河北省生态环境质量变化及影响因素分析

刘辉, 车高红, 高辰晶, 赵元杰

河北师范大学资源与环境科学学院, 河北省环境演变与生态建设实验室,石家庄 050024

河北省生态环境质量变化及影响因素分析

刘辉, 车高红, 高辰晶, 赵元杰*

河北师范大学资源与环境科学学院, 河北省环境演变与生态建设实验室,石家庄 050024

刘辉, 车高红, 高辰晶, 等. 河北省生态环境质量变化及影响因素分析[J]. 生态科学, 2016, 35(2): 89-97.

LIU Hui, CHE Gaohong, GAO Chenjing, et al. Ecological environment quality change and its influencing factors in Hebei Province[J]. Ecological Science, 2016, 35(2): 89-97.

生态环境质量评价研究是目前地理学热点研究领域之一。河北省是典型的复杂生态区, 资源环境具有多样性和复杂性, 且生态问题突出, 建立具有层次结构的生态环境评价指标体系, 采用层次分析法(AHP)分别对河北省内三个生态区及河北省整体生态环境质量进行度量, 结果表明: 1) 2006—2014年, 河北省生态环境质量处于较差水平, 但综合得分呈波动上升趋势, 生态环境状态逐步好转; 2) 河北省生态环境质量存在较明显的空间差异, 坝上高原区生态环境质量得分较高, 山地生态区次之, 平原生态区承受生态压力较大, 人地相互作用强度较高, 生态环境状态最差; 3) 三个生态区生态环境时间特征明显, 从生态系统、自然资源、生物多样性、生物灾害、食物保障度以及社会生态系统六个方面分析了生态环境质量的变化原因。

生态环境; 质量评价; 复杂生态区; 河北省

1 前言

河北省地处华北平原, 兼跨内蒙古高原, 环绕京津[1], 兼有多种复杂地貌类型, 具体可分为坝上高原、燕山和太行山山地和河北平原三大地貌单元,分属于坝上高原生态区、山地生态区和平原生态区[2],河北省是复杂生态区的典型代表, 生态环境质量空间特征显著。京津冀协同发展已上升为重大国家战略[3-4], 河北省作为其中重要组成部分, 是打造京津冀协同发展的战略支撑区[5], 是实现京津冀一体化建设的关键[6]。近年来, 伴随经济增长和人口规模的扩大, 河北省生态环境压力持续增长[7], 大气、土壤、水资源等生态问题不断涌现[8-10]。2008年以来,河北省政府不断推出生态环境建设重点工程, 以促进生态环境质量的稳步提升, 并取得了一定成效。

层次分析方法(Analytical Hierarchy Process, 简称 AHP)用于生态环境质量评价, 主要原理是通过分析复杂问题所包含的各因素及相互关系, 将问题分解为不同因素, 并对因素进行分层划分, 从而形成层次结构, 确定权重并进行评价[11]。该方法具有高度的系统性、逻辑性且较为成熟, 广泛应用于生态环境评价[12-14]。河北省不同生态区生态环境特征各具差异, 构建具有层次结构的评价体系, 逐一按顺序分层次进行复杂生态区域生态环境质量评价,较好解决复杂生态区域生态评价工作的困难的同时又能保障其评价的可靠性与有效性。采用层次分析法对河北省近 10年生态环境质量变化及影响因素进行分析, 一方面保持对河北省生态环境持续关注,从而为生态建设提供立论依据, 另一方面, 不断完善生态环境评价体系, 为类似地区生态环境质量评价提供借鉴。

2 材料与方法

2.1 研究方法

2.1.1 评价指标体系和标准

按照科学性、时效性、适应性、区域性与综合性的原则, 构建由目标层、系统层、指标层组成的具有递阶层次结构的评价指标体系。目标层起支配作用, 包括: 坝上高原生态区生态环境质量、山地生态区生态环境质量和平原生态区生态环境质量, 分别代表各生态区生态环境质量评价综合结果; 系统层由6个能够体现生态环境质量的要素构成, 包括:生态系统、自然资源、生物多样性、生物灾害、食物保障度、社会生态系统。

在相关文献[15]的基础上, 结合河北省各生态区生态环境发展实情, 筛选出具有针对性的具体指标因子。为克服各指标间的相关性, 一方面限制指标数量, 精选指标, 另一方面, 进行相关性分析, 排除偶然相关数据后, 人均粮食产量、人均水果蔬菜产量和人均蛋奶水产品量相关度较大, 选择粮食产量为代表反映食物保障情况。同时, 为了更好地反映人类社会对自然生态环境的影响程度, 增加了规模企业能耗、人均绿地面积、施工建筑面积占绿地面积比重、自然保护区比重、病虫害成灾面积这些指标, 并最终确定具有代表性的指标因子组成指标层(表1、表2、表3)。

综合考虑河北坝上高原、山地、平原生态区现状, 结合有关权威标准和科研成果[16], 拟定出针对河北省三个生态区的区域性生态环境质量评价的评价标准(表1、表2、表3)。生态环境要素共划分为五个等级, 分别是: Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ, 对应五个分值: 9、7、5、3、1, 生态环境指示特征为理想、良好、一般、较差、恶劣。

2.1.2 评价方法与模型

采用层次分析方法确定权重, 首先需要构建判断矩阵, 其次运用和积法计算判断矩阵的最大特征值; 最后利用随机一致性比率 CR确定层次单排序和层次总排序的一致性检验, CR是一致性指标 CI与平均随机一致性指标RI的比值, 当CR＜0.1时, 则认为判断矩阵具有可以接受的一致性。运用EXCEL软件计算, 坝上高原、山地、平原生态区层次总排序CR值依次为: 0.0046、0.0038、0.0043, 均小于0.1,通过一致性检验, 指标权重见表1、表2、表3。

根据确定的权重有顺序分层次的对各生态区生态环境要素、各生态区以及河北省进行评价, 计算模型如下:

(1) 生态环境要素评价

参考评价标准获得各要素的等级值, 利用指标因子的权重, 通过模型1、2计算得到各生态区构成要素的评价指数, 式中EQ代表评价因子的评价分值,Pi代表评价因子的等级值,Wi代表因子的权重,PM代表生态区各构成要素的评价指数。

(2) 各生态区生态环境质量评价

在生态环境要素评价结果的基础上, 利用生态环境要素权重值, 运用模型1, 式中EQ代表各生态区生态环境质量指数,Pi代表环境要素的评价指数,Wi表示环境要素的权重, 计算得出各生态区评价指数。

(3) 河北省生态环境质量评价

以2010年为基期年, 选取土地总面积比重、常住人口比例、第三产业比例为判断指标, 以各生态区各指标占河北省总量比重的均值作为各生态区权重值, 通过模型 1计算得出河北省生态环境综合质量分值, 式中EQ代表河北省生态环境综合质量分值,Pi代表各生态区的评价指数,Wi表示各生态区的权重。

3 结果与分析

根据评价体系与标准, 本文选取2006—2014年有关生态环境评价的数据资料, 主要来自 2007—2014年《河北省统计年鉴》、《河北省环境公报》、《河北省农村统计年鉴》以及各市统计年鉴等。各指标量纲存在差异, 为便于比较分析, 依据分级标准对指标的实际数值进行分级赋值, 从而实现标准化,解决“正向”、“负向”指标在生态环境质量指数评价中计算差异的问题, 利用评价分值与权重参与计算, 最终得出生态环境质量指数。

3.1 生态环境质量评价结果

3.1.1 生态环境要素评价

河北省各生态区生态环境要素评价指数见表 4,坝上高原生态区生态系统要素指示特征良好且变化较为平稳, 山地生态区和平原生态区评价得分较低,但分值逐年有所提升, 且山地生态区明显好于平原生态区; 坝上高原生态区自然资源要素评价分值有所下降, 山地生态区分值不断增加, 平原生态区变化幅度不大, 综合比较可知, 坝上高原区自然资源优于山地生态区而次于平原生态区; 坝上高原区和山地生态区生物多样性指数有所提升, 平原生态区无明显变化; 坝上高原区和山地生态区食物保障度年际变化较为复杂, 峰值出现在2008年和2011年,平原区分值先降后升; 三个生态区生物灾害现象都在减缓, 坝上高原区社会生态系统的评价分值上升,山地和平原生态区总体呈上升趋势。

3.1.2 各生态区生态环境质量评价

坝上高原生态区生态环境质量由较差向一般过渡, 除了2009年和2010年受灾害影响, 粮食产量下降、人均收入降低, 使评价指数较低, 总体来讲综合评价指数呈上升趋势; 山地和平原生态区生态环境综合指数都有所提升, 各指标都有所改善, 但依然处于较差状态, 突出问题反映在两个生态区人均水资源较少, 社会经济取得一定成绩, 但能耗较大。各生态区生态环境质量指数见表5。

3.1.3 河北省生态环境质量评价

2006—2014年河北省生态环境综合评价指数整体呈上升趋势, 但处于较差水平, 坝上高原区评价指数相对较高, 但权重较小, 故整体质量评价结果与平原区更为接近。2006年以来, 生态环境持续好转, 突显的生态环境问题也在不断得到解决。

3.2 河北省生态环境质量变化特征

3.2.1 时间变化特征

2006年以来, 河北省综合评价分值总体呈上升趋势, 不同时段变化特征不同(图 1)。长期以来, 愈发强烈的人类活动贯穿始终, 因此2006—2008年是生态环境响应阶段, 评价指数不断降低。2008年起,节能减排、奥运保障、水和大气污染治理、环保专项行动等各方面工作都取得了积极进展, 河北省生态环境持续好转。

3.2.2 空间变化特征

河北省生态环境质量存在空间差异, 从生态系统状态到生物多样性丰富程度, 坝上高原区均居河北省各生态区中首位, 生物灾害方面, 各生态区评价分值均较低, 但综合比较坝上生态区的生物灾害较轻; 自然资源方面, 平原生态区占有优势; 山地生态区社会生态系统状态最佳; 社会生态系统方面,山地生态区系统状态最佳。

3.3 生态环境质量变化原因

为了更准确分析河北省生态环境质量变化原因,绘制各生态区的影响因素评价分析图(图2)。从图中可以看出, 坝上高原生态区生物灾害、食物保障度和社会生态系统三个方面评价指数略低, 伴随人口密度增加, 草场载畜量不断下降, 超载过牧趋势加重; 农牧民收入增加, 坝上生态区社会经济获得一定发展, 但高排放、高污染、低效率的特征仍然十分明显, 在增长方式上需要一个根本的转变。

生态系统方面, 山地生态区存在森林覆盖率低,降水变率大的问题, 易造成水土流失, 威胁生态系统安全。虽然近年来政府不断推进林业生态体系建设, 但短期内难以形成规模效应, 且生物灾害较严重, 环境压力日渐增加。社会生态系统方面, 经济发展水平显著提高, 这得益于《河北省主体功能区规划》制定的优先发展战略。但总体上来看, 生态环境问题形势严峻。

表5 河北省各生态区生态环境质量指数Tab. 5 Ecological environmental quality indexes of every zone in Hebei Province

图1 河北省各生态区生态环境质量指数Fig. 1 Ecological environment quality indexes of each ecological zone in Hebei Province

图2 河北省生态环境质量变化状况影响因素分析Fig. 2 The influencing factors analysis of change in the status of ecological environmental quality in Hebei Province

平原生态区森林覆盖率低、人均水资源较少, COD浓度较大, 需要推动企业的清洁生产。生物灾害严重, 人均粮食产量逐年增加, 水土流失有所缓解, 食物的可持续供应得到保证。社会生态系统中,第三产业比重和人均 GDP 的增加, 单位产值能耗有所下降, 但整体数值偏高, 高于国家平均水平,且生态足迹值较大, 存在生态赤字问题, 需要加大整治力度。

4 讨论

评价指标旨在反映生态环境对人类生存及社会经济持续发展的适宜程度[17]。与代磊强等[15]评价指标体系相比, 部分指标因子及权重值进行了调整,但保存了重叠年份2006—2008年, 分别利用调整前后的评价模型对重叠年份进行评价, 评价模型的变化对质量指数产生一定的影响, 具体体现在指标调整后河北省生态环境质量指数有所下降。

反映在评价指标因子上, 主要涉及坝上高原区生物灾害方面, 增加了病虫害成灾面积所占比重和林业有害生物成灾率, 细化生物灾害的形成原因及发展程度, 在社会生态系统中增加规模企业能耗,以此反映节能降耗成效; 山地生态区生态系统方面增加人均绿地面积指标, 折射整体环境水平和人民生活质量, 为表明经济活动中对能源的利用程度,社会生态系统增加单位GDP能耗, 生物灾害方面也做了与坝上高原生态区相同的调整; 平原生态区也增加人均绿地面积指标因子, 生物多样性方面增加自然保护区比重因子, 社会生态系统方面增加施工建筑面积占绿地面积比重、单位GDP能耗及生态足迹, 指标改变倾向于人为影响因素指标的增加, 符合生态环境指标选取原则的同时, 更好地反映人类社会对自然生态环境的影响程度以及针对环境压力的响应状况。

指标调整后三个生态区及河北省整体评价指数都有所降低, 但前后的两次评价显示环境指示特征都处在较差水平, 这与马冬雪等[1]人对河北省生态环境质量评价结果具有一致性。新指标因子的加入更突出了目前河北省存在的以及人们普遍关注的生态环境问题。

5 结论

(1) 河北省作为典型的复杂生态区, 应用层次分析方法分别对生态环境质量因素、各生态区以及河北省展开生态环境质量评价, 科学有效, 可以及时获悉生态环境中存在的问题, 直观了解影响因素。

(2) 2006—2014年, 坝上高原生态区生态环境质量由较差向一般过渡, 影响因素主要来自生物灾害、食物保障和社会经济等因素的改善; 山地和平原生态区生态环境综合指数都有所提升, 但依然处于较差状态, 原因是社会经济获得相应发展, 但存在资源紧张和生态破坏等问题。

(3) 2006—2014年, 河北省生态环境质量评价指数分别为3.1766、3.1607、3.1822、3.3003、3.4345、3.6154、3.7023、3.7338、3.8001, 生态环境质量整体较差, 但在向一般水平稳步提升。

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Ecological environment quality change and its influencing factors in Hebei Province

LIU Hui, CHE Gaohong, GAO Chenjing, ZHAO Yuanjie*
College of Resources and Environment Science,Hebei Normal University,Hebei Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Construction,Shijiazhuang050024,China

Ecological environment has a profound impact on the human living, which is one of hotspots in geographical research. Hebei Province is a complex ecological zone. This paper establishes the ecological environment assessment system with hierarchy, using the Analytic Hierarchy Process to measure the ecological environment quality of three ecological zones and the whole Hebei Province, respectively. The results show that Hierarchical Model is suitable for ecological environmental quality evaluation in complex ecological zones. The ecological environmental quality has obvious spatial differences in Hebei Province. In the period of 2006-2014, the ecological environment quality in Hebei Province is worse, but the assessment indexes have been improving. The influencing factors mainly include ecological system, natural resources, biodiversity, biological hazards, food security degree and social-economy.

ecological environment; quality assessment; complex ecological zone; Hebei Province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.02.014

X826; X822

A

1008-8873(2016)02-089-09

2015-08-11;

2015-09-14

河北省软科学研究计划项目(14454208D), 河北省重点学科自然地理学建设项目

刘辉(1991—), 女, 汉族, 河北昌黎人, 硕士研究生, 主要从事区域生态与环境变化方面的研究, E-mail: vivianliu1991@126.com

*通信作者:赵元杰, 男, 博士生导师, 研究员, 主要从事区域生态与环境变化研究, E-mail: ecoenvir@163.com