黃土丘陵礦區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)
——以晉城市長(zhǎng)河流域?yàn)槔?/h1>
2018-05-18 10:07:22張吳平畢如田王國(guó)芳劉永杰
山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年5期
劉 麗，張吳平，畢如田，王國(guó)芳，劉永杰
（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，山西太原030012）
我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，環(huán)境多樣，生態(tài)脆弱性呈現(xiàn)出分布廣、類別多、表現(xiàn)突出等特點(diǎn)[1]。提高生態(tài)脆弱區(qū)保護(hù)意識(shí)，加強(qiáng)生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)修復(fù)和治理，有利于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，發(fā)揮生態(tài)功能，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展[2]。近年來，對(duì)生態(tài)脆弱性包括理論、類型、目標(biāo)、內(nèi)容和方式等方面的研究一直是國(guó)內(nèi)外的主題[3]。李鶴等[4]研究認(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性與干擾、暴露、適應(yīng)性、敏感性、復(fù)原力和穩(wěn)定性密切相關(guān)。申元村等[5]根據(jù)區(qū)域以及成因，將我國(guó)分為一二級(jí)生態(tài)脆弱區(qū)共37個(gè)。對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的研究對(duì)象，國(guó)外學(xué)者傾向于自然系統(tǒng)的研究，而我國(guó)則呈現(xiàn)由大到小、系統(tǒng)性、多元化特點(diǎn)[6]。研究?jī)?nèi)容涉及理論發(fā)展、格局分布、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)以及對(duì)策4大方面。評(píng)價(jià)的方法則由定性和定量2種方法組成[7-17]。將3S手段與計(jì)算機(jī)相結(jié)合探討研究區(qū)時(shí)空分布與演化趨勢(shì)是生態(tài)脆弱性研究的重要方向之一[18]。目前，黃土丘陵區(qū)特別是礦區(qū)相應(yīng)的研究相對(duì)較少。長(zhǎng)河流域礦區(qū)作為黃土高原的一部分，生態(tài)環(huán)境越來越差。煤炭資源長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的開采，水土資源被嚴(yán)重破壞，區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境愈發(fā)惡劣，生態(tài)脆弱性出現(xiàn)危機(jī)。這不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅，而且會(huì)制約該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。
本研究通過建立黃土丘陵礦區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用AHP法和集對(duì)分析法評(píng)估研究區(qū)5 a的生態(tài)脆弱度并對(duì)其變化進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)氐恼咧贫ê涂沙掷m(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
區(qū)系，天然草地嚴(yán)重退化、沙化。綜合該地區(qū)原有生態(tài)以及長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模的煤炭開采等社會(huì)活動(dòng)，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境獨(dú)特。其地域突出特點(diǎn)對(duì)研究黃土丘陵礦區(qū)生態(tài)脆弱性策略選擇具有典型性和代表性。
2 數(shù)據(jù)來源
研究區(qū)位于山西省晉城市澤州縣長(zhǎng)河流域，地屬黃土高原東南邊緣，位于 35°30′～35°31′N，112°36′～112°39′E，面積 108 km2，西與陽城縣靠近，北與高平市和沁水縣相鄰，涉及到大東溝鎮(zhèn)、川底鄉(xiāng)、下村鎮(zhèn)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共48個(gè)行政村莊，煤炭資源豐富，有成莊煤礦等12個(gè)煤礦基地，交通便利，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和煤炭等工業(yè)為主。該區(qū)缺水嚴(yán)重且時(shí)空分布不均，境內(nèi)水力侵蝕嚴(yán)重，面蝕是水土流失的主要形態(tài)[19]，主要植被多屬華北植物
原始數(shù)據(jù)來源主要包括調(diào)查收集和ArcGIS軟件處理2個(gè)渠道。調(diào)查收集主要是通過收集山西省晉城市的統(tǒng)計(jì)年鑒[20]、澤州縣國(guó)土局提供資料、研究區(qū)相關(guān)煤礦資料及前人的一些研究成果；ArcGIS軟件處理主要是通過獲取的 2007，2009，2011，2013，2015年5 a的Landsat8 OLI遙感影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用ENVI和ArcGIS等軟件通過圖像融合、幾何校正、解譯處理等，提取研究區(qū)植被覆蓋率等等[21]。研究區(qū)植被覆蓋空間分布如圖1所示。
3 研究方法
3.1 脆弱性評(píng)價(jià)體系的建立
結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，以生態(tài)環(huán)境、自然資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)性4個(gè)系統(tǒng)為主，以目的性、科學(xué)性、整體性、動(dòng)態(tài)性和主導(dǎo)性5個(gè)原則為指導(dǎo)，合理選取以下16項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表 1）。
表1 研究區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定
本研究選用層次分析法將評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B、指標(biāo)層C，根據(jù)AHP標(biāo)度法對(duì)因子定量測(cè)算，形成對(duì)比判別矩陣，根據(jù)矩陣最大特征根λmax和特征向量，確定各元素的權(quán)數(shù)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性Ci檢驗(yàn)，然后把上層權(quán)重按照比例分到下層元素，從而得到每項(xiàng)因子的權(quán)重。
式中，Wi表示權(quán)重，N代表評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)，計(jì)算結(jié)果當(dāng) CR＜0.1 時(shí)，表示一致性通過；CR≥0.1 時(shí)，應(yīng)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。
3.3 脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
評(píng)估成果呈現(xiàn)生態(tài)環(huán)境脆弱程度，脆弱程度與分值的大小成正比。本研究根據(jù)分值的大小將該地區(qū)脆弱度劃分為5級(jí)（表2）。結(jié)合全國(guó)和陜北地區(qū)各類指標(biāo)的取值范圍，參照晉城市區(qū)域規(guī)劃和征詢專家見解后形成以下評(píng)價(jià)準(zhǔn)則（表3）。
表2 生態(tài)脆弱性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)以及特征
表3 研究區(qū)生態(tài)脆弱性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)
3.4 脆弱性評(píng)價(jià)方法
本研究采用集對(duì)分析法將研究區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)視為一個(gè)集對(duì)，假定有N個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中有 S，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，P 個(gè)指標(biāo)分別符合生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)等級(jí)中的微脆弱、稍脆弱、脆弱、強(qiáng)脆弱、極脆弱各等級(jí)，則其聯(lián)系度（U）表達(dá)式如下。
式中是差異度的系數(shù)；j是對(duì)立度的系數(shù)。
可簡(jiǎn)化為公式（5）。
式中，a表示同一度，c表示對(duì)立度，bm表示差異度。顯然，a值越大，bm和c值越小，脆弱性程度越輕，由此可初步分析并確定生態(tài)脆弱性等級(jí)。
由于各指標(biāo)大小對(duì)脆弱度的影響程度不同，某一指標(biāo)的超標(biāo)程度直接影響到脆弱度的整體程度，應(yīng)對(duì)它們賦予權(quán)重。可根據(jù)指標(biāo)超標(biāo)情況確定權(quán)重。
權(quán)重處理后的單項(xiàng)指標(biāo)k的聯(lián)系度uk1和N項(xiàng)指標(biāo)綜合的聯(lián)系度u綜計(jì)算公式如下。
式中，uk表示權(quán)重處理前某一逆向指標(biāo)（或正向指標(biāo)）k的聯(lián)系度，Bi（i＝0，1，2…，M-1）為每個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的聯(lián)系度的對(duì)應(yīng)項(xiàng)數(shù)據(jù)按列相加之和。則脆弱度的評(píng)價(jià)矩陣 B＝（B0，B1，B2…BM－2，BM－1），根據(jù)最大隸屬原則，最大者所對(duì)應(yīng)的脆弱性級(jí)別，即為該對(duì)象的最終脆弱性評(píng)價(jià)級(jí)別。
3.5 脆弱性驗(yàn)證
充分考慮了因子簡(jiǎn)明性和可用性，本研究采用趙躍龍[21]的方法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
式中，Pi是因子初始化之值，Wi是各因子權(quán)數(shù)，G值表示礦區(qū)脆弱度。
4 結(jié)果與分析
4.1 判別矩陣一致性分析
表4結(jié)果顯示，所有層次判別矩陣一致性均小于0.1，一致性檢驗(yàn)通過，判別矩陣結(jié)果可靠。
表4 判別矩陣一致性驗(yàn)證結(jié)果
4.2 權(quán)重結(jié)果分析
通過層次分析法得到研究區(qū)最終各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，結(jié)果如表5所示。
表5 研究區(qū)生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系權(quán)重
從表5可以看出，權(quán)重系數(shù)＞0.05的指標(biāo)一共有7個(gè)，分別為植被指數(shù)、年均降雨量、年均氣溫、人均耕地面積、原煤年均生產(chǎn)量、農(nóng)民人均收入、生產(chǎn)總值指數(shù)。植被對(duì)生態(tài)具有舉足輕重的影響，其生長(zhǎng)狀況是地區(qū)環(huán)境質(zhì)量的晴雨表，不僅能改善空氣質(zhì)量、保護(hù)水源地、而且能有效阻止土壤侵蝕，其權(quán)重較大。而年均降雨量和年均氣溫是反映研究區(qū)自然氣候條件的2個(gè)重要因子，這2個(gè)因子嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以及社會(huì)的發(fā)展，所以，這2個(gè)因子的權(quán)重較大。人均耕地面積是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，反映地區(qū)承載能力，因此，權(quán)重較大。原煤年均生產(chǎn)量代表研究區(qū)以煤炭開采為主的人為活動(dòng)，具有代表性意義，此因子的權(quán)重較大。農(nóng)民人均收入是指農(nóng)民年總收入減去收入成本，它反映了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和地區(qū)的發(fā)展，是衡量農(nóng)民生活水平的重要指標(biāo)。它影響農(nóng)民與當(dāng)?shù)丨h(huán)境之間的依賴關(guān)系，其權(quán)重較大。生產(chǎn)總值指數(shù)表示某期間地區(qū)生產(chǎn)總值的變化，是權(quán)衡當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)情況的重要指標(biāo)，所以，權(quán)重較大。
4.3 評(píng)價(jià)等級(jí)
利用集對(duì)分析法得到2007—2015年5 a生態(tài)脆弱性等級(jí)結(jié)果如表6所示。
表6 分析法研究區(qū)生態(tài)脆弱性等級(jí)
對(duì)照表7，利用公式計(jì)算研究區(qū)5 a生態(tài)脆弱度G值，結(jié)果如表8所示。
表8 研究區(qū)2007—2015年5 a的G值
將集對(duì)分析法和計(jì)算法的2種結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果列于表9。通過對(duì)比結(jié)果可知，研究區(qū)的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果與生態(tài)脆弱度計(jì)算結(jié)果的演化趨勢(shì)基本一致，評(píng)價(jià)結(jié)果可靠（表9）。
研究區(qū)2007—2015年整體呈現(xiàn)脆弱狀態(tài)，脆弱性等級(jí)最高為強(qiáng)脆弱，出現(xiàn)在2007，2009年，最低級(jí)別為稍脆弱，出現(xiàn)在2015年，研究區(qū)生態(tài)脆弱度呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)（表6），說明生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)，具體分析其原因如下。
（1）山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)期在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行煤炭開采，對(duì)水土等資源環(huán)境的破壞很明顯，從2007年開始，人們逐漸意識(shí)到了煤炭開采帶來的破壞，開始逐漸加大投資力度，進(jìn)行環(huán)境整治和土壤復(fù)墾，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)重點(diǎn)注意了生態(tài)環(huán)境，大力植樹造林，區(qū)域內(nèi)森林覆蓋率得到了提高，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)良好的好轉(zhuǎn)局面。
（2）長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的煤炭開采之下，從2007年開始相關(guān)部門逐漸意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要性，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備，提高資源開發(fā)利用率。同時(shí)，環(huán)保部門加強(qiáng)了相關(guān)整治，繼續(xù)嚴(yán)格執(zhí)行排污收費(fèi)制度，加強(qiáng)對(duì)高污企業(yè)的檢查。此外，小煤窯整治和重組工作，使污染物亂排亂放現(xiàn)象得到明顯改善。
表9 2種評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比
總的來說，研究區(qū)的生態(tài)脆弱性還是不能掉以輕心的，雖然現(xiàn)在呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì)，但形式依然不容樂觀。研究區(qū)應(yīng)進(jìn)一步加大投資力度，樹立可持續(xù)發(fā)展理念，努力實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。
5 結(jié)論
本研究通過建立晉城市長(zhǎng)河流域礦區(qū)108 km2生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)16項(xiàng)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，并得到2007—2015年5 a的地區(qū)生態(tài)脆弱性結(jié)果。研究結(jié)果表明，構(gòu)建的判別矩陣可靠，植被指數(shù)、年均降雨量等7項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重影響較大，通過分析法和計(jì)算法得到的脆弱性結(jié)果一致，研究區(qū)2007—2015年整體呈現(xiàn)脆弱狀態(tài)，脆弱性等級(jí)最高為IV級(jí)強(qiáng)脆弱，出現(xiàn)在2007，2009年，最低級(jí)別為II級(jí)稍脆弱，出現(xiàn)在2015年，研究區(qū)生態(tài)脆弱度呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)逐年好轉(zhuǎn)。建議研究區(qū)繼續(xù)貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，保持區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。
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劉 麗，張吳平，畢如田，王國(guó)芳，劉永杰
（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，山西太原030012）
我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，環(huán)境多樣，生態(tài)脆弱性呈現(xiàn)出分布廣、類別多、表現(xiàn)突出等特點(diǎn)[1]。提高生態(tài)脆弱區(qū)保護(hù)意識(shí)，加強(qiáng)生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)修復(fù)和治理，有利于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，發(fā)揮生態(tài)功能，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展[2]。近年來，對(duì)生態(tài)脆弱性包括理論、類型、目標(biāo)、內(nèi)容和方式等方面的研究一直是國(guó)內(nèi)外的主題[3]。李鶴等[4]研究認(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性與干擾、暴露、適應(yīng)性、敏感性、復(fù)原力和穩(wěn)定性密切相關(guān)。申元村等[5]根據(jù)區(qū)域以及成因，將我國(guó)分為一二級(jí)生態(tài)脆弱區(qū)共37個(gè)。對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的研究對(duì)象，國(guó)外學(xué)者傾向于自然系統(tǒng)的研究，而我國(guó)則呈現(xiàn)由大到小、系統(tǒng)性、多元化特點(diǎn)[6]。研究?jī)?nèi)容涉及理論發(fā)展、格局分布、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)以及對(duì)策4大方面。評(píng)價(jià)的方法則由定性和定量2種方法組成[7-17]。將3S手段與計(jì)算機(jī)相結(jié)合探討研究區(qū)時(shí)空分布與演化趨勢(shì)是生態(tài)脆弱性研究的重要方向之一[18]。目前，黃土丘陵區(qū)特別是礦區(qū)相應(yīng)的研究相對(duì)較少。長(zhǎng)河流域礦區(qū)作為黃土高原的一部分，生態(tài)環(huán)境越來越差。煤炭資源長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的開采，水土資源被嚴(yán)重破壞，區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境愈發(fā)惡劣，生態(tài)脆弱性出現(xiàn)危機(jī)。這不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅，而且會(huì)制約該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。
本研究通過建立黃土丘陵礦區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用AHP法和集對(duì)分析法評(píng)估研究區(qū)5 a的生態(tài)脆弱度并對(duì)其變化進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)氐恼咧贫ê涂沙掷m(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
區(qū)系，天然草地嚴(yán)重退化、沙化。綜合該地區(qū)原有生態(tài)以及長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模的煤炭開采等社會(huì)活動(dòng)，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境獨(dú)特。其地域突出特點(diǎn)對(duì)研究黃土丘陵礦區(qū)生態(tài)脆弱性策略選擇具有典型性和代表性。
2 數(shù)據(jù)來源
研究區(qū)位于山西省晉城市澤州縣長(zhǎng)河流域，地屬黃土高原東南邊緣，位于 35°30′～35°31′N，112°36′～112°39′E，面積 108 km2，西與陽城縣靠近，北與高平市和沁水縣相鄰，涉及到大東溝鎮(zhèn)、川底鄉(xiāng)、下村鎮(zhèn)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共48個(gè)行政村莊，煤炭資源豐富，有成莊煤礦等12個(gè)煤礦基地，交通便利，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和煤炭等工業(yè)為主。該區(qū)缺水嚴(yán)重且時(shí)空分布不均，境內(nèi)水力侵蝕嚴(yán)重，面蝕是水土流失的主要形態(tài)[19]，主要植被多屬華北植物
原始數(shù)據(jù)來源主要包括調(diào)查收集和ArcGIS軟件處理2個(gè)渠道。調(diào)查收集主要是通過收集山西省晉城市的統(tǒng)計(jì)年鑒[20]、澤州縣國(guó)土局提供資料、研究區(qū)相關(guān)煤礦資料及前人的一些研究成果；ArcGIS軟件處理主要是通過獲取的 2007，2009，2011，2013，2015年5 a的Landsat8 OLI遙感影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用ENVI和ArcGIS等軟件通過圖像融合、幾何校正、解譯處理等，提取研究區(qū)植被覆蓋率等等[21]。研究區(qū)植被覆蓋空間分布如圖1所示。
3 研究方法
3.1 脆弱性評(píng)價(jià)體系的建立
結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，以生態(tài)環(huán)境、自然資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)性4個(gè)系統(tǒng)為主，以目的性、科學(xué)性、整體性、動(dòng)態(tài)性和主導(dǎo)性5個(gè)原則為指導(dǎo)，合理選取以下16項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表 1）。
表1 研究區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定
本研究選用層次分析法將評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B、指標(biāo)層C，根據(jù)AHP標(biāo)度法對(duì)因子定量測(cè)算，形成對(duì)比判別矩陣，根據(jù)矩陣最大特征根λmax和特征向量，確定各元素的權(quán)數(shù)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性Ci檢驗(yàn)，然后把上層權(quán)重按照比例分到下層元素，從而得到每項(xiàng)因子的權(quán)重。
式中，Wi表示權(quán)重，N代表評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)，計(jì)算結(jié)果當(dāng) CR＜0.1 時(shí)，表示一致性通過；CR≥0.1 時(shí)，應(yīng)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。
3.3 脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
評(píng)估成果呈現(xiàn)生態(tài)環(huán)境脆弱程度，脆弱程度與分值的大小成正比。本研究根據(jù)分值的大小將該地區(qū)脆弱度劃分為5級(jí)（表2）。結(jié)合全國(guó)和陜北地區(qū)各類指標(biāo)的取值范圍，參照晉城市區(qū)域規(guī)劃和征詢專家見解后形成以下評(píng)價(jià)準(zhǔn)則（表3）。
表2 生態(tài)脆弱性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)以及特征
表3 研究區(qū)生態(tài)脆弱性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)
3.4 脆弱性評(píng)價(jià)方法
本研究采用集對(duì)分析法將研究區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)視為一個(gè)集對(duì)，假定有N個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中有 S，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，P 個(gè)指標(biāo)分別符合生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)等級(jí)中的微脆弱、稍脆弱、脆弱、強(qiáng)脆弱、極脆弱各等級(jí)，則其聯(lián)系度（U）表達(dá)式如下。
式中是差異度的系數(shù)；j是對(duì)立度的系數(shù)。
可簡(jiǎn)化為公式（5）。
式中，a表示同一度，c表示對(duì)立度，bm表示差異度。顯然，a值越大，bm和c值越小，脆弱性程度越輕，由此可初步分析并確定生態(tài)脆弱性等級(jí)。
由于各指標(biāo)大小對(duì)脆弱度的影響程度不同，某一指標(biāo)的超標(biāo)程度直接影響到脆弱度的整體程度，應(yīng)對(duì)它們賦予權(quán)重。可根據(jù)指標(biāo)超標(biāo)情況確定權(quán)重。
權(quán)重處理后的單項(xiàng)指標(biāo)k的聯(lián)系度uk1和N項(xiàng)指標(biāo)綜合的聯(lián)系度u綜計(jì)算公式如下。
式中，uk表示權(quán)重處理前某一逆向指標(biāo)（或正向指標(biāo)）k的聯(lián)系度，Bi（i＝0，1，2…，M-1）為每個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的聯(lián)系度的對(duì)應(yīng)項(xiàng)數(shù)據(jù)按列相加之和。則脆弱度的評(píng)價(jià)矩陣 B＝（B0，B1，B2…BM－2，BM－1），根據(jù)最大隸屬原則，最大者所對(duì)應(yīng)的脆弱性級(jí)別，即為該對(duì)象的最終脆弱性評(píng)價(jià)級(jí)別。
3.5 脆弱性驗(yàn)證
充分考慮了因子簡(jiǎn)明性和可用性，本研究采用趙躍龍[21]的方法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
式中，Pi是因子初始化之值，Wi是各因子權(quán)數(shù)，G值表示礦區(qū)脆弱度。
4 結(jié)果與分析
4.1 判別矩陣一致性分析
表4結(jié)果顯示，所有層次判別矩陣一致性均小于0.1，一致性檢驗(yàn)通過，判別矩陣結(jié)果可靠。
表4 判別矩陣一致性驗(yàn)證結(jié)果
4.2 權(quán)重結(jié)果分析
通過層次分析法得到研究區(qū)最終各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，結(jié)果如表5所示。
表5 研究區(qū)生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系權(quán)重
從表5可以看出，權(quán)重系數(shù)＞0.05的指標(biāo)一共有7個(gè)，分別為植被指數(shù)、年均降雨量、年均氣溫、人均耕地面積、原煤年均生產(chǎn)量、農(nóng)民人均收入、生產(chǎn)總值指數(shù)。植被對(duì)生態(tài)具有舉足輕重的影響，其生長(zhǎng)狀況是地區(qū)環(huán)境質(zhì)量的晴雨表，不僅能改善空氣質(zhì)量、保護(hù)水源地、而且能有效阻止土壤侵蝕，其權(quán)重較大。而年均降雨量和年均氣溫是反映研究區(qū)自然氣候條件的2個(gè)重要因子，這2個(gè)因子嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以及社會(huì)的發(fā)展，所以，這2個(gè)因子的權(quán)重較大。人均耕地面積是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，反映地區(qū)承載能力，因此，權(quán)重較大。原煤年均生產(chǎn)量代表研究區(qū)以煤炭開采為主的人為活動(dòng)，具有代表性意義，此因子的權(quán)重較大。農(nóng)民人均收入是指農(nóng)民年總收入減去收入成本，它反映了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和地區(qū)的發(fā)展，是衡量農(nóng)民生活水平的重要指標(biāo)。它影響農(nóng)民與當(dāng)?shù)丨h(huán)境之間的依賴關(guān)系，其權(quán)重較大。生產(chǎn)總值指數(shù)表示某期間地區(qū)生產(chǎn)總值的變化，是權(quán)衡當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)情況的重要指標(biāo)，所以，權(quán)重較大。
4.3 評(píng)價(jià)等級(jí)
利用集對(duì)分析法得到2007—2015年5 a生態(tài)脆弱性等級(jí)結(jié)果如表6所示。
表6 分析法研究區(qū)生態(tài)脆弱性等級(jí)
對(duì)照表7，利用公式計(jì)算研究區(qū)5 a生態(tài)脆弱度G值，結(jié)果如表8所示。
表8 研究區(qū)2007—2015年5 a的G值
將集對(duì)分析法和計(jì)算法的2種結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果列于表9。通過對(duì)比結(jié)果可知，研究區(qū)的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果與生態(tài)脆弱度計(jì)算結(jié)果的演化趨勢(shì)基本一致，評(píng)價(jià)結(jié)果可靠（表9）。
研究區(qū)2007—2015年整體呈現(xiàn)脆弱狀態(tài)，脆弱性等級(jí)最高為強(qiáng)脆弱，出現(xiàn)在2007，2009年，最低級(jí)別為稍脆弱，出現(xiàn)在2015年，研究區(qū)生態(tài)脆弱度呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)（表6），說明生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)，具體分析其原因如下。
（1）山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)期在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行煤炭開采，對(duì)水土等資源環(huán)境的破壞很明顯，從2007年開始，人們逐漸意識(shí)到了煤炭開采帶來的破壞，開始逐漸加大投資力度，進(jìn)行環(huán)境整治和土壤復(fù)墾，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)重點(diǎn)注意了生態(tài)環(huán)境，大力植樹造林，區(qū)域內(nèi)森林覆蓋率得到了提高，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)良好的好轉(zhuǎn)局面。
（2）長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的煤炭開采之下，從2007年開始相關(guān)部門逐漸意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要性，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備，提高資源開發(fā)利用率。同時(shí)，環(huán)保部門加強(qiáng)了相關(guān)整治，繼續(xù)嚴(yán)格執(zhí)行排污收費(fèi)制度，加強(qiáng)對(duì)高污企業(yè)的檢查。此外，小煤窯整治和重組工作，使污染物亂排亂放現(xiàn)象得到明顯改善。
表9 2種評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比
總的來說，研究區(qū)的生態(tài)脆弱性還是不能掉以輕心的，雖然現(xiàn)在呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì)，但形式依然不容樂觀。研究區(qū)應(yīng)進(jìn)一步加大投資力度，樹立可持續(xù)發(fā)展理念，努力實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。
5 結(jié)論
本研究通過建立晉城市長(zhǎng)河流域礦區(qū)108 km2生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)16項(xiàng)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，并得到2007—2015年5 a的地區(qū)生態(tài)脆弱性結(jié)果。研究結(jié)果表明，構(gòu)建的判別矩陣可靠，植被指數(shù)、年均降雨量等7項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重影響較大，通過分析法和計(jì)算法得到的脆弱性結(jié)果一致，研究區(qū)2007—2015年整體呈現(xiàn)脆弱狀態(tài)，脆弱性等級(jí)最高為IV級(jí)強(qiáng)脆弱，出現(xiàn)在2007，2009年，最低級(jí)別為II級(jí)稍脆弱，出現(xiàn)在2015年，研究區(qū)生態(tài)脆弱度呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)逐年好轉(zhuǎn)。建議研究區(qū)繼續(xù)貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，保持區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。
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