區域開發中長期生態風險評價

蘇敬華　　王敏　　王卿　　鄢忠純　　沙晨燕　　黃沈發　　白楊

摘要：以中原經濟區為研究案例，基于遙感與地理信息技術和情景模擬技術，采用風險源識別、受體分析、風險表征和風險管理框架，對其中長期區域開發的生態風險進行了評價。辨識了城鎮擴張、工業發展、農業發展與礦產資源開發4個方面作為其中長期區域開發的生態風險源，模擬了效率優先和經濟優先兩種情景下，生態風險源的中長期變化過程及其對風險受體的作用，評估了其生態風險。研究結果顯示，中原經濟區中長期開發的生態風險存在極大的空間差異性，對生態系統的產品提供、水土流失和生物多樣性保護等帶來不同程度的影響，為區域的風險管理和環境決策提供科學依據。

關鍵詞：

區域生態風險評價；中原經濟區；風險源

DOI： 10.14068/j.ceia.2015.06.003

中圖分類號：X820.3文獻標識碼：A文章編號：2095-6444（2015）06-0012-05

區域開發生態風險評價強調的是區域開發活動所導致的區域性生態風險，其目的是通過對區域開發導致的生態風險進行分析與評價，實現對區域開發活動風險的預警[1]。區域開發生態風險評價一般包括3個關鍵環節，即區域內各生態系統的地位和作用評價、脆弱性評價以及可能遭受的風險概率評價[2]。

20世紀90年代，Barnthouse和Suter首次嘗試將人體健康評價改編為生態風險評價框架[3]。美國國家環境保護局開展了一系列專題和案例的研究，形成了新的生態風險評估框架。在這個框架中，風險形成階段是整個評價的基礎，也是建立風險評價的目標，用于確定存在的問題以及制訂數據收集、分析和進行風險評價的計劃[4]。風險表征是生態風險評價的最后階段，目標是評價終點面臨的風險，解釋風險評估結果并提出風險管理的科學依據[2]。與此同時，其他學者也提出了不同的區域生態風險評價方法，Moraes和Molander在2002年提出了PETAR方法，主要針對數據有限和背景資料缺乏的情況下，開展回顧性生態風險評價[5]；Landis和Kelly在20世紀90年代提出的RRM模型[6]，目前也被廣泛應用于區域生態風險評價。徐學工[7]、付在毅[8]等分別以黃河三角洲和遼河三角洲為案例，進行了生態風險評價，并用生態指數對生態風險源進行了量化，采用層次分析法對風險源的權重進行了確定。綜合來看，目前的區域生態風險評價方法，大多是借鑒模擬污染物的分布、傳播、累積、壓力-受體交互作用、不確定性分析等方法和技術，應用于區域的生態風險評估之中。

區域開發活動中產業的發展規模和結構不當、重大布局失序等，是導致區域開發生態風險產生的重要因素。本研究采用目前國內外較為認可的生態風險評價流程，即風險源辨識、受體分析、暴露與危害分析、綜合風險評價，采用GIS技術與情景分析技術，以中原經濟區為例并評估其中長期產業發展的生態風險，為區域風險管理和環境決策提供科學依據。

1研究區概況

中原經濟區涵蓋河南18個地市及山東、安徽、河北、山西12個地市3個縣區，總面積28.07萬平方公里。該區是全國“兩橫三縱”城市化戰略格局中陸橋通道橫軸和京廣通道縱軸的交會處，是《全國主體功能區劃》確定的重點發展區。區域水土資源豐富，氣候條件優良，水網密布，生態服務功能多樣且重要，是我國重要的農產品提供功能區。中原經濟區北、西、南部三面環山，太行山、秦嶺、桐柏-大別山呈半環形分布，中、東部為黃淮海平原，西南為南陽盆地。地處北亞熱帶和暖溫帶地區，南部跨亞熱帶，屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風氣候，氣候溫和，日照充足，降水豐沛，適宜于農、林、牧、漁各業發展。

2研究方法

2.1風險源識別

風險源識別，即影響因子分析。在對區域重點產業發展中長期生態風險進行系統調查的基礎上，依據區域開發與重點產業發展的生態影響特征與關鍵影響因子識別的分析結果，確定區域發展的影響因子與生態風險源，開展區域重點產業發展風險源識別。根據針對研究區“三化”發展關鍵影響因子的初步辨識，將城鎮擴張、工業發展、農業發展與礦產資源開發作為生態風險源。

2.2受體分析

生態風險受體分析的主要內容包括風險受體的選擇與生態終點的確定。依據中原經濟區的生態功能定位與重大生態問題，重點針對耕地面積萎縮質量下降、人居環境壓力增大的問題開展生態風險評價。因此，生態風險受體確定為糧食生產安全與人居環境安全，評價終點確定為耕地被侵占、耕地質量降低、城市熱島效應加劇、空氣質量惡化、城市生態用地萎縮等。

2.3暴露響應分析

通過分析區域開發活動發展戰略（壓力）、進行生態環境評價（狀態），提出產業優化及可持續發展對策（響應），辨析風險源在區域開發的各個階段的表現形式與風險特征。中原經濟區中長期發展生態風險源與風險受體的暴露響應關系如圖1所示。

2.4風險表征

擬采用RRM模型對區域開發與重點產業發展的生態風險進行評價和表征。擬根據風險管理目標、風險源和生境特征確定評價單元，并建立連接風險源、受體以及評價終點的風險概念模型，根據評價終點，確定相對風險計算的等級系統并計算相對風險值。計算方法如下：

R=Σ（[壓力密度]i×[敏感因子風險度]i×[暴露系數]i×[響應系數]i）

采用RRM模型對生態風險的變化值（ΔR）進行如下表征：

ΔR=Σ（Δ[脅迫強度]i×[生態敏感性/重要性] i×[暴露系數] i×[響應系數] i）

依據任景明等[1]提供的暴露因子、響應因子及其確定響應系數的參考方法，將暴露系數與響應系數分為5個等級：低、較低、中、較高、高，并采用專家打分法將各等級依次賦值為0、0.3、0.5、0.7、1。暴露系數和響應系數見表1和表2。

注：BD，生物多樣性喪失；FR，洪水調蓄功能降低；SE，水土流失加重；PS，產品提供功能下降；DI，干擾加劇；VD，植被破壞；WL，濕地萎縮；FL，農田侵占；HF，生境破碎化；NPPA，面源污染加劇；SFD，土壤肥力下降；HMPA，重金屬污染加劇；WD，濕地退化。[HT]

2.5情景設置

根據中原經濟區經濟發展特征和未來區域發展定位等特征，設置本研究中長期發展的情景策略如表3所示。情景的基準年為2010年，并以2020年為中期，以2030年為遠期。

情景目標參考規劃發展模式空間利用方式

經濟優先區域經濟高速增長能源、石化、鋼鐵等重點產業發展規劃按照原產業結構和經濟增速趨勢發展，重點促進第二產業發展主要依據土地利用總體規劃，重點保障建設用地需求，濕地作為未利用地

效率優先依據主體功能區戰略，基本實現區域有序增長綜合現有重點規劃，重點參考主體功能區劃、土地利用總體規劃等對各區域根據其主體功能確定發展目標優先保障主體功能相對應的用地需求，確保糧食主產區耕地不減少，生態功能重要區生態用地不減少

3結果與分析

采用上述區域生態風險評價流程，對中原經濟區中長期開發過程對生態系統的產品提供、水土流失和生物多樣性保護等帶來的影響進行了評價，結果如下：

3.1農產品提供功能下降

農產品提供功能下降風險到2020年仍沒有得到緩解。從產量上看，由于耕地保護措施趨嚴，各年份產量略有升高。從質量上看，重金屬污染影響趨重，農產品提供功能下降風險較大，特別是冶金產業和礦產開發增加較快的地區。

如圖2所示，從空間上看，在經濟優先情景下，中原經濟區隨著耕地面積的銳減，農產品提供功能持續下降，主要集中在中部的邢臺-鄭州和西部的運城-南陽一帶；在效率優先情景下，農產品提供功能下降，時空差異顯著。其中，2010—2020年的減少幅度較小（-0.36%），而2020—2030年的減少幅度較大（-3.44%）。從空間上看，前10年農產品提供功能快速下降的地區主要分布在中原經濟區北部和東部地區，而后10年主要分布在北部和西部地區。

3.2局部區域水土流失加劇

隨著山區植被的恢復和林地面積的增加，水土流失風險明顯降低，但局部區域水土流失風險加劇。在經濟優先情景下，中原經濟區的水土保持功能總體好轉，2010—2020年增長10.14%，2020—2030年增長13.9%，經濟區西北部地區水土保持功能好轉速度較快，而中部及中南部部分地區水土保持功能退化。在效率優先情景下，中原經濟區的水土保持功能也呈提升趨勢，但增長幅度較經濟優先情景小。在該情景下，各地市的水土保持功能均有所提升，且空間差異減小。如圖3所示。

3.3洪水調蓄功能下降

經濟優先和效率優先情景下，中原經濟區的洪水調蓄功能無明顯變化。在效率優先情景下，洪水調蓄功能隨著濕地面積銳減而大幅度減小。從空間上看，海河和黃河地區減小幅度較大，長江和淮河流域減小幅度較小。如圖4所示。

3.4生物多樣性喪失

生物多樣性喪失的風險具有明顯的空間差異性，由于森林面積的萎縮，生物多樣性下降風險主要分布于黃淮海平原。經濟優先情景下，生物多樣性維持功能總體提升，西北太行山區增長幅度較大，而中部的鄭州、開封、商丘、漯河及皖北阜陽等地的生物多樣性維持功能呈下降的趨勢。效率優先情景下，中原經濟區生物多樣性維持功能總體提升，但增幅較經濟優先小，從空間分布上看，西部地區功能提升，東部地區功能下降，提升的最高值出現在西北太行山區，下降的最高值出現漯河和周口等地。如圖5所示。

4結論與展望

從中原經濟區中長期人類開發活動的生態風險評價結果來看，不同區域在不同情景下表現出不同特征：在經濟優先情景下，長江、黃河、海河和淮河流域的洪水調蓄功能保持不變，農產品提供功能下降；長江、黃河和海河流域的水土保持功能提升，淮河流域水土保持功能總體提升，局地下降；長江、黃河和海河流域的生物多樣性維持功能提升，淮河流域的生物多樣性維持功能總體下降，局地提升。在效率優先情景下，長江、黃河、海河和淮河流域的農產品提供和洪水調蓄功能下降；水土保持功能提升；長江、黃河和海河流域的水土保持功能提升，淮河流域的水土保持功能總體下降，局地提升。

本研究結果顯示了中原經濟區中長期產業發展的生態風險空間分布特征，找到了生態風險較高的區域，同時也量化了城鎮擴張、工業發展、農業發展與礦產資源開發4個生態風險源，找到了其空間分布和變化的規律。盡管如此，由于區域中長期開發的生態風險評價是一個多學科交叉的研究領域，涉及內容較多，本研究也存在一定的局限性。風險源的辨識是整個評估過程的基礎，雖然本研究識別了對于中原經濟區來說最主要的4個風險源，但對其量化過程以及生態脅迫特征的分析仍有很大改進空間。同時，風險受體的內在聯系和脆弱性特征等有待進一步揭示，尤其是區域開發過程中帶來的景觀破碎度改變、生物多樣性演變等關系也需進行深入研究。

參考文獻（References）：

[1]任景明， 李天威， 黃沈發. 區域開發生態風險評價理論與方法研究[M]. 北京： 中國環境出版社， 2013.

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[3]Barnthouse L W， Suter G W， Rosen A E. Inferring populationlevel significance from individual level effects： an extrapolation from fisheries science to ecotoxicology[J]. Astm special technical publication， 1988.（11）： 289300.

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[7]許學工， 林輝平， 付在毅. 黃河三角洲濕地區域生態風險評價[J]. 北京大學學報：自然科學版， 2001， 37（1） ： 111120.

[8]付在毅， 許學工， 林輝平， 等. 遼河三角洲濕地區域生態風險評價[J]. 生態學報， 2001， 21（3）： 365373.