馬 駿，李昌曉，魏 虹，馬 朋，楊予靜，任慶水，張 雯,3

1 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，西南大學生命科學學院，重慶 400715 2 云南省環(huán)境科學學會，昆明 650032 3 盤龍小學，昆明 650051

三峽庫區(qū)生態(tài)脆弱性評價

馬 駿1,2，李昌曉1,*，魏 虹1，馬 朋1，楊予靜1，任慶水1，張 雯1,3

1 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，西南大學生命科學學院，重慶 400715 2 云南省環(huán)境科學學會，昆明 650032 3 盤龍小學，昆明 650051

基于遙感和地理信息系統(tǒng)技術，采用“壓力-狀態(tài)-響應”評價模型，選取18個指標，利用空間主成分分析對2001—2010年三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性進行綜合定量評價，對生態(tài)脆弱性時空分布及動態(tài)變化進行分析。根據(jù)計算得到的生態(tài)脆弱性指數(shù)，將生態(tài)脆弱性劃分為5個等級：微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和極度脆弱。通過統(tǒng)計不同脆弱性等級面積，求算得到生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)。結果表明：三峽庫區(qū)(重慶段)2001—2010年生態(tài)脆弱性指數(shù)標準化平均值為4.23±1.29，整體處于中度脆弱。生態(tài)脆弱性空間分布呈現(xiàn)西高東低的格局特征，高度脆弱地區(qū)主要分布在中西部，低度脆弱地區(qū)主要分布在東北部和東南部。近10年生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)最小值為2002年的2.37，最大值為2008年的2.99，三峽水庫蓄水后生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)逐年遞增，2008年到達峰值后有所降低。三峽庫區(qū)生態(tài)脆弱性是人類活動與自然環(huán)境相互作用的結果，城市生活污染、水土流失、植被狀況等為主要的驅動因子。研究時段內三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性呈現(xiàn)兩極化趨勢，高度脆弱地區(qū)的脆弱性顯著增加，低度脆弱地區(qū)脆弱性明顯降低。

三峽庫區(qū)(重慶段)；生態(tài)脆弱性；壓力-狀態(tài)-響應；空間主成分分析

隨著全球變化和人類活動的加劇，生態(tài)與環(huán)境問題大量涌現(xiàn)，對人類賴以生存和發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)造成巨大影響，生態(tài)脆弱性問題尤為突出。生態(tài)脆弱性是指生態(tài)系統(tǒng)及其組成要素面對內外擾動時易受損的性質，有關生態(tài)脆弱性的研究是全球變化和可持續(xù)發(fā)展研究中的熱點和重點[1- 4]。近十幾年來，國內外學者對生態(tài)脆弱性開展大量研究，特別是有關生態(tài)脆弱性評價的實踐應用性研究。生態(tài)脆弱性評價可以科學識別生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的成因機制及其變化規(guī)律，明確生態(tài)保護和生態(tài)恢復的方向[5]。隨著研究不斷深入、應用領域日益廣泛，生態(tài)脆弱性評價呈現(xiàn)出學科綜合化的發(fā)展趨勢[6]。目前已經形成了綜合評價法[7- 8]、模糊評價法[9- 11]、層次分析法[12- 14]、主成分分析法[15- 17]、景觀評價法[18- 19]等一系列生態(tài)脆弱性評價方法。與此同時，在不同尺度上的生態(tài)脆弱性評價區(qū)域多涉及農牧交錯帶[20- 21]、高寒山地[23- 26]、流域濕地[27- 30]、喀斯特地區(qū)[31- 33]等典型生態(tài)脆弱區(qū)。

三峽庫區(qū)(重慶段)位于三峽水庫西段，面積約占整個庫區(qū)的85%，是長江流域具有重要戰(zhàn)略意義的生態(tài)屏障地區(qū)，也是我國典型的生態(tài)脆弱區(qū)。在三峽水庫形成之前，三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)系統(tǒng)已經受到相當程度的脅迫，加上地域的特殊性以及水庫建設導致的自然環(huán)境變異、社會經濟發(fā)展產生的人口增加、資源消耗、污染加劇等一系列問題，使得“先天”已經十分脆弱的庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在疊加強大的外界干擾后變得更加獨特、復雜和脆弱。因此，開展有關三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性的評價研究對于三峽工程長期安全運行、整體功能有效發(fā)揮、以及長江流域長治久安和可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。目前已有關于三峽庫區(qū)生態(tài)脆弱性的研究多集中于對消落帶等自然環(huán)境方面，選取的評價指標偏向自然因素而忽略人為因素，并且在時間維度上也缺乏連續(xù)性[34- 36]。三峽庫區(qū)(重慶段)巨大的自然-社會-經濟復合生態(tài)系統(tǒng)，涉及層面既多又廣，影響因素紛繁復雜，對庫區(qū)生態(tài)脆弱性的評價研究應從自然與人類相互作用關系的角度出發(fā)。因此，本研究利用RS和GIS技術，根據(jù)三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)與環(huán)境的實際特征，綜合多方面因素考慮，以“壓力-狀態(tài)-響應”模型構建指標體系，采用空間主成分分析方法，以100 m×100 m柵格為評價單元，對三峽庫區(qū)(重慶段)2001—2010年連續(xù)10a的生態(tài)脆弱性進行動態(tài)定量評價，以空間化方式揭示該區(qū)2001—2010年生態(tài)脆弱性的時空分布及其變化規(guī)律，探討生態(tài)脆弱性與自然、人類要素之間的關系，明確生態(tài)脆弱性變化機制以及驅動因子，以期為庫區(qū)生態(tài)建設和恢復提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域

三峽庫區(qū)(重慶段)位于28°31′—31°44′ N、105°49′—110°12′ E之間，包括重慶市巫山、巫溪、奉節(jié)、云陽、開縣、萬州、忠縣、豐都、石柱、涪陵、武隆、長壽、渝北、巴南、江北、南岸、渝中、沙坪壩、北碚、九龍坡、大渡口和江津等22個區(qū)、縣(自治縣)，幅員面積約4.62×104km2(圖1)。該區(qū)處于大巴山褶皺帶、川東平行嶺谷和川鄂湘黔隆起褶皺帶三大構造單元的交匯處，以山地、丘陵為主。氣候類型屬中亞熱帶濕潤季風氣候，受峽谷地形影響十分顯著，具有冬暖、春早、夏熱、伏旱、秋雨、光照少、云霧多、霜雪少等特征。庫區(qū)植被類型多樣，主要以亞熱帶常綠闊葉林為主，除此之外還有常綠落葉闊葉混交林、落葉闊葉林、針葉林、針闊混交林、竹林、灌草叢等植被類型分布。土壤類型主要有黃壤、黃棕壤、紫色土、石灰(巖)土、水稻土、沖積土、粗骨土和潮土等。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area 1：渝中；2：大渡口；3：江北；4：沙坪壩；5九龍坡；6：南岸；7：北碚

2 研究方法

2.1 評價指標體系

生態(tài)脆弱性評價的關鍵取決于指標體系是否科學合理。壓力-狀態(tài)-響應(Pressure-State-Response，PSR)框架模型從人類系統(tǒng)與自然系統(tǒng)的相互作用與影響出發(fā)，具有非常清晰的因果關系，被廣泛應用于生態(tài)評價[37- 39]。借鑒相關研究成果[40- 44]，結合三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)系統(tǒng)實際情況，以PSR模型為基礎，遵循科學性、目的性、系統(tǒng)性與可操作性原則，選取18個指標構建三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性評價指標體系(圖2)。

壓力指標反映人類活動對生態(tài)系統(tǒng)所造成的負荷。長期以來，人類以各種方式持續(xù)不斷地干預并作用于三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。庫區(qū)人口基數(shù)大，增長快，城鄉(xiāng)二元結構明顯，地域分布差異顯著；沿岸城鎮(zhèn)工業(yè)廢水和生活污水直接或間接排入江河，垃圾大量堆放在江河兩岸或直接傾倒入江河，對庫區(qū)水質構成嚴重威脅；化肥和農藥在庫區(qū)傳統(tǒng)農業(yè)生產中具有極其重要的作用，但是不合理施用化肥、農藥造成庫區(qū)農業(yè)面源污染嚴重。故選擇人口密度、工業(yè)廢水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量、城鎮(zhèn)生活垃圾排放量、化肥施用強度、農藥施用強度等指標反映人類活動對三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力。

狀態(tài)指標是生態(tài)系統(tǒng)內各種因素長期作用的結果，也是生態(tài)系統(tǒng)特性和功能的最直接體現(xiàn)。三峽庫區(qū)高差懸殊、山高坡陡、河谷深切，降水時空分布不均、暴雨強度大、是長江流域著名的“火爐”，滑坡、泥石流、崩塌、洪澇、干旱、極端高溫等自然災害頻發(fā)，植被覆蓋率低、土壤瘠薄、水土流失嚴重。選擇地形起伏度和坡度反映地形地貌脆弱因子；年降水量距平表征年降水與同期平均狀態(tài)的偏離程度，即反映旱澇災害強度；高溫季節(jié)(6—9月)溫度反映極端高溫天氣對生態(tài)系統(tǒng)組分、結構和功能的影響；人均水資源量反映區(qū)域水資源稀缺程度；植被覆蓋度、植被凈初級生產力和土地覆蓋類型反映植被對庫區(qū)環(huán)境變異的抗干擾能力和緩沖能力；土壤有機碳含量指示土壤健康狀態(tài)；土壤侵蝕強度反映水土流失特征。

響應指標體現(xiàn)人類面臨生態(tài)問題所采取的對策與措施。土地墾殖率反映土地資源開發(fā)利用的程度，是人類耕作農事活動對生態(tài)系統(tǒng)變化的響應；人均GDP反映區(qū)域經濟發(fā)展狀況，一定程度上能夠反映生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況以及對生態(tài)建設和保護的投入能力。

圖2 三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性評價指標體系Fig.2 Ecological vulnerability evaluation indicator system in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

對指標原始數(shù)據(jù)進行初步計算整理(表1)。由于不同評價指標的數(shù)據(jù)源類型和空間精度存在差異，在ArcGIS10.0軟件平臺支持下，對其進行空間量化處理。

行政區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)：包括人口密度、化肥施用強度、農藥施用強度、土地墾殖率、人均水資源量和人均GDP，取重慶市40個區(qū)縣(2011年之前)統(tǒng)計數(shù)據(jù)；環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)：包括工業(yè)廢水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量和城鎮(zhèn)生活垃圾排放量，取三峽庫區(qū)26個區(qū)縣監(jiān)測數(shù)據(jù)；氣象數(shù)據(jù)：包括年降水量距平和高溫季節(jié)溫度，取重慶市及其周邊地區(qū)26個氣象站點數(shù)據(jù)。以上點源數(shù)據(jù)均采用反距離加權插值法(IDW)進行空間確定性插值，實現(xiàn)其空間化。

本研究以柵格為基本評價單元，所有空間數(shù)據(jù)柵格大小定義為100 m×100 m。為保證參評指標具有良好的空間重合性，空間數(shù)據(jù)使用統(tǒng)一的Krasovsky橢球體坐標和Albers投影。

表1 指標描述及來源Table 1 Description and source of indicators

2.3 指標標準化

由于評價指標的量綱及其物理意義存在差異，無法直接用于評價，所以必須對評價指標進行標準化處理，以解決參數(shù)不可比的問題。對于定量指標和定性指標分別采用極差法和分等級賦值法，使其值標準化為0—10之間。

極差法：評價指標與脆弱性的關系有正向和負向之分。正向關系是評價指標值越大，脆弱性越高；負向關系是評價指標越小，脆弱性越高。正向指標包括：地表起伏度、坡度、年降水量距平、高溫季節(jié)溫度、人口密度、工業(yè)廢水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量、城鎮(zhèn)生活垃圾排放量、化肥施用強度、農藥施用強度、土地墾殖率等指標；負向指標包括植被覆蓋度、植被凈初級生產力、土壤有機碳含量、人均水資源量、人均GDP等指標。為便于綜合分析，將負向指標正向化，使指標作用方向一致，正向指標和負向指標采用不同的標準化計算式[41,49]：

(1)

(2)

式中，Zi為第i個指標的標準化值，變化范圍為0—10，xi為第i個指標的實際值，xmax為實際值的最大值，xmin為實際值的最小值。

分等級賦值法：對于定性指標，包括土壤侵蝕強度和土地覆蓋類型指標，根據(jù)相關研究成果[41,50]，按照專家知識和實際特征對指標因子直接分級賦值的方法進行標準化處理(表2)。

表2 分等級賦值標準Table 2 Standardized value assignment

2.4 評價方法

通過構建生態(tài)脆弱性評價模型，綜合各評價指標對生態(tài)脆弱性的影響，可以計算得到生態(tài)脆弱性指數(shù)(EVI)，以量化的形式反映區(qū)域生態(tài)脆弱性狀況。但是由于評價指標間有一定的相關性，因而指標信息在一定程度上有重疊，并且指標過多會增加分析問題的復雜性?？臻g主成分分析(SPCA)基于數(shù)理統(tǒng)計的原理，考慮各指標之間的相互關系，在損失很少信息的前提下，實現(xiàn)了將多個指標轉換為少數(shù)幾個互不相關的綜合指標。所以本研究在ArcGIS10.0支持下，對18個評價指標進行空間主成分分析，根據(jù)主成分的累積貢獻率達到85%以上確定7個主成分(表3)。在完成空間主成分分析的基礎上，進一步計算生態(tài)脆弱性指數(shù)(EVI)[51- 54]：

EVI=r1Y1+r2Y2+r3Y3+…rnYn

(3)式中，EVI為生態(tài)脆弱性指數(shù)，Yi為第i個主成分；ri為第i個主成分相應的貢獻率。其中貢獻率計算方法如下：

(4)

式中，ri為第i個主成分的貢獻率；λi為第i個主成分的特征值。

2.5 生態(tài)脆弱性分級及生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)

為了便于EVI的度量和比較，對其進行標準化處理[55- 56]。標準化計算方法如下：

(5)

式中，Si為第i年生態(tài)脆弱性指數(shù)的標準化值，變化范圍為0—10；EVIi為第i年生態(tài)脆弱性指數(shù)的實際值；EVImax為多年生態(tài)脆弱性指數(shù)的最大值；EVImin為多年生態(tài)脆弱性指數(shù)的最小值。

在EVI標準化的基礎上，參照國內外已有的生態(tài)脆弱性評價研究的評價標準[6,22,55- 58]，并根據(jù)研究區(qū)的具體特征，將三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性劃分為5個等級，分別為微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和極度脆弱(表4)。

表3 各主成分的特征值，貢獻率和累計貢獻率Table 3 Eigenvalue, contribution rate and accumulated contribution rate of principal components

表4 三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性分級標準Table 4 Classification criterion of ecological vulnerability in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality

使用定量的綜合性指數(shù)能夠更加直觀的表示生態(tài)脆弱性狀態(tài)。采用乘算模型對生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)(EVSI)進行求算，計算方法如下[53- 54]：

(6)

式中,EVSI為生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)；Pi為第i類脆弱性等級值；Ai為第i類脆弱性面積；S為區(qū)域總面積。

2.6 變化斜率法

變化斜率法是對一組隨時間變化的變量進行回歸分析，預測其變化的趨勢。本研究利用變化斜率法模擬生態(tài)脆弱性的年際變化，即利用最小二乘法對逐個柵格EVI值與時間進行回歸擬合[59- 60]，其斜率計算公式如下：

(7)

式中，X為變化斜率；n為時間年數(shù)；EVIi為第i年的生態(tài)脆弱性指數(shù)值。斜率為正，表明生態(tài)脆弱性指數(shù)呈增加趨勢；斜率為負，表明生態(tài)脆弱性指數(shù)呈降低趨勢。變化趨勢顯著性檢驗采用F檢驗，統(tǒng)計量計算如下：

(8)

3 研究結果

3.1 生態(tài)脆弱性時空分布特征

三峽庫區(qū)(重慶段)2001—2010年生態(tài)脆弱性指數(shù)(EVI)標準化平均值為4.23±1.29，總體處于中度脆弱。研究區(qū)生態(tài)脆弱性空間分布特征明顯，呈現(xiàn)西高東低的格局(圖3)。極度脆弱主要集中在以渝中為中心的城市核心區(qū)；重度脆弱主要分布于主城區(qū)、涪陵、長壽、江津以及萬州等地；中度脆弱廣泛分布于庫區(qū)中部地帶；輕度脆弱主要分布于東北部和東南部；微度脆弱集中分布于巫溪、巫山等部分地區(qū)。

圖3 2001—2010年三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性空間分布Fig.3 Spatial distribution of ecological vulnerability in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality from 2001 to 2010

通過統(tǒng)計不同脆弱性等級面積，計算得到2001—2010年三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)(EVSI)(圖4)，結果顯示：EVSI最低值為2.37出現(xiàn)在2002年，隨后EVSI值逐年遞增，到2008年達到10年間的最高值2.99，2009—2010年EVSI值有所降低。

圖4 2001—2010年三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性綜合指數(shù) Fig.4 Ecological vulnerability synthetic index (EVSI) in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality from 2001 to 2010

根據(jù)生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)(EVSI)的多年平均值，進一步比較三峽庫區(qū)(重慶段)各區(qū)縣生態(tài)脆弱性的差異(圖5)發(fā)現(xiàn)，EVSI>3.5的區(qū)縣包括渝中、沙坪壩、江北、九龍坡、南岸、大渡口、渝北和北碚，2.5

圖5 三峽庫區(qū)(重慶段)各區(qū)縣多年平均生態(tài)脆弱性綜合指數(shù) Fig.5 Mean value of ecological vulnerability synthetic index (EVSI) from 2001 to 2010 in all counties of the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality

3.2 變化趨勢分析

通過EVI序列回歸擬合的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，2001—2010年間，占總面積87.77%的區(qū)域EVI變化斜率為正，即EVI呈增加趨勢；12.23%的區(qū)域EVI變化斜率為負，即EVI呈降低趨勢(圖6A)。F檢驗結果(圖6B)表明：EVI顯著增加(X>0，P≤0.05)的區(qū)域占總面積的20.35%，主要集中在主城區(qū)、長壽、涪陵、江津、萬州和開縣等地；EVI顯著降低(X<0，P≤0.05)的區(qū)域占全區(qū)的2.54%，主要分布于巫溪、巫山部分地區(qū)。

圖6 三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性指數(shù)的變化趨勢(A)及顯著性檢驗(B) Fig.6 Inter-annual trend of ecological vulnerability index (EVI) (A) and significant test (B) in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality 1：渝中；2：大渡口；3：江北；4：沙坪壩；5九龍坡；6：南岸；7：北碚

4 分析與討論

4.1 生態(tài)脆弱性驅動因子

主成分分析受人為主觀干擾少，客觀性強，少數(shù)幾個主成分能夠綜合存在于眾多原始指標中的各類信息，并且能夠突出反映影響評價結果的主要指標[61]。本研究利用空間主成分分析方法提取累計貢獻率達到85%以上的前7個主成分計算得到生態(tài)脆弱性指數(shù)(EVI)。盡管2001—2010年間不同年份的各個主成分對原始指標變量的解釋能力不完全相同，但是在權重較大的前3個主成分存在普遍規(guī)律：第1主成分中，城鎮(zhèn)生活廢水排放量和城鎮(zhèn)生活垃圾排放量的貢獻較大；第2主成分中，土壤侵蝕強度的貢獻遠大于其他指標；第3主成分中，植被覆蓋度、植被凈初級生產力和土地覆蓋類型的貢獻較大。同時其他指標因子對庫區(qū)生態(tài)脆弱性造成不同程度的影響，但是各指標存在年份差異，所以在主成分中的表達有所不同。例如2006年的年降水量距平、高溫季節(jié)溫度和人均水資源量指標在所提取的主成分中的貢獻量相比其他年份均較高，這可能是2006年川渝地區(qū)遭遇百年一遇的特大旱災，氣溫異常偏高，降水量顯著偏少[62- 63]，年降水量距平、高溫季節(jié)溫度和人均水資源占有量指標的變異程度增加，主成分對其解釋性更強。從總體上來看，三峽庫區(qū)生態(tài)脆弱性的形成和發(fā)展是一個動態(tài)過程，是人類活動與自然環(huán)境相互作用的結果，其中城市生活污染、水土流失、植被狀態(tài)等為主要的驅動因子。

4.2 生態(tài)脆弱性時空分布

從時間維度來看，以2003年三峽大壩下閘蓄水為分水嶺，蓄水前后三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)(EVSI)差異明顯。蓄水前2002年EVSI值2.37為10年間的最低值，生態(tài)脆弱性相對處于較低水平，此階段自然環(huán)境沒有出現(xiàn)重大變化，庫區(qū)經濟處于調整期，很多工廠企業(yè)開工不足，污染排放量相對較少，并且2002年實施的清庫工作使之前產生的污染在一定程度上得到了緩解，生態(tài)系統(tǒng)結構功能沒有受到較大的外界干擾。蓄水后EVSI值逐年遞增，2008年EVSI值達到研究時段內最高值2.99。自然和人為脆弱因子隨水庫的形成而發(fā)生明顯變化，一系列連鎖的生態(tài)和社會效應導致生態(tài)脆弱性的加劇。三峽水庫水位周期性變化，在庫岸形成垂直落差達30m的水庫消落帶，庫岸植被和土壤結構遭到破壞，水土流失加劇[64]。水庫蓄水淹沒大量庫岸土地，耕地面積持續(xù)減少，移民安置遷建，人工建設用地規(guī)模不斷增長，加劇了土地利用/土地覆被變化[65]。2003—2008年也是三峽庫區(qū)(重慶段)社會、經濟高速發(fā)展的時期，2008年末三峽庫區(qū)總人口2068.02萬人，為近10年來人口數(shù)量的高峰。庫區(qū)粗放的發(fā)展模式大多是以犧牲自然環(huán)境為代價，城市規(guī)模無序擴張，污染排放量持續(xù)增加，環(huán)境破壞尤為嚴重。生態(tài)系統(tǒng)受到外界干擾的強度不斷升級，自身協(xié)調能力下降，表現(xiàn)出極強的脆弱性。2009—2010年，EVSI值略微有所下降，政府主導的生態(tài)建設和恢復措施對生態(tài)脆弱性的減弱發(fā)揮了關鍵作用。在消落帶等重點區(qū)域實施的生態(tài)治理項目、長期堅持的長江中上游防護林體系建設項目、退耕還林(草)等生態(tài)工程已初現(xiàn)成效，自然植被生長環(huán)境得到改善，大于25°的坡耕地持續(xù)減少，庫區(qū)土地墾殖強度降低，緩解了庫區(qū)水土流失壓力，農業(yè)面源污染強度也隨之降低。在城市污染控制方面同樣取得一定效果，重慶段工業(yè)廢水排放量從2008年的5.36億t大幅減小至2010年的2.83億t。另外，環(huán)境庫茲尼茨曲線表明環(huán)境壓力與經濟增長呈“倒U型”曲線關系[66]。隨著庫區(qū)經濟水平的提高，2010年三峽庫區(qū)人均GDP已達到20393元，已經進入環(huán)境庫茲尼茨曲線的拐點區(qū)，人類愈發(fā)意識到環(huán)境保護的重要性，開始加大對生態(tài)建設和保護的投入，庫區(qū)生態(tài)脆弱性隨著生態(tài)系統(tǒng)的恢復改善而逐漸減弱。

研究時段內生態(tài)脆弱性的空間分布格局呈西高東低的特征(圖3和圖5)。高度脆弱的地區(qū)多為庫區(qū)傳統(tǒng)發(fā)達城市區(qū)，城鎮(zhèn)化水平高，人口密集，城市建設用地面積大，綠地面積嚴重不足，而且人類經濟活動帶來的污染負荷極大，庫區(qū)主要工業(yè)產業(yè)集中分布于此，80%以上的生活污水和垃圾排放來源于重慶主城區(qū)、萬州、涪陵、長壽、江津等地，是庫區(qū)環(huán)境破壞最為劇烈的區(qū)域。低度脆弱的東北片區(qū)和東南片區(qū)，雖然在地表起伏度、坡度、土壤侵蝕強度等指標處于劣勢，但是正因其地理條件的限制，該區(qū)人口密度小，人為干擾強度較低，植被覆蓋狀況良好，水資源豐富，一定程度上減緩了其生態(tài)脆弱性。

4.3 生態(tài)脆弱性變化趨勢

本研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)脆弱性顯著增加的區(qū)域多是重度和極度脆弱類型，而生態(tài)脆弱性顯著降低的區(qū)域多屬于微度脆弱類型(圖3和圖6B)，這表明2001—2010年三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)脆弱性呈現(xiàn)兩極化趨勢，即高度脆弱地區(qū)脆弱性顯著增強，低度脆弱地區(qū)脆弱性明顯減弱。生態(tài)脆弱性出現(xiàn)兩極化的原因主要是高度脆弱地區(qū)是庫區(qū)人類活動最為劇烈的城市區(qū)，城市生態(tài)系統(tǒng)結構和功能單一，穩(wěn)定性差，抗外界干擾能力不強，在高強度的外界干擾下，生態(tài)系統(tǒng)短時間內難以適應，其內部平衡易于失調，呈現(xiàn)出大幅退化的趨勢，并且該區(qū)生態(tài)問題復雜，恢復難度極大。與之相反，低度脆弱地區(qū)則多位于人跡稀少的山區(qū)，受人為干擾影響較小，生態(tài)系統(tǒng)尚處于自然狀態(tài)，自我恢復能力強，隨著三峽庫區(qū)水保綠化、生態(tài)修復工作大面積展開，生態(tài)系統(tǒng)開始趨于正向演替。

研究還發(fā)現(xiàn)有77.11%的區(qū)域生態(tài)脆弱性不存在顯著的增減趨勢，并且其中絕大部分屬于中度脆弱，由此表明三峽庫區(qū)(重慶段)大多數(shù)區(qū)域的生態(tài)脆弱性正處于中間過渡的重要階段。這就意味著，如果能夠減少對這一地區(qū)負面的人為干擾，采取積極有效的生態(tài)修復和保護措施，那么三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)系統(tǒng)狀況將會逐漸好轉，生態(tài)脆弱性也將趨于減弱；反之，如果對出現(xiàn)的生態(tài)與環(huán)境問題沒有引起足夠重視，加劇對生態(tài)系統(tǒng)的破壞，那么生態(tài)系統(tǒng)狀況極易惡化，生態(tài)脆弱性則將趨于增強。

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Dynamic evaluation of ecological vulnerability in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality, China

MA Jun1,2, LI Changxiao1,*, WEI Hong1, MA Peng1, YANG Yujing1, REN Qingshui1, ZHANG Wen1,3

1KeyLaboratoryofEco-environmentintheThreeGorgesReservoirRegionoftheMinistryofEducation,CollegeofLifeSciences,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China;

2YunnanSocietyofEnvironmentalScience,Kunming650032,China

3PanlongPrimarySchool,Kunming650051,China

Global change and human disturbance have significantly influenced the eco-environments on which humankind depends, and have increased the ecological vulnerability of these environments. The vulnerability of the eco-environment in the Three Gorges Reservoir Region has been a great concern in recent years. This region plays an important role in the ecological function of the upper reaches of the Yangtze River, China; yet, it is subject to intensive human disturbance, making it particularly vulnerable, especially the areas in Chongqing Municipality where the economy is in a rapid development. Spatially explicit ecological vulnerability assessment has been regarded as one of the significant tools for ecological restoration and protection for many years. This study quantitatively evaluated ecological vulnerability in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality from 2001 to 2010 through the use of remote sensing (RS) and geographical information system (GIS) techniques. The ecological vulnerability distribution and its dynamics over the decade were analyzed, in addition to the factors that drive ecological vulnerability dynamics, after the establishment of an evaluation system. The evaluation system contained 18 indicators (including natural and anthropogenic factors), based on the Pressure-State-Response (PSR) frame model, which emphasizes both the natural quality of ecosystem health and the integration between these natural qualities and human attributes. Using spatial principal component analysis (SPCA), the ecological vulnerability index (EVI) in different years in the study region was then calculated, followed by standardization. The standardized EVI value was classified into five levels (negligible, light, medium, strong, and extreme), based on equal interval classification. Using the different ecological vulnerability levels over the study decade, the ecological vulnerability synthetic index (EVSI) in the area was calculated. The results showed that from 2001 to 2010, the ecological vulnerability in the study area was at a medium level, and that it showed a noticeable spatial distribution pattern. The strongly and extremely vulnerable areas were mainly distributed in the central and western parts of the study region, while the negligible and lightly vulnerable areas were located in the northeastern and southeastern parts of the study region. The EVSI value changed significantly inter-annually, with a minimum of 2.37 in 2002 and a maximum of 2.99 in 2008. The EVSI value continuously increased after the impoundment of the Three Gorges Reservoir in 2003, and decreased after 2008. In addition, ecological vulnerability in the study region was caused by interactions between natural and anthropogenic factors, in which urban residential pollution, soil erosion, and vegetation condition were the most important factors. There was also a spatial trend of polarization in the ecological vulnerability. In the seriously fragile regions, eco-environmental conditions declined whereas eco-environmental conditions gradually improved in mildly fragile regions.

Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality; ecological vulnerability; Pressure-State-Response (PSR); spatial principal component analysis (SPCA)

重慶市自然科學基金重點項目(CSTC2013JJB00004)；國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201004039)；留學回國人員科研啟動基金項目(教外司留[2010-1561])；中央高校基本科研業(yè)務費專項資金(XDJK2013A011)

2013- 09- 25;

日期:2015- 04- 14

10.5846/stxb201309252364

*通訊作者Corresponding author.E-mail:lichangx@swu.edu.cn

馬駿，李昌曉，魏虹，馬朋，楊予靜，任慶水，張雯.三峽庫區(qū)生態(tài)脆弱性評價.生態(tài)學報,2015,35(21):7117- 7129.

Ma J, Li C X, Wei H, Ma P, Yang Y J, Ren Q S, Zhang W.Dynamic evaluation of ecological vulnerability in the Three Gorges Reservoir Region in Chongqing Municipality, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(21):7117- 7129.