徐 亮, 張秋勁, 潘 倩, 劉 佳

(四川省環(huán)境監(jiān)測中心站,四川成都610041)

0 引言

生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存的基礎,不僅為人類社會提供物質(zhì)產(chǎn)品,也提供了諸多的生態(tài)服務,生態(tài)環(huán)境的好壞直接關系到人類福祉。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量表示生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣程度,通常以生態(tài)學理論為基礎,評價特定時空范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境對人類生存及社會經(jīng)濟發(fā)展的適宜程度[1]。生態(tài)系統(tǒng)作為一個多目標、多層次的復雜系統(tǒng),其質(zhì)量和狀況評價的方法很多,例如:主成份分析法[2]、層次分析法[3-4]、模糊評價法[3-4]、神經(jīng)網(wǎng)絡模型法[5]、3S法[6-7]、面向?qū)ο蠓╗8]等,這些方法各有特點,但普遍存在方法繁雜、計算量大、指標難以獲取等問題,因此探索科學合理而又簡便、實用的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價模型和方法,具有重要的理論意義和實際意義。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法是國家環(huán)境保護部頒布的《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術規(guī)范(試行)》(HJ/T192-2006)[9]中推薦的國標方法,該方法具有指標簡單、易獲取、延續(xù)性好、計算方便等特點,可很好的應用于中國省、市、縣等各級行政區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價,能夠較好的反映不同空間、不同時間的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化。

什邡市位于德陽市西南部和成都市西北部之間,距德陽市20km,距成都市50km,地理坐標位于東經(jīng)103°47′～ 104°16′,北緯 31°01′～31°37′,面積 854km2,屬于亞熱帶季風氣候區(qū) ,年均降雨量 1045.2mm,年均水資源量 4.36×108m3。什邡市山區(qū)約占全市總面積60%,耕地約占總面積30%,有“六山、一水、三分田”之稱。2008年5月12日,汶川發(fā)生8.0級大地震,對生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重破壞,對區(qū)域生態(tài)安全帶來巨大威脅[10-11]。四川省什邡市處于龍門山斷裂帶,受損嚴重,被列入全國十個極重災縣(市)之一。2005～2010年,受到經(jīng)濟總量、居民收入、城市規(guī)模、土地利用格局、污染物排放、降水量、地震等因素影響,什邡市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生一定程度的變化。文中利用Landsat TM衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對什邡市2005～2010年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量各要素的動態(tài)變化進行了對比分析,以期為該地區(qū)的經(jīng)濟社會與環(huán)境和諧發(fā)展,提供參考依據(jù)。

1 評價方法

1.1 方法、指標及頻次

按照《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術規(guī)范(試行)》(HJ/T192-2006)提供的方法,計算生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化值(Δ EI),利用EI進行區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的定量評價,并根據(jù) Δ EI進行區(qū)域EI年際變化的定量評價。EI指數(shù)計算中涉及5個分指數(shù),計算方法如下:

其中:IBio為生物豐度指數(shù),IVeg為植被覆蓋指數(shù),IWat為水網(wǎng)密度指數(shù),IEro為土地退化指數(shù),IEnv為環(huán)境質(zhì)量指數(shù),N為年份。5個分指數(shù)計算方法詳見《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術規(guī)范(試行)》。

2005～2010年,每年評價1次,共 6次,2005年為基準年。

圖1 2005～2010年什邡市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價結果

1.2 數(shù)據(jù)基礎

IBio和 IVeg所需的林地、草地、耕地、建設用地、水域濕地、未利用地等土地利用數(shù)據(jù)通過對2005～2010年的Landsat5 TM衛(wèi)星影像的逐年目視解譯得到,分辨率30m;汶川地震引發(fā)地質(zhì)災害數(shù)據(jù)通過對2008年6月的SPOT5衛(wèi)星影像的目視解譯得到,分辨率10m。IWat所需的水資源量、降水量等水資源數(shù)據(jù)來自2005～2010年的《四川省水資源公報》。IEnv為所需的二氧化硫(SO2)、化學需氧量(COD)、工業(yè)固體廢棄物(固廢)等污染物排放量數(shù)據(jù)來自2005～2010年的四川省環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)。IEro所需的土壤侵蝕數(shù)據(jù)來自1995年四川省土壤侵蝕矢量圖。

2 評價結果

2005～2010年,什邡市 EI值分別為 79.45、78.10、79.04、72.74、71.98和73.06,各年度什邡市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價結果詳見圖1。

不同年份間,ΔEI值變化幅度在-6.30～1.08,什邡市ΔEI變化呈“V”字型,大體分為3個階段:第1階段為2005～2007年,第 2階段為2007～2008年,第3階段為2008～2009年(表1)。2005～2007年,什邡市 EI指數(shù)年際間變化為-1.34和0.93,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定,屬于無明顯變化;2007～2008年,由于受到汶川地震影響,什邡市EI指數(shù)大幅度降低,下降幅度達到-6.30,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯變差;2008～2010年,經(jīng)歷了汶川地震后,什邡市EI指數(shù)年際變化為-0.76和1.08,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量無明顯變化,再次趨于穩(wěn)定。

從表1可知:受土地利用變化影響,ΔIBio和ΔIVeg在2007～2008年發(fā)生顯著下降,其余年份變化不明顯;2005～2010年,什邡市降水量和水資源量的年際變化導致ΔIWat的變化無明顯規(guī)律;在評價期內(nèi),土壤侵蝕數(shù)據(jù)未更新,因此ΔIEro年際間無變化;隨著“節(jié)能減排”的不斷推進,2005～2010年什邡市 ΔIEnv呈現(xiàn)上升趨勢。

3 結果分析與討論

3.1 土地利用狀況變化對ΔIBio、ΔIVeg和 ΔEI的影響分析

2008年,受汶川地震影響,什邡市共發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害113.2km2,占全市總面積的13.26%,打破了土地利用格局的穩(wěn)定性,造成區(qū)域生態(tài)環(huán)境的巨大破壞,損毀植被面積大、比例高、分布高度集中(表2),其中什邡市紅白鎮(zhèn)和鎣華鎮(zhèn)的植被損毀量占全部植被的95%以上,對當?shù)赝恋乩酶窬之a(chǎn)生了十分巨大的影響,導致2007～2008年什邡市ΔIBio和ΔIVeg明顯下降,對同處龍門山脈、同屬極重災區(qū)的汶川縣[12]、青川縣、平武縣、茂縣[13]等區(qū)域的研究也發(fā)現(xiàn)震后生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯下降。通過分析不同土地利用方式對ΔEI的影響發(fā)現(xiàn)(表2):2007～2008年,地震導致林地、草地、耕地、水域、未利用地等喪失對 EI下降的貢獻率分別為83.57%、14.34%、2.40%、0.11%和0.03%,可見林地、草地喪失是造成什邡市EI下降的根本原因,其貢獻率達到了97%以上。

表2 汶川地震對2007～2008年什邡市EI指數(shù)影響分析表

汶川地震前后,什邡市的IBio、IVeg保持穩(wěn)定,年際間變化很小(表1)。IBio和 IVeg表征了區(qū)域土地利用情況,在無重大自然災害和無強烈人工干擾的情況下,生態(tài)系統(tǒng)結構穩(wěn)定,少量土地利用方式的改變對 IBio和 IVeg的影響微乎其微。2005～2010年,汶川地震導致的植被喪失是什邡市EI明顯下降的直接原因,其中最根本原因是林地、草地喪失。

3.2 水資源狀況對ΔIWat和ΔEI的影響分析

2005～2010年,什邡市降水量分別為 928.7mm、656.6mm、900.4mm、1021.2mm、878.1mm 和975.0mm,降水量變化幅度在-29.30%～37.10%,年際間變化很大,引起水資源量變化幅度為-28.30%～27.10%,ΔIWat變化幅度為-5.53～4.13,由此引起的ΔEI年際間變化幅度為-1.11～0.83(圖2)。什邡市ΔIWat直接受到降水量、水資源量年際變化影響,年際間變化較大,且無明顯變化規(guī)律,但對ΔEI則變化不大,屬于無明顯變化。

3.3 污染物排放量對ΔIEnv和ΔEI的影響分析

2010年,什邡市二氧化硫(SO2)排放量較2005年累計削減3607.5t,下降33.7%;化學需氧量(COD)排放量較2005年累計削減1254.3t,比2005年下降42.1%;工業(yè)固體廢棄物(固廢)在2009年實現(xiàn)了循環(huán)利用,無外排(圖3)。

圖2 2005～2010年降水量、水資源量變化對什邡市ΔIWat和ΔEI的影響

圖3 2005～2010年什邡市COD、SO2和固廢年際變化

隨著“十一五”期間節(jié)能減排工作的不斷推進,什邡市ΔIEnv和ΔEI呈現(xiàn)逐年向好趨勢,2005～2010年ΔIEnv分別為-1.58、1.17、0.55、-0.80和2.67,ΔEI分別為-0.24、0.18、0.08、-0.12 和0.40,均屬于無明顯變化。從圖4可知:由于COD年際變化導致的 IEnv值變化分別為-1.77、0.98、0.41、-0.66和2.66,遠高于SO2和固廢,是引起 ΔIEnv和 ΔEI變化的主要原因。

3.4 ΔEI變化綜合結果分析

通過對什邡市6年間土地利用方式、水資源狀況、污染物排放量等因素的綜合分析,2005～2010年,什邡市ΔEI變化呈“V”字型,其特點是:汶川地震前后整體穩(wěn)定,2008年明顯下降。6年間,EI累計降低6.39,其下降的根本原因是汶川地震引起的林地、草地等植被喪失。除2007～2008年外,6年間什邡市EI保持穩(wěn)定,影響ΔEI變化的主要因素是ΔIWat和ΔIEnv2個指數(shù),由 ΔIEnv引起的 ΔEI變化范圍是-0.24～0.40,由 ΔIWat引起的 ΔEI變化范圍是-1.11～0.83,均為無明顯變化(圖5)。

圖4 2005～2010年COD、SO2、固廢變化對什邡市ΔEI的影響

圖5 2005～2010年分指數(shù)變化對什邡市ΔEI的影響

3.5 討論

通常情況下,生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能保持基本穩(wěn)定,區(qū)域土地利用格局不會發(fā)生明顯變化,體現(xiàn)在 IBio和IVeg2個指數(shù)就是年際間變化不明顯;同時受限于TM影像時間分辨率、空間分辨率,遙感解譯僅對建設用地(如城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村等)變化較為敏感,而對林地、草地等植被類型間轉(zhuǎn)化的分辨能力則相對較差,特別是無法反映植被結構、功能的變化。

在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展過程中,隨著城市化進程的推進,建設用地的面積逐年增加,占用了越來越多的林地、草地、耕地等地表植被,在EI評價中的直接表現(xiàn)就是IBio和 IVeg逐年下降,但變幅十分微小,造成這一現(xiàn)象的主要原因是林地、草地、耕地等在IBio和 IVeg評價中占有較高的權重,而建設用地的權重則較低。

所以,在現(xiàn)有評價體系下,除開重大自然災害的影響,在土地利用格局無重大變化的前提下,區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的主要影響因素是 ΔIWat和 ΔIEnv,而ΔIBio和ΔIVeg則保持相對穩(wěn)定,對 ΔEI影響較小。

4 結束語

2005～2010年,什邡市 EI值介于71.98～79.45,ΔEI值介于-6.30～1.08,不同年份間 ΔEI變化呈“V”字型,其中:2007～2008年ΔEI明顯下降,其余年份間ΔEI無明顯變化。在評價期內(nèi),汶川地震是導致什邡市植被覆蓋指數(shù)和生物豐度指數(shù)明顯下降的主要因素,占全部變化因素的97%以上;除2008年外,影響什邡市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的主要因素是環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和水網(wǎng)密度指數(shù)。

受2008年汶川地震影響,2007～2008年什邡市ΔEI明顯下降的根本原因是汶川地震引起的林地、草地等植被喪失。

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