葉爾羌河平原綠洲生態安全評價及影響因子分析

麥麗開·艾麥提，滿蘇爾·沙比提，馬國飛，張雪琪，尼加提·伊米爾

(新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054)

生態安全是生態環境保護以及促進經濟與社會健康發展的基礎[1]。隨著生態退化與環境污染的日趨嚴重，加深了生態系統受損害程度，并由此危及人類自身的安全。因此，對生態安全的研究就顯得愈加重要[2]。生態安全是一個涵蓋多方面因素的復雜問題[3]。許多學者從不同角度和層面對生態安全開展了廣泛的研究。如：李璇瓊[2]、朱衛紅[4]等通過3S技術，分別對丹巴縣和圖們江流域生態安全進行綜合評價；殷雪梅[5]、祁天龍[6]等分別運用DPSIR、PSR模型對石羊河流域和渾河進行綜合評價。諸多研究表明，對生態安全進行綜合評價是研究生態安全的基礎與核心[7]。

我國西北干旱區降水稀少，植被覆蓋率低，荒漠、沙漠廣布，生態環境十分脆弱[8]。綠洲是干旱地區人類生存和經濟社會發展的基礎，生態環境作為最基本的自然條件，其直接或間接地影響著綠洲的可續發展，因此有必要對生態環境進行生態安全綜合評價。近幾年，學者們對西北干旱區的研究多集中在土地生態安全[9- 11]，區域、流域生態安全[4，12]，而對新疆平原綠洲，尤其是對南疆平原綠洲生態安全的相關研究并不多見。以往對葉爾羌河平原綠洲區的研究多集中在水資源配置、氣候變化[13- 14]等方面，有關生態安全方面的研究甚少，基于此，在梳理相關研究的基礎上，選取西北干旱脆弱區-葉爾羌河平原綠洲為研究區，從時間尺度上對1988—2016年生態安全狀況進行評價；目的在于明確葉爾羌河平原綠洲生態環境現狀與發展變化特征，分析生態安全當前面臨的主要問題及影響因子，這對協調社會經濟發展、預警區域生態安全，并促進葉爾羌河平原綠洲的可持續發展具有一定的現實意義。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

葉爾羌河流域地處塔克拉瑪干沙漠西緣，喀喇昆侖山北麓，北抵天山南麓與阿克蘇地區相接。流域面積約9.89×104km2，其中，平原區總面積為3.81×104km2，約占流域總面積的38.5%。本文研究區處于葉爾羌河流域中下游的平原綠洲區(以下簡稱“研究區”)，在行政區劃上包括喀什地區的葉城、澤普、莎車、麥蓋提、巴楚等縣域。至2016年末，綠洲區人口2.25×106人，約為流域總人口的98.24%，其中，鄉村人口約為1.76×106人。強烈的人類活動導致灌區面積持續增加，研究區灌溉面積達50.226×104hm2，灌區總人口200多萬人[15]。

研究區屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，因南西北三面環山且東臨中國最大的沙漠，水汽資源極度缺乏，平均降水量僅為54.6mm、多年平均氣溫11.9℃，山區水資源成為平原綠洲區最主要的補給來源。綠洲區蒸發能力極強，光熱資源豐富，其日照時數達到2859h、≥10℃積溫為4427℃·d，無霜期較長。光熱量豐富的氣候優勢為研究區域的農業生產提供了良好的條件，以2016年為例，研究區國內生產總值為3.45×1010元，農業總產值為2.23×1010元，約占GDP總量的64.68%，人均生產總值16768余元，農牧民人均純收入為9966.2元。當前，隨著社會經濟的迅速發展，研究區的生態安全面臨更為嚴峻的威脅。因此開展葉爾羌河平原綠洲生態安全現狀綜合評價，分析其生態環境的變化特征，希望能為提高研究區生態安全水平及可持續發展提供有效的理論參考。

1.2 數據來源

本文所依據的基礎數據主要來源于《新疆統計年鑒(1989—2017)》《喀什統計年鑒(1989—2016)》《中國氣象災害大典(新疆卷1949—2000)》以及政府網站公布的經濟、社會發展統計公報提供的數據進行計算、整理獲得。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

生態安全評價指標的建立不僅能體現生態環境狀況、安全水平，還能更精確地反映自然、經濟、社會之間的相互關系。從研究區的實際情況出發，綜合考慮各種影響因子，同時在借鑒相關研究[10，16- 17]的基礎上，結合數據的有效性，建立了PSR框架模型，并構建了包含目標層、準則層、指標層3個層次，共計24個指標的葉河平原綠洲生態安全評價指標體系，見表1。

2.2 評價指標數據標準化處理

從選取的1988—2016年各指標數據看，由于不同的指標具有不同的計量單位和指標間存在數量級差異，無可比性，不便于分析甚至會影響評價結果，因此本文采用極差法[18]對原始數據進行標準化處理，具體計算公式如下：

(1)

(2)

式中，yij—第i年第j個指標的標準值；xij—第i年第j個指標的原始值；max(xij)、min(xij)—第j個指標的最大值、最小值，j=1，2，…m。

2.3 評價指標權重的確定

為了使評價結果能夠客觀、準確地反映研究區實際情況，本文采用客觀性較高的熵值法[19]進行計算。根據式(1)—(2)得出的標準化值計算各指標的信息熵Hj，計算公式如下：

(3)

式中，Hj—第j個指標的熵值；fij—第j項指標下第i個被評價指標的指標比值。

當fij=0時，令fijlnfij=0;n—研究年份；再通過式(3)所得到的熵值求指標權重，指標權重用wj表示，其計算公式如下：

式中，m—指標個數(i=1、2、…m)

(4)

由此可得出各指標權重，為多指標綜合評價提供客觀依據。

表1 葉爾羌河平原綠洲生態安全評價指標體系

2.4 生態安全綜合評價模型建立

本文采用綜合評價方法[20]對葉河平原綠洲的生態安全狀況進行評價。生態安全指數(ESI)來表示研究區生態安全程度，通過式(5)獲得各指標的安全指數，通過式(6)可以得出研究區生態安全綜合指數。計算公式如下：

ESIi=yi×Wi

(5)

(6)

式中，ESIi—第i個指標的安全指數；ESI—綜合安全指數；yi—第i個指標的標準化值；wi—第i個指標的權重。

2.5 影響因子研究

為有效提高研究區的生態安全，篩選出評價指標體系中對研究區域生態安全起主要影響作用的因素，并進行影響因子分析[11]，根據式(7)可以計算出各項指標的影響程度然后對其排序，可以得到主要的影響因子。計算公式如下：

Li=wi[1-P(bi)]

(7)

式中，Li—第i個指標的影響度；wi—第i個指標的權重；P(bi)—第i個指標的安全指數。

2.6 生態安全綜合指數等級劃分

迄今，對于生態安全評價尚沒有統一公認的評價標準，為構建一個衡量研究區域生態系統安全的參考體系，在借鑒相關研究[8- 9]基礎上，結合研究區生態環境實際狀況，依據該綠洲29 a生態安全綜合評價指標值分級處理并設置了5個等級，見表2。據此進行綠洲生態評價，確定研究區域是否處于安全狀態。

表2 綠洲生態安全指數等級劃分標準

3 結果與分析

3.1 指標權重分析

由表1各指標權重值及排序可以看出，當年造林面積、水利、環境和公共設施管理業投資、經濟密度、在崗職工年均工資量、農牧民人均純收入、人均生產總值、農業機械化水平、人均糧食產量對葉河平原綠洲生態安全的影響較大，其權重均大于0.05。農作物受災面積、人口自然增長率對平原綠洲生態安全影響相對較弱，其權重均小于0.01。這與葉河平原綠洲的實際情況相符。近年來，葉河平原綠洲作為西部大開發與對口援疆工作重點針對區域，大力發展經濟，對科技、水利、環境和公共設施管理業投入增加。因此，經濟密度增大，造林面積增加，進一步改善了生態環境，在崗職工年均工資量、農牧民人均純收入和人均生產總值均提高。大力支持農業發展，提升農業現代機械化水平，農業總產值約占GDP總量的64.68%，處于絕對優勢地位，糧食作物比重較大。從準側層來看，系統壓力、系統狀態和系統響應的權重分別是0.2527、0.3324、0.415，表明在這個評價指標體系中響應指標所占的比重最大。因此，提高該綠洲生態安全的重要因素是調整人類活動對環境的影響。

3.2 生態安全評價綜合分析

1988—2016年葉爾羌河平原綠洲生態安全變化趨勢如圖1所示。

圖1 葉爾羌河平原綠洲生態安全變化趨勢

從圖1可知，研究區生態安全綜合指數整體處于上升趨勢，生態安全狀況得到進一步改善。生態安全綜合指數由1988年的0.1905增加到0.6047，生態安全不斷好轉，年均增長率達到4.21%，說明生態安全水平不斷提高。根據曲線的形狀可以將綜合指數的變化分為兩個階段，其中1988—2012年之間生態安全綜合指數呈現先減后增再減又增的反復“W”型變化趨勢。1988—2008年間生態安全等級一直處于極不安全狀態。2008—2009年，綜合指數從0.388增長為0.4754，并且安全等級從極不安全上升到較不安全狀態。2012—2016年間生態安全綜合指數呈現出“V”型變化趨勢。2015—2016年，綜合指數從0.5474增長為0.6047，并且安全等級從較不安全上升到臨界安全。按生態安全分級標準，見表2，生態安全等級由“極不安全”轉變為“臨界安全”。通過分析得知，該綠洲到研究期末時才處于臨界安全狀態，表明研究區生態壓力還沒得到根本性緩解，其主要原因如下：

(1)人口密度，人口自然增長率呈現上升趨勢。人口密度由1988年的49.13人/km2上升到2016年的86.04人/km2；人口自然增長率由1988年的12.77‰上升到2016年的16.83‰；

(2)人地矛盾突出，自然災害頻繁；葉河平原綠洲雖然土地面積大，但是土地利用程度較低，至2016年末未利用土地面積占總面積的74.74%，耕地、林地、草地、濕地、水體面積比例分別為13.12%、2.03%、7.63%、0.33%、1.58%；綠洲人口224.92萬，人均耕地面積僅0.167hm2/人。人均收入逐年有所提高，但財政收入整體水平還處于較低狀態；葉爾羌河平原綠洲的生產活動以農業為主，因水資源有限，農產品結構單一，生態系統結構簡單，未利用土地面積較大，所以生態環境極其脆弱。長期以來，由于人口持續增長，新型城市化的加速推進以及盲目進行土地開墾等原因，導致大量水、土資源的浪費，光熱資源利用效率低，有限的植被資源不斷受到破壞，林地，草場大面積的退化萎縮，并引發土壤鹽漬化、沙漠化、環境污染等一些列問題使得葉河平原綠洲生態安全長期處于不穩定狀態。2000年以來，隨著國家對于西部大開發戰略的重視程度不斷提高，技術型人才不斷引進，對水利、環境和公共設施管理業的投資加大，葉河平原綠洲的經濟呈現出良好的發展趨勢，這也是葉河平原綠洲生態安全綜合指數從2008年以后呈現增長趨勢的原因；另外，2010年召開的中央新疆工作座談會和2015年召開的第五次全國對口支援新疆工作會議之后，推動了各項事業的快速發展，尤其是2016年生態安全綜合指數增長，整個生態系統已由不安全狀態轉向臨界安全狀態。這一變化表明于政府的政策引導下，研究區的生態安全正在逐漸改善，所實施的一系列政策計劃對于研究區生態安全有很大的作用。

3.3 生態安全分類指標分析

由圖1知，1988—2016年生態壓力指數變化趨勢出現“一減一增”的波動形變化趨勢，說明研究區域的生態安全受人類活動的影響很大，反映了社會經濟的快速發展，研究區生態系統也面臨著嚴重的沖擊與破壞。因此，該區域一直在“先污染，后治理”的模式中發展。葉爾羌河平原綠洲的狀態指數呈現上下波動式的緩慢遞增趨勢，這說明當地生態系統狀態正緩慢趨向好轉。這主要是因為在狀態層指標中在崗職工年均工資、農牧民人均純收入和人均GDP均處于不斷增長的趨勢，1988—2016年在崗職工年均工資從2079.8元增加到72616.8元，農牧民人均純收入從498.68元增加到9966.2元，人均GDP從894.4元增加到16768.6元。另外，加大了農業灌溉設施投入力度，耕地有效灌溉率由1988年的91.72%增長至2016年的103.3%，有效地保障了農業用水，并反映出平原綠洲在經濟、社會、環境和生態的協調發展，但由于研究區生態環境比較脆弱，自然災害頻繁，各年份災情程度和受災面積差異較大，一旦受損，恢復困難，因此生態環境的改善是一個長期、緩慢的過程，狀態指數大體上呈現出緩慢上升的趨勢。生態安全響應指數越大，說明研究區域抵御生態風險的能力增強，區域的生態環境越安全。葉河平原綠洲響應指數呈現局部起伏、總體上遞增的趨勢。前期發展較緩慢，從2008年上升速度加快，反映了研究區所進行的環境保護、產業轉型對社會經濟發展起到了很重要的作用。近年來，隨著西部大開發的進程不斷深入以及產業結構的升級，農業機械化水平提高、第三產業占GDP的比重逐年增加，說明政府財政調控能力不斷增強，因而對科技、教育事業和環保的投入更加科學合理，對生態環境保護和建設的支持力度增強，這些都將對生態系統安全度的提高有較大的作用。

3.4 生態安全影響因子分析

通過式(7)計算得出不同年份各項指標的影響度，篩選出其中影響度Li≥0.04的指標，1988—2016年葉河平原綠洲生態安全的主要影響因子分別是經濟密度、人均糧食產量、土地墾殖指數、人均GDP、在崗職工年均工資量、農牧民人均純收入、當年造林面積、農業機械化水平、水利、環境和公共設施管理業投資、教育事業投資占GDP比重和第三產業占GDP比例等，不同年份的影響因子對研究區的影響度有所不同。因此對這些影響因子進一步分類，通過對比影響因子權重值與影響度來劃分三種影響程度類型。第一種是權重值和影響度都較大；第二種是權重值比影響度大；第三種是權重值和影響度都較小，如圖2所示。

圖2 影響因子指標的限制度和權重的比較

本文影響因子的權重值與影響度均小，其所對應的差值也小。其中當年造林面積、水利、環境和公共設施管理業投資、經濟密度、在崗職工年均工資量以及農牧民人均純收入等指標的影響作用相對較大，說明這些指標是影響研究區生態安全的重要因子，在區域生態安全預警中需要合理部署與安排；人均GDP、農業機械化水平以及人均糧食產量等指標對研究區生態安全具有一定的影響，需要維持現狀，防止其惡化；教育事業投資占GDP比重、第三產業占GDP比例以及土地墾殖指數等指標對研究區生態安全的影響度較小，需要加大力度進行改善的因子。

4 結語

1988年以來研究區生態安全水平處于不斷改善的狀態。安全狀態由1988年的“極不安全”轉變為2016年的“臨界安全”；從3個系統的安全指數來看，壓力指數呈現“一減一增”的波動性發展態勢，狀態與響應指數均出現上升的發展趨勢，其中響應指標在生態安全評價過程中起了很重要的作用。

通過影響因子分析表明經濟密度、人均糧食產量、土地墾殖指數、人均GDP、在崗職工年均工資量等指標是影響葉爾羌河平原綠洲的主要影響因子，在今后的發展過程中，這些指標對研究區生態安全存在潛在和重要的作用，也是今后葉爾羌河平原綠洲在生態安全建設中需要高度重視及合理建設的重要指標。根據葉爾羌河平原綠洲生態安全評價結果，為進一步提高葉爾羌河平原綠洲的生態安全水平必須從系統壓力治理，以期為葉爾羌河平原綠洲生態布局，生態安全的管理與建設提供理論參考，為制定科學有效的生態環境相關政策和措施提供科學、合理的參考依據。