城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價

城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價引言近年來城市化進(jìn)程日益加快，在城市經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展的同時，不可避免地會產(chǎn)生一系列的生態(tài)環(huán)境問題。如何有效地協(xié)調(diào)人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)（PRED），在資源約束條件下尋求最優(yōu)的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會三者的綜合效益，成為人們普遍關(guān)注的問題。本文通過建立生態(tài)系統(tǒng)健康評價的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)概念框架的指標(biāo)體系及評價模型，旨在確定各項(xiàng)指標(biāo)值及其權(quán)重，從而定量評估各項(xiàng)指標(biāo)對城市生態(tài)系統(tǒng)健康的影響程度，并進(jìn)一步繪制壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)分布圖，形象的表明煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康程度等級。為很好的協(xié)調(diào)城市化進(jìn)程與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系問題提供了依據(jù)，同時對于指導(dǎo)城市規(guī)劃、監(jiān)控城市生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展都具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價值。1城市生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵當(dāng)前對于生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵，比較認(rèn)可的是由Rapport等總結(jié)為：“以符合適宜的目標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)來定義一個生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)、條件或表現(xiàn)[1]”。就目前對于生態(tài)系統(tǒng)健康的理解而言，其應(yīng)該包含兩方面的含義：在滿足人類社會的合理要求的同時又能滿足生態(tài)系統(tǒng)本身的自我恢復(fù)與維持。對于城市生態(tài)系統(tǒng)健康的理解，其不僅意味著為人類提供生態(tài)服務(wù)的由自然環(huán)境和人工環(huán)境組成的生態(tài)系統(tǒng)的健康和完整，也意味著城市居住著（包括人群和其他生物）的健康和社會健康[2，3]。前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上對于生態(tài)系統(tǒng)健康概念的理解應(yīng)包括以下幾個方面：其一，城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)生活和周圍環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換形成良性循環(huán)。其二，系統(tǒng)內(nèi)功能高效，物質(zhì)、能量、信息高效利用。其三，人與自然和諧，人類社會和自然環(huán)境高度和諧，自然、技術(shù)、人文充分融合。其四，廢水、廢氣、廢棄物被嚴(yán)格控制在相應(yīng)的環(huán)境承載力范圍內(nèi)，城市生物的健康和成長不受不良影響[4]。2研究區(qū)域概況煙臺市地處山東半島中部，位于東經(jīng)119°34′～121°57′，北緯36°16′～38°23′。煙臺依山傍海，氣候宜人，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，東連威海，西接濰坊，西南與青島毗鄰，北瀕渤海、黃海，與遼東半島對峙，并與大連隔海相望，共同形成拱衛(wèi)首都北京的海上門戶。全市土地面積13745.95平方公里，其中市區(qū)面積2643.60平方公里。煙臺市轄芝罘、福山、牟平、萊山區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)及長島縣，代管龍口、萊陽、萊州、蓬萊、招遠(yuǎn)、棲霞、海陽7個縣級市。3研究方法3.1數(shù)據(jù)來源及處理3.1.1影像數(shù)據(jù)遙感影像數(shù)據(jù)主要是選擇美國landsatTM影像，分辨率28.5m×28.5m，時相為1986年、1995年和2000年三個時段的影像，成像時間主要是選取植被信息比較好的7、8、9三個月。3.1.2其他數(shù)據(jù)主要包括煙臺地區(qū)高程、水系、居民點(diǎn)、水土流失、道路等1：5萬矢量數(shù)據(jù)。煙臺統(tǒng)計年鑒以及經(jīng)濟(jì)、社會方面的其它文字資料和圖件資料。3.2評價單元的確定在確定評價單元方面本文采用面狀矢量單元作為評價單元，即以行政單元作為計算單元。針對煙臺具體情況，文章主要是對芝罘區(qū)、福山區(qū)、萊山區(qū)、牟平區(qū)、開發(fā)區(qū)五區(qū)作為評價單元，并分別計算各個單元的評價指標(biāo)值及其權(quán)重。3.3評價指標(biāo)體系的建立以及評價指標(biāo)處理本文以“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）為評價模型，在綜合考慮自然、經(jīng)濟(jì)、社會的情況下，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)這三個層次共選取了人口密度、耕地與建設(shè)用地面積比、NDVI、綜合彈性值、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、土壤侵蝕、人均GDP8個單項(xiàng)指標(biāo)[5]作為生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)，各指標(biāo)如下圖1所示。以下簡單介紹其中幾個指標(biāo)的計算公式。圖1生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)健康評價圖1生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)健康評價壓力指標(biāo)狀態(tài)指標(biāo)響應(yīng)指標(biāo)人口壓力人類干擾指數(shù)活力恢復(fù)力組織自然系統(tǒng)人類系統(tǒng)人口密度耕地與建設(shè)比地3設(shè)比比比積比NDVI綜合彈性值多樣性指數(shù)均勻度指數(shù)土壤侵蝕人均GDP打分結(jié)果確定各因素權(quán)重。本文在參考專家打分結(jié)果的基礎(chǔ)上恰當(dāng)?shù)倪x取各項(xiàng)評價指標(biāo)的權(quán)重。其具體指標(biāo)權(quán)重值如表6所示。表6指標(biāo)值權(quán)重綜合指標(biāo)權(quán)重單因子指標(biāo)權(quán)重壓力指標(biāo)0.2980人口密度0.4455耕地與建設(shè)用地面積比0.5545狀態(tài)指標(biāo)0.5445NDVI0.2885綜合彈性值0.1873多樣性指數(shù)0.2255均勻度指數(shù)0.2987響應(yīng)指標(biāo)0.1575土壤侵蝕0.6428人均GDP0.35724生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價4.1生態(tài)系統(tǒng)健康壓力評價本文所采用壓力指標(biāo)包括人口密度、耕地與建設(shè)用地面積比，在計算壓力指標(biāo)值時采用如下公式：S=，其中P表示歸一化處理后的指標(biāo)值，C表示對應(yīng)各指標(biāo)的權(quán)重。4.2生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)評價所采用狀態(tài)指標(biāo)包括NDVI、綜合彈性值、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)，在計算壓力指標(biāo)值時，也采用如下公式：S=，其中P表示歸一化處理后的指標(biāo)值，C表示對應(yīng)各指標(biāo)的權(quán)重。4.3生態(tài)系統(tǒng)健康響應(yīng)評價響應(yīng)指標(biāo)包括土壤侵蝕、人均GDP，同理采用如上公示。在分別計算壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)值的基礎(chǔ)上可獲得表7。表7各區(qū)指標(biāo)值指標(biāo)值芝罘區(qū)福山區(qū)萊山區(qū)牟平區(qū)開發(fā)區(qū)壓力指標(biāo)0.44550.08510.04410.31180.0910狀態(tài)指標(biāo)0.55790.22270.05100.64290.6606響應(yīng)指標(biāo)0.26170.60820.38550.36870.45424.4生態(tài)系統(tǒng)健康評價等級確定根據(jù)壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)、響應(yīng)指標(biāo)及其各自的權(quán)重進(jìn)行求和，可分別求得芝罘區(qū)、福山區(qū)、萊山區(qū)、牟平區(qū)、開發(fā)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康分值，如下表8。表8總體健康分值芝罘區(qū)福山區(qū)萊山區(qū)牟平區(qū)開發(fā)區(qū)0.47780.24240.10160.50390.4584在確定各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康等級時有以下依據(jù)：按照分值高低0.8、0.6、0.4、0.2、0.1依次分為五級，即一級很健康、二級健康、三級亞健康、四級不健康、五級病態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)健康分級及健康狀態(tài)的含義如表9所示。表9生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)分級健康分級健康狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)特征一級很健康生態(tài)結(jié)構(gòu)非常合理、系統(tǒng)活力十分強(qiáng)，受外界壓力較小，無生態(tài)異常出現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能很完善，系統(tǒng)極穩(wěn)定，處于可持續(xù)狀態(tài)二級健康生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、格局比較完整，受外界壓力較小，基本無生態(tài)異常出現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能較完善，系統(tǒng)尚穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)三級亞健康生態(tài)結(jié)構(gòu)比較合理，系統(tǒng)尚穩(wěn)定，受外界壓力比較大，基本上已經(jīng)接近生態(tài)閾值，且敏感地帶較多，已有少量的生態(tài)異常出現(xiàn)，可發(fā)揮基本的生態(tài)功能，生態(tài)系統(tǒng)基本可維持四級不健康生態(tài)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)缺陷，系統(tǒng)活力比較低，此時受外界壓力大，生態(tài)異常較多，生態(tài)功能已不能滿足維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的需要，生態(tài)系統(tǒng)己開始退化五級病態(tài)生態(tài)結(jié)構(gòu)極不合理，自然植被斑塊破碎化嚴(yán)重，系統(tǒng)活力極低，出現(xiàn)大面積的生態(tài)異常區(qū)，此時生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到嚴(yán)重惡化5煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況通過以上的計算分析，可分別繪制得壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)分布圖，并最后求得各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的總體健康等級，并進(jìn)一步繪制煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合分布圖。通過分析也可知，屬于二級健康的有3個，即芝罘區(qū)、牟平區(qū)和開發(fā)區(qū)；屬于三級健康的有1個，即福山區(qū)；屬于四級健康有1個，即萊山區(qū)。以下圖2、3、4、5詳細(xì)表明各指標(biāo)分布圖及總體健康狀態(tài)分布圖。圖2煙臺市壓力指標(biāo)分布圖圖3煙臺市狀態(tài)指標(biāo)分布圖圖4煙臺市響應(yīng)指標(biāo)分布圖圖5煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合分布圖6結(jié)論通過對煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評價，可以得出以下結(jié)論：本文在明確生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)的前提下，分別建立了壓力、狀態(tài)、響應(yīng)加權(quán)模型以及三者共同作用下的的生態(tài)系統(tǒng)健康總體健康加權(quán)模型，應(yīng)用層次分析法