陕西榆林市草地生态安全评价_俞靓.pdf

GRASSLAND AND TURF（2023）Vol.43 No.2 陕西榆林市草地生态安全评价俞靓1，2，李军保1，2，李联队1，高娅妮1，雷秀云1，孙瑞鑫1，谢治国1*（1.陕西省林业科学院，陕西 西安 710082；2.黄土高原水土保持与生态修复国家林业和草原局重点实验室，陕西 西安 710082）摘要：【目的】对农牧交错区草地生态安全进行量化研究，为该区域构建草地保护新格局和实现可持续发展提供科学依据。【方法】以榆林市草地资源为研究对象，以 PSR（Pressure-State-Response）模型为基础，从自然、经济和社会等方面选取 12个草地生态系统评价指标，构建榆林市草地生态安全评价模型，采用熵权法确定各指标权重，对该市 2019年的草地生态安全进行评价，并对 12个县（区）草地资源进行生态安全等级确定，最终提出相应对策和建议。【结果】榆林市各县（区）草地生态安全多处于临界安全状态，全市平均生态安全指数为 0.435 8，生态安全状态为临界安全。【结论】草地生态安全保护治理措施是榆林市各县（区）草地生态安全状态产生差异的主要影响因素，建议采用社会经济和生态保护协调发展的模式，开展分区域生态调控，实行“一区一策”。关键词：草地资源；生态安全；PSR模型中图分类号：S812.5 文献标志码：A 文章编号：1009-5500（2023）02-0092-07 DOI：10.13817/ki.cyycp.2023.02.011草地被誉为“地球皮肤”，承载着独特的生态、经济和文化功能1，在我国生态文明建设和社会经济发展大局中具有重要战略地位2。近年来，气候变化和人类活动导致草地生态系统结构和功能退化加剧，直接影响到所处区域的生态安全3，因此，加强草地生态安全评价的研究4，对有效保障草地生态服务功能的稳定，维护草地生态系统的稳定和区域生态安全格局建设有着重要意义5。目前，针对草原生态安全评价，国内外研究者开展了大量研究5。国外多从草地自身的自然属性着手，主要集中在草地健康评价6，多采用 Pellant等7提出的评价方法，但没有对草地生态安全的概念提出确切的解释。我国的草原生态安全研究以 IIRH（Interpreting Indicators of Rangeland Health）法为基础或以PSR（PressureStateResponse）概念模型为主5，并采用了多种评价方法，但现有的研究多将研究区选择在集中连片的草原牧区，而较少对农牧交错区的零星不集中草地进行评价6。榆林市地处陕西省最北部，秦汉时期曾是“沃野千里，仓稼殷富，水草丰美，群羊塞道”8，目前也是陕西省传统畜牧业与新型现代畜牧业发展的主要基地，该区的草食家畜饲养量占据陕西省一半以上6。近年来，随着榆林地区经济建设的发展，人们对石油、煤炭和天然气等自然资源的大量开采严重危及了该区域生态系统的安全9。同时，有些封山禁牧区百姓的放牧需求逐年增长，如何科学处理保护和利用之间的关系成为草地生态恢复的又一挑战。因此，本研究选用国内外常用的生态评价模型PSR 模型10-14，从环境压力、生态问题和社会因素等观点出发14-15，科学构建草原生态安全评价体系，对影响研究区草地生态安全的重要指标进行定量核算，以数量化模型表征研究区的草地生态安全现状，以期为该区域构建草地保护新格局和实现可持续发展提收稿日期：2021-12-09；修回日期：2022-03-29基金项目：陕西省哲学社会科学重大理论与现实问题研究项目（2022ND0415）；陕西省重点研发计划一般项目（2022SF-398）作者简介：俞靓（1982-），女，博士研究生，主要方向为植被生态学。-mail：yujing82-*通信作者。-mail：92第 43 卷 第 2 期草 原 与 草 坪 2023 年供科学依据。1材料和方法1.1研究区概况榆林市位于陕西省北部的农牧交错带（N 36573934、E 10728 11511），是黄土高原的中心腹地，包括榆阳区、府谷县、神木市、吴堡县、绥德县、米脂县、子洲县、清涧县、横山区、靖边县、定边县及佳县12个县（区），也是我国湿润季风区和内陆干旱区的过渡区，从东南部到西北部，地貌类型由黄土梁峁过渡到黄土梁岗再到沙漠滩地，植被由森林草原过渡到干草原再到荒漠草原，土壤类型主要为黄土和风沙土。1.2研究方法1.2.1数据来源以榆林市 12 个县（区）为研究对象，统计数据来自 2020 年榆林市统计年鉴；气象数据下载自中国气象科学数据网。1.2.2P-S-R 模型构建影响榆林市草地生态安全的因子复杂而多样，结合榆林地区独特的自然地理特征和草地资源情况，并参考一些符合该研究区的基础模型6，遵循科学性、系统性、代表性、针对性、实用性等原则16-17，运用 PSR 评价模型，从压力、状态和响应个方面选择 12个代表性评价指标，构建了榆林地区草地生态安全评价体系（表 1）。压力指标反映人类活动对草地生态安全造成的压力状况，例如城镇转化率与草地分布存在竞争关系，人口自然增长率和人均草地面积反映了人口对草地造成的压力状况，牲畜量会引起天然草地资源利用的变化，牧业占比一定程度上影响着草地的质量和数量；状态指标是指生态环境对人类活动作出反应的变化，例如反映草地状况最直接的指标对其生态系统功能具有决定性的作用；响应是人类对环境问题采取的相关措施，例如土壤保持、水源涵养；水利环境和公共设施管理投资代表草地投入和建设的能力和潜力。1.2.3指标权重的确定权重的确定在生态安全评价过程中至关重要，常用指标权重的确定方法有层次分析法、主成分分析法、熵权法等，不同确定方法的侧重点不一，本研究采用熵权法确定各评价指标的权重。熵权法是一种客观的赋权法，能够立足数据本身反映的信息，在消除主观随意性的基础上计算出各指标的权重大小。依照熵权法的原理和步骤18-19，利用Matlab软件计算指标权重6，20。指标对生态安全评价的结果有促进作用的即为正向指标，值越大越利于生态安全；反之则为负向指标，值越小越不利于生态安全。熵权法确权的基本步骤如下：（1）选取 n个样本，m 个指标，则xij为第 i个样本的第 j个指标的数值（i=1，2，n；j=1，2，m）；（2）指标的归一化处理：不同的指标往往具有不同的属性、数量级和单位，用统一的转化方式进行处理，使这些指标处于同一量级。对于正向指标来说，数值越高越好；对于负向指标来说，数值越低越好。其具体方法如下：yij=xij-min xij，.，xnjmax x1 j，.，xnj-min xij，.，xnj(xij为正指标)yij=max x1j，.，xnj-xijmax x1j，.，xnj-min xij，.，xnj(xij为负指标)表 1榆林市草地生态安全评价体系Table 1Assessment for grassland ecological security identification in Yulin city目标层草地生态安全评价准则层压力层状态层响应层指标层城镇转化率人口自然增长率人均草地面积牲畜量牧业占比干旱指数草地面积占比草地覆盖率物种丰富度生物量水利环境和公共设施管理投资人工牧草地面积正负性-+93GRASSLAND AND TURF（2023）Vol.43 No.2 式中，xij表示原始数据，yij表示标准化处理后的值。pij=yiji=1nyij(i=1，2，.，n；j=1，2，.，m)（3）计算第 j项指标的熵值：ej=-ki=1npijln(pij)，其 中k=1 ln(n)0，满足ej 0（4）计算指标权重：wj=1-ejj=1m(1-ej)1.2.4生态安全指数的计算按照熵权法确定的权重，运用综合指数法，计算压力、状态、响应 3个准则层各指标标准化数据与指标权重的乘积之和，最终得到准则层生态安全指数Ej，计算公式如下：Ej=j=1mwjpij目标层生态安全综合指数是判断研究区域草地生态安全的重要依据，计算准则层生态安全指数与三个准则层指标权重的乘积之和，最终得到目标层生态安全指数ESI，计算公式如下：ESI=j=1mEjwj1.2.5生态安全等级划分判断草地资源生态安全状态是否适宜，可以通过生态安全指数对其进行等级评价，但目前尚未有确切的等级划分方法20。本研究从榆林地区草地资源的实际情况出发，结合本地区已有的草地生态安全等级划分的成果6，将研究区的草地生态安全等级进行相应的特征描述（表 2）。2结果与分析2.1草地生态安全指标权重的确定基于 2019年榆林市 12个县（区）的 12个草地生态安全评价指标，采用熵权法计算出各评价指标的权重值（表 3）。准则层的权重排名为响应层状态层压力层，从保持草地生态安全长久稳定的角度上表明，草地生态安全保护治理措施的影响较为明显。在压力层中，权重排名为人口自然增长率城镇转化率牲畜量牧业占比人均草地面积，说明人口自然增长率对草地生态安全的影响较大；其次，状态层中选择均为直接影响草地生长状况的自然状态指标，草地面积占比物种丰富度草地覆盖率干旱指数生物量；响应层中，人工牧草地面积水利环境和公共设施管投资，说明治理保护措施所产生的可持续生态效益比短时间内的直接经济投入产生的回报更为明显。2.2各子系统的草地生态安全评价依据综合指数法计算得出 3个准则层的生态安全指数（图 1），在压力系统中，榆林市 12个县（区）的压力指数为 0.046 40.311 3，其中吴堡县压力指数最高，而榆阳区压力指数最低。从具体指标分析来看，与草地分布密切相关的牲畜量、牧业占比是影响草地生态安全的重要因素。吴堡县占区域土地总面积的比重不大，以特色农产品种植为主，人口自然增长率处于较低水平，人均草地面积较小，草地资源生态压力较小。榆阳区土地总面积较大，集约型城镇化发展模式导致城镇化进程较快、人口稠密，造成草地资源生态表 2榆林地区草地生态安全等级划分Table 2Classification for grassland ecological security identification in Yulin city生态安全指数0.75ESI10.55ESI0.750.45ESI0.550.35ESI0.450ESI0.35等级状态理想安全安全临界安全不安全极不安全特征草地生态环境未受干扰或破坏，草地植被覆盖度极高，生态系统结构较稳定且完整，生态环境问题和生态灾害少，生态修复能力好草地生态环境受较少干扰或破坏，草地植被覆盖度较高，生态系统结构尚稳定且完整，生态环境问题和生态灾害不明显，生态修复能力较好草地生态环境受到一定干扰或破坏，草地植被覆盖度中等，生态系统结构稳定性和完整性一般，局部地区生态环境问题和生态灾害发生草地生态环境受到较大干扰或破坏，草地植被覆盖度较差，生态系统结构不稳定，功能性较差，生态灾害和环境问题较多，生态修复能力较差草地生态环境受到极大干扰或破坏，草地植被覆盖度极低，生态系统结构不稳定且不完整，生态修复难度较大，生态环境问题频发，生态灾害多发94第 43 卷 第 2 期草 原 与 草 坪 2023 年安全压力较大。在状态系统中，选取的均为自然状态指标，安全指数为 0.052 20.282 3，可在一定程度上反映榆林市 12 个县（区）草地生长状况。清涧县为状态指数最高的区域，多项状态指标显示该地区草地生长状态较好，草地资源生态安全处于较高水平，有利于其草地生态系统的稳定发展。定边县是重要的畜牧业基地，草地受干扰和破坏程度较高，且干旱指数较高，与其他区域相差较大，草地生长状态较差，导致草地资源生态安全处于较低水平。在响应系统中，对草地建设的投入越高，人工草地面积越大，对其生态系统的积极影响越多。因此，指标选取与草地生态安全保护投入的相关因子响应指数为 0.012 30.348 0。神木市是国家级能源化工基地的核心区，经济实力较强，人均 GDP 在省内排第1 位，对水利环境和公共设施管理投入远远大于其他区域，响应指数优势明显。而佳县是以农业为主的县域，经济实力较弱，对生态环境保护资金投入少，所以响应指数最低。2