李 博，石培基，金淑婷

（西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

近年來(lái)，隨著人口的急劇增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的干涉作用，嚴(yán)重影響了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)服務(wù)功能，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)日益嚴(yán)重［1－3］。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（ecological risk，ER）是指生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)，它主要關(guān)注在一定區(qū)域內(nèi)，具有不確定性的事故或?yàn)?zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組分可能產(chǎn)生的作用，這些作用的結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷，從而危及生態(tài)系統(tǒng)的安全和健康［4－5］。

生 態(tài) 風(fēng) 險(xiǎn) 評(píng) 價(jià) （ecological risk assessment，ERA）關(guān)鍵是調(diào)查生態(tài)系統(tǒng)及其組分的風(fēng)險(xiǎn)源，并預(yù)測(cè)出風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的概率及其可能出現(xiàn)的負(fù)面效果，從而提出相應(yīng)的解決措施［6－11］。目前，對(duì)于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，已經(jīng)從單一地點(diǎn)的某一風(fēng)險(xiǎn)源研究逐步發(fā)展到區(qū)域尺度的綜合多風(fēng)險(xiǎn)源的研究，所涉及的風(fēng)險(xiǎn)源以及評(píng)價(jià)受體等都在區(qū)域內(nèi)具有異質(zhì)性，且存在相互作用和疊加效應(yīng)，因而比一般生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更為復(fù)雜［12－14］。

1 研究區(qū)域概況

石羊河流域位于河西走廊東端，烏鞘嶺以西，祁連山北麓，地理坐標(biāo)為 36°29′—29°27′N(xiāo)，101°22′—104°16′E，流域面積4．10×104km2，是甘肅河西走廊3大內(nèi)陸河流域之一。地勢(shì)由南向北逐漸降低，自西南向東北傾斜。

石羊河流域由于身居內(nèi)陸，屬于典型的大陸性干旱氣候，流域內(nèi)年降水量600～50mm，蒸發(fā)量700～2 600mm。由于降水的影響，植被分布具有明顯的地帶性。石羊河流域是我國(guó)內(nèi)陸河流域人口比較密集的地區(qū)之一，近幾年由于人口的增加及城鎮(zhèn)化速度加快，石羊河水資源利用過(guò)度，經(jīng)濟(jì)用水不斷排擠生態(tài)用水，全區(qū)地下水位不斷下降，植被退化、土地沙化鹽堿化等生態(tài)問(wèn)題不斷產(chǎn)生，已嚴(yán)重威脅著流域的可持續(xù)發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)是以研究區(qū)2009年Landsat／TM多光譜遙感影像圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用ESRI的系列軟件ERDAS進(jìn)行人工解譯，利用ArcGIS 9．3軟件并結(jié)合實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)將1級(jí)分類(lèi)系統(tǒng)中的耕地、林地、草地3個(gè)用地類(lèi)型進(jìn)一步修正為8個(gè)類(lèi)型（見(jiàn)附圖4）。本文中所用圖件均采用 Albers Conical Equal Area投影、GCS＿Krasovsky＿1940地理坐標(biāo)系，影像分辨率為30m，通過(guò)ArcGIS 9．3中的面積計(jì)算工具對(duì)圖上面積進(jìn)行計(jì)算并結(jié)合實(shí)際面積進(jìn)行配準(zhǔn)，其他2009年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均來(lái)自甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒以及石羊河水資源公報(bào)。

3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與過(guò)程

3．1 風(fēng)險(xiǎn)源的影響及權(quán)重的確定

對(duì)于石羊河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，作者從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的內(nèi)涵出發(fā)，分析發(fā)現(xiàn)不同流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源之間存在的較大的差異，因此，此部分將通過(guò)對(duì)不同流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行定性及定量分析，并建立綜合風(fēng)險(xiǎn)源計(jì)量模型。

石羊河流域自然災(zāi)害發(fā)生頻繁，且種類(lèi)多樣，據(jù)甘肅省水利廳石羊河流域管理局統(tǒng)計(jì)，頻率最高的為干旱和水土流失。石羊河大部分地區(qū)地質(zhì)條件比較好，古浪縣大部分地區(qū)有地震帶分布，由于石羊河流域?qū)儆趦?nèi)陸干旱性氣候，降水比較集中，洪水問(wèn)題也不容忽視。在對(duì)各種災(zāi)害范圍的確定時(shí)，其中旱災(zāi)和水災(zāi)依據(jù)石羊河流域1951—2009年59a的統(tǒng)計(jì)資料確定，而對(duì)于水土流失范圍的劃定，本文將土地沙化、坡度大于25°地區(qū)、灘地以及沙質(zhì)土地劃為水土流失區(qū)。

各主要風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體的作用程度是不同的，對(duì)區(qū)域性生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)作用的大小也有差異。為了確定各種風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型在不同區(qū)域的綜合權(quán)重，本文采用層次分析法進(jìn)行綜合分析，根據(jù)各區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型的發(fā)生頻率、發(fā)生強(qiáng)度以及危害程度，先確定不同區(qū)域同一災(zāi)害的災(zāi)害指數(shù)，再確定石羊河流域各類(lèi)災(zāi)害的災(zāi)害權(quán)重，最后通過(guò)兩者的乘積確定得到石羊河上中下游的綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Ri， 見(jiàn)表1）。具體計(jì)算公式如下：

式中：Ri——i區(qū)域的綜合災(zāi)害指數(shù)；rij——第i區(qū)域j類(lèi)災(zāi)害的指數(shù)；ωj——流域中j類(lèi)災(zāi)害的權(quán)重。

表1 石羊河流域自然災(zāi)害指數(shù)

3．2 生態(tài)終點(diǎn)分析

由于石羊河流域具有復(fù)合生態(tài)區(qū)的區(qū)域性特征，其風(fēng)險(xiǎn)受體涉及其生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。在石羊河流域快速城鎮(zhèn)化特征相對(duì)突出的復(fù)合生態(tài)區(qū)域內(nèi)，可能的生態(tài)終點(diǎn)包括因自然災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害以及水土流失等因素造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p失，人居環(huán)境惡化，農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，以及對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間接影響。

3．3 風(fēng)險(xiǎn)受體分析

本研究選擇的風(fēng)險(xiǎn)受體為石羊河流域的植被生態(tài)系統(tǒng)。不同植被由于對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的承受能力存在較大差異，基于此本文以植被類(lèi)型的2級(jí)分類(lèi)為基礎(chǔ)，受體的選擇為石羊河流域的8類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)：高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、耕地。低覆蓋度草地和耕地占的比重比較大，有林地和高覆蓋度草地主要分布在上游地區(qū)，這與其自然條件和降水有關(guān)。

3．4 暴露和易損性分析

相同強(qiáng)度的同一風(fēng)險(xiǎn)源作用于不同的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，其對(duì)區(qū)域的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生的危害不同，此外，不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的抗干擾能力也不同［15］。本文以生態(tài)損失度指數(shù)來(lái)反映不同風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)的危害程度。

（1）生態(tài)系統(tǒng)抗干擾指數(shù)（ecosystem interference index）。是指生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、自我調(diào)節(jié)及其抵抗各種壓力與擾動(dòng)的能力大小，生態(tài)系統(tǒng)抗干擾指數(shù)的大小反映特定生態(tài)系統(tǒng)的緩沖與調(diào)節(jié)能力。公式如下：

式中：EOIij——石羊河流域生態(tài)系統(tǒng)抗干擾指數(shù)；VIij——i區(qū)域j類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性指數(shù)；Sij——i區(qū)域j類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)占區(qū)域面積的比例。下同。

本文為了研究簡(jiǎn)單，假設(shè)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)的單位生態(tài)服務(wù)價(jià)值成正比例關(guān)系，并設(shè)草地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性指數(shù)為1，其他按其與草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例計(jì)算。

（2）脆弱度指數(shù)（ecological frangibility degree index）。是指生態(tài)系統(tǒng)受到外界干擾后的脆弱程度。一個(gè)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境脆弱性是在外界環(huán)境影響下不斷變化的，系統(tǒng)中某些容易發(fā)生變化的生態(tài)環(huán)境要素是造成其變化的直接因素，敏感性則是生態(tài)環(huán)境脆弱性時(shí)空變化的具體表征［16］。由于不同生態(tài)系統(tǒng)的敏感性不同，因此，本文在脆弱度指數(shù)計(jì)算過(guò)程中，不僅考慮各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性，還顧及到各生態(tài)系統(tǒng)的差異性。鑒于此，文章在對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)的脆弱度指數(shù)計(jì)算時(shí)，首先計(jì)算出石羊河流域不同地區(qū)的環(huán)境脆弱度，再通過(guò)對(duì)環(huán)境脆弱度和各生態(tài)系統(tǒng)的脆弱度進(jìn)行綜合分析得出各系統(tǒng)的脆弱度指數(shù)。本文在對(duì)石羊河流域各地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度計(jì)算時(shí)采用綜合指標(biāo)法，在選取生態(tài)脆弱度的評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，圍繞石羊河流域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題選取指標(biāo)體系，衡量生態(tài)環(huán)境的脆弱性，研究指標(biāo)選干燥度指數(shù)、土地沙化指數(shù)、土地鹽堿化指數(shù)、植被壓力指數(shù)、水資源壓力指數(shù)、耕地壓力指數(shù)。指標(biāo)權(quán)重的確定，為了盡量避免人為主觀(guān)因素的影響，本文采用熵權(quán)法；而在對(duì)于各生態(tài)系統(tǒng)的脆弱度計(jì)算時(shí)，考慮到各生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性與其在自然演替過(guò)程中所處的階段有關(guān)，得出處于低級(jí)演替階段、食物鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的生境較為脆弱。本研究以人為影響為主，在各生態(tài)系統(tǒng)脆弱性分析中考慮有關(guān)因素（比如生物生產(chǎn)力），由此來(lái)對(duì)石羊河流域各生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型進(jìn)行脆弱度賦值。公式如下：

式中：FDIij——石羊河不同流域各生態(tài)系統(tǒng)的脆弱度指數(shù)；Pi——不同流域各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；Wi——各指標(biāo)權(quán)重；FDj——不同生態(tài)系統(tǒng)脆弱度指數(shù)［17］（如表2所示）。

表2 石羊河流域不同生態(tài)系統(tǒng)脆弱度指數(shù)

（3）生態(tài)損失度指數(shù)（ecological loss degree index）。是指某一生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾指數(shù)與區(qū)域脆弱度的乘積，在同一地區(qū)，面對(duì)同一生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)損失度是不同的。具體公式為：

3．5 區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

石羊河流域主要受3種類(lèi)型風(fēng)險(xiǎn)源的共同作用，不同類(lèi)型風(fēng)險(xiǎn)源在石羊河流域不同地段的風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度范圍是不同的，本文將3種風(fēng)險(xiǎn)源的影響范圍通過(guò)GIS進(jìn)行疊加，形成各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，每類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)部具有一致的風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型，或者發(fā)生概率、強(qiáng)度。但是，由于所處區(qū)域的差異性，還不能直接進(jìn)行計(jì)算，因此，再疊加生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū)域圖，產(chǎn)生不同的風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)，這些風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)以及生態(tài)系統(tǒng)具有均質(zhì)性，可以作用風(fēng)險(xiǎn)值分析，計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)值。具體公式如下：

式中：NEIij——i流域j類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值；Ri——流域內(nèi)不同流域綜合災(zāi)害指數(shù)；EDIij——i流域j類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的綜合生態(tài)損失度指數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4．1 生態(tài)損失度

表3為考慮權(quán)重后通過(guò)式（4）計(jì)算出來(lái)的各生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)損失度指數(shù)，說(shuō)明在遭受同一生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源危害后，不同地區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)的損失度差別較大，以耕地為例依次是下游、中游、上游。

表3 石羊河流域各植被生態(tài)系統(tǒng)的損失度指數(shù)

4．2 綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值

根據(jù)式（5）分別計(jì)算出每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)值（見(jiàn)表4）。將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 16．0進(jìn)行聚類(lèi)分析，將這些風(fēng)險(xiǎn)分為4個(gè)等級(jí)，并在ArcGIS 9．3下最終生成石羊河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖（附圖5）。

表4 石羊河流域各植被生態(tài)系統(tǒng)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

1級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中分布在石羊河流域上游，占全區(qū)面積的3．87%，其中以肅南縣和天?？h最為集中，古浪縣有零星分布，植被類(lèi)型主要是有林地。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)表現(xiàn)為：由于地處石羊河流域上游，地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，地勢(shì)較險(xiǎn)峻，水土流失頻發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害與人類(lèi)干擾的能力比較差，應(yīng)當(dāng)避免在1級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以減少生態(tài)損失。2級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布多與1級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)相連，中游、下游有零星分布，占4．38%。植被類(lèi)型主要是灌木林和高覆蓋度草地以及中下游的有林地、耕地。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)上游與1級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)類(lèi)似，中下游主要受土地沙化和干旱影響，再加上降水集中、洪水頻發(fā)，使林地生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力差，且容易退化和破壞。3級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在上游的古浪縣、天祝縣，中游的金川區(qū)以及下游的絕大部分地區(qū)，多為人口密集區(qū)，植被類(lèi)型多樣。該地區(qū)主要受旱災(zāi)、水土流失影響，因此必須注重農(nóng)業(yè)節(jié)水建設(shè)。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值較低，上游、中游以耕地和草地為主，下游以低覆蓋度草地為主，其中下游土地沙漠化嚴(yán)重，在開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)以保護(hù)為主。

5 結(jié)論與討論

（1）區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)涉及的風(fēng)險(xiǎn)源多，在評(píng)價(jià)過(guò)程中要同時(shí)考慮其空間異質(zhì)性和綜合性。石羊河流域作為一個(gè)具有明確邊界的地理單元，通過(guò)以水為連接紐帶，將上、中、下游組成一個(gè)復(fù)雜的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)所涉及的環(huán)境問(wèn)題的成因及結(jié)果都呈現(xiàn)空間異質(zhì)性的特點(diǎn)。本文作為大尺度的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)研究，通過(guò)對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)脅迫因子和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受體進(jìn)行綜合分析和定量測(cè)算，構(gòu)建了區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)量模型，是對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域尺度上綜合評(píng)價(jià)和研究的初步嘗試。

（2）石羊河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間差異性較為明顯，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在石羊河流域上游，這與區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)脅迫因子以及植被類(lèi)型有關(guān)。另外中游地區(qū)的金川區(qū)以及涼州區(qū)由于近年來(lái)大量的生產(chǎn)用水而使得石羊河水量不斷下降，難以滿(mǎn)足下游生態(tài)用水需求，加之下游民勤縣靠近沙漠，從而致使該縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)加重。

對(duì)于區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)受體的討論，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是綜合區(qū)域單項(xiàng)活動(dòng)的效應(yīng)在系統(tǒng)或區(qū)域水平上評(píng)估生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于受體的選取不能局限到某一個(gè)體或物種，而應(yīng)擴(kuò)展到更高層次水平。Dearfield等［18］認(rèn)為受體的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)終究會(huì)從個(gè)體的特性上去考慮，但從區(qū)域的角度去評(píng)價(jià)時(shí)，僅僅考慮個(gè)體或者種群，就會(huì)使風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果丟失信息。從區(qū)域的角度看，本文選擇該區(qū)域的8大植被系統(tǒng)作為風(fēng)險(xiǎn)受體，如果選擇個(gè)體，由于本區(qū)域物種豐富就會(huì)使評(píng)價(jià)陷入無(wú)限雜亂之中。對(duì)于區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)源的討論，區(qū)域生態(tài)評(píng)價(jià)中對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別和量化是一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源的量化既要全面考慮危害，又要避免復(fù)雜化，給決策者以清晰的結(jié)果。針對(duì)特定目標(biāo)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，例如城市規(guī)劃、旅游規(guī)劃、土地利用等的生態(tài)分析，以及將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與生態(tài)足跡、能值理論和生態(tài)適應(yīng)性理論結(jié)合起來(lái)，對(duì)區(qū)域進(jìn)行綜合分析都將是生態(tài)評(píng)價(jià)發(fā)展的一個(gè)方向。對(duì)于植被生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)異同性的討論，植被生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究的重要組成部分，理論上講流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是以自然地貌分異與水文過(guò)程形成的生態(tài)空間格局為評(píng)價(jià)區(qū)域，評(píng)價(jià)自然與人文風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)及其組分造成不利影響的可能性及其危害程度的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。相對(duì)于流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，植被生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)源的不確定因素更加清楚，本文抓住石羊河流域植被生態(tài)系統(tǒng)巨大空間分異性的特點(diǎn)，通過(guò)以植被生態(tài)系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)化石羊河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問(wèn)題，從而便于對(duì)整個(gè)流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

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