基于集对分析的喀斯特生态景观退化诊断研究——以毕节地区为例

邵技新，张凤太，3 ，苏维词 ，曹 欢

(1.贵州师范学院地理与旅游学院，贵阳550018;2.贵州师范学院 资源环境与灾害研究所，贵阳550018;3.南京大学地理与海洋学院，南京210093;4.贵州省科学院山地资源研究所，贵阳550001;5.贵州大学资源与环境学院，贵阳55003)

景观是指由地貌过程和各种干扰作用形成的，具有特定结构、功能和动态特征的一种宏观系统[1]。目前，关于生态景观的研究主要集中在对农业[2-3]、城市[4]、河流[5]、森林[6]等生态景观的格局分析[7]、景观的优化与设计[8]、景观的修复[9]等方面，对生态景观的评价和诊断相对较少，研究较薄弱。当前对生态系统健康和安全等的评价较多[10-11]，研究也较成熟。但对生态景观退化程度的诊断研究大多停留在初始阶段，尤其是对喀斯特地区生态景观的退化研究文献更少，已有研究主要是定性和单一因子评价[12]，缺乏科学定量的综合评价指标体系及合适的评价方法。本研究在此尝试性地从生态系统的结构、功能和环境污染状况上选择指标，建立生态景观退化的诊断指标体系，采用定量化(集对分析)的方法，对喀斯特地区生态景观退化程度进行诊断，为喀斯特地区生态景观的恢复和重建提供有益参考。

1 研究区域概况

毕节地区是典型的喀斯特山区，处在滇东高原向黔中山原丘陵过渡的倾斜地带，境内多山，高原山地占全区总面积的93.3%。大部分地方属北亚热带温凉湿润季风气候，水热资源适中。毕节地区是贵州省石漠化集中分布区域，石漠化广泛分布于全区，分布范围广、面积大。从无石漠化到极强度石漠化均有分布。喀斯特生态景观呈不同程度的退化状态。

2 指标体系确定

根据喀斯特地区生态系统的状况及分析建模的要求，在指标确定上要依据如下原则:(1)指标要具有可比性。(2)指标的分辨意义和差异性显著，以避免选用指标因地域差异过小给归类带来困难。(3)指标不能高度相关;(4)指标数据收集的可行性。

依据以上原则，结合生态景观退化的表现形式以及资料来源等情况，从生态景观的结构退化、功能退化和环境污染等3个方面选择21个评价指标，组成喀斯特地区生态景观退化评价诊断指标体系(表1)。

另外，查阅贵州统计年鉴、贵州年鉴、毕节地区年鉴、毕节地区统计年鉴、贵州省水资源公报、毕节地区国民经济和社会发展统计公报、贵州省土地利用总体规划资料和毕节地区环境质量报告书等资料并结合已有文献[13-14]得出指标体系各指标的数据(表1)。

决定评价是否成功的关键是如何选择适宜的评价指标与评价标准。在生态景观评价指标提出之后，评价标准就是生态景观退化评价最困难的问题之一。

表1 喀斯特生态景观退化诊断评价指标体系

目前，学术界尚没有统一认可的喀斯特生态景观退化诊断评价标准。本文参考喀斯特生态系统退化的评价标准[13-14]，将喀斯特生态景观退化的评价标准分5个等级，即微退化、轻退化、中退化、强退化、极强退化。由于对于喀斯特生态景观退化诊断评价的标准还没有具体的研究，文献很少，因此在退化诊断标准的制定上，主要参考的是各地区关于生态系统健康的评价标准[14-15]，在此基础上再进行适当的调整和修正。本标准的制定主要依据国家环保总局制定的生态县、生态市、生态省建设指标(修订稿)、国家制定和颁布的有关环境标准、行业标准与设计标准，以及国内外公认的生态系统健康地区、生态城市标准的建议值，做适当的调整，作为喀斯特生态景观退化诊断的标准值(表2)。

表2 喀斯特生态景观退化诊断评价指标分级标准

3 喀斯特生态景观退化程度综合诊断流程

3.1 模式决策模型构建

(2)建立评价指标的评价标准。标准的级数可以随意设定，但不宜太多，本研究设评价标准为5级。对于一级标准，记为集合=(1 ，1，1，1，…，1);对于2级标准 ，记为集合 B2=(2，2，2，2，…，2);对于 3 级标准 ，记为=(3，3，3，3，…，3)，以此类推 。

(3)根据步骤 2的等级标准将集合 Ai=(xi，1，)中的元素进行符号化处理。如落入 1 级区间，该指标为第1级，则该指标量化为符号“1”;如落入第2级，则该指标量化为符号“2”，如落入第3级，则该指标量化为符号“3”，以此类推，于是得到符号量化的集合Ai

(4)构造集对 H(Ai，Bl)(l=1 ，2，3，4 ，5;i=1，2 ，…，n)。将集对中的Ai与Bl对应的元素进行对照，统计符号相同的个数，记为S;相差1级的，如1和 2，2和3，记为F1;统计相差2级的个数，如1和3，记为;以此类推，统计相差K-2级的个数，如2与K，记为;统计相差K-1级的个数，如1与K，记为P。得到K元联系度[16]:

式中:S+F1+F2+…+FK-2+P=m，本研究K=5，即是具有5级联系度。

(4)确定I1，I2…，IK-2和J的值，在本文中即是 I1和J。采用经验取值法[16]，得到 I1=0.5和J=-1。

(5)模式优选。将第3级标准(好)设为最优标准集合 ，即 B3，将 I1=0.5和J=-1。

带入公式(1)得到综合评价联系数，根据联系数的大小对待选模式进行排序，联系数越大，对应的方案就越优越[16]。

3.2 数据符号化

依据上面的计算步骤，首先将数据符号化，见表3。

表3 符号化数据

3.3 联系数的计算

将符号化的数据，带入步骤4的公式(1)中进行计算，得出以下5元联系度公式:

由均匀取值法[16]得出 ，I1=0.5，I2=0，I3=-0.5 ，J=-1，带入联系度公式，得出2003年:

同理得出2004年、2005年和2006年的联系度如下:

2004年:

2005年:

2006年:

4 喀斯特生态景观综合诊断结果及分析

根据大数原则[16]，2003-2006年联系数分别取η(A2003-B3)=0.333;η(A2004-B3)=0.3095;η(A2005-)=0.286;η()=0.309 。

依据以上计算的联系数，仅从数值归类，2003-2006年毕节地区生态景观处于中度退化、中度退化、轻退化、中度退化 4个阶段。从图 1看出，2003-2006年各年毕节地区生态系统退化状态基本上都处于第3阶段和第4阶段的过渡区域，即处于中度退化和轻度退化的过渡阶段，强退化、中退化和轻退化的总趋势远远大于微退化的比率，整体不容乐观。但从图1看出，2003-2005年极强退化、强退化、中退化3个阶段都存在缓慢减少趋势，轻退化和微退化的比例在缓慢增加。说明前期毕节地区生态治理(石漠化治理)的成效开始显现，毕节地区的生态效益向着好的方向发展。2005-2006年在极强退化、强退化、中退化阶段出现明显的增加趋势，其主要原因是2005-2006年，贵州省出现干旱灾害(2005年秋季至2006年冬季，西南大部分地区持续少雨，一度出现了较严重的秋冬连旱，2006年夏季，重庆、四川，贵州部分地区降水持续偏少，并遭受罕见高温热浪袭击，出现特大伏旱)，加剧了喀斯特地区生态景观的退化。

图1 毕节地区生态景观退化诊断

5 结论

(1)从生态景观的结构退化、功能退化和环境污染等3个方面选择了21个评价指标，组成喀斯特地区生态景观退化评价诊断指标体系。

(2)依据已有标准，结合喀斯特地区的特点，制订了喀斯特地区的生态景观退化诊断的分级标准。

(3)依据诊断指标体系和评价标准，借助集对分析方法，以毕节试验区为例，分析得出毕节地区2003-2006年的各年毕节地区生态系统退化状态基本上都处于第3阶段和第4阶段的过渡区域，即处于中度退化和轻度退化的过渡阶段。

(4)由以上确定的喀斯特生态景观退化诊断指标体系和诊断标准，借助集对分析方法得出的毕节试验区喀斯特景观退化状况，与该地区已有的喀斯特生态系统健康评价研究[14-15]，可以相互印证。因此，本研究确定的生态景观退化诊断指标体系、诊断标准以及诊断方法具有一定的科学意义。

由于收集数据和经费有限原因，本研究在研究退化生态景观退化诊断评价时是以县为单位划分的，尺度相对较大，但也具有一定的参考和借鉴以及研究价值，以后应进一步以此为基础，进行研究，将喀斯特退化生态系统的评价范围进一步缩小，以群落、小流域为单位，或者是借助遥感和GIS的图像叠加合成技术，以各生态景观退化指标的栅格数据图(如石漠化分布图、植被类型分布图等)，通过叠加分析，来确定贵州省喀斯特退化生态景观的等级类型和范围，将会是具有重要的科研和生态修复实践的指导意义。

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