曹秉帥， 單 楠， 顧羊羊， 敖 文， 龐 博， 竇華山， 王文林， 鄒長(zhǎng)新*

1.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042 2.呼倫貝爾市北方寒冷干旱地區(qū)內(nèi)陸湖泊研究院， 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000 3.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所呼倫湖研究中心， 江蘇 南京 210042

呼倫湖是我國(guó)北方第一大湖泊，也是我國(guó)第五大湖泊，歷史上水域面積曾達(dá)到 2 339 km2，具有涵養(yǎng)水源、生物多樣性維護(hù)、氣候調(diào)節(jié)等重要生態(tài)系統(tǒng)功能[1]，且其生態(tài)系統(tǒng)所能提供的生態(tài)價(jià)值遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]. 然而，近20年來(lái)，隨著氣候暖干化加劇，呼倫湖流域生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出湖泊濕地面積萎縮[3-4]、草地退化[5-9]、土地沙化[10-12]、魚(yú)類(lèi)小型化[13]等生態(tài)問(wèn)題，對(duì)我國(guó)北方生態(tài)安全屏障造成威脅，不容忽視. 因此，研究呼倫湖生態(tài)安全狀況，對(duì)于補(bǔ)齊短板、精準(zhǔn)施策乃至維持區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.

生態(tài)安全評(píng)價(jià)是生態(tài)安全研究的基礎(chǔ)和前提[14]，準(zhǔn)確可靠的生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果能夠反映生態(tài)環(huán)境所存在的安全問(wèn)題及隱患[15]. 目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于湖泊的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究多集中于太湖[16]、洞庭湖[17-18]、巢湖[19]、滇池[20]等南方受人類(lèi)活動(dòng)影響較大的湖泊，評(píng)價(jià)關(guān)注的重點(diǎn)也更多在水環(huán)境〔如化學(xué)需氧量(COD)、總磷(TP)、總氮(TN)等〕、水生態(tài)(如生物多樣性指數(shù)、水華指數(shù)等)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)類(lèi)指標(biāo). 也有學(xué)者對(duì)東北湖區(qū)(山口湖流域)[21]、新疆博斯騰湖[22]等開(kāi)展了生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究，但評(píng)價(jià)指標(biāo)依然采用南方湖泊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如水質(zhì)、人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)指標(biāo)等，過(guò)于強(qiáng)調(diào)人為因素影響. 然而，以呼倫湖為代表的北方寒冷干旱區(qū)內(nèi)陸湖泊，受人類(lèi)活動(dòng)影響有限，其水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受背景值影響較大，水質(zhì)變化主要受自然因素影響，且不具備飲用水源等功能. 有研究[23]表明，呼倫湖水體COD與總有機(jī)碳濃度呈顯著正相關(guān)，表明水體有機(jī)物以含碳有機(jī)物為主，含碳有機(jī)物主要為難降解腐殖質(zhì)，主要來(lái)源于本地及河流輸入草原難分解有機(jī)物. 因此，在評(píng)價(jià)這一類(lèi)湖泊的生態(tài)安全狀況時(shí)應(yīng)“陸-湖”統(tǒng)籌，充分考慮陸域生態(tài)要素的變化對(duì)湖泊、河流生態(tài)環(huán)境的影響，而不僅是關(guān)注水體本身.

該文以“山水林田湖草沙”系統(tǒng)觀為指導(dǎo)思想，通過(guò)壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型建立涵蓋水資源、水環(huán)境、水生態(tài)及陸域生態(tài)等多要素的呼倫湖生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并基于遙感和GIS技術(shù)分別從湖泊和流域等多尺度對(duì)呼倫湖1990—2018年的生態(tài)安全格局進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為科學(xué)指導(dǎo)呼倫湖綜合治理、保障呼倫湖生態(tài)安全底線提供技術(shù)支撐.

圖1 呼倫湖流域生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型Fig.1 Ecosystem type map of Hulun Lake Basin

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾草原西部的呼倫湖流域，117°00′10″E～117°41′40″E、48°30′40″N～49°20′40″N，是我國(guó)中高緯度溫帶半干旱區(qū)數(shù)千公里內(nèi)唯一的大澤，其流域呈放射狀分布，包括呼倫湖、貝爾湖局部、烏爾遜河、克魯倫河、額爾古納河、海拉爾河、新開(kāi)河、輝河、伊敏河等主要河流及周邊沼澤地，面積約7.9×104km2. 研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型以草原、森林和濕地為主，三者分別占研究區(qū)總面積的65%、19%和9%.

圖2 呼倫湖流域生態(tài)安全影響因子及其作用機(jī)制示意[24]Fig.2 Schematic diagram of ecological security influencing factors and their mechanism in Hulun Lake Basin[24]

1.2 呼倫湖生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2.1指標(biāo)篩選原則及體系構(gòu)建

筆者通過(guò)前期調(diào)查研究初步概括了呼倫湖流域各生態(tài)安全影響因子及其相互作用(見(jiàn)圖2)[24]，并對(duì)呼倫湖生態(tài)安全問(wèn)題及其成因進(jìn)行了全面診斷，研究發(fā)現(xiàn)：①2000年以來(lái)，呼倫湖流域氣候暖干化趨勢(shì)加劇，在長(zhǎng)期超載過(guò)牧等人類(lèi)活動(dòng)壓力下，草地退化顯著，土地沙化、鹽堿化面積擴(kuò)大；②受氣候暖干化和人類(lèi)活動(dòng)的交織作用，濕地面積萎縮，水生態(tài)系統(tǒng)紊亂，藍(lán)藻水華頻發(fā)[24]. 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合指標(biāo)構(gòu)建的可操作性、系統(tǒng)性、科學(xué)性、針對(duì)性以及數(shù)據(jù)的可獲得性等原則，該研究采用通用的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(Pressure-State-Response，PSR)模型[25]，以氣候條件、人口、水資源及放牧強(qiáng)度等因素構(gòu)成壓力子系統(tǒng)；以水環(huán)境、水生態(tài)、陸域生態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與敏感性以及景觀格局等因素組成狀態(tài)子系統(tǒng)，以生態(tài)恢復(fù)措施和生態(tài)治理投入作為響應(yīng)子系統(tǒng)，共同組建呼倫湖生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(見(jiàn)表1).

1.2.2指標(biāo)權(quán)重確定原則與方法

層次分析法作為指標(biāo)賦權(quán)的常用方法，在處理難以定量分析的復(fù)雜問(wèn)題時(shí)能夠充分利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，具有一定權(quán)威性[31]，已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算中. 該研究緊密?chē)@呼倫湖水生態(tài)-水環(huán)境-水資源“三水”共生目標(biāo)，基于生態(tài)安全問(wèn)題及其成因分析結(jié)果，結(jié)合專(zhuān)家先驗(yàn)知識(shí)，采用專(zhuān)家打分法與層次分析法相結(jié)合的方式計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果如表1所示.

表1 呼倫湖流域生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Index system, index weight and standard value of ecological security assessment in Hulun Lake Basin

1.2.3指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值(閾值)確定原則

為了能夠突出呼倫湖的地域性特征，該文指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的獲取原則是：①優(yōu)先采用實(shí)地調(diào)查法；②有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；③沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行地方標(biāo)準(zhǔn)；④采用參考文獻(xiàn)中使用的標(biāo)準(zhǔn)；⑤采用往年平均值或相似區(qū)域的平均值；⑥參考類(lèi)似發(fā)達(dá)地區(qū)的水平標(biāo)準(zhǔn)或采用科學(xué)研究已判定的標(biāo)準(zhǔn). 指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)值及其依據(jù)如表1所示.

1.2.3.1氣候條件

呼倫湖流域草地植被的生長(zhǎng)受降水、溫度與人類(lèi)活動(dòng)的共同影響. 干旱氣候條件下牧草產(chǎn)量不足豐水年的70%，且隨著干旱強(qiáng)度和頻次的增加，土地沙化、裸露逐漸加重，草地植被有進(jìn)一步退化的風(fēng)險(xiǎn). 而降水少、氣溫高是干旱氣候條件的典型特征，且隨干旱程度的加大而更加明顯. 通過(guò)部門(mén)訪談與文獻(xiàn)資料調(diào)研[8,32-34]得知，呼倫湖歷史上高強(qiáng)度、高頻次干旱發(fā)生年份為1987年、1994年、2000—2012年，而受氣候暖干化影響，呼倫湖降水量2000—2012年急劇下降(見(jiàn)圖3). 將歷史上高頻干旱發(fā)生年份與降雨量急劇下降的年份進(jìn)行疊加，最終確定2000—2012年的氣候條件為對(duì)呼倫湖生態(tài)安全影響最大的時(shí)期. 因此，該研究將年降雨量、年均氣溫和年蒸發(fā)量在2000—2012年間的平均值作為其各自標(biāo)準(zhǔn)值.

1.2.3.2水資源

圖3 1981—2014年呼倫湖流域降水量和年均氣溫的變化Fig.3 The variation of precipitation and temperature in the Hulun Lake Basin from 1981 to 2014

有研究表明生態(tài)水面法能夠較為客觀地確定濕地最小生態(tài)水面面積[27]. 生態(tài)水面法認(rèn)為，對(duì)于高頻率出現(xiàn)的水面面積，是濕地適應(yīng)自然的穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)，一般其生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較為良好；而濕地最小生態(tài)水面面積是維持濕地自身存在的水面積，必然出現(xiàn)在低頻率的年份中[27]. 該文通過(guò)分析呼倫湖長(zhǎng)時(shí)間序列的水面面積數(shù)據(jù)，得到不同水面面積的頻率直方圖(見(jiàn)圖4). 可以看出，近60年呼倫湖湖面面積低于 2 036 km2的次數(shù)占比不足30%，即70%以上的時(shí)間湖面面積都維持在 2 036 km2以上，如果時(shí)間尺度擴(kuò)大，該比例會(huì)更高. 因此，以 2 036 km2水面面積作為該指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值. 采用同樣的方法，確定入湖徑流量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值為3.1×108m3.

圖4 1961—2019年呼倫湖湖面面積頻率直方圖Fig.4 Frequency histogram of Hulun Lake area from 1961 to 2019

1.3 關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源及獲取方法

1.3.1氣象數(shù)據(jù)

該文使用的降雨量和氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)自英國(guó)東英格利亞大學(xué)氣候研究所(Climatic Research Unit, CRU)全球氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品，該產(chǎn)品是基于中國(guó)氣象局和其他外部代理商每天或次日數(shù)據(jù)計(jì)算得出的每月觀測(cè)數(shù)據(jù)的每月網(wǎng)格字段，數(shù)據(jù)分辨率為0.5°×0.5°. 該研究通過(guò)獲取1990年、2000年、2010年、2015年和2018年5個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的流域逐月降水量和平均氣溫，在ArcGIS中使用柵格計(jì)算器得到逐年氣象數(shù)據(jù)(年降水量、年均氣溫)，采用IDW反距離權(quán)重插值重采樣成250 m×250 m分辨率，并根據(jù)呼倫湖流域氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證. 該文使用的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)采用中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://data.cma.cn)提供的1990年、2000年、2010年、2015年和2018年滿洲里(117°26′E、49°34′N(xiāo))、新巴爾虎右旗(116°49′E、48°40′N(xiāo))及新巴爾虎左旗(118°16′E、48°13′N(xiāo))等氣象站點(diǎn)的月均值.

1.3.2水資源、水環(huán)境、水生態(tài)數(shù)據(jù)

該文使用的水資源數(shù)據(jù)(包括湖泊面積和入湖量)主要來(lái)自呼倫湖水文站1961—2019年的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，由當(dāng)?shù)厮块T(mén)提供；水環(huán)境數(shù)據(jù)(包括COD、TP、TN濃度)來(lái)源于呼倫湖流域小河口、甘珠花、拴馬樁等18個(gè)“十三五”國(guó)控重點(diǎn)流域河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的長(zhǎng)時(shí)間序列(1987—2018年)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；水生態(tài)指標(biāo)中藍(lán)藻水華面積參考HJ 1098—2020《水華遙感與地面監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》計(jì)算，水鳥(niǎo)數(shù)量歷年數(shù)據(jù)參照《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 鳥(niǎo)類(lèi)》標(biāo)準(zhǔn)，分別在小河口、五一、拴馬樁、嘎拉達(dá)白辛、烏蘭諾爾、烏都魯、甘珠花等地觀測(cè)獲得，浮游動(dòng)物生物量數(shù)據(jù)根據(jù)《淡水浮游生物研究方法》[35]采用25#的浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)孔直徑0.064 mm)采集獲取.

1.3.3放牧強(qiáng)度數(shù)據(jù)

草地載畜量數(shù)據(jù)采用《呼倫貝爾市統(tǒng)計(jì)年鑒2020》[36]中的呼倫貝爾市歷年(1949—2017年)大牲畜和羊的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并基于NY/T 635—2015《天然草地合理載畜量的計(jì)算》中的成年家畜折算系數(shù)將牲畜統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一折算為標(biāo)準(zhǔn)家畜單位，即綿羊單位. 草地載畜強(qiáng)度是指單位面積的羊單位數(shù)量.

1.3.4陸域生態(tài)數(shù)據(jù)

土地沙化與鹽堿化面積是利用1990年、2000年、2010年、2015年和2018年的高分一號(hào)、高分二號(hào)等高空間分辨率衛(wèi)星遙感影像以及Landsat TM/ETM等中分辨率遙感影像，采用人機(jī)交互和面向?qū)ο蠓诸?lèi)方法，通過(guò)地面核查進(jìn)行復(fù)核、完善提取得到，空間分辨率達(dá)5 m. 植被覆蓋度和地上部生物量數(shù)據(jù)來(lái)源于MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品中的MOD13Q1產(chǎn)品，空間分辨率為250 m，時(shí)間分辨率為16 d，時(shí)間范圍為1990年、2000年、2010年、2015年和2018年.

1.3.5景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)

該文參考陳昆侖等[37]通過(guò)計(jì)算景觀指數(shù)來(lái)概括景觀格局的方法，選取景觀類(lèi)型斑塊密度、平均斑塊形狀指數(shù)、聚集度指數(shù)和斑塊所占景觀面積比例為主要指標(biāo)，建立景觀指數(shù)與景觀生態(tài)安全度的定量化描述. 針對(duì)呼倫湖區(qū)域1990年、2000年、2010年、2015年和2018年共5個(gè)時(shí)期的Landsat TM/ETM中等分辨率衛(wèi)星遙感影像，通過(guò)影像校正、影像裁剪、影像拼接等數(shù)據(jù)預(yù)處理后，經(jīng)ENVI軟件計(jì)算分別獲取草地、濕地、林地等景觀類(lèi)型的斑塊密度、平均斑塊形狀指數(shù)、聚集度指數(shù)和斑塊所占景觀面積比例.

1.4 生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)方法

1.4.1評(píng)價(jià)尺度

為了能夠充分反映呼倫湖流域生態(tài)安全在時(shí)空尺度上的變化特征，考慮到指標(biāo)數(shù)據(jù)的易獲得性和可靠性，該研究以1990年、2000年、2010年、2015年和2018年為評(píng)價(jià)時(shí)段，空間分辨率為250 m.

1.4.2指標(biāo)歸一化方法

多指標(biāo)體系中，由于各指標(biāo)的單位、量綱、數(shù)量級(jí)不同，不具備可比性，為了消除這一差異，應(yīng)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理. 該文運(yùn)用閾值標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.

對(duì)于正向型指標(biāo)(值越大越安全的指標(biāo))，若以安全值為標(biāo)準(zhǔn)值：

(1)

若以不安全值為標(biāo)準(zhǔn)值：

(2)

對(duì)于負(fù)向型指標(biāo)(值越小越安全的指標(biāo))，若以安全值為標(biāo)準(zhǔn)值：

(3)

若以不安全值為標(biāo)準(zhǔn)值：

(4)

式中，Xij和Xij′分別為第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的原始值和標(biāo)準(zhǔn)化指，Xb為第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值.

1.4.3生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合指數(shù)計(jì)算

指標(biāo)無(wú)量綱化后，采用式(5)計(jì)算第i年生態(tài)安全指數(shù)(ESI)：

(5)

式中，Xj為第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，wj為第j個(gè)指標(biāo)權(quán)重，n為指標(biāo)個(gè)數(shù).

1.4.4生態(tài)安全等級(jí)劃分

該文采用均分法將生態(tài)安全狀態(tài)等比例劃分為很差、較差、預(yù)警、良好、理想等5個(gè)等級(jí)，生態(tài)安全指數(shù)得分越高，表明生態(tài)安全狀況越好，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示.

表2 生態(tài)安全綜合評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification standard of comprehensive ecological security assessment

2 結(jié)果與討論

2.1 呼倫湖及其流域生態(tài)安全格局

呼倫湖及其流域1990—2018年生態(tài)安全指數(shù)平均值如圖5所示. 結(jié)果顯示，1990—2018年，呼倫湖與其流域生態(tài)安全變化趨勢(shì)均呈現(xiàn)先降低后逐步向好的態(tài)勢(shì)，且流域的生態(tài)安全水平提升更加明顯，2018年其生態(tài)安全指數(shù)分別為0.495和0.774，分別處于預(yù)警和良好狀態(tài). 根據(jù)不同時(shí)期呼倫湖及其流域生態(tài)安全狀況，可進(jìn)一步將其生態(tài)安全變化趨勢(shì)劃分為3個(gè)時(shí)期：①1990—2000年為驟降期，呼倫湖生態(tài)安全指數(shù)由1990年的0.548降至2000年的0.472，降幅達(dá)到13.9%，而其流域生態(tài)安全指數(shù)也下降了2.2%；②2000—2015年為穩(wěn)定期，這一時(shí)期呼倫湖及其流域生態(tài)安全狀況基本保持穩(wěn)定，生態(tài)安全指數(shù)分別維持在0.470和0.718左右；③2015—2018年為恢復(fù)期，呼倫湖生態(tài)安全指數(shù)由0.478提升至0.495，增幅約3.6%，而其流域生態(tài)安全水平更是提高了8.1%，恢復(fù)態(tài)勢(shì)明顯.

圖5 1990—2018年呼倫湖及其流域范圍 生態(tài)安全指數(shù)平均值Fig.5 The mean value of ecological security index of Hulun Lake and its watershed from 1990 to 2018

圖6 2018年呼倫湖流域生態(tài)安全格局Fig.6 The ecological security pattern of the Hulun Lake Basin in 2018

根據(jù)生態(tài)安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將2018年呼倫湖流域生態(tài)安全水平進(jìn)行等級(jí)劃分，結(jié)果如圖6所示. 從圖6可以看出，呼倫湖流域生態(tài)安全呈“一林一草一湖”分布格局，即東部大興安嶺森林生態(tài)功能區(qū)—中部呼倫貝爾草原草甸生態(tài)功能區(qū)—西部呼倫湖湖區(qū)等“三區(qū)”分布格局. 從生態(tài)安全等級(jí)來(lái)看，東部林區(qū)生態(tài)安全水平最好，為Ⅰ級(jí)理想狀態(tài)，占評(píng)價(jià)區(qū)面積的33.7%，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和結(jié)構(gòu)完整，生態(tài)環(huán)境基本沒(méi)有受到破壞；中部草原區(qū)生態(tài)安全水平適中，為Ⅱ級(jí)良好狀態(tài)，占評(píng)價(jià)區(qū)面積的63.5%；西部湖區(qū)生態(tài)安全水平最低，為Ⅲ級(jí)預(yù)警狀態(tài)，僅占評(píng)價(jià)區(qū)面積的2.8%，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已有退化，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有變化，但尚可維持基本功能，生態(tài)問(wèn)題顯現(xiàn)，受干擾后易惡化.

2.2 呼倫湖及其流域生態(tài)安全時(shí)空分布格局變化趨勢(shì)

呼倫湖1990—2018年生態(tài)安全時(shí)空變化如圖7所示. 由圖7可見(jiàn)，呼倫湖生態(tài)安全經(jīng)歷了驟降(1990—2000年)、穩(wěn)定(2000—2015年)和恢復(fù)(2015—2018年)等3個(gè)時(shí)期. 其中，最低生態(tài)安全水平發(fā)生在2010年，95.8%的湖體生態(tài)安全指數(shù)低于0.48，較差區(qū)域分布在新開(kāi)河入湖口、湖西岸大部分區(qū)域、湖中心以及湖東南方向?yàn)晨谥車(chē)欢^好區(qū)域主要分布在烏爾遜河入湖口. 2010—2015年，呼倫湖生態(tài)安全狀況有所恢復(fù)，但沿湖濱岸帶以及呼倫溝周?chē)鷳B(tài)安全水平仍較低. 到2018年，全湖區(qū)生態(tài)安全已有明顯回升，生態(tài)安全指數(shù)基本維持在0.48～0.54之間，僅有東南部灣區(qū)少量區(qū)域(不足3.1%)生態(tài)安全水平(<0.48)較低.

呼倫湖生態(tài)安全的上述變化規(guī)律在其流域范圍內(nèi)則表現(xiàn)得更為明顯，如圖8所示，根據(jù)生態(tài)安全變化分布格局可將呼倫湖流域分為沿海拉爾河上游—免渡河流域的東部林區(qū)、新巴爾虎左旗境內(nèi)的中部草原區(qū)(沙帶)及位于新巴爾虎右旗境內(nèi)沿克魯倫河兩岸的西部草原區(qū)等3個(gè)區(qū)域. 其中，東部林區(qū)生態(tài)安全水平較高，基本維持在0.74以上；西部草原區(qū)次之，絕大部分區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)在0.70以上，少部分低于0.70的區(qū)域零星分布在沿克魯倫河兩岸；而生態(tài)安全水平下降最為嚴(yán)重的區(qū)域主要位于新左旗中部、海拉爾河流域以及呼倫溝等地，尤其是沿烏爾遜河上游東側(cè)地帶，生態(tài)安全指數(shù)低于0.68.

圖8 1990—2018年呼倫湖流域生態(tài)安全時(shí)空分布格局變化趨勢(shì)Fig.8 The spatial and temporal distribution pattern of ecological security in Hulun Lake Basin from 1990 to 2018

2.3 呼倫湖流域生態(tài)安全影響要素分析

為指導(dǎo)完善呼倫湖生態(tài)安全體系建設(shè)，找準(zhǔn)“痛點(diǎn)”問(wèn)題，挖掘呼倫湖流域生態(tài)安全水平提升途徑，計(jì)算得到1990—2018年呼倫湖流域生態(tài)安全影響要素的變化趨勢(shì)如圖9所示. 從圖9可以看出：①水資源、水生態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與敏感性的生態(tài)安全變化趨勢(shì)與流域生態(tài)安全變化趨勢(shì)相似，均呈現(xiàn)出先驟降、再穩(wěn)定、后恢復(fù)的變化趨勢(shì). 通過(guò)進(jìn)一步分析指標(biāo)層生態(tài)安全指數(shù)變化可知，對(duì)上述3項(xiàng)要素生態(tài)安全影響最大的指標(biāo)分別為入湖徑流量、藍(lán)藻水華面積占比和水源涵養(yǎng)量，說(shuō)明水資源保障與藍(lán)藻水華治理對(duì)提升呼倫湖生態(tài)安全水平具有重要作用. ②放牧強(qiáng)度、水環(huán)境和景觀格局生態(tài)安全呈下降趨勢(shì)，亟待采取有效措施加以控制和恢復(fù). 這主要與超載過(guò)牧、水質(zhì)惡化及濕地景觀生態(tài)安全度下降有關(guān). 據(jù)調(diào)查，2000—2010年，位于呼倫湖流域境內(nèi)的呼倫貝爾市牧業(yè)四旗(包括新巴爾虎左旗、新巴爾虎右旗、陳巴爾虎旗和鄂溫克旗)，單位面積放牧強(qiáng)度增加了176%；呼倫湖COD濃度由1990年的81.6 mg/L升至2018年的102.4 mg/L，而2015年出現(xiàn)短暫好轉(zhuǎn)主要與當(dāng)年入湖徑流量增大從而導(dǎo)致入湖污染物稀釋有關(guān)(2015年入湖徑流量比2018年多45.6%)；1998—2011年，隨著水位的快速降低，濕地面積由140.72 km2萎縮到5.49 km2，隨著海拉爾河引水工程的實(shí)施，2013年濕地面積才恢復(fù)至21.58 km2[24].

圖9 1990—2018年呼倫湖流域生態(tài)安全影響要素變化趨勢(shì)Fig.9 The variation trend of ecological security impact factors in Hulun Lake Basin from 1990 to 2018

3 結(jié)論

a) 近30年來(lái)，呼倫湖流域生態(tài)安全狀況經(jīng)歷了1990—2000年的驟降期、2000—2015年的穩(wěn)定期和2015—2018年的恢復(fù)期等3個(gè)時(shí)期，目前正處于穩(wěn)中向好的恢復(fù)期，呈現(xiàn)“一林一草一湖”的生態(tài)安全分布格局.

b) 呼倫湖生態(tài)安全水平最低值出現(xiàn)在2010年，95.8%的湖體生態(tài)安全指數(shù)低于0.48，主要分布在新開(kāi)河入湖口、湖西岸大部分區(qū)域、湖中心以及湖東南方向?yàn)晨谥車(chē)?；流域生態(tài)安全水平最低值出現(xiàn)2015年，較差區(qū)域主要位于新左旗中部、海拉爾河流域以及呼倫溝等地，尤其是沿烏爾遜河上游東側(cè)地帶.

c) 影響呼倫湖流域生態(tài)安全水平的主要因素為入湖徑流量、藍(lán)藻水華面積占比和水源涵養(yǎng)量，而長(zhǎng)期超載過(guò)牧、水體污染物濃縮效應(yīng)以及濕地面積萎縮是限制生態(tài)安全水平進(jìn)一步提升的另一重要因素. 因此，通過(guò)保障水資源供給、建立藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)防控體系，堅(jiān)持以水定牧、以草定牧、草畜平衡，以資源環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，合理核定載畜量，開(kāi)展蘆葦濕地生態(tài)保護(hù)與修復(fù)等一系列措施，對(duì)于有效提升呼倫湖生態(tài)安全恢復(fù)潛力具有重要作用.