湯榕珺等

摘 要：生態(tài)環(huán)境是人類生存及社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)的快速增長有效提高了人民生活水平，但同時(shí)對生態(tài)環(huán)境也造成了一定的影響。為了更好地了解經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化對城市生態(tài)環(huán)境的影響程度，定量評估其影響水平，以蘇州市吳中區(qū)為研究對象，選取生態(tài)承載力、土地利用變化、植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）和生態(tài)因子指數(shù)等4個(gè)指標(biāo)對蘇州市吳中區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定量評估和分析。結(jié)果表明：（1）蘇州市吳中區(qū)人均生態(tài)承載力為0.273 4～0.104 4 hm2，表現(xiàn)出較為明顯的生態(tài)赤字。在2005—2012年間，人均生態(tài)承載力、生態(tài)足跡和生態(tài)赤字分別下降62%，48%和46%，但從生態(tài)足跡和承載力來看，生態(tài)赤字現(xiàn)象仍較為嚴(yán)重。（2）2000—2013年間，蘇州市吳中區(qū)植被NPP平均值以C計(jì)減少了0.12 g·m-2，固碳總量減少了0.8×109 g·a-1，表明吳中地區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力和生產(chǎn)能力呈現(xiàn)下降趨勢。（3）2000—2013年間，蘇州市吳中區(qū)共有406.41 km2土地覆被發(fā)生轉(zhuǎn)化。其中，共有139.53 km2土地轉(zhuǎn)化成人工表面，主要來源于農(nóng)田、植被和水田，轉(zhuǎn)化面積分別為76.16，30.01和24.25 km2。（4）雖然吳中區(qū)自然生態(tài)綠化面積在增加，但植被厚度、生物多樣性、生態(tài)能力和碳匯量在減少，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈變差趨勢。因此，最終結(jié)果是吳中區(qū)因受到經(jīng)濟(jì)開發(fā)和城市化的影響較大及生態(tài)保護(hù)措施不利，近10年來其總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢，其發(fā)展與保護(hù)的矛盾仍很尖銳。

關(guān)鍵詞：蘇州市吳中區(qū)；城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；生態(tài)承載力分析；土地利用變化；生態(tài)因子指數(shù)分析；植被凈初級生產(chǎn)力

中圖分類號：X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.06.019

Abstract： Eco-environment is the foundation of human and the development of society and economy. Rapid economic growth improves the people's living standard， but brings some negative effects on the environment. To better understand the impacts of economic development on the eco-environment of city and rural， in this study， the ecological carrying capacity， land use and change， vegetation net primary productivity （NPP） and ecological factor index were selected as indexes to evaluate and analyze of eco-environmental quality of Wuzhong District of Suzhou. The results showed that （1） the ecological carrying capacity of Wuzhong were 0.273 4～0.104 4 hm2， which appeared to be the ecological deficit obviously. In 2005—2012， the ecological carrying capacity， ecological footprint and ecological deficit decreased by 62%， 48% and 46%， respectively. However， in the terms of the ecological footprint and carrying capacity， the ecological deficit was still serious. （2） In 2000—2013， the average vegetation NPP of Wuzhong decreased by 0.12 g·m-2 （C）， and the total carbon sequestration storage decreased by 0.8 × 109 g·a-1（C）， which implies that the carbon sequestration capacity and productivity of ecosystems in Wuzhong have been declining. （3） In 2000—2013， 406.41 km2 of land cover changed， 139.53 km2 of lands changed into artificial land， which are mainly from farmland， vegetation and paddy lands with 76.16， 30.01 and 24.25 km2， respectively. （4） Natural ecological green area was increasing， but the vegetation thickness， ecological capacity and the amount of carbon sequestration decreased， which showed a deterioration of the eco-environmental quality of Wuzhong. In conclusion， the eco-environmental quality and the relationship between protection and development of Wuzhong have been becoming worse in 2000—2013.

Key words： Suzhou Wuzhong City； eco-environmental quality； ecological carrying capacity； land use and change； ecological factors index； vegetation NPP

隨著城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)的發(fā)展，城市人口不斷增長，規(guī)模不斷擴(kuò)大，隨之帶來的生態(tài)環(huán)境問題也逐漸突顯，對社會穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民健康帶來了極大影響。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是指與人類有關(guān)的自然資源及人類賴以生存的環(huán)境的優(yōu)劣程度，它包括自然資源和社會環(huán)境2個(gè)部分[1]。自然環(huán)境質(zhì)量是指區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境因素，包括大氣、水、土壤、生物等環(huán)境質(zhì)量，而社會環(huán)境質(zhì)量則包括政治、經(jīng)濟(jì)和文化等方面的環(huán)境質(zhì)量[2]。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)是一項(xiàng)系統(tǒng)性研究工作，涉及生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、資源科學(xué)、社會及人文等學(xué)科的許多領(lǐng)域，是資源開發(fā)利用、制定經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護(hù)對策的重要依據(jù)[2]。目前，國內(nèi)已有多個(gè)省市進(jìn)行了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)，如新疆、貴州省、江蘇省和廣州市等[3-7]，并從政府管理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人民生活等諸多方面提出了建議和措施，倡導(dǎo)構(gòu)建生態(tài)文明社會，加強(qiáng)各類生態(tài)保護(hù)工程建設(shè)，走可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)發(fā)展道路。

蘇州市吳中區(qū)是國家級的經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，近10年來，其獨(dú)特的自然地理優(yōu)勢促使經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展。但進(jìn)入21世紀(jì)以后，吳中區(qū)人口數(shù)量不斷增加、耕地面積逐漸減少、能源消耗較大、利用效率低、污染排放增多，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸下降[8]。部分學(xué)者對蘇州市近年來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行研究，并對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)[8-12]，沈鈺峰對蘇州市吳中區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明吳江的第一和第二產(chǎn)業(yè)對環(huán)境影響較大，而第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然存在較大的提升和優(yōu)化空間[13]。鄭燚則利用層次矢量分析法研究蘇州市經(jīng)濟(jì)與環(huán)境承載力的關(guān)系，認(rèn)為2000—2009年間，蘇州市環(huán)境質(zhì)量連續(xù)多年處于強(qiáng)載狀態(tài)，但隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展后，將有所改善[11]。馬育軍等借助DEA模型對蘇州市的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果表明蘇州市10年來生態(tài)環(huán)境建設(shè)總體良好[14]。

本研究基于年鑒數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，通過分析人均生態(tài)承載力、植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）、土地利用變化和生態(tài)因子指數(shù)等4個(gè)指標(biāo)，對蘇州市吳中區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了定量評估，以期為吳中區(qū)的生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)的科學(xué)、健康、可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

吳中區(qū)位于歷史文化名城蘇州南部（東經(jīng)119°55'～120°54'、北緯30°56'～31°21'），北與蘇州古城、蘇州工業(yè)園區(qū)、蘇州高新區(qū)接壤，南銜太湖，與無錫市、浙江省湖州市隔湖相望（圖1）。全區(qū)陸地面積745 km2，太湖水域面積1 486 km2，占太湖水域的61.28%。下轄1個(gè)國家級太湖旅游度假區(qū)、1個(gè)國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、1個(gè)國家級農(nóng)業(yè)園區(qū)、7個(gè)鎮(zhèn)、8個(gè)街道和穹隆山風(fēng)景管理區(qū)。2012年末，全區(qū)戶籍人口60.5萬人。當(dāng)?shù)貙儆诒眮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，夏季溫暖多雨，冬季寒冷干燥，日照充足，四季分明，年均溫度為16.9 ℃，總降水量911 mm，總?cè)照諗?shù)為1 773.1 h，相對濕度為70%。

1.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估方法

1.2.1 生態(tài)承載力 生態(tài)承載力表示一個(gè)地區(qū)所能提供給人類的生物生產(chǎn)性土地面積的總和。計(jì)算時(shí)引入“產(chǎn)量因子”，表示不同國家或地區(qū)的各類生物生產(chǎn)性土地產(chǎn)量與世界平均產(chǎn)量的差異。本研究采用的產(chǎn)量因子參考江蘇省數(shù)據(jù)：耕地為1.79，建筑用地為1.66，林地為0.91，草地為1.90，水域?yàn)?.00[15]，計(jì)算公式如下[16]：

式中，ec為人均生態(tài)承載力（hm2·人-1）；ai為人均i類生物生產(chǎn)性土地面積（hm2·人-1）；Ai為各地區(qū)的第i類土地現(xiàn)狀面積（hm2）；yi為產(chǎn)量因子；N、γi含義同上。計(jì)算出的人均生態(tài)承載力建議扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積[17]。

1.2.2 植被凈初級生產(chǎn)力（NPP） 利用遙感資料和光能利用率CASA模型估算2000年和2013年蘇州市吳中區(qū)植被凈初級生產(chǎn)力[18]。

1.2.3 生態(tài)因子指數(shù) 生態(tài)因子計(jì)算主要是將植被指數(shù)（NDVI）、陸地表面溫度（LST）和植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）3個(gè)指標(biāo)通過歸一化，將各項(xiàng)指標(biāo)范圍界定在-1～1之間。生態(tài)環(huán)境越好，生態(tài)因子指數(shù)越高，反之則值較?。ㄋ虺猓?，其計(jì)算公式如式（2）和（3）所示。

1.3 土地利用與遙感數(shù)據(jù)來源及加工

本文所用遙感數(shù)據(jù)是2000年和2013年landsat TM 影像數(shù)據(jù)，波段按 4、3、2 波段合成，最適合用于植被分類，幾何糾正模型采用 polynmmial 模型。

本研究的其他數(shù)據(jù)來源于《吳中統(tǒng)計(jì)年鑒》、蘇州市吳中區(qū)土地整治規(guī)劃和土地利用總體規(guī)劃及地面現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查與觀測。

全文數(shù)據(jù)處理使用Excel2007；全文圖表繪制使用Arcgis 10.1和Origin8.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)承載力定量評估與分析

人均生態(tài)承載力和生態(tài)赤字的計(jì)算以2005、2010和2012年為研究對象，結(jié)果如表1所示。結(jié)果顯示，蘇州市吳中區(qū)人均生態(tài)承載力為0.273 4～0.104 4 hm2，其值遠(yuǎn)小于生態(tài)足跡，表現(xiàn)為明顯的生態(tài)赤字。2005—2012年間，人均生態(tài)承載力、生態(tài)足跡和生態(tài)赤字均呈現(xiàn)下降趨勢，降幅分別為62%，48%，46%。雖然生態(tài)足跡下降使生態(tài)赤字狀況得到一定的緩和，但從生態(tài)足跡和承載力來看，二者的比值已由2005年的9倍增加為2012年的12倍，因此，吳中區(qū)的生態(tài)赤字現(xiàn)象仍較為嚴(yán)重。

在生態(tài)赤字組分中，能源用地、耕地和水域的赤字比重較大。由于吳中區(qū)能源的承載力為0，導(dǎo)致能源的嚴(yán)重生態(tài)赤字。近年來，蘇州市企業(yè)的能源結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)型，煤、石油等不可再生資源利用逐漸降低，能源赤字狀況逐步緩解。2005—2010年，耕地生態(tài)赤字從0.533 5增加至0.848 1 hm2·人-1，主要是由于吳中區(qū)耕地面積減少了35%，直接導(dǎo)致承載力的下降，而生態(tài)赤字驟然增加；到2010—2012年間，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)采用部分集約化，糧食單位產(chǎn)量增加，人均生態(tài)足跡降低，生態(tài)赤字有所緩解。

2.2 生態(tài)植被凈初級生產(chǎn)力定量評估與分析

從表2和表3可見，吳中區(qū)2000年至2013年植被NPP平均值減少了0.12 g·m-2（C）；農(nóng)田NPP平均值減少了-5.29 g·m-2（C）；水田NPP平均值增加了3.4 g·m-2（C）；濕地NPP平均值增加了3.1 g·m-2（C）；固碳總量減少了0.8 × 109 g·a-1（C），表明吳中地區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力呈現(xiàn)下降趨勢，生態(tài)生產(chǎn)量、生物量和生產(chǎn)能力呈現(xiàn)下降態(tài)勢?？傊芯拷Y(jié)果表明，吳中地區(qū)經(jīng)13年后，其生物生產(chǎn)量和生態(tài)系統(tǒng)固碳能力呈下降態(tài)勢。

2.3 2000—2013年間土地利用變化定量評估與分析

研究結(jié)果表明，2000年至2013年間，蘇州市吳中區(qū)共有406.41 km2土地覆被發(fā)生轉(zhuǎn)化（表4）。轉(zhuǎn)化面積大小依次為，農(nóng)田轉(zhuǎn)人工表面面積76.16 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度18.74%；水田轉(zhuǎn)為水體面積47.84 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度11.77%；水體轉(zhuǎn)濕地面積43.85 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度10.79%；農(nóng)田轉(zhuǎn)植被面積37.70 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度9.28%；人工表面轉(zhuǎn)植被面積30.32 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度7.46%；水田轉(zhuǎn)人工表面面積24.25 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度5.97%；水田轉(zhuǎn)濕地面積16.47 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度4.05%；水田轉(zhuǎn)農(nóng)田面積14.70 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度3.62%；人工表面轉(zhuǎn)農(nóng)田面積9.21 km2，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度2.27%；其余面積轉(zhuǎn)化均小于9 km2。總之，共有139.53 km2土地轉(zhuǎn)化成人工表面，主要來源于農(nóng)田、植被和水田。

2.4 2013年生態(tài)因子指數(shù)定量評價(jià)與分析

生態(tài)因子指數(shù)是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)的重要指標(biāo)之一，其值越高，說明該生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好，生物固碳和凈化能力越強(qiáng)，生態(tài)服務(wù)功能也越強(qiáng)，生態(tài)價(jià)值也越高。利用綜合生態(tài)因子指數(shù)計(jì)算出2013年吳中區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量結(jié)果（圖2、表5）。結(jié)果顯示，吳中區(qū)自然生態(tài)綠化面積在增加，但植被厚度、生態(tài)能力和碳匯量在減少，平均每年按1.09%速度下降，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈變差趨勢。其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好的地方多分布在吳中的西部原始森林植被和東山西山島，也是一類、二類保護(hù)區(qū)重要的生態(tài)重點(diǎn)保護(hù)單元，其中一類保護(hù)區(qū)的生態(tài)因子指數(shù)面積為5.97 km2，占總面積的1.09%，二類保護(hù)區(qū)的生態(tài)因子指數(shù)面積為8.91 km2，占總面積的1.63%，三類保護(hù)區(qū)的生態(tài)因子指數(shù)面積為18.80 km2，占總面積的3.43%。

從表6可見，蘇州市吳中區(qū)2013年不同土地類型平均生態(tài)因子由大到小為：植被（0.189） > 農(nóng)田（0.053） > 濕地（0.047） > 水田（0.023） > 城鎮(zhèn)（0.009）。從不同土地利用類型的生態(tài)因子指數(shù)的均值分析可見，各種植被的生態(tài)利用價(jià)值和生態(tài)質(zhì)量最高，其次為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，再次為濕地和水田，最低的為城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)，因此，重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)應(yīng)主要設(shè)在生態(tài)植被分布區(qū)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)區(qū)、濕地生態(tài)系統(tǒng)和太湖水源區(qū)；其生態(tài)保護(hù)價(jià)值應(yīng)是植被（0.189） > 農(nóng)田（0.053） > 濕地（0.047） > 水田（0.023） > 城鎮(zhèn)（0.009），所以，一、二類重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)應(yīng)設(shè)置在吳中地區(qū)的山地與丘陵植被地帶、農(nóng)田、濕地與取水口重要水域等地帶。

3 討 論

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，吳中區(qū)城市化進(jìn)程不斷加快，人口數(shù)量不斷增加，而人們生產(chǎn)方式和生活方式還處于落后狀態(tài)，離生態(tài)化還有較大的距離。粗放經(jīng)營，能源、資源原材料消耗大，生產(chǎn)效率低下，單位產(chǎn)值污染物產(chǎn)生量大。在城市化進(jìn)程中，土地資源浪費(fèi)現(xiàn)象普遍，土地使用效率低。大氣污染造成酸雨出現(xiàn)，對生物生長造成一定危害；農(nóng)田土壤污染對食品安全也構(gòu)成一定威脅。在城市不斷擴(kuò)張的過程中，吳中區(qū)耕地面積減少，由于吳中區(qū)河流湖泊眾多，農(nóng)田往往與之鑲嵌在一起，因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性狀況會對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。由于受到全球氣候變暖、極端氣候影響和人們生產(chǎn)活動(dòng)加快的影響，吳中區(qū)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)各種森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地和湖泊生態(tài)系統(tǒng)都呈退化態(tài)勢，尤其是瀕危物種和有益碳匯物種大量減少，每年平均以5.3%的速度在下降，生物多樣性減少明顯。雖然近年來吳中區(qū)政府加大了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的投入，但研究結(jié)果表明，吳中區(qū)自然生態(tài)承載力在減少，人們的生態(tài)足跡在加強(qiáng)、生態(tài)赤字在加大，自然生態(tài)系統(tǒng)與人文生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)的矛盾在加大，生態(tài)環(huán)境保護(hù)的建設(shè)速度趕不上人們對生態(tài)環(huán)境破壞的速度，社會發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的關(guān)系矛盾加劇，尤其是表現(xiàn)在社會經(jīng)濟(jì)增長與人文生態(tài)保護(hù)及廣大市民心態(tài)失衡和生活幸福感下降等方面。生態(tài)環(huán)境管理和生態(tài)文化建設(shè)還比較薄弱，經(jīng)濟(jì)建設(shè)單純強(qiáng)調(diào)發(fā)展的觀念并未得到根本改變，生態(tài)預(yù)留空間未得到足夠重視，生態(tài)資源儲備和生態(tài)環(huán)境安全尚未提上日程[19-21]。

4 結(jié) 論

（1）蘇州市吳中區(qū)人均生態(tài)承載力為0.273 4～0.104 4 hm2，表現(xiàn)為較明顯的生態(tài)赤字。在2005—2012年間，人均生態(tài)承載力、生態(tài)足跡和生態(tài)赤字均逐漸降低，降低幅度分別為62%，48%和46%，生態(tài)足跡的大幅下降使得生態(tài)赤字狀況得到一定的緩和。但是，單從生態(tài)足跡和承載力來看，生態(tài)赤字現(xiàn)象仍較為嚴(yán)重。

（2）2000—2013年間，蘇州市吳中區(qū)植被NPP平均值減少了0.12 g·m-2（C），其中農(nóng)田NPP平均值減少了-5.29 g·m-2（C），水田NPP平均值增加了3.4 g·m-2（C），濕地NPP平均值增加了3.1 g·m-2（C），固碳總量減少了0.8 × 109 g·a-1（C），表明吳中地區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力呈現(xiàn)下降趨勢，生態(tài)生產(chǎn)量、生物量和生產(chǎn)能力呈現(xiàn)下降態(tài)勢。

（3）2000—2013年間，蘇州市吳中區(qū)共有406.41 km2土地覆被發(fā)生轉(zhuǎn)化。其中，共有139.53 km2土地轉(zhuǎn)化成人工表面，主要來源于農(nóng)田、植被和水田，轉(zhuǎn)化面積分別為76.16，30.01 km2和24.25 km2。

（4）吳中區(qū)自然生態(tài)綠化面積在增加，但植被厚度、生物多樣性、生態(tài)能力和碳匯量在減少，平均每年按1.09%速度下降，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈變差趨勢，近10年該區(qū)發(fā)展與保護(hù)的矛盾仍很尖銳，有擴(kuò)大的趨勢。

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