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有學者運用《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術規(guī)范(試行)》(HJ/T192-2006)[4]標準中的生態(tài)環(huán)境狀況評價指標體系和計算方法對小流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價研究.如:鄭淑娟等利用評價指標體系對閩江流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價進行了評價[11];仙巍等利用遙感及評價指標體系,得出岷江上游2005年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級達到了優(yōu),岷江上游茂縣2005年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略微好于2000年,其余4個縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在此期間無明顯變化[12];張建龍等構建了瑪蚋斯河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系,得出30年該流域生態(tài)環(huán)境由較差狀態(tài)轉(zhuǎn)化為一般狀態(tài),生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在向良性循環(huán)方向發(fā)展;龔文峰利用評價指標體系對松花江流域生態(tài)環(huán)境進行了評價,對區(qū)域土地生態(tài)環(huán)境的保護和改善具有積極意義[13].本文采用遙感的方法,結(jié)合技術規(guī)范的評價指標體系和計算方法等要求,對白水河流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價,分析了該流域目前存在的主要生態(tài)問題交提出了相應的對策措施.
研究區(qū)自然概況
白水河是洞庭湖水系沅江下游左岸的一級支流酉水河的上游,發(fā)源于湖北省宣恩縣椿木營鄉(xiāng)的火燒堡,分水嶺高程2014.5m.有觀音坪、沙坪、竹園和小河口水電站規(guī)劃梯級位于白水河干流的上游.流域的地勢為東北高、西南低,白水河自東北流向西南,全長89.9km.氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L氣候區(qū),氣候溫和,雨量豐沛,且雨熱同期.由于地形地貌的差異和海拔高度的變化,又呈復雜多變的山地氣候.海拔越高,降水量越大,年平均氣溫越低.流域評價范圍內(nèi)植物種類豐富,是湖北省植物區(qū)系較豐富的地區(qū)之一.植被類型屬湖北南部中亞熱帶常綠闊葉林地帶,鄂西南山地植被區(qū),武陵山山原植被小區(qū).其中海拔560~1500m區(qū)域地處常綠落葉、闊葉混交林地帶和常綠闊葉林帶;海拔560~700m主要自然植物為灌叢和灌草叢,此外還有分布一定面積的農(nóng)田、經(jīng)濟果木林等,原生植被較少;海拔700~1200m主要自然植被為落葉闊葉灌叢.常綠闊葉林在本帶內(nèi)低山、封閉溝谷有零星、小塊狀殘存分布;海拔1200m~1500m隨著海拔的升高,氣溫下降,濕度增大,落葉樹種的比例逐漸增大,同時杉木林、馬尾松林等針葉林所占比例也較大.
研究資料及方法
研究資料本文所用數(shù)據(jù)來源于衛(wèi)星遙感圖片,使用了2011年8月Landsat5-TM影像,精度為30m;評價體系中以縣為評價單位的二氧化硫年排放量、COD排放量、固體廢物年排放量源于2011年恩施州環(huán)境統(tǒng)計公報,其他數(shù)據(jù)來源于2011年宣恩縣統(tǒng)計年鑒.
研究方法本文采用ERDASImagine9.1軟件對衛(wèi)星遙感圖片進行遙感處理分析,通過非監(jiān)督分類法,并結(jié)合實地考察測得的地面GPS樣點數(shù)據(jù)和等高線、坡度、坡向等相關信息,對衛(wèi)片(2011年8月)進行解譯,產(chǎn)生植被初圖,在植被圖的基礎上,進一步合并有關土地類型,得到土地利用類型圖.從而完成數(shù)字化的土地利用類型圖和景觀格局圖,最后進行景觀質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價.依據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術規(guī)范(試行)》[4](HJ/T192-2006)的評價指標篩選原則,本文選取生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)5個指標分析流域內(nèi)生物、植被、水資源、土地以及環(huán)境污染等情況,通過賦予各指標不同的權重,計算區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù),綜合區(qū)域總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.
生物豐度指數(shù)生物豐度指數(shù)是指通過單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異,間接地反映被評價區(qū)域內(nèi)生物豐度的豐貧程度[4].生物豐度指數(shù)的計算公式[4]為:生物豐度指數(shù)=Abio×(0.35×林地面積+0.21×草地面積+0.28×水域濕地面積+0.11×耕地面積+0.04×建設用地面積+0.01×未利用地面積)/區(qū)域面積.式中,Abio為生物豐度指數(shù)的歸一化系數(shù),此處采用全國生物豐度指數(shù)歸一化系數(shù)Abio=400.62代入公式進行計算.
植被覆蓋指數(shù)植被覆蓋指數(shù)指被評價區(qū)域內(nèi)林地、草地、農(nóng)田、建設用地和未利用地5種類型的面積占被評價區(qū)域面積的比重,用于反映被評價區(qū)域植被覆蓋的程度[4].植被覆蓋指數(shù)計算公式[4]為:植被覆蓋指數(shù)=Aveg×(0.38×林地面積+0.34×草地面積+0.19×耕地面積+0.07×建設用地+0.02×未利用地)/區(qū)域面積.式中,Aveg為植被覆蓋指數(shù)的歸一化系數(shù).此處采用全國植被覆蓋指數(shù)歸一化系數(shù)Aveg=355.24.
水網(wǎng)密度指數(shù)水網(wǎng)密度指數(shù)是指被評價區(qū)域內(nèi)河流總長度、水域面積和水資源量占被評價區(qū)域面積的比重,用于反映被評價區(qū)域水的豐富程度[4].水網(wǎng)密度指數(shù)的計算公式[4]為:水網(wǎng)密度指數(shù)=Ariv×河流長度/區(qū)域面積+Alak×(湖庫)近海面積/區(qū)域面積+Ares×水資源量/區(qū)域面積.式中,Ariv為河流長度的歸一化系數(shù).此處采用全國河流長度歸一化系數(shù)Ariv=46.43.式中,Alak為湖庫面積的歸一化系數(shù),此處采用全國水資源量歸一化系數(shù)Alak=17.88.式中,Ares為水資源量的歸一化系數(shù),此處采用全國水資源量歸一化系數(shù)Ares=61.42.
土壤退化指數(shù)土壤退化指數(shù)是指被評價區(qū)域內(nèi)風蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評價區(qū)域面積的比重,用于反映被評價區(qū)域內(nèi)土地退化程度[4].土壤退化指數(shù)的計算公式[4]為:土地退化指數(shù)=Aero×(0.05×輕度侵蝕面積+0.25×中度侵蝕面積+0.7×重度侵蝕面積)/區(qū)域面積.式中,Aero為土地退化指數(shù)的歸一化系數(shù),此處采用全國土地退化指數(shù)歸一化系數(shù)Aero=146.33.
環(huán)境質(zhì)量指數(shù)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是指被評價區(qū)域內(nèi)受納污染物負荷,用于反映評價區(qū)域所承受的環(huán)境污染壓力[4].環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的計算公式[4]為:環(huán)境質(zhì)量指數(shù)=0.4×(100-ASO2×SO2年排放量/區(qū)域面積)+0.4×(100-ACOD×COD年排放量/區(qū)域年均降雨量)+0.2×(100-Asol×固體廢物年排放量/區(qū)域面積).式中,ASO2為SO2的歸一化系數(shù),此處采用全國SO2的歸一化系數(shù)0.06;式中,ACOD為COD的歸一化系數(shù),此處采用全國COD的歸一化系數(shù)0.33;式中,Asol為固體廢物的歸一化系數(shù),此處采用全國固體廢物的歸一化系數(shù)0.07.
生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EcologicalIndex,EI)生態(tài)環(huán)境指數(shù)是指反映被評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的一系列指數(shù)的綜合.生態(tài)環(huán)境指數(shù)的計算公式[4]為:EI=0.25×生物豐度指數(shù)+0.2×植被覆蓋指數(shù)+0.2×水網(wǎng)密度指數(shù)土0.2×(100-土地退化指數(shù))+0.15×環(huán)境質(zhì)量指數(shù).
數(shù)據(jù)計算
土地利用類型面積2011年10月筆者制定了詳細的野外考察計劃,通過GPS定位,對各種土地類型進行定位.通過衛(wèi)片解譯得出評價區(qū)內(nèi)有林地、水域濕地、耕地、建筑用地、未利用地5種土地利用類型,下分13種結(jié)構類型。
計算結(jié)果生物豐度指數(shù)=400.62×[0.35×(139.27×0.6+82.43×0.25+4.16×0.15)+0.28×(5.89×0.1+1.96×0.6)+0.11×(3.78×0.6+12.20×0.4)+0.04×(0.16×0.3+2.65×0.4+0.31×0.3)+0.01×(0.3×0.49+0.2×0.33)]/253.63=60.04.3.3植被覆蓋指數(shù)的權重及計算方法3.3.2計算結(jié)果植被覆蓋指數(shù)=355.24×[0.38×(139.27×0.6+82.43×0.25+4.16×0.15)+0.19×(3.78×0.7+12.20×0.3)+0.07×(0.16×0.3+2.65×0.4+0.31×0.3)+0.02×(0.3×0.49+0.2×0.33)]/253.63=57.58.
水網(wǎng)密度指數(shù)計算方法水網(wǎng)密度指數(shù)=46.43×153.29/253.63+17.88×1.57/253.63+61.42×173.35/253.63=70.15.
環(huán)境狀況指數(shù)(EI)計算方法
EI計算結(jié)果EI=0.25×60.04+0.2×57.58+0.2×70.15+0.2×(100-24.14)+0.15×99.76=70.69.根據(jù)EI的計算結(jié)果,評價范圍內(nèi)的EI為70.69.在生態(tài)環(huán)境狀況分級為良,植被覆蓋度較高,生物多樣性水平較豐富,基本適合人類生存.
主要生態(tài)問題及措施
白水河流域所在的宣恩縣,于2000年10月正式啟動實施天然林資源保護工程,工程實施以來,全縣新增有林地面積287km2,凈增森林活立木蓄積189萬m3.且2012年宣恩縣被確定為第二批全國綠色能源示范縣以來,通過收集全縣農(nóng)業(yè)廢棄物、剩余物數(shù)據(jù),制定各項規(guī)劃擬解決排放物污染環(huán)境等問題.根據(jù)計算,白水河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好,生物多樣性較為豐富,生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定,但也存在一定的生態(tài)問題.影響白水河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要生態(tài)因素主要有人為干擾較大、土地墾殖過度、水污染加重、水土流失加劇等.農(nóng)村污染是流域總氮、總磷負荷的主要來源之一.隨著工業(yè)和交通航運的日益發(fā)達,各類潛在污染源、危險源也逐漸增多;此外,山地資源的不合理開發(fā)利用,森林砍伐,土地墾殖過渡,森林覆蓋率低帶來的生態(tài)問題會導致水土流失加劇.因此,應在流域范圍內(nèi)繼續(xù)加強林業(yè)生態(tài)工程建設、控制農(nóng)業(yè)面源污染源,加之區(qū)域內(nèi)不斷實行天保林、退耕還林等工程,會使得流域范圍內(nèi)的林地面積增加,且林地的生物豐度指數(shù)權重高于耕地和水域的權重,因此這些因素可能會使流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況向更好的方向變化.
作者:李妮婭唐瑤楊麗肖志豪陳征李紅濤胡明玉單位:華中師范大學生命科學學院武漢市伊美凈科技發(fā)展有限公司