基于RS與GIS的長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性綜合評(píng)價(jià)

徐慶勇，黃 玫，陸佩玲，李仁強(qiáng)

1.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京 100083

2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

基于RS與GIS的長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性綜合評(píng)價(jià)

徐慶勇1，2，黃 玫2*，陸佩玲1，李仁強(qiáng)2

1.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京 100083

2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

使用空間主成分分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)軟件，對(duì)長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)脆弱性成因進(jìn)行了分析.結(jié)果表明，長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境極度和重度脆弱區(qū)主要分布在其中部的太湖流域和浙江中西部，占整個(gè)研究區(qū)的20.10%;輕度和中度脆弱區(qū)遍布于整個(gè)研究區(qū)，占55.25%;微度脆弱區(qū)主要分布在江蘇北部和浙江東部，占24.65%.總體來(lái)看，長(zhǎng)江三角洲大部分區(qū)域的生態(tài)環(huán)境屬輕度和中度脆弱.影響長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性的自然因素有≥35℃日數(shù)、旱澇分布、海拔高度、歸一化植被指數(shù)(NDVI)年累加值、景觀多樣性指數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度;人為因素有人均耕地面積、人均水資源、人均廢水排放量、人均廢氣排放量、化肥施用強(qiáng)度、土地利用變化、“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值、人口密度和GDP.極度和重度脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要特征是自然災(zāi)害發(fā)生頻率大、資源匱乏、污染強(qiáng)度大、土壤侵蝕嚴(yán)重和生物多樣性低.

生態(tài)環(huán)境;脆弱性;遙感;地理信息系統(tǒng);長(zhǎng)江三角洲

Abstract:The vulnerability of eco-environments in the Yangtze River Delta was assessed in an integrated manner with remote sensing data and geographic information system software combined with spatial principal component analysis.Evaluation index systems were generated，and an analytic hierarchy process(AHP)was used to determine evaluation factor weightings.The causes of vulnerability were analyzed.The results show that the Taihu Lake drainage basin and the western and the middle parts of Zhejiang Province，which are located in themiddle part of the Yangtze River Delta，are themost extremely and seriously vulnerable regions.These regions account for 20.10% of the whole study area.The lightly and moderately vulnerable areas were scattered throughout the entire study area，and accounted for 55.25%of the study area.The slightly vulnerable areas weremainly located in the north of Jiangsu Province and in the east of Zhejiang Province，and accounted for 24.65%of the study area.On the whole，the eco-environment in most areas of the Yangtze River Delta is lightly and moderately vulnerable.The natural factors which influence the eco-environmental vulnerability of the Yangtze River Delta are:days of temperature not less than 35℃，drought and flood frequency，elevation，yearly integrated NDVI，landscape diversity index，and soil erosion intensity.The human factors which influence the eco-environmental vulnerability are:per capita arable land area，per capita water resources，discharge of waste water per capita，per capita exhaust emissions，amount of chemical fertilizer， land use change， wasteutilization product value，population density，GDP，etc.The extremely and seriously vulnerable regions show the characteristics of high frequency of natural disasters，lack of resources，high pollution level，serious soil erosion and low biodiversity.

Keywords:eco-environmental;vulnerability;remote sensing;geographic information systems;Yangtze River Delta

隨著全球變暖引起的生態(tài)環(huán)境退化的加劇，生態(tài)環(huán)境脆弱性研究日益引起學(xué)術(shù)界關(guān)注.有學(xué)者就生態(tài)環(huán)境脆弱性的內(nèi)涵、類型、成因、表現(xiàn)、程度和分布等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，獲得了大量研究成果［1-4］.在脆弱性評(píng)價(jià)方面，形成了模糊判定分析方法［5］、主成分分析法［6］和綜合評(píng)價(jià)法［7］等系列評(píng)價(jià)方法.使用這些方法獲得了巖溶山區(qū)［8］、喀斯特區(qū)域［9］、岷江上游流域［10］和吉林西部［11］等地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性研究成果.劉燕華等［12-13］對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱性定量評(píng)價(jià)研究進(jìn)行了比較全面的綜述.早期的生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)多集中于指標(biāo)體系的構(gòu)建，因子權(quán)重的確定和評(píng)價(jià)模型的建立;研究單元多局限在縣、市或其他行政單元.隨著遙感(RS)數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件的廣泛應(yīng)用，生態(tài)環(huán)境脆弱性研究可以在更大范圍內(nèi)更精細(xì)地進(jìn)行，如 WANG等［6，14］把 RS與GIS相結(jié)合，分別以分辨率500 M和100 M的像元作為評(píng)價(jià)單元，評(píng)價(jià)了黃河流域和青藏高原的生態(tài)環(huán)境脆弱性，精細(xì)地反映出區(qū)域內(nèi)的差異.從研究對(duì)象來(lái)看，過(guò)去的研究多集中于我國(guó)典型生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，如西南巖溶山區(qū)、喀斯特區(qū)域、西北干旱半干旱和北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶等，這些區(qū)域經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，以東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)作為評(píng)價(jià)對(duì)象的研究目前還不多見(jiàn).

長(zhǎng)江三角洲作為舉世矚目的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展地區(qū)［15］，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)生活中占有舉足輕重的地位，已成為拉動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要貢獻(xiàn)區(qū).長(zhǎng)江三角洲對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)未來(lái)的走向乃至全球經(jīng)濟(jì)格局都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響［16］.作為海、陸、氣界面交接的敏感地區(qū)，長(zhǎng)江三角洲是我國(guó)旱澇成災(zāi)較為嚴(yán)重的地區(qū)之一［17］;作為中國(guó)乃至世界最重要的經(jīng)濟(jì)核心區(qū)之一，在全球氣候變暖的大背景下，隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，在高強(qiáng)度的人類活動(dòng)影響和干預(yù)下，長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出了脆弱性的特征，如洪澇威脅加重、地質(zhì)災(zāi)害增加、酸雨頻率高［18］、水土流失嚴(yán)重和生物多樣性受到威脅［19］等.長(zhǎng)江三角洲已成為我國(guó)新的生態(tài)環(huán)境脆弱帶［20］，其生態(tài)環(huán)境脆弱性程度及發(fā)展趨勢(shì)將影響區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展.而生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)的目的是為了維持系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，減輕外部脅迫對(duì)系統(tǒng)的不利影響和為退化系統(tǒng)的綜合整治提供策略依據(jù)［12］，故在該區(qū)域進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)是非常必要的.然而，以往關(guān)于長(zhǎng)江三角洲的研究，大都偏于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟(jì)協(xié)作、區(qū)域規(guī)劃及一體化、資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境污染治理等，鮮見(jiàn)對(duì)長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性的研究報(bào)道.

筆者嘗試結(jié)合RS與GIS，以分辨率1 km的像元作為評(píng)價(jià)單元，用定量化的方法對(duì)長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為區(qū)域生態(tài)環(huán)境的治理和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù).

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)以2008年國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議并原則通過(guò)的《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中確定的“兩省一市”(即江蘇省、浙江省和上海市)的區(qū)域范圍為對(duì) 象，介 于 27°57′N ～35°20′N，116°18′E ～122°45′E之間;面積21.07×104km2，約占全國(guó)陸地面積的2%(見(jiàn)圖1);人口1.38×108人(2008年)，約占全國(guó)人口總數(shù)的10%，是我國(guó)人口最稠密的地區(qū)之一.長(zhǎng)江三角洲地區(qū)水網(wǎng)密布，河道縱橫，湖泊眾多.地形以平原和丘陵山地為主，平原約占陸域面積的47.7%，主要分布在江蘇南部、浙江東北部和上海;丘陵山地約占40.8%，主要分布在江蘇西南部和北部、浙江中部和西南部［21-25］.氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，寒暑變化顯著、四季分明.水、熱、光條件優(yōu)越，土壤類型多樣，質(zhì)地優(yōu)良，通透性好，養(yǎng)分充足，是我國(guó)著名的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)區(qū)［26］.植被類型為常綠闊葉與落葉闊葉混交林.

1.2 數(shù)據(jù)收集

研究所用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù).空間數(shù)據(jù)包括:2002年4月—2003年4月研究區(qū)歸一化植被指數(shù)(NDVI)影像圖及1985年土地利用柵格圖，均由中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供;2005年土地利用柵格圖、旱澇分布矢量圖，2004年地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)、人口密度和海拔高度柵格圖，均由國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目——地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)(www.geodata. cn)提供.屬性數(shù)據(jù)包括:1981—2000年氣象臺(tái)站的日均氣溫、日均降水量數(shù)據(jù)，均由國(guó)家氣象局提供;景觀多樣性指數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于1:1 000 000中國(guó)植被圖［27］;土壤侵蝕強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)源于1∶15 000 000中國(guó)土壤侵蝕圖［28］;人均耕地面積、人均水資源、人均廢水排放量、人均廢氣排放量、人均固體廢物產(chǎn)生量、化肥施用強(qiáng)度、人均“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值和農(nóng)民人均純收入數(shù)據(jù)，均來(lái)自2003—2007年江蘇、浙江和上海三省市的統(tǒng)計(jì)年鑒、環(huán)境狀況公報(bào)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào).

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 The study area map

1.3 數(shù)據(jù)整理

首先需要將屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間數(shù)據(jù).對(duì)于無(wú)X，Y坐標(biāo)的屬性數(shù)據(jù)，在ArcGIS中將屬性數(shù)據(jù)信息輸入研究區(qū)行政區(qū)劃矢量圖的屬性表，實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的空間化;對(duì)于有X，Y坐標(biāo)的屬性數(shù)據(jù)，使用AddXYData方法實(shí)現(xiàn)空間化.再將矢量圖轉(zhuǎn)換成柵格圖，柵格大小為1 000 m×1 000 m，使用統(tǒng)一的Krasovsky橢球體坐標(biāo)和Albers投影.

土壤侵蝕強(qiáng)度數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)1∶15 000 000中國(guó)土壤侵蝕圖的數(shù)字化得到;土地利用變化數(shù)據(jù)通過(guò)比較1985年與2005年的土地利用數(shù)據(jù)得到.

NDVI年累加值的大小表明植被冠層吸收的光合輻射的多少，能反映植被初級(jí)生產(chǎn)力的大小.參照文獻(xiàn)［29］NDVI年累加值計(jì)算方法，計(jì)算了NDVI年累加值(AI)，計(jì)算公式:

式中，n為每年合成的NDVI影像圖數(shù)量，幅;NDVIi為一年中第i幅NDVI影像圖;Ti為一個(gè)波段天數(shù)(10 d).

景觀多樣性是生物多樣性的重要組成部分.在較大的時(shí)空尺度上，景觀多樣性構(gòu)成了其他層次生物多樣性的背景，并制約著這些層次生物多樣性的時(shí)空格局及其變化過(guò)程［30］.研究區(qū)的生物多樣性狀況用景觀多樣性指數(shù)(H)表示，計(jì)算公式［31］:

式中，Pi為景觀類型i所占面積的比例，%;m為景觀類型的數(shù)目，個(gè).

1.4 指標(biāo)體系構(gòu)建方法

影響生態(tài)環(huán)境脆弱性的指標(biāo)有很多，如果把所有指標(biāo)都加以考慮，將會(huì)得到龐大的指標(biāo)體系，且各指標(biāo)間有很強(qiáng)的相關(guān)性，致使評(píng)價(jià)精度降低.主成分分析法是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析原理將原來(lái)眾多具有一定相關(guān)性指標(biāo)重新組合成一組新的相互無(wú)關(guān)的綜合指標(biāo)，而原指標(biāo)所包含的大量信息仍能得到保持的一種統(tǒng)計(jì)方法［32］.空間主成分分析是在GIS軟件的支持下，在ARC/INFO的GRID模塊中使用PRINCOMP函數(shù)，通過(guò)將原始空間軸旋轉(zhuǎn)，把相關(guān)的多變量空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為少數(shù)不相關(guān)的綜合指標(biāo)［33］.使用該方法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選.

1.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化分級(jí)方法

根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)特征，采用3種分級(jí)方法:①根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征，采用聚類分析方法分級(jí);②在綜合考慮研究區(qū)的自然地理狀況、資源環(huán)境現(xiàn)狀和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，參照國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合聚類分析方法分級(jí);③參照有關(guān)文獻(xiàn)分級(jí).

聚類分析(Cluster Analysis)是根據(jù)事物本身的特性研究分類問(wèn)題的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，其基本思想是根據(jù)樣品或指標(biāo)之間的距離或相似系數(shù)進(jìn)行分類［32］.研究采用R-型聚類分析的最短距離法將指標(biāo)分類，使用歐氏距離公式計(jì)算各指標(biāo)兩兩數(shù)值間的距離，將距離較短的數(shù)值歸為一類.這一計(jì)算過(guò)程使用社會(huì)科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件包(SPSS)完成.

采用聚類分析方法分級(jí)的指標(biāo)有≥35℃日數(shù)，海拔高度，NDVI年累加值，景觀多樣性指數(shù)，人均耕地面積，人均廢水排放量，人均廢氣排放量，“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值，人口密度和GDP.旱澇分布指標(biāo)根據(jù)研究區(qū)旱澇發(fā)生頻率分級(jí):無(wú)旱澇區(qū)為第1級(jí);少旱澇區(qū)為第2級(jí);次多旱澇區(qū)為第3級(jí);多旱澇區(qū)為第4級(jí);嚴(yán)重旱澇區(qū)為第5級(jí).人均水資源和化肥施用強(qiáng)度指標(biāo)參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合聚類分析方法分級(jí)，國(guó)際公認(rèn)缺水線為1 000 m3/人，化肥施用強(qiáng)度國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為＜25 g/m2.據(jù)此，人均水資源小于1 000的數(shù)值歸為一類，大于1 000的數(shù)值用聚類分析方法分級(jí)，化肥施用強(qiáng)度小于25的數(shù)值歸為一類，大于25的數(shù)值用聚類分析方法分級(jí).土地利用變化指標(biāo)根據(jù)土地利用變化的大小和方向分級(jí):首先參照黃方等［33］的土地利用分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，把內(nèi)陸水體、近海濕地、河湖灘地和沼澤地分為第1級(jí);有林地分為第2級(jí);中覆蓋度草地、灌木林和疏林地分為第3級(jí);低覆蓋度草地、旱地、水澆地和水田分為第4級(jí);城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村聚落、裸巖和裸地分為第5級(jí).然后，將兩期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再分級(jí):2005年較1985年土地利用級(jí)別低3級(jí)以上的像元定為土地利用變化1級(jí)(如土地利用級(jí)別由1985年的第5級(jí)變?yōu)?005年的第1或第2級(jí)，或者由1985年的第4級(jí)變?yōu)?005年的第1級(jí));低1級(jí)或2級(jí)的像元定為土地利用變化2級(jí);土地利用級(jí)別沒(méi)有變化的定為第3級(jí);2005年高1級(jí)或2級(jí)的像元定為土地利用變化4級(jí);高3級(jí)以上的定為土地利用變化5級(jí).土壤侵蝕強(qiáng)度指標(biāo)依照文獻(xiàn)［28］的分級(jí)方法并考慮研究區(qū)的實(shí)際狀況得到:無(wú)明顯侵蝕為第1級(jí);微度侵蝕為第2級(jí);輕度侵蝕為第3級(jí);中度侵蝕為第4級(jí);強(qiáng)度侵蝕為第5級(jí).生態(tài)環(huán)境脆弱度隨著劃分等級(jí)的增加而增加.

1.6 脆弱性指數(shù)計(jì)算及脆弱度分類方法

參照文獻(xiàn)［14］的脆弱生態(tài)環(huán)境定量評(píng)價(jià)方法，對(duì)研究區(qū)的每個(gè)像元計(jì)算脆弱性指數(shù)(EVI)，計(jì)算公式:式中，wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重;fi為評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí).

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重(wi)通過(guò)層次分析法確定.層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，基本原理是:將一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部因素之間的隸屬關(guān)系，將一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題的各種要素轉(zhuǎn)化為有條理的有序?qū)哟?，并以同一層次的各種要素按照上一層要素為準(zhǔn)則，構(gòu)造判斷矩陣，進(jìn)行兩兩判斷比較，計(jì)算出各要素的權(quán)重［34］，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，當(dāng)CR(隨機(jī)一致性比率)＜0.1時(shí)，判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調(diào)整，直到達(dá)到滿意的一致性為止.使用Excel軟件作層次分析，計(jì)算了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重.

在GIS軟件支持下，使用式(3)計(jì)算每個(gè)像元的EVI，得到EVI的空間分布圖.采用自然斷點(diǎn)法(Nature Breaks Classification)將EVI分成5類，分別為微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和極度脆弱5個(gè)脆弱性等級(jí).自然斷點(diǎn)法是一種根據(jù)數(shù)值統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律分級(jí)和分類的統(tǒng)計(jì)方法，它能使類與類之間的不同最大化［6］.

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)

在詳細(xì)分析長(zhǎng)江三角洲自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境狀況的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)內(nèi)外脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)的內(nèi)容，選擇兩大類(即自然成因和人為成因指標(biāo))共20個(gè)指標(biāo)作為初選指標(biāo).這些指標(biāo)是:≥10℃積溫，≥35℃日數(shù)，日降水量，大暴雨日數(shù)，旱澇分布，海拔高度，NDVI年累加值，景觀多樣性指數(shù)，土壤侵蝕強(qiáng)度，人均耕地面積，化肥施用強(qiáng)度，土地利用變化，“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值，人口密度，GDP和農(nóng)民人均純收入.評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取主要基于長(zhǎng)江三角洲的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和脆弱性特征，由于該區(qū)域旱澇災(zāi)害頻發(fā)，故選取≥35℃日數(shù)、≥10℃積溫、日降水量、大暴雨日數(shù)、旱澇分布和NDVI年累加值等指標(biāo)反映這一生態(tài)環(huán)境問(wèn)題.長(zhǎng)江三角洲主要的地質(zhì)災(zāi)害——地面沉降和地面裂縫，主要是由污染和過(guò)度開(kāi)采地下水導(dǎo)致，酸雨頻率高則主要是由污染導(dǎo)致，選取人均水資源、人均廢水排放量、人均廢氣排放量、人均固體廢物產(chǎn)生量、化肥施用強(qiáng)度、人口密度(人口密度與資源環(huán)境的壓力正相關(guān))和人均耕地面積等指標(biāo)反映這2種生態(tài)環(huán)境問(wèn)題.水土流失、海岸帶蝕退和生物多樣性受到威脅等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)土壤侵蝕強(qiáng)度、海拔高度、景觀多樣性指數(shù)和土地利用變化指標(biāo)來(lái)反映.“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值，GDP和農(nóng)民人均純收入3項(xiàng)指標(biāo)表明該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和對(duì)環(huán)保的投入.由于評(píng)價(jià)指標(biāo)間具有相關(guān)性，通過(guò)主成分分析，把相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9(含)以上的指標(biāo)去掉一個(gè)，由此得到15個(gè)相互獨(dú)立的指標(biāo)，其中自然因素指標(biāo)有≥35℃日數(shù)，旱澇分布，海拔高度，NDVI年累加值，景觀多樣性指數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度;人為因素指標(biāo)有人均耕地面積、人均水資源、人均廢水排放量、人均廢氣排放量、化肥施用強(qiáng)度、土地利用變化、“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值、人口密度和GDP.

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化分級(jí)

根據(jù)上述量化分級(jí)方法，依參評(píng)因子對(duì)環(huán)境脆弱性的正向影響程度，將脆弱度從低到高分為5級(jí)并賦值:1～5分別為微度、輕度、中度、重度和極度脆弱(見(jiàn)表1).

表1 長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)量化分級(jí)Table 1 The classification of eco-environmental vulnerability factors in Yangtze River Delta

2.3 評(píng)價(jià)因子權(quán)重

使用層次分析法構(gòu)造判斷矩陣，并經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)，得到各評(píng)價(jià)因子權(quán)重(計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)［35］)，如表2所示.其中，旱澇分布指標(biāo)權(quán)重最大，為0.196;其次為≥35℃日數(shù)和海拔高度指標(biāo)，權(quán)重為0.138;GDP和景觀多樣性指數(shù)指標(biāo)權(quán)重最小，為0.014.

2.4 生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)及脆弱度分類

由式(3)計(jì)算得到長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)的空間分布，整個(gè)區(qū)域脆弱性指數(shù)值在1.7～4.3之間，平均值為 2.828.根據(jù)自然斷點(diǎn)法，將脆弱性指數(shù)分成 5類:1.7～＜2.5，2.5～＜2.9，2.9～＜3.3，3.3～＜3.7和3.7～4.3，分別代表微度、輕度、中度、重度和極度脆弱5個(gè)脆弱度等級(jí).圖2為長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱度空間分布.由圖2可以看出，長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性大體上呈現(xiàn)出中部重、南北部輕的特征.極度和重度脆弱區(qū)主要分布在太湖流域和浙江中西部;微度脆弱區(qū)主要分布在江蘇北部和浙江東部;輕度和中度脆弱區(qū)遍布于整個(gè)研究區(qū).

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重Table 2 The weights of evaluation factors

圖2 長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱度空間分布Fig.2 The spatial distribution of the eco-environmental vulnerability in Yangtze River Delta

研究區(qū)各脆弱度等級(jí)分布面積和所占比例如表3所示.輕度脆弱區(qū)(28.92%)和中度脆弱區(qū)(26.33%)占整個(gè)長(zhǎng)江三角洲面積的一半多(55.25%)，微度、重度和極度脆弱區(qū)分別占24.65%，11.82%和8.28%，因此，總體來(lái)看，長(zhǎng)江三角洲大部分區(qū)域的生態(tài)環(huán)境屬輕度和中度脆弱.

表3 長(zhǎng)江三角洲各等級(jí)脆弱度分布面積及所占比例Table 3 The total area and the proportion of different eco-environmental vulnerability level in Yangtze River Delta

2.5 脆弱性成因分析

自然因素是脆弱生態(tài)環(huán)境形成的內(nèi)因，人為因素是外因，是觸發(fā)性因子.屬于極度或重度脆弱的太湖流域從自然因素看，脆弱性表現(xiàn)在:洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率大;NDVI年累加值低，小于90;景觀多樣性指數(shù)低，大部分地區(qū)小于 0.5.從人為因素看，太湖流域的脆弱性主要源于:①污染較嚴(yán)重.太湖流域廢水、廢氣排放量均較多，5年平均廢水排放量大于53.5 t/人，廢氣排放量大于3.6×104m3/人.由于污染水生動(dòng)植物大量死亡，生物多樣性下降，并且因水污染造成的水質(zhì)型缺水問(wèn)題已十分突出.②土地利用變化大.1985—2005年太湖流域大部分土地由濕地和林地變?yōu)榈透采w度草地和城鎮(zhèn)建設(shè)用地，城鎮(zhèn)建設(shè)用地增加，導(dǎo)致產(chǎn)生大量不透水層，致使產(chǎn)水量增加，大大降低流域的蓄水能力.③對(duì)資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)造成對(duì)環(huán)境的破壞.由于過(guò)度開(kāi)采地下水，太湖流域人均水資源為整個(gè)研究區(qū)最少，5年平均少于1 000 m3/人，低于國(guó)際公認(rèn)缺水線，對(duì)地下水的過(guò)度開(kāi)采引發(fā)了地面沉降、地面裂縫等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題.

屬于極度脆弱的浙江中西部，從自然因素看其脆弱性表現(xiàn)在:浙江中部為嚴(yán)重易旱區(qū)，高溫日數(shù)多，20年平均≥35℃日數(shù)多于16.6 d.浙江西部為嚴(yán)重易澇區(qū)，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率大;土壤侵蝕較嚴(yán)重，大部分地區(qū)為中度侵蝕.從人為因素看，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，浙江中西部工業(yè)污染較嚴(yán)重，浙江西部廢水排放量最多，5年平均大于207 t/人;廢氣排放量也較多，5年平均 6.6×104～15×104m3/人;土地利用變化大，1985—2005年浙江中部大部分土地由林地、中覆蓋度草地變?yōu)榈透采w度草地或旱地、水澆地，植被嚴(yán)重破壞，土壤侵蝕加重.

屬于微度脆弱的江蘇北部和浙江東部，從自然因素看，該地區(qū)極少發(fā)生旱澇災(zāi)害;極端高溫日數(shù)少，20年平均≥35℃日數(shù)少于16.6 d;NDVI年累加值較高，大于120.從人為因素看，江蘇北部和浙江東部廢水廢氣排放均較少，5年平均廢水排放少于53.5 t/人，廢氣少于3.6×104m3/人.浙江東部土地利用類型為有林地，水土流失少，土壤肥力高;人均水資源較多，5年平均大于1 200 m3/人.江蘇北部大部分地區(qū)人均耕地面積較多，5年平均大于750 m2/人.

由以上分析可知，在自然因素和人為因素的疊加影響下，太湖流域和浙江中西部為極度或重度脆弱區(qū).而江蘇北部和浙江東部由于自然脆弱性較低，人為干擾相對(duì)較弱，故該區(qū)為微度脆弱區(qū).

3 結(jié)論

a.在自然因素和人為因素的疊加影響下，長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性大體呈現(xiàn)出中部重、南北部輕的特征.

b.極度和重度脆弱區(qū)主要分布在中部的太湖流域以及浙江中西部地區(qū)，分別占整個(gè)研究區(qū)的8.28%和11.82%;輕度和中度脆弱區(qū)遍布于整個(gè)研究區(qū)，占55.25%;微度脆弱區(qū)主要分布在江蘇北部和浙江東部，占24.65%.總體來(lái)看，長(zhǎng)江三角洲大部分區(qū)域的生態(tài)環(huán)境屬輕度和中度脆弱.

c.極度和重度脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要特征是旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率大、資源匱乏、污染強(qiáng)度大、土壤侵蝕嚴(yán)重和生物多樣性低.

4 討論

根據(jù)長(zhǎng)江三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱性特征及不同脆弱度分布，對(duì)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的建議是:在極度和重度脆弱區(qū)，重點(diǎn)治理，大力建設(shè).依靠對(duì)災(zāi)害防治、環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及環(huán)保資金的高投入，降低旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率，減少人類活動(dòng)對(duì)濕地的圍墾和對(duì)林地的破壞，控制和治理污染，提高對(duì)工業(yè)“三廢”和生活污水、生活垃圾的處理率和利用率，同時(shí)工程修復(fù)和生態(tài)修復(fù)相結(jié)合，減緩目前該區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱的態(tài)勢(shì).在中度和輕度脆弱區(qū)，生態(tài)環(huán)境形勢(shì)不是十分嚴(yán)峻，但仍要高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)，減少人為干擾和破壞，防止生態(tài)環(huán)境向高一級(jí)脆弱類型轉(zhuǎn)化.在微度脆弱區(qū)，生態(tài)環(huán)境較好，但仍不能忽視保護(hù)，堅(jiān)持資源開(kāi)發(fā)前的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)并做好保護(hù)規(guī)劃，防止對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞.

然而研究結(jié)果還具有一定的不確定性.這種不確定性一方面來(lái)源于屬性數(shù)據(jù)的空間化，如氣象數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等是按行政區(qū)劃分的，將這些屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性產(chǎn)生影響;另一方面，在評(píng)價(jià)指標(biāo)選取、指標(biāo)權(quán)重的確定等方面帶有一定的主觀性，會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響.探索一種更加科學(xué)和完善的定量評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的方法將是未來(lái)的研究?jī)?nèi)容.

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Integrated Assessm ent o f Eco-Environm enta l Vu lnerability in Yangtze River De lta Based on RS and G IS

XU Qing-yong1，2，HUANG Mei2，LU Pei-ling1，LIRen-qiang2

1.Beijing Forestry University，Beijing 100083，China

2.Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling，Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，Beijing 100101，China

X826

A

1001-6929(2011)01-0058-08

2010-05-28

2010-09-10

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2008BAK50B01，2007BAC03A11);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30590384)

徐 慶 勇 (1975 -)，女，黑 龍 江 伊 春 人，xuqingyong1234@yahoo.cn.

*責(zé)任作者，黃玫(1968-)，女，貴州興仁人，副研究員，博士，主要從事氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)研究，huangm@igsnrr.ac.cn