基于集對分析的喀斯特生態景觀退化診斷研究——以畢節地區為例

邵技新，張鳳太，3 ，蘇維詞 ，曹 歡

(1.貴州師范學院地理與旅游學院，貴陽550018;2.貴州師范學院 資源環境與災害研究所，貴陽550018;3.南京大學地理與海洋學院，南京210093;4.貴州省科學院山地資源研究所，貴陽550001;5.貴州大學資源與環境學院，貴陽55003)

景觀是指由地貌過程和各種干擾作用形成的，具有特定結構、功能和動態特征的一種宏觀系統[1]。目前，關于生態景觀的研究主要集中在對農業[2-3]、城市[4]、河流[5]、森林[6]等生態景觀的格局分析[7]、景觀的優化與設計[8]、景觀的修復[9]等方面，對生態景觀的評價和診斷相對較少，研究較薄弱。當前對生態系統健康和安全等的評價較多[10-11]，研究也較成熟。但對生態景觀退化程度的診斷研究大多停留在初始階段，尤其是對喀斯特地區生態景觀的退化研究文獻更少，已有研究主要是定性和單一因子評價[12]，缺乏科學定量的綜合評價指標體系及合適的評價方法。本研究在此嘗試性地從生態系統的結構、功能和環境污染狀況上選擇指標，建立生態景觀退化的診斷指標體系，采用定量化(集對分析)的方法，對喀斯特地區生態景觀退化程度進行診斷，為喀斯特地區生態景觀的恢復和重建提供有益參考。

1 研究區域概況

畢節地區是典型的喀斯特山區，處在滇東高原向黔中山原丘陵過渡的傾斜地帶，境內多山，高原山地占全區總面積的93.3%。大部分地方屬北亞熱帶溫涼濕潤季風氣候，水熱資源適中。畢節地區是貴州省石漠化集中分布區域，石漠化廣泛分布于全區，分布范圍廣、面積大。從無石漠化到極強度石漠化均有分布。喀斯特生態景觀呈不同程度的退化狀態。

2 指標體系確定

根據喀斯特地區生態系統的狀況及分析建模的要求，在指標確定上要依據如下原則:(1)指標要具有可比性。(2)指標的分辨意義和差異性顯著，以避免選用指標因地域差異過小給歸類帶來困難。(3)指標不能高度相關;(4)指標數據收集的可行性。

依據以上原則，結合生態景觀退化的表現形式以及資料來源等情況，從生態景觀的結構退化、功能退化和環境污染等3個方面選擇21個評價指標，組成喀斯特地區生態景觀退化評價診斷指標體系(表1)。

另外，查閱貴州統計年鑒、貴州年鑒、畢節地區年鑒、畢節地區統計年鑒、貴州省水資源公報、畢節地區國民經濟和社會發展統計公報、貴州省土地利用總體規劃資料和畢節地區環境質量報告書等資料并結合已有文獻[13-14]得出指標體系各指標的數據(表1)。

決定評價是否成功的關鍵是如何選擇適宜的評價指標與評價標準。在生態景觀評價指標提出之后，評價標準就是生態景觀退化評價最困難的問題之一。

表1 喀斯特生態景觀退化診斷評價指標體系

目前，學術界尚沒有統一認可的喀斯特生態景觀退化診斷評價標準。本文參考喀斯特生態系統退化的評價標準[13-14]，將喀斯特生態景觀退化的評價標準分5個等級，即微退化、輕退化、中退化、強退化、極強退化。由于對于喀斯特生態景觀退化診斷評價的標準還沒有具體的研究，文獻很少，因此在退化診斷標準的制定上，主要參考的是各地區關于生態系統健康的評價標準[14-15]，在此基礎上再進行適當的調整和修正。本標準的制定主要依據國家環保總局制定的生態縣、生態市、生態省建設指標(修訂稿)、國家制定和頒布的有關環境標準、行業標準與設計標準，以及國內外公認的生態系統健康地區、生態城市標準的建議值，做適當的調整，作為喀斯特生態景觀退化診斷的標準值(表2)。

表2 喀斯特生態景觀退化診斷評價指標分級標準

3 喀斯特生態景觀退化程度綜合診斷流程

3.1 模式決策模型構建

(2)建立評價指標的評價標準。標準的級數可以隨意設定，但不宜太多，本研究設評價標準為5級。對于一級標準，記為集合=(1 ，1，1，1，…，1);對于2級標準 ，記為集合 B2=(2，2，2，2，…，2);對于 3 級標準 ，記為=(3，3，3，3，…，3)，以此類推 。

(3)根據步驟 2的等級標準將集合 Ai=(xi，1，)中的元素進行符號化處理。如落入 1 級區間，該指標為第1級，則該指標量化為符號“1”;如落入第2級，則該指標量化為符號“2”，如落入第3級，則該指標量化為符號“3”，以此類推，于是得到符號量化的集合Ai

(4)構造集對 H(Ai，Bl)(l=1 ，2，3，4 ，5;i=1，2 ，…，n)。將集對中的Ai與Bl對應的元素進行對照，統計符號相同的個數，記為S;相差1級的，如1和 2，2和3，記為F1;統計相差2級的個數，如1和3，記為;以此類推，統計相差K-2級的個數，如2與K，記為;統計相差K-1級的個數，如1與K，記為P。得到K元聯系度[16]:

式中:S+F1+F2+…+FK-2+P=m，本研究K=5，即是具有5級聯系度。

(4)確定I1，I2…，IK-2和J的值，在本文中即是 I1和J。采用經驗取值法[16]，得到 I1=0.5和J=-1。

(5)模式優選。將第3級標準(好)設為最優標準集合 ，即 B3，將 I1=0.5和J=-1。

帶入公式(1)得到綜合評價聯系數，根據聯系數的大小對待選模式進行排序，聯系數越大，對應的方案就越優越[16]。

3.2 數據符號化

依據上面的計算步驟，首先將數據符號化，見表3。

表3 符號化數據

3.3 聯系數的計算

將符號化的數據，帶入步驟4的公式(1)中進行計算，得出以下5元聯系度公式:

由均勻取值法[16]得出 ，I1=0.5，I2=0，I3=-0.5 ，J=-1，帶入聯系度公式，得出2003年:

同理得出2004年、2005年和2006年的聯系度如下:

2004年:

2005年:

2006年:

4 喀斯特生態景觀綜合診斷結果及分析

根據大數原則[16]，2003-2006年聯系數分別取η(A2003-B3)=0.333;η(A2004-B3)=0.3095;η(A2005-)=0.286;η()=0.309 。

依據以上計算的聯系數，僅從數值歸類，2003-2006年畢節地區生態景觀處于中度退化、中度退化、輕退化、中度退化 4個階段。從圖 1看出，2003-2006年各年畢節地區生態系統退化狀態基本上都處于第3階段和第4階段的過渡區域，即處于中度退化和輕度退化的過渡階段，強退化、中退化和輕退化的總趨勢遠遠大于微退化的比率，整體不容樂觀。但從圖1看出，2003-2005年極強退化、強退化、中退化3個階段都存在緩慢減少趨勢，輕退化和微退化的比例在緩慢增加。說明前期畢節地區生態治理(石漠化治理)的成效開始顯現，畢節地區的生態效益向著好的方向發展。2005-2006年在極強退化、強退化、中退化階段出現明顯的增加趨勢，其主要原因是2005-2006年，貴州省出現干旱災害(2005年秋季至2006年冬季，西南大部分地區持續少雨，一度出現了較嚴重的秋冬連旱，2006年夏季，重慶、四川，貴州部分地區降水持續偏少，并遭受罕見高溫熱浪襲擊，出現特大伏旱)，加劇了喀斯特地區生態景觀的退化。

圖1 畢節地區生態景觀退化診斷

5 結論

(1)從生態景觀的結構退化、功能退化和環境污染等3個方面選擇了21個評價指標，組成喀斯特地區生態景觀退化評價診斷指標體系。

(2)依據已有標準，結合喀斯特地區的特點，制訂了喀斯特地區的生態景觀退化診斷的分級標準。

(3)依據診斷指標體系和評價標準，借助集對分析方法，以畢節試驗區為例，分析得出畢節地區2003-2006年的各年畢節地區生態系統退化狀態基本上都處于第3階段和第4階段的過渡區域，即處于中度退化和輕度退化的過渡階段。

(4)由以上確定的喀斯特生態景觀退化診斷指標體系和診斷標準，借助集對分析方法得出的畢節試驗區喀斯特景觀退化狀況，與該地區已有的喀斯特生態系統健康評價研究[14-15]，可以相互印證。因此，本研究確定的生態景觀退化診斷指標體系、診斷標準以及診斷方法具有一定的科學意義。

由于收集數據和經費有限原因，本研究在研究退化生態景觀退化診斷評價時是以縣為單位劃分的，尺度相對較大，但也具有一定的參考和借鑒以及研究價值，以后應進一步以此為基礎，進行研究，將喀斯特退化生態系統的評價范圍進一步縮小，以群落、小流域為單位，或者是借助遙感和GIS的圖像疊加合成技術，以各生態景觀退化指標的柵格數據圖(如石漠化分布圖、植被類型分布圖等)，通過疊加分析，來確定貴州省喀斯特退化生態景觀的等級類型和范圍，將會是具有重要的科研和生態修復實踐的指導意義。

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