川西北草原生态安全时空变化评价与预警研究

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草原是我国重要的生态安全屏障,也是维护国家生态安全的重要自然资源。草原生态安全状态的稳定影响到生态文明建设的进程,对促进草原地区的社会经济持续、稳定发展具有不可替代的作用。川西北草原方位在四川省阿坝藏族羌族自治州的西北部,地处青藏高原向四川盆地过渡的地带,占有重要的生态地位,是长江、黄河流域天然的生态安全屏障,其在水源涵养、水土保持以及气候调节等方面对区域有重要作用。但该区域地理环境条件复杂,并时常发生地质灾害,自然环境比较脆弱。近年来,社会的发展促进了川西北草原的开发,同时给当地的生态环境带来压力,在一定程度上影响着草原的生态安全。而后当地采取积极的环境保护政策,生态保护收到一定成效。目前川西北的生态安全评价多基于整体情况,未在较小空间尺度上讨论。此外,目前草原生态安全评价多是回溯性研究,对预警模式和体系的研究尚未丰富。对川西北草原的生态安全状态进行评价与预测,可为当地发展和保护提供理论支持。研究以川西北草原作为研究实例对象,综合运用“3S”技术对草原生态安全进行评价和预警。研究基于“驱动力(D)—压力(P)—状态(S)—影响(I)—响应(R)”概念体系,确立川西北草原生态安全评价的指标体系,并结合遥感影像数据、数字高程模型、气象站点数据和社会经济统计数据,获取评价体系所需空间数据,完善评价数据库。运用投影寻踪模型确定各影响因子权重,后综合加权计算得到2000年-2015年研究区的生态安全评价结果,并进行分级与分析。在此基础上,使2000年-2010年的数据作为训练样本,用灰色预测模型对研究区未来的生态安全状态发展趋势进行预测,而后用2015年的数据进行验证。最终基于2000-2015年的生态安全评价结果对川西北草原的生态安全进行预测,针对不同安全等级特征为当地自然资源保护、旅游规划管理等提供决策依据和参考支撑。本研究主要结论如下:(1)运用投影寻踪模型构建投影指标函数并优化投影方向,最终得到各影响因子在评价体系中的权重。经计算得出,人口数量因子和坡度因子的权重值相较其他因子的权重值高,均超过0.1,其他影响因子的权重差异较小。这表明研究区的生态安全评价结果受坡度变化和人类活动的影响较大。(2)整体上,研究区的生态安全评价指数平均值呈现先下降,后缓步上升的趋势。2000年研究区生态安全评价指数平均值为0.6258,到2005年略微下降到0.6249。2010年继续下降到0.6235。2015年有所回升,达到0.6241。每一期的生态安全指数均值都处于较安全状态,可见研究区整体状态良好,虽然退耕还林还草等措施见效稍有滞后性,但各类生态文明建设举措使环境的恶化得到了遏制。(3)研究区以安全状态(Ⅴ级)和较安全状态(Ⅳ级)为主,各期安全状态和较安全状态的面积总和占研究区总面积的60%,在研究区整个生态安全状态中占主导地位,整体表现为生态系统具有比较强的抗干扰能力和一定程度上的自我修复能力。虽然各安全等级之间在不同时间段存在一定程度的转入和转出,但每一期的生态安全等级分布维持基本稳定,整个研究区的生态安全各等级面积占比排序为:较安全状态(Ⅳ级)>安全状态(Ⅴ级)>轻度预警状态(Ⅲ级)>中度预警状态(Ⅱ级)>重度预警状态(Ⅰ级)。从空间分布上看,安全状态区域多分布在研究区中部,该区域坡度较小,地表起伏较小,人口数量较少,植被覆盖度较高,生态系统较稳定。较安全状态区域多围绕安全区域周边分布,属于安全状态和轻度预警状态之间的一种过渡状态。轻度预警区分布在中度预警区域和重度预警区域外缘,也处于安全状态和预警状态的过渡阶段。中度预警区连片分布在研究区东北部和西南部,这些区域高程较高、坡度较大、地表起伏大,植被覆盖稀少、水源涵养能力较低,易发生地质灾害,生态系统不稳定。重度预警区多分布在研究区东北部和西南部的中度预警区的连片区域中。(4)研究基于预测格网单元,以2000-2010年的数据训练灰色预测模型,然后以2015年的数据作为验证,最终模型精度R~2达到了0.88,预测效果良好,可用于研究区未来生态安全状态的预测。预测结果显示,研究区未来生态安全评价指数的平均值在预测时期内整体呈小幅下滑趋势,从2025年的0.6225降至2035年的0.6216。但整体上各安全等级的空间分布格局变化较小。从时间序列间隔的长度来看,生态安全的平均值变化幅度较小,若采取积极的保护措施将对研究区生态环境的保护和修复提供良好的正面引导作用。
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