葉佳琦 李政海 張靖 鮑雅靜 劉翀 徐媛 崔立新

摘 要：為了方便烏恰縣流域生態(tài)環(huán)境的管理與規(guī)劃，通過生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的PSR模型建立了適合該區(qū)域流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，采用層次分析法確定各項(xiàng)指標(biāo)值及其權(quán)重，并通過灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)烏恰縣流域生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行預(yù)測(cè)。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明：（1）2008—2015年烏恰縣流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)總體上在不斷“惡化”，2014年退化至0.176，達(dá)到“病態(tài)”狀態(tài)；（2）根據(jù)灰色預(yù)測(cè)模型，做出該地區(qū)未來5 a的流域生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)測(cè)，分別為0.306，0.289，0.273，0.258，0.244，流域生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)，并有向病態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)，生態(tài)健康面臨的威脅越來越嚴(yán)重，急需對(duì)該區(qū)域流域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)與管理。該研究可為協(xié)調(diào)區(qū)域發(fā)展同生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系問題提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)健康；評(píng)價(jià)；流域；烏恰縣

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.04.017

Ecosystem Health Assessment and Prediction Analysis of Wuqia County Watershed

YE Jiaqi1，2， LI Zhenghai1， ZHANG Jing1， BAOYajing1， LIU Chong1， XU Yuan1， CUI Lixin1

（1. College of Environment and Resources， Dalian University for Nationalities， Dalian， Liaoning 116600， China； 2. College of Ecology and Environment， Inner Mongolia University， Hohhot， Inner Mongolia 010021， China）

Abstract： In order to facilitate the management and planning of the ecological environment in Wuqia County， the index system of ecosystem assessment for the regional watershed was established through the PSR model of ecosystem health assessment， the analytic hierarchy process was used to determine the index value and its weight， and the gray prediction model was used to forecast the ecosystem health of Wuqia County. The comprehensive evaluation results showed that the health status of the ecosystem of Wuqia County from 2008 to 2015 was ‘deteriorating gradually， and it degraded to 0.176 in 2014， reaching the ‘sick state. According to the gray prediction model， the ecological forecast of the basin in near 5 years in the future will decrease to 0.306， 0.289， 0.273， 0.258， 0.244 respectively；the river basin ecosystem will be in an unhealthy state and have a tendency to develop morbidly. The threat will be more and more serious， the regional watershed ecosystem needs for protection and management. The research provided the basis for coordinating the relationship between regional development and ecological environment.

Key words： ecosystem health； assessment； basin； Wuqia County

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)經(jīng)濟(jì)和物質(zhì)財(cái)富的需求與日俱增，全球生態(tài)危機(jī)問題日趨嚴(yán)重，人類健康與可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境基礎(chǔ)受到威脅[1]。如何有效地處理人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，在資源有限的條件下探索社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)和諧發(fā)展的問題，已引起人們的廣泛關(guān)注[2]。一般來說，一個(gè)健康的生態(tài)系統(tǒng)要滿足以下特點(diǎn)：不存在失調(diào)癥狀、具較好的自我修復(fù)與自我維持能力[3]、對(duì)鄰近的生態(tài)系統(tǒng)不產(chǎn)生危害、可支持和推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展并能保護(hù)人類健康[4-5]。

流域生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)具有完整結(jié)構(gòu)的“社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[6]。常用的流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法有生物監(jiān)測(cè)法[7-9]和指標(biāo)體系法[10-13]。其中，指標(biāo)體系法應(yīng)用最為廣泛[14]，當(dāng)前的研究多根據(jù)不同流域及評(píng)價(jià)目的建立各自的評(píng)價(jià)體系[15-17]。如應(yīng)用“狀態(tài)—壓力—響應(yīng)”（PSR）框架模型，評(píng)價(jià)紅樹林濕地[18]、濱海濕地[19]、流域[20]等生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，取得了較好的進(jìn)展，相關(guān)研究多集中在我國的東部沿海地區(qū)，對(duì)于我國西部地區(qū)尤其是民族地區(qū)的研究甚少。

烏恰縣隸屬于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州，近年來，受人類活動(dòng)以及氣候等因素的影響，出現(xiàn)植被覆蓋減少、水土流失嚴(yán)重、下游水體污染加劇等眾多生態(tài)環(huán)境問題。該區(qū)流域生態(tài)系統(tǒng)的健康與否，將會(huì)直接影響烏恰縣自然生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，并對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不可估量的影響，迫切需要從流域角度統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。為此，筆者采用PSR模型、應(yīng)用層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，評(píng)估2008—2015年該流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，并應(yīng)用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)該區(qū)的健康變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為科學(xué)協(xié)調(diào)區(qū)域資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)間的關(guān)系，促進(jìn)該流域生態(tài)系統(tǒng)健康保持良性發(fā)展，維護(hù)當(dāng)?shù)厝嗣癜簿訕窐I(yè)和長(zhǎng)治久安，促進(jìn)區(qū)域“生態(tài)文明”提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

烏恰縣地處天山南麓與昆侖山的交匯處，坐落于我國最西邊，東部與阿圖什市、疏附縣相連，南部與阿克陶縣相接，西北面與吉爾吉斯斯坦交界[21]。東西全長(zhǎng)180 km，南北寬160 km，全縣面積2.2×104 km2，人口6.1萬。境內(nèi)有克孜勒蘇河和恰克瑪克河兩大水系，地表水流量9.6×108 m3[22]。屬極度干旱的典型大陸性氣候，氣溫日、年變幅大，年平均氣溫0 ℃以下；氣候干燥，降水量少且蒸發(fā)量大。土壤以亞高山草原土、灰色森林土、山地栗鈣土、山地棕鈣土為主。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

進(jìn)行流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)時(shí)，既要考慮到流域生態(tài)功能，又要考慮其為人類提供不同生態(tài)產(chǎn)品或服務(wù)的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)功能[3，14]?？紤]到烏恰縣內(nèi)流域資料的可獲得性，結(jié)合指標(biāo)選取的科學(xué)性、系統(tǒng)性、代表性和易操作性原則[23]，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)這3個(gè)層次中依次選取了人口密度、耕地面積、NPP、NDVI、綜合彈性值、人均GDP等[24]6個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)作為生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)[25]，建立了健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。其中，人口密度、耕地面積、人均GDP等數(shù)據(jù)均采用2006—2015年烏恰縣的統(tǒng)計(jì)年鑒。NPP利用MODIS4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOD17，空間分辨率為250 m，該數(shù)據(jù)集使用BIOME-BGC模型計(jì)算陸地植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP），具有較高的精度。利用MODISMOD13Q1月最大NDVI產(chǎn)品（分辨率250 m，下載地址：http：//ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html），采用最大值合成法獲得相應(yīng)年內(nèi)的最大NDVI；綜合彈性值通過生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力大小來體現(xiàn)，按照不同的土地利用類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的貢獻(xiàn)度，依次給出不同的恢復(fù)力值。

參評(píng)指標(biāo)數(shù)據(jù)需要利用極差標(biāo)準(zhǔn)化處理將其轉(zhuǎn)化成無量綱數(shù)據(jù)，經(jīng)過極差轉(zhuǎn)換后，其值均在0～1之間，將正向和逆向指標(biāo)均轉(zhuǎn)換成正向指標(biāo)，最優(yōu)值是1，最劣值是0。

1.3 研究方法

層次分析法（AHP）通常被用以生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)[26]，此法通常分成3層，最上邊是目標(biāo)層，中間的一層是準(zhǔn)則層（指標(biāo)層），最底下則為方案層，由上往下對(duì)問題的分解反映了生態(tài)系統(tǒng)整體健康的重要性，由下往上明確最低層相對(duì)于最高層的重要程度，由此體現(xiàn)出子系統(tǒng)健康的重要層次[27]。指標(biāo)權(quán)重值如表1所示，其中壓力指標(biāo)為0.305，狀態(tài)指標(biāo)為0.568，響應(yīng)指標(biāo)為0.127。

灰色預(yù)測(cè)是指對(duì)系統(tǒng)的行為特征值發(fā)展趨勢(shì)所進(jìn)行的預(yù)測(cè)，它不但可對(duì)含有已知信息而且含有未知信息的系統(tǒng)進(jìn)行推測(cè)。徐寧等[28]曾提出一種優(yōu)化的GM（1，1）模型構(gòu)建方法?；疑A(yù)測(cè)使用的灰色建模軟件是由南京航空航天大學(xué)灰色系統(tǒng)研究所研究開發(fā)的。

2 結(jié)果與分析

2.1 烏恰縣生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)

根據(jù)已知各單因素指標(biāo)和綜合指標(biāo)的權(quán)重值，計(jì)算出烏恰縣流域2008—2015年流域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，結(jié)果如表2所示。其中：烏恰縣流域的壓力指標(biāo)（表中壓力指標(biāo)全部為負(fù)向指標(biāo)，通過反向歸一化乘以各指標(biāo)權(quán)重后，則表示值越小壓力越大）在2008年為0.305，之后呈逐年降低的趨勢(shì)，并且在2014年降為0.050，2015年略有提升至0.077，說明壓力有所減?。粻顟B(tài)指標(biāo)年際波動(dòng)幅度比較大，總體呈“降-升-降-升”的趨勢(shì)，其最高值出現(xiàn)2008年（0.383），2011年有一個(gè)小高峰（0.269），2個(gè)波谷分別為2009年和2014年，狀態(tài)指標(biāo)分別為0.055和0.060；響應(yīng)指標(biāo)則呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，從2008年的0.001逐漸漲到2015年的0.127，說明生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)能力逐年增長(zhǎng)。

將該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的狀態(tài)分級(jí)，按照分值高低0.8～1.0、0.6～0.8、0.4～0.6、0.2～0.4、0.1～0.2分成5個(gè)等級(jí)，即一級(jí)“很健康”、二級(jí)“健康”、三級(jí)“亞健康”、四級(jí)“不健康”、五級(jí)“病態(tài)”。從評(píng)價(jià)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)（表2），2008—2015年烏恰縣內(nèi)流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)總體上呈階梯狀下降。從2008年的健康狀態(tài)，經(jīng)歷不健康狀態(tài)（2009年）、亞健康狀態(tài)（2010—2013年），到2014年直接退化至病態(tài)，2015年健康的狀況雖有所好轉(zhuǎn)但仍處于不健康狀態(tài)。

2.2 烏恰縣生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)

根據(jù)2008—2015年烏恰縣流域生態(tài)系統(tǒng)的健康情況，對(duì)該流域2016—2020年可能出現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析（表3）。其中：壓力指標(biāo)從2016—2020年仍然在逐年降低，預(yù)計(jì)到2020年達(dá)到0.019；預(yù)計(jì)在2016年?duì)顟B(tài)指標(biāo)為0.153，逐漸降低到2020年的0.138；而響應(yīng)指標(biāo)繼續(xù)呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2020年增長(zhǎng)為0.222。如果按目前的情況發(fā)展下去，此區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)健康仍將不斷下滑，并最終達(dá)到病態(tài)狀況，加上日趨頻繁的人為活動(dòng)的影響，將嚴(yán)重阻礙該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的安全，甚至影響到該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)該區(qū)乃至國家的生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

3 結(jié)論與建議

本文以PSR為評(píng)價(jià)模型，結(jié)合層次分析法，構(gòu)建了烏恰縣流域生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，反映了該區(qū)域內(nèi)流域生態(tài)系統(tǒng)的健康情況。

（1）該縣總體健康狀況較差，長(zhǎng)期處于亞健康和不健康狀態(tài)，且呈下降趨勢(shì)，在2014年達(dá)到最小值0.176，呈現(xiàn)病態(tài)。

（2）預(yù)測(cè)顯示該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康面臨的威脅將越來越嚴(yán)重，健康狀況會(huì)持續(xù)惡化。

因此，若想改善該地區(qū)的生態(tài)健康狀況，必須對(duì)該區(qū)域流域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)與管理，采取相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施，包括多植樹造林以改善水土流失狀況，對(duì)周邊企業(yè)加大監(jiān)控力度，控制排污量以及污水達(dá)標(biāo)排放；加大有關(guān)生態(tài)環(huán)境保護(hù)知識(shí)的宣傳教育力度，提升該區(qū)民眾對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)意識(shí)。

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