农牧交错区生态健康评价与保护

北方农牧交错区是连接中国东部半湿润农耕区与西部半干旱草原牧区的过渡带,属于一个相对独立的自然—社会—经济的复合生态系统.它是中国少数民族的聚居区和北方主要江河的发源地,滋润着中下游广阔的农田和土地,同时也是遏止荒漠化和沙化向中国东中部地区移动的重要的生态屏障,其可持续发展在中国社会经济发展以及环境保护等方面具有十分重要的战略地位[1].但是由于受全球气候变化和区域沙漠化的影响,该区生态环境明显恶化,气候灾害增加,加之该区域土地资源质量差,在人为因素的剧烈扰动下,生态环境越来越脆弱.为有效地恢复和保护北方农牧交错区的生态环境,对其进行生态系统健康评价研究.生态系统健康评价是衡量生态系统破碎和稳定程度的有效方法[2].由于生态系统自身的复杂性及其与自然、社会、经济系统的密切联系,生态系统健康评价应该将定性判断与定量评价有机结合,并综合考虑研究区域的社会、经济、生态等诸多因素.近年来,许多学者对湿地、森林、城市、农田、荒漠等不同类型的生态系统,采用指示物种法和指标体系法进行了多方面的研究,然而,由于许多因素很难准确定量,很难有一种囊括所有形态、在大的范围进行的生态系统健康评价方法和统一的标准[3]。

本文以宁夏盐池县为研究区域,基于“驱动力-状态-响应”(DFSR)模型建立评价指标,采用GIS和RS技术辅佐北方农牧交错区生态系统健康评价,在理论与方法上将具有一定优越性.通过对典型的北方农牧交错区生态系统健康状况的分析,以期为盐池县环境保护决策的制定提供一定的科学依据,也可为其他农牧交错区的生态环境的评价和保护提供参考.

1研究区域概况

盐池县(37°04′~38°10′N,106°30′~107°47′E)位于宁夏回族自治区东部,地处毛乌素沙漠的南缘,属于黄土丘陵向鄂尔多斯台地的过渡地带,是我国典型的北方农牧交错地带,全县辖4个镇4个乡,101个行政村和675个自然村.盐池县地势南高北低,南部海拔1600~1800m,为黄土丘陵沟壑区,约占全县总面积的20%;中北部海拔1400~1600m,地势开阔平缓,为鄂尔多斯缓坡丘陵区,约占全县总面积的80%.盐池县属典型的温带大陆性季风气候,四季少雨多风,年平均降雨量296.4~355mm,年蒸发量2095~2179.8mm,降雨主要集中在7~9月,占全年总量的62%,形成了春夏冬季“十年九旱”、秋季山洪和地质灾害频发、冬春季扬沙和浮尘天气多的恶劣气候条件.盐池县自然降水是盐池县大多数农田和全部草原的主要水源,历史上境内地下水和地表水也完全依靠降雨补给形成.盐池县经济结构以农牧业为主,盐池县历来是我国沙漠化危害最严重的地区之一[4].

2研究方法与数据来源

2.1DSFR模型

1996年,由联合国可持续发展委员会(UNCSD)和联合国政策协调与可持续发展部(DPCSD)以“驱动力-状态-响应”(DFSR)模式初步构建了134个指标,其中经济指标23个、社会指标41个、环境指标55个、制度指标15个,涉及了公平、健康、教育、住房、安全、人口等6类社会问题,形成了一个反映可持续发展的各项动态特征的有机体系[5].在DFSR模型中,其组成包括:①驱动力.人类行为、过程和生活方式对可持续发展的影响;②状态.环境的质量和自然资源的数量;③响应.在可持续发展方面政策或其他反应的改变.DFSR模型实际上从社会、经济、环境和制度方面反映了可持续发展的不同侧面,为可持续发展评价提供了广泛接受的指标体系框架.

2.2指标体系及权重的确定

采用“驱动力—状态—响应”(DFSR模型),紧紧围绕生态系统功能和人类活动来综合考虑区域的社会经济发展、土地利用方式及状况、自然资源分布及利用等因素,从驱动力、状态、响应这3个层次共选取20个单项指标作为生态系统健康评价指标.由于各个指标数据性质、量纲不同,各指标之间没有可比性,因此,通过极差标准化处理形成无量纲的数据.然后在SPSS中对其进行层次聚类分析,按照从小到大的顺序分别为每类单项指标赋值1、3、5、7、9.采用层次分析法对目标层进行指标权重分配;指标层权重利用主成分分析法对单个指标进行权重分配。生态系统弹性度是通过植被类型的变化来判断生态系统的弹性力范围,或者可变化的余地大小.计算公式如下:()1ECO=miiiSP=∑(1)式中:ECO为生态弹性度;iS为土地类型i所占的比例;iP为土地类型i的弹性分值;m为土地类型的数目.

2.3评价等级的确定

2.4评价单元的确定

以往生态健康评价的案例,其单元主要有基于面状的矢量和点状的栅格2种.本文考虑到资源来源和研究目标,采用基于面状的矢量作为评价单元,即以行政单元(县)为计算单元.

2.5数据来源

遥感数据:2000年与2002年的Landsat-7ETM影像数据、2006~2009年的Landsat-5TM影像数据(编号129-34,分辨率30m×30m).其他数据:盐池县统计年鉴;自然、社会经济方面的文字资料和图件资料.

3研究结果

3.1盐池县各乡镇状态指标分析

采用ENVI对已校正过的遥感影像的各单波段进行融合,将融合后的影像在Arcgis中进行目视解译、空间分析等,提取目标区域的景观指标,并获取土地利用图.根据各指标值计算并绘制盐池县各乡镇状态指标分值分布图(图1)及状态指标分布图(图2).由图2可知,麻黄山、高沙窝、大水坑、青山乡、惠安堡生态系统的状态指标分值在各年份中的变动相对较小,尤其是麻黄山的状态分值基本没变且在各乡镇中最低.而冯记沟、王乐井、花马池的分值在各年份中的变动较大.

通过实地走访及问卷调查可知,麻黄山位于盐池县最南部,该地区离县城较远且交通不便,居民的经济收入较低,生态政策实施效果较差,因此麻黄山的状态分值最低.花马池、冯记沟、王乐井的状态分值变化较大,尤其是花马池.由于县城位于花马池,居民的经济收入及文化程度较高,生态政策实施效果较好,例如2000年的退耕还林政策,2002年的禁牧政策.因此,花马池的状态分值发生较大变化.冯记沟和王乐井的居民经济收入及文化程度较高,生态政策实施的初期效果较好,而后政府的引导力度不够,政策实施效果较差.因此,王乐井和冯记沟的状态分值发生较大变化.从垂直方向上分析图1可知,生态系统健康的状态为一级及二级(即状态分值分别为不小于9和不小于7)的区域,2000年分别有0个和3个;2002年分别有1个和2个;2006年分别有0个和2个;2007年分别有0个和2个;2008年分别有1个和1个;2009年分别有0个和2个.由图2可知,盐池县生态系统健康的状态指标分值呈现明显的南北差异,中北部乡镇的状态指标分值要高于南部.