林金煌,胡國(guó)建,祁新華,徐曹越,張 岸,陳文惠,*,帥 晨,梁春陽(yáng)

1 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,福州 350007 2 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101

20世紀(jì)初期,自美國(guó)著名生態(tài)學(xué)家Clement首次提出“生態(tài)過(guò)渡帶”后,“生態(tài)環(huán)境脆弱性”、“生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)”等理念便得到了國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注[1- 2],尤其是20世紀(jì)80年代以來(lái),生態(tài)環(huán)境脆弱性的研究一直是生態(tài)學(xué)的一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)[3- 4]。關(guān)于生態(tài)環(huán)境脆弱性的定義,國(guó)內(nèi)外學(xué)者還未形成統(tǒng)一的理念[5],如Smith等認(rèn)為生態(tài)環(huán)境脆弱性是暴露程度與適應(yīng)能力二者共同決定的函數(shù)關(guān)系[6];徐廣才等提出生態(tài)環(huán)境脆弱性由敏感性、暴露性與適應(yīng)性3方面構(gòu)成,是人地系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)時(shí)表現(xiàn)出的一種屬性[7];劉斌濤等則認(rèn)為生態(tài)環(huán)境脆弱性是自然、人為共同作用下,生態(tài)系統(tǒng)受干擾而出現(xiàn)的生態(tài)功能下降的一種現(xiàn)象[8]。

當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱性展開(kāi)了諸多研究,并已取得了豐碩成果[5,9- 12]。從研究對(duì)象來(lái)看,多集中在湖泊水庫(kù)[13-16]、干旱區(qū)[7, 17]、高寒區(qū)[18-19]、煤炭礦區(qū)[20-22]、西南喀斯特地貌[23-24]等領(lǐng)域,但針對(duì)閩三角城市群這類近年來(lái)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而又處于南方紅壤侵蝕脆弱區(qū)的研究還相對(duì)缺乏。從研究方法來(lái)看,當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)的方法主要有AHP模型法[18-19,20]、熵值法[20]、主成分分析法[13,15, 25]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[26-27]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[28]、信息量模型法[29-30]等。如于伯華等基于AHP模型法,從地貌、氣候、植被和人類干擾4個(gè)方面共選取了10個(gè)指標(biāo)對(duì)青藏高原的生態(tài)環(huán)境脆弱性及其空間分異進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估[19];孫平軍等基于PSE模型,選取熵值法對(duì)礦業(yè)城市的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)[20]。然而這些方法主要存在兩方面的問(wèn)題:一是評(píng)價(jià)因子賦權(quán)的主觀性,如AHP模型評(píng)價(jià)法對(duì)各個(gè)因子的權(quán)重賦值人為作用對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響較大;二是評(píng)價(jià)因子的重疊性,由于生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互依存的有機(jī)體,評(píng)價(jià)指標(biāo)之間存在一定的共性和重疊性[15],這會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)重復(fù)冗余的問(wèn)題,進(jìn)而影響最終的評(píng)價(jià)精度。從研究?jī)?nèi)容來(lái)看,多是在不同時(shí)空尺度下,從數(shù)量特征、空間分布、空間分異及區(qū)劃等方面對(duì)特定研究區(qū)單一年份的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行分析,而針對(duì)不同年份的生態(tài)環(huán)境脆弱性變化及其驅(qū)動(dòng)力的分析則相對(duì)不足,并且關(guān)于生態(tài)環(huán)境脆弱性的空間集聚特征分析的成果也鮮見(jiàn)于報(bào)道。

鑒于此,本文以經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的閩三角城市群為例,采用空間主成分分析法(Spatial Principal Components Analysis,SPCA),既減少了人為權(quán)重賦值的主觀性,又有效降低了評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的重疊性,并結(jié)合全局Moran′I、LISA聚類以及土地利用方式,從總體特征、空間差異、空間集聚、地類脆弱性分異以及驅(qū)動(dòng)力等方面,對(duì)閩三角城市群2000—2015年的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行綜合評(píng)估,力圖揭示該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的時(shí)空演變特征及其驅(qū)動(dòng)力,為重建和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,有效防止生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化,保障城市群生態(tài)安全提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

閩三角城市群由廈門(mén)市、泉州市和漳州市3個(gè)設(shè)區(qū)市構(gòu)成,地處116°53′21′′—119°01′38′′E,23°33′20′′—25°56′45′′N,位于中國(guó)東南沿海,福建省的東南部,與臺(tái)灣島隔海相望,轄區(qū)總面積約2.5萬(wàn)km2(不含金門(mén))。閩三角城市群屬典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,夏季高溫多雨,冬季溫和少雨,年均降水量1000—2000 mm,年均溫21℃[31],地帶性植被是常綠闊葉林,林業(yè)資源豐富。閩三角城市群地勢(shì)西北高、東南低,多山地丘陵,平原主要分布于東南沿海一帶(圖1),鷹廈鐵路、龍廈高鐵、廈深高鐵、沈海高速、廈蓉高速、廈沙高速等貫穿全境,交通便捷,是福建省經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)。隨著人類活動(dòng)強(qiáng)度的加大,生態(tài)環(huán)境遭到破壞[9],且該地區(qū)以紅壤侵蝕性土壤為主,由于是臺(tái)風(fēng)登陸的高發(fā)地,夏季多短時(shí)強(qiáng)降雨,區(qū)域內(nèi)的滑坡、洪澇等自然災(zāi)害頻發(fā),水土流失也較為嚴(yán)重[29],這對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全造成了嚴(yán)重威脅。因此,針對(duì)閩三角城市群進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)具有迫切需求。

圖1 閩三角城市群地理位置 Fig.1 Location of the urban agglomeration in the Fujian Delta Region

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

前人關(guān)于生態(tài)環(huán)境脆弱性的研究已表明,區(qū)域的生態(tài)環(huán)境脆弱性主要由自然本底的敏感性和不穩(wěn)定性所造成的脆弱性以及人為活動(dòng)的干擾性和脅迫性所導(dǎo)致的脆弱性兩部分構(gòu)成[13,15]。閩三角城市群山地、丘陵的面積占比超過(guò)80%,地形起伏破碎、坡度較大、地質(zhì)狀況脆弱,且位于我國(guó)東南沿海臺(tái)風(fēng)高發(fā)區(qū),常伴有短時(shí)強(qiáng)降雨[32],因此自然本底較為脆弱。而閩三角城市群也是我國(guó)東南沿海經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū),近年來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)取得了重大突破,在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí),也在一定程度上威脅到了原有生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性,人為脅迫作用正日益凸顯。

當(dāng)前,“成因-結(jié)果”模型被廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境脆弱性的指標(biāo)體系構(gòu)建,它是基于研究區(qū)的地理特征來(lái)考慮影響地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的因子,進(jìn)而來(lái)評(píng)價(jià)地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的總體特征[4- 5]。如鄧偉等基于“成因-結(jié)果”模型,從氣候、植被、地形、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等方面選取了20個(gè)指標(biāo),對(duì)榆林市的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行綜合評(píng)估[33]。因此,參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果[5,7,9,29],針對(duì)研究區(qū)特殊的地形地貌特征,并且為確保所選取指標(biāo)體系能反映區(qū)域的整體特征,本研究基于“成因-結(jié)果”模型,從導(dǎo)致研究區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的“自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)”三方面的成因出發(fā),并考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性、可操作性和科學(xué)性,從地形、地貌、土壤、巖石、氣候等方面分別選取了高程[2,15]、坡度[8- 9,19,21]、巖性[15,29]、土壤類型[7,9,29]、NDVI[13,19- 20]、年均降水量[2,9,21]和年均溫[2,15]來(lái)表征其自然本底脆弱性特征;從社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等方面分別選取人口密度[9,13,21]、人均GDP[13,15,20]、路網(wǎng)密度[7,15,19]、景觀多樣性[2,14]、土地利用程度[5,21]和工業(yè)固體廢棄物排放量[13,20]來(lái)表征人為脅迫脆弱性特征,并建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。其中,坡度和高程為正向指標(biāo),其反映的是區(qū)域的地形地貌特征,坡度和高程越大,坡體的穩(wěn)定性越差,同時(shí)也較容易受暴雨侵蝕,進(jìn)而增強(qiáng)其生態(tài)環(huán)境脆弱性;土壤類型反映的是土壤侵蝕強(qiáng)度的本底特征,研究區(qū)處于南方紅壤侵蝕生態(tài)脆弱區(qū),且多短時(shí)強(qiáng)降雨,不同類型的土壤決定了其易發(fā)性和侵蝕強(qiáng)度,從而影響生態(tài)環(huán)境脆弱性;巖性反映的是地區(qū)的地質(zhì)狀況,研究區(qū)地質(zhì)較為脆弱,不同巖石類型通過(guò)影響其抗干擾、抗風(fēng)化能力,進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境脆弱性;NDVI為負(fù)向指標(biāo),其反映了區(qū)域內(nèi)的植被生長(zhǎng)狀況,NDVI值越大,其保持水土的能力越強(qiáng),抗干擾能力也越強(qiáng),生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定,則生態(tài)環(huán)境脆弱性越低;年均溫和年均降水量反映的是氣候條件的影響,年均降水量為正向指標(biāo),其會(huì)影響降水侵蝕能力,降水量大的地區(qū),水土侵蝕較嚴(yán)重,研究區(qū)年均降水充沛且多暴雨,會(huì)增強(qiáng)生態(tài)環(huán)境脆弱性;而年均溫為負(fù)向指標(biāo),其通過(guò)積溫的形式影響區(qū)域內(nèi)作物的生長(zhǎng)環(huán)境,積溫越大,越有利于植被的生長(zhǎng),生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定,從而降低生態(tài)環(huán)境脆弱性;人口密度、人均GDP、路網(wǎng)密度和工業(yè)固體廢棄物排放量為正向指標(biāo),其反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的脅迫作用,由于研究區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡,不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱性產(chǎn)生不同程度的增強(qiáng)作用;景觀多樣性和土地利用程度反映的是不合理的土地利用所帶來(lái)的環(huán)境壓力,土地利用程度為正向指標(biāo),其越大對(duì)環(huán)境的破壞程度越大,而景觀多樣性則為負(fù)向指標(biāo),反映用地類型的多樣化。在成因分析的基礎(chǔ)上,參考了相關(guān)研究的分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)[12],并基于研究區(qū)實(shí)際的數(shù)據(jù)特征,對(duì)這13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化賦值為2、4、6、8、10,由此來(lái)反映區(qū)域的生態(tài)環(huán)境整體特征與差異。

表1 生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦值與標(biāo)準(zhǔn)化

2.2 評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

構(gòu)建生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)(Eco-environment Vulnerability Index, EVI)以評(píng)價(jià)閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性狀況。為消除指標(biāo)信息中的重疊性和相關(guān)性,利用空間主成分分析法對(duì)13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析,根據(jù)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上確定2000年和2015年的6個(gè)主成分(表2)。

基于閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的評(píng)價(jià)模型,結(jié)合各指標(biāo)間的相互關(guān)系,并根據(jù)SPCA的基本原理,在盡可能損失較少信息的前提下,將多個(gè)指標(biāo)綜合成幾個(gè)能代表區(qū)域整體特征的主成分,進(jìn)而確定其EVI值,公式如下:

EVI=r1Y1+r2Y2+r3Y3+...+rnYn

(1)

式中,EVI為生態(tài)環(huán)境脆弱性綜合指數(shù),Yi為第i個(gè)空間主成分的數(shù)值,ri為第i個(gè)空間主成分對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率。

表2 各主成分特征值、貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率

基于SPCA的基本原理,由表2和式(1)得到閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)的計(jì)算公式:

需要說(shuō)明的是，終端信息地圖和終端檔案表的建立和更新是一個(gè)長(zhǎng)期不間斷的工作，所以要把這項(xiàng)工作納入考核體系。如：前期對(duì)業(yè)務(wù)員的考核是建立一家終端客戶檔案表獎(jiǎng)勵(lì)多少錢(qián)；隨著終端客戶檔案家數(shù)的健全，后期對(duì)業(yè)務(wù)員的考核是終端客戶檔案表信息填寫(xiě)正確無(wú)誤并及時(shí)更新的一家獎(jiǎng)勵(lì)多少錢(qián)，這樣才能保證建立健全正確無(wú)誤的終端信息題圖和終端檔案表。

EVI2000=0.4339×Y1+ 0.1441×Y2+ 0.1146×Y3+0.0721×Y4+0.0703×Y5+0.0488×Y6

(2)

EVI2015=0.4127×Y1′ + 0.1675×Y2′ + 0.0931×Y3′+0.0765×Y4′+0.052×Y5′+ 0.0497×Y6′

(3)

式中,EVI2000和EVI2015分別是2000年和2015年的生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù),Y1—Y6、、Y1′—Y6′分別是2000年和2015年基于空間主成分分析法提取的前6個(gè)主成分。

參照國(guó)內(nèi)外生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)的相關(guān)劃分標(biāo)準(zhǔn)[29],綜合考慮閩三角城市群特殊的生態(tài)環(huán)境特征,基于自然斷點(diǎn)法(Natural Breaks)對(duì)2000年的生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)進(jìn)行分級(jí),將生態(tài)環(huán)境脆弱性劃分為微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和極度脆弱5個(gè)等級(jí),各脆弱性等級(jí)的生態(tài)特征如表3,而2015年的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)與2000年保持一致,以確保評(píng)價(jià)結(jié)果的可對(duì)比性。

表3 生態(tài)環(huán)境脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及其生態(tài)特征

當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)單一要素的空間自相關(guān)性可由全局Moran′I和局部Moran′I兩個(gè)指標(biāo)來(lái)描述。生態(tài)環(huán)境脆弱性是一種自然的地理特征,而傳統(tǒng)的行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)分析會(huì)對(duì)其特征產(chǎn)生不合理的割裂,存在著尺度不匹配的現(xiàn)象,無(wú)法較好的反映其實(shí)際的空間格局特征。因此,本文在閩三角城市群生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上,以DEM提取的二級(jí)子流域?yàn)樵u(píng)價(jià)單元,計(jì)算每個(gè)流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境脆弱性均值,進(jìn)而基于全局Moran′I指數(shù)來(lái)分析其空間自相關(guān)性,并基于LISA聚類圖從流域自然單元的角度來(lái)探討閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的空間集聚性特征。

全局Moran′I指數(shù)的計(jì)算公式[34]為:

(4)

局部Moran′I指數(shù)的計(jì)算公式[35]為:

(5)

空間關(guān)聯(lián)局部指標(biāo)(Local Indicators of Spatial Association,LISA)聚類圖是在局部Moran′I指數(shù)的計(jì)算結(jié)果上進(jìn)行空間聚類得到的,它主要包含5種不同的空間聚集模式:高高聚集(H-H)、高低聚集(H-L)、低高聚集(L-H)、低低聚集(L-L)和不顯著(No significant)。不同空間聚集模式的含義[35-36]如表4。

表4 不同的LISA聚集模式的內(nèi)涵

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所選用的數(shù)據(jù)主要包括2000年和2015年的土地利用、地形(高程、坡度)、巖性、土壤類型、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、氣象(降水、氣溫)、景觀多樣性、土地利用程度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)(人口密度、人均GDP、路網(wǎng)密度、工業(yè)固體廢棄物排放量)和二級(jí)子流域等數(shù)據(jù)集。其中土地利用數(shù)據(jù)由30 m分辨率的Landsat系列遙感影像進(jìn)行遙感目視解譯,將其分為林地、草地、耕地、水域、建設(shè)用地和未利用地6種類型;DEM數(shù)據(jù)由1∶10萬(wàn)數(shù)字線劃圖進(jìn)行柵格化處理,分辨率為30 m,并由此提取出高程和坡度數(shù)據(jù);巖性來(lái)源于福建省地礦局,由1∶20萬(wàn)的福建省地質(zhì)圖進(jìn)行數(shù)字化;土壤類型數(shù)據(jù)來(lái)源于福建省農(nóng)業(yè)廳,由1∶50萬(wàn)福建省土壤類型圖進(jìn)行數(shù)字化;NDVI、年均溫和年均降水量數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn),其中,NDVI由SPOT_Vegetation 利用最大值合成法(MVC)進(jìn)行合成,年均降水量和年均溫?cái)?shù)據(jù)是由各氣象站點(diǎn)的年均溫、年均降水量進(jìn)行插值得到;景觀多樣性是將土地利用類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成柵格,再基于Fragstas 4.2軟件進(jìn)行多樣性指數(shù)提取;土地利用程度是在已分類的土地利用類型基礎(chǔ)上,根據(jù)土地利用類型的數(shù)量、面積及不同類型的土地利用程度參數(shù)[37]來(lái)計(jì)算得到;人口密度、人均GDP、路網(wǎng)密度、工業(yè)固體廢棄物排放量等社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要來(lái)源于2001年和2016年《福建省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《漳州市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》、《廈門(mén)市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》和《泉州市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》等,其中人口密度為各縣(市、區(qū))的總?cè)丝?總面積,人均GDP為各縣(市、區(qū))的地區(qū)生產(chǎn)總值/總?cè)丝?路網(wǎng)密度為各縣(市、區(qū))的道路總長(zhǎng)度/總面積;二級(jí)子流域則是基于閾值法確定河流網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而對(duì)30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行子流域提取;為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,將投影坐標(biāo)系統(tǒng)一為WGS 1984,并將所有評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)化為30 m分辨率的柵格影像。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)環(huán)境脆弱性整體特征

基于SPCA進(jìn)行權(quán)重賦值計(jì)算,得到2000—2015年閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性空間分布特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn),2000—2015年間,閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性均主要集中在輕度脆弱、中度脆弱和重度脆弱3個(gè)等級(jí),但生態(tài)環(huán)境脆弱性整體變大,重度脆弱和極度脆弱的比重有所上升。如表5所示:2000年,閩三角城市群不同生態(tài)環(huán)境脆弱性等級(jí)的面積大小順序?yàn)?中度脆弱>輕度脆弱>重度脆弱>微度脆弱>極度脆弱,其對(duì)應(yīng)面積占比分別為28.90%、27.41%、24.51%、17.95%和1.24%;2015年,閩三角城市群不同生態(tài)環(huán)境脆弱性等級(jí)的面積大小順序?yàn)?重度脆弱>中度脆弱>輕度脆弱>微度脆弱>極度脆弱,其對(duì)應(yīng)面積占比分別為42.44%、27.68%、16.78%、8.09%和5.00%。

表5 2000—2015年不同生態(tài)環(huán)境脆弱性等級(jí)面積及其占比

3.2 生態(tài)環(huán)境脆弱性空間差異特征

由2000年和2015年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的空間分布特征(圖2)可知,2000—2015年間,閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性呈現(xiàn)出由東南沿海向西北內(nèi)陸逐漸增強(qiáng)的態(tài)勢(shì),并具有明顯的地帶性特征。其中,極度脆弱和高度脆弱主要集中于西北山區(qū)地帶,輕度脆弱和微度脆弱主要集中東海沿海平原地帶。此外,在空間變化上,2000—2015年間,閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性表現(xiàn)出重度脆弱和極度脆弱的空間擴(kuò)展以及輕度脆弱和微度脆弱的空間萎縮,生態(tài)環(huán)境脆弱性整體增強(qiáng)。

圖2 2000—2015年生態(tài)環(huán)境脆弱性空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of ecological environment vulnerability from 2000 to 2015

圖3 2000—2015年生態(tài)環(huán)境脆弱性變化空間分布圖 Fig.3 Spatial distribution of change of ecological environment vulnerability from 2000 to 2015

對(duì)2000年和2015年的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行差值運(yùn)算,得到2000—2015年間閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性變化量的空間分布特征,如圖3所示:2000—2015年間,閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性變化存在較大的空間異質(zhì)性。其中,東南沿海平原地帶的生態(tài)環(huán)境脆弱性增長(zhǎng)較不明顯,甚至有些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性有所下降,特別是晉江市、石獅市、鯉城區(qū)、豐澤區(qū)以及龍海市等地,表明這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn);而西北內(nèi)陸山區(qū)地帶的生態(tài)環(huán)境脆弱性則增長(zhǎng)較為明顯,特別是華安縣、南靖縣、安溪縣、南安市和平和縣等地,表明這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化,且趨勢(shì)明顯。

3.3 生態(tài)環(huán)境脆弱性空間聚集特征

3.3.1 全局Moran′ I

本文在2000和2015年生態(tài)環(huán)境脆弱性的評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上,對(duì)每個(gè)流域單元的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行區(qū)域統(tǒng)計(jì),并基于空間自相關(guān)工具,計(jì)算生態(tài)環(huán)境脆弱性的全局Moran′I(表6)。結(jié)果顯示:2000和2015年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的的全局Moran′ I指數(shù)分別為0.8595和0.8617,Z得分分別為19.4253和19.4919(在ρ<0.05下,當(dāng)|Z|>1.96時(shí),研究對(duì)象在空間上具有顯著的空間自相關(guān)性,且當(dāng)Moran′ I指數(shù)大于零則為正相關(guān),小于零則為負(fù)相關(guān)[36]),說(shuō)明2000年和2015年閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性存在顯著的空間自相關(guān)性,且為顯著正相關(guān)。

3.3.2 局部Moran′ I

在全局Moran′ I的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步計(jì)算其局部Moran′ I,并由此得到LISA聚類圖。如圖4所示:2000和2015年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性呈現(xiàn)出顯著的空間集聚性特征,并以高高聚集(H-H)和低低聚集(L-L)為主。兩個(gè)年份的空間集聚性特征整體趨勢(shì)大致相同,即在研究區(qū)西北部山區(qū)地帶呈現(xiàn)出顯著的高高聚集,表明這些地區(qū)是高值聚集區(qū);而在東南沿海平原、丘陵區(qū)地帶則呈現(xiàn)出顯著的低低聚集,表明這些地區(qū)是低值聚集區(qū);而其余的評(píng)價(jià)單元集聚性則不顯著。但是,兩個(gè)年份之間也有發(fā)生集聚性的遷移和擴(kuò)張。如2015年相比2000年,在研究區(qū)西南部有個(gè)流域的高高集聚特征凸顯,西北部邊緣地帶的高高集聚特征也有所遷移;而在東南部的低低聚集帶也所擴(kuò)張和遷移?？梢?jiàn),2000—2015年間,閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性在空間上的集聚特征均有不同程度的遷移和擴(kuò)張,空間集聚性越發(fā)明顯。

表6 2000—2015年生態(tài)環(huán)境脆弱性空間自相關(guān)參數(shù)

3.4 不同土地利用類型的脆弱性分異

在生態(tài)環(huán)境脆弱性的評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上,結(jié)合閩三角城市群2000和2015年的土地利用方式,進(jìn)一步探討不同土地利用類型下的生態(tài)環(huán)境脆弱性時(shí)空分異特征。如表7所示,閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性在不同土地利用方式下存在著一定的異質(zhì)性。2000年時(shí),林地以中度脆弱和重度脆弱為主;草地以輕度脆弱和中度脆弱為主;水域、耕地和建設(shè)用地以微度脆弱和輕度脆弱為主;未利用地則以輕度脆弱和重度脆弱為主。而2015年時(shí),林地、草地以中度脆弱和重度脆弱為主;水域和耕地以輕度脆弱和中度脆弱為主,建設(shè)用地仍以微度脆弱和輕度脆弱為主;未利用地仍以輕度脆弱和重度脆弱為主。

表7 2000—2015年不同土地利用類型下的生態(tài)脆弱性等級(jí)分布/km2

從不同土地利用類型下的生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)來(lái)看(表8),2000—2015年間,閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性總體上以中度脆弱為主,但呈現(xiàn)出由中度脆弱向重度脆弱過(guò)渡的總體趨勢(shì),不同土地利用類型下的生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)大小順序始終為:林地>未利用地>草地>耕地>水域>建設(shè)用地。其中,林地和未利用地從中度脆弱向重度脆弱過(guò)渡,耕地從輕度脆弱向中度脆弱過(guò)渡,建設(shè)用地從微度脆弱向輕度脆弱過(guò)渡,而草地和水域的脆弱性等級(jí)基本保持不變。不難發(fā)現(xiàn),2000—2015年間,各土地利用類型下的生態(tài)環(huán)境脆弱性均有不同程度的增強(qiáng),其中建設(shè)用地、水域和耕地的增長(zhǎng)幅度最大,反映了其生態(tài)環(huán)境脆弱性的惡化加劇。

表8 2000—2015年不同土地利用類型的生態(tài)環(huán)境脆弱性綜合指數(shù)

3.5 生態(tài)環(huán)境脆弱性驅(qū)動(dòng)力分析

本文采用各評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率大小來(lái)表征其驅(qū)動(dòng)作用的大小。由2000年主成分分析所得到的載荷矩陣(表9)可知:第1主成分為社會(huì)-經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)主成分,其中人口密度和景觀多樣性的貢獻(xiàn)較大,表明人口密度和景觀多樣性等社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是2000年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的核心驅(qū)動(dòng)因子;而第2、第3和第4主成分為自然驅(qū)動(dòng)主成分,其中第2主成分中土壤類型的貢獻(xiàn)較大,第3主成分中,巖性和土壤類型的貢獻(xiàn)較大,第4主成分中坡度和土壤類型貢獻(xiàn)較大,表明土壤類型、巖性和坡度等自然本底特征對(duì)該時(shí)期生態(tài)環(huán)境脆弱性的驅(qū)動(dòng)作用也較強(qiáng)?？梢?jiàn),2000年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境的主要驅(qū)動(dòng)因子是人口密度、景觀多樣性、巖性、土壤類型和坡度,而高程、路網(wǎng)密度、NDVI、年均溫、年均降水量、人均GDP、土地利用程度和工業(yè)固體廢棄物排放量這8個(gè)因子在前4個(gè)主成分中的貢獻(xiàn)率均較小,并非導(dǎo)致2000年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的主要原因。

表9 2000年主成分載荷矩陣

*表示各個(gè)主成分中貢獻(xiàn)率較高的影響因子

由2015年主成分分析所得到的載荷矩陣(表10)可知:第1主成分中仍為社會(huì)-經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)主成分,其中人口密度和景觀多樣性的貢獻(xiàn)也較大,表明人口密度和景觀多樣性等社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展仍是該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性最主要的驅(qū)動(dòng)力;第2主成分為經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)主成分,其中路網(wǎng)密度和工業(yè)固體廢棄物排放量的貢獻(xiàn)較大,表明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,伴隨而來(lái)的道路建設(shè)和工業(yè)的快速發(fā)展已成為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性的第二大的驅(qū)動(dòng)力;第3和第4主成分為自然驅(qū)動(dòng),并且均以巖性和土壤類型的貢獻(xiàn)最大,表明了雖然第二驅(qū)動(dòng)為經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)所替代,但自然本底特征仍對(duì)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性起到一定的制約作用?？梢?jiàn),2015年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境的主要驅(qū)動(dòng)因子是人口密度、景觀多樣性、路網(wǎng)密度、工業(yè)固體廢棄物排放量、巖性、土壤類型,而高程、坡度、NDVI、年均溫、人均GDP、年均降水量和土地利用程度這7個(gè)因子在前4個(gè)主成分中的貢獻(xiàn)率均較小,并非導(dǎo)致2015年閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的主要原因。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文立足于閩三角城市群的特殊自然地理特征,基于“成因-結(jié)果”模型,選取了13個(gè)與該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性相關(guān)的影響因子建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并基于空間主成分分析法,對(duì)2000—2015年閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性時(shí)空演變特征及其驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行深入分析,主要結(jié)論如下:

表10 2015年主成分載荷矩陣

*表示各個(gè)主成分中貢獻(xiàn)率較高的影響因子

(1)閩三角城市群2000年和2015年的生態(tài)環(huán)境脆弱性綜合指數(shù)分別為8.14和9.24,表明2000—2015年間,生態(tài)環(huán)境脆弱性整體處于中度脆弱,但呈現(xiàn)出由中度脆弱向重度脆弱過(guò)渡的趨勢(shì),表現(xiàn)出重度脆弱和極度脆弱的空間擴(kuò)展以及輕度脆弱和微度脆弱的空間萎縮;

(2)閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性呈現(xiàn)出由東南沿海向西北內(nèi)陸逐漸增強(qiáng)的整體趨勢(shì),并存在明顯的地帶性特征,生態(tài)環(huán)境脆弱性存在顯著的空間自相關(guān)性,且為顯著正相關(guān),在西北部山區(qū)地帶為顯著的高高聚集,在東南沿海平原地帶為顯著的低低聚集,16年間集聚性特征在空間上有所遷移和擴(kuò)張。

(3)閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性在各地類存在著一定的異質(zhì)性,其生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)大小順序始終為:林地>未利用地>草地>耕地>水域>建設(shè)用地。2000—2015年間,各地類的生態(tài)環(huán)境脆弱性均有不同程度的增強(qiáng),其中建設(shè)用地、水域和耕地的增長(zhǎng)幅度最大,反映了其生態(tài)環(huán)境脆弱性的惡化加劇。

(4)2000—2015年間,閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的驅(qū)動(dòng)力有所變化,但人口密度、景觀多樣性、巖性和土壤類型一直是閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性主要的驅(qū)動(dòng)力。在2015年時(shí),2000年的坡度驅(qū)動(dòng)已逐漸退化,而路網(wǎng)密度和工業(yè)固體廢棄物排放量的驅(qū)動(dòng)作用則逐漸增強(qiáng)。

4.2 建議

(1)研究發(fā)現(xiàn),2000—2015年間,閩三角城市群的生態(tài)環(huán)境脆弱性整體變大,不同土地利用方式下的生態(tài)環(huán)境脆弱性呈現(xiàn)出不同程度的增長(zhǎng),并在西北部山區(qū)地帶形成高脆弱的聚集帶,且高高集聚愈發(fā)顯著,而高脆弱區(qū)的聚集會(huì)極大的擴(kuò)大原有的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),對(duì)地區(qū)的生態(tài)安全造成威脅。因此,在未來(lái)的城市群建設(shè)中,發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),要因地制宜地制定科學(xué)合理的地區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略,要特別注意西北部生態(tài)環(huán)境脆弱性較強(qiáng)區(qū)域的生態(tài)保護(hù),防止進(jìn)一步的生態(tài)環(huán)境惡化;此外,由于建設(shè)用地、水域和耕地等人類活動(dòng)干擾作用最強(qiáng)的地類生態(tài)環(huán)境脆弱性惡化程度最為嚴(yán)重,因此,也需要制定嚴(yán)格的控制保護(hù)措施,如建立保護(hù)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)、免耕區(qū)和濕地保護(hù)公園等措施,從法律上避免人為的過(guò)度破壞,保護(hù)這些易脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境,并可適當(dāng)實(shí)行相應(yīng)的退耕還林、還草等措施以恢復(fù)和改善地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

(2)由驅(qū)動(dòng)力分析可知,2000—2015年間,閩三角城市群生態(tài)環(huán)境脆弱性的主要驅(qū)動(dòng)力可分為三大類,即自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng),而研究發(fā)現(xiàn),2000—2015年間,社會(huì)和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)在該地區(qū)的影響一直很大,在第一主成分的占據(jù)了較大的貢獻(xiàn)率,甚至在2015年時(shí),第二主成分也為經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)所占據(jù)。不難發(fā)現(xiàn),人為活動(dòng)所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性影響越來(lái)越大,人為脅迫的干擾性不可忽視,并主要通過(guò)人口密度、景觀多樣性、路網(wǎng)密度和工業(yè)固體廢棄物排放量等方面來(lái)反映。因此,在未來(lái)城市群發(fā)展建設(shè)的同時(shí),要想保持城市群的健康可持續(xù)發(fā)展,降低生態(tài)環(huán)境脆弱性,需要適度的控制地區(qū)的人口密度,切實(shí)的推行發(fā)展與保護(hù)并重的策略,優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu),避免不合理的開(kāi)墾和建設(shè),維持地區(qū)的景觀多樣性特征,并合理規(guī)劃道路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的空間布局,盡可能的集約化和高效化。此外,要避免走“先發(fā)展后治理”的老路,政府需要切實(shí)的監(jiān)管各個(gè)行業(yè)的發(fā)展,減少污染物的無(wú)處理排放,需要制定相應(yīng)的政策以規(guī)范企業(yè)的排污標(biāo)準(zhǔn),減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞,努力建造一個(gè)經(jīng)濟(jì)繁榮而自然和諧的可持續(xù)發(fā)展的城市群。