常中兵, 秦 奮,2, 韓志剛,2, 盧 艷, 余玉洋

(1.河南大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 河南 開(kāi)封 475004; 2.黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河南 開(kāi)封 475004)

基于RS和GIS的河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

常中兵1, 秦 奮1,2, 韓志剛1,2, 盧 艷1, 余玉洋1

(1.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,河南開(kāi)封475004; 2.黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南開(kāi)封475004)

[目的] 揭示近年來(lái)河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化特征，為生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)、保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。 [方法] 以多源、多時(shí)相數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范和模型方法，采用1 km格網(wǎng)作為評(píng)價(jià)單元，提取生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫、污染負(fù)荷5個(gè)指標(biāo)，來(lái)計(jì)算生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總指數(shù)，定量評(píng)估河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化。 [結(jié)果] (1) 河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以“一般”為主，其所占比例接近80%，其他類(lèi)型面積較少，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的基本空間分布格局明顯受地形地貌、土地利用及區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略影響； (2) 2000—2013年，河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量年際間變化較小，呈現(xiàn)出“單峰型”的變化特征，但生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為較差和優(yōu)、良的區(qū)域面積都有所增長(zhǎng)； (3) 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化與區(qū)域發(fā)展關(guān)系密切，13 a來(lái)，河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體上存在微弱變差趨勢(shì)，變差區(qū)域在空間上由中西部向東南部遷移，主要與城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張有關(guān)。 [結(jié)論] 基于1 km格網(wǎng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法更能反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境空間特征及影響因素。為了持續(xù)提升研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略必須要與生態(tài)文明建設(shè)相協(xié)調(diào)。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量; 動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià); RS/GIS; 河南省

文獻(xiàn)參數(shù)： 常中兵, 秦奮, 韓志剛, 等.基于RS和GIS的河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(4)：132-137.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.022； Chang Zhongbing, Qin Fen, Han Zhigang, et al. Dynamic evaluation of eco-environmental quality in He’nan Province based on RS and GIS[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(4)：132-137.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.022

生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)賴以生存發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類(lèi)活動(dòng)影響其所在的生態(tài)環(huán)境變化，反過(guò)來(lái)生態(tài)環(huán)境狀況的好壞直接關(guān)系著人類(lèi)福祉和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的能力。目前，人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展在全球或國(guó)家尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生各種生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如森林退化、水污染和水資源短缺等，阻礙了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，威脅著人類(lèi)健康。因此，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量、把握其演化規(guī)律逐步成為改善目前生態(tài)環(huán)境狀況，建設(shè)生態(tài)文明所關(guān)注的熱點(diǎn)[1]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)構(gòu)建了一系列模型方法。國(guó)外研究主要從理論出發(fā)構(gòu)建各種模型和環(huán)境指數(shù)，代表性的有“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”模型[2]、環(huán)境可持續(xù)指數(shù)(environmental sustainability index， ESI)[3]、復(fù)合環(huán)境指數(shù)(composite environment Index， CEI)[4-5]、環(huán)境績(jī)效指數(shù)(environment performance index， EPI)[6]和環(huán)境健康指數(shù)(environmental health index， EHI)[7-8]等。國(guó)內(nèi)研究主要集中在構(gòu)建綜合指數(shù)，對(duì)不同行政單元的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)[9-12]。目前生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的類(lèi)型[13-14]、方法[15-16]和對(duì)象[17]已經(jīng)涉及到各個(gè)方面，生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)已經(jīng)從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從單一指標(biāo)體系到綜合指標(biāo)體系、從單一空間尺度向多空間尺度方向發(fā)展，這些模型和方法為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究提供了科學(xué)指導(dǎo)。但是，由于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性和多變性，整合多源信息進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)仍存在一定的困難[18]。在指標(biāo)構(gòu)建上大多研究雖涉及到各種生態(tài)環(huán)境因子，但普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)理論框架、指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法需要進(jìn)一步深入研究[19]，此外當(dāng)評(píng)價(jià)區(qū)域或時(shí)間尺度發(fā)生變化時(shí)，評(píng)價(jià)方法的適用性受到質(zhì)疑，不便于同一地區(qū)不同時(shí)段或不同地區(qū)之間進(jìn)行比較。鑒于此，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局2006年發(fā)布并于2015年修訂《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ192-2015)》，明確指出采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。以此為基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在各個(gè)方面開(kāi)展了大量的實(shí)證研究[20-22]。然而，目前關(guān)于河南省生態(tài)環(huán)境狀況的研究，一方面基于規(guī)范的綜合評(píng)價(jià)分析較少，研究?jī)?nèi)容主要側(cè)重于生態(tài)安全、生態(tài)承載力等單一生態(tài)環(huán)境要素[23-24]，部分綜合研究主要偏重農(nóng)村、礦區(qū)等方面[25-26]；另一方面對(duì)河南省生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)研究也少有涉及。

河南省自然條件具有明顯的過(guò)渡特征，地貌類(lèi)型多、氣候變化復(fù)雜，使得其自然生態(tài)環(huán)境比較脆弱、生態(tài)承載能力比較低。隨著國(guó)家“中原崛起”和“中原經(jīng)濟(jì)區(qū)”戰(zhàn)略的實(shí)施及工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，河南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平迅速提高的同時(shí)，也造成了資源開(kāi)發(fā)利用方式粗放及環(huán)境污染等問(wèn)題，這給本就脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；诖?，本文以生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范為評(píng)價(jià)模型，采用1 km格網(wǎng)作為評(píng)價(jià)單元，對(duì)河南省2000—2013年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，旨在揭示生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化特征，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況及其變化態(tài)勢(shì)，為生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)、保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省位于中國(guó)中東部、黃河中下游，地理坐標(biāo)介于北緯31°23′—36°22′、東經(jīng)110°21′—116°39′，處于我國(guó)第2階梯和第3階梯的過(guò)渡地帶。地貌類(lèi)型分為豫西、南部山地丘陵盆地區(qū)和豫東平原區(qū)，地勢(shì)自西向東由中山、低山、丘陵過(guò)渡到平原，呈階梯狀下降，山地、丘陵、平原分別占26%，18%和56%。河南省屬于大陸性季風(fēng)氣候，降水在季節(jié)、年際、空間上分布很不均勻，年降水量空間分布自南向北遞減，全省由南向北年均降水量為1 380.6～532.5 mm，年均溫度為15.7～12.1 ℃。土地利用以耕地為主，占全省面積的60%以上，其次為林地和建設(shè)用地。在全國(guó)生態(tài)區(qū)劃中，河南省屬于東部濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)生態(tài)大區(qū)[27]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

所用數(shù)據(jù)分為2000，2005，2010和2013年4個(gè)時(shí)期，主要包括：河南省1∶10萬(wàn)土地利用數(shù)據(jù)集，來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)—黃河下游科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥henu.data.ac.cn)；250 m分辨率MODIS NDVI 16 d合成數(shù)據(jù)，來(lái)源于NASA LAADS網(wǎng)站；水資源量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來(lái)源于河南省水利廳公布的水資源公報(bào)；站點(diǎn)月值降雨數(shù)據(jù)，來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)；90 m分辨率SRTM DEM數(shù)據(jù)，來(lái)源于中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站；環(huán)境污染統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來(lái)源于河南省環(huán)境保護(hù)廳公布的環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)。

1.3 研究方法

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是指生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣程度，從適宜人類(lèi)生存和發(fā)展的角度，可以把生態(tài)環(huán)境分為生物資源、水資源、土地資源、氣候資源等。在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，以自然條件為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。在自然條件方面，生態(tài)系統(tǒng)多樣性為人類(lèi)提供基本的環(huán)境，直接影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，使用植被覆蓋指數(shù)反映區(qū)域的生態(tài)生產(chǎn)能力，生物豐度指數(shù)反映區(qū)域生態(tài)功能的支撐能力。在人類(lèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響方面，使用土地脅迫指數(shù)和污染負(fù)荷指數(shù)衡量人類(lèi)發(fā)展導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)退化過(guò)程，是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)受外界脅迫程度的整體反映。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ192-2015)》，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)綜合指數(shù)(生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)， EI)來(lái)反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體狀態(tài)，指標(biāo)體系由生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫和污染負(fù)荷5個(gè)分指數(shù)加權(quán)而得(表1)。

表1 各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重表

IE= 0.35IB+0.25IV+0.15IW+

0.15×(100-IL)+0.10×(100-IP)

(1)

式中：IE——生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)；IB——生物豐度指數(shù)；IV——植被覆蓋指數(shù)；IW——水網(wǎng)密度指數(shù)；IL——土地脅迫指數(shù)；IP——污染負(fù)荷指數(shù)。

生物豐度指數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)研究區(qū)域內(nèi)生物的豐貧程度，利用土地利用數(shù)據(jù)求得：

IB=Abio(0.35S1+0.21Sc+0.28Ss+

0.11Sg+0.04Sj+0.01Sw)/S

(2)

式中：IB——生物豐度指數(shù)；Abio——?dú)w一化系數(shù)；Sl，Sc，Ss，Sg，Sj，Sw——林地、草地、水域、耕地、建設(shè)用地和未利用地面積(km2)；S——區(qū)域面積(km2)。

植被覆蓋指數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)研究區(qū)域內(nèi)植被覆蓋的程度，利用MODIS NDVI數(shù)據(jù)求得：

(3)

式中：IV——植被覆蓋指數(shù)；Aveg——?dú)w一化系數(shù)；Pi——5—9月象元NDVI月最大值均值；n——區(qū)域象元數(shù)。

水網(wǎng)密度指數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)研究區(qū)域內(nèi)水的豐富程度，利用河流長(zhǎng)度、水域面積和水資源量求得：

IW=(Ariv·Sriv+Alak·Slak+Ares·Sres)/S/3

(4)式中：IW——水網(wǎng)密度指數(shù)；Ariv，Alak，Ares——?dú)w一化系數(shù)；Sriv，Slak，Sres——河流長(zhǎng)度(m)、水域面積(km2)和水資源量(107m3)；S——區(qū)域面積(km2)。

土地脅迫指數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)研究區(qū)內(nèi)土地質(zhì)量遭受脅迫的程度，利用土壤侵蝕和建設(shè)用地面積等數(shù)據(jù)求得：

IL=Aero×(0.4Sero1+0.2Sero2+

0.2Scons+0.2Setc)/S

(5)

式中：IL——土地脅迫指數(shù)；Aero——?dú)w一化系數(shù)；Sero1，Sero2，Scons，Setc——重度侵蝕、中度侵蝕、建設(shè)用地和其他土地脅迫面積(km2)；S——區(qū)域面積(km2)。

污染負(fù)荷指數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)研究區(qū)域內(nèi)所承受的環(huán)境污染壓力，使用化學(xué)需氧量、二氧化硫和煙粉塵數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：

IP= 0.4ACOD·ECOD/P+0.4ASO3·

ESO2/S+0.2AYFC·EYFC/S

(6)

式中：IP——污染負(fù)荷指數(shù)；ACOD，ASO2，AYFC——?dú)w一化系數(shù)；ECOD，ESO2，EYFC——化學(xué)需氧量(t)、二氧化硫排放量(t)和煙粉塵排放量(t)；P——區(qū)域年降水量(mm)；S——區(qū)域面積(km2)。

1.3.2 評(píng)價(jià)單元與歸一化系數(shù) 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)多以省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃為單元，由于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性、地域性，這種以大中尺度地理區(qū)域?yàn)閱卧脑u(píng)價(jià)存在一定局限，無(wú)法反映行政區(qū)劃內(nèi)部的空間差異[28]。隨著GIS與RS技術(shù)的發(fā)展，使得生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的技術(shù)方法和數(shù)據(jù)來(lái)源不斷得到進(jìn)步，評(píng)價(jià)的效率和精度也不斷提高。本文借助于GIS和RS技術(shù)，考慮到數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)量問(wèn)題，以1 km格網(wǎng)為基本評(píng)價(jià)單元，對(duì)河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

由于各分指數(shù)原始數(shù)據(jù)單位上存在差異，不便于進(jìn)行綜合計(jì)算來(lái)獲取總指數(shù)值，因此需要對(duì)各分指數(shù)進(jìn)行歸一化處理。評(píng)價(jià)單元的改變，使得原規(guī)范中的歸一化系數(shù)不再適用，為便于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)年際間比較，對(duì)各指數(shù)的歸一化系數(shù)進(jìn)行修正。根據(jù)2000—2013年河南省歸一化處理之前的各指數(shù)值，計(jì)算2000—2013年度歸一化系數(shù)的平均值作為各指數(shù)歸一化系數(shù)的參考值。

1.3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理 獲取到的多源數(shù)據(jù)包括柵格、矢量和統(tǒng)計(jì)多種格式和尺度，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)的精度評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)化處理。對(duì)于土地利用數(shù)據(jù)，在內(nèi)業(yè)建立解譯標(biāo)志庫(kù)的基礎(chǔ)上，依靠高分影像與野外實(shí)地驗(yàn)證相結(jié)合的方式，對(duì)未達(dá)到抽樣精度90%的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新修正。為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在計(jì)算各分指數(shù)時(shí)，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)采用矢量數(shù)據(jù)屬性信息無(wú)損柵格化方法進(jìn)行處理，對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用層次分析法進(jìn)行格網(wǎng)化，對(duì)NDVI和土壤侵蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，最終形成1 km格網(wǎng)數(shù)據(jù)集。

土地利用等數(shù)據(jù)為矢量格式，直接將其轉(zhuǎn)換為柵格格式會(huì)造成精度的損失。為保證評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性，借鑒矢量數(shù)據(jù)屬性信息無(wú)損柵格化的方法，在計(jì)算生物豐度、土地脅迫等分指數(shù)時(shí)，將土地利用數(shù)據(jù)與1 km格網(wǎng)進(jìn)行疊加分析，統(tǒng)計(jì)1 km格網(wǎng)的指數(shù)值，將其轉(zhuǎn)換為1 km柵格數(shù)據(jù)。

水資源量為地市級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，無(wú)法反映行政區(qū)劃內(nèi)部的空間分布差異，需要對(duì)其進(jìn)行空間化處理。由于水資源量的分布受到氣候、地形、土地利用等因子的影響，參考雷瑩[29]等人的研究成果，選擇影響水資源分布的因素：一是距水系的距離；二是土地利用類(lèi)型，三是地形坡度。然后使用層次分析法確定各個(gè)因子的影響權(quán)重，最后通過(guò)模型計(jì)算得到格網(wǎng)化的水資源數(shù)據(jù)：

Wi=0.320Wl+0.166Ws+0.514Ww

(7)

式中：Wi——綜合權(quán)重；Wl——土地利用權(quán)重；Ws——坡度權(quán)重；Ww——水系距離權(quán)重。

河南省土壤侵蝕類(lèi)型主要為水力侵蝕，采用修正的通用土壤流失方程[30](revised universal soil loss equation， RUSLE)來(lái)獲取生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估中各個(gè)時(shí)期的土壤侵蝕數(shù)據(jù)，然后按照水利部頒布的土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其分級(jí)，其計(jì)算方式為：

A=R·K·LS·C·P

(8)

式中：A——土壤侵蝕模數(shù)〔t/(hm2·a)〕；R——降雨侵蝕力因子〔MJ·mm/(hm2·h·a)〕；K——土壤可蝕性因子〔t·hm2·h/(MJ·hm2·mm)〕；LS——坡長(zhǎng)、坡度因子，無(wú)量綱；C——植被覆蓋與管理因子，無(wú)量綱；P——水土保持因子，無(wú)量綱。

2 結(jié)果分析

2.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

根據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，得到河南省4個(gè)時(shí)期的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，然后將其分為5個(gè)級(jí)別，即優(yōu)(EI≥75)、良(55≤EI<75)、一般(35≤EI<55)、較差(20≤EI<35)和差(EI<20)，得到生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)分級(jí)圖(附圖1)，并對(duì)各個(gè)級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表2)。

2000—2013年河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體為一般，4個(gè)時(shí)期所占比例分別為79.29%，77.25%，76.61%和76.53%，這部分區(qū)域主要分布在黃淮海平原和南陽(yáng)盆地，其土地利用類(lèi)型主要為耕地。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為差和較差的面積所占比例分別為2.61%，3.20%，3.26%和4.02%，其空間分布大體與城鎮(zhèn)分布相一致，且以鄭州為中心，在京廣線沿線分布比較集中。這些區(qū)域受城鎮(zhèn)擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等人為因素影響較大，城市建設(shè)導(dǎo)致環(huán)境污染問(wèn)題突出，綠化程度較低、人為干預(yù)嚴(yán)重，部分自然生態(tài)功能喪失，其生物豐度、植被覆蓋狀況較差，土地脅迫、污染負(fù)荷狀況較為嚴(yán)重。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)、良的面積所占比例分別為18.10%，19.55%，20.13%和19.44%，這部分區(qū)域主要分布在豫西山地丘陵區(qū)，此外在西北部的太行山山地和南部的桐柏山、大別山山地均有分布，其土地利用類(lèi)型主要為林地和草地，受人為因素干擾較小。

表2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)統(tǒng)計(jì)

總體來(lái)看，近13 a來(lái)河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布格局整體上變化不大，呈現(xiàn)出向兩個(gè)相反方向變化的趨勢(shì)。一是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為較差的區(qū)域呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，2000—2013年面積增加2 294 km2，其比例也由2.61%上升到4.02%。這部分變化主要出現(xiàn)在城鎮(zhèn)擴(kuò)張區(qū)域，尤其以鄭州為中心變化最明顯。二是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)、良的區(qū)域也出現(xiàn)增加趨勢(shì)，2000—2013年面積分別增加951，1 231 km2，其構(gòu)成比例分別上升0.58%，0.76%，這部分變化主要分布在山地丘陵區(qū)，主要受這一時(shí)期林地面積增加影響較大。2000年時(shí)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)介于16.06～90.06之間，到2013年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)略微下降到15.88～87.60之間。

2.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化

為更好地分析河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)，將其變化幅度分為7個(gè)級(jí)別，即無(wú)明顯變化(|△EI|<1)、略微變好/差(1≤|△EI|<3)、明顯變好/差(3≤|△EI|<8)、顯著變好/差(|△EI|≥8)，得到4個(gè)時(shí)期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化度分級(jí)圖(附圖2)，并對(duì)各個(gè)級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表3)。

表3 河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化度統(tǒng)計(jì)

對(duì)比來(lái)看，3個(gè)時(shí)期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量無(wú)明顯變化的面積一直處于增加趨勢(shì)，其所占比例由30.30%增加到49.99%，說(shuō)明河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。2000—2013年，河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化呈現(xiàn)出單峰型分布，即無(wú)明顯變化所占比例最高，向兩側(cè)略微變好(差)、明顯變好(差)依次遞減，顯著變好(差)所占比例最低，全省各區(qū)域發(fā)生顯著變好(差)所占比例一直低于5%。

河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化在空間分布上存在遷移，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變差的區(qū)域在2000—2005年主要分布在豫西及豫中鄭州地區(qū)，2005—2010年主要分布在開(kāi)封及黃淮四市地區(qū)，到2010—2013年除南部地區(qū)信陽(yáng)存在較大比例略微變差外，其他區(qū)域主要特征為無(wú)明顯變化。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的區(qū)域在2000—2005年主要分布在豫北新鄉(xiāng)和漯河、平頂山及駐馬店地區(qū)，2005—2010年主要分布在豫西和豫北焦作、鶴壁地區(qū)，到2010—2013年變好區(qū)域在各地市所占比例都低于30%，無(wú)明顯變化特征更為顯著。近13 a來(lái)河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體上存在變差趨勢(shì)，但變化不明顯，變差區(qū)域在空間上由中西部向東南部遷移，同時(shí)變化趨勢(shì)也逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與區(qū)域發(fā)展關(guān)系密切，區(qū)域發(fā)展影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化，而生態(tài)環(huán)境變化對(duì)區(qū)域發(fā)展表現(xiàn)出滯后效應(yīng)[31]。工業(yè)化作為推動(dòng)河南省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主導(dǎo)力量，城鎮(zhèn)化建設(shè)、工業(yè)污染、工礦開(kāi)發(fā)等對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生脅迫作用。2000—2005年，河南省提出以鄭汴洛為核心區(qū)的中原城市群建設(shè)計(jì)劃，中西部地區(qū)工業(yè)化進(jìn)程加快，形成經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高水平集聚區(qū)。與之相對(duì)應(yīng)，此階段豫西和豫中鄭州地區(qū)生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)變差趨勢(shì)。2005—2010年，河南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展開(kāi)始向豫東南傾斜，支持黃淮4市加快工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程，此階段生態(tài)環(huán)境變差區(qū)域遷移到開(kāi)封及黃淮4市地區(qū)。2005年以后，河南省先后提出生態(tài)省建設(shè)規(guī)劃，采取退耕還林、天然林保護(hù)、重點(diǎn)地區(qū)防護(hù)林體系建設(shè)等一系列措施，實(shí)施生態(tài)保護(hù)工程，構(gòu)建以“四區(qū)兩帶”為重點(diǎn)的生態(tài)功能格局。2010—2013年，河南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展達(dá)到一定水平，加之生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施，使得生態(tài)環(huán)境變差趨勢(shì)得到有效控制，全省生態(tài)環(huán)境變化趨于穩(wěn)定?？傮w來(lái)看，生態(tài)環(huán)境變差區(qū)域與區(qū)域發(fā)展重心遷移相一致，生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高是生態(tài)環(huán)境改善的主要原因，生態(tài)環(huán)境變差趨勢(shì)的控制和改善具有相對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間的滯后效應(yīng)。

3 討論與結(jié)論

(1) 基于1 km格網(wǎng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法能夠監(jiān)測(cè)行政區(qū)域單元內(nèi)部的空間分布及變化特征，更能反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響因素。

(2) 2000—2013年，河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體為一般，其所占比例一直超過(guò)75%，其他類(lèi)型所占比例不足25%，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的空間分布受地形地貌、土地利用及區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略影響比較明顯。

(3) 近13 a來(lái)河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量年際間變化不大，呈現(xiàn)出“單峰型”的變化特征，即無(wú)明顯變化所占比例最高，向兩側(cè)依次遞減。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為較差和優(yōu)、良的區(qū)域都呈增加趨勢(shì)，分別出現(xiàn)在城鎮(zhèn)擴(kuò)張區(qū)和山地丘陵區(qū)?？傮w來(lái)看，全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在略微變差的趨勢(shì)，變差區(qū)域在空間上由中西部向東南部遷移。

(4) 中原城市群建設(shè)過(guò)程中城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張等導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境略微變差，變差區(qū)域與區(qū)域發(fā)展重心的轉(zhuǎn)移相一致，而國(guó)家退耕還林等生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施是生態(tài)環(huán)境改善的主要原因。

(5) 本文以1 km格網(wǎng)為評(píng)價(jià)單元對(duì)河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究，定性分析了變化原因，今后需進(jìn)一步定量分析生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化驅(qū)動(dòng)力。

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Dynamic Evaluation of Eco-environmental Quality in He’nan Province Based on RS and GIS

CHANG Zhongbing1, QIN Fen1,2, HAN Zhigang1,2, LU Yan1, YU Yuyang1

(1.College of Environment and Planning, He’nan University, Kaifeng, He’nan 475004, China; 2.Key Laboratory of Geospatial Technology for the Middle and Lower Yellow River Regions, Ministry of Education, Kaifeng, He’nan 475004, China)

[Objective] The spatial-temporal variation of the eco-environmental quality in He’nan Province was analyzed to provide scientific bases for the monitoring, conservation and management of eco-environmental. [Methods] This paper evaluated eco-environment quality by eco-environmental quality index. The eco-environmental quality index was calculated by five indexes, which included the biological richness, vegetation coverage, water network denseness, land stress and pollution load. These indexes were calculated based on the grid-based collected multi-source and multi-temporal data, and technical criterion for eco-environmental status evaluation was also considered. [Results] (1) The main type of eco-environmental quality was “general” in He’nan Province, and it accounted for nearly 80% coverage of the whole areas, other types accounted for relatively less. The topography, land use types and regional development strategy had profound effects on the distribution of eco-environmental equality. (2) The eco-environment quality has showed a trend of reduction with small annual variation in recent years. Chronologically, it showed a unimodal distribution, showing no significant changes in the highest years, and the significant changes in the early and laters sides years. (3) The changes of eco-environmental quality were closely related to the regional development, which had showed a deterioration trend in recent 13 years. Influenced by the expansion of urban construction land, the degeneration regions had shifted from the midwestern to the southeast of He’nan Province. [Conclusion] The evaluation of eco-environmental quality based on gridding could reflect the spatial distribution characteristics and the influencing factors of regional ecological environment more distinctly. In order to improve the quality of ecological environment, regional development strategy must be coordinated with the ecological civilization construction.

eco-environmental;dynamicevaluation;RS/GIS;He’nanProvince

A

： 1000-288X(2017)04-0132-06

： X826

2016-11-07

：2016-12-23

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“黃河中游砒砂巖區(qū)抗蝕促生技術(shù)集成與示范”(2013BAC05B01); 國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目“國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)：黃河下游科學(xué)數(shù)據(jù)中心”

常中兵(1989—),男(漢族),河南省商水縣人,碩士研究生,研究方向?yàn)镚IS軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。E-mail:changzbing@gmail.com。

秦奮(1966—),男(漢族),河南省固始縣人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事GIS軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)共享與集成等方面的研究。E-mail:qinfun@126.com。