2010—2016年南通市生态环境监测与评价

吴 松，李 莉

[1.安徽省不动产登记中心（安徽省国土资源储备发展中心），合肥 230088；2.江苏省南通环境监测中心，南通 226006]

生态环境状况评价是按照生态环境系统为人类提供服务功能的状况和保障人类社会经济可持续发展的需求，对生态环境现状及变化规律开展研究，依据选定的指标体系，综合评价生态环境系统状况的优劣。正确评价生态系统状况，有助于协调区域经济发展与环境保护之间的关系，为区域环境保护和规划提供科学数据及决策上的支持[1-3]。

城市化加速了建设用地的扩张、耕地面积减少，固体、气体污染物大量排放，生态环境问题凸显[4]。因此，开展区域生态环境状况研究，对促进区域环境与经济发展的良性互动具有重要意义[5]。从20世纪70年代起，生态环境监测工作逐步开展，在监测技术与评价方法上都取得了重要成果[6]。随着3S技术的发展，越来越多的学者开始利用遥感和GIS技术开展生态环境监测的研究，并取得了一系列的成果[7-9]。环境保护部（现生态环境部）于2015年发布了《生态环境状况评价技术规范》（HJ 192—2015），对指标与权重进行了修正，使得指标更易获取，评价更加全面。

南通市位于江苏省长江入海口北岸，是长江中下游重要的工业城市。近年来，快速的工业和城镇化发展给当地生态环境带来了巨大的压力。开展生态环境监测及评价工作，对加强区域生态环境管理、优化生态红线、改善生态环境有重要的现实意义[10]。本文利用遥感和地面调查数据，依据规范探讨南通市生态环境状况变化，由于暂未获取江苏省环境监测中心下发的2017年以后的影像及矢量数据，故先期开展2010—2016年南通市生态环境状况研究，并结合环境、水资源统计资料，分析研究区生态环境状况指数，对南通市生态环境质量状况进行总体评价，以期为区域生态环境的可持续管理提供科学依据。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区概况

南通市（图1）位于江苏省东南部，地理坐标范围为北纬31°41′～32°43′，东经120°11′～121°54′，全市地域三面环水，一面靠陆，地势低平，境内河流分属长江、淮河两个流域，以老通扬运河、如泰运河为界，其北为淮河流域，其余则为长江流域，辖区内河网纵横。季风变化明显，四季分明，气候温暖湿润，雨水充沛，日照充足，属北亚热带湿润气候。

图1 南通市地理位置图Fig.1 The location map of Nantong City

1.2 数据来源及预处理

以江苏省环境监测中心下发的2010年9月Landsat TM影像数据（分辨率为30 m）、2016年8月Landsat OLI影像数据（分辨率为15 m）为基础数据，经ERDAS 9.2软件几何校正、配准、投影转换等处理，利用ENVI 4.7软件进行面向对象分类得到土地覆盖数据，将研究区划分为林地、耕地、草地、水域、建设用地、未利用地等土地利用类型，结合景观生态学，将土地利用类型视为生态系统类型，以便进行统计分析，并经实地调查纠错，改正解译中分类错误的地类。地面调查数据中，年均降水量、水资源总量等数据来源于南通市水利局，二氧化硫（SO2）、氨氮（NH3）、氮氧化物（NOx）、区域噪声值等数据来源于南通市环保局，绿地覆盖率、城镇污水集中处理率等数据来源于相应年份的统计年鉴[11-12]。

2 研究方法

2.1 生态环境状况指数计算

依据《生态环境状况评价技术规范》（HJ 192—2015）[13]中的生态环境状况评价方法对研究区的生态环境质量状况进行分析评价。生态环境状况指数（EI）评价体系包括生物丰度指数、水网密度指数、植被覆盖指数、土地胁迫指数、污染负荷指数等指标。其中，生物丰度指数用以反映区域内生物多样性的丰贫程度，由林地、水体等不同地类的等效面积所占区域面积的比重计算得到；植被覆盖指数是用以评价区域植被覆盖程度的指数，本文利用影像波段计算，反演归一化植被指数（NDVI）数据，因Landsat TM影像与Land⁃sat OLI影像波段不同，故2010年NDVI计算采用公式 NDVI2010=( band4-band3)/( band4+band3 ) ，2016年NDVI计算采用公式NDVI2016=（band5-band4）/(band5+band4)；水网密度指数用以评价区域内水的丰富程度，结合单位面积河流总长度、水资源量和水域面积进行计算；土地胁迫指数可以反映区域内土地质量遭受胁迫的程度，利用单位面积土地开发等胁迫类型的面积表示；污染负荷指数反映区域内环境污染的压力，利用固体废物等排放数据进行计算[14-15]。生态环境状况各项评价指标的权重，如表1所示。

表1 生态环境状况各项评价指标权重Table 1 Weight of each evaluation index of ecological envi⁃ronment status

本文通过计算生物丰度指数、水网密度指数、植被覆盖指数、土地胁迫指数、污染负荷指数等分指数进而综合评价生态环境状况指数EI，其计算公式如下：

EI＝0.35×生物丰度指数＋0.15×水网密度指数＋0.25×植被覆盖指数＋0.15×（100-土地胁迫指数）＋0.10×（100-污染负荷指数） （1）

2.2 生态环境变化及分级

由于不同地区的植被覆盖高低、生物多样性丰贫存在差异，且人类活动对生态环境的影响程度不同，因此对生态环境的优劣程度进行分级，并研究其变化程度，将有利于对研究区的生态环境质量进行合理判断及对环境质量进行科学评价。

依据南通市生态环境状况，结合《生态环境状况评价技术规范》（HJ 192—2015）的标准，将生态环境优劣度分为优、良、一般、较差和差五级。其中，EI≥75时生态环境质量为优，55≤EI<75时生态环境质量为良，35≤EI<55时生态环境质量一般，20≤EI<35时生态环境质量较差，EI<20时生态环境最劣。

根据生态环境状况指数与基准值的变化情况，将生态环境质量变化幅度分为无明显变化（|ΔEI|<1）、略有变化（1≤|ΔEI|<3）、明显变化（3≤|ΔEI|<8）、显著变化（|ΔEI| ≥8）4个级别。利用ArcGIS软件的空间分析模块进行叠加计算，得到2010—2016年生态环境状况指数变化程度。

3 结果与分析

3.1 南通市生态系统类型现状及变化分析

从图2和表2中可以看出，南通市各生态系统类型中，耕地所占比重最大，约占总面积的71.2%，其中平原水田面积为6 726.17 km2，占总面积的70.30%，说明以水田作物生产为主的农业贡献对于当地国民经济的发展至关重要。全市水系发达，水域面积为1 383.26 km2，其中河渠面积占比较大，约为水域面积的53.7%。由于地理位置原因，南通境内滩涂资源较为丰富，滩涂和滩地面积约为253 km2。建设用地面积为1 232.08 km2，约占总面积的12.88%，未利用地面积占比很低，约为0.07 km2。由于快速城市化使得全市开发力度较大，特别是城市及城市周边区域，建设用地扩张速度快，一部分耕地被建设用地占用，7年间约有78.15 km2耕地转出为建设用地。水域转出面积较大，河道、海域被填埋，转出为耕地和建设用地的面积分别为86.6 km2和68.45 km2。城市的扩张是水域转出成建设用地的主因，围海造田是水域转出成耕地的主因。而未利用地面积较小，也进一步说明土地开发利用程度较高。

图2 南通市2016年生态系统类型面积统计Fig.2 EcosystemtypeareastatisticsforNantongCityin 2016

表2 南通市不同生态类型转移矩阵Table 2 Transfer matrix of different ecological types in Nantong 单位：km2

3.2 南通市生态环境状况分析

由图3可以看出，2010—2016年南通市生态环境状况指数整体上略微升高（1≤| |ΔEI<3），且均处于良好级别，说明南通市生态环境质量呈现变好的趋势。污染负荷指数7年来由3.31下降到1.48，属略有变化级别，说明所受纳的环境污染压力有所降低。植被覆盖指数总体变化不大，呈现波动趋势，研究期间其数值下降，其波动的主要原因是计算指数所用的遥感影像分辨率不高，对小范围分布的林地无法准确识别，故解译出的结果可能与实际情况存在一定的误差。由于城镇化的快速发展、土地开发等因素使得土地胁迫指数略有升高，对区域环境产生一定的压力。2012年和2013年由于降水量的下降，对水资源总量产生了一定的影响，使得水网密度指数下降，水域丰度相对较差，生态环境状况指数相对于其他年份略低。

图3 南通市2010—2016年生态环境状况指数及各分指数变化趋势Fig.3 Variation trend of the ecological environment status index and individual sub-indexes of Nantong from 2010 to 2016

3.3 各县区生态环境状况分析

由表3和图4看出，市辖区2010—2012年生态环境状况一般，主要由于工业分布较多，人类活动频繁，城市化程度较高；2013—2016年生态环境质量持续提升，主要由于市区绿地面积扩大，提高了城市绿化覆盖率，在加强水质治理的同时，提升了环境空气质量。其余各县区生态环境状况相对稳定，变化幅度较小，生态环境质量良好，见图5和图6。这主要得益于各县区重视生态环境建设与节能减排，加强自然湿地、水源地保护工作，实施水环境区域生态补偿制度，推进陆海生态环境一体化管理。2012年各县区生态环境指数变化明显（3≤| |ΔEI<8），生态环境状况有所下降，其主要原因是2012年为枯水年，降水量偏低，水资源总量下降，对生态环境状况指数的计算结果影响较大。

图4 南通市各县区生态环境状况指数Fig.4 Ecological environment status index of each county in Nantong

图5 2010年南通市生态环境状况指数及各分指数空间分布Fig.5 Spatial distribution of ecological environment status index and sub-indexes of Nantong in 2010

图6 2016年南通市生态环境状况指数及各分指数空间分布Fig.6 Spatial distribution of ecological environment status index and sub-indexes of Nantong in 2016

表3 南通市各县区生态环境状况指数变化Table 3 Changes of ecological environment index in all counties of Nantong

4 讨论与结论

4.1 讨论

“十九大”报告中提出要加强生态环境监管，提升环境监测数据质量。遥感技术具备覆盖范围大、时效性强等特点，是获取环境信息的重要技术手段。遥感与GIS技术相结合进行生态环境动态监测，可以快速掌握环境质量变化状况，提高决策质量，将助力生态系统保护与环境监管[16]。现如今，我国已成功发射环境一号、高分一号、风云三号等卫星，所产生的数据可应用于多个领域，为环境遥感监测提供了有力的支撑。

近年来，南通市政府加强环境污染治理力度，不断完善环境管理制度，使得环境总体质量稳中有升，但仍存在资源利用效率不高、环境改善难度加大等问题，因此，需要进一步贯彻落实《南通市长江经济带生态环境保护实施规划》《南通市生态文明建设规划》《南通市环境保护与生态建设“十三五”规划》等，借助遥感等技术手段的支持，促进生态优先的绿色发展。

本文基于遥感和GIS技术，对区域生态环境质量进行评价，揭示了南通地区生态环境的动态变化，研究结果基本符合实际情况。文中所采用的指标虽能反映区域环境质量状况，但仍缺乏更为细致的分析和长时期动态变化的探讨，也缺乏对不同生态功能区的研究。在进一步的研究中，将结合南通地区实际情况，利用统计数据、环境工程数据开展更深层次的分析，并细分不同的生态功能区，探讨多期区域生态环境质量动态变化，并构建更为符合南通地区实际情况的指标体系进行生态环境质量评价。

4.2 结论

1）2010—2016年南通市生态环境状况指数整体上略微升高，且均处于良好级别，说明南通市生态环境质量呈现变好的趋势。全市各生态系统类型中，耕地所占比重最大，水系发达，滩涂资源较为丰富。快速城市化使得全市开发力度较大，特别是城市及城市周边区域，建设用地扩张速度快，7年间约有78.15 km2耕地转出为建设用地，土地开发利用程度较高。

2）南通市辖区2010—2012年生态环境状况一般，2013—2016年生态环境质量持续提升。各县区生态环境质量良好，说明生态建设与节能减排、实施水环境区域生态补偿制度等综合治理措施取得了一定的成效。