新疆渭干河-庫車河綠洲生態安全及障礙因素分析

張 翔，王宏衛*，劉 勤

(新疆大學a.資源與環境科學學院，b.綠洲生態教育部重點實驗室，中國烏魯木齊 830046)

生態安全研究始于20世紀90年代，生態安全問題聯系著自然環境安全和社會的穩定，也關系到國民經濟和社會的可持續發展［1］.近年來，學者們陸續以城市、耕地、濕地、流域和草原等生態系統為對象對生態安全進行了深入研究［2-7］.總體來看，定性和定量化分析日趨成熟，主要體現在生態安全的內涵、生態安全評價、生態安全影響因素以及生態安全調控對策等幾個方面.綠洲是干旱地區脆弱的生態綜合體［8］，渭干河-庫車河綠洲作為西部干旱區綠洲的典型代表［9］，隨著城鎮化、工業化進程的進一步加快［10］，生態環境系統受到更大影響.開展生態安全評價，掌握該區實際生態狀況，進而實現生態系統的優化發展具有重要意義.

1 研究區域概況

渭干河-庫車河綠洲(以下簡稱渭庫綠洲)位于天山山脈南麓，塔里木盆地北部，介于東經81°28'30″～84°05'06″，北緯39°29'51″～42°38'01″，包括庫車縣、沙雅縣和新和縣3 個行政縣域.土地總面積約5.24×104km2，綠洲面積為5.6×103km2，平均海拔1 500～2 000 m.該區域屬典型的大陸性暖溫帶干旱氣候，降水少，蒸發強，溫差大，水土流失，土地鹽漬化問題突出，生態環境較脆弱.該綠洲是新疆的主要棉產區和阿克蘇地區最大的灌溉區，經濟以農業為主，工業基礎薄弱，在我國西北干旱區綠洲中具有一定代表性.

2 研究方法

2.1 評價指標體系的建立

建立合理的生態安全評價指標體系是研究地區生態安全水平的關鍵，依據科學性、簡明性、可操作性、系統性和實用性的原則，并結合本文研究區的地域性和復雜性，從可持續發展的角度綜合考慮影響渭庫綠洲生態安全的主要因素，通過“環境-經濟-社會”(EES)模型構建該綠洲生態安全評價指標體系，見表1.本研究中的數據來源于《新疆統計年鑒1996～2012》、《新疆統計50年》及相關政府網站公布的國民經濟和社會發展統計公報等權威數據.根據數據的可收集性和分析過程的可操作性，遴選出渭庫綠洲1995～2011年自然、經濟和社會3 個系統共計25 個生態安全指標.

表1 基于EES 框架的渭庫綠洲生態安全評價體系Tab.1 Evaluation index system of ecological security in Ugan-Kuqa River Oasis based on EES framework

2.2 TOPSIS 計算方法

TOPSIS 法作為經典的多屬性決策方法之一，是一種有限決策方案多目標決策分析方法.通過測度優先方案中的最優方案和最劣方案來獲得最優的方案，兩者組合使用將使結果更加精確、合理［11］.運用TOPSIS方法對區域的生態安全狀況進行研究，可以客觀系統地分析研究區與理想生態安全水平的接近程度，直觀地反映影響研究區生態安全所存在的問題.主要計算步驟為:

(1)建立評價指標的判斷矩陣:X=(xij)mn.

(2)對判斷矩陣采用極差處理法對各項指標進行無量綱化［12］，建立標準化的決策矩陣:R=(rij)mn.

(3)為標準化的決策矩陣確定權重.目前確定指標權重的方法有主觀賦權法和客觀賦權法［13］.為使得到的指標權重客觀且具有科學性，本文選擇變異系數法確定指標的權重.對于標準化的決策矩陣，計算評價指標的平均值和標準差S，得到評價指標的變異系數，則權重為

(4)由rj與標準化的決策矩陣R 得到加權標準化矩陣:Z=(zij)mn=(rijrj)mn.

(5)確定正負理想解Z+和Z－.其中，.

2.3 障礙度模型

采用障礙度模型對研究區域存在的生態安全缺陷問題進行診斷，通過因子貢獻度Rj，指標偏離度Pj，障礙度Aj［13］來確定研究區域的生態安全障礙因素，并通過各障礙因素來評價生態安全的程度.相關公式:Rj=rj× wi，Pj=1－aj.式中，rj為第j 項指標的權重，wi為第j 項指標所屬的第i 項子目標權重，aj為單項指標標準化值.障礙度.在分析各單項因子限制程度的基礎上，進一步分析各個系統層對生態安全的障礙度:Uj=∑Aij.式中，Aij表示各單項指標的障礙度，Uj是系統的指標障礙度，反映了區域生態安全質量提升過程中相關因素的障礙性.

2.4 生態安全的標準

迄今，對于生態安全評價尚沒有統一的評價標準.為構建一個衡量生態系統質量的定量參考體系，本文在借鑒生態安全等級劃分相關研究［12-16］的基礎上，結合研究區生態系統的實際狀況，將渭庫綠洲的生態安全評價等級劃分為5 個級別，如表2所示.

表2 渭庫綠洲生態安全等級評價表Tab.2 The level of ecological security assessment in Ugan-Kuqa River Oasis

3 結果與分析

3.1 渭庫綠洲系統生態安全的時間序列分析

3.1.1 各子系統生態安全水平發展時間序列分析 1995～2011年，渭庫綠洲自然系統的生態安全指數總體呈小幅度波動變化的趨勢(圖1).從1995年0.480 至2001年的0.461，逐年變化幅度不大.2002年增長到最大值0.573，隨后下降到2006年的0.326，最后小幅度增長到2011年的0.521.渭庫綠洲的自然生態安全水平整體度不高，增減變化的趨勢不大，期間自然生態安全值小幅度的減小也說明隨著經濟水平的提高，自然生態系統受到一定的壓力.

1995～2011年，渭庫綠洲經濟系統的生態安全指數呈上升的趨勢.從1995年的0.035 至2005年的0.416，11年間指數增長0.381，基本穩步增長.從2006年的0.356 至2011年的0.864，指數增長0.510，除2008年和2009年經濟指數變化不大，其他年份均呈現快速增長趨勢.這說明十五規劃、十一五規劃期間西部大開發等經濟政策引導下，渭庫綠洲的經濟實力實現了較大幅度提升.

1995～2011年，渭庫綠洲社會系統的生態安全指數呈波動上升的趨勢.從1995年的0.117 到2011年的0.760，反映了隨著經濟水平的提高，人民生活質量改善，社會系統的生態安全也逐年提高.3.1.2 渭庫綠洲綜合生態安全指數變化 1995～2011年，渭庫綠洲生態安全綜合指數從0.198 增長到0.756，呈逐年上升的趨勢(圖2).表明生態安全水平不斷提高，安全等級由不安全轉為較安全.渭庫綠洲生態安全綜合指數1995～1999年從0.198 增長到0.231，基本處于較不安全的狀態，主要是由于整個生態系統中，經濟系統處于不安全的狀態，而社會系統也較不安全，落后的經濟水平和不穩定的社會狀態對整個生態系統造成了影響.從2000年(指數為0.320)到2004年(指數為0.411)，政府開始注重農業生產和工業經濟的發展，但由于招商投資力度小，技術水平落后，經濟發展相對遲緩.生態系統安全水平雖有所起色，但還是處于較不安全的狀態.2005年(指數為0.468)到2008年(指數為0.615)，經濟水平增幅較大，投資增強，財政收入和城鄉居民收入提高，社會穩定度持續增高.整體生態系統已由較不安全狀態轉向臨界安全狀態.2009年(指數為0.620)到2011年(指數為0.756)，隨著對口援疆進程穩步推進，工業生產不斷加快，工農業增比繼續加大，固定資產投資迅猛，民生建設規模繼續擴大，渭庫綠洲的自然、經濟和社會系統都呈現出平穩較快發展的良好勢頭.整體生態系統已由臨界安全狀態轉向較安全狀態.

圖1 渭庫綠洲子系統生態安全水平變化時間序列趨勢Fig.1 The subsystem ecological security development trend of time series in Ugan-Kuqa River Oasis

圖2 渭庫綠洲綜合生態安全水平變化時間序列趨勢Fig.2 The comprehensive ecological security development trend of time series in Ugan-Kuqa River Oasis

3.2 障礙因子分析

利用障礙度模型對影響渭庫綠洲生態安全的障礙因子進行診斷，首先對系統中的各項指標厘定障礙因子，其次對社會、經濟和生態3 個分類子系統進行障礙度分析.

3.2.1 主要障礙因素 根據障礙度模型對1995，2001，2006 和2011年4 個年份中各個指標的障礙度進行計算，并排序得出前5 位對渭庫綠洲生態安全影響度最大的障礙因子，見表3.同時為了在時間變化特征上更充分體現障礙因子的重要性，做出1995～2011年17年間排名前5 位的主要障礙因子出現頻率表，見表4.

表3 1995～2011年渭庫綠洲主要年份障礙因子和障礙度Tab.3 Obstacle degree of main obstacle factors of main years in Ugan-Kuqa River Oasis from 1995 to 2011

表4 1995～2011年渭庫綠洲主要障礙因子出現頻率Tab.4 Frequency of main obstacle factors in Ugan-Kuqa River Oasis

由表4 可知，在1995～2011年17年間，前5 個出現頻率最高的主要障礙因子分別是地方財政一般預算收入X11 和人均生產總值X9，其次是耕地面積比例X8，農村居民人均純收入X10 和全社會固定資產投資X12.結合表3 分析顯示，1995，2001 和2006年影響整體生態安全水平最大的5 個障礙因子分別是地方財政一般預算收入X11，耕地面積比例X8，人均生產總值X9，農村居民人均純收入X10，全社會固定資產投資X12.說明整體生態系統在經濟發展方面阻力較大，反映在各地方財政收入同比漲幅小，城鄉居民收入低，固定資產的投資小，農業生產力也不高.到2011年，前3 位障礙因子依次是林地比例X3，草地比例X4，水體面積X5，新上榜的還有污水排放量X22.這說明渭庫綠洲的生態系統受到了嚴重威脅，森林草地開墾放牧過度，加上工業的發展造成水體污染.十一五規劃期間，地方政府雖加大了經濟發展力度，但是經濟增長模式相對滯后，原材料和能源消耗大，高投入低產出，資源利用率低，對自然生態系統的可持續發展造成影響.這表明社會經濟效益和環境之間的協調度需要進一步加強.

圖3 渭庫綠洲子系統障礙度時間序列趨勢Fig.3 The subsystem obstacle degree trend of time series in Ugan-Kuqa River Oasis

3.2.2 分類子系統障礙度 從圖3 中3 條折線的變化趨勢上可以看出1995年至2011年生態安全障礙度的變化.1995年至2005年，3 個系統障礙度變化趨勢較平穩，經濟系統的障礙度排首位，對渭庫綠洲的生態安全阻礙最大，反映了其經濟發展水平較低.從2006年開始進入十一五規劃期，由于政府相關政策的導向，為加快經濟發展水平，提高人民生活質量，經濟系統和社會系統的障礙度都有所降低.但是隨著經濟發展與技術的進步，不合理資源開發利用方式導致生態環境的破壞，自然系統的障礙度逐漸增大.2009年至2011年，自然系統和經濟系統的反向增長的變化趨勢尤為突出，自然系統的障礙度越來越大，反映了經濟的發展依靠自然資源的投入來拉動，呈現粗放式經濟發展方式.

4 結論與討論

4.1 結論

(1)研究結果表明，1995年以來渭庫綠洲的生態安全水平總體上逐年升高，2011年生態安全綜合指數是1995年的3.83 倍，且生態安全等級由1995年的“不安全”轉變為2011年的“較安全”.自然生態安全指數呈小幅度波動的水平趨勢，經濟和社會生態安全指數總體呈現上升趨勢.整體的生態安全狀況向著良好的方向發展.

(2)通過障礙因子的診斷可知，1995～2009年影響整體生態安全水平最大的5 個障礙因子分別是地方財政一般預算收入、耕地面積比例、人均生產總值、農村居民人均純收入和全社會固定資產投資.2011年，林地比例、草地比例、水體面積以及污水排放量成為主要障礙因子.3 個分類子系統障礙度的變化表明，政府經濟決策的導向明顯降低了經濟系統對整體生態安全的阻礙作用，同時使總體生態安全的水平不斷提高.但是自然資源利用率低、治理力度不夠等因素制約了自然系統的生態安全發展，使其阻礙作用不斷提高.

4.2 討論

(1)根據以上研究結果，為進一步提高渭庫綠洲的生態安全水平，經濟系統方面，需要不斷創新經濟發展理念，改變經濟發展方式，推動經濟結構戰略性調整，優化產業布局，合理提高資源利用率;社會系統方面，抓好輸變電工程，興修道路改善交通運輸，解決供水、燃氣等基礎設施項目，提高人口文化素質，加快民生項目建設步伐，切實解決人民群眾的利益問題;自然系統方面，持續增加環境保護投入，加大環境治理力度，重視土壤鹽漬化問題，積極開展農村土地整治，增加有效土地數量，提高耕地質量，控制水土流失程度，通過加強對林地、草地和水域的保護，全面改善自然生態系統的安全狀況.

(2)通過EES 生態安全評價指標體系來架構自然、經濟和社會3 個系統，可以很好地體現和表達資源環境、社會經濟和人類活動之間相互作用的響應機制.利用TOPSIS 方法和障礙度模型充分協調各個生態要素之間的關系能更準確地反映整個生態系統安全水平，并深入分析渭庫綠洲生態安全存在的問題，對協調提高生態安全水平的決策更有針對性.

［1］崔勝輝，洪華生，黃云鳳，等.生態安全研究進展［J］.生態學報，2005，25(4):861-868.

［2］張 浩，馬蔚純，HO Hon Hing.基于LUCC 的城市生態安全研究進展［J］.生態學報，2007，27(5):2109-2117.

［3］王 鵬，況福民，鄧育武，等.基于主成分分析的衡陽市土地生態安全評價［J］.經濟地理，2015，35(1):168-172.

［4］王 鵬，況福民，鄧育武，等.區域城鎮化進程中土地生態安全研究［J］.湖南師范大學自然科學學報，2013，36(1):80-85.

［5］高興國，王 磊，齊代華，等.基于PSR 模型的濕地生態安全評價——以大山包濕地為例［J］.湖南師范大學自然科學學報，2013，36(1):86-90.

［6］陳 晨，王文杰，王 維，等.九龍江流域生態健康評價及管理對策［J］.湖南科技大學學報:自然科學版，2013，28(3):121-128.

［7］胡秀芳，趙 軍，查書平，等.草原生態安全模糊評價方法研究——以甘肅天祝高寒草原為例［J］.干旱區資源與環境，2011，25(3):71-77.

［8］李艷榮.新疆南疆綠洲經濟的發展——以和田地區為例［J］.經濟研究導刊，2011(19):124-127.

［9］張 飛，塔西甫拉提·特依拜，丁建麗，等.渭干河-庫車河三角洲綠洲土壤鹽漬化現狀特征及其與光譜的關系［J］.環境科學研究，2009，22(2):227-235.

［10］袁婭蕾.新疆環境保護——十二五規劃發布實施［J］.西部開發，2012(8):72-73.

［11］劉 雷，程 枉，任建蘭，等.區域環境管理水平測度及其空間格局研究——以山東省為例［J］.湖南師范大學自然科學學報，2014，37(1):6-11.

［12］陳西蕊，張蓉珍.TOPSIS 法在區域生態安全動態評價中的應用——以陜西省為例［J］.西北農林科技大學學報，2011，39(7):177-184.

［13］魯春陽，文 楓，楊慶媛，等.基于改進TOPSIS 方法的城市土地利用績效評價及障礙因子診斷——以重慶市為例［J］.資源科學，2011，33(3):535-541.

［14］陳 浩，李朝奎，王利東.基于生態足跡理論的區域生態承載力研究［J］.湖南科技大學學報:自然科學版，2013，28(3):97-103.

［15］徐成龍，程 鈺，任建蘭.黃河三角洲地區生態安全預警測度及時空格局［J］.經濟地理，2014，34(3):149-155.

［16］趙宏波，馬延吉.東北糧食主產區耕地生態安全的時空格局及障礙因子——以吉林省為例［J］.應用生態學報，2014，25(2):515-524.