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脆弱生态环境概念及评价方法研究

http://www.xjass.com  2009年11月16日 19:18:39 新疆哲学社会科学网

    一、脆弱生态环境概念的演变

    对脆弱生态环境的研究最早可以追溯到20世纪60年代,不过最初它并不是一个独立的研究领域,而仅仅是生态学研究的一个内容。随着全球脆弱生态区范围明显扩大,脆弱程度明显加重,脆弱生态环境的研究引起了普遍的关注。直至80年代后期才开始出现明确的脆弱生态环境的概念,但在不同时期,人们对它有不同的理解,目前它已成为一个意义相当广泛的概念。

    我国在1984年颁布的《自然保护大纲》中首次提出了生态脆弱区的概念,此时它所包含的内容还十分广泛,内涵也非常模糊。1988年在布达佩斯召开的第七届环境科学委员会(SCOPE)大会上,确认了生态脆弱带的概念,并在此基础上展开了对脆弱生态环境的研究。真正对脆弱生态环境的研究起始于对生态过渡带的研究。在对生态过渡带的研究过程中,人们认识到生态过渡带具有天然的脆弱性,其脆弱特征表现的特别明显。从上世纪80年代起,我国从事环境与可持续发展研究的学者对脆弱生态环境的概念、内涵及其判定方法进行大量的研究,并得出结论。1989年,牛文元(中国科学院研究员,长期从事环境与发展方向研究)利用生态数学语言提出了对生态脆弱带的基础判定方法,他认为凡处于两种或两种以上的物质体系、能量体系、功能体系之间所形成“界面”,以及围绕该界面向外延伸的“过渡带”的空间域,都称为生态环境脆弱带。并将生态环境脆弱带归结为如下的空间表达:城乡交接带、干湿交接带、农牧交接带、水陆交接带、森林草原交接带、沙漠绿洲交接带、梯度连接带等等。显然此时生态环境脆弱带指的只是纯粹的生态过渡带。1992年,刘燕华(中国科学院研究员,主要研究脆弱生态环境综合整治)提出脆弱生态环境是指对环境因素的改变反应敏感,而维持自身稳定的可塑性较小的生态环境。之后,申元村(中国科学院研究员,侧重研究脆弱生态恢复整治和自然资源综合开发)强调了人文的观点,认为脆弱生态环境是针对人类生存发展而言的,是指生态稳定性差、生物组成和生产力波动性大、对人类活动及突发性灾害反应敏感、自然环境易于向不利于人类利用方向演替的一类自然环境类型。这是第一个较为明确的不同于生态过渡带的脆弱生态环境的概念。

    目前脆弱生态环境的研究对象主要包括两个方面:一是主要由其本身恶劣的自然条件所决定、人类活动加剧或加速了生态环境的脆弱性;二是自然条件相对优越,但主要由于人类过度的开发活动导致了生态环境的脆弱性。需要指出的是,脆弱生态环境并不等同于生态环境质量差的地区,也不等同于自然生产力水平最低的地区,而是在生态环境的变化速率方面、在抵御外部干扰的能力上、在对全球变化影响所做出的反应以及对经济开发活动的支持能力等方面,表现出敏感性和不稳定。因此它不包括那些原生自然条件很差、但目前对人民生活环境和国民经济并不产生危害的沙质荒漠、砾质或石质荒漠和高寒荒漠。

    二、生态环境脆弱性机理

    (一)生态环境脆弱性成因分析

    生态环境形成因素可归纳为自然因素和人为因素两大类。自然因素包括基质、动能两大因素,基质因素主要由地质构造、地貌特性、地表组成物质、地域水文特性、生物群体类型等因子构成,是生态环境构成的物质基础;动能因素主要由气候因子构成,是生态环境形成演替的能量基础。由自然因素引起的脆弱因子包括地质脆弱因子、地貌脆弱因子、水文脆弱因子、气候脆弱因子、植被脆弱因子等。人为因素即人类对环境资源的不合理开发利用,如过度垦殖、过度放牧、过度樵采、不合理灌溉、超标污染物排放以及人口过度膨胀而远远超出生态环境的承载能力所造成的环境脆弱。

    生态环境脆弱性与自然条件的恶劣直接相关,但自然条件的不利只决定了环境脆弱存在的潜在性,而将这潜在危害激化为生态环境脆弱的则是人类的破坏活动。值得注意的是,并不是有环境脆弱因子,生态环境就一定脆弱,因为生态环境不仅可以通过人类的合理调节和建设而得到改良,而且其自身也有自我调节和修复功能。只是当自然脆弱因子和人为的不利影响程度超过了生态环境的承受能力和自我修复能力,才导致脆弱生态环境的出现。

    (二)生态环境脆弱性特征分析

    生态环境脆弱性特征主要有:沙化、石砾化、盐碱化、水土流失、肥力下降、旱化、石质化、植被退化、土地适宜性降低、灾害频度和强度增大等。不同生态环境的生态阈限不同,其脆弱程度也不同,根据对脆弱生态环境的定义,综合各种典型脆弱生态环境可得出以下特点:

    1.环境容量低下。生态资源匮乏,土地生产力偏低,人口承载量小,物质能力交换在低水平下进行,当人口密度超过允许的承载量时,极易引起资源量失衡和土地退化,甚至环境恶化。如森林过度砍伐、草原过牧、水资源短缺等。

    2.抵御外界干扰能力差。在外界干扰时,极易发生生态变化甚至环境突变。如陡坡山地的滑坡及泥石流、干旱地区的沙尘暴、江河流域的洪涝灾害等。

    3.敏感性强,稳定性差。脆弱生态环境由于其调节生态平衡的功能差,对外界干扰表现出较大的敏感性,其生态系统的稳定性易于破坏。

    4.自然恢复能力差。生态系统一般都潜育着脆弱性和再生性的双重功能,但脆弱生态环境在外界破坏其生态平衡后,往往失去其生物再生能力(自我恢复能力),使生态环境进一步恶化,若恢复其稳定的生态功能,要投入巨大的人力、物力、财力和漫长的时间,难度极大。

    三、脆弱生态区的定义与内涵

    任何生态环境经过长期的演化发展,其人地关系都会逐渐稳定下来,或趋于良性循环,或处于某种动态平衡状态。而只有大规模的人类经济开发活动或严重的自然灾变才会导致这种平衡状态的破坏,而使生态环境处于脆弱状态,并不断朝生态环境恶化的方向发展。为了改善这种局面,就必须加大对脆弱生态区的人为投入,对其施加正面的影响。基于此,在前人对脆弱生态区认识的基础上,对脆弱生态区的理解应包括以下四个方面:首先,生态环境的脆弱性是针对人类活动而言的,抛开人类的经济活动,就无所谓脆弱可言。其次,对于那些极端贫瘠、根本不能承载任何人类经济开发活动的荒漠地带来说,不存在所谓的脆弱性。再次,脆弱生态区不应是孤立的,而应该是在考虑了它对相邻区域之间的“互补”作用后,仍然具有脆弱性,即脆弱生态区应具有一定的区域范围。最后,脆弱生态区是一个宏观的概念,它应该包括各种不同类型的环境区域,即无论其成因、内部环境结构、外在表现形式和脆弱程度如何,只要它在外界的干扰下易于向环境恶化的方向发展,就都应该视其为脆弱生态区。

    因此,将脆弱生态区的概念定义为:脆弱生态区是那些对环境因素的改变反映敏感、生态稳定性较差、生态环境易于向不利于人类利用的方向发展,并且在现有的经济水平和技术条件下,这种负向发展的趋势不能得到有效遏制的连续区域。需要特别说明的是,这里所说的脆弱生态区不包括那些生态环境恶劣、不能承载任何数量人口或任何种类经济活动的荒漠或沙漠地区。根据脆弱生态区的定义,它应该具有以下特征:

    一是不稳定性。脆弱生态区具有天然的不稳定性,即脆弱生态区的结构、功能等容易发生不可逆转的变化,表征脆弱生态区的各个变量具有波动性等。二是敏感性。脆弱生态区对外界影响的反应速度快,它在受到外界的微小干扰后,会迅速做出比较激烈的反应,以适应改变后的外界环境。三是可承载一定程度的经济活动。脆弱生态区的脆弱是针对人类的经济开发活动而言,因此它必须能够承载一定强度的经济开发活动,并且在经济开发强度、速度适当的前提下,脆弱生态区能够向良性循环的方向发展,而不应该发生质的改变。四是具有一定的空间范围。由于脆弱生态区在受到外界的干扰后,有可能通过区域外的输入来维持脆弱生态区内的经济开发活动,甚至扭转生态环境的退化趋势,在这种情况下,区域显然应被视为非“脆弱区”。只有当从外界输入资源的费用高到区域的经济开发活动入不敷出的时候,才应将整个区域视为脆弱生态区。因此,脆弱生态区应具有一定的空间范围。

    四、脆弱生态环境评价方法的探讨

    脆弱生态环境脆弱度评价方法很多,评价区域涉及到干旱地区、江河流域、山区、湖泊、湿地等,但目前尚未形成一种大家一致认可的评价方法。无论评价采用何种方法,都必须经过三个步骤:1.选择建立评价指标体系;2.确定指标体系中各因子权重;3.利用数学原理分析计算。数学原理(数学统计模型) 包括模糊分析法、定量分析法、EFI法、AHP法、集合论法和信息度量法等。为满足自然资源开发利用、土地适宜性评价、土地资源评价、社会经济可持续发展等不同评价目标的需要,可选择不同的评价模型。以下对主要的方法进行简要地介绍。

    (一)脆弱生态环境脆弱模糊评价法

    为评价某生态环境脆弱度,利用模糊综合评价原理和方法:选择最能反映脆弱生态环境特征的指标体系(可为一级或二级)形成指标集X;确定指标体系评判集Y,Y = {1 (极脆弱区),2 (强脆弱区),3(中脆弱区),4 (轻脆弱区)} ;通过专家咨询、频度统计等方式确定指标权重集A ;选用均匀分布函数进行隶属度计算,得到X →Y 的模糊映射并导出评判矩阵R;可用于省、区大范围脆弱生态环境脆弱度评价,也可用于县(市)乡(镇)小范围的脆弱生态环境脆弱度评价,计算方法简单易行。缺点是采用均匀分布函数进行各指标的脆弱隶属度计算,对指标的脆弱度反映不很敏感。

    (二)脆弱生态环境脆弱度定量评价法

    充分考虑数据取得的难易程度和可靠性,选择主要的成因指标和表现特征指标建立指标体系,并赋予各指标权重,根据公式计算生态环境脆弱度 (G) :( i = 1 ,2 ,… n)

    式中: Pi表示各指标初始化值,Wi表示各指标权重。

    该评价方法充分考虑了指标的易获性和精练性,使用起来方便、快捷,可用于各省、区内县、市、镇之间的对比评价。因考虑指标有限,不利于某一脆弱生态环境的精细评价。

    (三)脆弱生态环境脆弱度EFI 评价法

    确定指标(ai) 和权重(ci)及其生态阈值(Ti),利用对数插值处理得到脆弱生态环境各脆弱因子的标准化数值:

    It=Log maxTi/minTi(ai/minTi) (i = 1,2,… n)

    式中: ai为各指标因子的实际值; Ti 为各指标因子的阈值,其中maxTi 表示最大值, minTi 表示最小值。

    计算生态脆弱性指数EFI(生态胁迫度DS) :

    EFI =Σ( ci ·Ii )/Σci  ( i = 1 ,2 , … n)

    式中: ci 为各指标因子的权重; Ii 为各指标因子原始数据标准化值。

    即可根据EFI 值划分脆弱度等级。该方法把脆弱度评价与环境质量紧密结合在一起,常用于干旱区内陆河流域(PRED)脆弱生态环境评价,最适合于某一评价区域的内部比较,但评价结果是相对的,不是绝对的。

    (四)脆弱生态环境脆弱度AHP评价法

    对脆弱生态环境而言,各主要环境资源因子对其影响的程度不同,所以可根据主要环境影响因素以权重评分法进行脆弱度分级。

    1.为了评价某地区生态环境脆弱程度,取主要环境影响因素为评价指标,如:年降水量、植被覆盖度、地形坡度、土壤可蚀性、土壤层厚度、地面组成物质松散度、环境容量等。并确定其评分值fi (可采用5 级百分制,也可采用6 级6 分制)和权重Wi 。可根据评价的对象和目的不同选择不同的因子,也可以设二级指标计算,指标权重也可以根据评价区域的不同而重新确定。

    2.将该地区各环境影响因素f1 、f 2…fn 的评分值,分别乘其权重值W1 、W2 …Wn 之和得到总分值,计算公式为:MEQ =Σfi *Wi ( i = 1 ,2 …n)

    3.按总分值的多少确定脆弱生态环境的脆弱度等级,其中脆弱度等级分极脆弱性、强脆弱性、中脆弱性、轻脆弱性、微脆弱性等5级。该方法计算过程简单,可根据脆弱生态环境的特点选择不同的环境影响因子、权重及评分等级,应用广阔,可用于脆弱生态环境脆弱度比较。

    (五)脆弱生态环境脆弱度关联评价法

    1.评价一个生态系统:选定M 个主要脆弱因子,把该区域划分成N 个子区域,并排列成序,用Xij( i = 1 ,2 , …,n ; j = 1 ,2 ,…,m) 表示第i 个子区域的第j 个因子的指标。Xj = max{ Xij} ,令

    X ij′= Xij/Xj (i = 1 ,2 , …,n ; j = 1 ,2 ,…,m)

    称X′ij为第i 个子区域的第j 个因子的相对比重,且0 ≤X ij′≤1 。根据公式计算出脆弱度:

    Fi =Σ(kj·xij′/M) (i = 1 ,2 , …,n ; j = 1 ,2 , …,m)

    式中kj 为第j 个因子的权重; Fi 为第i 个子区域的脆弱度指标。Fi 可衡量该子区域在整个系统中的脆弱度, Fi 越小,说明该因子在脆弱生态环境中越脆弱。

    2.评价两相邻生态系统: E1 、E2 为两相邻生态系统,对其相同M 个因子进行衡量,给定E1 中M个因子的评价标准,记为A1 、A2 、…,AM , E1 中同时满足M 个因子评价标准的子区域记为A1 ∩A2∩…∩AM 。然后在E2 中确定出满足A1 ∩A2 ∩…∩AM 的子区域,此子区域的集合记为E2′,令

    F(E2 , E1 ) = | E2′|/| E2 |

    式中:| …| 为集合的测度, F( E2 , E1 )为系统E2 对系统E1 的相对脆弱度指标,0 ≤F(E2 , E1) ≤1。F( E2 , E1 )越小, 说明系统E2 对系统E1 越相对脆弱。

    该方法是计算生态环境脆弱性所用“集合论法”、“信息度量法”的修改版,适用于系统内部或相邻系统的脆弱性程度比较。(作者单位:自治区发展改革委经济研究院市场与价格研究所)

稿源: 《新疆经济研究》2009年第二期 作者: 韩茜 责编: 李欣凭