生态环境脆弱性转化研究

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数据与研究方法

国内外研究表明［7－10］，景观格局指数，如分维倒数（FD）和分离度（IS）等指标与生态环境之间有着内在的关联性。其中，分维数倒数可以反映景观形状的复杂程度和景观的空间稳定程度；分离度可反应景观类型中不同元素或斑块个体分布的分离程度，它在一定程度上反映了人类活动强度对景观结构的影响。两者可利用景观格局软件Fragstat计算。但是，景观格局指数仅仅是对景观类型结构特征的总体描述，不同景观类型可能具有相同或者相似的格局特征，仅仅依赖景观格局信息不足以充分说明生态环境脆弱性问题［7］。民勤县存在着土壤侵蚀、土地沙漠化、土壤盐碛化等生态环境问题，针对每一生态问题选择若干影响因子，在ArcGIS软件环境下，转换为单因子栅格数据，采用spatialana－lyst模块地图代数分析功能得出各生态环境问题的脆弱性分布。最后，将5个因子综合，得出全县生态环境脆弱性分布图。在此基础上，将脆弱性分为5级，分别赋值为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

生态系统敏感性评价方法利用气象站点多年的降雨与蒸发数据，插值得到降雨和蒸发的栅格数据，两者相比获得湿润指数图；起沙风天数参考张国平等［14］的方法，统计冬春季的日均风速大于6m•s－1的天数，各站点空间插值得到起沙风天数图；土壤质地因子和土地覆盖因子参照土壤侵蚀敏感性提取方法。基于以上数据，根据国家环境保护总局2002年的《生态功能区划技术暂行规程》中的分级标准［15］，进行土地沙漠化敏感性分级。土壤盐渍化敏感性评价首先根据地下水临界深度（即在一年中蒸发最强烈季节不致引起土壤表层开始积盐的最浅地下水埋藏深度）来划分敏感区域，然后在此基础上采用蒸发量／降雨量比值、地下水矿化度与地形等指标［16］，根据国家环境保护总局2002年的《生态功能区划技术暂行规程》中的分级标准［15］，进行土壤盐渍化敏感性分级。其中，地下水矿化度数据来源于甘肃省地质局水文二队1973年编绘的1∶500000水文地质图。

结果与分析

根据上述方法，计算1986年、2000年和2006年各景观类型的分维倒数、分离度、土壤侵蚀敏感性指数、土地沙漠化敏感性指数、土壤盐渍化敏感性指数，进而得到各景观类型生态环境脆弱度指数和3期民勤县生态环境脆弱性空间分布图（图1）。

各景观类型生态环境脆弱性分析1986年，景观类型脆弱性排序为：裸岩＜耕地＜建设用地＜沼泽地＜草地＜林地＜盐碱地＜戈壁＜河滩地＜沙地＜裸土地＜水域。民勤属于典型的极干旱荒漠区，水域的生态脆弱性最大；裸土地沙漠化和土壤侵蚀最为严重，生态稳定性也非常差。20世纪80年代，耕地主要用地表水灌溉，土壤盐渍化现象较少，沼泽地、草地生态环境都较好。2006年，景观类型脆弱性排序为：建设用地＜林地＜沼泽地＜水域＜裸岩＜耕地＜草地＜盐碱地＜戈壁＜裸土地＜沙地＜河滩地。景观类型脆弱性发生很大变化，建设用地由于人类保护，生态稳定性最好；由于水域的大量消失，沼泽地也逐渐减少，只剩下人工水库及周边的一些沼泽地，处于人工保护状态，故其生态稳定较好；随着人口增加与经济发展要求导致耕地的增加，对河滩地的改造使得其生态稳定性最弱；水资源的缺乏导致过量抽取地下水，地下水位下降、水质恶化，使用劣质咸水灌溉耕地，导致耕地盐渍化日益严重，生态脆弱性增加。

区域生态环境脆弱性时空分布从空间分布来看，1986年，Ⅰ级区分布在民勤县中部绿洲区与西北部，绿洲区以耕地为主；西北部是山地，以裸岩为主，辅以稀少植被，人为干扰少，故生态脆弱性不高。Ⅱ级区零散分布在民勤县内，景观以草地、沼泽地和林地为主。Ⅲ级区也是零散分布，以盐碱地和河滩地为主。Ⅳ级区以戈壁为主，主要分布在北部大部分地区以及河流两侧。Ⅴ级区分布在民勤四周，以沙地、裸土地为主，还包括人为干扰严重的水域。2000年，Ⅰ级区主要是一些山地，受人工干扰较少，继续保持其生态优势；Ⅱ级区主要是耕地和少量的沼泽地；Ⅲ级区以草地为主，零散分布；Ⅳ级区主要是戈壁，分布在北部和南部；Ⅴ级区主要是沙地，紧紧包围绿洲，但沙地之间错落分布戈壁、草地等。2006年，Ⅰ级区主要是部分林地和一些建筑用地，零星分布在县域内；Ⅱ级区主要分布在西北部和东北部，属于山地，以裸岩为主；Ⅲ级区分布在绿洲区，以耕地为主；Ⅳ级区主要是盐碱地和低覆盖度的草地，零散分布在东部和西北角；Ⅴ级区以沙地戈壁为主，并且毗邻成片，呈加速合拢绿洲之势。在1986—2006年期间，从全县生态格局来看，全县生态环境恶劣，生态质量呈现四周低、中间高，北面略低、南面略高格局；绿洲生态环境恶化剧烈，已由Ⅰ级区演化为Ⅲ级区与Ⅳ级区；Ⅴ级区域内部原先被低级别的分区点缀与分割，现在已基本毗邻成片。从图2可以得出，在1986—2006年期间，环境生态问题一直民勤县的主要问题，Ⅳ级区和Ⅴ级区一直占据大部分面积，并且生态持续恶化的态势没变，Ⅰ级区由14．7％降至不足1％，Ⅱ级区由15．3％降至9．7％，Ⅲ级区由12．3％升至20．8％，Ⅳ级区保持15％左右，Ⅴ级区由42．3％升至52．9％。生态环境恶化呈加快趋势，以1986—2000年和2000—2006年两个期间比较，Ⅰ级区域面积减少速度后者是前者的2倍，Ⅲ级区域增加的速度为5．5倍，Ⅳ级区增加的速度为2倍，Ⅴ级区域增加的速度高达90倍。

区域生态环境脆弱性演化分析1986年到2000年期间，51％的Ⅰ级区转向其他区，其中97．2％转向Ⅱ级区；主要是分布在绿洲的绝大部分耕地转为Ⅱ级区，表明这个期间，对耕地的不合理的耕种方式以及采用地下水灌溉，对耕地的生态造成一定程度的影响。34．2％的Ⅱ级区向其他区转移，其中99．9％转向Ⅲ级区，转化主要是草地，原因是过度放牧和地下水位下降，致使草地退化；Ⅲ级区有85．3％转向Ⅳ级区，主要景观是盐碱地，原因是劣质地下水的使用，盐碱地范围扩大，并且程度加剧；Ⅴ级区面积基本持平。可以看出，在此期间，生态环境在不断恶化，但脆弱性级别基本按一个级别的程度递增，生态环境演化没有出现剧烈的突变情形，生态环境恶化的主因是水资源、气候等自然因素制约，但可以说明的是自然环境的生态调控能力几尽丧失。在2000—2006年期间，71．2％的Ⅰ级区转向Ⅱ级区，一些原本为Ⅰ级区的山地，由于自然环境的作用，成为Ⅱ级区；24．5％的面积转为Ⅴ级区，一些被沙地包围的岩石裸露的地方，由于沙漠的侵蚀，直接跃升至Ⅴ级区。75．9％的Ⅱ级区转向Ⅲ级区，原本属于Ⅱ级区的耕地，由于劣质水的灌溉，盐渍化继续加重，成为Ⅲ级区；Ⅱ级区还各有5％分别转向Ⅳ级区和Ⅴ级区，部分沼泽地退化成草地，成为Ⅳ级区，部分沼泽地退化成沙地，成为Ⅴ级区。27．9％的Ⅲ级区转为Ⅳ级区，部分草地继续退化，从高度覆盖到低覆盖荒草地，成为Ⅳ级区；47．2％的Ⅲ级区转为Ⅴ级区，部分草地退化为沙地，演变成Ⅴ级区；并有2．8％和4．9％分别转向Ⅰ级区和Ⅱ级区，一些草地被人工改造为湖面或建造居民点，生态质量提高。58．2％的Ⅳ级区转为Ⅴ级区，这是由于地下水持续下降和自然环境的自然演化，戈壁退化成沙漠；并有9．2％和13．3％分别转为Ⅱ级区和Ⅲ级区，为了抵御沙漠，盐碱地人工种植固沙的草本植物，生态质量有所提高。Ⅴ级区有17．1％转为Ⅲ级区，14．0％转为Ⅳ级区。在沙地种植固沙植物和防护林，特别是在民勤西部，沙地被改造为旱地，使该区域表面上生态状况有所好转。可以看出，在此期间，生态环境持续恶化的发展态势没有改变，并且人为干扰因素加大，环境演化出现跳级恶化状态，但部分区域也出现生态改良情况，但这种改良的面积非常有限，整体体现一种强人工干扰的无序状态。

结论与讨论

对民勤县3个时期的生态环境脆弱性进行定量分析，以此反映生态环境的演化。结果表明：1）从1986年到2006年间，民勤县的生态环境不断恶化，并呈现急剧加速恶化态势。2）以2000年为界，1986至2000年，生态环境是呈逐级恶化态势，且有一定规律，即只从生态好的级别向差的级别演化，很少出现生态环境改良的现象，说明该地区自然生态的调控能力几尽丧失；从2000—2006年，生态环境呈越级恶化态势，并表现为无序状态，同时出现生态环境改良的现象，表明人为在进行生态改良努力。3）民勤绿洲已被Ⅴ级区包围，绿洲本身也成为Ⅲ级区和Ⅳ级区，按照演化趋势，全县生态将会进一步恶化，生态建设刻不容缓。4）民勤县的生态问题不再是仅仅种植防风固沙的植物能解决的，也不是单个民勤县能解决的，必须站在石羊河流域高度，对全流域其他行政区域以及民勤县的人口、经济与社会发展统筹安排，逐步恢复自然生态自我修复功能，才是解决的根本途径。生态环境演化的驱动因子众多，各因子在演化过程扮演的角色各不一样，在演化过程中有很多不确定性。从景观格局因子和生态敏感性因子进行生态脆弱性演化分析，针对民勤县的实际，总结出生态环境演化的若干规律。但根据影响生态环境的驱动因子去定量分析，还需进一步解决很多问题，不仅从空间格局上，还需要模拟在不同情景下的生态演化进程，比如生态最优情景、经济发展最快情景以及可持续发展情景等，这将是今后进一步研究的问题。

作者：李传华赵军单位：西北师范大学地理与环境科学学院