和春蘭　趙筱青　張洪

摘要生態(tài)安全研究是可持續(xù)發(fā)展、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)及資源與環(huán)境科學(xué)等的熱點問題。為了診斷礦區(qū)流域存在的生態(tài)環(huán)境問題及生態(tài)安全狀況，以國際河流瀾滄江支流和上游分布有亞洲最大鉛鋅礦的沘江流域為研究區(qū)，基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）框架模型，構(gòu)建了4個層次、18個評價因子的指標體系；對因子進行熵權(quán)法賦權(quán)重后，運用生態(tài)安全綜合評價模型，在GIS技術(shù)的支持下以30 m×30 m精度的柵格為基本評價單元，對沘江流域內(nèi)各柵格單元及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全進行診斷。診斷結(jié)果分為非常安全、較安全、基本安全、預(yù)警、不安全和極不安全6個等級，研究結(jié)果將為保障流域生態(tài)安全提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明，2012年沘江流域的生態(tài)安全狀況整體上較好，有65.13%的流域面積處于安全狀態(tài)，中下游流域的生態(tài)安全狀況較上游礦區(qū)及其周圍區(qū)域要好，居民區(qū)與礦區(qū)周圍生態(tài)安全狀況差，占流域面積的15.34%；流域內(nèi)安全等級分布具有明顯的區(qū)域性，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中除金頂鎮(zhèn)處于不安全狀態(tài)、寶豐鄉(xiāng)處于預(yù)警狀態(tài)之外，其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均處于安全狀態(tài)。經(jīng)實地調(diào)查，研究結(jié)果與沘江流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀相吻合，人為干擾是引起流域部分區(qū)域安全狀況低下的主要原因，而在人為活動中，鉛鋅礦的開采是造成流域生態(tài)不安全的最主要原因。

關(guān)鍵詞生態(tài)安全診斷；壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型；沘江流域；鉛鋅礦開發(fā)

中圖分類號S181.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）07-256-05

Study on Diagnosis of Ecological Security in Bijiang Watershed by GIS

HE Chun-lan1， ZHAO Xiao-qing2*， ZHANG Hong1 （1.Yunnan Land and Resources Vocation College， Kunming， Yunnan 652501； 2. School of Resource & Environment and Earth Science， Yunnan University， Kunming， Yunnan 650091）

Abstract Ecological security is a hot issue of sustainable development， geography， ecology and environmental science. In order to diagnose eco-environmental problems and ecological security status of mining watershed， this article takes Bijiang watershed as the study area. Bijiang River is a branch of international Lancang river and in the upper reach of Bijiang watershed， it is the Asias largest lead-zinc mine. Based on the Pressure-State-Response （PSR） model and GIS technology， this article constructed the index system of 4 levels and 18 evaluation factors， took 30 m×30 m grid as basic evaluation unit， used ecological security comprehensive appraisal methods to diagnose the grid cells and the towns ecological security after using the entropy weight method. The diagnosis results are divided into six levels which is very safe， safer， basic security， early warning， unsafe and very unsafe. The results will provide data and scientific basis to protect watershed eco-security. The results show that： ecological security in Bijiang watershed in 2012 is good from entirety. There are 65.13% of the area is in safe condition and the ecological security of midstream and downstream is better than the upstream. The worried status of ecological security was in residential， industrial and mining area which are accounted for 15.34% of watershed area. Security level distribution in was not balanced， which has evident regional characteristics. In the townships， Jingding Town is in unsafe condition， Baofeng Town is in early warning status， and the rest of the townships are in safe condition. After the field survey， the evaluation results are coincided with the situation of Bijiang River valley now， and lead-zinc mine exploited is the most important man-made factor which caused ecological insecurity.

3.1.3生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)。

生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)反映了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為改善生態(tài)環(huán)境所作出的努力和貢獻。沘江流域生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)最小值為0.407 2，最大值為0.961 8（表4）。在沘江流域，生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)呈現(xiàn)出與社會經(jīng)濟發(fā)展成反比的態(tài)勢，由于在經(jīng)濟比較落后的地方，人為對自然的干預(yù)較小，生態(tài)環(huán)境狀況較好，而在經(jīng)濟發(fā)展較好的區(qū)域，由于人為干擾較強，生態(tài)安全狀況較差。根據(jù)實地調(diào)查顯示，雖然目前人們已經(jīng)逐步意識到了礦山開采對環(huán)境的影響，然而由于各方面的原因，當?shù)氐木用裰皇遣辉偈褂脹a江水進行生產(chǎn)、生活作業(yè)，并沒有其他實際性保護環(huán)境的行為；對于政府，由于沘江水環(huán)境污染問題突出，省政府領(lǐng)導(dǎo)專門批示要解決沘江流域水污染問題，并開展編制了《沘江流域水污染防治規(guī)劃》，對沘江流域進行污染治理。通過沘江金雞橋、石門兩個常規(guī)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)顯示，沘江水環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢，水污染的治理取得初步成效，說明了政府的參與有助于改善沘江流域生態(tài)環(huán)境狀況。

表4沘江流域單因子生態(tài)安全指數(shù)

指數(shù)分級級別生態(tài)安全壓力指數(shù)柵格數(shù)分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)柵格數(shù)分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)

生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)柵格數(shù)分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)

<0.39111 894金頂鎮(zhèn)鳳凰礦區(qū)及其周圍2 km處1 061 676包括金頂鎮(zhèn)、白石鎮(zhèn)、鄧諾鎮(zhèn)0無

0.39～0.452940 546金頂鎮(zhèn)（除礦區(qū)及其周圍2 km）0無953 533包括金頂鎮(zhèn)、寶豐鄉(xiāng)

0.45～0.553799 840包括鄧諾鎮(zhèn)、長新鄉(xiāng)0無871 013包括白石鎮(zhèn)、長新鄉(xiāng)

0.55～0.654562 383包括白石鎮(zhèn)、啦井鄉(xiāng)1 038 131包括長新鄉(xiāng)、寶豐鄉(xiāng)0無

0.65～0.755403 487檢槽鄉(xiāng)0無403 746包括檢槽鄉(xiāng)

>0.7560無605 597包括啦井鄉(xiāng)、檢槽鄉(xiāng)493 027包括鄧諾鎮(zhèn)、啦井鄉(xiāng)

注：生態(tài)安全壓力從1級到6級表征壓力從大到??；生態(tài)安全狀態(tài)從1級到6級表征生態(tài)安全的狀態(tài)從不好到好；生態(tài)安全響應(yīng)從1級到6級表征人們?yōu)楦纳粕鷳B(tài)環(huán)境所做出的努力和貢獻的少到多。

3.2基于柵格單元的生態(tài)安全綜合診斷分析

沘江流域各柵格單元綜合生態(tài)安全指數(shù)在0.320 0～0.830 0之間，具體見表5及圖2。沘江流域有65.13%的面積屬于生態(tài)安全區(qū)，包括14.91%的一級區(qū)（非常安全區(qū)）、7.51%的二級區(qū)（較安全區(qū)）及42.71%的三級區(qū)（基本安全區(qū)）。生態(tài)非常安全的區(qū)域主要分布在檢槽鄉(xiāng)，由于其自然環(huán)境狀況良好（擁有大量的森林資源和水資源），人為對環(huán)境的影響較?。ㄈ司剌^少、土地墾殖率低），因此其生態(tài)環(huán)境狀況最好；生態(tài)較安全以及基本安全的區(qū)域主要分布在流域上游的啦井鎮(zhèn)及中游的長新鄉(xiāng)、白石鎮(zhèn)和諾鄧鎮(zhèn)，由于其地勢較高、受礦區(qū)影響較小、水資源森林資源較豐富、人口密度較小，因此生態(tài)安全狀況良好。在生態(tài)安全區(qū)，生態(tài)環(huán)境功能較完善、生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定。在以后的發(fā)展過程中，應(yīng)注意維護目前的生態(tài)環(huán)境狀況，對于局部區(qū)域（生態(tài)基本安全區(qū)域）可適當采取措施進行改善，在發(fā)展經(jīng)濟的同時應(yīng)注意對森林資源以及水資源的保護、合理開發(fā)利用土地資源、對城鎮(zhèn)農(nóng)村的生產(chǎn)生活污水及垃圾予以處理，使該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保持安全狀態(tài)。

流域有19.53%的面積屬于四級區(qū)（預(yù)警區(qū)），預(yù)警區(qū)主要分布在寶豐鄉(xiāng)，由于當?shù)卮迕駥ν恋氐倪^度利用致使該區(qū)域生態(tài)安全狀況較差。在預(yù)警區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已開始退化，生態(tài)環(huán)境受到了一定的破壞，生態(tài)問題開始顯現(xiàn)，處于生態(tài)安全與不安全的臨界點。若受到人為干擾，生態(tài)環(huán)境容易惡化，轉(zhuǎn)變?yōu)椴话踩珷顟B(tài)。因此需要政府高度重視，建立生態(tài)安全預(yù)警機制，密切關(guān)注生態(tài)安全的動態(tài)變化，對于坡度較大的地方，嚴禁耕作，并植樹造林、注重水資源森林資源的保護、減少化肥使用量、合理開發(fā)利用土地，使其生態(tài)環(huán)境狀況向良好方向發(fā)展。

流域有15.34%的面積屬于生態(tài)危險區(qū)，包括11.77%的五級區(qū)（不安全區(qū)）及3.57%的六級區(qū)（極不安全區(qū)）。危險區(qū)主要分布在流域上游金頂鎮(zhèn)鳳凰山礦區(qū)及其周圍區(qū)域，造成該區(qū)域生態(tài)不安全的最主要原因是礦產(chǎn)資源的開發(fā)。在生態(tài)危險區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能不穩(wěn)定，生態(tài)已受到破壞、污染，生態(tài)環(huán)境惡劣。對于該區(qū)域，除了保護水資源、森林資源、合理開發(fā)利用土地、對城鎮(zhèn)農(nóng)村的生產(chǎn)生活污水及垃圾予以處理外，政府還需及時治理生態(tài)環(huán)境，對于采、洗、選、冶生產(chǎn)用水和廢水，應(yīng)注重污水的處理以及污水的循環(huán)利用，若要污水外排，需達標才能排放；對于采礦區(qū)，需完善廢石堆場、排土場、低品位堆場的防護設(shè)施，進行永久性坡面的穩(wěn)定化處理，防止泥石流和滑坡的發(fā)生，并及時進行土地的復(fù)墾整理。除了實施上述的治理措施之外，還應(yīng)建立監(jiān)測點和監(jiān)測斷面，對現(xiàn)有礦山開采水土保持指標以及生態(tài)恢復(fù)指標的完成情況進行跟蹤監(jiān)控，以便改善該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況。

3.3基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全診斷分析

在各柵格單元生態(tài)安全指數(shù)值的基礎(chǔ)上，用公式（4）計算得出流域內(nèi)各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全指數(shù)值，具體結(jié)果如表6所示。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全指數(shù)值在0.392 8～0.819 9之間，其中金頂鎮(zhèn)處于不安全狀態(tài)，生態(tài)安全值為0.392 8；寶豐鄉(xiāng)處于預(yù)警狀態(tài)，生態(tài)安全值為0.520 9；白石鎮(zhèn)、長新鄉(xiāng)、諾鄧鎮(zhèn)處于基本安全狀態(tài)，啦井鎮(zhèn)處于較安全狀態(tài)，檢槽鄉(xiāng)處于非常安全狀態(tài)，沒有極不安全級別的鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)，各鎮(zhèn)生態(tài)安全狀況排序為檢槽鄉(xiāng)>啦井鎮(zhèn)

>白石鎮(zhèn)>長新鄉(xiāng)>諾鄧鎮(zhèn)>寶豐鄉(xiāng)>金頂鎮(zhèn)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的

圖2基于柵格單元的沘江流域生態(tài)安全指數(shù)

表5沘江流域各柵格單元生態(tài)安全診斷結(jié)果統(tǒng)計

生態(tài)安全等級生態(tài)安全狀態(tài)評價指數(shù)柵格個數(shù)面積∥m2所占比例∥%大小次序

一級非常安全>0.75402 599362 341 256.7014.913

二級較安全0.65～0.75202 681182 406 414.007.515

三級基本安全0.55～0.651 153 0231 037 741 830.0042.711

四級預(yù)警0.45～0.55527 082474 377 628.1019.532

五級不安全0.39～0.45317 666285 910 412.1011.774

六級極不安全<0.3996 39886 747 189.843.576

生態(tài)安全狀況與森林資源量、水資源量、土地資源量、人為活動是緊密相關(guān)的，森林資源量、水資源量越充足，受人為干擾越少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境狀況越好，即自然因子指數(shù)值越大，受人類活動干擾越少，生態(tài)越安全，反之則越不安全。

表6各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全狀況

縣城鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全指數(shù)值狀態(tài)排序

蘭坪縣啦井鎮(zhèn)桃樹村掛登村0.696 3較安全2

金頂鎮(zhèn)0.392 8不安全7

云龍縣寶豐鄉(xiāng)0.520 9預(yù)警6

鄧諾鎮(zhèn)0.564 0基本安全5

檢槽鄉(xiāng)0.819 9非常安全1

白石鎮(zhèn)0.639 0基本安全3

長新鄉(xiāng)0.598 9基本安全4

4結(jié)論與討論

（1）沘江流域生態(tài)安全狀況總體呈良好態(tài)勢，流域中下游的生態(tài)安全狀況較上游好，流域安全等級的分布具有明顯的區(qū)域性。有65.13%的流域面積處于安全狀態(tài)（一級到三級），有19.53%的流域面積處于預(yù)警狀態(tài)，有15.34%的流域面積處于生態(tài)不安全狀態(tài)（五級、六級）；在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中除金頂鎮(zhèn)處于不安全狀態(tài)、寶豐鄉(xiāng)處于預(yù)警狀態(tài)之外，其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均處于安全狀態(tài)，且在居民區(qū)與礦區(qū)周圍生態(tài)安全狀況較差。

（2）該研究以柵格為基本研究單元計算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)安全數(shù)值，該方法比起以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本評價單元的評價結(jié)果更可靠。如果以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本評價單元，那么諸如NDVI、生態(tài)敏感度這些以柵格形式存在的因子就需要以鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行統(tǒng)計，誤差將增大。

（3）該研究采用熵值法確定指標權(quán)重，熵值法確定指標權(quán)重不受主觀能力的限制，減少了人為主觀性對評價過程的干擾，從而更客觀地反映各評價指標對流域生態(tài)安全狀況的貢獻率。

（4）經(jīng)實地調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，基于綜合評價模型得出的評價結(jié)果與實際情況相互吻合，礦產(chǎn)資源的開采是造成沘江流域生態(tài)不安全的重要原因。對于預(yù)警區(qū)域以及不安全區(qū)域，政府應(yīng)該采取措施加強對沘江河的治理和監(jiān)督，以保障流域的健康發(fā)展。

該研究結(jié)果僅能表明沘江流域目前的生態(tài)安全狀況。在下一步的研究工作中，需要增加過去幾個時段流域生態(tài)安全狀況，進行對比分析，探討流域生態(tài)安全的動態(tài)變化特征，

并建立流域生態(tài)安全預(yù)警數(shù)學(xué)模型，運用計算機技術(shù)，構(gòu)建生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)，用于生態(tài)安全的監(jiān)測與評估，以促進流域生態(tài)安全的保護和流域的可持續(xù)發(fā)展。

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