苏州市吴中区生态环境质量现状定量评估与分析

2015-06-16汤榕珺等

天津农业科学 2015年6期

汤榕珺等

摘要：生态环境是人类生存及社会经济持续发展的基础，经济的快速增长有效提高了人民生活水平，但同时对生态环境也造成了一定的影响。为了更好地了解经济发展和城市化对城市生态环境的影响程度，定量评估其影响水平，以苏州市吴中区为研究对象，选取生态承载力、土地利用变化、植被净初级生产力（NPP）和生态因子指数等4个指标对苏州市吴中区的生态环境质量进行定量评估和分析。结果表明：（1）苏州市吴中区人均生态承载力为0.273 4～0.104 4 hm2，表现出较为明显的生态赤字。在2005—2012年间，人均生态承载力、生态足迹和生态赤字分别下降62%，48%和46%，但从生态足迹和承载力来看，生态赤字现象仍较为严重。（2）2000—2013年间，苏州市吴中区植被NPP平均值以C计减少了0.12 g·m-2，固碳总量减少了0.8×109 g·a-1，表明吴中地区各类生态系统的固碳能力和生产能力呈现下降趋势。（3）2000—2013年间，苏州市吴中区共有406.41 km2土地覆被发生转化。其中，共有139.53 km2土地转化成人工表面，主要来源于农田、植被和水田，转化面积分别为76.16，30.01和24.25 km2。（4）虽然吴中区自然生态绿化面积在增加，但植被厚度、生物多样性、生态能力和碳汇量在减少，其生态环境质量呈变差趋势。因此，最终结果是吴中区因受到经济开发和城市化的影响较大及生态保护措施不利，近10年来其总体生态环境质量呈下降趋势，其发展与保护的矛盾仍很尖锐。

关键词：苏州市吴中区；城市生态环境质量；生态承载力分析；土地利用变化；生态因子指数分析；植被净初级生产力

中图分类号：X171.1 文献标识码：A DOI 编码：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

随着城市化进程的加快和工业的发展，城市人口不断增长，规模不断扩大，随之带来的生态环境问题也逐渐突显，对社会稳定、经济发展和人民健康带来了极大影响。生态环境质量是指与人类有关的自然资源及人类赖以生存的环境的优劣程度，它包括自然资源和社会环境2个部分[1]。自然环境质量是指区域内的自然环境因素，包括大气、水、土壤、生物等环境质量，而社会环境质量则包括政治、经济和文化等方面的环境质量[2]。生态环境质量评价是一项系统性研究工作，涉及生态学、环境科学、资源科学、社会及人文等学科的许多领域，是资源开发利用、制定经济社会可持续发展规划和生态环境保护对策的重要依据[2]。目前，国内已有多个省市进行了生态环境质量评价，如新疆、贵州省、江苏省和广州市等[3-7]，并从政府管理、产业结构和人民生活等诸多方面提出了建议和措施，倡导构建生态文明社会，加强各类生态保护工程建设，走可持续的经济、社会、生态发展道路。

苏州市吴中区是国家级的经济开发区，近10年来，其独特的自然地理优势促使经济迅猛发展。但进入21世纪以后，吴中区人口数量不断增加、耕地面积逐渐减少、能源消耗较大、利用效率低、污染排放增多，生态环境质量逐渐下降[8]。部分学者对苏州市近年来的经济发展与环境的关系进行研究，并对生态环境质量进行评价[8-12]，沈钰峰对苏州市吴中区的产业结构和环境质量的关系进行了研究，结果表明吴江的第一和第二产业对环境影响较大，而第三产业的发展仍然存在较大的提升和优化空间[13]。郑燚则利用层次矢量分析法研究苏州市经济与环境承载力的关系，认为2000—2009年间，苏州市环境质量连续多年处于强载状态，但随着经济的进一步发展后，将有所改善[11]。马育军等借助DEA模型对苏州市的生态环境进行评价，结果表明苏州市10年来生态环境建设总体良好[14]。

本研究基于年鉴数据和遥感数据，通过分析人均生态承载力、植被净初级生产力（NPP）、土地利用变化和生态因子指数等4个指标，对苏州市吴中区的生态环境质量进行了定量评估，以期为吴中区的生态、社会和经济的科学、健康、可持续发展提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

吴中区位于历史文化名城苏州南部（东经119°55'～120°54'、北纬30°56'～31°21'），北与苏州古城、苏州工业园区、苏州高新区接壤，南衔太湖，与无锡市、浙江省湖州市隔湖相望（图1）。全区陆地面积745 km2，太湖水域面积1 486 km2，占太湖水域的61.28%。下辖1个国家级太湖旅游度假区、1个国家级经济技术开发区、1个国家级农业园区、7个镇、8个街道和穹隆山风景管理区。2012年末，全区户籍人口60.5万人。当地属于北亚热带湿润季风气候，夏季温暖多雨，冬季寒冷干燥，日照充足，四季分明，年均温度为16.9 ℃，总降水量911 mm，总日照数为1 773.1 h，相对湿度为70%。

1.2 生态环境质量评估方法

1.2.1 生态承载力生态承载力表示一个地区所能提供给人类的生物生产性土地面积的总和。计算时引入“产量因子”，表示不同国家或地区的各类生物生产性土地产量与世界平均产量的差异。本研究采用的产量因子参考江苏省数据：耕地为1.79，建筑用地为1.66，林地为0.91，草地为1.90，水域为1.00[15]，计算公式如下[16]：

式中，ec为人均生态承载力（hm2·人-1）；ai为人均i类生物生产性土地面积（hm2·人-1）；Ai为各地区的第i类土地现状面积（hm2）；yi为产量因子；N、γi含义同上。计算出的人均生态承载力建议扣除12%的生物多样性保护面积[17]。

1.2.2 植被净初级生产力（NPP）利用遥感资料和光能利用率CASA模型估算2000年和2013年苏州市吴中区植被净初级生产力[18]。

1.2.3 生态因子指数生态因子计算主要是将植被指数（NDVI）、陆地表面温度（LST）和植被净初级生产力（NPP）3个指标通过归一化，将各项指标范围界定在-1～1之间。生态环境越好，生态因子指数越高，反之则值较小（水域除外），其计算公式如式（2）和（3）所示。

1.3 土地利用与遥感数据来源及加工

本文所用遥感数据是2000年和2013年landsat TM 影像数据，波段按 4、3、2 波段合成，最适合用于植被分类，几何纠正模型采用 polynmmial 模型。

本研究的其他数据来源于《吴中统计年鉴》、苏州市吴中区土地整治规划和土地利用总体规划及地面现场实际调查与观测。

全文数据处理使用Excel2007；全文图表绘制使用Arcgis 10.1和Origin8.0软件。

2 结果与分析

2.1 生态承载力定量评估与分析

人均生态承载力和生态赤字的计算以2005、2010和2012年为研究对象，结果如表1所示。结果显示，苏州市吴中区人均生态承载力为0.273 4～0.104 4 hm2，其值远小于生态足迹，表现为明显的生态赤字。2005—2012年间，人均生态承载力、生态足迹和生态赤字均呈现下降趋势，降幅分别为62%，48%，46%。虽然生态足迹下降使生态赤字状况得到一定的缓和，但从生态足迹和承载力来看，二者的比值已由2005年的9倍增加为2012年的12倍，因此，吴中区的生态赤字现象仍较为严重。

在生态赤字组分中，能源用地、耕地和水域的赤字比重较大。由于吴中区能源的承载力为0，导致能源的严重生态赤字。近年来，苏州市企业的能源结构逐渐转型，煤、石油等不可再生资源利用逐渐降低，能源赤字状况逐步缓解。2005—2010年，耕地生态赤字从0.533 5增加至0.848 1 hm2·人-1，主要是由于吴中区耕地面积减少了35%，直接导致承载力的下降，而生态赤字骤然增加；到2010—2012年间，农业生产采用部分集约化，粮食单位产量增加，人均生态足迹降低，生态赤字有所缓解。

2.2 生态植被净初级生产力定量评估与分析

从表2和表3可见，吴中区2000年至2013年植被NPP平均值减少了0.12 g·m-2（C）；农田NPP平均值减少了-5.29 g·m-2（C）；水田NPP平均值增加了3.4 g·m-2（C）；湿地NPP平均值增加了3.1 g·m-2（C）；固碳总量减少了0.8 × 109 g·a-1（C），表明吴中地区各类生态系统的固碳能力呈现下降趋势，生态生产量、生物量和生产能力呈现下降态势。总之，研究结果表明，吴中地区经13年后，其生物生产量和生态系统固碳能力呈下降态势。

2.3 2000—2013年间土地利用变化定量评估与分析

研究结果表明，2000年至2013年间，苏州市吴中区共有406.41 km2土地覆被发生转化（表4）。转化面积大小依次为，农田转人工表面面积76.16 km2，转化强度18.74%；水田转为水体面积47.84 km2，转化强度11.77%；水体转湿地面积43.85 km2，转化强度10.79%；农田转植被面积37.70 km2，转化强度9.28%；人工表面转植被面积30.32 km2，转化强度7.46%；水田转人工表面面积24.25 km2，转化强度5.97%；水田转湿地面积16.47 km2，转化强度4.05%；水田转农田面积14.70 km2，转化强度3.62%；人工表面转农田面积9.21 km2，转化强度2.27%；其余面积转化均小于9 km2。总之，共有139.53 km2土地转化成人工表面，主要来源于农田、植被和水田。

2.4 2013年生态因子指数定量评价与分析

生态因子指数是生态环境质量综合评价的重要指标之一，其值越高，说明该生态环境质量越好，生物固碳和净化能力越强，生态服务功能也越强，生态价值也越高。利用综合生态因子指数计算出2013年吴中区生态环境质量结果（图2、表5）。结果显示，吴中区自然生态绿化面积在增加，但植被厚度、生态能力和碳汇量在减少，平均每年按1.09%速度下降，其生态环境质量呈变差趋势。其生态环境质量越好的地方多分布在吴中的西部原始森林植被和东山西山岛，也是一类、二类保护区重要的生态重点保护单元，其中一类保护区的生态因子指数面积为5.97 km2，占总面积的1.09%，二类保护区的生态因子指数面积为8.91 km2，占总面积的1.63%，三类保护区的生态因子指数面积为18.80 km2，占总面积的3.43%。

从表6可见，苏州市吴中区2013年不同土地类型平均生态因子由大到小为：植被（0.189） > 农田（0.053） > 湿地（0.047） > 水田（0.023） > 城镇（0.009）。从不同土地利用类型的生态因子指数的均值分析可见，各种植被的生态利用价值和生态质量最高，其次为农田生态系统，再次为湿地和水田，最低的为城镇生态系统，因此，重点生态保护区应主要设在生态植被分布区、农田生态系统区、湿地生态系统和太湖水源区；其生态保护价值应是植被（0.189） > 农田（0.053） > 湿地（0.047） > 水田（0.023） > 城镇（0.009），所以，一、二类重点生态保护区应设置在吴中地区的山地与丘陵植被地带、农田、湿地与取水口重要水域等地带。

3 讨论

近年来，随着经济高速发展，吴中区城市化进程不断加快，人口数量不断增加，而人们生产方式和生活方式还处于落后状态，离生态化还有较大的距离。粗放经营，能源、资源原材料消耗大，生产效率低下，单位产值污染物产生量大。在城市化进程中，土地资源浪费现象普遍，土地使用效率低。大气污染造成酸雨出现，对生物生长造成一定危害；农田土壤污染对食品安全也构成一定威胁。在城市不断扩张的过程中，吴中区耕地面积减少，由于吴中区河流湖泊众多，农田往往与之镶嵌在一起，因此，农田生态系统中的生物多样性状况会对自然生态系统产生影响。由于受到全球气候变暖、极端气候影响和人们生产活动加快的影响，吴中区自然保护区内各种森林生态系统、湿地和湖泊生态系统都呈退化态势，尤其是濒危物种和有益碳汇物种大量减少，每年平均以5.3%的速度在下降，生物多样性减少明显。虽然近年来吴中区政府加大了生态环境保护的投入，但研究结果表明，吴中区自然生态承载力在减少，人们的生态足迹在加强、生态赤字在加大，自然生态系统与人文生态系统、经济生态系统的矛盾在加大，生态环境保护的建设速度赶不上人们对生态环境破坏的速度，社会发展与生态保护之间的关系矛盾加剧，尤其是表现在社会经济增长与人文生态保护及广大市民心态失衡和生活幸福感下降等方面。生态环境管理和生态文化建设还比较薄弱，经济建设单纯强调发展的观念并未得到根本改变，生态预留空间未得到足够重视，生态资源储备和生态环境安全尚未提上日程[19-21]。

4 结论

（1）苏州市吴中区人均生态承载力为0.273 4～0.104 4 hm2，表现为较明显的生态赤字。在2005—2012年间，人均生态承载力、生态足迹和生态赤字均逐渐降低，降低幅度分别为62%，48%和46%，生态足迹的大幅下降使得生态赤字状况得到一定的缓和。但是，单从生态足迹和承载力来看，生态赤字现象仍较为严重。

（2）2000—2013年间，苏州市吴中区植被NPP平均值减少了0.12 g·m-2（C），其中农田NPP平均值减少了-5.29 g·m-2（C），水田NPP平均值增加了3.4 g·m-2（C），湿地NPP平均值增加了3.1 g·m-2（C），固碳总量减少了0.8 × 109 g·a-1（C），表明吴中地区各类生态系统的固碳能力呈现下降趋势，生态生产量、生物量和生产能力呈现下降态势。

（3）2000—2013年间，苏州市吴中区共有406.41 km2土地覆被发生转化。其中，共有139.53 km2土地转化成人工表面，主要来源于农田、植被和水田，转化面积分别为76.16，30.01 km2和24.25 km2。

（4）吴中区自然生态绿化面积在增加，但植被厚度、生物多样性、生态能力和碳汇量在减少，平均每年按1.09%速度下降，其生态环境质量呈变差趋势，近10年该区发展与保护的矛盾仍很尖锐，有扩大的趋势。

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