北方農牧交錯區是連接中國東部半濕潤農耕區與西部半干旱草原牧區的過渡帶,屬于一個相對獨立的自然—社會—經濟的復合生態系統.它是中國少數民族的聚居區和北方主要江河的發源地,滋潤著中下游廣闊的農田和土地,同時也是遏止荒漠化和沙化向中國東中部地區移動的重要的生態屏障,其可持續發展在中國社會經濟發展以及環境保護等方面具有十分重要的戰略地位[1].但是由于受全球氣候變化和區域沙漠化的影響,該區生態環境明顯惡化,氣候災害增加,加之該區域土地資源質量差,在人為因素的劇烈擾動下,生態環境越來越脆弱.為有效地恢復和保護北方農牧交錯區的生態環境,對其進行生態系統健康評價研究.生態系統健康評價是衡量生態系統破碎和穩定程度的有效方法[2].由于生態系統自身的復雜性及其與自然、社會、經濟系統的密切聯系,生態系統健康評價應該將定性判斷與定量評價有機結合,并綜合考慮研究區域的社會、經濟、生態等諸多因素.近年來,許多學者對濕地、森林、城市、農田、荒漠等不同類型的生態系統,采用指示物種法和指標體系法進行了多方面的研究,然而,由于許多因素很難準確定量,很難有一種囊括所有形態、在大的范圍進行的生態系統健康評價方法和統一的標準[3]。

本文以寧夏鹽池縣為研究區域,基于“驅動力-狀態-響應”(DFSR)模型建立評價指標,采用GIS和RS技術輔佐北方農牧交錯區生態系統健康評價,在理論與方法上將具有一定優越性.通過對典型的北方農牧交錯區生態系統健康狀況的分析,以期為鹽池縣環境保護決策的制定提供一定的科學依據,也可為其他農牧交錯區的生態環境的評價和保護提供參考.

1研究區域概況

鹽池縣(37°04′~38°10′N,106°30′~107°47′E)位于寧夏回族自治區東部,地處毛烏素沙漠的南緣,屬于黃土丘陵向鄂爾多斯臺地的過渡地帶,是我國典型的北方農牧交錯地帶,全縣轄4個鎮4個鄉,101個行政村和675個自然村.鹽池縣地勢南高北低,南部海拔1600~1800m,為黃土丘陵溝壑區,約占全縣總面積的20%;中北部海拔1400~1600m,地勢開闊平緩,為鄂爾多斯緩坡丘陵區,約占全縣總面積的80%.鹽池縣屬典型的溫帶大陸性季風氣候,四季少雨多風,年平均降雨量296.4~355mm,年蒸發量2095~2179.8mm,降雨主要集中在7~9月,占全年總量的62%,形成了春夏冬季“十年九旱”、秋季山洪和地質災害頻發、冬春季揚沙和浮塵天氣多的惡劣氣候條件.鹽池縣自然降水是鹽池縣大多數農田和全部草原的主要水源,歷史上境內地下水和地表水也完全依靠降雨補給形成.鹽池縣經濟結構以農牧業為主,鹽池縣歷來是我國沙漠化危害最嚴重的地區之一[4].

2研究方法與數據來源

2.1DSFR模型

1996年,由聯合國可持續發展委員會(UNCSD)和聯合國政策協調與可持續發展部(DPCSD)以“驅動力-狀態-響應”(DFSR)模式初步構建了134個指標,其中經濟指標23個、社會指標41個、環境指標55個、制度指標15個,涉及了公平、健康、教育、住房、安全、人口等6類社會問題,形成了一個反映可持續發展的各項動態特征的有機體系[5].在DFSR模型中,其組成包括:①驅動力.人類行為、過程和生活方式對可持續發展的影響;②狀態.環境的質量和自然資源的數量;③響應.在可持續發展方面政策或其他反應的改變.DFSR模型實際上從社會、經濟、環境和制度方面反映了可持續發展的不同側面,為可持續發展評價提供了廣泛接受的指標體系框架.

2.2指標體系及權重的確定

采用“驅動力—狀態—響應”(DFSR模型),緊緊圍繞生態系統功能和人類活動來綜合考慮區域的社會經濟發展、土地利用方式及狀況、自然資源分布及利用等因素,從驅動力、狀態、響應這3個層次共選取20個單項指標作為生態系統健康評價指標.由于各個指標數據性質、量綱不同,各指標之間沒有可比性,因此,通過極差標準化處理形成無量綱的數據.然后在SPSS中對其進行層次聚類分析,按照從小到大的順序分別為每類單項指標賦值1、3、5、7、9.采用層次分析法對目標層進行指標權重分配;指標層權重利用主成分分析法對單個指標進行權重分配。生態系統彈性度是通過植被類型的變化來判斷生態系統的彈性力范圍,或者可變化的余地大小.計算公式如下:()1ECO=miiiSP=∑(1)式中:ECO為生態彈性度;iS為土地類型i所占的比例;iP為土地類型i的彈性分值;m為土地類型的數目.

2.3評價等級的確定

2.4評價單元的確定

以往生態健康評價的案例,其單元主要有基于面狀的矢量和點狀的柵格2種.本文考慮到資源來源和研究目標,采用基于面狀的矢量作為評價單元,即以行政單元(縣)為計算單元.

2.5數據來源

遙感數據:2000年與2002年的Landsat-7ETM影像數據、2006~2009年的Landsat-5TM影像數據(編號129-34,分辨率30m×30m).其他數據:鹽池縣統計年鑒;自然、社會經濟方面的文字資料和圖件資料.

3研究結果

3.1鹽池縣各鄉鎮狀態指標分析

采用ENVI對已校正過的遙感影像的各單波段進行融合,將融合后的影像在Arcgis中進行目視解譯、空間分析等,提取目標區域的景觀指標,并獲取土地利用圖.根據各指標值計算并繪制鹽池縣各鄉鎮狀態指標分值分布圖(圖1)及狀態指標分布圖(圖2).由圖2可知,麻黃山、高沙窩、大水坑、青山鄉、惠安堡生態系統的狀態指標分值在各年份中的變動相對較小,尤其是麻黃山的狀態分值基本沒變且在各鄉鎮中最低.而馮記溝、王樂井、花馬池的分值在各年份中的變動較大.

通過實地走訪及問卷調查可知,麻黃山位于鹽池縣最南部,該地區離縣城較遠且交通不便,居民的經濟收入較低,生態政策實施效果較差,因此麻黃山的狀態分值最低.花馬池、馮記溝、王樂井的狀態分值變化較大,尤其是花馬池.由于縣城位于花馬池,居民的經濟收入及文化程度較高,生態政策實施效果較好,例如2000年的退耕還林政策,2002年的禁牧政策.因此,花馬池的狀態分值發生較大變化.馮記溝和王樂井的居民經濟收入及文化程度較高,生態政策實施的初期效果較好,而后政府的引導力度不夠,政策實施效果較差.因此,王樂井和馮記溝的狀態分值發生較大變化.從垂直方向上分析圖1可知,生態系統健康的狀態為一級及二級(即狀態分值分別為不小于9和不小于7)的區域,2000年分別有0個和3個;2002年分別有1個和2個;2006年分別有0個和2個;2007年分別有0個和2個;2008年分別有1個和1個;2009年分別有0個和2個.由圖2可知,鹽池縣生態系統健康的狀態指標分值呈現明顯的南北差異,中北部鄉鎮的狀態指標分值要高于南部.