基于結(jié)構(gòu)與功能脆弱性的黃石市生態(tài)脆弱度評價

瞿博偉， 吳樂知

(湖北師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院， 湖北 黃石 435002)

自然資源是人類所有生產(chǎn)和生活活動的基礎(chǔ)，隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，人類對自然資源的開采和消耗加劇，很多曾經(jīng)因礦而生、因礦而興的城市由于資源枯竭、生態(tài)破壞，給區(qū)域的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)重影響.素有“礦冶之鄉(xiāng)”“青銅古都”之稱的黃石市于2009年被列入全國第二批資源枯竭型城市，經(jīng)歷長期的資源開采后面臨經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后、環(huán)境破壞嚴(yán)重等系列問題，急需開展生態(tài)評價和城市轉(zhuǎn)型[1-2].本文以黃石市為研究區(qū)域，基于GIS技術(shù)研究黃石市2009—2019年近10年生態(tài)脆弱性的時空變化特征，以期為區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供參考.

近年來，隨著對全球環(huán)境變化研究的不斷加強(qiáng)，尤其是對人地關(guān)系的深入研究，有關(guān)生態(tài)平衡、生態(tài)脆弱帶、生態(tài)脆弱性及其脆弱性評價逐漸成為全球性研究的重點(diǎn).生態(tài)脆弱性概念最早可追溯到1905年美國生態(tài)學(xué)家Clements[3]提出的“生態(tài)過渡帶”概念.21世紀(jì)以來國外學(xué)者更多的將生態(tài)脆弱性評價廣泛應(yīng)用于氣候變化、地質(zhì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會學(xué)等諸多領(lǐng)域，在全球范圍內(nèi)展開了廣泛的研究和探討，如亞洲草原在氣候變化背景下的生態(tài)脆弱性研究[4]，歐洲生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評價等[5].國內(nèi)學(xué)者的研究相對起步較晚，早期關(guān)注和研究的主要對象為丘陵地區(qū)、農(nóng)牧交錯帶、喀斯特地區(qū)、江河水域和高寒地帶等典型的生態(tài)脆弱帶，以定性研究和理論探索為主[6-11]；21世紀(jì)以來針對省、市、縣等較小區(qū)域范圍的研究逐漸增多[12-14]，生態(tài)脆弱性研究發(fā)展較快，出現(xiàn)了針對特殊條件下的區(qū)域環(huán)境生態(tài)脆弱性研究[6]，但對資源枯竭型城市生態(tài)脆弱性研究略顯不足，且評價指標(biāo)的選取尚處于探索階段，現(xiàn)有生態(tài)脆弱性評價體系較多，但還沒有公認(rèn)統(tǒng)一的評價模型，各學(xué)者評價指標(biāo)選取和評價方法各不相同[15].參考國內(nèi)外學(xué)者研究成果，目前已有的評價模型包括由薛聯(lián)青等提出的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型”[16]、魏曉旭等構(gòu)建的“暴露-敏感-適應(yīng)(VSD)”模型[17]、孫平軍等基于PSE模型(壓力-敏感-彈性)對礦業(yè)城市遼寧阜新生態(tài)脆弱性進(jìn)行評價[18]，張瑩等進(jìn)一步發(fā)展了“生態(tài)敏感性-生態(tài)恢復(fù)力-生態(tài)壓力度(SRP)”模型等[19].已經(jīng)形成的生態(tài)脆弱性評價方法主要有：主成分分析法、基于景觀格局的脆弱性評價法、層次分析法、模糊評價法等[20-23].目前，隨著生態(tài)脆弱性研究的深入，生態(tài)脆弱度評價方法和評價模型逐漸多樣化、復(fù)雜化，但對于生態(tài)脆弱評價結(jié)果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實指導(dǎo)的信息傳達(dá)度不夠，需要進(jìn)一步平衡數(shù)據(jù)處理和對結(jié)果的解釋，以此加強(qiáng)生態(tài)脆弱性研究的應(yīng)用.此外，生態(tài)脆弱性評價對象通常都是一個開源的、網(wǎng)絡(luò)化、動態(tài)的多層次的強(qiáng)連接系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)各要素相互影響且極易受到人類活動的干擾[24-25]，脆弱性評價需要針對復(fù)雜系統(tǒng)對外界影響的反應(yīng)和自身變化的關(guān)鍵過程與機(jī)制，推動綜合集成的評價方法的應(yīng)用.

過去的生態(tài)脆弱性評價分析中，在指標(biāo)體系的建立方面，鮮有從生態(tài)結(jié)構(gòu)方面和功能方面考慮生態(tài)環(huán)境的脆弱性，而兩者的結(jié)合則更少.生態(tài)結(jié)構(gòu)是組成生態(tài)系統(tǒng)的各要素及其時空分布和系統(tǒng)內(nèi)部能量循環(huán)的途徑，受人類活動干擾影響，生態(tài)系統(tǒng)趨于復(fù)雜性、異質(zhì)性的不間斷性變化，生態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和平衡對整個生態(tài)環(huán)境有重要意義[26].生態(tài)功能是服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)，在生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮穩(wěn)定調(diào)節(jié)作用的功能.生態(tài)功能支持人類賴以生存的地球生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)行，形成人們生存生產(chǎn)必需的環(huán)境條件[27].因此基于研究區(qū)脆弱性表征，從生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的整體出發(fā)，能夠建立起更加全面、科學(xué)的生態(tài)脆弱度評價指標(biāo)體系，可以為區(qū)域生態(tài)脆弱性研究提供新的思路和方法[28-30]，為礦產(chǎn)資源枯竭型城市的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 研究區(qū)域

黃石市(114°31′E～115°30′E，29°30′N～30°15′N)位于長江中游南岸，國土總面積4 583 km2，市區(qū)現(xiàn)轄鐵山區(qū)、西塞山區(qū)、下陸區(qū)、黃石港區(qū)及一個省級開發(fā)區(qū)，地處中緯度，為典型的亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，冬冷夏熱、四季分明，光照充足，降水集中于夏季，熱能豐富.植被類型屬于亞熱帶常綠闊葉林區(qū).黃石地形總的趨勢是西南高，東北低，由西南向東北傾斜，地形以低山丘陵與湖濱、濱江平原交錯分布.黃石市礦產(chǎn)資源豐富，經(jīng)過新中國成立以來70年的大規(guī)模開采，黃石市主要礦產(chǎn)資源進(jìn)入了開采晚期，大批礦山相繼閉坑，采掘業(yè)產(chǎn)值和從業(yè)人員占工業(yè)的比重逐年減小，礦山地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對滯后.

黃石市生態(tài)環(huán)境脆弱問題主要體現(xiàn)在以下三個方面： 1) 自然環(huán)境脆弱，洪澇和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā).黃石市是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨集中在夏季，由于其三面環(huán)山、一面臨長江的地理位置，每到7、8月包括主城區(qū)在內(nèi)的長江沿岸地區(qū)就會面臨洪澇、內(nèi)澇的威脅.黃石市歷史上一共經(jīng)歷過1998年、2016年等數(shù)次特大洪水災(zāi)害，給社會發(fā)展和人民財產(chǎn)造成了巨大的損失.其次，黃石市地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，山體分布廣泛，地表起伏較大，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對礦產(chǎn)資源的過分依賴，長期開采地下礦產(chǎn)資源，地質(zhì)結(jié)構(gòu)脆弱，夏季暴雨時期極易發(fā)生山體滑坡、地面塌陷、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害.2) 水域生態(tài)環(huán)境脆弱.黃石市境內(nèi)有富水水系、大冶湖水系、保安湖水系及若干干流、支流和258個大小湖泊，但水質(zhì)富營養(yǎng)化問題較突出，大部分湖泊都存在不同程度的總磷、氯化物超標(biāo)情況[31]，魚類種類也從90多種下降到不足40種，水域生態(tài)問題不容忽視.3)地表植被破壞嚴(yán)重.目前，黃石市區(qū)現(xiàn)有礦山開采遺留的開山塘口140多處，需要治理的礦山植被破壞面積約70 000 km2，同時以采礦業(yè)為主的重工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致的大氣環(huán)境污染問題嚴(yán)重，對居民生活和身體健康有極大的危害.

圖1 研究區(qū)地理位置

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源和處理

2.1.1 數(shù)據(jù)來源 本研究采用的30 m分辨率Landsat TM數(shù)據(jù)和黃石市數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http：//www.gscloud.cn/)；黃石市各縣區(qū)多年平均降雨數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)；湖北省黃石市道路網(wǎng)密度數(shù)據(jù)來源于全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫.

2.1.2 數(shù)據(jù)處理 為保證數(shù)據(jù)精確性，利用ENVI 5.3對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行去條帶、輻射定標(biāo)、大氣校正，對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正，消除雜點(diǎn)等預(yù)處理操作，從黃石市DEM數(shù)據(jù)中提取等高線，獲得高程、坡度和地形起伏度等信息.根據(jù)2017年國土資源部組織修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010-2017)[32]，結(jié)合黃石市土地利用現(xiàn)狀，將研究區(qū)土地利用類型劃分為耕地、林地、居民用地、水域及水利設(shè)施用地、建設(shè)用地、裸地及工礦廢棄地共七類，在實地調(diào)查的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，參考2019年黃石市土地利用規(guī)劃圖，采用ENVI 5.3監(jiān)督分類法提取研究區(qū)土地類型；利用ENVI 5.3對黃石市遙感影像進(jìn)行NDVI提取分析，如公式(1)所示：

(1)

式中,Rnir為近紅外波段反射率，Rred為紅外波段反射率.

利用ArcGIS 10.4的地統(tǒng)計分析工具處理黃石市區(qū)縣平均降水量數(shù)據(jù)，通過IDW(反距離加權(quán)值法)來實現(xiàn)點(diǎn)源數(shù)據(jù)的空間化.道路網(wǎng)密度數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(http：//www.webmap.cn/)中的1∶25萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，通過申請下載道路網(wǎng)原始數(shù)據(jù)，然后在ArcGIS 10.4上運(yùn)用核密度分析工具處理.所有數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后均為30 m×30 m的柵格數(shù)據(jù)，為了保證空間分析精度和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，所有空間數(shù)據(jù)均使用UTM50n坐標(biāo)系.

2.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

生態(tài)結(jié)構(gòu)是組成生態(tài)系統(tǒng)的各要素及其時空分布和系統(tǒng)內(nèi)部能量循環(huán)的途徑，受人類活動干擾影響，生態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和平衡對整個生態(tài)環(huán)境有重要意義[26].生態(tài)功能是服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)，在生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮穩(wěn)定調(diào)節(jié)作用的功能.生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體，其結(jié)構(gòu)和功能相輔相成，在外界和自身條件不斷演化下呈現(xiàn)動態(tài)變化的特點(diǎn).生態(tài)功能的發(fā)揮基于生態(tài)結(jié)構(gòu)，而生態(tài)功能也是生態(tài)結(jié)構(gòu)的反映，因此生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能兩者共同影響著生態(tài)脆弱性的大小.

2.2.1 生態(tài)結(jié)構(gòu)性脆弱度 生態(tài)結(jié)構(gòu)性脆弱度由景觀脆弱度和景觀干擾度組成.景觀脆弱度是反映景觀類型在外界環(huán)境干擾下的敏感性指數(shù)，其值的大小反映景觀類型對干擾的敏感程度[33].本文針對黃石市主要生態(tài)環(huán)境脆弱問題，參考郭濼和孫賢斌[34-35]等人的研究成果，以研究區(qū)景觀類型實際情況為基礎(chǔ)，對黃石市各景觀類型的脆弱度進(jìn)行賦值，如表1所示，F(xiàn)i為景觀脆弱度.區(qū)域生態(tài)結(jié)構(gòu)中各景觀類型越容易受到外界的干擾且不利干擾程度越大，其面臨的生態(tài)環(huán)境威脅越大，區(qū)域生態(tài)脆弱度就越低，本文選擇破碎度、分離度、優(yōu)勢度作為景觀干擾度的基礎(chǔ)指標(biāo)[36-37]，可以準(zhǔn)確量化反映人類活動對景觀的干擾和積累作用，對于評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱性非常有代表性和參考性.公式為：

表1 不同景觀類型的脆弱度指數(shù)

EMi=aSi+bCi+cDi，

(2)

其中，

(3)

(4)

(5)

式中，EMi是指景觀干擾度，Si為景觀破碎度，Ci為景觀分離度，Di為景觀優(yōu)勢度，a、b、c分別為景觀破碎度、分離度、優(yōu)勢度所占的權(quán)重.PAi為在i類景觀類型中的斑塊數(shù)量；S為第i類景觀的總面積.Ni為第i類景觀類型面積占景觀總面積的大小比例.Di表示第i類景觀類型在景觀總范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻率、蓋度、密度.OUi為在i類景觀類型中在樣本中出現(xiàn)的數(shù)量與樣本斑塊總數(shù)量的比例；PUi為第i類景觀的總面積與景觀總面積的比例；QUi為第i類景觀類型中的斑塊數(shù)量與斑塊總數(shù)量的比例.參考郭濼等人的研究成果，根據(jù)景觀指數(shù)的重要程度，對景觀破碎度、分離度、優(yōu)勢度所占的權(quán)重進(jìn)行賦值：a=0.5，b=0.3，c=0.2.

2.2.2 生態(tài)功能性脆弱度 生態(tài)功能性脆弱度反映在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)影響下，內(nèi)部調(diào)節(jié)與穩(wěn)定作用的變化.針對黃石市的自然地理環(huán)境和人為干擾因素，本文選取地表起伏度、NDVI、年降水量、道路網(wǎng)密度4等個指標(biāo)作為生態(tài)功能性脆弱度指標(biāo).

本文基于自然與人類相互作用的角度分析了研究區(qū)景觀類型，從生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能兩個層面出發(fā)，遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、綜合性和可操作性原則，參考和借鑒了前人的研究成果[38]，選取生態(tài)功能性脆弱和生態(tài)結(jié)構(gòu)性脆弱兩大方面共6個指標(biāo).其中景觀干擾度和景觀脆弱度作為生態(tài)結(jié)構(gòu)性脆弱指標(biāo)，而NDVI(植被覆蓋度)、地表起伏度、道路網(wǎng)密度、年降雨量為生態(tài)功能型脆弱指標(biāo)，通過熵值法確立權(quán)重，參考余坤勇等[39-40]采用的生態(tài)脆弱度評價法，計算黃石市生態(tài)環(huán)境脆弱度綜合指數(shù)(EVI)，其公式為：

(6)

式中，z為評價指標(biāo)個數(shù)，Si為第i個指標(biāo)的權(quán)重值，Oi為第i個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值.

2.3 評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重確定

本文采用極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使其數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化為0～1之間[41-42].極差法中評價指標(biāo)有正負(fù)向性區(qū)別，對于正向指標(biāo)(主要有道路網(wǎng)密度、年降水量、地形起伏度等)標(biāo)準(zhǔn)化的公式為：

(7)

對于負(fù)向指標(biāo)(主要為NDVI)標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

(8)

式中，Ui第i個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；Oi為第i個指標(biāo)的實際值，Omin為第i個指標(biāo)的實際最小值，Omax為第i個指標(biāo)的實際最大值.

根據(jù)熵值法[43]計算出各指標(biāo)的權(quán)重，為多指標(biāo)綜合評價提供依據(jù).在指標(biāo)數(shù)據(jù)線性標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上，使用ArcGIS 10.4軟件的fishnet工具均勻采集樣點(diǎn)，將采集到的指標(biāo)點(diǎn)集數(shù)據(jù)整理好后錄入Matlab熵值法運(yùn)算程序中，可得各項指標(biāo)的權(quán)重.

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀指數(shù)變化

利用Fragstats4.0提取景觀斑塊數(shù)和面積，根據(jù)式(2)～(5)計算黃石市景觀格局相關(guān)指數(shù)，如表2所示.2009—2019年黃石市各景觀類型指數(shù)發(fā)生了較大變化：其中建設(shè)用地和林地面積增加，分離度減小，優(yōu)勢度增加；耕地破碎度增加幅度大，優(yōu)勢度減小；居民用地破碎度大幅減小，優(yōu)勢度減小；廢棄礦用地面積減小，破碎度和優(yōu)勢度減小；其他用地均的破碎度均有小幅增加.可見， 十年間黃石市耕地分散現(xiàn)象加劇，廢棄礦用地整治效果較好，其他景觀類型地域趨于分散且優(yōu)勢度逐漸上升，研究區(qū)生態(tài)總體趨勢向好，但耕地和水體被其他用地占用面積較大，破碎化程度高，仍存在較大生態(tài)風(fēng)險.從景觀指數(shù)變化結(jié)果上看，黃石市近十年的生態(tài)質(zhì)量向好，這與當(dāng)?shù)爻掷m(xù)推進(jìn)工礦廢棄地修復(fù)復(fù)墾和水環(huán)境治理等生態(tài)文明建設(shè)措施是分不開的.

表2 黃石市景觀格局相關(guān)指數(shù)

3.2 黃石市生態(tài)環(huán)境脆弱度劃分及空間分布

根據(jù)式(6)，考慮研究區(qū)黃石市面積的大小，采用200×200 m的網(wǎng)格作為評價單位，實現(xiàn)黃石市2009年、2019年綜合生態(tài)脆弱度指數(shù)空間化，在此基礎(chǔ)上采用自然打斷法劃分脆弱等級，其空間分布如圖2所示.結(jié)果表明，黃石市2009—2019年生態(tài)脆弱指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化平均值為0.258±0.063，整體處于輕度脆弱程度.黃石市生態(tài)環(huán)境脆弱程度共劃分為5個等級，依次為Ⅰ微度脆弱區(qū)(0.147

圖2 黃石市綜合生態(tài)脆弱等級空間分布圖

3.3 生態(tài)環(huán)境脆弱度變化特征

2009—2019年十年間，微度脆弱區(qū)(Ⅰ)和輕度脆弱區(qū)(Ⅱ)的面積分別增加了6 736.86 hm2和10 909.3 hm2，中度脆弱區(qū)(Ⅲ)面積減少了12 768.3 hm2，強(qiáng)度脆弱區(qū)(Ⅳ)和重度脆弱區(qū)(Ⅴ)面積分別減少了4 742.64 hm2和135.22 hm2，如表3所示.在以大冶市主城區(qū)為中心的微度、輕度脆弱地區(qū)不斷擴(kuò)大，由51.92%增加為55.8%；以磁湖、大冶湖等水體和西南部山區(qū)為主的強(qiáng)度脆弱地區(qū)在減少，由15.60%下降為14.56%；重度脆弱地區(qū)面積變化相對較小.可見，最近十年來，黃石市生態(tài)脆弱度的變化以中度、強(qiáng)度脆弱向微度、輕度脆弱變化為主，處于中度脆弱等級的地區(qū)由114 575.4 hm2減少為101 807.1 hm2，所占比例下降了2.81%；在空間分布上體現(xiàn)為大冶市北部和西部地區(qū)中度脆弱區(qū)域向微度脆弱等級轉(zhuǎn)化，在大冶市主城區(qū)和大冶湖附近，較多的輕度脆弱等級區(qū)域侵占了中度脆弱等級區(qū)域.

表3 黃石市不同生態(tài)脆弱度等級的區(qū)域面積統(tǒng)計

十年間，生態(tài)強(qiáng)度脆弱區(qū)(Ⅳ)和重度脆弱區(qū)(Ⅴ)總面積占比由22.87%下降為21.8%，說明黃石市整體生態(tài)情況在持續(xù)變好.黃石地區(qū)區(qū)域內(nèi)部差異明顯，如圖3所示，大冶市和陽新縣域內(nèi)的Ⅳ和Ⅴ區(qū)的總面積占比在2009分別為27.24%和17.44%，在2019年分別為23.48%和18.65%，相對較為穩(wěn)定.然而，黃石市內(nèi)的生態(tài)強(qiáng)度脆弱區(qū)(Ⅳ)和重度脆弱區(qū)(Ⅴ)總面積占比仍然居于高位，黃石港區(qū)、西塞山區(qū)和鐵山區(qū)的Ⅳ和Ⅴ區(qū)面積比例分別由2009年80.08%、80.02%和80.59%降低為2019年的64.76%、71.32%和66.49%，可見近十年黃石市實施的關(guān)閉落后產(chǎn)能礦冶企業(yè)、開展礦山修復(fù)和磁湖等湖泊水體污染治理、發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、優(yōu)化城市空間布局等一系列改善措施發(fā)揮了良好作用，但區(qū)域生態(tài)脆弱現(xiàn)狀依然嚴(yán)峻，黃石市內(nèi)三個區(qū)共有超過60%的地區(qū)仍然處于強(qiáng)度脆弱等級以上.

圖3 黃石市綜合生態(tài)脆弱等級在各區(qū)縣分布比例

3.4 生態(tài)脆弱等級轉(zhuǎn)移特征

2009—2019年黃石市各生態(tài)脆弱等級區(qū)域相互轉(zhuǎn)化的總面積為72 822.06 hm2，如表4所示，由高等級生態(tài)脆弱向低等級生態(tài)脆弱轉(zhuǎn)移的總面積為51 109 hm2，占總面積的70.08%，其中面積變化最大的是由中度脆弱向輕度脆弱轉(zhuǎn)移共計24 720.48 hm2，這種變化發(fā)生的區(qū)域主要集中在大冶市礦產(chǎn)資源開采區(qū)和水文旅游資源開發(fā)區(qū)的交界處；強(qiáng)度和重度脆弱區(qū)域由高等級脆弱轉(zhuǎn)移為低等級脆弱的面積為12 169 hm2，僅占總變化量的16.7%，因此以磁湖、大冶湖為中心的城區(qū)以及西部地勢起伏大的山區(qū)仍然處于生態(tài)高度脆弱的風(fēng)險中.

表4 黃石市脆弱等級面積轉(zhuǎn)移矩陣

3.5 結(jié)論

本文利用地理空間信息技術(shù)，對黃石市2009—2019年生態(tài)脆弱性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，黃石市近十年生態(tài)脆弱度整體呈下降趨勢，其均值由2009年的0.258下降為2019年的0.231，微度和輕度脆弱區(qū)面積由237 676.14 hm2增加為253 665.63 hm2，增幅達(dá)6.72%，中度以上生態(tài)脆弱區(qū)面積由216 775.62 hm2減少為200 786.13 hm2，總體上生態(tài)脆弱等級由高向低方向變化，近十年來生態(tài)環(huán)境整體向好發(fā)展.

黃石市生態(tài)脆弱性等級空間分布呈南低北高格局，高脆弱等級主要分布在人口集中的城區(qū)以及磁湖、大冶湖等水系，生態(tài)微度和輕度脆弱區(qū)主要位于研究區(qū)的中南部和西部地區(qū)，即大面積的平原和森林植被覆蓋區(qū)域.黃石市近十年生態(tài)脆弱性等級空間分布變化顯著，大冶市生態(tài)微度和輕度脆弱區(qū)分別增加了5 320.8 hm2、10 668.69 hm2，中度脆弱以上地區(qū)占該區(qū)面積的比例由63.88%下降為51.68%；陽新縣變化幅度較小，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；鐵山區(qū)強(qiáng)度脆弱以上地區(qū)面積由2 504.61 hm2下降為2 079.9 hm2；下陸區(qū)強(qiáng)度脆弱以上地區(qū)面積由3 587.49 hm2下降為2 711.88 hm2；黃石港區(qū)強(qiáng)度脆弱以上地區(qū)面積由1 899.99 hm2下降為1 545.84 hm2；西塞山區(qū)強(qiáng)度脆弱以上地區(qū)面積由3 606.3 hm2下降為3 222.09 hm2.黃石市生態(tài)脆弱區(qū)域較為集中，主要呈面狀分布，極少區(qū)域呈線狀分布特征，

引發(fā)生態(tài)脆弱性的原因主要為歷史上相當(dāng)長一段時間內(nèi)研究區(qū)內(nèi)高強(qiáng)度的人類活動如礦山開采和金屬冶煉等粗放型工業(yè)活動造成資源環(huán)境的破壞，再疊加上深刻的自然要素變化.黃石市生態(tài)高脆弱等級主要分布在以黃石港區(qū)與大冶市為代表的市中心地區(qū)，原因是該地帶為人口密集區(qū)，人類各種生產(chǎn)活動以及多年礦產(chǎn)開發(fā)等，給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來了較大破壞，同時該區(qū)地勢起伏大，多暴雨，滑坡、洪澇地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，磁湖、大冶湖等湖泊臨近城區(qū)，極易受到人類活動的負(fù)面影響，區(qū)域生態(tài)環(huán)境極其脆弱.

資源枯竭城市轉(zhuǎn)型和生態(tài)文明建設(shè)成效初顯，黃石市高脆弱等級區(qū)域面積明顯下降.自2009年以來，黃石主動關(guān)停“五小”企業(yè)367家，整治重點(diǎn)污染源企業(yè)460家，完成排污口污水截流145處，黃石境內(nèi)煤炭企業(yè)16處全部關(guān)閉.同時加大墾荒植綠、生態(tài)修復(fù)的力度，針對全市400多處共14 000 hm2的工礦廢棄地，推動礦區(qū)生態(tài)修復(fù)和復(fù)墾利用，曾經(jīng)的“亞洲第一天坑”工礦廢棄地一躍成為亞洲最大的硬巖綠化復(fù)墾基地[44].隨著黃石市生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)保護(hù)工作的深入，對傳統(tǒng)鐵礦開采業(yè)生態(tài)化的改造促進(jìn)了區(qū)域生態(tài)脆弱度的下降，同時加強(qiáng)長江生態(tài)保護(hù)力度和民眾的生活生產(chǎn)方式的改進(jìn)提高了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，因此2019年黃石市高脆弱等級區(qū)域面積大幅減小，采礦區(qū)集中的大冶市和鐵山區(qū)生態(tài)脆弱度變化較大，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有明顯提高.

3.6 討論

黃石市近十年生態(tài)脆弱度整體呈下降趨勢，說明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到改善，變化趨勢向好發(fā)展，但從十年間的景觀類型變化趨勢來看，耕地、水體的破碎度和干擾度在增加，建設(shè)用地優(yōu)勢度在增加，說明黃石還是處于工業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵期，在轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中仍然會出現(xiàn)人與自然、發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的矛盾，一定要堅守生態(tài)紅線，決不能走過去的老路，要在發(fā)展過程中實現(xiàn)生態(tài)持續(xù)變好，真正實現(xiàn)發(fā)展與生態(tài)同步.

資源枯竭型城市的轉(zhuǎn)型發(fā)展一定要逐步還清歷史生態(tài)欠賬，擯棄粗放的發(fā)展模式，同時又要激發(fā)城市經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展新的活力.黃石市基于資源枯竭轉(zhuǎn)型的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和生態(tài)現(xiàn)狀，針對不同區(qū)域采取不同的規(guī)劃和發(fā)展思路，在大冶市、鐵山區(qū)等重工業(yè)區(qū)和采礦區(qū)采用徹底關(guān)停煤礦和鐵礦以及廢棄地復(fù)墾等措施，政府投資引導(dǎo)和支持黑色金屬、有色金屬等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級，發(fā)展現(xiàn)代物流、文化旅游等服務(wù)業(yè)，與本文的研究結(jié)果“生態(tài)強(qiáng)度脆弱區(qū)(Ⅳ)和重度脆弱區(qū)(Ⅴ)面積大幅下降”相吻合；在下陸區(qū)、大冶湖區(qū)、陽新縣設(shè)置經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)集群發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，推動該地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化，同時對生態(tài)極其脆弱的大冶湖和磁湖等湖泊進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和環(huán)境整治，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的同時改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，這與本文提到的結(jié)果“整體生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好”一致.黃石市在建設(shè)全國資源枯竭型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展示范區(qū)過程中，通過工業(yè)轉(zhuǎn)型和生態(tài)治理，實現(xiàn)從資源依賴型發(fā)展模式向可持續(xù)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，對資源枯竭型城市轉(zhuǎn)型和治理有一定借鑒意義.

資源枯竭城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的研究很多，尤其是從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化和環(huán)境質(zhì)量演變角度有很多論述，本文從生態(tài)結(jié)構(gòu)性脆弱和功能性脆弱的視角去評價和思考城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的生態(tài)變化是對科學(xué)合理構(gòu)建城市轉(zhuǎn)型發(fā)展評價模型的補(bǔ)充，本文的研究結(jié)果較為科學(xué)合理，與湯思遙[45]、陳丹羽[46]等對黃石市生態(tài)現(xiàn)狀和變化趨勢的研究結(jié)果具有較好的一致性.從評價結(jié)果來看，本文所建立的評價指標(biāo)體系較為準(zhǔn)確的反映了研究區(qū)生態(tài)脆弱性，但在生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能之間的協(xié)同性和差異性的深度挖掘不夠，缺乏對生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能影響生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵過程和驅(qū)動機(jī)理的研究，尤其是通過生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能構(gòu)建的生態(tài)脆弱指數(shù)模型對區(qū)域生態(tài)變化的預(yù)測能力有待進(jìn)一步探討和提升，以期進(jìn)一步提高生態(tài)脆弱性研究的科學(xué)性、實用性.