河北省生態環境質量變化及影響因素分析

劉輝, 車高紅, 高辰晶, 趙元杰

河北師范大學資源與環境科學學院, 河北省環境演變與生態建設實驗室,石家莊 050024

河北省生態環境質量變化及影響因素分析

劉輝, 車高紅, 高辰晶, 趙元杰*

河北師范大學資源與環境科學學院, 河北省環境演變與生態建設實驗室,石家莊 050024

劉輝, 車高紅, 高辰晶, 等. 河北省生態環境質量變化及影響因素分析[J]. 生態科學, 2016, 35(2): 89-97.

LIU Hui, CHE Gaohong, GAO Chenjing, et al. Ecological environment quality change and its influencing factors in Hebei Province[J]. Ecological Science, 2016, 35(2): 89-97.

生態環境質量評價研究是目前地理學熱點研究領域之一。河北省是典型的復雜生態區, 資源環境具有多樣性和復雜性, 且生態問題突出, 建立具有層次結構的生態環境評價指標體系, 采用層次分析法(AHP)分別對河北省內三個生態區及河北省整體生態環境質量進行度量, 結果表明: 1) 2006—2014年, 河北省生態環境質量處于較差水平, 但綜合得分呈波動上升趨勢, 生態環境狀態逐步好轉; 2) 河北省生態環境質量存在較明顯的空間差異, 壩上高原區生態環境質量得分較高, 山地生態區次之, 平原生態區承受生態壓力較大, 人地相互作用強度較高, 生態環境狀態最差; 3) 三個生態區生態環境時間特征明顯, 從生態系統、自然資源、生物多樣性、生物災害、食物保障度以及社會生態系統六個方面分析了生態環境質量的變化原因。

生態環境; 質量評價; 復雜生態區; 河北省

1 前言

河北省地處華北平原, 兼跨內蒙古高原, 環繞京津[1], 兼有多種復雜地貌類型, 具體可分為壩上高原、燕山和太行山山地和河北平原三大地貌單元,分屬于壩上高原生態區、山地生態區和平原生態區[2],河北省是復雜生態區的典型代表, 生態環境質量空間特征顯著。京津冀協同發展已上升為重大國家戰略[3-4], 河北省作為其中重要組成部分, 是打造京津冀協同發展的戰略支撐區[5], 是實現京津冀一體化建設的關鍵[6]。近年來, 伴隨經濟增長和人口規模的擴大, 河北省生態環境壓力持續增長[7], 大氣、土壤、水資源等生態問題不斷涌現[8-10]。2008年以來,河北省政府不斷推出生態環境建設重點工程, 以促進生態環境質量的穩步提升, 并取得了一定成效。

層次分析方法(Analytical Hierarchy Process, 簡稱 AHP)用于生態環境質量評價, 主要原理是通過分析復雜問題所包含的各因素及相互關系, 將問題分解為不同因素, 并對因素進行分層劃分, 從而形成層次結構, 確定權重并進行評價[11]。該方法具有高度的系統性、邏輯性且較為成熟, 廣泛應用于生態環境評價[12-14]。河北省不同生態區生態環境特征各具差異, 構建具有層次結構的評價體系, 逐一按順序分層次進行復雜生態區域生態環境質量評價,較好解決復雜生態區域生態評價工作的困難的同時又能保障其評價的可靠性與有效性。采用層次分析法對河北省近 10年生態環境質量變化及影響因素進行分析, 一方面保持對河北省生態環境持續關注,從而為生態建設提供立論依據, 另一方面, 不斷完善生態環境評價體系, 為類似地區生態環境質量評價提供借鑒。

2 材料與方法

2.1 研究方法

2.1.1 評價指標體系和標準

按照科學性、時效性、適應性、區域性與綜合性的原則, 構建由目標層、系統層、指標層組成的具有遞階層次結構的評價指標體系。目標層起支配作用, 包括: 壩上高原生態區生態環境質量、山地生態區生態環境質量和平原生態區生態環境質量, 分別代表各生態區生態環境質量評價綜合結果; 系統層由6個能夠體現生態環境質量的要素構成, 包括:生態系統、自然資源、生物多樣性、生物災害、食物保障度、社會生態系統。

在相關文獻[15]的基礎上, 結合河北省各生態區生態環境發展實情, 篩選出具有針對性的具體指標因子。為克服各指標間的相關性, 一方面限制指標數量, 精選指標, 另一方面, 進行相關性分析, 排除偶然相關數據后, 人均糧食產量、人均水果蔬菜產量和人均蛋奶水產品量相關度較大, 選擇糧食產量為代表反映食物保障情況。同時, 為了更好地反映人類社會對自然生態環境的影響程度, 增加了規模企業能耗、人均綠地面積、施工建筑面積占綠地面積比重、自然保護區比重、病蟲害成災面積這些指標, 并最終確定具有代表性的指標因子組成指標層(表1、表2、表3)。

綜合考慮河北壩上高原、山地、平原生態區現狀, 結合有關權威標準和科研成果[16], 擬定出針對河北省三個生態區的區域性生態環境質量評價的評價標準(表1、表2、表3)。生態環境要素共劃分為五個等級, 分別是: Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ, 對應五個分值: 9、7、5、3、1, 生態環境指示特征為理想、良好、一般、較差、惡劣。

2.1.2 評價方法與模型

采用層次分析方法確定權重, 首先需要構建判斷矩陣, 其次運用和積法計算判斷矩陣的最大特征值; 最后利用隨機一致性比率 CR確定層次單排序和層次總排序的一致性檢驗, CR是一致性指標 CI與平均隨機一致性指標RI的比值, 當CR＜0.1時, 則認為判斷矩陣具有可以接受的一致性。運用EXCEL軟件計算, 壩上高原、山地、平原生態區層次總排序CR值依次為: 0.0046、0.0038、0.0043, 均小于0.1,通過一致性檢驗, 指標權重見表1、表2、表3。

根據確定的權重有順序分層次的對各生態區生態環境要素、各生態區以及河北省進行評價, 計算模型如下:

(1) 生態環境要素評價

參考評價標準獲得各要素的等級值, 利用指標因子的權重, 通過模型1、2計算得到各生態區構成要素的評價指數, 式中EQ代表評價因子的評價分值,Pi代表評價因子的等級值,Wi代表因子的權重,PM代表生態區各構成要素的評價指數。

(2) 各生態區生態環境質量評價

在生態環境要素評價結果的基礎上, 利用生態環境要素權重值, 運用模型1, 式中EQ代表各生態區生態環境質量指數,Pi代表環境要素的評價指數,Wi表示環境要素的權重, 計算得出各生態區評價指數。

(3) 河北省生態環境質量評價

以2010年為基期年, 選取土地總面積比重、常住人口比例、第三產業比例為判斷指標, 以各生態區各指標占河北省總量比重的均值作為各生態區權重值, 通過模型 1計算得出河北省生態環境綜合質量分值, 式中EQ代表河北省生態環境綜合質量分值,Pi代表各生態區的評價指數,Wi表示各生態區的權重。

3 結果與分析

根據評價體系與標準, 本文選取2006—2014年有關生態環境評價的數據資料, 主要來自 2007—2014年《河北省統計年鑒》、《河北省環境公報》、《河北省農村統計年鑒》以及各市統計年鑒等。各指標量綱存在差異, 為便于比較分析, 依據分級標準對指標的實際數值進行分級賦值, 從而實現標準化,解決“正向”、“負向”指標在生態環境質量指數評價中計算差異的問題, 利用評價分值與權重參與計算, 最終得出生態環境質量指數。

3.1 生態環境質量評價結果

3.1.1 生態環境要素評價

河北省各生態區生態環境要素評價指數見表 4,壩上高原生態區生態系統要素指示特征良好且變化較為平穩, 山地生態區和平原生態區評價得分較低,但分值逐年有所提升, 且山地生態區明顯好于平原生態區; 壩上高原生態區自然資源要素評價分值有所下降, 山地生態區分值不斷增加, 平原生態區變化幅度不大, 綜合比較可知, 壩上高原區自然資源優于山地生態區而次于平原生態區; 壩上高原區和山地生態區生物多樣性指數有所提升, 平原生態區無明顯變化; 壩上高原區和山地生態區食物保障度年際變化較為復雜, 峰值出現在2008年和2011年,平原區分值先降后升; 三個生態區生物災害現象都在減緩, 壩上高原區社會生態系統的評價分值上升,山地和平原生態區總體呈上升趨勢。

3.1.2 各生態區生態環境質量評價

壩上高原生態區生態環境質量由較差向一般過渡, 除了2009年和2010年受災害影響, 糧食產量下降、人均收入降低, 使評價指數較低, 總體來講綜合評價指數呈上升趨勢; 山地和平原生態區生態環境綜合指數都有所提升, 各指標都有所改善, 但依然處于較差狀態, 突出問題反映在兩個生態區人均水資源較少, 社會經濟取得一定成績, 但能耗較大。各生態區生態環境質量指數見表5。

3.1.3 河北省生態環境質量評價

2006—2014年河北省生態環境綜合評價指數整體呈上升趨勢, 但處于較差水平, 壩上高原區評價指數相對較高, 但權重較小, 故整體質量評價結果與平原區更為接近。2006年以來, 生態環境持續好轉, 突顯的生態環境問題也在不斷得到解決。

3.2 河北省生態環境質量變化特征

3.2.1 時間變化特征

2006年以來, 河北省綜合評價分值總體呈上升趨勢, 不同時段變化特征不同(圖 1)。長期以來, 愈發強烈的人類活動貫穿始終, 因此2006—2008年是生態環境響應階段, 評價指數不斷降低。2008年起,節能減排、奧運保障、水和大氣污染治理、環保專項行動等各方面工作都取得了積極進展, 河北省生態環境持續好轉。

3.2.2 空間變化特征

河北省生態環境質量存在空間差異, 從生態系統狀態到生物多樣性豐富程度, 壩上高原區均居河北省各生態區中首位, 生物災害方面, 各生態區評價分值均較低, 但綜合比較壩上生態區的生物災害較輕; 自然資源方面, 平原生態區占有優勢; 山地生態區社會生態系統狀態最佳; 社會生態系統方面,山地生態區系統狀態最佳。

3.3 生態環境質量變化原因

為了更準確分析河北省生態環境質量變化原因,繪制各生態區的影響因素評價分析圖(圖2)。從圖中可以看出, 壩上高原生態區生物災害、食物保障度和社會生態系統三個方面評價指數略低, 伴隨人口密度增加, 草場載畜量不斷下降, 超載過牧趨勢加重; 農牧民收入增加, 壩上生態區社會經濟獲得一定發展, 但高排放、高污染、低效率的特征仍然十分明顯, 在增長方式上需要一個根本的轉變。

生態系統方面, 山地生態區存在森林覆蓋率低,降水變率大的問題, 易造成水土流失, 威脅生態系統安全。雖然近年來政府不斷推進林業生態體系建設, 但短期內難以形成規模效應, 且生物災害較嚴重, 環境壓力日漸增加。社會生態系統方面, 經濟發展水平顯著提高, 這得益于《河北省主體功能區規劃》制定的優先發展戰略。但總體上來看, 生態環境問題形勢嚴峻。

表5 河北省各生態區生態環境質量指數Tab. 5 Ecological environmental quality indexes of every zone in Hebei Province

圖1 河北省各生態區生態環境質量指數Fig. 1 Ecological environment quality indexes of each ecological zone in Hebei Province

圖2 河北省生態環境質量變化狀況影響因素分析Fig. 2 The influencing factors analysis of change in the status of ecological environmental quality in Hebei Province

平原生態區森林覆蓋率低、人均水資源較少, COD濃度較大, 需要推動企業的清潔生產。生物災害嚴重, 人均糧食產量逐年增加, 水土流失有所緩解, 食物的可持續供應得到保證。社會生態系統中,第三產業比重和人均 GDP 的增加, 單位產值能耗有所下降, 但整體數值偏高, 高于國家平均水平,且生態足跡值較大, 存在生態赤字問題, 需要加大整治力度。

4 討論

評價指標旨在反映生態環境對人類生存及社會經濟持續發展的適宜程度[17]。與代磊強等[15]評價指標體系相比, 部分指標因子及權重值進行了調整,但保存了重疊年份2006—2008年, 分別利用調整前后的評價模型對重疊年份進行評價, 評價模型的變化對質量指數產生一定的影響, 具體體現在指標調整后河北省生態環境質量指數有所下降。

反映在評價指標因子上, 主要涉及壩上高原區生物災害方面, 增加了病蟲害成災面積所占比重和林業有害生物成災率, 細化生物災害的形成原因及發展程度, 在社會生態系統中增加規模企業能耗,以此反映節能降耗成效; 山地生態區生態系統方面增加人均綠地面積指標, 折射整體環境水平和人民生活質量, 為表明經濟活動中對能源的利用程度,社會生態系統增加單位GDP能耗, 生物災害方面也做了與壩上高原生態區相同的調整; 平原生態區也增加人均綠地面積指標因子, 生物多樣性方面增加自然保護區比重因子, 社會生態系統方面增加施工建筑面積占綠地面積比重、單位GDP能耗及生態足跡, 指標改變傾向于人為影響因素指標的增加, 符合生態環境指標選取原則的同時, 更好地反映人類社會對自然生態環境的影響程度以及針對環境壓力的響應狀況。

指標調整后三個生態區及河北省整體評價指數都有所降低, 但前后的兩次評價顯示環境指示特征都處在較差水平, 這與馬冬雪等[1]人對河北省生態環境質量評價結果具有一致性。新指標因子的加入更突出了目前河北省存在的以及人們普遍關注的生態環境問題。

5 結論

(1) 河北省作為典型的復雜生態區, 應用層次分析方法分別對生態環境質量因素、各生態區以及河北省展開生態環境質量評價, 科學有效, 可以及時獲悉生態環境中存在的問題, 直觀了解影響因素。

(2) 2006—2014年, 壩上高原生態區生態環境質量由較差向一般過渡, 影響因素主要來自生物災害、食物保障和社會經濟等因素的改善; 山地和平原生態區生態環境綜合指數都有所提升, 但依然處于較差狀態, 原因是社會經濟獲得相應發展, 但存在資源緊張和生態破壞等問題。

(3) 2006—2014年, 河北省生態環境質量評價指數分別為3.1766、3.1607、3.1822、3.3003、3.4345、3.6154、3.7023、3.7338、3.8001, 生態環境質量整體較差, 但在向一般水平穩步提升。

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Ecological environment quality change and its influencing factors in Hebei Province

LIU Hui, CHE Gaohong, GAO Chenjing, ZHAO Yuanjie*
College of Resources and Environment Science,Hebei Normal University,Hebei Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Construction,Shijiazhuang050024,China

Ecological environment has a profound impact on the human living, which is one of hotspots in geographical research. Hebei Province is a complex ecological zone. This paper establishes the ecological environment assessment system with hierarchy, using the Analytic Hierarchy Process to measure the ecological environment quality of three ecological zones and the whole Hebei Province, respectively. The results show that Hierarchical Model is suitable for ecological environmental quality evaluation in complex ecological zones. The ecological environmental quality has obvious spatial differences in Hebei Province. In the period of 2006-2014, the ecological environment quality in Hebei Province is worse, but the assessment indexes have been improving. The influencing factors mainly include ecological system, natural resources, biodiversity, biological hazards, food security degree and social-economy.

ecological environment; quality assessment; complex ecological zone; Hebei Province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.02.014

X826; X822

A

1008-8873(2016)02-089-09

2015-08-11;

2015-09-14

河北省軟科學研究計劃項目(14454208D), 河北省重點學科自然地理學建設項目

劉輝(1991—), 女, 漢族, 河北昌黎人, 碩士研究生, 主要從事區域生態與環境變化方面的研究, E-mail: vivianliu1991@126.com

*通信作者:趙元杰, 男, 博士生導師, 研究員, 主要從事區域生態與環境變化研究, E-mail: ecoenvir@163.com