青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性評價研究

袁烽迪，張 溪，魏永強

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121；2.國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 400015）

青藏高原生態屏障作為“兩屏三帶”中重要的“一環”，氣候高寒干旱，生態環境敏感脆弱。開展青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性綜合評價研究具有較強的現實意義，可為政府和部門提供及時、準確的現狀信息和發展趨勢信息，確保政府和部門掌握第一手資料，協助政府和部門開展生態保護工作［1-6］。

1 研究區概況

青藏高原生態屏障區［7］涉及青海省、西藏自治區、四川省3個省（自治區）44個縣（市），總面積約93萬km2，如圖1所示。縣（市）級行政區劃界線和名稱來源于2016年基礎地理國情監測成果。

圖1 青藏高原生態屏障區范圍示意圖

2 綜合評價方法

區域生態環境綜合評價涉及因子較多，且各因子間相互關系復雜，國內外關于區域生態環境綜合評價的方法尚不統一。目前,常用的評價方法主要包括層次分析法、模糊綜合評價法、主成分分析法、生態足跡法等［8-10］。本文主要采用層次分析法與主成分分析法相結合的方法進行生態環境綜合評價。

層次分析法（AHP）能夠將復雜目標簡單化處理，通過層次分析將目標分解為多個不同的指標，構建多層次分析的結構模型，多應用于綜合評價指標體系的建立；主成分分析法（PCA）可以最大化地減少指標間的相關性，在保持主要信息的前提下，以少量具有代表性的主要指標描述實際情況，常應用于綜合分析，同時獲取各個指標的客觀權重。將兩種方法相結合，有效兼顧原始數據的客觀權重以及表現原始指標相對重要性的主觀權重，從而確定生態環境評價的組合權重。

3 生態環境脆弱性綜合評價

3.1 評價指標體系建立

遵循科學性、代表性、全面性、獨立性、可操作性的原則，結合青藏高原生態屏障區實際情況以及相關專題數據，選取了12個具有代表性的指標，建立了以地形條件、自然條件、自然生態條件、社會經濟條件為準則層，生態環境脆弱性綜合評價為目標層的評價指標體系，如表1所示。

表1 青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性綜合評價指標體系

3.2 評價單元選取

本文采用規則格網和行政區單元兩種評價單元相結合的方式，既方便綜合評價結果在各行政區的應用，又保證生態環境的完整性，準確展現大區域內部生態環境的細節特征。

3.3 相對重要性權重確定

為降低評價指標因子間的自相關性，保證評價結果的準確性，采用層次分析法與主成分分析法相結合的方式。根據評價指標的重要性，利用層次分析法分別賦予初始權重，對樣本數據加權處理，構建新樣本矩陣。然后利用主成分分析法去除評價指標間的自相關性，計算最終權重。

構建A-B、B1-C、B2-C、B3-C、B4-C的判斷矩陣，并分別通過一致性檢驗，一致性比率均小于0.1。生態環境脆弱性評價指標歸一化向量權重，如表2所示。

表2 生態環境脆弱性評價指標歸一化向量權重

3.4 主成分分析

1）原始數據標準化和綜合加權。對原始數據進行標準化處理，消除因數據量綱不同或數據懸殊過大的影響，轉化成無量綱數據；對標準化后的評價數據進行綜合加權，擴大相對重要的指標樣本的方差。

2）適用性檢測。對選擇的指標和數據能否適用于主成分分析進行多種檢驗，本文采用KMO取樣適當性度量與Bartlett球形檢驗，得到KMO取樣適當性度量及Bartlett球形檢驗的統計參數值。

3）主成分提取及含義解釋。將累計貢獻率＞70%、特征值λ＞1作為主成分提取的原則；根據各評價指標的含義及在主成分中系數值的大小和符號來進行主成分解釋，主成分主要反映系數較大的指標信息。

3.5 生態環境脆弱性

對所有評價指標進行歸一化處理。根據各評價指標權重，計算生態環境脆弱性指數EEVI（ecological environmental vulnerability index）［11］。EEVI能夠將生態環境脆弱性評價與環境質量緊密結合在一起，適用區域內部進行比較：

式中，EEVI為生態環境脆弱性指數；n為評價指標的個數；W為各評價指標的權重；X為各評價指標歸一化結果。EEVI的值域范圍為0～1，值越高，表示生態環境脆弱性程度越高。

4 結果與分析

4.1 綜合評價結果

依據主成分提取原則，選取前4個主成分F作為評價指標，并計算出各主成分特征向量α，如表3、 4所示。

表3 各主成分特征值及其貢獻率

特征向量 主成份F1 F2 F3 F4海拔高度α1 -0.695 0.234 0.535 -0.135地形起伏度α2 0.712 0.311 0.521 -0.011年平均氣溫α3 0.874 0.405 0.253 0.154年降雨α4 0.778 0.411 0.028 0.215生境質量指數α5 0.496 -0.154 0.653 0.136植被覆蓋指數α6 0.672 0.128 0.085 0.092水網密度指數α7 -0.259 -0.388 0.138 0.712土地脅迫指數α8 -0.282 -0.125 -0.275 0.746污染負荷指數α9 -0.465 0.684 -0.021 0.088 GDP α10 -0.550 0.535 -0.354 -0.259人口密度α11 -0.798 0.493 -0.412 -0.115道路密度α12 -0.499 -0.052 0.187 -0.211

從表4可以看出，第一主成分中年均溫度、年降水、地形起伏度、植被覆蓋指數的貢獻較大，是自然條件因子和地形因子的綜合體，故第一主成分可認為是自然背景因子，主要反映了生態環境脆弱性的綜合情況；第二主成分中污染負荷指數、人口密度、GDP的貢獻率較大，是社會經濟因子的綜合體，故第二主成分可認為是人類活動影響因子；第三主成分中生境質量指數和海拔高度的貢獻較大，故第三主成分可認為是高海拔地區生態環境狀況因子；第四主成分中土地脅迫指數和水網密度指數的貢獻較大，故第四主成分可認為是生態環境狀況因子。

將原有評價因子的權重由其所在主成分對應的特征值除以總特征值之和確定，各指標的權重如表5所示。

表5 評價指標因子權重

4.2 生態環境脆弱性分級

青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性指數EEVI值分布在0.136～0.585，平均值為0.382。為方便綜合分析青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性空間分布特征及變化規律，結合EEVI頻率直方圖，按照EEVI值由低到高將生態環境脆弱性劃分為5個等級:輕微脆弱（EEVI＜0.22）；輕度脆弱（0.22≤EEVI＜0.31）；中度脆弱（0.31≤EEVI＜0.40）；重 度 脆 弱（0.40≤EEVI＜0.48）及極重脆弱（EEVI≥0.48）。整體看來，該地區生態環境比較脆弱，其中東南部地區生態環境質量較好，西北部地區生態環境質量較差，生態環境質量由東南部向西北部逐漸降低，如圖2所示。

圖3 青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性分布示意圖

青藏高原生態屏障區生態環境以極重度-中度脆弱為主，占總面積的48.20 %，中度脆弱程度以上的區域面積占70.90%，總體脆弱性較高，如表6所示。極重度脆弱所占比例較大，其次是中度脆弱，分別占總面積的25.04%和23.16%，輕度脆弱所占比例最小，占總面積的9.65%。生態環境輕微脆弱和輕度脆弱區主要分布在青藏高原生態屏障區的東南部及部分中部部分地區；中度脆弱分布廣泛，主要集中在中部和西南部地區；重度脆弱及極重脆弱區主要分布在青藏高原生態屏障區的西北部、西南部以及部分東北部地區。

表6 生態環境脆弱分級單元數及面積比例

5 結論與展望

以生態評價理論研究為基礎，采用層次分析法與主成分分析法，選取12個具有代表性的評價指標，對青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性進行評價，并根據生態環境脆弱性指數EEVI，進行生態環境脆弱性定量分析，得到以下結論：

1）青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性綜合狀況是多因子綜合作用的結果，其中以第一主成分自然背景因子（年均溫度、年降水、地形起伏度、植被覆蓋指數）和第二主成分社會經濟因子（污染負荷指數、人口密度、GDP）的影響最大。

2）青藏高原生態屏障區生態環境脆弱性空間分布規律明顯，由東南部向西北部生態環境脆弱性逐漸變大。整體上生態環境比較脆弱，脆弱程度以極重度中度脆弱為主，集中分布在中部和西部地區，所占面積達到48.20%，這些區域生態系統穩定性較差，容易遭到破壞。輕度、微度脆弱主要分布在東南部地區，所占比例分別為9.65%和19.44%，這些區域生態系統相對穩定，生態恢復能力較強。

基于青藏高原生態屏障區已有的生態環境相關的研究結果和區內實際情況，對本文研究成果進行驗證，結果顯示生態環境脆弱性在總體趨勢上是跟前人研究成果和實際情況是相符合的，進一步證明了此方法對區域生態環境脆弱性評價具有一定的適用性。

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