楊振民, 劉新平

新疆阿克蘇河流域土地生態(tài)安全預(yù)警演變與時空格局分析

楊振民, 劉新平*

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院, 烏魯木齊 830052

基于改進的NES—PSR模型建立預(yù)警指標體系, 并結(jié)合GIS技術(shù)平臺, 分析了阿克蘇河流域1999—2018年土地生態(tài)安全警情格局變化和區(qū)域差異特征, 最后運用障礙度模型探索其障礙因子。結(jié)果表明: (1)生態(tài)安全狀況總體呈變好趨勢。土地生態(tài)安全級別由“較不安全”提高至“較安全”, 警度亦由“重警”降至“輕警”。(2)生態(tài)安全格局差異明顯。研究期間流域生態(tài)安全高水平區(qū)呈東部—西部—南部—北部順序變化的空間演變特征。(3)生態(tài)環(huán)境改善是一個循序漸進的過程。流域依然處于“輕警”和“較安全”狀態(tài), 流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境改善任重道遠。(4)影響阿克蘇河流域土地生態(tài)安全的障礙因子是多方面的。工業(yè)廢水排放達標率、造林面積占地區(qū)面積比重、環(huán)境污染治理投資占新疆GDP比重、水利環(huán)境和公共管理設(shè)施業(yè)投資是影響流域生態(tài)安全改善的主要障礙因子。研究結(jié)果可能為阿克蘇河流域土地生態(tài)安全改善及資源可持續(xù)利用提供科學(xué)參考。

NES—PSR模型; 土地生態(tài)安全評價; 預(yù)警; 障礙度; 阿克蘇河流域

0 前言

流域土地生態(tài)系統(tǒng)是一個集經(jīng)濟、自然、社會為一體的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)[1]。近年來, 隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展, 自然和人為風(fēng)險源在流域內(nèi)相互重疊, 流域生態(tài)系統(tǒng)因受到越來越多的外部威脅而面臨較大的生態(tài)壓力和風(fēng)險。為了確保一定范圍內(nèi)土地生態(tài)系統(tǒng)的正常運行, 實現(xiàn)各類資源的可持續(xù)利用, 區(qū)域的全面穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展, 要求我們對流域土地生態(tài)安全進行預(yù)警研究[2]。土地生態(tài)預(yù)警是通過建立符合研究區(qū)的評價指標體系, 對經(jīng)濟發(fā)展過程中資源環(huán)境的狀態(tài)以及資源環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)同程度進行定性定量化的預(yù)警分析, 目的是分析發(fā)展過程中忽視的或者需要重視的因素, 并及時采取措施調(diào)整, 以避免產(chǎn)生更大的危害[3]。

目前, 國內(nèi)外學(xué)者對土地生態(tài)安全預(yù)警進行了探索研究。從預(yù)警的模型來看, 主要有DPSR模型[4], 懲罰型變權(quán)模型[5], RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[6], 可拓云模型[7]等；從研究區(qū)域來看, 有些學(xué)者對全國范圍[8]進行生態(tài)預(yù)警評價, 也有部分學(xué)者以省級[9]或者市縣級[10]行政單位進行研究。在建設(shè)生態(tài)文明, 實現(xiàn)人類環(huán)境和諧共處理念的指引下, 越來越多的學(xué)者開始對湖泊[11]、耕地[12]、森林[13]、礦山[14]等小范圍進行研究, 研究范圍也隨著研究目的細化而縮小。但研究流域的生態(tài)安全預(yù)警還比較少。鑒于此, 本研究在改進的NES—PSR模型基礎(chǔ)上構(gòu)建了土地生態(tài)安全評價指標體系, 采用熵權(quán)法和層次分析法進行綜合權(quán)重賦值, 分析了阿克蘇河流域1999—2018年警情變化及沿河6縣市的土地生態(tài)安全空間格局, 最后運用障礙度模型分析不同年份的主要障礙因子, 以期為流域未來的調(diào)控和管理提供建議。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

阿克蘇河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部, 塔里木盆地西北邊緣, 范圍介于東經(jīng)75°23′—81°34′, 北緯37°55′—42°34′之間[15]。托什干河、庫瑪拉克河兩大支流在溫宿縣帕哈抵村匯合成阿克蘇河, 整個流域地勢從北向南、從西向東逐漸降低。河流流經(jīng)克州阿合奇縣, 阿克蘇地區(qū)的溫宿縣、阿瓦提縣、烏什縣、阿克蘇市以及新疆兵團第一師阿拉爾市, 尾端同葉爾羌河、和田河三河匯合于肖夾克處入塔里木河(圖1)。

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略進入沖刺階段, 流域內(nèi)各縣市工業(yè)化、城鎮(zhèn)化都得到較快發(fā)展。其發(fā)展同樣帶來了不利于社會進步的一些問題, 其中土地生態(tài)環(huán)境問題尤為突出。植被破壞導(dǎo)致水土流失嚴重, 濕地開墾為農(nóng)田使得濕地調(diào)節(jié)氣候的功能降低, 過量的農(nóng)藥使用使得流域污染等問題不容忽視。這些問題影響著流域發(fā)展的質(zhì)量, 同樣也使得流域開發(fā)潛力受到不同程度的影響。因此, 通過對阿克蘇河流域土地生態(tài)安全預(yù)警研究有助于協(xié)調(diào)流域經(jīng)濟快速發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系, 為流域可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于《新疆統(tǒng)計年鑒(2000—2019)》、《新疆兵團第一師阿拉爾市統(tǒng)計年鑒(2014—2018)》、新疆塔里木河流域管理局、塔河流域阿克蘇管理局、《國家環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》、《中國統(tǒng)計年鑒(2000—2019)》, 所轄縣地方志以及政府網(wǎng)站公布的經(jīng)濟、社會發(fā)展統(tǒng)計公報提供的相關(guān)數(shù)據(jù)進行整理計算獲得。

2 研究方法

2.1 預(yù)警指標體系構(gòu)建

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果并結(jié)合阿克蘇河流域土地生態(tài)現(xiàn)狀, 通過耦合PSR和NES(Nature—Economy—Social, NSE)模型, 選取21個指標構(gòu)建了適用于阿克蘇河流域土地生態(tài)安全評價的NES—PSR指標體系(表1)。其中, 以PSR框架為準則層, 在每一準則下設(shè)以N(自然)E(經(jīng)濟)S(社會)為框架的因素層。分別從自然經(jīng)濟社會方面尋找適合的指標來分析生態(tài)系統(tǒng)的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)。壓力層主要分析人類的經(jīng)濟活動對自然生態(tài)環(huán)境造成的負擔(dān)；狀態(tài)層主要分析了生態(tài)環(huán)境在各方面壓力下所呈現(xiàn)出來的狀態(tài)；響應(yīng)層是分析生態(tài)系統(tǒng)在面臨不同的壓力下, 通過采取一些有利措施來減輕環(huán)境壓力, 改善環(huán)境在不同方面的狀態(tài), 以達到保護生態(tài)環(huán)境, 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

圖1 研究區(qū)示意圖

Figure 1 Schematic diagram of the study area

2.2 預(yù)警指標標準化處理

通過建立指標體系分析復(fù)雜問題時, 所選的指標往往因為性質(zhì)不同, 其數(shù)值不能直接相比較。否則就會使得研究結(jié)果偏向于數(shù)值高的指標, 而忽視低值指標的作用。因此, 需要對原始指標值進行標準化處理, 確保結(jié)果的可靠性。本文主要利用minmax標準化法[16]將原始數(shù)值換算到[0,1]之間。

正指標:

逆指標:

式(1)、(2)中為標準值；Xmax、Xmin為系統(tǒng)指標的最大和最小值；X為系統(tǒng)指標的值。

2.3 指標權(quán)重確定

本文采用熵權(quán)法和層次分析法(即兩個權(quán)重各取50%)[17]對指標權(quán)重進行賦值。

2.3.1 層次分析法(AHP法)

層次分析法(AHP), 是把各種復(fù)雜的問題進行條理化的劃分, 建立一套多層次的評價指標體系。通過基于客觀現(xiàn)實的主觀判斷(即兩兩比較)把專家意見以及分析者的客觀判斷結(jié)合起來, 確定指標之間的重要程度, 通過YAAHP軟件計算同一層次不同重要性指標的權(quán)重數(shù)值。

2.3.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法是通過對評價指標的原始數(shù)據(jù)進行分析, 確定指標的客觀權(quán)重。若指標變化的幅度大, 說明其能提供的信息量就越多, 權(quán)重也就越大；反之, 則說明其在數(shù)據(jù)序列中提供的信息量較少, 權(quán)重也就越小。其一般步驟為:

①選取個評價對象個評價指標, 構(gòu)成初始的數(shù)據(jù)矩陣；

②對初始數(shù)據(jù)進行標準化, 形成標準化矩陣；

③計算第個指標下第樣本的比重矩陣；

④計算第個指標的熵值；

⑤確定第個評價指標的權(quán)重。

2.4 計算預(yù)警指數(shù)

參照以往研究成果, 選用綜合指數(shù)法[18]計算研究區(qū)土地生態(tài)安全預(yù)警值。計算公式為:

表1 阿克蘇河流域土地生態(tài)安全預(yù)警指標體系及權(quán)重

式(8)、(9)中:LSE為第年第項指標的預(yù)警值；LSE為第年的綜合預(yù)警值。

2.5 警情劃分標準

當(dāng)前, 土地生態(tài)安全預(yù)警等級還沒有明確劃分, 面對不同的研究區(qū)域、不同的研究內(nèi)容, 學(xué)者們都有著不同的分級標準。本文根據(jù)阿克蘇河流域土地生態(tài)系統(tǒng)的實際情況和其他學(xué)者的研究成果, 按照等分原理[19]將研究區(qū)土地生態(tài)安全預(yù)警標準劃分為5個等級(表2)。

表2 阿克蘇河流域土地生態(tài)安全評價劃分標準

2.6 障礙度模型

在土地生態(tài)安全評價的基礎(chǔ)上, 需要對各指標進行更深入的分析, 提煉分析影響阿克蘇流域土地生態(tài)安全的主要障礙因子, 把有限的城市資源更精準的投入到改善單項影響因素上, 于是引入“障礙度”模型[20-22], 計算公式如下:

式(10)中:為第個指標對土地生態(tài)安全的障礙度；其中=1-X,為單項指標的標準化值；為評價指標的權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)變化特征分析

由表3和圖2可知, 阿克蘇河流域土地生態(tài)安全預(yù)警值總體上呈增長態(tài)勢。1999—2018年, 安全級別由“較不安全”轉(zhuǎn)為“較安全”, 警度由“重警”降為“輕警”。由此可知, 阿克蘇河流域整體土地生態(tài)安全水平不斷好轉(zhuǎn), 但土地生態(tài)環(huán)境狀況仍比較差, 其主要原因如下。

生態(tài)系統(tǒng)壓力方面, 壓力層指數(shù)總體呈先波動減小后緩慢增加趨勢。首先從1999年的0.2375下降為2006年的0.1581(生態(tài)安全壓力指數(shù)越低, 生態(tài)安全壓力就越大, 反之就越小), 2006年以后有輕微的上升一直到2012年出現(xiàn)一個大轉(zhuǎn)折, 使得2014年成為近20年來壓力指數(shù)最低點為0.1010, 2014年后壓力指數(shù)緩慢的提升。這說明阿克蘇河流域生態(tài)環(huán)境有所惡化。惡化的原因: 一是2006年為“十一五”規(guī)劃的開局之年, 為了有一個良好開局, 阿克蘇地區(qū)大力實施“6122”工程, 圍繞“六大產(chǎn)業(yè)群”, 加快推進地區(qū)工業(yè)化進程。工業(yè)總產(chǎn)值從1999年的193723.8萬元增加至2006年的1021398.60萬元, 增幅達到427.24%。隨著工業(yè)規(guī)模的擴大, 工業(yè)產(chǎn)品例如原油、天然氣、原煤等礦產(chǎn)資源的產(chǎn)出增加以及有色金屬礦藏的發(fā)掘, 不可避免毀壞周圍森林植被, 使得植被覆蓋率下降。工業(yè)二氧化硫排放量從1999年的19.79萬t增加至2006年的40.90萬t , 廢氣的廢棄排放量的增加也加重了流域土地生態(tài)環(huán)境的壓力。二是影響2014生態(tài)壓力的主要因素是人口密度從1999年87.59人·km–2增加至2014年103.78人·km–2。人口自然增長率從1999年8.53‰提升至2014年的19.58‰。同時阿克蘇河流域的生產(chǎn)活動以農(nóng)業(yè)為主, 因此化肥使用量較多, 單位面積耕地化肥施用量從1999年的282.27 kg·hm–2增加至2014年的1040.02 kg·hm–2, 這將導(dǎo)致水土資源污染和土壤鹽漬化加劇, 最終加大耕地生態(tài)安全壓力, 進而影響土地生態(tài)安全。

生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)方面, 狀態(tài)層指數(shù)除去2008年受金融危機的影響, 其他年份的狀態(tài)層指數(shù)均呈現(xiàn)上漲趨勢。狀態(tài)層指數(shù)自1999年的0.0593增長至2018年的0.1450, 增長幅度為144.68%。其中, 農(nóng)業(yè)機械化水平、森林覆蓋率和單位耕地糧食產(chǎn)量是影響土地狀態(tài)的關(guān)鍵。自西部大開發(fā)戰(zhàn)略、國家環(huán)境保護“十五”計劃、塔河流域綜合治理工程等一系列重大決策的落地, 使得各地區(qū)各部門更加重視區(qū)域生態(tài)環(huán)境的治理與保護, 并通過引進優(yōu)秀人才和先進技術(shù)等方式, 農(nóng)業(yè)耕作結(jié)構(gòu)得到不斷改善。研究區(qū)農(nóng)業(yè)機械水平由79768.80 kw·hm–2提高到314537.67 kw·hm–2, 保障了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率, 單位耕地糧食產(chǎn)量由5669 kg·hm–2提高到7115.20 kg·hm–2, 保障了糧食的供給穩(wěn)定；森林覆蓋率亦由1.68%上升至4.87%, 流域生態(tài)安全狀態(tài)得到了較明顯改善。同時, 流域的第三產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展, 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使得基礎(chǔ)設(shè)施得到建設(shè)和完善, 公共綠地面積也不斷增多, 這都在一定程度上改善了流域生態(tài)環(huán)境, 提高了流域的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)。

生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)方面, 響應(yīng)層指數(shù)總體上呈波動上升態(tài)勢, 自1999年的0.0259增長至2018年的0.3581, 年均增長率為14.82%。增幅可分為兩個階段: 第一個階段是從1999—2009年, 生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)指數(shù)緩慢的提升, 在2009年達到一個小峰值0.1558。這主要是因為2010年, 新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護廳開展了2009—2010年中央專項資金項目檢查工作, 對各地區(qū)廢棄物處理中心、開工建設(shè)項目等進行環(huán)保檢查, 對一些污染環(huán)境的單位進行管理和約束。此外, 自治區(qū)還出臺了《城市市容和環(huán)境衛(wèi)生管理條例》等規(guī)章制度, 規(guī)定了不能任意焚燒樹葉或者垃圾等廢棄物、規(guī)定了生活垃圾傾倒的線路、時間、地點和方式等, 并對違反《條例》的人員進行處罰與糾正。這些措施緩解了社會發(fā)展與自然環(huán)境保護的相矛盾局面, 為持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境打下良好的基礎(chǔ)。第二個階段是從2010—2018年, 這一階段生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)指數(shù)增加幅度大于前一個階段, 并在2014年達到一個峰值0.3270。這主要是因為2014年, 新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護廳發(fā)布《新疆維吾爾自治區(qū)重點行業(yè)環(huán)境準入條件(試行)》的通知, 對金屬礦采選、煤炭采選、化工電力、有色金屬冶煉等行業(yè)的設(shè)置了環(huán)境準入條件。這有利于淘汰一些落后并且污染較大的企業(yè), 引進一些清潔生產(chǎn)工藝和環(huán)境保護技術(shù), 有利于建設(shè)完善環(huán)境保護的制度, 推進生態(tài)文明建設(shè)和流域經(jīng)濟社會環(huán)境全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 土地生態(tài)安全預(yù)警空間格局分析

通過公式(6)、(7)分別計算烏什縣、阿瓦提縣、溫宿縣、阿合奇縣和阿克蘇市1999—2018年土地生態(tài)安全綜合預(yù)警值。土地生態(tài)安全綜合預(yù)警值越大, 說明區(qū)域生態(tài)安全狀況就越好, 預(yù)警程度就越低；綜合預(yù)警值越小, 說明區(qū)域生態(tài)安全狀況越差, 預(yù)警程度也越高。然后利用空間插值法分別得到了研究區(qū)1999、2005、2012和2018年土地生態(tài)安全狀況的空間分布(圖3)。結(jié)果表明, 流域整體呈現(xiàn)先東部較安全, 再西部較安全, 然后南部較安全, 最后呈現(xiàn)北部較安全的空間格局演變。

表3 1999-2018年新疆阿克蘇河流域土地生態(tài)安全及其子系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)和警度

圖2 1999-2018年土地生態(tài)安全預(yù)警圖

Figure 2 Early warning map of land ecological security from 1999 to 2018

1999年流域各縣市生態(tài)安全都處于第二級, 即生態(tài)安全等級較低, 預(yù)警風(fēng)險大, 處于較不安全階段。其中阿瓦提縣與阿克蘇市的生態(tài)安全綜合預(yù)警值相對較高, 阿合奇縣、烏什縣以及溫宿縣綜合預(yù)警值相對較低。這主要是因為阿瓦提縣與阿克蘇市處于城市化與工業(yè)化初期, 城市化擴張與工業(yè)污染速度不快有重要聯(lián)系, 同時由于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平不高, 單位面積化肥施用量也相對較少, 這都對土地生態(tài)安全的維護起到一定的積極作用。1999年阿合奇縣的土地墾殖率為31.40%, 遠遠大于阿瓦提縣的3.45%和阿克蘇市的2.94%。使得阿合奇縣原始植被類型得到轉(zhuǎn)變, 生態(tài)環(huán)境變得更加脆弱；同時由于污染治理投資力度較小, 這都不利于維護區(qū)域的土地生態(tài)安全。

2005年土地生態(tài)安全綜合預(yù)警值表現(xiàn)為烏什縣最大、阿克蘇市最小, 即烏什縣土地生態(tài)安全狀況最好, 阿克蘇市土地生態(tài)安全狀況最差, 阿克蘇河流域土地生態(tài)安全空間格局表現(xiàn)為西部高, 東部低的態(tài)勢。阿克蘇市與溫宿縣處于“較不安全”等級, 其余三縣為“臨界安全”等級。這是因為阿克蘇市作為阿克蘇地區(qū)的中心城市首先受到了西部大開發(fā)戰(zhàn)略的影響。一方面阿克蘇市基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善, 吸引了大量工業(yè)投資與外來勞動力, 使得土地承載力增大；另一方面, 工廠的建設(shè)及工業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致了大量工業(yè)廢水、廢氣的排放, 土地質(zhì)量急劇下降, 土地生態(tài)安全度低。而溫宿縣抓住西部大開發(fā)和我國入世的歷史機遇, 采取有效措施, 使國民經(jīng)濟總體動行保持了良好的態(tài)勢；阿合奇縣、烏什縣、阿瓦提縣的土地生態(tài)安全相對較好, 綜合預(yù)警指數(shù)明顯偏高。主要是全面落實科學(xué)發(fā)展觀, 促進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型, 轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式。同時三縣加大防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè), 以減輕自然災(zāi)害對生態(tài)環(huán)境的影響, 這對維護流域土地生態(tài)安全具有重要意義。

2012年, 阿克蘇河流域土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)呈現(xiàn)南部高, 北部與東部低的特征, 預(yù)警等級由“較不安全”轉(zhuǎn)為“臨界安全”。其中, 阿克蘇市與阿瓦提縣土地生態(tài)安全指數(shù)上升較快。主要是由于自2010年來, 《關(guān)于支持新疆產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》、《阿瓦提縣2010—2012城鄉(xiāng)環(huán)境衛(wèi)生整潔行動實施方案》、《新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》等政策文件的頒布, 流域各縣積極推進生態(tài)城市建設(shè), 注重保護耕地, 改善農(nóng)田水利設(shè)施, 加大對環(huán)境問題的治理力度, 積極改良和修復(fù)被破壞、污染的土地, 這一系列的措施改善了流域土地生態(tài)安全狀態(tài)。

2018年各縣土地生態(tài)安全綜合值持續(xù)提高, 安全等級提高為Ⅳ級, 由“臨界安全”轉(zhuǎn)為“較安全”, 其中烏什縣土地生態(tài)安全狀態(tài)最好, 阿克蘇市土地生態(tài)安全狀態(tài)最差, 研究區(qū)安全狀態(tài)在空間上表現(xiàn)出北部高、中部及東南部低的態(tài)勢。這說明近幾年流域生態(tài)環(huán)境不斷好轉(zhuǎn)的同時, 其內(nèi)部也在發(fā)生著強烈的變化。就農(nóng)業(yè)發(fā)展而言, 綠色有機農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)基地的建設(shè)均改善了北部區(qū)域的生態(tài)環(huán)境；就基礎(chǔ)設(shè)施而言, 阿克蘇市、溫宿縣等北部區(qū)域, 拆除、遷移了部分工廠, 新建了綠色公園, 增加綠地面積, 提高土地生態(tài)安全指數(shù)；就政府政策而言, 《自治區(qū)各級黨委、政府及其有關(guān)部門生態(tài)環(huán)境保護工作職責(zé)》、《新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護條例》的修正、《新疆環(huán)境保護規(guī)劃(2018—2022年)》、《關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)實施方案》等一系列的政策法規(guī)頒布, 有利于細化了相關(guān)部門的生態(tài)環(huán)境保護工作職責(zé), 構(gòu)建起大環(huán)保格局, 有效的推進生態(tài)文明建設(shè), 從而努力建設(shè)美麗新疆, 決勝全面建成小康社會。

未來幾年, 隨著人們的對環(huán)境重要性的認識不斷加深以及一系列的環(huán)境保護措施與土地整治利用等重大項目的深度推進, 各類污染治理力度進一步增強, 流域土地生態(tài)安全綜合整治與保護水平將進一步提高, 流域生態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)趨好的態(tài)勢將繼續(xù)延續(xù), 綜合預(yù)警指數(shù)將繼續(xù)提升, 預(yù)警狀況進一步好轉(zhuǎn), 不僅將保持“輕警”狀態(tài), 還將越來越趨近“無警”狀態(tài)。

綜上可知, 1999—2018年阿克蘇河流域各縣土地生態(tài)安全綜合預(yù)警值整體呈上升趨勢, 尤其是2005年后增大趨勢更顯著。2000—2005年各縣土地生態(tài)安全綜合預(yù)警值處于0.2891—0.4165之間, 土地生態(tài)安全均處于較“不安全”狀態(tài), 警度亦為“重警”；2005—2018年各縣土地生態(tài)安全綜合預(yù)警值介于0.2891—0.6872, 土地生態(tài)安全狀態(tài)由“較不安全”轉(zhuǎn)向“較安全”, 安全等級從Ⅱ級躍升為Ⅳ級, 警度亦由“重警”轉(zhuǎn)為“輕警”(表4)。

3.3 土地生態(tài)安全預(yù)警障礙因子分析

借助障礙度模型, 計算流域1999、2005、2012和2018年影響生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量的主要障礙因子及其障礙度。由于本文選用指標較多, 因此僅選取每年障礙度最大的前五個指標(表5)。

1999年影響土地生態(tài)安全的障礙因子主要集中在壓力和響應(yīng)兩方面, 前五位的障礙因子分別是工業(yè)廢水排放達標率(A16)、造林面積占地區(qū)面積比重(A21)、環(huán)境污染治理投資占新疆GDP比重(A17)、水利環(huán)境和公共管理設(shè)施業(yè)投資(A18)及經(jīng)濟密度(A8)等, 由此可以看出, 改革開放后, 在以經(jīng)濟建設(shè)為中心的思想指導(dǎo)下, 阿克蘇河流域工業(yè)化不斷發(fā)展, 但也伴隨著工業(yè)廢水排放不達標、毀壞森林建設(shè)工業(yè)體系等對生態(tài)環(huán)境造成破壞的問題, 加之對環(huán)境污染治理的投資力度不夠, 導(dǎo)致1999年阿克蘇河流域的土地生態(tài)處于較不安全階段。

圖3 阿克蘇河流域土地生態(tài)安全綜合預(yù)警值空間變化

Figure 3 Spatial changes in comprehensive early warning values of land ecological security in the Aksu River Basin

2005年影響土地生態(tài)安全的障礙因子分別是工業(yè)廢水排放達標率(A16)、造林面積占地區(qū)面積比重(A21)、土地墾殖率(A3)、水利環(huán)境和公共管理設(shè)施業(yè)投資(A18)及環(huán)境污染治理投資占新疆GDP比重(A17)等。2001年, 塔河治理正式被納入國家大江大河治理體系, 使得塔河源流的生態(tài)保護更加得到重視, 植被逐漸恢復(fù), 農(nóng)業(yè)用水效率不斷提高。

2012年影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要障礙因子包括造林面積占地區(qū)面積比重(A21)、水利環(huán)境和公共管理設(shè)施業(yè)投資(A18)、土地墾殖率(A3)、森林覆蓋率(A12)和工業(yè)廢水排放達標率(A16)等。隨著西部大開發(fā)進入快速發(fā)展階段,阿克蘇河流域的人口不斷增加, 城市化不斷推進, 沿河綠洲逐漸被開墾成耕地, 流域森林面積減少, 并且隨著造林面積的速度趕不上森林被破壞的速度, 使得阿克蘇河流域的生態(tài)環(huán)境保護形勢依然嚴峻。因此, 保護住生態(tài)環(huán)境的同時實現(xiàn)經(jīng)濟跨越式增長依然是流域?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展急需解決的難題。應(yīng)該適時采取退耕還林還草政策, 封山綠化, 培育特色生態(tài)化產(chǎn)業(yè), 并搞好規(guī)劃和試點示范, 才能實現(xiàn)經(jīng)濟增長的躍進。

2018年影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善障礙因子主要集中在壓力方面, 土地墾殖率(A3)、工業(yè)廢水排放達標率(A16)、森林覆蓋率(A12)、城市化水平(A4)以及單位耕地面積化肥施用量(A1)等。隨著國家、政府對阿克蘇河流域的污染治理投資不斷增加, 不僅在阿克蘇河上游修建水利設(shè)施, 還建設(shè)了1500萬畝胡楊林為代表的塔河綜合生態(tài)系統(tǒng), 使得塔河上游生態(tài)環(huán)境得到很好的改善, 阿克蘇河流域生態(tài)環(huán)境治理揭開了新的一頁。

4 結(jié)論與對策建議

4.1 結(jié)論

本文依據(jù)改進的NES—PSR模型, 選取21個評價生態(tài)環(huán)境狀況的指標, 構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系, 利用熵權(quán)法和層次分析法組合賦權(quán)方式來使評價結(jié)果更科學(xué)合理, 并利用ArcGIS分析其空間分布格局, 最后運用障礙度模型分析不同年份主要影響生態(tài)質(zhì)量改善的障礙因子, 主要得出以下結(jié)論。

4.1.1 生態(tài)安全狀況總體呈變好趨勢

1999—2018年間, 流域內(nèi)壓力指數(shù)逐漸變小, 狀態(tài)層、響應(yīng)層指數(shù)逐漸變大, 說明區(qū)域內(nèi)的發(fā)展越來越重視高質(zhì)量的發(fā)展, 通過合理的退耕還林還草, 以及有機肥料的使用, 減少了對環(huán)境的破壞, 促進了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

4.1.2 生態(tài)安全格局差異明顯

流域整體呈現(xiàn)先東部較安全, 再西部較安全, 然后南部較安全, 最后北部較安全的空間格局演變。同時較危險的區(qū)域也呈現(xiàn)先西部危險, 再東部危險, 然后北部危險, 最后呈現(xiàn)出南邊危險的一種相反的空間格局演變。

4.1.3 生態(tài)環(huán)境改善是一個循序漸進的過程

近20年來, 流域內(nèi)安全級別僅僅由最初的“較不安全”提升了兩個等級至“較安全”。警度也相應(yīng)實現(xiàn)了“重警—中警—輕警”的轉(zhuǎn)變。治理環(huán)境, 轉(zhuǎn)變發(fā)展方式不是一蹴而就, 而是持續(xù)推進, 流域依然處于“輕警”和“較安全”狀態(tài), 所以, 流域內(nèi)環(huán)境改善任重道遠。

表5 1999-2018年阿克蘇河流域土地生態(tài)安全主要障礙因素排序

4.1.4 提高環(huán)境質(zhì)量需要多方面共同發(fā)力

由障礙度公式計算出影響流域環(huán)境改善的主要障礙因子。其中工業(yè)廢水排放達標率、造林面積占地區(qū)面積比重、環(huán)境污染治理投資占新疆GDP比重等出現(xiàn)概率較高。因此, 治理環(huán)境, 不僅僅是環(huán)境部門的事, 政府財政部門如何規(guī)劃資金投入, 企業(yè)如何實現(xiàn)“0排放”, 如何提高水資源利用率等都是需要統(tǒng)籌安排的問題。

4.2 對策建議

土地生態(tài)安全預(yù)警評價是分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況的前提與基礎(chǔ), 雖然阿克蘇河流域的生態(tài)環(huán)境近幾年出現(xiàn)好轉(zhuǎn), 但仍存在較大的上升空間。結(jié)合阿克蘇河流域?qū)嶋H與相關(guān)研究, 建立評價指標體系, 難免受到主觀因素影響。所選指標集中于反映流域社會經(jīng)濟情況, 而對流域生態(tài)安全自然屬性的反映不足。同時由于我國在土地生態(tài)安全預(yù)警方面仍處于探索研究期[23], 沒能形成統(tǒng)一的預(yù)警級別劃分標準, 這使得對區(qū)域的評價分析不夠全面和細化, 在今后的研究中需要進一步補充和完善。

4.2.1 統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展

研究結(jié)果可以看出, 阿克蘇河流域生態(tài)安全格局呈現(xiàn)出較大的變化, 盡管整體是朝著環(huán)境改善優(yōu)化方向發(fā)展, 但有的區(qū)域依然是按照先污染再治理的理念發(fā)展經(jīng)濟, 這無疑阻礙著環(huán)境質(zhì)量的進一步提高。因此, 流域內(nèi)各縣市要加強溝通協(xié)作, 促進流域資源的合理利用與分配以及治理流域的責(zé)任的合理分配。

4.2.2 引進先進技術(shù), 促進地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型

流域內(nèi)的工業(yè)廢水達標率是近幾十年來阻礙流域環(huán)境質(zhì)量改善的重要障礙因子。發(fā)展經(jīng)濟避免不了要發(fā)展工業(yè), 但也不能僅僅重視工業(yè)發(fā)展, 而忽視環(huán)境的保護。為了獲得經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的共贏, 要求各縣市要積極引進新進技術(shù), 淘汰落后產(chǎn)業(yè), 查封重污染產(chǎn)業(yè), 鼓勵新型環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.2.3 合理分配治理環(huán)境污染投資

“青山綠水就是金山銀山”。治理環(huán)境僅僅依靠企業(yè)自己的力量是完全不夠的。因此, 政府財政要適當(dāng)增加對環(huán)境污染治理的投資, 加強水利設(shè)施等可再生能源投資, 對于完成環(huán)境治理的企業(yè)要給與財政補貼激勵。只有這樣, 才能形成一種人人講環(huán)保, 事事有人干的局面。

4.2.4 轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式, 促進農(nóng)業(yè)增質(zhì)增量

要想保證飯碗牢牢抓在自己手中, 屯墾耕作是必然要求。為了減少因為化肥使用或砍伐森林而導(dǎo)致的環(huán)境破壞, 我們可以研制有機肥料, 推廣使用農(nóng)家肥和禽畜肥提高農(nóng)作物品質(zhì)。加大科技投入, 研制耐寒耐旱新品種, 促進糧食品種的更新?lián)Q代。適當(dāng)?shù)耐烁€林還草, 為農(nóng)田營造一個良好的生態(tài)環(huán)境。

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Analysis of early warning evolution and spatio-temporal pattern of land ecological security in Aksu river basin in Xinjiang

YANG Zhenmin, LIU Xinping*

The Institute of Management, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China

Based on the improved NES-PSR model, this paper established an early warning indicator system and combined with the GIS technology platform to analyze the changes in the pattern of land ecological security and regional differences in the Aksu River Basin from 1999 to 2018. Finally, we used the obstacle degree model to explore obstruction factors. The results show that: (1) The overall ecological security situation is improving. The level of land ecological security has been raised from "less safe" to "safer", and the alert level has also been reduced from "heavy alert" to "light alert". (2) The ecological security pattern is obviously different. During the study period, the high-level area of ecological security in the basin showed the spatial evolution characteristics of the order of east, west, south and north. (3) Improving ecological environment is a gradual process. The basin remains light and relatively safe, and there is a long way to improve the ecological environment. (4) There are many factors affecting the ecological security of the land in the Aksu River Basin, including the compliance rate of industrial wastewater discharge, the proportion of afforestation area, the proportion of environmental pollution control investment in Xinjiang's GDP, water conservancy environment and the investment in public management facilities. The research results can provide scientific reference for the improvement of land ecological security and the sustainable utilization of resources in the Aksu River Basin.

NES-PSR model; ecological security of land evaluation; early warning; obstacle degree; Aksu river basin

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.05.017

X826；F301.2

A

1008-8873(2021)05-129-11

2020-03-11;

2020-03-26基金項目:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項目(XJAUGRI2019031); 國家自然科學(xué)基金“塔里木河流域未利用地轉(zhuǎn)型的生態(tài)風(fēng)險及其調(diào)控研究”(71663051);作者簡介:楊振民(1997—), 男, 山東濰坊人, 碩士研究生, 主要從事土地利用與土地生態(tài)研究, E-mail: yangzhenmin12@163.com

通信作者:劉新平, 男, 博士, 教授, 主要從事土地利用與土地生態(tài)研究, E-mail: lxping16@163.com

楊振民, 劉新平. 新疆阿克蘇河流域土地生態(tài)安全預(yù)警演變與時空格局分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(5): 129–139.

YANG Zhenmin, LIU Xinping. Analysis of early warning evolution and spatio-temporal pattern of land ecological security in Aksu river basin in Xinjiang[J]. Ecological Science, 2021, 40(5): 129–139.