------据说搞村镇的都关注了我们------
作者简介:
王非,西安交通大学人居环境与建筑工程学院讲师。
党纤纤,西安交通大学人居环境与建筑工程学院讲师。
基金项目:
国家自然科学基金应急管理项目(编号:51741808);国家留学基金(编号:201806285077);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(编号:xjj2016041)。
版权声明:
原文刊登于《小城镇建设》杂志2019年3月刊,版权为小城镇建设杂志社所有,本文在原文的基础上经过删减。
投稿信息详见文末
摘要:小城镇生态安全是区域乃至国家生态安全的重要组成部分。本文以西安市小城镇为研究对象,结合当地自然环境特征与经济发展水平,依据“压力—状态—响应”模型构建评价指标体系,量化评价了小城镇生态安全状态,揭示了小城镇生态安全地理分布规律,提出了基于生态安全的小城镇发展建议,为确保小城镇建设与生态环境相适宜提供评价方法与科学依据。结果表明,西安市小城镇总体处于临界安全状态,且小城镇生态安全与地形地貌存在耦合性,其生态安全指数总体呈现自山地、台塬、丘陵、平原渐次递减规律。
关键词:生态安全;评价模型;小城镇;西安市
doi:10.3969/j.issn.1009-1483.2019.03.009 中图分类号:TU984
文章编号:1009-1483(2019)03-0054-09 文献标识码:A
全球自工业革命以来已经历了三次城市化发展浪潮[1],伴随全球城镇化进程,人类对自然界的干扰活动加剧,生态环境恶化,生态安全研究日益受到重视,研究尺度也从宏观国家生态安全研究[2]、中观区域生态安全研究覆盖到微观城镇生态安全研究[3-4],形成不同尺度与层面的生态安全研究局面,并成为相关学科研究热点。小城镇生态环境是当地群众生存和社会经济发展的基础,其生态安全对国家稳定起着保障作用[5]。当前研究多限于小城镇土地生态安全评价研究[6-8],较少从系统角度研究小城镇生态安全问题。
地处关中的西安市夹持于黄土高原与秦岭山脉之间,区内气候与生态环境受地形地貌影响明显;区域内小城镇分布密集,人口密度大,资源环境约束加剧,人均水资源量不足全国平均水平的1/3,且空间分布不均,境内水质恶化,地下水超采问题突出[9];伴随快速城镇化进程,自然环境容量接近极限,迫切需要科学评估小城镇建设对于区域生态安全的影响并采取措施予以响应。本文以西安市小城镇为研究对象,根据当地自然环境特征与经济发展状态,采用“压力—状态—响应”模型构建小城镇生态安全评价指标体系,对西安市小城镇生态安全程度进行量化评估,确定了小城镇生态安全等级,揭示了小城镇生态安全分布与地形地貌的耦合规律,提出了基于生态安全的小城镇发展建议,为小城镇生态安全研究提供参考与借鉴。
西安市北临黄土高原,南依秦岭,经纬度介于东经107.40度~109.49度和北纬33.42度~34.45度之间,面积10108平方公里。西安市地形南高北低,西高东低,高差甚为悬殊,地貌类型多样,可以划分为平原、黄土台塬、丘陵和山地等四种类型,在其间广泛分布众多小城镇(见图1、表1)。
图1 西安市地貌类型与小城镇分布图
表1 西安市地貌类型及小城镇统计表
小城镇生态安全评价需要两种数据支持,即统计数据与空间数据。前者用于评估经济、人口等小城镇社会发展状况,后者为遥感数据(RS)与数字高程数据(DEM),用于评估小城镇土地利用、地形地貌、植被覆盖等生态环境状况。
本文收集了2015年西安市及各区县统计年鉴、统计公报中有关小城镇经济、社会、人口、能源、环保等方面的统计数据,以及相同年份全波段landsat TM遥感影像数据、区域DEM数据,为研究整个区域生态环境状态及小城镇生态安全格局提供基础数据支持。
有关小城镇的概念,学术界未有定论[10-11]。一般而言,狭义的小城镇概念指建制镇与城关镇,广义的小城镇则包括建制镇、城关镇、集镇等,本文所指的小城镇是广义的小城镇概念。生态安全概念也存在广义与狭义之分,前者以美国国际应用系统分析研究所提出的定义为代表:指人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态,包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全,组成一个复合人工生态安全系统[12]。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全,即生态系统完整性和健康的整体水平反映[13]。本文所指的小城镇生态安全是广义的生态安全概念,指小城镇的自然、经济、社会复合人工生态系统无危险或不受生态威胁的状态。
生态安全评价是生态安全研究的核心问题[14],而评价的关键环节则是指标体系的选取与确定[15]。上世纪90年代,联合国经济合作开发署提出了“压力—状态—响应”框架模型[16](见图2)。目前,“压力—状态—响应”生态安全评价指标体系是国内外主流的,受到广泛认可的评价指标体系[17]。由于该模型适于反映小城镇生态系统在自然生态系统、社会经济系统之间的相互作用机理,本文采用该模型框架构建评价指标体系。
图2 “压力—状态—响应”框架模型
资料来源:参考文献[16]。
根据科学性、整体性、地域性、可测量等原则,针对当地自然环境特征与社会发展水平,构建基于“压力—状态—响应”模型的西安市小城镇生态安全评价指标体系(见图3)。该评价指标体系分为目标层、准则层、指标层三个递阶层次。其中,目标层又分为总目标层(T)与分目标层(A),即科学评价小城镇生态安全状态为总目标,包括小城镇生态系统压力、状态、响应评价3个分目标。准则层(B),每个分目标又可分解为若干项具体准则,压力包括社会经济、自然资源压力、自然灾害压力;状态包括自然状态、社会状态;响应包括污染治理、环保意识。指标层(C),每个准则又可以分解为若干可以具体量化的指标,它是评价小城镇生态安全最基本的单元,由21项指标构成。
图3 西安市小城镇生态安全评价指标体系
资料来源:作者自绘。
在生态安全评价中,各指标存在不一致性,主要体现在两方面:指标的度量单位(量纲)不一致,指标趋向性不一致(正向指标、逆向指标)(见表2)。为了使不同趋向的评价指标具有可比性,本研究采用级差变化法对各指标进行标准化处理,将各分项指标统一到同一个量化的指标体系中,公式如下。
正向指标极差化方法计算公式:
逆向指标极差化方法计算公式:
公式中,Y 为指标标准化赋值,Ci 为该指标实际值,Cmax 为该指标最大值,Cmin 为该指标最小值。
表2 指标含义及趋向性统计表
本文采用层次分析法(AHP)来计算指标权重。该方法是美国匹兹堡大学T.L.Satty教授提出的一种定性与定量相结合的决策方法,它把复杂问题分解成多因素、多层次的评价问题,通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性,辅以人工综合判断,最终确定权重[18]。权重确定过程如下:
(1)分析小城镇生态安全评价系统中各要素关系,建立由目标层、准则层、指标层构成的递阶层次结构。
(2)对于同一层次的各要素进行两两比较,构造判断矩阵,由判断矩阵计算被比较要素的归一化权重值,计算公式如下:
式中,是要素i与要素j相比的重要性标度,是要素i的权重值。
(3)根据各层次相对权重结果,逐层顺序计算,即可得到各指标最终权重值(见表3)。
表3 西安市小城镇生态安全评价指标权重统计表
权重分配差异反映了指标在评价体系中相对重要程度,其值越大,说明该指标对于评价问题越重要。目标层权重中,压力>状态>响应,说明西安市小城镇所面临的生态压力对生态安全影响最大,其次是生态环境状态,而响应措施重要性最小。西安市人口密度大,生态环境脆弱,当地对自然资源的利用程度和释放废弃物的速度已经超过自然的再生能力和自净能力[19],对生态环境构成巨大压力。因此,生态压力是影响西安市小城镇生态安全的最重要因素。
准则层权重中,就压力系统而言,资源环境压力>社会经济压力>自然灾害压力。地处关中的西安市人均水资源不足400立方米,仅为全国平均值15.7%[20];工农业快速发展导致污染物排放量巨大,水体污染严重,重污染天气频发,资源环境容量接近极限。因此,资源环境压力是制约当地小城镇发展最主要的压力。就状态系统而言,自然状态>社会状态。西安境内地貌、气候、水文、土壤、植被类型多样,在自然与人类活动的共同作用下,形成独特鲜明的自然环境状态,并对小城镇生态安全构成重大影响。就响应系统而言,污染治理>环保意识。西安地区工农业发达,环境污染严重,为了恢复环境质量及防止环境进一步退化,污染治理就显得尤为重要,其次才是人们环保意识的增强。
指标层权重中,21项指标权重分配差异明显(见图4)。对当地小城镇生态安全影响大的指标包括:人口密度(C1)、城镇建设用地比率(C2)、水资源消耗密度(C4)、坡度(C12)、植被覆盖指数(C15)、三废处理率(C19)等。权重最大的是水资源消耗密度,水资源总量不足、水资源过度开发[21]一直是制约西安市小城镇可持续发展,威胁生态安全的首要因素。其次是反映城镇扩张程度的城镇建设用地比率指标,说明小城镇生态安全与大规模城镇建设关系密切,生态用地被城镇建设用地所取代,引发生态安全问题。再次是坡度与植被覆盖指数,前者反映了西安北部平坦、南部陡峻的地形地貌特征,后者则用于衡量研究区域植被生长状况,对于了解区域生态环境状态具有重要意义。人口密度反映研究区域范围内人口集聚的疏密程度,高人口密度对生态环境构成巨大压力,威胁区域生态安全。三废处理率指标反映小城镇治污能力,是积极应对环境问题、改善小城镇生态环境的重要举措。
图4 单项指标权重雷达图
资料来源:作者自绘。
在生态安全评价中,需要通过数学方法对所有评价指标进行加权求和从而得到生态安全指数,以便综合反映研究对象的生态安全状况。本文采用综合指数法计算小城镇生态安全指数,计算公式如下:
式中I 表示小城镇生态安全指数,Wi 表示第i 个指标的权重,Ci 表示第i 个指标的标准化值。
小城镇生态安全指数越大,表征其生态安全程度越高。参考国内外生态安全指数分级方法[22],并结合当地小城镇生态环境现状,采用5级评价标准:I<0.4,小城镇生态很不安全;0.4<I<0.55,小城镇生态不安全;0.55<I<0.65,小城镇生态临界安全;0.65<I<0.8,小城镇生态安全;I>0.8,小城镇生态很安全。
[1]仇保兴.实现我国有序城镇化的难点与对策选择[J].城市规划学刊,2007(5):1-15.
[2]Dan Liu,Qing Chang.Ecological security research progress in China[J].Acta Ecologica Sinica,2015(35):111-121.
[3]左伟,王桥,王文杰,等.区域生态安全综合评价模型分析[J].地理科学,2005,25(2):209-214.
[4]尹娟,邱道持,潘娟.基于PSR模型的小城镇用地生态安全评价——以潼南县22个小城镇为例[J].西南师范大学学报(自然科学版),2012,37(2):126-130.
[5]王志琴,白人朴.小城镇地区可持续发展与生态安全战略[J].小城镇建设,2003,21(6):10-12.doi:10.3969/j.issn.1002-8439.2003.06.005.
[6]Guanrong Yao,Hualin Xie.Rural spatial restructuring in ecologically fragile mountainous areas of southern China:A case study of Changgang Town,Jiangxi Province[J].Journal of Rural Studies,2016(47):435-448.
[7]秦晓楠,卢小丽,武春友.国内生态安全研究知识图谱——基于Citespace的计量分析[J].生态学报,2014,34(13):3693-3703.
[8]陈茜,段建南,谢红霞.小城镇土地生态环境安全评价研究——以湖北省孝昌县为例[J].湖南农业科学,2011(1):58-61,65.
[9]关中平原城市群发展规划[EB/OL].[2018-06-01].https://baike.baidu.com/item/关中平原城市群/22378660?fr=aladdin.
[10]吴闫.我国小城镇概念的争鸣与界定[J].小城镇建设,2014,32(6):50-55.
[11]晏群.小城镇概念辨析[J].规划师,2010,26(8):118-121.
[12]陈星,周成虎.生态安全:国内外研究综述[J].地理科学进展,2005,24(6):8-20.
[13]肖笃宁,陈文波,郭福良.论生态安全的基本概念和研究内容[J].应用生态学报,2002,13(3):354-358.
[14]魏彬,杨校生,吴明.生态安全评价方法研究进展[J].湖南农业大学学报(自然科学版),2009,35(5):572-579.
[15]刘世梁,崔保山,温敏霞,等.重大工程对区域生态安全的驱动效应及指标体系构建[J].生态环境,2007,16(1):234-238.
[16]左伟,周慧珍,王桥.区域生态安全评价指标体系选取的概念框架研究[J].土壤,2003(1):2-7.
[17]左伟,王桥,王文杰.区域生态安全评价指标与标准研究[J].地理学与国土研究,2002,18(1):67-70.
[18]汪应洛.系统工程[M].北京:机械工业出版社,2003.
[19]任志远,黄青.陕西关中地区生态安全定量评价与动态分析[J].水土保持学报,2005,19(4):169-172.
[20]西安市水利志编纂委员会.西安市水利志[M].西安:陕西人民出版社,1999.
[21]刘燕,李佩成.渭河流域陕西段的生态安全分析[J].安全与环境学报,2006,6(5):64-68.
[22]李华,蔡永利.基于ANP—PRS—SENCE框架的崇明岛生态安全评价[J].地理与地理信息科学,2009,25(3):90-94.