北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)是連接中國東部半濕潤農(nóng)耕區(qū)與西部半干旱草原牧區(qū)的過渡帶,屬于一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng).它是中國少數(shù)民族的聚居區(qū)和北方主要江河的發(fā)源地,滋潤著中下游廣闊的農(nóng)田和土地,同時(shí)也是遏止荒漠化和沙化向中國東中部地區(qū)移動(dòng)的重要的生態(tài)屏障,其可持續(xù)發(fā)展在中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)等方面具有十分重要的戰(zhàn)略地位[1].但是由于受全球氣候變化和區(qū)域沙漠化的影響,該區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯惡化,氣候?yàn)?zāi)害增加,加之該區(qū)域土地資源質(zhì)量差,在人為因素的劇烈擾動(dòng)下,生態(tài)環(huán)境越來越脆弱.為有效地恢復(fù)和保護(hù)北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的生態(tài)環(huán)境,對(duì)其進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究.生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)是衡量生態(tài)系統(tǒng)破碎和穩(wěn)定程度的有效方法[2].由于生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性及其與自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的密切聯(lián)系,生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)應(yīng)該將定性判斷與定量評(píng)價(jià)有機(jī)結(jié)合,并綜合考慮研究區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等諸多因素.近年來,許多學(xué)者對(duì)濕地、森林、城市、農(nóng)田、荒漠等不同類型的生態(tài)系統(tǒng),采用指示物種法和指標(biāo)體系法進(jìn)行了多方面的研究,然而,由于許多因素很難準(zhǔn)確定量,很難有一種囊括所有形態(tài)、在大的范圍進(jìn)行的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[3]。

本文以寧夏鹽池縣為研究區(qū)域,基于“驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-響應(yīng)”(DFSR)模型建立評(píng)價(jià)指標(biāo),采用GIS和RS技術(shù)輔佐北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià),在理論與方法上將具有一定優(yōu)越性.通過對(duì)典型的北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的分析,以期為鹽池縣環(huán)境保護(hù)決策的制定提供一定的科學(xué)依據(jù),也可為其他農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)和保護(hù)提供參考.

1研究區(qū)域概況

鹽池縣(37°04′~38°10′N,106°30′~107°47′E)位于寧夏回族自治區(qū)東部,地處毛烏素沙漠的南緣,屬于黃土丘陵向鄂爾多斯臺(tái)地的過渡地帶,是我國典型的北方農(nóng)牧交錯(cuò)地帶,全縣轄4個(gè)鎮(zhèn)4個(gè)鄉(xiāng),101個(gè)行政村和675個(gè)自然村.鹽池縣地勢(shì)南高北低,南部海拔1600~1800m,為黃土丘陵溝壑區(qū),約占全縣總面積的20%;中北部海拔1400~1600m,地勢(shì)開闊平緩,為鄂爾多斯緩坡丘陵區(qū),約占全縣總面積的80%.鹽池縣屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候,四季少雨多風(fēng),年平均降雨量296.4~355mm,年蒸發(fā)量2095~2179.8mm,降雨主要集中在7~9月,占全年總量的62%,形成了春夏冬季“十年九旱”、秋季山洪和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、冬春季揚(yáng)沙和浮塵天氣多的惡劣氣候條件.鹽池縣自然降水是鹽池縣大多數(shù)農(nóng)田和全部草原的主要水源,歷史上境內(nèi)地下水和地表水也完全依靠降雨補(bǔ)給形成.鹽池縣經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)以農(nóng)牧業(yè)為主,鹽池縣歷來是我國沙漠化危害最嚴(yán)重的地區(qū)之一[4].

2研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1DSFR模型

1996年,由聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)(UNCSD)和聯(lián)合國政策協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展部(DPCSD)以“驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-響應(yīng)”(DFSR)模式初步構(gòu)建了134個(gè)指標(biāo),其中經(jīng)濟(jì)指標(biāo)23個(gè)、社會(huì)指標(biāo)41個(gè)、環(huán)境指標(biāo)55個(gè)、制度指標(biāo)15個(gè),涉及了公平、健康、教育、住房、安全、人口等6類社會(huì)問題,形成了一個(gè)反映可持續(xù)發(fā)展的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)特征的有機(jī)體系[5].在DFSR模型中,其組成包括:①驅(qū)動(dòng)力.人類行為、過程和生活方式對(duì)可持續(xù)發(fā)展的影響;②狀態(tài).環(huán)境的質(zhì)量和自然資源的數(shù)量;③響應(yīng).在可持續(xù)發(fā)展方面政策或其他反應(yīng)的改變.DFSR模型實(shí)際上從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和制度方面反映了可持續(xù)發(fā)展的不同側(cè)面,為可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)提供了廣泛接受的指標(biāo)體系框架.

2.2指標(biāo)體系及權(quán)重的確定

采用“驅(qū)動(dòng)力—狀態(tài)—響應(yīng)”(DFSR模型),緊緊圍繞生態(tài)系統(tǒng)功能和人類活動(dòng)來綜合考慮區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用方式及狀況、自然資源分布及利用等因素,從驅(qū)動(dòng)力、狀態(tài)、響應(yīng)這3個(gè)層次共選取20個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)作為生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo).由于各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)性質(zhì)、量綱不同,各指標(biāo)之間沒有可比性,因此,通過極差標(biāo)準(zhǔn)化處理形成無量綱的數(shù)據(jù).然后在SPSS中對(duì)其進(jìn)行層次聚類分析,按照從小到大的順序分別為每類單項(xiàng)指標(biāo)賦值1、3、5、7、9.采用層次分析法對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重分配;指標(biāo)層權(quán)重利用主成分分析法對(duì)單個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配。生態(tài)系統(tǒng)彈性度是通過植被類型的變化來判斷生態(tài)系統(tǒng)的彈性力范圍,或者可變化的余地大小.計(jì)算公式如下:()1ECO=miiiSP=∑(1)式中:ECO為生態(tài)彈性度;iS為土地類型i所占的比例;iP為土地類型i的彈性分值;m為土地類型的數(shù)目.

2.3評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

2.4評(píng)價(jià)單元的確定

以往生態(tài)健康評(píng)價(jià)的案例,其單元主要有基于面狀的矢量和點(diǎn)狀的柵格2種.本文考慮到資源來源和研究目標(biāo),采用基于面狀的矢量作為評(píng)價(jià)單元,即以行政單元(縣)為計(jì)算單元.

2.5數(shù)據(jù)來源

遙感數(shù)據(jù):2000年與2002年的Landsat-7ETM影像數(shù)據(jù)、2006~2009年的Landsat-5TM影像數(shù)據(jù)(編號(hào)129-34,分辨率30m×30m).其他數(shù)據(jù):鹽池縣統(tǒng)計(jì)年鑒;自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的文字資料和圖件資料.

3研究結(jié)果

3.1鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)狀態(tài)指標(biāo)分析

采用ENVI對(duì)已校正過的遙感影像的各單波段進(jìn)行融合,將融合后的影像在Arcgis中進(jìn)行目視解譯、空間分析等,提取目標(biāo)區(qū)域的景觀指標(biāo),并獲取土地利用圖.根據(jù)各指標(biāo)值計(jì)算并繪制鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)狀態(tài)指標(biāo)分值分布圖(圖1)及狀態(tài)指標(biāo)分布圖(圖2).由圖2可知,麻黃山、高沙窩、大水坑、青山鄉(xiāng)、惠安堡生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)指標(biāo)分值在各年份中的變動(dòng)相對(duì)較小,尤其是麻黃山的狀態(tài)分值基本沒變且在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中最低.而馮記溝、王樂井、花馬池的分值在各年份中的變動(dòng)較大.

通過實(shí)地走訪及問卷調(diào)查可知,麻黃山位于鹽池縣最南部,該地區(qū)離縣城較遠(yuǎn)且交通不便,居民的經(jīng)濟(jì)收入較低,生態(tài)政策實(shí)施效果較差,因此麻黃山的狀態(tài)分值最低.花馬池、馮記溝、王樂井的狀態(tài)分值變化較大,尤其是花馬池.由于縣城位于花馬池,居民的經(jīng)濟(jì)收入及文化程度較高,生態(tài)政策實(shí)施效果較好,例如2000年的退耕還林政策,2002年的禁牧政策.因此,花馬池的狀態(tài)分值發(fā)生較大變化.馮記溝和王樂井的居民經(jīng)濟(jì)收入及文化程度較高,生態(tài)政策實(shí)施的初期效果較好,而后政府的引導(dǎo)力度不夠,政策實(shí)施效果較差.因此,王樂井和馮記溝的狀態(tài)分值發(fā)生較大變化.從垂直方向上分析圖1可知,生態(tài)系統(tǒng)健康的狀態(tài)為一級(jí)及二級(jí)(即狀態(tài)分值分別為不小于9和不小于7)的區(qū)域,2000年分別有0個(gè)和3個(gè);2002年分別有1個(gè)和2個(gè);2006年分別有0個(gè)和2個(gè);2007年分別有0個(gè)和2個(gè);2008年分別有1個(gè)和1個(gè);2009年分別有0個(gè)和2個(gè).由圖2可知,鹽池縣生態(tài)系統(tǒng)健康的狀態(tài)指標(biāo)分值呈現(xiàn)明顯的南北差異,中北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)的狀態(tài)指標(biāo)分值要高于南部.