论文部分内容阅读
摘要 科学的生态风险预警体系是准确评价城镇化过程风险状态与变化趋势的根本前提，本文应用空间信息技术，在遥感影像解译的基础上，提取空间信息、量化生态指标，结合社会、经济统计数据，构建以压力-状态-响应为框架的生态风险预警指标体系。结果表明，现有发展模式下，在预测时期内南充市生态风险会在人为调控下降低，但是在接近人类调节所能达到的生态阈值后，资源的严重短缺会使沈阳市的生态风险维持在一个相对稳定的高水平状态，因此急需对城镇发展模式做出合理调整。
0引言
生态风险预警指就工程建设、资源开发、国土整治等人类活动或各种自然灾害对生态系统所造成的外界影响进行预测、分析与评价。生态风险预警集中研究生态系统质量或状态逆化变化的过程和规律,做出及时的警告和对策。本研究在生态风险评价和预测基础上,对沈阳市的生态环境状况进行了预警分析。提出沈阳市的生态风险的程度,以期为科学评价和有效维护沈阳市的生态环境提供一种思路。
1 生态风险预警
1.1生态风险预警理论
生态风险预警理论是以生态风险评价为基础,对区域内的人类活动对生态环境所造成的影响进行预测、分析与评价的理论；确定区域生态环境质量和生态系统状态在人类活动影响下的变化趋势、速度以及达到某一变化阑值的时间等,并按需要适时地提出恶化或危害变化的各种警戒信息及相应的对策。
1.2生态风险预警方法
借助经济预警的方法分类,区域生态风险预警的方法可分为5类:黑色预警方法、红色预警方法、黄色预警方法、绿色预警方法和白色预警方法,每l种预警方法都有l套基本完整的预警程序,只是在具体应用方面有所区别陈。在实际应用中,主要是运用黑色、黄色和红色的预警方法,尤以黄色预警方法居多,本文结合黑色预警法与黄色预警法中的统计预警进行生态风险预警研究。绿色方法主要借助于遥感技术。这几种方法的分类也不是绝对的,在分析解决问题时可以综合考虑两种或两种以上的分析方法。
2 综合预警指标体系
2.1 指标体系的理论框架
以环境指标的压力(pressure)-状态(state)-响应(response)理论为依据，研究构建了P-S-R框架下的预警指标体系。从社会经济与环境有机统一的观点出发，表明了人与自然这个生态系统中各种因素间的因果关系，能更精确地反映自然、经济和社会因素之间的关系，为生态风险预警指标体系构建提供了一种逻辑基础。
2.2 预警指标体系的构建
为了掌握从城市宏观到局部空间地域范围的风险分布具体状况，构建了沈阳市市生态风险预警指标体系，设计了镇域预警评价指标体系。本文按区级单位作为评价中的地域空间单元最小尺度，结合统计资料数据与遥感监测数据进行综合预警评价。
表1 基于状态—压力—响应模型的城镇化生态风险预警指标体系
类别 指标名称 单位
城
镇
化
综
合
生
态
风
险
A2
城镇系统压力E1 人口密度（F1） 人/平方公里
人均GDP（F2） 万元/人
人均耕地面积（F3） 平方米/人
人均年供水量（F4） 万立方米/人.年
土壤侵蚀（F5） 吨/平方公里年
城镇系统状态E2 森林覆盖率（F6） %
人均建设用地面积（F7） 平方米/人
生物丰富度指数（F8） ——
生态系统服务价值（F9） 元/平方米
植被覆盖度（F10） %
城镇系统响应E3 生活垃圾处理率（F11） %
污水处理率（F12） %
3生态风险指标的量化与预测
3.1研究区域的确定
由于沈阳市位于中国东北地区南部，辽宁省中部，地势以平原为主，山地、丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。属于温带季风气候，年平均气温6.2～9.7℃，全年降水量600～800毫米，全年无霜期155～180天。受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。冬寒时间较长，近六个月，降雪较少，夏季时间较短，多雨，春秋两季气温变化迅速，持续时间短：春季多风，秋季晴朗。
本研究选取沈阳市中心区、新城子、苏家屯、东陵、于洪五个主要分区作为研究区域，对相关数据的提取与量化，以进行生态风险预警研究。
3.2生态风险指标量化
以遥感数据和GIS技术为基础，利用土壤流失方程对土壤侵蚀进行了量化。
修正的通用土壤流失方程（RUSLE）已被广泛的应用于土壤侵蚀量的计算，其表达式为：
Ａ＝R·K·L·S·C·P
式中，A为土壤流失量（t/ha·a）； R为降雨侵蚀力因子； K为土壤可蚀性因子； L为坡长因子； S为坡度因子； C为覆被管理因子；P为土壤侵蚀控制措施因子。
利用遥感影像对研究区景观类型的监测结果，采用以下模型对沈阳市的生态系统服务功能价值进行了量化计算：
式中，ESV为研究区生态系统服务总价值；Sa为研究区内土地利用类型a的面积；Pa为单位面积上土地利用类型a的生态系统服务价值系数。
其中，生态系统服务价值系数如表2：
表2 生态系统服务价值指数（万元/公顷·年）
土地利用类型 裸地 城镇 耕地 草地 林地 水域
生态价值系数 646 3245 10638 11147 33641 70776
沈阳市面积（公顷） 2012.7 212968.3 914487.6 18930.8 71131.6 74163.9
利用归一化植被指数作为反映研究区生态环境与资源状态的指标，用以下模型计算。
NDVI=(NIR-VIS)/(NIR+VIS)
式中：NIR为近红外波段的反射率，VIS为可见光波段的反射率。越健康的植物，,红光反射值越小，红外反射值越大，其比值越大。
首先应用2010年沈阳市的TM遥感数据基于ERDAS得到NDVI数据，图3-12。
其次，基于ERDAS计算植被覆盖度，通过提取每景影像直方图中NDVI最大的2%的像元作为覆盖度为100%的像元 ，NDVI最小的2%的像元作为覆盖度为0％的像元。2%的范围根据影像的实际情况会有调整。计算公式为：
4 预警结果分析与结论
4.1 预警结果分析
通过运用GIS相关软件软件的解译分析后，得出沈阳市各区的生态风险预警数据。
从1997年到2005年的时间内，沈阳市中心五区（中心区、新城子、苏家屯、东陵、于洪）,综合风险均有不同程度的升高，其中于洪区生态风险上升最为快速，其他四区基本保持平稳，于洪区的综合风险升高是由于资源供给及社会经济的风险增大而增大，在三种不同风险的比重来看市内五区主要是以资源供给风险值比重最大，其次是环境管理的风险值，最后是社会经济的风险值，而市中心区的风险值比重里社会经济要比环境管理的比重大很多，其中主要原因是市中心人口压力大，土地面积小，在环境投资方面优势明显，因此导致社会经济的生态风险明显高于环境管理。
4.2结论
从沈阳市自身的发展条件来讲，大部分区域自然资源缺乏，如水资源、矿产资源、森林资源；少量资源存量略丰，但是因人口基数过大而表现出相对稀缺性，如耕地资源，生物资源；地势以平原为主，地表植被覆盖率低。
以空间信息技术为基础的镇域生态风险预警，可以从时间与空间两个维度反映出区域城镇化进程中风险发展趋势与分布格局。
参考文献
[1]赖力. 中国土地利用的碳排放效应研究[D].南京大学,2010.
[2]俞孔坚,乔青,袁弘,闫斌,李迪华,刘柯. 科学发展观下的土地利用规划方法——北京市东三乡之“反规划”案例[J]. 中國土地科学,2009,03:24-31.
[3]陈荣蓉,叶公强,杨朝现,谢德体,宋光煜. 村级土地利用规划编制[J]. 中国土地科学,2009,03:32-36.
[4]徐慧,林涛,张云鹏. 我国土地利用规划环境影响评价研究进展及展望[J]. 水土保持研究,2009,06:147-152+158.
[5]赵荣钦,刘英,郝仕龙,丁明磊. 低碳土地利用模式研究[J]. 水土保持研究,2010,05:190-194.
[6]刘金花. 基于改进生态足迹模型的低碳土地利用研究[D].中国地质大学（北京）,2013.
[7]赵荣钦,陈志刚,黄贤金,钟太洋,揣小伟,赖力,张墨逸. 南京大学土地利用碳排放研究进展[J]. 地理科学,2012,12:1473-1480.
[8]张艳芳. 西安市土地利用变化与碳排放空间格局特征研究[J]. 西北大学学报(自然科学版),2013,02:287-292.
0引言
生态风险预警指就工程建设、资源开发、国土整治等人类活动或各种自然灾害对生态系统所造成的外界影响进行预测、分析与评价。生态风险预警集中研究生态系统质量或状态逆化变化的过程和规律,做出及时的警告和对策。本研究在生态风险评价和预测基础上,对沈阳市的生态环境状况进行了预警分析。提出沈阳市的生态风险的程度,以期为科学评价和有效维护沈阳市的生态环境提供一种思路。
1 生态风险预警
1.1生态风险预警理论
生态风险预警理论是以生态风险评价为基础,对区域内的人类活动对生态环境所造成的影响进行预测、分析与评价的理论；确定区域生态环境质量和生态系统状态在人类活动影响下的变化趋势、速度以及达到某一变化阑值的时间等,并按需要适时地提出恶化或危害变化的各种警戒信息及相应的对策。
1.2生态风险预警方法
借助经济预警的方法分类,区域生态风险预警的方法可分为5类:黑色预警方法、红色预警方法、黄色预警方法、绿色预警方法和白色预警方法,每l种预警方法都有l套基本完整的预警程序,只是在具体应用方面有所区别陈。在实际应用中,主要是运用黑色、黄色和红色的预警方法,尤以黄色预警方法居多,本文结合黑色预警法与黄色预警法中的统计预警进行生态风险预警研究。绿色方法主要借助于遥感技术。这几种方法的分类也不是绝对的,在分析解决问题时可以综合考虑两种或两种以上的分析方法。
2 综合预警指标体系
2.1 指标体系的理论框架
以环境指标的压力(pressure)-状态(state)-响应(response)理论为依据，研究构建了P-S-R框架下的预警指标体系。从社会经济与环境有机统一的观点出发，表明了人与自然这个生态系统中各种因素间的因果关系，能更精确地反映自然、经济和社会因素之间的关系，为生态风险预警指标体系构建提供了一种逻辑基础。
2.2 预警指标体系的构建
为了掌握从城市宏观到局部空间地域范围的风险分布具体状况，构建了沈阳市市生态风险预警指标体系，设计了镇域预警评价指标体系。本文按区级单位作为评价中的地域空间单元最小尺度，结合统计资料数据与遥感监测数据进行综合预警评价。
表1 基于状态—压力—响应模型的城镇化生态风险预警指标体系
类别 指标名称 单位
城
镇
化
综
合
生
态
风
险
A2
城镇系统压力E1 人口密度（F1） 人/平方公里
人均GDP（F2） 万元/人
人均耕地面积（F3） 平方米/人
人均年供水量（F4） 万立方米/人.年
土壤侵蚀（F5） 吨/平方公里年
城镇系统状态E2 森林覆盖率（F6） %
人均建设用地面积（F7） 平方米/人
生物丰富度指数（F8） ——
生态系统服务价值（F9） 元/平方米
植被覆盖度（F10） %
城镇系统响应E3 生活垃圾处理率（F11） %
污水处理率（F12） %
3生态风险指标的量化与预测
3.1研究区域的确定
由于沈阳市位于中国东北地区南部，辽宁省中部，地势以平原为主，山地、丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。属于温带季风气候，年平均气温6.2～9.7℃，全年降水量600～800毫米，全年无霜期155～180天。受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。冬寒时间较长，近六个月，降雪较少，夏季时间较短，多雨，春秋两季气温变化迅速，持续时间短：春季多风，秋季晴朗。
本研究选取沈阳市中心区、新城子、苏家屯、东陵、于洪五个主要分区作为研究区域，对相关数据的提取与量化，以进行生态风险预警研究。
3.2生态风险指标量化
以遥感数据和GIS技术为基础，利用土壤流失方程对土壤侵蚀进行了量化。
修正的通用土壤流失方程（RUSLE）已被广泛的应用于土壤侵蚀量的计算，其表达式为：
Ａ＝R·K·L·S·C·P
式中，A为土壤流失量（t/ha·a）； R为降雨侵蚀力因子； K为土壤可蚀性因子； L为坡长因子； S为坡度因子； C为覆被管理因子；P为土壤侵蚀控制措施因子。
利用遥感影像对研究区景观类型的监测结果，采用以下模型对沈阳市的生态系统服务功能价值进行了量化计算：
式中，ESV为研究区生态系统服务总价值；Sa为研究区内土地利用类型a的面积；Pa为单位面积上土地利用类型a的生态系统服务价值系数。
其中，生态系统服务价值系数如表2：
表2 生态系统服务价值指数（万元/公顷·年）
土地利用类型 裸地 城镇 耕地 草地 林地 水域
生态价值系数 646 3245 10638 11147 33641 70776
沈阳市面积（公顷） 2012.7 212968.3 914487.6 18930.8 71131.6 74163.9
利用归一化植被指数作为反映研究区生态环境与资源状态的指标，用以下模型计算。
NDVI=(NIR-VIS)/(NIR+VIS)
式中：NIR为近红外波段的反射率，VIS为可见光波段的反射率。越健康的植物，,红光反射值越小，红外反射值越大，其比值越大。
首先应用2010年沈阳市的TM遥感数据基于ERDAS得到NDVI数据，图3-12。
其次，基于ERDAS计算植被覆盖度，通过提取每景影像直方图中NDVI最大的2%的像元作为覆盖度为100%的像元 ，NDVI最小的2%的像元作为覆盖度为0％的像元。2%的范围根据影像的实际情况会有调整。计算公式为：
4 预警结果分析与结论
4.1 预警结果分析
通过运用GIS相关软件软件的解译分析后，得出沈阳市各区的生态风险预警数据。
从1997年到2005年的时间内，沈阳市中心五区（中心区、新城子、苏家屯、东陵、于洪）,综合风险均有不同程度的升高，其中于洪区生态风险上升最为快速，其他四区基本保持平稳，于洪区的综合风险升高是由于资源供给及社会经济的风险增大而增大，在三种不同风险的比重来看市内五区主要是以资源供给风险值比重最大，其次是环境管理的风险值，最后是社会经济的风险值，而市中心区的风险值比重里社会经济要比环境管理的比重大很多，其中主要原因是市中心人口压力大，土地面积小，在环境投资方面优势明显，因此导致社会经济的生态风险明显高于环境管理。
4.2结论
从沈阳市自身的发展条件来讲，大部分区域自然资源缺乏，如水资源、矿产资源、森林资源；少量资源存量略丰，但是因人口基数过大而表现出相对稀缺性，如耕地资源，生物资源；地势以平原为主，地表植被覆盖率低。
以空间信息技术为基础的镇域生态风险预警，可以从时间与空间两个维度反映出区域城镇化进程中风险发展趋势与分布格局。
参考文献
[1]赖力. 中国土地利用的碳排放效应研究[D].南京大学,2010.
[2]俞孔坚,乔青,袁弘,闫斌,李迪华,刘柯. 科学发展观下的土地利用规划方法——北京市东三乡之“反规划”案例[J]. 中國土地科学,2009,03:24-31.
[3]陈荣蓉,叶公强,杨朝现,谢德体,宋光煜. 村级土地利用规划编制[J]. 中国土地科学,2009,03:32-36.
[4]徐慧,林涛,张云鹏. 我国土地利用规划环境影响评价研究进展及展望[J]. 水土保持研究,2009,06:147-152+158.
[5]赵荣钦,刘英,郝仕龙,丁明磊. 低碳土地利用模式研究[J]. 水土保持研究,2010,05:190-194.
[6]刘金花. 基于改进生态足迹模型的低碳土地利用研究[D].中国地质大学（北京）,2013.
[7]赵荣钦,陈志刚,黄贤金,钟太洋,揣小伟,赖力,张墨逸. 南京大学土地利用碳排放研究进展[J]. 地理科学,2012,12:1473-1480.
[8]张艳芳. 西安市土地利用变化与碳排放空间格局特征研究[J]. 西北大学学报(自然科学版),2013,02:287-292.