基于VOR—NES框架模型的流域土地生态系统健康评价

梁旭琴

摘 要：流域是地面河流的集水区，流域是个相对独立的生态系统单元。本文以山西省晋城市长河流域村庄压煤山丘区为研究区域，基于土地生态系统健康相关理论，采用指标体系法和突变理论对研究区土地生态系统健康进行了评价，并运用障碍度模型对研究区进行了土地生态系统健康障碍度诊断。得到了以下结论：（1）长河流域47个研究单元的土地生态系统分布于亚健康、不健康、病态三个健康等级之中。（2）长河流域土地生态系统的活力及恢复力障碍度指数远超组织结构障碍度指数（活力及恢复力障碍度指数约为组织结构障碍度指数的十倍左右），因此长河流域土地生态系统健康状况较差的原因多由土地生态系统活力与恢复力较低所造成。本文提出了结合当地特点从存量和新增林地方面提出了提高研究区森林覆盖率的管控措施；对于推动水资源的全流域规划及积极建立完善流域内水权制度的管控措施提供一定借鉴。

关键词：土地生态系统健康；VOR-NES框架模型；突变理论；长河流域

中图分类号：X24；X171.1 文献标识码：A

1 研究区概况

本次研究的研究区为长河流域，其行政隶属于晋城市泽州县管辖，其东西分别接壤城区与沁水县，南北分别接壤周村镇和下村镇，整个长河流域南北与东西长分别为14.5km与13.1km，覆盖区域达113.185 km2，覆盖下村镇、大东沟镇、川底乡的行政村达47个。地形地貌方面，长河流域内多山地、丘陵，总体而言长河流域境内地势虽不甚平缓但高低差也较小，由于长河流域属于黄土高原区加之长期受侵蚀影响，故长河流域整体呈楔形特点。流域内水土流失严重，“空心村”现象较为突出，村内空闲地有很大潜力可挖、农业结构混乱，给土地整理工作带来诸多不便，由于管理不善，盲目上企业等原因，造成土地资源浪费严重。

2 数据来源

本次研究数据来源主要为《泽州统计年鉴》、泽州县土地利用总体规划、泽州县第六次人口普查数据、地理空间数据云Landsat系列数据、坤达煤矿、岳圣山煤矿、润宏煤矿、晋瑞煤矿和壁盈煤矿五个煤矿的土地复垦方案报告书。

3 研究方法

突变理论的前身是拓扑数学理论，突变理论的主要分析目标为势函数，其主要由控制变量和状态变量所组成。常用的突变理论多由一个或两个状态变量和四个以下（包含四个）的控制变量构成，其中由一个状态变量构成的突变模型是折叠模型、尖点模型、燕尾模型、蝴蝶模型，由两个状态变量构成的突变模型是双曲脐点模型、椭圆脐点模型及抛物脐点模型。在本次研究过程中，由于研究目标为村庄压煤山丘区土地生态系统健康程度，其为一维变量，故本次研究中运用突变理论中的折叠模型、尖点模型、燕尾模型、蝴蝶模型。

4 指标体系

4.1評价指标体系构建

评价指标体系各层之间按照“从上至下逐层下辖，从下至上逐层汇总”的原则分为目标层、准则层、因素层及指标层四层。

4.2健康程度等级划分

本次研究通过整理分析以往关于突变理论的应用研究，提出了突变理论下的村庄压煤山丘区土地生态系统健康分级标准，即设指标层所有指标的初始数据为均为x，则依据“互补”、“非互补”的原则即可得出目标层的隶属度也为x[3]。则当指标层所有指标均分别取0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0总计六个值时，基于突变理论及“互补”、“非互补”原则即可得到目标层隶属度，总计五个等级，分别为病态、不健康、亚健康、健康、很健康五级。

5 结果分析

5.1流域土地生态系统健康状况

研究表明，在研究区的47个行政村的相对隶属度均小于0.970，其土地生态系统健康程度分布于亚健康、不健康、病态三个健康等级之中。其中，有8个行政村的土地生态系统健康程度属于亚健康，占所有研究单元的17.0%；有16个行政村的土地生态系统健康程度属于不健康，占所有研究单元的34.0%；有23个行政村的土地生态系统健康程度属于病态，占所有研究单元的48.9%。

6 结论与讨论

在结合VOR模型和NES模型基础上构建了基于VOR-NES 框架模型的区域土地生态系统健康评价体系，并引入突变理论构建了村庄压煤山丘区土地生态系统健康分析模型，结果表明研究区47个研究单元的土地生态系统健康程度分布于亚健康、不健康、病态三个健康等级之中，并进一步分析了研究区各评价单元土地生态系统活力、恢复力及组织力健康程度。得到一些成果和结论如下：

（1）构建了一套基于VOR-NES 框架模型的适用于煤矿区的土地生态系统健康评价体系，在此基础上引入突变理论构建了村庄压煤山丘区土地生态系统健康分析模型。在构建区域土地生态系统健康评价体系的基础上，基于村庄压煤山丘区外部性及突变性较强的特点，引入突变理论中状态变量为一维变量的突变模型构建了了长河流域土地生态系统健康分析模型。

（2）基于上述构造的村庄压煤山丘区土地生态系统健康评价体系及分析模型，其中，有8个行政村的土地生态系统健康程度属于亚健康，占所有研究单元的17.0%；有16个行政村的土地生态系统健康程度属于不健康，占所有研究单元的34.0%；有23个行政村的土地生态系统健康程度属于病态，占所有研究单元的48.9%。

参考文献

[1] 张良，陈克龙，曹生奎，等.青海东部主要农业区县域农业生态系统健康评价[J].干旱地区农业研究，2012，30（1）：204-210.

[2] 李艳，陈晓宏，张鹏飞.突变级数法在区域生态系统健康评价中的应用[J].中国人口·资源与环境，2007，17（3）：50-54.

[3] Yu L，Liu J.Stability of interbed for salt cavern gas storage in solution mining considering cusp displacement catastrophe theory[J].Petroleum，2015，1（1）：82-90.