杜欣雨,黃 琴,朱仁劍,林雅萍,劉洪江

(樂山師范學院 旅游與地理科學學院,四川 樂山 614000)

0 引言

2020年國務院辦公廳印發(fā)了《關于加強石窟寺保護利用工作的指導意見》,明確提出“深化學術研究和價值挖掘、規(guī)范石窟寺旅游開發(fā)活動、提升石窟寺綜合展示水平”等任務目標。《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》明確提出“推動綠色發(fā)展,促進人與自然和諧共生”的生態(tài)文明建設任務。生態(tài)環(huán)境健康狀況反映了旅游地開發(fā)建設水平,是衡量旅游景區(qū)的重要指標。探討石窟寺生態(tài)健康評價方法,對石窟寺旅游景區(qū)建設改善與保護開發(fā)等具有重要意義。

生態(tài)健康評價起源于20世紀70年代,后續(xù)廣泛應用于河湖及濕地研究領域[1];國內(nèi)外相關研究主要分成物種法與指標體系兩種方法,前者常根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)群落特征開展評價,后者應用較廣,如利用層次分析法(AHP)搭建相關指標體系并對黃河三角洲入?？谏鷳B(tài)健康進行評價[2];采用壓力—狀態(tài)—響應(Pressure-State-Response,PSR)模型從環(huán)境、生態(tài)、狀態(tài)3個方面搭建指標體系并對刁口河尾閭濕地生態(tài)系統(tǒng)狀況進行評估[3];此外,也有將生態(tài)健康評價方法運用在城市湖泊生態(tài)研究之中,搭建指標體系模型評估城市中湖泊水體生態(tài)健康狀況[4];將生態(tài)健康評價應用于土地系統(tǒng)健康評價、城市湖泊生態(tài)等研究[5];也有采用經(jīng)典三維理論模型從活力、組織、恢復力3個維度對工業(yè)園區(qū)內(nèi)生態(tài)健康狀況進行評估[6]。在諸多指標體系模型中,PSR模型應用最為廣泛,其邏輯性較強,能更好突出生態(tài)系統(tǒng)特征與人類活動之間的關系,使其更全面地反映研究區(qū)內(nèi)各生態(tài)因子之間存在的矛盾與聯(lián)系,有利于更好地提出相應解決措施與防治手段[7-14]。

但上述方法仍面臨指標體系權重確定的科學性提升問題,需要對其進行改進,基于此,以樂山大佛景區(qū)為例,搭建PSR模型,運用AHP—熵權組合確立權重,建立生態(tài)健康評價指標體系,運用GIS空間分析結合生態(tài)健康評價綜合指數(shù)(CEI)對石窟寺景區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)進行健康評價,找出影響石窟寺景區(qū)生態(tài)健康的主要因素,為中國石窟寺景區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與管理提供依據(jù),促進石窟寺景區(qū)旅游高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

1996年12月6日,聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)委員會在第20屆全委會上將峨眉山—樂山大佛列入《世界遺產(chǎn)名錄》,樂山大佛成為全球第18個、中國第3個、四川省第1個文化與自然雙重遺產(chǎn)。樂山大佛位于四川省樂山市市中區(qū)岷江東岸與大渡河交匯處的凌云寺側丹霞地貌巖壁,開鑿于唐代開元元年(713年),歷經(jīng)3代工匠,耗時約90年完成,通高71 m,是中國最大的摩崖石刻造像。巖層為白堊系夾關組紫紅色砂巖,由于巖性膠結性差,成巖深度較淺,時間較短,加之該地區(qū)氣候類型為亞熱帶季風氣候,雨熱同期,多年平均降雨量1 100 mm,平均降雨日數(shù)可達175天,降水量豐富,植被生長繁密,根劈作用明顯,使得樂山大佛容易遭受地質(zhì)災害、風化、生物病害等因素的破壞。樂山大佛是世界重要旅游目的地,2015-2019年樂山大佛旅游人數(shù)從362萬人增加到423.2萬人,文化和旅游業(yè)對GDP的貢獻率多年維持在20%左右。樂山市自建成1 300余年來,由于自然和人為原因,樂山大佛曾多次受損,并經(jīng)歷多次維修,據(jù)可考證的修繕活動包括唐代1次,明清時期3次,民國時期3次,新中國成立后大佛的修復和保護有了明確的記錄,至今先后共經(jīng)歷了9次修繕。相關研究表明樂山大佛對工業(yè)污染的酸雨、粉塵、汽車尾氣等環(huán)境污染因子比較敏感,加之近幾年來旅游人數(shù)不斷激增,景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境受人類擾動影響較大,需開展生態(tài)健康評估,尋找石窟寺旅游開發(fā)中的環(huán)境影響因子,提升景區(qū)生態(tài)質(zhì)量,促進景區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

樂山大佛(拍攝于1925年,圖片來自史影)

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取2015-2019年內(nèi)樂山大佛景區(qū)周邊城鎮(zhèn)化率、旅游強度、年GDP增長率、空氣污染狀態(tài)、國民受教育程度、生態(tài)恢復工程、政策法規(guī)貫徹力度、NDVI指數(shù)、NPP指數(shù)、蒸散量等數(shù)據(jù)(表1),其中城鎮(zhèn)化率、旅游強度、年GDP增長率、空氣污染狀態(tài)等數(shù)據(jù)來源于《樂山市統(tǒng)計年鑒》與《樂山市生態(tài)環(huán)境公報》;NDVI、NPP及蒸散量數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)禾發(fā)布的MODIS中分辨率衛(wèi)星植被歸一化反演數(shù)據(jù);政策法規(guī)貫徹力度依據(jù)樂山大佛景區(qū)該年內(nèi)修繕次數(shù)與政府發(fā)布相關文件,采用專家打分法(Delphi法)得到。

2 指標體系與研究方法

2.1 PSR模型的指標體系

根據(jù)石窟寺景區(qū)生態(tài)環(huán)境特點進行指標選取,按照PSR模型將所選指標分為3層。第一層為壓力層,指影響石窟寺景區(qū)生態(tài)健康狀況的壓力因子;第二層為狀態(tài)層,指每一指標所反應的石窟寺景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài);第三層為響應層,指人類活動對生態(tài)健康維護所作出的反應(表2)。

PSR模型最早由加拿大統(tǒng)計學家David J Rapport 和 Tony Friend提出[15],以因果關系為基礎,運用壓力—狀態(tài)—響應表達人類系統(tǒng)對其生存環(huán)境(P)、資源存儲量與生態(tài)狀況(S)、生態(tài)狀況和資源存儲量改變響應(R)的數(shù)量關系。

2.2 指標權重確定方法

石窟寺生態(tài)環(huán)境健康狀況指標權重采用AHP主觀權重和熵權客觀權重結合的方法來確定,既可以克服AHP主觀權重的缺點,又增加了熵權客觀權重的特點,能夠科學的反映評價的客觀性。

2.2.1 AHP主觀權重分析法

AHP(Analytic Hierarchy Process)又稱層次分析法,最早由美國運籌學家T L Satty提出,早期應用于電力分配與網(wǎng)絡系統(tǒng)管理等領域。在實際分析中,根據(jù)各指標的重要性,大多按1～9或e0/4～8/4標度法進行計算。采用e0/4～8/4標度法對其進行分析求解,最終得出判斷矩陣及指標權重。

邀請專家分別對表1各指標參數(shù)進行打分,對一級指標進行賦值得到如下判斷矩陣:

A所屬的3個二級指標值所對應的3個判斷矩陣B1,B2,B3如下:

得出權重值如下(表3):

表3 AHP評估指標權重表

表4 樂山大佛景區(qū)生態(tài)健康評價指標歸一化與指標值

2.2.2 熵權客觀權重分析法

(1)數(shù)據(jù)歸一化處理

由于各評價指標數(shù)據(jù)標準、類型及量綱不同,需要進行歸一化處理,統(tǒng)一在[0-1][16]。

具體計算公式為:構建n個樣本,k個評價指標的判斷矩陣,其中Xi={x1,x2,x3,…,xn},將矩陣中各個指標數(shù)據(jù)進行歸一化處理。

正向指標處理如下:

(1)

負向指標處理如下:

(2)

(2)熵權指標權重確定

基本思路是根據(jù)指標變異性大小來確定權重,指標值變異程度越大,則信息量提供的越多,其權重越大。反之,如若某指標信息熵越大,則變異程度越小,其權重越小。采用熵權法依據(jù)公式(3)～(5)依次計算,對石窟寺景區(qū)內(nèi)各指標進行賦值,最終得到結果(表5)。

表5 樂山大佛景區(qū)生態(tài)健康評價組合權重值

具體計算公式如下:信息熵可以表示該指標提供的信息量大小,則:

(3)

式中:Pij為第j個屬性下第i個方案的貢獻度,計算公式如下:

(4)

通過信息熵計算各項指標的權重,計算公式如下:

(5)

式中:k為指標的數(shù)量。

2.3 AHP-熵權組合權重

對AHP主觀權重法與熵權客觀權重法進行組合,由公式(6)得出最終組合權重值。

(6)

式中:αj為AHP主觀權重;Wij為熵權客觀權重。

采用AHP-熵權組合權重法所得出所有指標最終權重,得出組合權重值大小排列前三的分別為生態(tài)恢復工程0.151 7,NDVI指數(shù)0.133 3,NPP指數(shù)0.128 3,其中,生態(tài)恢復工程指標為政府對樂山大佛景區(qū)生態(tài)相關投資力度;NDVI指數(shù)與NPP指數(shù)是對景區(qū)植被生長情況的反應,植物是生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者,其生長狀況體現(xiàn)出生態(tài)健康狀況,指標權重排列前三。

2.4 生態(tài)健康等級確定

采用CEI(Comprehensive Evaluation Index)指數(shù)開展,又稱生態(tài)健康綜合評價指數(shù),可在一定程度上反映地區(qū)環(huán)境狀況。通過計算研究區(qū)生態(tài)環(huán)境壓力、狀態(tài)、響應的綜合評價指數(shù)值,得到生態(tài)健康狀況。計算公式如下:

(7)

式中:Yi為第i個指標的歸一化值,Wi為第i個指標的權重。

參考相關文獻資料[17],將生態(tài)健康評價狀況分為5個等級(表6)。

表6 樂山大佛景區(qū)生態(tài)健康評價等級

3 結果分析

3.1 評價結果

經(jīng)CEI指數(shù)計算得到的樂山大佛景區(qū)健康評價(表7),結果表明樂山大佛景區(qū)健康狀況2015-2017年均不健康,2018-2019年為亞健康。

表7 研究區(qū)各年份生態(tài)健康綜合評價指標值

3.2 壓力分析

在壓力層指標中,空氣污染狀態(tài)權重排第一,為0.103 8,后3項指標權重占比雖不高,但在維護景區(qū)生態(tài)健康狀況方面依然有不可忽視的作用,其中旅游強度權重為0.086 4,城鎮(zhèn)化率權重為0.057 5,年GDP增長率為0.055 0。2016-2017年大佛景區(qū)生態(tài)健康指數(shù)值持續(xù)偏低,空氣污染指數(shù)高,NDVI指數(shù)低,根據(jù)PM 2.5歷史數(shù)據(jù)網(wǎng)(www.aqistudy.cn)統(tǒng)計,2016-2017年AQI指數(shù)年均值和年最大值分別為83.3、327和89.5、408,2017年為5年最高。樂山大佛周邊的五通橋區(qū)、高新區(qū)、夾江等分布有較多的工業(yè)區(qū),由于樂山市風速低、相對濕度大及存在山谷風,導致樂山市空氣污染較嚴重。2015年《中共中央國務院關于加快推進生態(tài)文明建設的意見》發(fā)布,同年,生態(tài)文明建設被納入國家“十三五”規(guī)劃。2016年樂山市編制了《綠秀嘉州行動方案》,對生態(tài)環(huán)境投資力度加大,景區(qū)內(nèi)NDVI指數(shù)在后3年內(nèi)逐年提升,同時城市開展了大氣污染防治精準治理、差異管控,通過清潔生產(chǎn)改造、工業(yè)大氣污染治理、城市揚塵污染等方面的治理,大量削減了市中區(qū)大氣污染物。2019年生態(tài)健康指數(shù)最高為0.571 6,該年內(nèi)的空氣污染AQI最大值為205.0,比2017年降低了49.75%,且NDVI與NPP指數(shù)為5年內(nèi)最高,景區(qū)生態(tài)環(huán)境逐漸得到改善,但仍為亞健康。

3.3 狀態(tài)分析

在狀態(tài)指標層中,影響較大的指標依次NDVI指數(shù)、NPP指數(shù)與蒸散量,反映出大佛景區(qū)生態(tài)質(zhì)量主要影響因素。

3.4 響應分析

在響應指標層中,生態(tài)恢復工程對該景區(qū)影響最為顯著,權重為0.151 7,可見生態(tài)恢復的投入在較大程度上影響著該景區(qū)生態(tài)健康狀況;政策法規(guī)貫徹力度與國民受教育程度也造成了一定影響,二者權重依次為0.112 4與0.067 2。

4 討論與結論

4.1 討論

樂山大佛石窟寺景區(qū)生態(tài)健康狀況受環(huán)境狀態(tài)與人類活動共同耦合作用影響。通過PSR關系模型,將樂山大佛石窟寺景區(qū)生態(tài)健康狀態(tài)作為一個有機整體,從壓力、狀態(tài)、響應3個層面對其進行了全面分析,研究各因子對樂山大佛石窟寺景區(qū)的影響以及各因子之間的相互作用。

(1)工業(yè)污染對石窟寺景區(qū)生態(tài)健康的影響

從PSR模型中壓力層指標中空氣污染對樂山大佛景區(qū)生態(tài)健康狀況影響最大。其中SO2排放是空氣污染的主要原因之一,在大氣中形成酸雨,H2SO4主要破壞巖石鈣質(zhì)膠結砂巖,造成石刻文物直接損壞,同時酸雨還會影響周邊植被生長狀況,腐蝕植株莖葉、根系,對土壤及地下水也會造成一定污染。自2017年后樂山市市中區(qū)SO2排放量逐漸呈下降趨勢,這與樂山市加大環(huán)保投資、脫硫設施數(shù)量逐年增加、企業(yè)工廠標準煤使用比例上升有很大關聯(lián)。城鎮(zhèn)化率與旅游強度也對該景區(qū)生態(tài)健康狀況有一定影響,該兩項指標增加可使景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)所承受的壓力增大,對該景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成破壞;年GDP增長表示可能用于景區(qū)生態(tài)環(huán)境建設的資金更多,對環(huán)境有一定益處。據(jù)統(tǒng)計,2015年樂山市市中區(qū)與五通橋區(qū)規(guī)模以上的工業(yè)企業(yè)數(shù)目為163個,2016年為164個,2017年為167個,2018年為170個,2019年為169個。雖然其呈現(xiàn)逐步上升趨勢,但增加數(shù)目較少,且在“十三五”期間,樂山市加大了工業(yè)結構調(diào)整改革,使全市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷提高,AQI指數(shù)不斷降低,工業(yè)污染對石窟寺造成的破壞逐漸減小(圖2)。同時從可考證建國后修繕次數(shù)也可以看出20世紀90年代后修繕次數(shù)逐漸增多,從側面反映出工業(yè)化對大佛的影響。

圖2 樂山市AQI指數(shù)變化

(2)生態(tài)環(huán)境修復對石窟寺景區(qū)生態(tài)健康的影響

NDVI指數(shù)能直觀展現(xiàn)出該景區(qū)內(nèi)植被覆蓋狀況,其值越高,說明景區(qū)植被覆蓋率越高;NPP指數(shù)直接表明景區(qū)內(nèi)植物生長狀況;蒸散量體現(xiàn)該地區(qū)土壤蒸發(fā)量與植被蒸騰作用大小,間接體現(xiàn)景區(qū)空氣濕度、降雨、地表溫度等情況;3項指標都在一定程度上影響景區(qū)生態(tài)健康狀況。通過返查收集數(shù)據(jù)可知,樂山大佛景區(qū)蒸散量升高,表明其空氣濕度、年均氣溫與年降水量等都大致呈上升趨勢;可以看出,景區(qū)內(nèi)蒸散量水平較高,加之樂山市土壤為紫色土,肥力水平較高,適宜植被生長,植被覆蓋率增高。樂山大佛于2017年頒布世界文化與自然遺產(chǎn)保護條例,樂山市生態(tài)環(huán)境局多次對大佛周圍環(huán)境進行污染治理,提高景區(qū)總體生態(tài)健康狀況。此外,綠色植物可以吸收空氣中SO2等污染物,有效防止SO2等污染物形成各類有害物質(zhì)對石刻文物造成破壞。

(3)投資政策對石窟寺景區(qū)生態(tài)健康的影響

從PSR模型中響應層面來看,生態(tài)恢復工程對該景區(qū)生態(tài)環(huán)境健康狀況影響最大,對建設健康的景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)有較大的積極作用,且有利于加快生態(tài)系統(tǒng)修復,與相關研究[18]生態(tài)系統(tǒng)恢復工程對生態(tài)系統(tǒng)影響的研究結果一致。國民受教育程度和政策法規(guī)貫徹力度反映了當?shù)鼐用袼仞B(yǎng)和對景區(qū)環(huán)境的保護意識以及相關部門對樂山大佛景區(qū)的關注程度。

(4)石窟寺景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護對策

以上分析可以看出工業(yè)污染是影響大佛景區(qū)的關鍵因子?！笆濉逼陂g,樂山市對能源、化工、冶金等行業(yè)進行了全面改造,提高清潔生產(chǎn)水平,構建綠色產(chǎn)業(yè)鏈體系,淘汰落后產(chǎn)能。同時確立“旅游興市,產(chǎn)業(yè)強市”的發(fā)展主線,利用樂山區(qū)位、投資環(huán)境、要素成本等優(yōu)勢,加快樂山市經(jīng)濟發(fā)展。“十四五”期間提出建設世界重要旅游目的地的任務。樂山大佛石窟寺的保護需要切實減少工業(yè)污染,大力實施排污節(jié)能,結合國家生態(tài)文明建設,大力整頓高污染排放企業(yè),以減少對大佛的危害。相關歷史資料表明,樂山大佛在宋末以前有外7層內(nèi)13層大象閣建筑設施保護,不會直接受到降水、生物等侵蝕,風化速度很小,該建筑設施毀于宋末元初戰(zhàn)爭,到元末以后就直接暴露于空氣中,失去保護建筑以后,修繕頻率越來越高,表明大佛直接暴露于空氣加速了大佛的侵蝕。因此有必要在今后的保護中進一步考慮加強大佛表層巖石的保護措施,如使用特殊材料涂層。

4.2 結論

(1)采用熵權-AHP權重組合的PSR模型,能客觀的對石窟寺景區(qū)生態(tài)健康狀況進行很好的分析,適用于石窟寺生態(tài)環(huán)境評價,可以在類似地區(qū)進行推廣應用。

(2)熵權法表明影響石窟寺生態(tài)環(huán)境最重要的因素及其權重為生態(tài)恢復工程0.151 7,NDVI指數(shù)0.133 3,NPP指數(shù)0.128 3,政策法規(guī)貫徹力度0.112 4,空氣污染狀態(tài)0.103 8。通過控制關鍵指標可有效為石窟寺生態(tài)健康良性發(fā)展提供科學依據(jù)。

(3)樂山地區(qū)石窟寺保護的關鍵因子為工業(yè)污染,在今后的保護中要進一步考慮工業(yè)污染排放,尤其是減少二氧化硫、三氧化硫、氯氣、氨氣、氮氧化物等有害氣體對石窟寺造成的危害,加強大佛表層巖石的保護措施,如在表層添加特定的防風化、抗腐蝕的材質(zhì)。隨著美麗中國、高質(zhì)量現(xiàn)代化進程的推進實施,工業(yè)污染排放將會大幅降低,利于樂山大佛生態(tài)健康。