宋玲玲，田 青，李宗杰，康飛龍，魏雅倩

(甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院，甘肅 蘭州730070)

生態(tài)安全是能夠維持和保障人類社會可持續(xù)發(fā)展，同時不損害和威脅生態(tài)系統(tǒng)本身健康和完整性的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，是人與自然生態(tài)環(huán)境達到高度和諧的狀態(tài)。生態(tài)安全是自然經(jīng)濟社會的共同安全。當前，生態(tài)安全或者環(huán)境安全已經(jīng)引起了國際社會的高度關注，環(huán)境退化及其可能引起的沖突，被視為非傳統(tǒng)的重大安全威脅之一，生態(tài)安全與國防安全、經(jīng)濟安全同等重要，都是國家安全的重要基石。生態(tài)安全被認為是人類社會可持續(xù)發(fā)展的核心和基礎，也是國家安全和社會穩(wěn)定的一個重要組成部分［1～2］。近年來，國內(nèi)外有關生態(tài)安全的研究已有很多，但絕大多數(shù)研究主要集中在土地資源的生態(tài)安全評價、景觀結構的生態(tài)安全分析以及生態(tài)風險評價和生態(tài)系統(tǒng)健康評價等方面，而從水土保持的角度出發(fā)來研究區(qū)域生態(tài)安全的案例目前并不多。本項目從水土保持的角度入手，以甘肅黃河流域為例，運用26年水土保持措施動態(tài)，系統(tǒng)分析了研究區(qū)的水土保持與生態(tài)安全格局與分區(qū)評價，以期為甘肅黃河流域的生態(tài)環(huán)境建設提供參考依據(jù)［2～6］。

1 研究區(qū)概況

黃河發(fā)源于青海省青藏高原的巴顏喀拉山脈北麓的卡日曲，呈“幾”字形，流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東9省 (區(qū))注入渤海。黃河干流及其支流流經(jīng)甘肅省中東部7個地區(qū)約50個縣 (市)，主河道全長915．5 km，流域面積 13．7×104km2，占全流域面積的18．2%。甘肅境內(nèi)的黃河流域地處甘肅中部和東部，省內(nèi)流域面積14．45×104km2，有黃河干流、洮河、湟水、渭河、涇河、北洛河6大水系。黃河流域歷來在甘肅的經(jīng)濟發(fā)展中有著特殊的地位和作用，但是，黃河流域生態(tài)環(huán)境日益惡化，水資源短缺、土地沙化、水土流失、大氣污染等突出問題已嚴重制約著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。新中國成立以來，黃河流域的水土保持工作從未間斷過，投入不斷增加，積累了不少經(jīng)驗，也取得了不少成績。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)生態(tài)安全評價指標體系

建立完善的指標體系是客觀準確評價生態(tài)系統(tǒng)的基礎。生態(tài)安全評價指標的選擇不僅考慮了研究區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境狀態(tài)，還反映了對研究區(qū)生態(tài)安全有潛在影響的重要水土保持因素的變化，著重體現(xiàn)出基于水土保持的區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價特征。因此在建立甘肅黃河流域生態(tài)安全評價指標體系時，遵循了科學性、客觀性、系統(tǒng)全面性、相對獨立性、可操作性、可比性和針對性等原則［7］。參考生態(tài)系統(tǒng)安全評價的相關文獻［8～13］，結合研究區(qū)1986-2011年度水土保持治理實施情況、農(nóng)業(yè)資源現(xiàn)狀及農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的趨勢，從影響農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素分析入手，選取生態(tài)環(huán)境壓力指標、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指標、生態(tài)環(huán)境響應指標3個方面12個評價指標，構建了甘肅黃河流域生態(tài)安全指標體系 (圖1)。

圖1 生態(tài)安全評價指標體系Fig．1 The ecological security evaluation system

生態(tài)環(huán)境壓力指標包括人均耕地面積、單位面積耕地化肥施用量、單位面積耕地農(nóng)藥施用量、自然災害成災面積比例。人均耕地面積用每個農(nóng)業(yè)人口占有耕地面積表示，其值越低，對生態(tài)環(huán)境的壓力就越大;單位面積耕地化肥施用量、單位面積耕地農(nóng)藥施用量以每公頃耕地所使用的化肥、農(nóng)藥量表示，表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自身對生態(tài)環(huán)境的壓力，在一定范圍內(nèi)，數(shù)值越大，對生態(tài)環(huán)境的壓力越大;自然災害成災面積比是成災面積與受災面積的比值，說明農(nóng)業(yè)受災程度，其值越大，對生態(tài)環(huán)境的壓力越大。生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指標包括水土流失治理面積比、水保林面積、人工種草面積、封山育林面積、封山育草面積。生態(tài)環(huán)境響應指標包括水保措施投入、人均糧食產(chǎn)量、單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，反映了研究區(qū)水土保持的成效以及開發(fā)利用資源所取得的成就。指標體系的各指標數(shù)值取自1986-2011年甘肅省統(tǒng)計年鑒和農(nóng)村年鑒［14～15］。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析方法

2．2．1 評價指標數(shù)據(jù)標準化處理

從本研究選取的1986-2011年的各指標的數(shù)據(jù)來看，各指標原始數(shù)據(jù)間量綱不同且各指標間數(shù)據(jù)量級存在明顯的差異，在使用上述指標前，需要對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。首先采用極值法對各指標數(shù)據(jù)進行處理，使每個指標介于 ［0，1］之間?？紤]到每個指標對系統(tǒng)的影響存在差異，有些指標數(shù)值越大，系統(tǒng)發(fā)展程度越好，有些則是指標數(shù)值越小，系統(tǒng)發(fā)展程度越好，前者即是所謂的正作用指標，后者則是負作用指標。由于不同的評價指標數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，具有不同的量綱，為了消除量綱不同帶來的不可評價性，在評價前對原始數(shù)據(jù)采用歸一法進行標準化處理，計算公式為，，式中，Pij為歸一化值;Xi為實際值;Xmax，Xmin分別為實際最大值和實際最小值。公式①表示的意義是，歸一化值越大，生態(tài)安全程度越高，即越大越安全型。公式②表示歸一化值越小，生態(tài)安全程度越高，即越小越安全型。

2．2．2 評價指標權重確定

均方差賦值法是一種客觀賦值法，其權重是由各指標在評價單位中的實際數(shù)據(jù)形成，它不依賴于人的主觀判斷，客觀性較強。因此，本研究采用均方差賦值法，對甘肅黃河流域生態(tài)安全進行了客觀的綜合評價。

表1 生態(tài)安全綜合評價指標權重Tab．1 The weight of ecological security evaluation index

式中，S為生態(tài)安全度，Ai(i=1，2，3…，12)為指標集，Pij為方案集對指標集的屬性值，即歸一值，首先根據(jù)公式①和②計算各評價指標的歸一化值Pij，其次計算標準化后的各指標Ai的均值P、變異系數(shù)ξ和方案集Gj的均方差VAi，得出各指標的權重Wi，Q為貢獻率，Hn(n=1，2，3)為各指標值，最后根據(jù)公式③得出甘肅黃河流域生態(tài)安全度數(shù)值。

3 結果與分析

3.1 三大指標貢獻率分析

根據(jù)三大指標貢獻率 (圖2)可以看出，26年間，研究區(qū)生態(tài)安全指標中生態(tài)壓力指標貢獻率在逐漸減少，這主要有兩方面原因，一是與全球氣候變暖引起的氣候日趨干暖以及生態(tài)環(huán)境災害頻度增加有關。甘肅黃河流域地處西北干旱區(qū)，降雨量小，蒸發(fā)量大，自然災害較為頻繁，這些因素都嚴重地影響了地區(qū)生態(tài)環(huán)境的安全指標［16］;二是與人口增加、土地資源的相對緊缺以及當?shù)鼐用駥ν恋刭Y源不合理的開發(fā)利用有關。生態(tài)安全指標中的環(huán)境狀態(tài)指標安全指數(shù)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，這主要與居民環(huán)境意識提高，研究區(qū)水土保持建設力度逐年加大并逐漸取得成效有關。1986-2011年研究區(qū)生態(tài)安全指標中生態(tài)環(huán)境響應指標安全指數(shù)亦呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，在三大指標中，狀態(tài)指標平均貢獻率為37．28%，響應指標平均貢獻率為21．43%，壓力指標的變化趨勢最明顯，對生態(tài)安全指數(shù)的相對貢獻率也最大，平均貢獻率達到41．66%。這主要與26年來，特別是退耕還林還草工程實施以來，研究區(qū)的植被面積不斷擴大，水土流失治理效益顯著有關，當然也離不開政府水土保持資金投入比率的不斷加大以及農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展速度持續(xù)增長。

圖2 三大指標對生態(tài)安全的貢獻率Fig．2 The contribution rate of three indicators of ecological security

表2 甘肅黃河流域生態(tài)安全度分級基準Tab．2 Benchmarks of ecological security classification in Gansu Province

3.2 生態(tài)安全綜合評價值分析

3．2．1 生態(tài)安全值限定

采用相對指標法，參考其他分級指標，結合目前研究區(qū)水土保持現(xiàn)狀以及生態(tài)環(huán)境狀況，把安全度取值范圍 (0～1)劃分為5個區(qū)間，對應5個等級，并對系統(tǒng)特征進行描述 (表2)。

3．2．2 生態(tài)安全評價

根據(jù)甘肅黃河流域生態(tài)安全度分級標準，全流域1986-2003年生態(tài)安全等級處于風險態(tài) (Ⅳ級)，生態(tài)安全度變化范圍為0．31～0．48，1990年生態(tài)安全度處于最低狀態(tài) (0．31)。從1986-2003年生態(tài)安全度總體呈現(xiàn)增加的趨勢，但在這一時期，全流域的土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能嚴重退化，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境受到較大的破壞，系統(tǒng)結構破壞較大，受外界干擾后恢復困難，土壤肥力低，治理困難，生態(tài)災害較多。2004-2010年生態(tài)安全等級處于敏感態(tài) (0．5～0．66)，處于第Ⅲ級，這一時期生態(tài)安全度也大體呈增加趨勢，在2009年達到0．66，2010年略有降低 (0．64)。這一時期土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能已有退化，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境受到干擾，受干擾后系統(tǒng)結構已惡化，但尚能維持基本功能，土壤肥力降低，植被覆蓋率降低，生態(tài)問題顯著，生態(tài)災害時有發(fā)生。直到2011年全流域的生態(tài)安全等級處于較安全態(tài)，生態(tài)安全度達到0．70。土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能較為完善，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境很少受到破壞，系統(tǒng)結構基本完整，功能較強，土壤肥力較強，植被覆蓋率較高，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值高，土地利用程度高，生態(tài)問題不顯著。表3的數(shù)據(jù)顯示，26年來全流域的生態(tài)安全程度的總體變化態(tài)勢為從風險態(tài)向較安全態(tài)轉(zhuǎn)變，生態(tài)安全度由1986年的0．36到2011年的0．70，全流域的生態(tài)安全變化表現(xiàn)為總體趨勢逐漸好轉(zhuǎn) (表3)。

表3 1986-2011年生態(tài)安全度表Tab．3 Ecological security degree from 1986 to 2011

4 討論

根據(jù)研究結果并結合甘肅黃河流域水土保持與農(nóng)村社會經(jīng)濟發(fā)展的實際情況，分析影響該流域生態(tài)安全的主要原因，一是該流域地處西北干旱區(qū)，水資源嚴重匱乏、降水少 (年平均降水量為368～500．7 mm)［17］且集中在 6-9 月份、植被覆蓋率低、水土流失嚴重 (土壤侵蝕模數(shù)為4 079～5 479 t/km2)［17］，水土流失面積達 11．25 × 104km2［17］，土地退化加劇、土地荒漠化持續(xù)擴展等自然因素威脅著該流域的生態(tài)安全;二是甘肅黃河流域的生態(tài)安全與研究區(qū)的地質(zhì)、地貌、土壤等密切相關，極易發(fā)生水土流失，更有甚者會造成山洪或者滑坡泥石流;三是甘肅黃河流域的生態(tài)安全與人類對環(huán)境的不合理開發(fā)利用有關。隨著人類社會經(jīng)濟活動對環(huán)境影響的強度和廣度日益加大，大量墾種坡地，濫伐林木，毀林毀草造田，蠶食林地草地，草原超載過牧，以及工程建設缺乏應有的處理措施等一系列人為活動，破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)自身的平衡。本研究顯示，1986-2011年人均耕地面積由每人3．42 ×10-2km2下降為1．92 ×10-2km2，表明人均占有耕地逐年下降，造成人均耕地生態(tài)安全貢獻指數(shù)降低。在生產(chǎn)方式未得到大的技術創(chuàng)新改造的情況下，人口與糧食矛盾尖銳，開荒、開山種地、牧場超載、亂采濫伐等不合理的人類活動加劇，導致植被破壞、土地污染、水土流失和土地退化。由以上分析得出，制約甘肅黃河流域生態(tài)安全水平提升的主要因素有人均糧食產(chǎn)量、人均耕地面積，還有生產(chǎn)方式的粗放型，這些因素應是今后生態(tài)環(huán)境保護調(diào)控的重點。

5 結論

(1)1986-2011年研究區(qū)生態(tài)安全指標中生態(tài)環(huán)境響應指標安全指數(shù)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，在三大指標中，狀態(tài)指標平均貢獻率為37．28%，響應指標平均貢獻率為21．43%，壓力指標的變化趨勢最明顯，對生態(tài)安全指數(shù)的相對貢獻率也最大，平均貢獻率達到41．66%。這主要與26年來，特別是退耕還林還草工程實施以來，研究區(qū)的植被面積不斷擴大，水土流失治理效益顯著有關，當然也離不開政府水土保持資金投入比率的不斷加大以及農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展速度持續(xù)增長．

(2)1986-2011年甘肅黃河流域的生態(tài)安全總體水平呈逐步上升趨勢，26年來研究區(qū)的生態(tài)安全程度的總體變化態(tài)勢為從風險態(tài)向較安全態(tài)轉(zhuǎn)變，生態(tài)安全度由1986年的0．36增加到2011年的0．70，增加了49%。

(3)26年間甘肅黃河流域的平均生態(tài)安全度為0．46，整體上研究區(qū)的生態(tài)安全度處于Ⅳ等級，安全狀態(tài)處于風險態(tài)。所以對甘肅黃河流域的生態(tài)治理刻不容緩，應該在當前的基礎之上加大治理力度，從根本上確保區(qū)域的生態(tài)安全。

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