蘇州市吳中區生態環境質量現狀定量評估與分析

湯榕珺等

摘 要：生態環境是人類生存及社會經濟持續發展的基礎，經濟的快速增長有效提高了人民生活水平，但同時對生態環境也造成了一定的影響。為了更好地了解經濟發展和城市化對城市生態環境的影響程度，定量評估其影響水平，以蘇州市吳中區為研究對象，選取生態承載力、土地利用變化、植被凈初級生產力（NPP）和生態因子指數等4個指標對蘇州市吳中區的生態環境質量進行定量評估和分析。結果表明：（1）蘇州市吳中區人均生態承載力為0.273 4～0.104 4 hm2，表現出較為明顯的生態赤字。在2005—2012年間，人均生態承載力、生態足跡和生態赤字分別下降62%，48%和46%，但從生態足跡和承載力來看，生態赤字現象仍較為嚴重。（2）2000—2013年間，蘇州市吳中區植被NPP平均值以C計減少了0.12 g·m-2，固碳總量減少了0.8×109 g·a-1，表明吳中地區各類生態系統的固碳能力和生產能力呈現下降趨勢。（3）2000—2013年間，蘇州市吳中區共有406.41 km2土地覆被發生轉化。其中，共有139.53 km2土地轉化成人工表面，主要來源于農田、植被和水田，轉化面積分別為76.16，30.01和24.25 km2。（4）雖然吳中區自然生態綠化面積在增加，但植被厚度、生物多樣性、生態能力和碳匯量在減少，其生態環境質量呈變差趨勢。因此，最終結果是吳中區因受到經濟開發和城市化的影響較大及生態保護措施不利，近10年來其總體生態環境質量呈下降趨勢，其發展與保護的矛盾仍很尖銳。

關鍵詞：蘇州市吳中區；城市生態環境質量；生態承載力分析；土地利用變化；生態因子指數分析；植被凈初級生產力

中圖分類號：X171.1 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.06.019

Abstract： Eco-environment is the foundation of human and the development of society and economy. Rapid economic growth improves the people's living standard， but brings some negative effects on the environment. To better understand the impacts of economic development on the eco-environment of city and rural， in this study， the ecological carrying capacity， land use and change， vegetation net primary productivity （NPP） and ecological factor index were selected as indexes to evaluate and analyze of eco-environmental quality of Wuzhong District of Suzhou. The results showed that （1） the ecological carrying capacity of Wuzhong were 0.273 4～0.104 4 hm2， which appeared to be the ecological deficit obviously. In 2005—2012， the ecological carrying capacity， ecological footprint and ecological deficit decreased by 62%， 48% and 46%， respectively. However， in the terms of the ecological footprint and carrying capacity， the ecological deficit was still serious. （2） In 2000—2013， the average vegetation NPP of Wuzhong decreased by 0.12 g·m-2 （C）， and the total carbon sequestration storage decreased by 0.8 × 109 g·a-1（C）， which implies that the carbon sequestration capacity and productivity of ecosystems in Wuzhong have been declining. （3） In 2000—2013， 406.41 km2 of land cover changed， 139.53 km2 of lands changed into artificial land， which are mainly from farmland， vegetation and paddy lands with 76.16， 30.01 and 24.25 km2， respectively. （4） Natural ecological green area was increasing， but the vegetation thickness， ecological capacity and the amount of carbon sequestration decreased， which showed a deterioration of the eco-environmental quality of Wuzhong. In conclusion， the eco-environmental quality and the relationship between protection and development of Wuzhong have been becoming worse in 2000—2013.

Key words： Suzhou Wuzhong City； eco-environmental quality； ecological carrying capacity； land use and change； ecological factors index； vegetation NPP

隨著城市化進程的加快和工業的發展，城市人口不斷增長，規模不斷擴大，隨之帶來的生態環境問題也逐漸突顯，對社會穩定、經濟發展和人民健康帶來了極大影響。生態環境質量是指與人類有關的自然資源及人類賴以生存的環境的優劣程度，它包括自然資源和社會環境2個部分[1]。自然環境質量是指區域內的自然環境因素，包括大氣、水、土壤、生物等環境質量，而社會環境質量則包括政治、經濟和文化等方面的環境質量[2]。生態環境質量評價是一項系統性研究工作，涉及生態學、環境科學、資源科學、社會及人文等學科的許多領域，是資源開發利用、制定經濟社會可持續發展規劃和生態環境保護對策的重要依據[2]。目前，國內已有多個省市進行了生態環境質量評價，如新疆、貴州省、江蘇省和廣州市等[3-7]，并從政府管理、產業結構和人民生活等諸多方面提出了建議和措施，倡導構建生態文明社會，加強各類生態保護工程建設，走可持續的經濟、社會、生態發展道路。

蘇州市吳中區是國家級的經濟開發區，近10年來，其獨特的自然地理優勢促使經濟迅猛發展。但進入21世紀以后，吳中區人口數量不斷增加、耕地面積逐漸減少、能源消耗較大、利用效率低、污染排放增多，生態環境質量逐漸下降[8]。部分學者對蘇州市近年來的經濟發展與環境的關系進行研究，并對生態環境質量進行評價[8-12]，沈鈺峰對蘇州市吳中區的產業結構和環境質量的關系進行了研究，結果表明吳江的第一和第二產業對環境影響較大，而第三產業的發展仍然存在較大的提升和優化空間[13]。鄭燚則利用層次矢量分析法研究蘇州市經濟與環境承載力的關系，認為2000—2009年間，蘇州市環境質量連續多年處于強載狀態，但隨著經濟的進一步發展后，將有所改善[11]。馬育軍等借助DEA模型對蘇州市的生態環境進行評價，結果表明蘇州市10年來生態環境建設總體良好[14]。

本研究基于年鑒數據和遙感數據，通過分析人均生態承載力、植被凈初級生產力（NPP）、土地利用變化和生態因子指數等4個指標，對蘇州市吳中區的生態環境質量進行了定量評估，以期為吳中區的生態、社會和經濟的科學、健康、可持續發展提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 研究區域概況

吳中區位于歷史文化名城蘇州南部（東經119°55'～120°54'、北緯30°56'～31°21'），北與蘇州古城、蘇州工業園區、蘇州高新區接壤，南銜太湖，與無錫市、浙江省湖州市隔湖相望（圖1）。全區陸地面積745 km2，太湖水域面積1 486 km2，占太湖水域的61.28%。下轄1個國家級太湖旅游度假區、1個國家級經濟技術開發區、1個國家級農業園區、7個鎮、8個街道和穹隆山風景管理區。2012年末，全區戶籍人口60.5萬人。當地屬于北亞熱帶濕潤季風氣候，夏季溫暖多雨，冬季寒冷干燥，日照充足，四季分明，年均溫度為16.9 ℃，總降水量911 mm，總日照數為1 773.1 h，相對濕度為70%。

1.2 生態環境質量評估方法

1.2.1 生態承載力 生態承載力表示一個地區所能提供給人類的生物生產性土地面積的總和。計算時引入“產量因子”，表示不同國家或地區的各類生物生產性土地產量與世界平均產量的差異。本研究采用的產量因子參考江蘇省數據：耕地為1.79，建筑用地為1.66，林地為0.91，草地為1.90，水域為1.00[15]，計算公式如下[16]：

式中，ec為人均生態承載力（hm2·人-1）；ai為人均i類生物生產性土地面積（hm2·人-1）；Ai為各地區的第i類土地現狀面積（hm2）；yi為產量因子；N、γi含義同上。計算出的人均生態承載力建議扣除12%的生物多樣性保護面積[17]。

1.2.2 植被凈初級生產力（NPP） 利用遙感資料和光能利用率CASA模型估算2000年和2013年蘇州市吳中區植被凈初級生產力[18]。

1.2.3 生態因子指數 生態因子計算主要是將植被指數（NDVI）、陸地表面溫度（LST）和植被凈初級生產力（NPP）3個指標通過歸一化，將各項指標范圍界定在-1～1之間。生態環境越好，生態因子指數越高，反之則值較小（水域除外），其計算公式如式（2）和（3）所示。

1.3 土地利用與遙感數據來源及加工

本文所用遙感數據是2000年和2013年landsat TM 影像數據，波段按 4、3、2 波段合成，最適合用于植被分類，幾何糾正模型采用 polynmmial 模型。

本研究的其他數據來源于《吳中統計年鑒》、蘇州市吳中區土地整治規劃和土地利用總體規劃及地面現場實際調查與觀測。

全文數據處理使用Excel2007；全文圖表繪制使用Arcgis 10.1和Origin8.0軟件。

2 結果與分析

2.1 生態承載力定量評估與分析

人均生態承載力和生態赤字的計算以2005、2010和2012年為研究對象，結果如表1所示。結果顯示，蘇州市吳中區人均生態承載力為0.273 4～0.104 4 hm2，其值遠小于生態足跡，表現為明顯的生態赤字。2005—2012年間，人均生態承載力、生態足跡和生態赤字均呈現下降趨勢，降幅分別為62%，48%，46%。雖然生態足跡下降使生態赤字狀況得到一定的緩和，但從生態足跡和承載力來看，二者的比值已由2005年的9倍增加為2012年的12倍，因此，吳中區的生態赤字現象仍較為嚴重。

在生態赤字組分中，能源用地、耕地和水域的赤字比重較大。由于吳中區能源的承載力為0，導致能源的嚴重生態赤字。近年來，蘇州市企業的能源結構逐漸轉型，煤、石油等不可再生資源利用逐漸降低，能源赤字狀況逐步緩解。2005—2010年，耕地生態赤字從0.533 5增加至0.848 1 hm2·人-1，主要是由于吳中區耕地面積減少了35%，直接導致承載力的下降，而生態赤字驟然增加；到2010—2012年間，農業生產采用部分集約化，糧食單位產量增加，人均生態足跡降低，生態赤字有所緩解。

2.2 生態植被凈初級生產力定量評估與分析

從表2和表3可見，吳中區2000年至2013年植被NPP平均值減少了0.12 g·m-2（C）；農田NPP平均值減少了-5.29 g·m-2（C）；水田NPP平均值增加了3.4 g·m-2（C）；濕地NPP平均值增加了3.1 g·m-2（C）；固碳總量減少了0.8 × 109 g·a-1（C），表明吳中地區各類生態系統的固碳能力呈現下降趨勢，生態生產量、生物量和生產能力呈現下降態勢。總之，研究結果表明，吳中地區經13年后，其生物生產量和生態系統固碳能力呈下降態勢。

2.3 2000—2013年間土地利用變化定量評估與分析

研究結果表明，2000年至2013年間，蘇州市吳中區共有406.41 km2土地覆被發生轉化（表4）。轉化面積大小依次為，農田轉人工表面面積76.16 km2，轉化強度18.74%；水田轉為水體面積47.84 km2，轉化強度11.77%；水體轉濕地面積43.85 km2，轉化強度10.79%；農田轉植被面積37.70 km2，轉化強度9.28%；人工表面轉植被面積30.32 km2，轉化強度7.46%；水田轉人工表面面積24.25 km2，轉化強度5.97%；水田轉濕地面積16.47 km2，轉化強度4.05%；水田轉農田面積14.70 km2，轉化強度3.62%；人工表面轉農田面積9.21 km2，轉化強度2.27%；其余面積轉化均小于9 km2。總之，共有139.53 km2土地轉化成人工表面，主要來源于農田、植被和水田。

2.4 2013年生態因子指數定量評價與分析

生態因子指數是生態環境質量綜合評價的重要指標之一，其值越高，說明該生態環境質量越好，生物固碳和凈化能力越強，生態服務功能也越強，生態價值也越高。利用綜合生態因子指數計算出2013年吳中區生態環境質量結果（圖2、表5）。結果顯示，吳中區自然生態綠化面積在增加，但植被厚度、生態能力和碳匯量在減少，平均每年按1.09%速度下降，其生態環境質量呈變差趨勢。其生態環境質量越好的地方多分布在吳中的西部原始森林植被和東山西山島，也是一類、二類保護區重要的生態重點保護單元，其中一類保護區的生態因子指數面積為5.97 km2，占總面積的1.09%，二類保護區的生態因子指數面積為8.91 km2，占總面積的1.63%，三類保護區的生態因子指數面積為18.80 km2，占總面積的3.43%。

從表6可見，蘇州市吳中區2013年不同土地類型平均生態因子由大到小為：植被（0.189） > 農田（0.053） > 濕地（0.047） > 水田（0.023） > 城鎮（0.009）。從不同土地利用類型的生態因子指數的均值分析可見，各種植被的生態利用價值和生態質量最高，其次為農田生態系統，再次為濕地和水田，最低的為城鎮生態系統，因此，重點生態保護區應主要設在生態植被分布區、農田生態系統區、濕地生態系統和太湖水源區；其生態保護價值應是植被（0.189） > 農田（0.053） > 濕地（0.047） > 水田（0.023） > 城鎮（0.009），所以，一、二類重點生態保護區應設置在吳中地區的山地與丘陵植被地帶、農田、濕地與取水口重要水域等地帶。

3 討 論

近年來，隨著經濟高速發展，吳中區城市化進程不斷加快，人口數量不斷增加，而人們生產方式和生活方式還處于落后狀態，離生態化還有較大的距離。粗放經營，能源、資源原材料消耗大，生產效率低下，單位產值污染物產生量大。在城市化進程中，土地資源浪費現象普遍，土地使用效率低。大氣污染造成酸雨出現，對生物生長造成一定危害；農田土壤污染對食品安全也構成一定威脅。在城市不斷擴張的過程中，吳中區耕地面積減少，由于吳中區河流湖泊眾多，農田往往與之鑲嵌在一起，因此，農田生態系統中的生物多樣性狀況會對自然生態系統產生影響。由于受到全球氣候變暖、極端氣候影響和人們生產活動加快的影響，吳中區自然保護區內各種森林生態系統、濕地和湖泊生態系統都呈退化態勢，尤其是瀕危物種和有益碳匯物種大量減少，每年平均以5.3%的速度在下降，生物多樣性減少明顯。雖然近年來吳中區政府加大了生態環境保護的投入，但研究結果表明，吳中區自然生態承載力在減少，人們的生態足跡在加強、生態赤字在加大，自然生態系統與人文生態系統、經濟生態系統的矛盾在加大，生態環境保護的建設速度趕不上人們對生態環境破壞的速度，社會發展與生態保護之間的關系矛盾加劇，尤其是表現在社會經濟增長與人文生態保護及廣大市民心態失衡和生活幸福感下降等方面。生態環境管理和生態文化建設還比較薄弱，經濟建設單純強調發展的觀念并未得到根本改變，生態預留空間未得到足夠重視，生態資源儲備和生態環境安全尚未提上日程[19-21]。

4 結 論

（1）蘇州市吳中區人均生態承載力為0.273 4～0.104 4 hm2，表現為較明顯的生態赤字。在2005—2012年間，人均生態承載力、生態足跡和生態赤字均逐漸降低，降低幅度分別為62%，48%和46%，生態足跡的大幅下降使得生態赤字狀況得到一定的緩和。但是，單從生態足跡和承載力來看，生態赤字現象仍較為嚴重。

（2）2000—2013年間，蘇州市吳中區植被NPP平均值減少了0.12 g·m-2（C），其中農田NPP平均值減少了-5.29 g·m-2（C），水田NPP平均值增加了3.4 g·m-2（C），濕地NPP平均值增加了3.1 g·m-2（C），固碳總量減少了0.8 × 109 g·a-1（C），表明吳中地區各類生態系統的固碳能力呈現下降趨勢，生態生產量、生物量和生產能力呈現下降態勢。

（3）2000—2013年間，蘇州市吳中區共有406.41 km2土地覆被發生轉化。其中，共有139.53 km2土地轉化成人工表面，主要來源于農田、植被和水田，轉化面積分別為76.16，30.01 km2和24.25 km2。

（4）吳中區自然生態綠化面積在增加，但植被厚度、生物多樣性、生態能力和碳匯量在減少，平均每年按1.09%速度下降，其生態環境質量呈變差趨勢，近10年該區發展與保護的矛盾仍很尖銳，有擴大的趨勢。

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