生态状况，进而实现生态系统的优化发展具有重要意义.

1 研究区域概况

渭干河-库车河绿洲(以下简称渭库绿洲)位于天山山脉南麓，塔里木盆地北部，介于东经81°28'30″～84°05'06″，北纬39°29'51″～42°38'01″，包括库车县、沙雅县和新和县3 个行政县域.土地总面积约5.24×104km2，绿洲面积为5.6×103km2，平均海拔1 500～2 000 m.该区域属典型的大陆性暖温带干旱气候，降水少，蒸发强，温差大，水土流失，土地盐渍化问题突出，生态环境较脆弱.该绿洲是新疆的主要棉产区和阿克苏地区最大的灌溉区，经济以农业为主，工业基础薄弱，在我国西北干旱区绿洲中具有一定代表性.

2 研究方法

2.1 评价指标体系的建立

建立合理的生态安全评价指标体系是研究地区生态安全水平的关键，依据科学性、简明性、可操作性、系统性和实用性的原则，并结合本文研究区的地域性和复杂性，从可持续发展的角度综合考虑影响渭库绿洲生态安全的主要因素，通过“环境-经济-社会”(EES)模型构建该绿洲生态安全评价指标体系，见表1.本研究中的数据来源于《新疆统计年鉴1996～2012》、《新疆统计50年》及相关政府网站公布的国民经济和社会发展统计公报等权威数据.根据数据的可收集性和分析过程的可操作性，遴选出渭库绿洲1995～2011年自然、经济和社会3 个系统共计25 个生态安全指标.

表1 基于EES 框架的渭库绿洲生态安全评价体系Tab.1 Evaluation index system of ecological security in Ugan-Kuqa River Oasis based on EES framework

2.2 TOPSIS 计算方法

TOPSIS 法作为经典的多属性决策方法之一，是一种有限决策方案多目标决策分析方法.通过测度优先方案中的最优方案和最劣方案来获得最优的方案，两者组合使用将使结果更加精确、合理［11］.运用TOPSIS方法对区域的生态安全状况进行研究，可以客观系统地分析研究区与理想生态安全水平的接近程度，直观地反映影响研究区生态安全所存在的问题.主要计算步骤为:

(1)建立评价指标的判断矩阵:X=(xij)mn.

(2)对判断矩阵采用极差处理法对各项指标进行无量纲化［12］，建立标准化的决策矩阵:R=(rij)mn.

(3)为标准化的决策矩阵确定权重.目前确定指标权重的方法有主观赋权法和客观赋权法［13］.为使得到的指标权重客观且具有科学性，本文选择变异系数法确定指标的权重.对于标准化的决策矩阵，计算评价指标的平均值和标准差S，得到评价指标的变异系数，则权重为

(4)由rj与标准化的决策矩阵R 得到加权标准化矩阵:Z=(zij)mn=(rijrj)mn.

(5)确定正负理想解Z+和Z－.其中，.

2.3 障碍度模型

采用障碍度模型对研究区域存在的生态安全缺陷问题进行诊断，通过因子贡献度Rj，指标偏离度Pj，障碍度Aj［13］来确定研究区域的生态安全障碍因素，并通过各障碍因素来评价生态安全的程度.相关公式:Rj=rj× wi，Pj=1－aj.式中，rj为第j 项指标的权重，wi为第j 项指标所属的第i 项子目标权重，aj为单项指标标准化值.障碍度.在分析各单项因子限制程度的基础上，进一步分析各个系统层对生态安全的障碍度:Uj=∑Aij.式中，Aij表示各单项指标的障碍度，Uj是系统的指标障碍度，反映了区域生态安全质量提升过程中相关因素的障碍性.

2.4 生态安全的标准

迄今，对于生态安全评价尚没有统一的评价标准.为构建一个衡量生态系统质量的定量参考体系，本文在借鉴生态安全等级划分相关研究［12-16］的基础上，结合研究区生态系统的实际状况，将渭库绿洲的生态安全评价等级划分为5 个级别，如表2所示.

表2 渭库绿洲生态安全等级评价表Tab.2 The level of ecological security assessment in Ugan-Kuqa River Oasis

3 结果与分析

3.1 渭库绿洲系统生态安全的时间序列分析

3.1.1 各子系统生态安全水平发展时间序列分析 1995～2011年，渭库绿洲自然系统的生态安全指数总体呈小幅度波动变化的趋势(图1).从1995年0.480 至2001年的0.461，逐年变化幅度不大.2002年增长到最大值0.573，随后下降到2006年的0.326，最后小幅度增长到2011年的0.521.渭库绿洲的自然生态安全水平整体度不高，增减变化的趋势不大，期间自然生态安全值小幅度的减小也说明随着经济水平的提高，自然生态系统受到一定的压力.

1995～2011年，渭库绿洲经济系统的生态安全指数呈上升的趋势.从1995年的0.035 至2005年的0.416，11年间指数增长0.381，基本稳步增长.从2006年的0.356 至2011年的0.864，指数增长0.510，除2008年和2009年经济指数变化不大，其他年份均呈现快速增长趋势.这说明十五规划、十一五规划期间西部大开发等经济政策引导下，渭库绿洲的经济实力实现了较大幅度提升.

1995～2011年，渭库绿洲社会系统的生态安全指数呈波动上升的趋势.从1995年的0.117 到2011年的0.760，反映了随着经济水平的提高，人民生活质量改善，社会系统的生态安全也逐年提高.3.1.2 渭库绿洲综合生态安全指数变化 1995～2011年，渭库绿洲生态安全综合指数从0.198 增长到0.756，呈逐年上升的趋势(图2).表明生态安全水平不断提高，安全等级由不安全转为较安全.渭库绿洲生态安全综合指数1995～1999年从0.198 增长到0.231，基本处于较不安全的状态，主要是由于整个生态系统中，经济系统处于不安全的状态，而社会系统也较不安全，落后的经济水平和不稳定的社会状态对整个生态系统造成了影响.从2000年(指数为0.320)到2004年(指数为0.411)，政府开始注重农业生产和工业经济的发展，但由于招商投资力度小，技术水平落后，经济发展相对迟缓.生态系统安全水平虽有所起色，但还是处于较不安全的状态.2005年(指数为0.468)到2008年(指数为0.615)，经济水平增幅较大，投资增强，财政收入和城乡居民收入提高，社会稳定度持续增高.整体生态系统已由较不安全状态转向临界安全状态.2009年(指数为0.620)到2011年(指数为0.756)，随着对口援疆进程稳步推进，工业生产不断加快，工农业增比继续加大，固定资产投资迅猛，民生建设规模继续扩大，渭库绿洲的自然、经济和社会系统都呈现出平稳较快发展的良好势头.整体生态系统已由临界安全状态转向较安全状态.

图1 渭库绿洲子系统生态安全水平变化时间序列趋势Fig.1 The subsystem ecological security development trend of time series in Ugan-Kuqa River Oasis

图2 渭库绿洲综合生态安全水平变化时间序列趋势Fig.2 The comprehensive ecological security development trend of time series in Ugan-Kuqa River Oasis

3.2 障碍因子分析

利用障碍度模型对影响渭库绿洲生态安全的障碍因子进行诊断，首先对系统中的各项指标厘定障碍因子，其次对社会、经济和生态3 个分类子系统进行障碍度分析.

3.2.1 主要障碍因素 根据障碍度模型对1995，2001，2006 和2011年4 个年份中各个指标的障碍度进行计算，并排序得出前5 位对渭库绿洲生态安全影响度最大的障碍因子，见表3.同时为了在时间变化特征上更充分体现障碍因子的重要性，做出1995～2011年17年间排名前5 位的主要障碍因子出现频率表，见表4.

表3 1995～2011年渭库绿洲主要年份障碍因子和障碍度Tab.3 Obstacle degree of main obstacle factors of main years in Ugan-Kuqa River Oasis from 1995 to 2011

表4 1995～2011年渭库绿洲主要障碍因子出现频率Tab.4 Frequency of main obstacle factors in Ugan-Kuqa River Oasis

由表4 可知，在1995～2011年17年间，前5 个出现频率最高的主要障碍因子分别是地方财政一般预算收入X11 和人均生产总值X9，其次是耕地面积比例X8，农村居民人均纯收入X10 和全社会固定资产投资X12.结合表3 分析显示，1995，2001 和2006年影响整体生态安全水平最大的5 个障碍因子分别是地方财政一般预算收入X11，耕地面积比例X8，人均生产总值X9，农村居民人均纯收入X10，全社会固定资产投资X12.说明整体生态系统在经济发展方面阻力较大，反映在各地方财政收入同比涨幅小，城乡居民收入低，固定资产的投资小，农业生产力也不高.到2011年，前3 位障碍因子依次是林地比例X3，草地比例X4，水体面积X5，新上榜的还有污水排放量X22.这说明渭库绿洲的生态系统受到了严重威胁，森林草地开垦放牧过度，加上工业的发展造成水体污染.十一五规划期间，地方政府虽加大了经济发展力度，但是经济增长模式相对滞后，原材料和能源消耗大，高投入低产出，资源利用率低，对自然生态系统的可持续发展造成影响.这表明社会经济效益和环境之间的协调度需要进一步加强.

图3 渭库绿洲子系统障碍度时间序列趋势Fig.3 The subsystem obstacle degree trend of time series in Ugan-Kuqa River Oasis

3.2.2 分类子系统障碍度 从图3 中3 条折线的变化趋势上可以看出1995年至2011年生态安全障碍度的变化.1995年至2005年，3 个系统障碍度变化趋势较平稳，经济系统的障碍度排首位，对渭库绿洲的生态安全阻碍最大，反映了其经济发展水平较低.从2006年开始进入十一五规划期，由于政府相关政策的导向，为加快经济发展水平，提高人民生活质量，经济系统和社会系统的障碍度都有所降低.但是随着经济发展与技术的进步，不合理资源开发利用方式导致生态环境的破坏，自然系统的障碍度逐渐增大.2009年至2011年，自然系统和经济系统的反向增长的变化趋势尤为突出，自然系统的障碍度越来越大，反映了经济的发展依靠自然资源的投入来拉动，呈现粗放式经济发展方式.

4 结论与讨论

4.1 结论

(1)研究结果表明，1995年以来渭库绿洲的生态安全水平总体上逐年升高，2011年生态安全综合指数是1995年的3.83 倍，且生态安全等级由1995年的“不安全”转变为2011年的“较安全”.自然生态安全指数呈小幅度波动的水平趋势，经济和社会生态安全指数总体呈现上升趋势.整体的生态安全状况向着良好的方向发展.

(2)通过障碍因子的诊断可知，1995～2009年影响整体生态安全水平最大的5 个障碍因子分别是地方财政一般预算收入、耕地面积比例、人均生产总值、农村居民人均纯收入和全社会固定资产投资.2011年，林地比例、草地比例、水体面积以及污水排放量成为主要障碍因子.3 个分类子系统障碍度的变化表明，政府经济决策的导向明显降低了经济系统对整体生态安全的阻碍作用，同时使总体生态安全的水平不断提高.但是自然资源利用率低、治理力度不够等因素制约了自然系统的生态安全发展，使其阻碍作用不断提高.

4.2 讨论

(1)根据以上研究结果，为进一步提高渭库绿洲的生态安全水平，经济系统方面，需要不断创新经济发展理念，改变经济发展方式，推动经济结构战略性调整，优化产业布局，合理提高资源利用率;社会系统方面，抓好输变电工程，兴修道路改善交通运输，解决供水、燃气等基础设施项目，提高人口文化素质，加快民生项目建设步伐，切实解决人民群众的利益问题;自然系统方面，持续增加环境保护投入，加大环境治理力度，重视土壤盐渍化问题，积极开展农村土地整治，增加有效土地数量，提高耕地质量，控制水土流失程度，通过加强对林地、草地和水域的保护，全面改善自然生态系统的安全状况.

(2)通过EES 生态安全评价指标体系来架构自然、经济和社会3 个系统，可以很好地体现和表达资源环境、社会经济和人类活动之间相互作用的响应机制.利用TOPSIS 方法和障碍度模型充分协调各个生态要素之间的关系能更准确地反映整个生态系统安全水平，并深入分析渭库绿洲生态安全存在的问题，对协调提高生态安全水平的决策更有针对性.

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