岷江流域生态安全及其预警研究
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摘要
本文从岷江流域生态安全变化入手,基于PSR模型构建生态安全评价指标体系,采用层次分析、模糊综合评判、时间序列预测、主成分分析等综合分析方法,评价岷江流域1995～2005年生态安全状况、动态变化过程及其驱动力因素;同时,从流域尺度预测2010～2020年生态安全发展状况,通过主要预警因子的分析与提取,建立生态安全预警模型,对岷江流域中长期生态安全进行预警。主要研究结果如下:
(1)1995、2000、2005年三个时期岷江流域生态安全整体上逐步好转,其危险等级所占面积比例从1995年的81%下降为2005年的56%,较危险等级所占面积比例从1995年的8%下降为2005年的3%;与此相反,临界安全等级所占面积比例从1995年的0上升为2005年的11%,安全等级所占面积比例从1995年的11%上升为2005年的30%。就各评价单元的变化趋势而言,流域中游区段各区县在保持原安全水平的同时,非安全等级逐步向安全等级转化,且安全区域面积不断扩大。然而,汶川县、双流县、道孚县、马尔康县、小金县、九龙县、天全县、雨城区、石棉县、汉源县、美姑县等11区县在1995～2005年间,其生态安全状况出现显著的波动变化。从流域整体分析,干流中下游区段生态安全等级明显优于生态脆弱的干流上游及大渡河支流。
(2)利用主成分分析法综合分析自然和人为多项指标表明,显著影响岷江流域生态安全动态变化的驱动力因素包括农村经济发展水平(农村居民人均纯收入和路网密度)、农业面源污染源(单位面积化肥使用量和单位面积农药施用量)、农业生产力水平(人均粮食量与农业人口比例)、自然景观格局要素(森林覆盖率和景观多样性指数)、农村能源及农村环境退化(水土流失)以及农业灾害等七大类。其中,农村经济发展水平和农业面源污染源是岷江流域生态安全变化的主要驱动因素。
(3)岷江流域2010、2015、2020年三个预测时期生态安全状态呈现以下特征:1)岷江流域生态安全等级变化显著,全流域生态安全逐步优变;2)流域内各区县单元生态安全等级变化较为复杂,大部分单元安全等级逐步提高,而局部单元安全等级趋于下降;3)部分居于生态安全状态的区县单元在整个研究时限内其生态安全等级变化不显著,这些单元涉及都江堰市、成都市区、龙泉驿区、郫县、温江县、冕宁县,而部分居于生态危险状态的井研县、沙湾区、阿坝县、色达县、壤塘县、峨边县、甘洛县,同样也维持相对较小的变化格局;4)从流域内不同区段分析,岷江流域干流中游区段的生态安全状态明显高于其他区段,其次为干流下游区段,再次为干流上游区段和大渡河支流。这一结论与学术界长期以来的观点相符,即岷江上游以及大渡河支流是岷江流域生态环境相对脆弱并值得高度关注的区域。
(4)岷江流域2010～2020年生态安全预警分为3类:安全区域、持续危险区域以及退化区域。安全区域包括红原县、都江堰市、峨眉山市等49个县区;持续危险区域包括干流上游的松潘县、干流中游的青神县、井研县,干流下游的沙湾区、荣县和大渡河支流的阿坝县、色达县、壤塘县、金川县、丹巴县、九龙县、汉源县、夹江县、峨边县、甘洛县等15县区;退化区域则仅包括干流上游的理县和大渡河支流的越西县。
(5)岷江流域2010～2020年生态安全的主要预警因子可归纳为经济发展因子、农业灾害因子、土地承载力因子、人口结构因子、农村能源因子、景观格局因子等六大类。
(6)结合生态安全预警分析结果,岷江流域生态安全的调控对策应包括:1)改善土地利用结构,优化流域景观格局;2)开发农村替代能源;3)加强科技培训,转移农村剩余劳动力;4)提倡生态移民,缓解资源承载压力;5)增强农业防灾减灾能力;6)大力发展可持续生计,加速农村经济发展。
Based on a Pressure-Status-Response model, fifteen selected indexes were formulated to study the status, dynamic changes and their driving factors of ecological security in the Minjiang River Basin on a time span from 1995 to 2020 by an integrated application of Analytic Hierarchy Process, Fuzzy Compositive Assessment, Time Series Forecasting Method and Principal Component Analysis. Moreover, an early-warning model was built for ecological security monitoring within a mid-term period from 2010 to 2020. Main results were summarized as follows:
1. In the period of 1995, 2000 and 2005, ecological security in the Minjiang River Basin featured a whole mending process. The area ratio of assessment units (county-level) on a highly threatening level was decreased from 81% in 1995 to 56 % in 2005 whereas that of assessment unit on a moderately threatening level was decreased from 8% in 1995 to 3% in 2005. Contrarily, an area ration of assessment units on a critical threatening level was increased from 0 in 1995 to 11% in 2005 whereas that of assessment units on a safe level was increased from 11% in 1995 to 30% in 2005. As far as a spatial change is analyzed, most counties in the middle reaches of the Minjiang River Basin maintained a safe-level status, and some counties where the ecological security was previously on an unsafe level conducted a gradual progressive increase in the area ratio towards the safe level. Notwithstanding, such counties as Wenchuan, Daofu, Maerkang, Xiaojin, Jiulong, Tianquan, Yucheng, Shimian, Hanyuan, Meigu and Shuangliu, most of which are locating in the upper reaches of the Minjiang River Basin, featured an uneven changes on ecological security status during 1995 and 2005. Basically, the ecological security status in the middle and lower reaches was much better than that in the upper reaches and that in the Daduhe River Basin.
2. Driving factors for ecological security changes in the Minjiang River Basin existed in seven classifications, involving in rural economic status attributed by average annual net income per person and highway density, rural non-point pollution condition attributed by chemical fertilizer use and pesticide use per unit area, rural productivity attributed by average grain yield per person and rural labor ratio, landscape pattern attributed by forest coverage and landscape diversity index, rural electricity provision, water and soil loss and agricultural hazards as well. Principal Component Analysis showed that among those factors, rural economic status and rural non-point pollution condition were the major driving factors for ecological security changes in the Minjiang River Basin.
3. Through forecasting by a Time Series Forecasting Method, ecological security status will be significantly changed towards a safer trend in the period of 2010, 2015 and 2020 in the Minjiang River Basin. (1) Complicate changes will occur within different assessment units in the study area. Most of them will generally develop towards a better security level, but some of them will gradually descend their security level. (2) Some assessment units which are presently on the safe level will process little changes in ecological security status, which can be listed as Dujiangyan, Chengdu Downtown, Longquan, Pixian, Wenjiang, and Mianning. Meanwhile, some assessment units presently on a threatening level will also maintain their status. (3)The ecological security status in the middle reaches of the Minjiang River Basin will always be better than that in the lower reaches. Threats will continuously exist in the upper reaches and in the Daduhe River Basin. This result is coincident with reports from other studies, which still deserves more urgent and prompt concerns.
4. In terms of a mid-term early-warning, three monitoring regions can be typed into safe region, threatening region and unsafe region, according to comprehensive analysis on ecological security status during 2010 and 2020. The safe region is composed of 49 assessment units, most of which are in the middle reaches, the threatening region contains 15 assessment units of Songpan, Qingsheng, Jingyan, Shawan, Rongxian, Arba, Seda, Rangtang, Jinchuan, Danba, Jiulong, Hanyuan, Jiajiang, Ebian and Ganluo, which are scattered in three sections of the Minjiang River Basin. The unsafe region contains only 2 assessment units, Lixian and Yuexi.
5. The main early-warning factors for ecological security during 2010 and 2020 in the study area can be diagnosed by six sensitive components as economic developmental condition, agricultural hazards, land loading capacity, rural population composition, rural electricity and land use changes.
6. So as to improve the ecological security in the Minjiang River Basin, some technical and policy-based countermeasures should be applied as: (1) to optimize land use and increased the forest coverage; (2) to develop alternative power source in the rural area;(3)to educate the labor and transfer the overplus;(4)to implement ecological emigration for unloading land pressure; (5)to enforce controlling rural hazards; and (6) to develop alternative livelihood for accelerating rural economic increase.
(1)1995、2000、2005年三个时期岷江流域生态安全整体上逐步好转,其危险等级所占面积比例从1995年的81%下降为2005年的56%,较危险等级所占面积比例从1995年的8%下降为2005年的3%;与此相反,临界安全等级所占面积比例从1995年的0上升为2005年的11%,安全等级所占面积比例从1995年的11%上升为2005年的30%。就各评价单元的变化趋势而言,流域中游区段各区县在保持原安全水平的同时,非安全等级逐步向安全等级转化,且安全区域面积不断扩大。然而,汶川县、双流县、道孚县、马尔康县、小金县、九龙县、天全县、雨城区、石棉县、汉源县、美姑县等11区县在1995～2005年间,其生态安全状况出现显著的波动变化。从流域整体分析,干流中下游区段生态安全等级明显优于生态脆弱的干流上游及大渡河支流。
(2)利用主成分分析法综合分析自然和人为多项指标表明,显著影响岷江流域生态安全动态变化的驱动力因素包括农村经济发展水平(农村居民人均纯收入和路网密度)、农业面源污染源(单位面积化肥使用量和单位面积农药施用量)、农业生产力水平(人均粮食量与农业人口比例)、自然景观格局要素(森林覆盖率和景观多样性指数)、农村能源及农村环境退化(水土流失)以及农业灾害等七大类。其中,农村经济发展水平和农业面源污染源是岷江流域生态安全变化的主要驱动因素。
(3)岷江流域2010、2015、2020年三个预测时期生态安全状态呈现以下特征:1)岷江流域生态安全等级变化显著,全流域生态安全逐步优变;2)流域内各区县单元生态安全等级变化较为复杂,大部分单元安全等级逐步提高,而局部单元安全等级趋于下降;3)部分居于生态安全状态的区县单元在整个研究时限内其生态安全等级变化不显著,这些单元涉及都江堰市、成都市区、龙泉驿区、郫县、温江县、冕宁县,而部分居于生态危险状态的井研县、沙湾区、阿坝县、色达县、壤塘县、峨边县、甘洛县,同样也维持相对较小的变化格局;4)从流域内不同区段分析,岷江流域干流中游区段的生态安全状态明显高于其他区段,其次为干流下游区段,再次为干流上游区段和大渡河支流。这一结论与学术界长期以来的观点相符,即岷江上游以及大渡河支流是岷江流域生态环境相对脆弱并值得高度关注的区域。
(4)岷江流域2010～2020年生态安全预警分为3类:安全区域、持续危险区域以及退化区域。安全区域包括红原县、都江堰市、峨眉山市等49个县区;持续危险区域包括干流上游的松潘县、干流中游的青神县、井研县,干流下游的沙湾区、荣县和大渡河支流的阿坝县、色达县、壤塘县、金川县、丹巴县、九龙县、汉源县、夹江县、峨边县、甘洛县等15县区;退化区域则仅包括干流上游的理县和大渡河支流的越西县。
(5)岷江流域2010～2020年生态安全的主要预警因子可归纳为经济发展因子、农业灾害因子、土地承载力因子、人口结构因子、农村能源因子、景观格局因子等六大类。
(6)结合生态安全预警分析结果,岷江流域生态安全的调控对策应包括:1)改善土地利用结构,优化流域景观格局;2)开发农村替代能源;3)加强科技培训,转移农村剩余劳动力;4)提倡生态移民,缓解资源承载压力;5)增强农业防灾减灾能力;6)大力发展可持续生计,加速农村经济发展。
Based on a Pressure-Status-Response model, fifteen selected indexes were formulated to study the status, dynamic changes and their driving factors of ecological security in the Minjiang River Basin on a time span from 1995 to 2020 by an integrated application of Analytic Hierarchy Process, Fuzzy Compositive Assessment, Time Series Forecasting Method and Principal Component Analysis. Moreover, an early-warning model was built for ecological security monitoring within a mid-term period from 2010 to 2020. Main results were summarized as follows:
1. In the period of 1995, 2000 and 2005, ecological security in the Minjiang River Basin featured a whole mending process. The area ratio of assessment units (county-level) on a highly threatening level was decreased from 81% in 1995 to 56 % in 2005 whereas that of assessment unit on a moderately threatening level was decreased from 8% in 1995 to 3% in 2005. Contrarily, an area ration of assessment units on a critical threatening level was increased from 0 in 1995 to 11% in 2005 whereas that of assessment units on a safe level was increased from 11% in 1995 to 30% in 2005. As far as a spatial change is analyzed, most counties in the middle reaches of the Minjiang River Basin maintained a safe-level status, and some counties where the ecological security was previously on an unsafe level conducted a gradual progressive increase in the area ratio towards the safe level. Notwithstanding, such counties as Wenchuan, Daofu, Maerkang, Xiaojin, Jiulong, Tianquan, Yucheng, Shimian, Hanyuan, Meigu and Shuangliu, most of which are locating in the upper reaches of the Minjiang River Basin, featured an uneven changes on ecological security status during 1995 and 2005. Basically, the ecological security status in the middle and lower reaches was much better than that in the upper reaches and that in the Daduhe River Basin.
2. Driving factors for ecological security changes in the Minjiang River Basin existed in seven classifications, involving in rural economic status attributed by average annual net income per person and highway density, rural non-point pollution condition attributed by chemical fertilizer use and pesticide use per unit area, rural productivity attributed by average grain yield per person and rural labor ratio, landscape pattern attributed by forest coverage and landscape diversity index, rural electricity provision, water and soil loss and agricultural hazards as well. Principal Component Analysis showed that among those factors, rural economic status and rural non-point pollution condition were the major driving factors for ecological security changes in the Minjiang River Basin.
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4. In terms of a mid-term early-warning, three monitoring regions can be typed into safe region, threatening region and unsafe region, according to comprehensive analysis on ecological security status during 2010 and 2020. The safe region is composed of 49 assessment units, most of which are in the middle reaches, the threatening region contains 15 assessment units of Songpan, Qingsheng, Jingyan, Shawan, Rongxian, Arba, Seda, Rangtang, Jinchuan, Danba, Jiulong, Hanyuan, Jiajiang, Ebian and Ganluo, which are scattered in three sections of the Minjiang River Basin. The unsafe region contains only 2 assessment units, Lixian and Yuexi.
5. The main early-warning factors for ecological security during 2010 and 2020 in the study area can be diagnosed by six sensitive components as economic developmental condition, agricultural hazards, land loading capacity, rural population composition, rural electricity and land use changes.
6. So as to improve the ecological security in the Minjiang River Basin, some technical and policy-based countermeasures should be applied as: (1) to optimize land use and increased the forest coverage; (2) to develop alternative power source in the rural area;(3)to educate the labor and transfer the overplus;(4)to implement ecological emigration for unloading land pressure; (5)to enforce controlling rural hazards; and (6) to develop alternative livelihood for accelerating rural economic increase.
引文
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