歐陽玲,馬會(huì)瑤,王宗明,路春燕,王菜林,張永生,于顯雙

1 赤峰學(xué)院,赤峰 024000 2 海圖信息中心,天津 300000 3 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長春 130102 4 國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心,北京 100101 5 福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,福州 350002 6 赤峰學(xué)院環(huán)境演變與災(zāi)害應(yīng)急管理研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),赤峰 024000 7 赤峰市敖漢旗長勝鎮(zhèn)自然資源所,赤峰 024000

人類的所有生產(chǎn)生活不僅依賴于生態(tài)環(huán)境,同時(shí)影響著生態(tài)環(huán)境的發(fā)展變化[1]。合理利用土地資源,促進(jìn)資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,是生態(tài)環(huán)境建設(shè)面臨的主要任務(wù)[2—3]。對(duì)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),明確影響生態(tài)環(huán)境狀況的主要因素,可為區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和決策支持[4]。科爾沁沙地處在蒙古、華北與興安植物區(qū)系交匯處；是蒙古高原向東北平原的過渡區(qū),屬于典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)脆弱區(qū)。目前,對(duì)科爾沁沙地的研究多集中于沙地景觀格局變化[5—6]、沙漠化監(jiān)測(cè)[7—8]、沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[9]及氣候變化[10—11]等研究,而重大生態(tài)修復(fù)工程對(duì)該區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)有效性的評(píng)估研究卻較少涉及。

目前,國外學(xué)者對(duì)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)的研究已趨向于多元化。在研究對(duì)象上,大多數(shù)研究基于某一方面的視角對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià),如對(duì)地下水、城市、湖泊、森林、土壤等的生態(tài)環(huán)境的研究。Trevisan等[12]從農(nóng)業(yè)與生態(tài)的聯(lián)系角度入手,利用非點(diǎn)源危害指數(shù)評(píng)估農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)地下水生態(tài)環(huán)境的潛在危害。Marull等[13]從自然環(huán)境適宜性的角度出發(fā),利用土地適宜性指數(shù)對(duì)巴塞羅那大都市區(qū)的城市生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)估。Chrobak等[14]利用KSVM算法對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)；Jakobsson等[15]基于指數(shù)進(jìn)行生態(tài)條件評(píng)估,其研究思路是對(duì)基于經(jīng)驗(yàn)生態(tài)條件評(píng)估的補(bǔ)充；Jenssen等[16]驗(yàn)證了基于森林生態(tài)系統(tǒng)類型和土壤條件進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)狀況評(píng)估的可行性。在研究方法上,生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)已由定性描述、定量分析,發(fā)展到多元數(shù)據(jù)集成方法應(yīng)用。我國生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)起步較晚,2015年環(huán)境保護(hù)部正式發(fā)布《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ 192—2015)[17],替代2006年國家環(huán)保局發(fā)布實(shí)施的《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(試行)(HJ/T192—2006)[18],為我國生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)提供了統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)通過構(gòu)建生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(Eco-environment Index, EI)和劃分生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行定量分析,使不同時(shí)期生態(tài)環(huán)境狀況具有可對(duì)比性。例如,依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沈陽市2001—2018年生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,結(jié)果顯示研究時(shí)間內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)與土地脅迫指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)相關(guān)性較大,生態(tài)環(huán)境狀況受污染物排放量、土壤侵蝕面積、降水總量等指標(biāo)要素影響較大[19]；再者,對(duì)甘肅省慶陽市2000—2015年生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),表明15年間慶陽市整體生態(tài)環(huán)境狀況處于“一般”等級(jí),但EI增加明顯,呈現(xiàn)出穩(wěn)中變好的趨勢(shì)[20]。

近年來,由于過度放牧和濫砍濫伐導(dǎo)致科爾沁地區(qū)植被大面積被破壞,土地沙化嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境日益脆弱,該區(qū)已由昔日的科爾沁草原變?yōu)榭茽柷呱车豙21—22]。與我國其他沙地沙漠相比,科爾沁沙地年降水量300—500mm之間,自然條件較為優(yōu)越,如若有效實(shí)施生態(tài)保護(hù)工程,沙地極具逆轉(zhuǎn)可能[23—25]。2000年以來,為恢復(fù)科爾沁沙地的生態(tài)環(huán)境功能狀況,國家頒布了多項(xiàng)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)政策,如退耕還林還草、公益林保護(hù)、“三北”防護(hù)林等國家重點(diǎn)生態(tài)工程,在此基礎(chǔ)上,地方政府先后實(shí)施了科爾沁沙地“雙千萬畝”綜合治理工程、“收縮轉(zhuǎn)移戰(zhàn)略”政策、“雙百萬畝”工程和“5820”工程。但各項(xiàng)生態(tài)工程對(duì)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響如何,至今仍未明確。因此,厘清實(shí)施生態(tài)恢復(fù)工程前后科爾沁沙地的生態(tài)環(huán)境變化情況,評(píng)價(jià)生態(tài)恢復(fù)工程對(duì)科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境的影響,對(duì)于生態(tài)保護(hù)政策的制定以及資金配置均具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

科爾沁沙地是我國最大的沙地,位于內(nèi)蒙古高原和東北平原的過渡地帶,介于北緯41°46′59″—45°58′16″,東經(jīng)116°20′49″—123°43′4″之間(圖1)。地勢(shì)呈南北高,中部低；西部高,東部低的特征。地貌坨甸相間,沙層覆蓋廣泛?？茽柷呱车刂黧w位于半干旱區(qū)域,平均降雨量為300—500mm,年蒸發(fā)量1800—2000mm。該區(qū)域在行政區(qū)劃上涉及內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市、通遼市、興安盟科爾沁右翼中旗以及吉林省和遼寧省部分區(qū)域[26—27]。本文的研究范圍為該區(qū)域內(nèi)蒙古自治區(qū)的19個(gè)旗縣,面積15.77×104km2。

圖1 研究區(qū)概況圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

(1)土地覆被數(shù)據(jù)。本研究選取1990、2000、2010、2015、2020年LandsatTM/ETM/OLI遙感數(shù)據(jù)為基本數(shù)據(jù)源,對(duì)研究區(qū)土地覆被類型空間分布信息進(jìn)行提取。為最大限度突出指標(biāo)差異信息,所選用遙感數(shù)據(jù)獲取時(shí)間均為6—10月的植被生長茂盛期。以ENVI 5.1為平臺(tái)對(duì)遙感影像進(jìn)行預(yù)處理,再對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正的基礎(chǔ)上,以1∶5萬地形圖為基準(zhǔn)對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何精校正,誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)；進(jìn)而,通過拼接和裁剪得到分類所用遙感影像。采用面向?qū)ο蠓诸惙椒▽?duì)研究區(qū)5期遙感影像進(jìn)行分類,獲得土地覆被數(shù)據(jù)[28—29]。2015年獲取研究區(qū)的野外調(diào)查樣點(diǎn)用于土地覆被遙感分類精度驗(yàn)證,野外驗(yàn)證點(diǎn)共計(jì)2350個(gè)(圖2)。

圖2 野外驗(yàn)證點(diǎn)

(2)植被覆蓋數(shù)據(jù)。1990年數(shù)據(jù)源為AVHRR NDVI數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)是由NASA(National aeronautics and space administration)發(fā)布的覆蓋全球的半月最大值合成數(shù)據(jù)；2000、2010、2015和2020年數(shù)據(jù)源為MODIS NDVI產(chǎn)品。對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)計(jì)算,將離群值與空值賦予零值(與土地覆被數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加可知,空值絕大部分為水域部分)[30—31],并通過重采樣將數(shù)據(jù)空間分辨率設(shè)置為30m。

(3)水資源數(shù)據(jù)?；?990—2020年5期土地覆被數(shù)據(jù)計(jì)算得到河流長度和水域面積數(shù)據(jù)；通過科爾沁沙地各旗縣水資源公報(bào)獲取各旗縣水資源量,并對(duì)其進(jìn)行空間化和重采樣分辨率至30m。

(4)土壤侵蝕數(shù)據(jù)。收集整理第一次全國水利普查數(shù)據(jù)(http://www.mwr.gov.cn/),獲得空間分辨率為30m的重度侵蝕和中度侵蝕數(shù)據(jù)(獲得2005—2010年統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù),因侵蝕數(shù)據(jù)變化較小,因此代表5期數(shù)據(jù)),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間可視化和重采樣分辨率至30m。

(5)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)。由內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒獲取2000、2010、2015和2020年的各旗縣化學(xué)需氧量、氨氮、二氧化硫、煙(粉)塵和氮氧化物排放量數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行空間化表達(dá),獲得空間分辨率為30m的數(shù)據(jù)(1990年數(shù)據(jù)由于年代久遠(yuǎn)未獲取,由2000年數(shù)據(jù)代替)。

(6)氣象數(shù)據(jù)。基于2472個(gè)地面臺(tái)站獲取研究區(qū)降水、氣溫和輻射數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于中國氣象網(wǎng)(http://data.cma.cn/)),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格計(jì)算、裁剪和空間化,獲得空間分辨率為30m的5期氣象數(shù)據(jù)[32]。

1.3 評(píng)估方法

(1)根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T192—2015)的規(guī)定,生態(tài)環(huán)境狀況可通過生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià),該指數(shù)由6個(gè)分指數(shù)和20個(gè)分指標(biāo)構(gòu)成?；趯哟畏治龇ǐ@取生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各分指數(shù)和分指標(biāo)的權(quán)重,具體信息如表1所示。

表1 生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重

運(yùn)用生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)法,以分指標(biāo)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過計(jì)算求得分指數(shù),再由分指數(shù)經(jīng)過加權(quán)計(jì)算求得生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI),計(jì)算方法如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算公式

(2)根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù),將科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境分為5級(jí)。若“EI≥75”,則級(jí)別為“優(yōu)”；若“55≤EI<75”,則級(jí)別為“良”；若“35≤EI<55”,則級(jí)別為“一般”；若“20≤EI<35”,則級(jí)別為“較差”；若“EI<20”,則級(jí)別為“差”。

(3)根據(jù)科爾沁沙地的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)變化,將變化幅度分為4級(jí)。若“|ΔEI|<1”,則級(jí)別為“無明顯變化”；若“1≤|ΔEI|<3”,則級(jí)別為“略微變化”；若“3≤|ΔEI|<8”,則級(jí)別為“明顯變化”；若“|ΔEI|≥8”,則級(jí)別為“顯著變化”。

(4)植被覆蓋、降水量與生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)的相關(guān)性

根據(jù)計(jì)算EI與生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)因素和氣候因素之間的關(guān)系,進(jìn)一步研究EI與植被覆蓋、降水量的相關(guān)性。建立研究區(qū)各像元與植被覆蓋、降水量的線性關(guān)系模型,以此計(jì)算各像元EI與植被覆蓋、降水量間的相關(guān)系數(shù),具體公式如下：

(1)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地覆被時(shí)空格局演變特征

1990、2000、2010、2015、2020年科爾沁沙地土地覆被遙感分類結(jié)果如圖3所示。利用野外驗(yàn)證點(diǎn)對(duì)土地覆被分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證,結(jié)果顯示總體精度為89.02%,Kappa系數(shù)達(dá)0.85,除濕地類型外其余類型制圖精度均達(dá)80%以上,分類精度較高(表3)。

表3 2015年土地覆被分類精度驗(yàn)證混淆矩陣

圖3 1990—2020年科爾沁沙地土地覆被空間格局

科爾沁沙地的土地覆被類型主要由草地、耕地、森林、裸地、濕地和建設(shè)用地組成。其中,草地面積最大,約占研究區(qū)總面積的44.58%,集中分布于西部的克什克騰旗、北部的巴林右旗和東部的阿魯科爾沁旗；耕地次之,約占全區(qū)總面積的29.43%,主要分布于研究區(qū)南部的寧城縣和赤峰市。此外,森林主要分布在北部的扎魯特旗和東部的喀喇沁旗、寧城縣,面積占全區(qū)的16.83%；裸地主要分布在該區(qū)中部的翁牛特旗。

綜合考慮研究區(qū)植被覆蓋類型面積變化情況與研究區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程實(shí)施時(shí)間節(jié)點(diǎn)(2000年開始實(shí)施各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程),可將研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況分為3個(gè)階段：實(shí)施前期—生態(tài)退化時(shí)期(1990—2000年)、實(shí)施中期-生態(tài)恢復(fù)時(shí)期(2000—2010年)和實(shí)施后期—生態(tài)平穩(wěn)時(shí)期(2010—2020年)。對(duì)科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程實(shí)施前后的土地覆被類型進(jìn)行空間疊置分析可知(圖4)：在生態(tài)退化時(shí)期,草地減少1683.56 km2,耕地增加1987.17km2,濕地減少709.26 km2,農(nóng)田開墾導(dǎo)致草地大面積減少,生態(tài)環(huán)境狀況逐步惡化；在生態(tài)恢復(fù)時(shí)期,森林增加499.78km2,草地減少525.10 km2,耕地增加375.58 km2,生態(tài)環(huán)境退化得到了明顯遏制；在生態(tài)平穩(wěn)時(shí)期,濕地增加34.44 km2,相對(duì)于生態(tài)退化時(shí)期環(huán)境惡化趨勢(shì)變緩,生態(tài)環(huán)境狀況得到改善。

圖4 1990—2020年科爾沁沙地土地覆被類型面積變化

從土地覆被動(dòng)態(tài)變化結(jié)果可以看出,該區(qū)域維系生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要覆被類型為草地和濕地,兩種類型對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境狀況、提升生態(tài)系統(tǒng)功能起決定性作用。

2.2 生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)變化

計(jì)算1990—2020年科爾沁沙地5期生態(tài)環(huán)境狀況分指數(shù),結(jié)果如表4和圖5所示。1990—2020年科爾沁沙地土地脅迫指數(shù)呈逐年上升趨勢(shì),表明在研究時(shí)段內(nèi)科爾沁沙地生境質(zhì)量降低,土地質(zhì)量遭受脅迫程度上升。生境質(zhì)量指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)與水網(wǎng)密度指數(shù)均呈先下降后上升的趨勢(shì),2000年植被覆蓋指數(shù)達(dá)到最小值49.64,在之后的20年間植被覆蓋度逐年上升,比1990年上升了3.49；水網(wǎng)密度指數(shù)整體較小,30年間共減小0.67,反映科爾沁沙地水資源匱乏,且日漸嚴(yán)峻。污染負(fù)荷指數(shù)有所上升,在2010年達(dá)到最小0.9?？茽柷呱车丨h(huán)境限制指數(shù)除2015年和2020年為-1.00外,其余年份均為0。

表4 1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)

2.3 科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況綜合評(píng)估

利用各分指標(biāo)結(jié)果計(jì)算得到科爾沁沙地在1990、2000、2010、2015、2020年生態(tài)環(huán)境狀況分級(jí)圖和等級(jí)面積所占百分比(圖6、圖7)。1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)總體由優(yōu)轉(zhuǎn)為良,生態(tài)環(huán)境狀況處于優(yōu)等級(jí)的面積減少(-3.03%)。生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為優(yōu)的區(qū)域面積變化情況如下：1990—2000年(生態(tài)退化時(shí)期)明顯減少(-23.76%),優(yōu)等級(jí)面積減少區(qū)域分布在各個(gè)旗縣,其中克什克騰旗、阿魯科爾沁旗、扎魯特旗和巴林右旗下降最為明顯,減少面積均在5203.55km2以上；2000—2020年整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)(20.72%),由良轉(zhuǎn)化為優(yōu)；其中在生態(tài)恢復(fù)時(shí)期(2000—2010年),除霍林郭勒市和開魯縣外,其余旗縣均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；在生態(tài)平穩(wěn)時(shí)期(2010—2020年),只有10%的旗縣呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。

圖6 1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況分級(jí)

圖7 1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)面積百分比

1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為良的面積總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)(5.63%)。生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為良的區(qū)域面積變化情況如下：1990—2010年為增加趨勢(shì)(15.49%),在生態(tài)退化時(shí)期增加區(qū)域主要位于克什克騰旗和阿魯科爾沁旗,主要由優(yōu)等級(jí)的區(qū)域轉(zhuǎn)化而來；在生態(tài)恢復(fù)時(shí)期增加區(qū)域主要位于科爾沁左翼中旗和敖漢旗,由一般轉(zhuǎn)為良。

1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為一般的面積總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)(-3.27%)。生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為一般的區(qū)域面積變化情況如下：在生態(tài)退化時(shí)期(1990—2000年),除克什克騰旗外其余旗縣均呈現(xiàn)增加趨勢(shì),生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)由優(yōu)和良轉(zhuǎn)為一般；在生態(tài)恢復(fù)時(shí)期(2000—2010年),除霍林郭勒市外其余旗縣均呈現(xiàn)減少趨勢(shì),生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)主要由一般轉(zhuǎn)為良。

1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為較差的面積總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)(0.67%)。生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為差的區(qū)域面積變化情況如下：在生態(tài)退化時(shí)期(1990—2000年)所有旗縣均呈現(xiàn)增加趨勢(shì),其中科爾沁左翼后旗增加最為明顯(639.36km2),由一般轉(zhuǎn)化為較差；在2000—2020年,大多數(shù)旗縣呈現(xiàn)減少趨勢(shì),大多由較差轉(zhuǎn)為一般。

科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)為差的面積變化差異不大。在1990—2020年總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。其中在生態(tài)退化時(shí)期(1990—2000年)減少最為明顯(-2.90km2),減少區(qū)域位于克什克騰旗。

結(jié)合研究區(qū)土地覆被空間分布數(shù)據(jù)可知,生態(tài)環(huán)境狀況為優(yōu)的區(qū)域以草地和林地為主,人類開發(fā)利用程度較低,對(duì)自然環(huán)境影響相對(duì)較少,因此生態(tài)環(huán)境狀況相對(duì)優(yōu)越。生態(tài)環(huán)境狀況為較差的區(qū)域多為植被覆蓋度低的土地覆被類型,水源涵養(yǎng)能力低，自然環(huán)境相對(duì)較差。

依據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),得到生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果(表5)。1990—2020年科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)由“優(yōu)”變“良”的過程,其中1990年為“優(yōu)”,其余年份均為“良”。生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)整體先減小后增加,2000年達(dá)到低值(70.2),自2000年后生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)逐步上升,至2020年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)為良(74.7),表明生態(tài)環(huán)境狀況呈穩(wěn)中向好的態(tài)勢(shì)發(fā)展。

表5 科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)及其分級(jí)

根據(jù)科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況變化幅度,綜合生態(tài)環(huán)境狀況變化度結(jié)果(表6),1990—2020年間,科爾沁沙地ΔEI為-0.49,說明2020年與1990年相比生態(tài)環(huán)境質(zhì)量還存在一定差距。各個(gè)時(shí)間段內(nèi)ΔEI分級(jí)各不相同,生態(tài)退化時(shí)期(1990—2000年)、生態(tài)恢復(fù)時(shí)期(2000—2010年)和生態(tài)平穩(wěn)時(shí)期(2010—2020年)3個(gè)時(shí)段內(nèi)ΔEI分別為-4.99、3.31和1.19,生態(tài)環(huán)境狀況變化度分級(jí)分別為明顯變差、明顯變好和略微變好；3個(gè)時(shí)段內(nèi)ΔEI平均每年分別為-0.50、0.33和0.12。由此可知,2000年后,生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程實(shí)施后該區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況得到有效改善。

表6 生態(tài)環(huán)境狀況變化度及其分級(jí)

2.4 各旗縣生態(tài)環(huán)境狀況綜合評(píng)估

30年來,科爾沁沙地各旗縣的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)均呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)。1990—2000年生態(tài)環(huán)境狀況明顯變差,2000年生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程實(shí)施后,生態(tài)環(huán)境狀況呈現(xiàn)變好的趨勢(shì)(圖8)。

圖8 1990—2020年科爾沁沙地各旗縣生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)

1990—2020年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)均為優(yōu)等級(jí)的旗縣為喀喇沁旗、寧城縣、巴林左旗、扎魯特旗、克什克騰旗和林西縣,這些區(qū)域植被覆蓋度均較高。生態(tài)環(huán)境較差的旗縣有通遼市、科爾沁左翼中旗、開魯縣和翁牛特旗,生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)均在66以下,這些區(qū)域建設(shè)用地與裸地面積所占比例均較大,植被覆蓋度較低。

2.5 生態(tài)環(huán)境狀況影響因素分析

為分析科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況與外部壓力和氣候數(shù)據(jù)間的相關(guān)關(guān)系[33],對(duì)生態(tài)環(huán)境狀況與國內(nèi)生產(chǎn)總值、人口、氣溫、降水和輻射等因素進(jìn)行相關(guān)性分析。由表7可知：相關(guān)性最大為降水[34],Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.96(P=0.05)。由此可知,科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況與年總降水量呈顯著正相關(guān)；與人口數(shù)量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；與其余因素呈正相關(guān)。因此,科爾沁沙地的生態(tài)環(huán)境狀況受降水量影響較大(圖7)。

表7 Pearson相關(guān)性系數(shù)

在像元水平上,將降水與生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)做相關(guān)分析,求得相關(guān)系數(shù),并統(tǒng)計(jì)得到各相關(guān)系數(shù)所對(duì)應(yīng)像元數(shù)。降水和生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)的區(qū)域分散在整個(gè)科爾沁沙地,占總面積的63.43%(圖9)。可以看出,降水直接影響科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況的變化。

圖9 降水與EI相關(guān)系數(shù)及頻數(shù)分布

3 討論與結(jié)論

本論文旨在運(yùn)用遙感和GIS手段對(duì)科爾沁沙地進(jìn)行生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),分析科爾沁沙地1990—2020年的生態(tài)環(huán)境狀況和變化趨勢(shì)。了解科爾沁沙地的生態(tài)環(huán)境狀況變化特征,評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程對(duì)科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境的影響,為未來科爾沁沙地治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策提供科學(xué)依據(jù)。研究表明,科爾沁沙地的生態(tài)環(huán)境狀況呈現(xiàn)先變差再轉(zhuǎn)好的趨勢(shì),整體可分為3個(gè)階段：1990—2000年生態(tài)環(huán)境狀況明顯退化,為生態(tài)退化時(shí)期；2000—2010年生態(tài)環(huán)境狀況逐步改善,為生態(tài)恢復(fù)時(shí)期；2010—2020年生態(tài)環(huán)境狀況穩(wěn)中向好,為生態(tài)平穩(wěn)時(shí)期。

歷史上,科爾沁草原為水草豐茂、河川眾多的地方。到20世紀(jì)中后期,因受到歷史、人為、氣候等因素的影響,科爾沁沙地的生態(tài)環(huán)境狀況受到嚴(yán)重破壞,區(qū)域內(nèi)的新開河和西遼河等主要河流相繼斷流,地下水位持續(xù)下降,草場(chǎng)相繼退化沙化,沙塵暴肆虐,科爾沁草原逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭茽柷呱车?。同時(shí),由于人口增長、城市擴(kuò)張?jiān)斐纱竺娣e的草地、林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和農(nóng)田,植被覆蓋度顯著下降,草地承載力逐步下降,生態(tài)環(huán)境狀況趨于退化[35]。2000年之后,國家相繼實(shí)施了“三北”防護(hù)林項(xiàng)目[36—37]、“退耕還林還草”項(xiàng)目[38—39]、公益林保護(hù)項(xiàng)目等一系列重點(diǎn)生態(tài)工程,后期又實(shí)施了“收縮轉(zhuǎn)移戰(zhàn)略”政策和“5820”工程等綜合治理工程,加大了防沙治沙力度,實(shí)施了生物多樣性保護(hù)和土地利用規(guī)劃。生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施使得該區(qū)域的植被覆蓋程度明顯提升,對(duì)生態(tài)環(huán)境起到了明顯的改善作用。由此說明,政策因素是該區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的主要驅(qū)動(dòng)力之一。

綜上所述,30年間水資源和植被與科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況呈顯著正相關(guān)關(guān)系。在生態(tài)工程實(shí)施后,實(shí)現(xiàn)了從“沙進(jìn)人退”到“人進(jìn)沙退”。流動(dòng)沙丘和風(fēng)沙逐漸被遏制。人們實(shí)現(xiàn)了“沙里淘金”,以沙地資源為依托的森林旅游等產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展,科爾沁草原恢復(fù)了它的底色,部分沙地逐漸轉(zhuǎn)化為林地、草地。盡管科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境狀況得到了有效改善,但生態(tài)環(huán)境脆弱性問題仍較為突出,需繼續(xù)加大治理力度。為了鞏固生態(tài)工程的治理成效,政府和相關(guān)部門需明確提出城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)空間發(fā)展布局；實(shí)施嚴(yán)格的水資源管理制度,建設(shè)節(jié)水型社會(huì)；落實(shí)禁牧休牧、草畜平衡政策,鞏固生態(tài)建設(shè)成果。