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近些年来,一些区域经济在快速的发展,同时也会有一些问题产生,其中最严重的就是区域的环境问题。众所周知,在对环境造成破坏的过程中,很多情况是一种无意识的,但是却是非常简单的,一旦人们发现环境遭到了破坏,想要及时的进行补救,其任务量是巨大的,并且区域的生态环境很可能无法恢复原来的状态。正因如此,相关环境管理部门应该加强对于环境的管理工作,这样区域环境的质量才不会持续恶化。[1]
一、区域生态环境质量的评价理论概述
21世纪将是中国振兴和发展最有利的时期,这个时期将会遇到许多严峻的挑战,环境问题就是其中之一,由于环境问题与经济发展和人类的生活密切相关,所以在今天和未来,环境问题都是渴求不断得到发展的需要人类深刻关注的主题。随着全球性资源及环境问题的加剧,世界各国政府都普遍重视对生态环境的研究,尤其在发展中国家迫切的发展要求、有限的资源承载力与脆弱的生态环境之间的矛盾日益尖锐。协调经济发展与资源环境之间的关系,寻求社会经济持续发展,己成为当今科学界所关注的一个重要课题。生态环境质量评价研究从传统地理学对区域自然、社会经济的描述性评价,发展到今天涉及各生态要素不同尺度的综合性评价,目前还没有标准和公认的理论框架,尤其缺少应有的定量化评价方法。[2]
二、理论基础
1.发展阶段
早期局部环境问题的阶段,是一个漫长的历史时期。人类经历了从以采集狩猎为生的游牧生活到以种植和养殖为生的定居生活的转变,人类从完全依赖于大自然的恩赐转变到自觉利用土地、生物、陆地水体和海洋等自然资源来获取生存资料,同时随着人口数量的迅速增加,便开始出现烧荒、垦荒、兴修水利工程等改造活动,引起严重的水土流失、土壤盐渍化或沼泽化等环境问题。近现代过渡环境问题的阶段,工业革命引起的环境问题也开始出现日益复杂化和全球化的特点。当代全球环境问题的阶段,南极上空出现的“臭氧洞”开始,人类环境问题发展到当代环境问题阶段。
2.评价原理
2.1人地关系原理
人地关系是“指人类社会不停地向前发展,人类为了生存的需要,不断地扩大和加深改造与利用地理环境,增强适应地理环境的能力,改变地理环境的面貌,同时地理环境也更加深刻地影响着人类活动的地域特征和地域差异。人地关系理论也是地理学最基本的理论,长期以来它左右着地理学的发展。人地关系研究涉及到地理学、环境学、资源学、人口学、生态学、系统学、经济学、社会学、管理学、行为学、计算技术、信息工程等一系列学科。人地关系的矛盾可以通过减轻人类对自然界作用力的大小,并对其加以调节,当然生态脆弱区的移民更是缓解人地矛盾的主要措施。
2.2生态学原理
生态学是研究生物与环境之间相互关系的学科。诸如能源紧缺、资源枯竭、人口膨胀、食物短缺、环境退化、生态平衡失调等世界性六大基本问题的解决,都有赖于生态学理论的指导来加以克服和解决。生态环境质量评价理论遵循生态学原理的外界进行物质转化、能量流动和信息传递,其转化速度和传递方向随着人类开发强度不同而有所不同。生态学原理包括生态系统平衡原理、食物链(网)原理、生态因子作用原理三种,以广东鼎湖山自然保护区为例,自然保护区的建设迅速发展。截至2012年底,全国共建各种类型、不同级别的自然保护区2194 个,其中国家级226个,省级 733个,地市级396个,县级839个。自然保护区总面积为14822.6万km2,占陆地国土面积的14.8%。其中,14个自然保护区列入世界自然遗产,26个自然保护区加合国教科文组织“国际人与生物圈保护区网络”,27个自然保护区列入“国际重要湿地名录”。[3]
2.3可持续发展
从可持续发展的概念和内涵可以看出可持续性发展的主要任务是保证自然资源60江河源区生态环境质量评价与可持续发展研究的可持续利用、转变传统的生产方式和消费方式、积极地保护环境,以达到自然资源的持续、高效利用,并且不产生环境问题的满足人们日益增长的物质、文化和精神生活的需求。运用可持续发展的原理来进行系统的调控,以使区域经济、社会、资源和可持续发展能力之间达到一种理想的优化状态, 实施这一战略的物质基础是自然资源的永续利用,合理、高效开发利用自然资源,是保证持续利用、保护环境免遭破坏和污染、特别是保护自然生态环境完整性的重要途径。[4]
结束语
综上所述,在经济快速发展的过程中,由于人们过多的重视起经济利益,从而对周围的环境产生了一定的忽视,这就使得区域内的环境质量不能达到国家的要求。对此,我国进行了相关规定的调整,对区域内的环境质量进行评价,这种管理制度在一定程度上可以改善区域内的环境问题,使得环境质量有所提高。[5]
参考文献:
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中图分类号:TP:文献标识码: A:文章编号:1673-9671-(2012)022-0197-01
国务院于2009年12月12日正式批复《鄱阳湖生态经济区规划》,标志着建设鄱阳湖生态经济区正式上升为国家战略。鄱阳湖生态经济区位于江西省北部,覆盖全省38个县(市、区)和鄱阳湖全部湖体。该区域是我国重要的生态功能保护区,是世界自然基金会划定的全球重要生态区,承担着调洪蓄水、调节气候、降解污染等多种生态功能。
当前,土地利用和覆盖变化为全球变化研究中关键而迫切的研究课题。由于卫星遥感技术可以在较短时间内连续获取大范围的空间信息,具有空间宏观性,成为最为有效的对地观测技术和信息获取手段。联合国环境署(UNEP)曾启动“土地覆被评价和模拟(LACM)”项目,旨在采用高分辨率影像探测亚全球尺度的土地利用与变化。
因此,本文旨在利用卫星遥感技术获得鄱阳湖生态经济区土地利用信息,并根据《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T192-2006)对鄱阳湖生态经济区生态环境质量进行评价。这将为推进全省生态环境监测、土地利用覆盖\变化信息监测提供有力的技术支撑。
1研究区和卫星影像概况
1.1TM影像概况
TM影像是指美国陆地卫星4~5号专题制图仪(thematic mapper)所获取的多波段扫描影像。有7个波段。影像空间分辨率除热红外波段为120米外,其余均为30米。因TM影像具较高空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度,成为20世纪80年代中后期得到世界各国广泛应用的重要的地球资源与环境遥感数据源。能满足有关农、林、水、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶10万或更大比例尺专题图,修测中小比例尺地图的要求。本文研究区生态解译采用了14景Landsat TM影像,时相为秋季,波段合成采用432RGB彩色合成。
1.2研究区概况
本文研究区范围为鄱阳湖生态经济区,主要包括南昌、景德镇、鹰潭,以及九江、新余、抚州、宜春、上饶、吉安市的部分县(市、区),共38个县(市、区)和鄱阳湖全部湖体在内,面积为5.12万平方公里,占江西省国土面积的30%,人口占江西省50%,经济总量占江西省60%。鄱阳湖生态经济区范围见图2。
1.3技术方法
通过ARCGIS平台,根据地物影像特征,如色调、大小、阴影、纹理、位置和其他标志,以及技术人员先知经验,采用人机交互方式解译Landsat-TM卫星影像,绘出地物的闭合边界,并赋予属性编号,提取土地利用信息。
1.4生态解译结果
中图分类号:X826 文献标志码:A 文章编号:1672-1683(2014)06-0012-06
1 基本思想
水资源承载力研究是可持续发展和水资源安全战略研究中的基础性课题之一,也是当前水资源科学中研究的重点和热点[1-3]。考虑到水资源是人类文明的源泉,是实现可持续发展的战略性经济资源[4-7]与人类的生存、发展和一切生活、经济活动密切相关[8-11],本文在前人对水资源承载力研究的基础上提出水资源承载力新理论,认为水资源承载水平是在一定的技术和管理水平下,区域水资源系统承载的人类发展水平,而水资源承载力是水资源承载水平的稳定最大值,即一定的技术和管理水平下,区域水资源系统能稳定承载的人类最大发展水平,两者之间的区别在于水资源承载力是一个具有一定条件限定下的最值。而人类发展水平则应包括经济、文化、生态的全方面发展,因此对水资源承载水平及水资源承载力的量化可由式(1)、式(2)实现[12]。
式中:WRCL表示水资源承载水平;WRCC表示水资源承载力;EC、CU、EL分别表示经济水平、文化水平及生态服务功能水平;T、M、E分别表示技术、管理及环境;T0、M0、E0表示评价时间与区域内的技术水平、管理水平及客观环境水平;max[TX-]表示水资源承载水平的稳定最大值。
在上述水资源承载力新理论的基础上,本文以鄱阳湖区11个县市为例,利用GRACE数据反演水量及生态服务评估方法,计算2010年水资源承载水平与水资源承载力,以此探讨湖区11个县的水资源承载情况。
2 研究区概况
鄱阳湖位于江西省北部的长江中游,是与赣江、抚河、信江、饶河、修水等五大河流(即“五河”)尾闾相接的似盆状天然凹地,受长江和五河水位约束水量吞吐平衡而形成的连河湖,是我国最大的淡水湖泊[3-14]。鄱阳湖汛期与枯水期洪枯水位面积相差10多倍。
鄱阳湖的水域、湖滩洲地,分别隶属于沿湖11个县市:永修、南昌、德安、新建、都昌、进贤、湖口、余干、星子、鄱阳,及九江市的市区(图1)。区域交通运输、旱涝灾害、水文、气候等受鄱阳湖水体的影响较为直接,具有自然资源和自然状况及社会经济状况的相似性。因此,鄱阳湖区为此11个县市行政疆域的总称,总面积19 761.5 km2[15]。地理坐标东经115°31′-117°06′、北纬28°11′-29°51′。鄱阳湖区人口密度高于流域人口密度,而人口增长过快、人口绝对数量剧增等问题给鄱阳湖生态系统带来巨大的压力。
3 数据来源与研究方法
3.1 数据来源
本研究数据来源于2003年和2010年江西省统计年鉴、2010年中国统计年鉴,以及GRACE卫星反演数据,来源于Helmholtz Center实时更新的GRACE卫星数据(http://isdc.gfz-potsdam.de/)。
3.2 生态服务功能评估
对于生态服务功能的评估,Costanza[16]等的研究从科学意义上明确了生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)估算的原理方法[5],并对全球生态系统服务功能进行了分类和评估。全球生态系统服务功能可归纳为17类,以货币形式按16类生物群系核算价值,依据各种生态系统服务功能单价和面积计算总价值,这是一种“存量”估算方法,即估算整个生态系统提供的总价值量。但Costanza的研究中针对的是全球平均情况,对具体的地区某些计算存在着较大偏差。谢高地等[6]在Costanza研究成果的基础上,参考中国实情制定了中国陆地生态系统单位面积生态服务价值。其中,生态服务支撑功能(SU)包括食物生产和原材料,生态服务同化功能(AS)包括废物处理、气体调节、气候调节、水源涵养和土壤形成与保护,水对文化水平(CU)的贡献可通过水生态系统的娱乐文化和生物多样性保护两项来表征。本文采用谢高地的生态服务价表及Costanza的ESV计算公式(式3)来计算生态服务价值。
式中:ESVf为单项(CU、SU、AS)生态服务功能价值(元/a);Ak为研究区第k种土地利用类型的面积(hm2);VCfk为单项生态服务功能价值系数(元/(hm2・a))。
3.3 水资源承载力量化
式中:k1、k2、k3、k4是系数,其值根据人类社会的发展对经济水平、文化水平、生态服务支撑功能与生态服务同化功能的需求比例确定,且k1+k2+k3+k4=4。在技术、管理和环境一定的情况下,k1、k2、k3、k4是固定的常数,各项平均单位用水量所产生的价值Eec、Ecu、Esu、Eas亦是固定的常数。经济用水(包括生活用水)Qec和生态环境用水Qel之和等于水资源量,即Q=Qec+Qel。在水资源承载力式中,Qec=Qnew,Qnew为水资源天然可更新量。
水资源承载力的值按式(6)计算。
在技术、管理和环境一定的情况下,Eec、Ecu、Esu、Eas比较容易求得,而根据人类社会的需要确定最佳的k1、k2、k3、k4是关键。Q量纲为m3,E量纲为元/m3,因此,WRCC和WRCL量纲均为元。
4 结果计算与讨论
4.1 相关参数计算
4.1.1 EC、CU、AU、AS的计算
利用2010年江西省土地利用类型数据,计算得到鄱阳湖区各县市的三项生态服务价值,其中经济水平用GDP量化,计算结果见表1。
4.1.2 k1、k2、k3、k4的估算
k1、k2、k3、k4的比例是根据人类社会的发展对经济水平、文化水平、生态服务支撑功能与生态服务同化功能的需求比例而确定的。
社会经济需求与生态服务同化功能需求之间的关系可通过社会经济用水与需要生态服务同化的废水的关系确定,因此,k1/k4=用水总量/废污水排放量。
社会经济需求与文化娱乐需要的比例根据工作日与休息日的比例确定:k1/k2=5/2=2.5。
生态服务支撑功能需求与社会经济生活需求的关系可根据社会经济生活中提供原材料的与水有关的生态服务支撑功能的产业增加值占GDP的比重来确定。根据江西省统计年鉴分类,这些产业包括第一产业及农副食品加工业、食品制造业、饮料制造业、烟草制品业、纺织业、纺织服装、鞋、帽制造业、皮革、毛皮、羽毛(绒)及其制品业、木材加工及木竹藤棕草制品业、家具制造业、造纸机纸制品业和水的生产和供应业。经计算得江西省k3/k1=0.16。
由k1+k2+k3+k4=4求得鄱阳湖区各区县的值(表2)。
4.2 水资源承载力与水资源承载水平计算
4.2.1 水资源量计算
采用GRACE卫星数据反演水量,计算2010年相对于2003年水资源量的年均变化(单位m)及相对于2003年的年[CM(25*2/3]均水资源,计算2010年水资源量最高与最低时的水位差。[CM)]
由于GRACE数据的精度在20 km以上,本文计算了整个长江中下游地区的水资源量,用ACRGIS进行插值求得各县区的水资源水位平均高度,将水位乘以面积获得其2010年水资源量与2010年年水资源更新量。根据GRACE数据反演得到的水资源量及水资源更新量见表3。
结果显示:九江市市区用水总量大于其水资源总量,其他县用水总量均远小于其水资源总量;鄱阳县用水总量基本等于年可更新水资源量;永修、德安、星子、都昌四县用水总量超过年可更新水资源量的值相对其他县较小(见图2)。九江市市区的异常数据表明其抢占周边县区的水资源量的可能性大。
4.2.2 水资源承载水平与水资源承载力计算
九江市市区用水总量大于其水资源总量,可知九江市市区的用水总量从鄱阳湖或长江引水获得,因此将九江市市区水资源总量全部算作生态需水,计算其生态服务价值。即九江市市区经济水平用水为11.230 5亿m3,生态服务功能水平用水为5.433 6亿m3,其他各县市生态服务功能水平用水为水资源总量扣除用水总量。根据经济用水(包括生活用水)和生态环境用水与经济水平、文化水平、生态服务支撑功能与生态服务同化功能四项总价值计算各项的单位用水量产生价值Eec、Ecu、Esu、Eas。根据公式(4)、公式(6)计算得到鄱阳湖区水资源承载水平及水资源承载力(见表4)。
4.3 结果分析
4.3.1 水资源承载水平与水资源承载力的关系
从表4可以看出,鄱阳湖区水资源承载力较高的县市有鄱阳县、南昌县和进贤县,较低的有德安县、星子县和湖口县;九江市市区水资源承载水平最高,南昌县、新建县和进贤县水资源承载水平较高,德安县和星子县及其他县水资源承载水平较低。水资源承载水平高出水资源承载力的差距相对较小的县有永修、德安、星子、都昌四县,与用水总量超过年可更新水资源量的趋势一致;水资源承载水平等于水资源承载力的为鄱阳县,与其用水总量基本等于年可更新水资源量的趋势一致(见图3)。因此,水资源承载水平与水资源承载力的关系能反映用水总量与年水资源更新量的关系。
4.3.2 人均水资源承载水平
人均水资源承载水平是该区域居民平均每人所享有的由水资源承载的人类发展水平。人均水资源承载水平较高的县市有永修县、德安县和星子县;较低的有九江市市区、都昌县和余干县;其他县居中(见图4),这是由于人均水资源年更新量的优势差距造成的。
九江市市区人均水资源承载水平最高;都昌县、余干县、鄱阳县人均水资源承载水平较低;其他县居中;由于人均用水总量多少的差距为九江市市区最多,都昌县、余干县、鄱阳县最少,其他县居中(见图4)。
虽然鄱阳县水资源承载水平高,但人均水资源承载水平不高,说明鄱阳县水资源可承载的综合发展水平高是由于其土地面积大,水资源可更新量大引起的,人均所有的可更新水资源量低。相反,德安县和星子县水资源承载水平低,人均水资源承载水平高,这是因为其总可更新的水资源量尽管不大,但人均水平较高。九江市市区水资源承载水平和人均水资源承载水平都很高,说明九江市市区通过历年储水或抢占临县区的水资源,实际承载的人均贡献发展水平和总量均高。
永修、德安、星子和湖口四县的人均水资源承载水平和人均水资源承载力在整个鄱阳湖区的位置相对其水资源承载水平总量和水资源承载力总量的位置偏高,说明其水资源可承载的与实际承载的人均贡献发展水平高。图3、图4反映了该地区单位劳动者在同样的水资源条件下,能够且已经获得更高的人类综合发展水平,即因为这四县的技术、管理和环境因子比其他县市好。这种不同地区水资源承载水平与人均水资源承载水平的不一致,反映了地区之间技术和管理因子及环境因子的差距。
4.3.3 单位水资源承载水平
单位水资源承载水平是单位水资源,即每立方米水资源所承载的人类发展水平。鄱阳湖区单位水资源承载经济水平情况,以九江市市区比较突出,南昌、新建、进贤基本一致,略微高于剩余的7个基本一致的县;对于单位水资源承载文化水平,九江市区、星子县、湖口县和南昌县最高,德安、鄱阳县最低;对于单位水资源承载生态服务支撑功能情况,德安和湖口高于其他9个基本一致的区县;对于单位水资源承载生态服务同化功能,除新建县最低,其他的趋势同单位水资源承载生态服务支撑功能一致(见图5)。综合经济水平、文化水平、生态服务支撑功能与生态服务同化功能四种因素,鄱阳湖区11个县市中九江市市区、南昌县、星子县和湖口县的单位水资源承载水平高于其他县,其中九江市市区单位水资源承载水平最高。反映了九江市市区、南昌县、星子县和湖口县,在同样的水资源条件下,能够获得更高的人类综合发展水平(见图6)。
综上,在相同的水资源条件下,星子和湖口总体和人均综合发展水平高;永修和德安人均高,总体不高;九江市市区和南昌县总体高,人均不高。其中人均综合发展水平与图7一致。
对于鄱阳湖区人均单位水资源承载经济水平和生态服务支撑功能情况,九江市市区、永修、德安、星子和湖口较高;对于人均单位水资源承载文化水平和生态服务同化功能情况,星子和湖口最高,九江市市区、永修、德安、南昌县次之(见图7)。
4.3.4 总超负荷分析
采用自然分类法,对各县市的总超负荷进行分类,总超负荷各县市从大到小为:九江市、南昌县、湖口县、新建县、进贤县、都昌县、星子县、永修县、余干县、德安县、鄱阳县(见图8)。
利用同样的方法,对各县市的人均超负荷进行分类,人均超负荷各县市从大到小为:九江市、湖口县、南昌县、德安县、星子县、永修县、新建县、进贤县、都昌县、余干县、鄱阳县(见图9)。
4.3.5 水资源承载水平均衡分析
为了对鄱阳湖区各县市水资源承载水平里的经济水平、文化水平、生态服务支撑功能与生态服务同化功能各部分的均衡情况进行研究,本文对比分析了EC/CU与k1/k2、EC/SU与k1/k3、EC/AS与k1/k4的关系(表5)。由于社会经济生活中,原材料来自与水有关的生态服务支撑功能的产业增加值也包括了与水无关的价值,如造纸机纸制品业和纺织业中涉及钢铁器材、化学合成物质等,所以EC/SU相对于k1/k3必然偏大。因此,本文不比较EC/SU的均衡度。
从表5可以看出,经济功能偏强、文化功能偏弱的(即EC/CU>k1/k2)的县市有南昌县、新建县、进贤县、九江市区、德安县、湖口县,娱乐文化生态功能不足,但城市到郊区旅游娱乐很平常,因此生态文化功能的地域不均衡性是允许的;经济功能偏弱,文化功能偏强的有永修县、星子县、都昌县、余干县和鄱阳县;经济功能偏强,生态同化功能偏弱的(即经济水平/生态服务同化功能>k1/k4)的县市有新建县、九江市区;经济功能偏弱、生态同化功能偏强的有南昌县、永修县、进贤县、德安县、湖口县、星子县、都昌县、余干县和鄱阳县,而新建和九江市市区生态系统对污染的同化功能差。
5 结论
(1)由于年可更新水资源量的优势不同,各县市的水资源承载力存在明显差异,鄱阳县、南昌县和进贤县较高,德安县、星子县和湖口县较低;关于人均水资源承载水平,永修县、德安县和星子县较高,九江市市区、都昌县和余干县较低。
(2)因为用水总量的差距,九江市市区水资源承载水平最高,南昌县、新建县和进贤县也较高,德安县和星子县及其他县较低;而对于人均水资源承载水平,九江市市区最高,都昌县、余干县、鄱阳县较低。
(3)永修、德安、星子和湖口四县人均水资源承载水平和人均水资源承载力在整个鄱阳湖区的位置相对其水资源承载水平总量和水资源承载力总量的位置偏高,与其一致的是四县人均单位水资源承载经济水平、文化水平、生态服务支撑功能与生态服务同化功能,在鄱阳湖区11个县市中均偏高,即该地区单位劳动者,在同样的水资源条件下能够且已经获得更高的人类综合发展水平。
(4)综合经济水平、文化水平、生态服务支撑功能与生态服务同化功能四种因素,鄱阳湖区11个县市中九江市市区、南昌县、星子县和湖口县的单位水资源承载水平高于其他县,其中九江市市区单位水资源承载水平最高。
(5)鄱阳湖区各县市的总超负荷由大到小为:九江市市区>南昌县、湖口县>新建县、进贤县>都昌县、星子县、永修县、余干县>德安县、鄱阳县;鄱阳湖区各县市的人均超负荷由大到小为:九江市市区>湖口县、南昌县>德安县、星子县、永修县、新建县、进贤县>都昌县、余干县>鄱阳县。
(6)根据研究结果,新建县和九江市市区需加强生态系统对经济发展产生污染的同化功能;南昌县、新建县、进贤县、九江市区、德安县、湖口县等6个县市可加强生态文化娱乐功能。鄱阳县水资源承载的人类发展水平较好,而永修、德安、星子、都昌四个县需加强经济发展与生态服务功能的均衡。
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经济发展既给环境带来冲击,也对环境保护产生了急迫需求。为了防止农业生态环境恶化,防患于未然,农业生态环境质量评价显得越发重要。环境质量评价是环境管理的重要组成部分,它可以为环境保护和建设提供了可靠的数据资料,为环境保护和建设打下前提和基础。
环境质量是环境系统客观存在的一种本质属性,并能用定性和定量的方法加以描述的环境系统所处的状态。农业生态环境质量评价是指以区域农业生态环境为评价对象,依据农业生态系统属性数据和资料,选取科学的环境质量评价指标而进行的环境质量综合评价。它为环境评价、环境规划与建设和保护提供了现实依据和基础。
1 环境质量评价指标的选取
1.1 选取评价指标的原则:科学性原则。选取的评价指标应科学、准确,要选取能反映所评价农业生态环境质量特征以及生态环境质量现状的综合指标。为了使选取的目标具有可比性,相邻地区的指标应统一量化,方便横向与纵向比较。
主导性或代表性原则。制约农业生态环境的因素很多,利用单一因子对农业生态环境质量及变化做出全面、科学的评价,指标过多又很难操作,应选择具有代表性的、可比较的,能直接反映区域农业生态环境质量的特征的主导性指标。
可操作性。指标体系的建立必须具有可行性,评价指标的设计必须考虑其指标采集工作的可操作性,没有办法量化的资料不能称其为指标。其次,选取指标时应注意灵活性即在农业生态环境质量发生变化时,能明显地表现出它的变化和征兆,这样选取的指标才有意义。
适用性原则。环境的可持续发展与任何一个农业生态环境管理的目标是一致的,故选取的指标应具有一致性,即适用性。当然,不同区域的环境具有不同的具体特点,因而应根据不同区域的农业生态环境特点建立不同的标准。
1.2 评价指标体系的选择:当前关于评价体系的研究,多注重分层、分系统等方面。例如:李英等人针对济南地区生态环境所展现出来的现实特点进行研究,构建了济南区域生态环境质量评估体系。此类指标体系具体到要素层共包括了31个要素,用于对济南市区在内的111个乡镇进行逐层评价。第一层为目标层,反映生态质量总数;第二层为系统层,由5个子系统构成,分别是生态脆弱度、生态影响度、生态抗逆水平、人文发展度以及自然资源禀赋;第三层为状态层,对上一层具体评价指标加以体现,并揭示它们之间存在的关系。第四层为要素层,用来评析初始目标对象。“朱晓华等分别以徐州等地做为生态环境质量评估体系研究的目标区域。区域生态的总目标层由社会经济
自然复合生态系统构成,以综合指数所表现出来的特征来评析区域内生态环境质量的总体水平。环境、自然、环境污染和社会经济4个子系统构成了制约层。16个基本要素组成各个子系统构成了要素层。28个直接度量因子构成了指标层。孙希华将山东的农业生态环境质量作为评价的总指标,其评价准则主要由经济要素、社会要素、技术要素和自然环境要素所构成,每一准则层由不同的要素组成,48个要素组成所需评价的要素层”。运用“树木活力”法对吉林生态环境质量进行评价这一新的综合生态指标由千庆兰提出,补充在通常状况下要想科学、全面地解决生态环境质量目前存在的不足,仅仅依靠单一的环境指标是不够的。
本文评价体系的建立,基于以下考虑:一是使指标体系能够完整准确地反映农业生态环境质量状况;二是使指标体系最简单化。在此原则的基础上,确立农业生态环境质量评价指标体系。一般来说,农业生态环境评价指标体系分为一级指标体系和多级指标体系。通常情况下,一级指标体系不能完整而清晰地反映多层次属性的特点。而农业生态环境又是由多个子系统构成的,各个系统之间的相互作用将直接影响整个生态系统的质量。因此,多级指标体系能够清晰准确地反映各子系统之间差异及生态环境的不同层次,因此目前多级指标体系比较常用,其中多以二级指标体系为常见。
根据以上宗旨,农业生态环境质量整个指标体系得以确立。通常把农业生态环境又分为四个子体系:“生境资源状况体系、生物状况体系、生态状况体系和环境污染体系。生境资源状况体系由四个指标组成:“人均拥有耕地面积(亩/人)、草地面积占有比率(%)、水域面积占有比率(%)、森林覆盖面积比率。”环境污染体系由三个指标组成:“灌溉水质量、农田土壤环境质量、农田大气环境质量。”生物状况体系由两个指标组成:农作物中重金属含量、农作物中农药含量。
生态状况体系由五个指标组成:“水土流失比率(%)、水土三化比率(%)、每亩平均施化肥量(千克/亩)、每亩平均施农药量(克/亩)、农田土壤有机质含量(%)。”
2 环境质量评价的一般方法
生态环境评价方法就是指为了满足生态环境过程中的一系列目标要求,所采用的程序步骤和相应的技术方法。国内外已经提出应用的环境质量评价方法是多种多样的,至今我国尚未形成统一的方法系列,较成熟的方法有:
2.1 指数法与综合指数法:即加权平均法。在农业生态环境质量评价中应用这种方法最重要的是评价指标权重的确定,一般都是采用比较易行的德尔菲法(专家评分法)。它可以简便、直观地体现出农业生态环境质量评价的综合性、整体性和层次性。但是该方法的不足是主观性比较大,因为专家在打分的过程中,主观因素和自己的经验,都在左右着分值的确定。
在确定评价指标体系和评价标准后,根据评价因素的相对重要性确定其权重值,将各因素的变化值得出综合评价值。通常采用的数学模型按因子之间的相互相联性、构成模式,第一步计算出各评价因子的加权质量指数,然后再按评价因子的归属关系得出三个因子集的质量分指数,最终由因子集质量分指数得出评价区域的生态环境质量综合指数。
质量指数分为子体系指数和总指数两级。共有四个子体系:灌溉用水子体系、农田大气子体系、农田土壤子体系和其他生态环境子体系。每个子体系由若干指标组成。由指标值求出指数值。总指数值由四个子体系的分数值加权和得出。然后根据加权值的大小来得出环境质量的好坏。
2.2 模糊综合评价方法:环境质量具有精确与模糊、确定与不确定的特性,所以环境质量评价中又引入了模糊综合评价法。模糊方法是20世纪60年代美国科学家扎德教授创立的。因此评价过程中充分利用模糊信息,以及评判结果用模糊性的语言,该方法既有严格的定量刻划,也有对难以定量分析的模糊现象进行主观上的定性描述,把定性描述和定量分析紧密地结合起来,是近年来发展较快的一种新方法。
1•1自然概况
福建省位于东南沿海(115°50′-120°43′E,23°32′-28°19′N),东西宽约540km,南北长约550km,土地面积1•214×104km2,其中山地丘陵占80%以上。福建属亚热带海洋性季风气候,年平均气温15•2~21•8℃,各地年平均降雨量基本在1000mm以上,年日照时数1754~2482h,气候资源得天独厚。福建省背山临海,其陆域基本由海拔1000m以上的山地与浙江、广东隔开,因而地貌上和水系上成为相对独立的地理单元。相对独立的地貌、水系及相应的气候、土壤和植被使得生态环境也表现出很强的相对独立性。福建海域处于东海和南海的交界处,全区多为台湾海峡所占据,由于陆域丘陵山地与台湾山地的制约使海域本身的气候、地貌和生物生态环境特征都具有一定的独立性。由于缺乏金门县的相关数据,在进行生态评价时未将金门县考虑进去。
1•2资料及其来源
采用福建省2006年7-9月全省67个台站的地面气象观测资料计算各地湿润指数和灾害指数,数据包括月平均气温(℃)、月降水量(mm)、月平均10m风速(m/s)、月平均相对湿度(%)、月平均气压(mb)、饱和水汽压(mb)、灾害面积(hm2),由福建省气象台提供。水体密度指数、植被覆盖指数、土地退化指数各评价因子的面积、类别数据来源于福建省各地土地利用数据,由福建省农业资源综合数据库提供。
1•3评价模型的建立
采用模糊综合评价法,通过建立隶属函数,经模糊变换,给每个评价因子赋予一个非负实数,得到评价结果,再与评语集相对照,最终确定评价区域的优劣等级[11]。
1•3•1评价因子集遵循代表性、全面性、综合性、简明性、方便性、适应性原则,选择5个因子为评价因子,则评价因子集V={湿润指数,植被覆盖指数,水体密度指数,土地退化指数,灾害指数},然后采用文献[12]中的数据处理方法对各评价因子进行标准化。各评价因子定义如下:(1)湿润指数为降水量与潜在蒸散量的比值,是判断某一地区气候干、湿程度的指标。湿润指数K=R/ET,该指数能够客观地反映一地的水热平衡状况。按季度进行评价时,季度湿润指数K=Rs/(∑ETi),Rs为季度降水量,∑ETi为该季度三个月潜在蒸散量之和。根据文献[13],月平均潜在蒸散量ETi=22di(1•6+U1/2i)Woi(1-hi)P1/2i(273•2+ti)1/4其中,i是月份编号,Pi为月平均气压(mb),ti为月平均气温(℃),di是月天数,Ui是10m高度观测的月平均风速(m/s),Woi是温度为ti时的饱和水汽压(mb),hi是月平均相对湿度(%)。计算区域生态质量等级时,当K>1时,取K=1。(2)植被覆盖指数指被评价区域内林地、草地及农田三种土地类型面积占被评价区域面积的比重,用于反映被评价区域植被覆盖的程度。(3)水体密度指数指被评价区域内水域面积占被评价区域面积的比重,水域包括河流、湖泊、水库等。(4)土地退化指数指被评价区域内风蚀、水蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀的面积占被评价区域面积的比重,是反映生态系统功能退化程度的一个重要指数。(5)灾害指数指单位面积上担负的灾害强度、频率等灾害总量,即评价区域内农田、森林等生态系统遭受气象灾害的面积占被评价区域面积的比重。
1•3•2评价因子权重由于不同的综合评价因子对农业资源可持续利用的影响是不一样的,因此需要对参评因子进行权重系数测定。各层次因子权重参照《生态质量气象评价规范(试行)》[13]、采用专家打分法取得,结果见表1。
1•3•3属性同一化根据不同属性因子对总体生态质量的影响方向不同,对全部因子属性进行正相化处理[14]。5项因子中有2项为负相因子(土地退化指数和灾害指数),其正相化指标=1-负相指标。
1•3•4生态综合评价指数根据权重集Q={0•25,0•3,0•2,0•15,0•1}和评价因子隶属函数值集合R={K,V,W,L,D},可计算得到生态综合评价指数其中,O为算子;i为各区域编号,本文i=1,2,3,…,67,Ai表示福建省各县(市)生态质量的综合评价值。#p#分页标题#e#
1•3•5评语集评价区域的生态质量分为5个等级,评语集Z={优,良,一般,较差,差},各等级评语见表2,等级划分参照《评价规范》[13]。
2结果与分析
2•1湿润指数
福建省2006年7-9月湿润指数分布如图1所示。由图中可见:此时段内福建省湿润指数普遍较高,各地湿润指数均在1•0以上;东部地区湿润指数明显高于西部山区,其中东部如平和、诏安、寿宁、永春、云霄、霞浦、宁德、南靖、长泰等地湿润指数较高,均在4•00以上。湿润指数等级较低的地区基本集中在西部如建阳、顺昌、将乐、长汀、永安等,主要是由于7-9月福建省受台风影响比较多,导致东部降水多于西部。根据《评价规范》[13],当K>1时表示大气降水总体上大于植被生理过程需水量,降水条件一般不成为当地植被生理需水的限制因子,说明福建省该季度降水满足作物生长的需水量,有利于作物及其它植物的生长发育。
2•2水体密度指数
福建省2006年7-9月水体密度指数分布如图2所示。由图中可见,福建省各地水体密度指数因地理位置、海拔差异和人类生产活动强度的差异而有所不同。东部沿海地区水体密度指数较高,如漳州的诏安县、龙海市、福州管辖下的平潭县、福清市和厦门市等地,最高可达0•15,主要是因为沿海天然水体面积大,同时由于加上养殖业的开展,人工沟渠、围塘数量大,使得沿海水体密度明显高于中西部;中部地区作为三溪汇合点的南平市延平区和古田水库所在古田县水体密度指数也比较高,介于0•037~0•05;西北部作为粮食生产基地的光泽县、武夷山市、建阳市等地水体密度指数稍低,其指数范围为0•016~0•025;中部地区的长汀县、连城县、永安市、大田县等地因海拔较高,人工水库、水塘等较少,因而水体密度指数明显偏低,指数介于0•008~0•016。
2•3植被覆盖指数
福建省2006年7-9月植被覆盖指数分布如图3所示。从图3可见,福建植被覆盖度整体较高,多数县(市)植被覆盖指数可达0•40以上,植被覆盖指数最高的县达到0•56。从图3中还可看出,沿海经济发达地区植被指数相对较低,如厦门、晋江、石狮、莆田、长乐等地,内陆植被覆盖指数则明显较高,指数在0•4以上的县(市)有49个,占行政区总数的73•1%,指数值大于0•5的行政区有6个,为武夷山市、松溪县、政和县、大田县、永泰县、华安县。植被指数最高的为武夷山市,原因是其界内包括了武夷山国家级自然保护区。武夷山自然保护区位于福建省西北部的武夷山脉脊部,拥有世界上同纬度带现存面积最大、保存最完整的中亚热带森林生态系统,典型的地带性森林类型为常绿阔叶林群落,植被覆盖度很高。图32006年7-9月福建省植被覆盖指数分布
2•4土地退化指数
土地退化是自然侵蚀和人文因子相互作用的结果,是生态系统退化的重要表征之一。福建省坡地多、雨量大,特别是多陡坡、多暴雨的自然环境为水土流失提供了客观的基础。福建省2006年7-9月土地退化指数分布如图4所示,从图中可见,各县(市)土地退化指数在0•002~0•030,泉州地区的南安市土地退化相对严重,其土地退化指数为0•030,寿宁县、安溪县、华安县、平和县土地退化指数较高,介于0•024~0•030,而武夷山、邵武、建阳、漳平、上杭、龙海、漳浦等地退化指数较低,指数值均在0•009以下。
2•5灾害指数
7-9月福建的主要灾害性天气为台风,分析期影响的台风有:7月14日在霞浦县北壁镇登陆的“碧利斯”,7月25日在晋江市围头镇登陆的“格美”,8月10日在闽浙交界处的浙江省苍南县马站镇沿海(距离边界约10km)登陆的第8号超强台风“桑美”。据灾情统计:“碧利斯”对宁德、福州、莆田、龙岩、泉州、漳州等六个地区造成了严重影响,造成10933•5hm2农作物受灾,4240•0hm2成灾,762•5hm2绝收。“格美”也对6个地区造成严重影响,其中农作物受灾面积29975•2hm2,成灾面积13056•6hm2,绝收面积1288•7hm2。“桑美”持续时间短,主要影响到南平和宁德,受灾面积4921•4hm2,成灾3259•7hm2,绝收819•3hm2。8月中旬-9月天气转好,未出现重大气象灾害。福建省2006年7-9月灾害指数分布如图5所示。由图中可见,各地区灾害指数介于0•000~0•094,灾害指数地区差异明显,漳州地区灾害指数较高,宁德次之,厦门、南平、三明等地灾害指数值较小。
2•6生态综合评价指数
最终计算得到福建省2006年7-9月生态综合评价指数分布结果(见表3)。对照生态质量评价分级标准(表2)可见,此季节内福建省各地生态质量等级差异不明显,生态质量综合评价指数介于0•54~0•67,其中有66个地区的生态质量气象评价等级为良好,多数县(市)综合评价值达到0•60以上,区域生态质量等级接近优。
关键词:生态环境;综合评价;哈大齐工业走廊
引言
生态环境是以人类为中心的各种自然要素和社会要素的综合体[1]。生态环境质量是指生态环境的优劣程度,它以生态学理论为基础,在特定的时间和空间范围内,从生态系统层次上,反映生态环境对人类生存及社会经济持续发展的适宜程度,是根据人类的具体要求对生态环境的性质和变化状态的结果进行评定[2]。经济开发活动已经对我国生态系统的结构和功能造成了很大影响,并产生了土地退化、荒漠化等一系列生态问题,生态环境形势十分严峻[3]。因此从保护生态环境的角度出发,科学、全面、准确地评价生态环境质量状况及变化趋势,为生态保护、建设和监督管理提供科学依据和技术支持是十分必要的。哈大齐工业走廊作为黑龙江省经济、社会和环境相互协调和可持续发展的战略地带,在经济和社会发展过程中,避免不了会对生态环境造成一定的影响。本文以哈大齐工业走廊及其周边地区为研究对象,采用多指标评价方法对不同区域的生态环境质量进行综合评价,旨在为哈大齐工业走廊区经济、社会和生态环境协调可持续发展提供一定依据。
一、研究区域概况
“哈大齐工业走廊”地处东北亚中心位置,位于黑龙江省西南部,分布在由哈尔滨经大庆到齐齐哈尔的交通沿线上,是以哈、大、齐三市为中心。沿滨州铁路、哈大、大齐等高速公路而形成的一个点、面结合的狭长工业带[4]。考虑哈大齐工业走廊经济的发展会对周边一些地区造成一定的辐射影响,我们以哈大齐工业走廊为中心,向周边地区适当扩展,包括哈尔滨市区、大庆、齐齐哈尔、肇东、安达,以及哈尔滨市所辖的尚志、双城,大庆市所辖的林甸、杜蒙,齐齐哈尔市所辖的富裕、泰来、甘南、依安,另外,由于所选取的指标数据为2004年统计值,哈尔滨市的呼兰区和阿城区也分别统计,即共选择哈大齐工业走廊区15个区域作为研究对象,对其生态环境状况进行综合分析与评价。
二、评价指标及计算方法
(一)评价指标选取原则。
生态环境评价指标选取的原则有很多,结合前人已有的研究[5,6],本文按照评价指标的代表性原则、全面性原则、 综合性原则、简明性原则、方便性原则、适用性原则等原则进行指标选取。
(二)评价指标及涵义。
本文共选择了五个评价指标,分别为生物丰度指数:是指衡量被评价区域内生物多样性的丰贫程度;植被覆盖指数:是指被评价区域内林地、草地及农田三种类型的面积占被评价区域面积的比重;水网密度指数:是指被评价区域内河流总长度、水域面积和水资源量占被评价区域面积的比重;土地退化指数:是指被评价区域内风蚀、水蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀的面积占被评价区域面积的比重;污染负荷指数:是指单位面积上担负的污染物的量,各指标的数据来源于《黑龙江统计年鉴》,计算方法按照及权重的计算按照参考文献1进行。
三、生态环境质量分级
根据生态环境质量指数,将生态环境质量分为五级,即优、良、一般、较差、差,各级指数及状态见表1。
表1 生态环境质量分级
级别 优 良 一般 较差 差
指数 EQI≥65 45≤EQI<65 35≤EQI<45 20≤EQI<35 EQI<20
状态 植被覆盖度好,生物多样性好,生态系统稳定,最适合人类生存。 植被覆盖度较好,生物多样性较好,适合人类生存。 植被覆盖度处于中等水平,生物多样性一般水平,较适合人类生存,但偶尔有不适人类生存的制约性因子出现。 植被覆盖较差,严重干旱少雨,物种较少,存在着明显限制人类生存的因素 条件较恶劣,多属戈壁、沙漠、盐碱地、秃山或高寒山区,人类生存环境恶劣。
四、结论
利用上述生态环境质量评价指标体系及计算方法,以县(市)为单元计算得出哈大齐工业走廊各市、县、区生态环境质量排序见表2。
表2哈大齐工业走廊生态环境质量排序
等级 名称 EQI 生物丰
富度指数 植被覆盖
度指数 水网密
度指数 土地退
化指数 污染负
荷指数
良 尚志 64.52 44.14 80.75 60.95 8.2 1.27
阿城 54.48 24.85 50.53 53.95 9.29 1.76
肇东 46.05 8.43 16.33 66.05 7.32 1.63
一般 哈尔滨 44.5 9.67 16.24 66.2 7.32 21.02
安达 44.33 8.4 15.8 59.62 21.77 1.35
呼兰 43.67 8.09 15.54 57.41 7.32 1.27
双城 42.41 6.72 12.84 56.06 7.32 0.91
甘南 37.57 8.84 32.37 19.61 9.32 0.59
泰来 37.01 15.48 24.31 23.25 21.42 0.93
齐齐哈尔 36.27 13.87 22.02 26.48 17.6 12.77
杜蒙 35.46 19.02 18.65 21.16 26.24 3.27
较差 大庆 34.27 12.71 20.6 17.09 11.39 12.43
富裕 34.02 7 16.17 22.58 12.1 1.5
林甸 33.15 7.22 16.82 15.23 7.38 0.78
依安 30.55 2.27 12.01 14.65 8.48 0.56
从表4-1可以看出哈大齐工业走廊总体环境质量一般,生态环境质量指数EQI的最小值为30.55,最大值为64.52,平均值为41.22。从评价等级来看,只有尚志市、阿城和肇东处于良;哈尔滨、安达、呼兰、双城、甘南、泰来、齐齐哈尔市及杜蒙等地区生态环境质量一般;大庆、富裕、林甸和依安等地区生态环境质量较差。
在评价指标体系中,生物丰富度指数和植被覆盖度指数有相同的变化趋势,即尚志市地区明显高于其它地区,在土地退化指数中杜蒙最大,达到了26.24,这是由于在杜蒙地区有大量的盐碱地所致。从污染负荷指数来看,哈尔滨、大庆和齐齐哈尔地区较高,这是由于这三个地区工业水平发展程度最高,污染也是最严重;从空间分布看,哈大齐工业走廊东部地区生态环境质量较好,西部地区生态环境质量较差。
感谢周利军老师在论文写作过程中给予的指导和帮助。
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土壤是历史自然体,是位于地球陆地表面和浅水域底部具有生命力、生产力的疏松而不均匀的聚积层,基于土壤形成的生态环境体系介于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的交界面上,是各环境介质的连接纽带[1].重金属是一类持久性有毒物,易通过食物链的生物放大作用在生物体内积累,从而对人群健康和生态系统的稳定产生危害或风险[2].土壤重金属污染可改变土壤的理化性质,直接或间接破坏土壤生态系统结构,并可通过土壤农作物等多个途径的迁移积累对农产品安全和人体健康造成风险,所以土壤环境质量评价作为评估污染程度和制定污染控制策略的重要参考而被广泛关注.国内外现常用的土壤环境质量评价方法主要包括:单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法、模糊贴近度法、地累积指数评价法[3]、潜在生态危害指数法[4]等.其中地累积指数评价法是由Muller提出的一种可良好表征土壤中重金属富集污染程度的定量指标,现广泛应用于研究评价土壤或沉积物中重金属的污染程度[5-6].但其在国内外评价过程中仍存在一些缺陷,需要进一步完善,主要表现在:1)常用确定性评价方法中重金属含量输入值的单一确定性与评价区域土壤环境中重金属含量的空间差异性之间的矛盾造成了区域污染评价结果存在较大模糊性;2)不同学者或决策者选取地球化学背景值参数的差异及不同土地利用类型的土壤重金属背景值的差异造成评价结果缺乏可比性;3)确定性地累积评价模型主要表征土壤中各重金属的富集污染程度,而忽略了不同重金属之间的生态毒性差异,这会导致低含量高毒性的重金属的污染程度被低估或高含量低毒性的重金属污染程度被高估.以上3点不足均可能会误导最终决策.
本研究以地累积模型为基础,将MonteCarlo模拟引入环境质量评价领域中来处理参数不确定性,并在模型内嵌入表征不同重金属的生物毒性差异的权重系数,提出了基于不确定性理论的土壤环境重金属污染评价法.将所建土壤环境重金属污染评价法在实例中加以利用和验证,以期为土壤重金属的污染评价、优先污染物的控制及区域污染防控决策的制定提供新思路.
1基于MonteCarlo模拟的评价法
1.1地累积指数评价模型
1.2MonteCarlo模拟的应用
MonteCarlo模拟是由Nicholas Metropolis在二次世界大战期间提出的,而后Von Neumann与Stanislaw Ulam合作建立了概率密度函数、反累积分布函数的数学基础,以及伪随机数产生器,现此方法在金融工程学、宏观经济学、生物医学、计算物理学等领域已得到应用广泛,效果良好[7-8].土壤环境评价系统是一个集随机性、灰性、模糊性等多种不确定性于一体的系统.因此,常规的确定性评价方法不能准确反映土壤中重金属污染程度的真实情况.为了降低模型参数由于土壤重金属数据空间变异性、不同学者或决策者采用的地球化学背景值参数的差异性和不同土地利用类型的土壤重金属背景值的差异性等因素带来的参数不确定性,本研究将MonteCarlo模拟引入地累积指数法.其主要模拟步骤为[8]:1)确定评价模型随机变量,在本研究中为土壤中重金属实测含量参数和其所对应区域土壤背景值参数;2)构建随机因素的概率分布模型,在本研究中采用历史经验和实地采样检测相结合的方法;3)将所得到的随机数转化为输入参数的抽样值,主要方法为MonteCarlo抽样和拉丁超立方抽样(LHS).其中MonteCarlo抽样一般从样本分布较少的低概率区进行抽样,即为偏尾端抽样;LHS抽样则是由样本整体分布考虑,这说明相对于MonteCarlo抽样方法,LHS方法更适合构建小样本的概率分布,故本文采用LHS法.4)整理分析所得模拟评价结果.
1.3重金属生物毒性评价权重系数
2实例研究
2.1采样点布设及样品采集
实例源于作者2011~2012年的研究成果[10],采样区域为新乡市市郊的农用土壤,经过采样监测所获数据的统计分析结果见表2.
实际监测数据常包含一些误差较大的、无代表性的数据,本文建议对所得数据进行异常数据的剔除,否则可能会影响评价区域整体污染水平评价的正确性,本文的剔除原则为平均值±3*标准差[8].本文相关统计计算采用SPSS 16.0vers软件进行.
将土壤实测含量参数进行ShapiroWilk检验,由表2可知,Ni,Zn,Cu和Cr的sig.值均大于0.05,表明这些重金属的实测含量数据都呈正态分布.而Cd的sig.值小于0.05,不符合正态分布,须进一步转化验证,根据其偏度和峰度的信息,选择Ln函数进行数据转换,转换前后的Cd的概率分布见图2~3所示,故Cd的含量符合对数正态分布.
据上述章节的数据和分析,按照1.2节中的MonteCarlo模拟步骤,将模拟参数设置设定:最大实验量为1 000,置信区间为95%,抽样方法为拉丁超立方,其它参数取软件的默认值.对于实例区域土壤中各种金属的评价模拟预测图见图4~8所示.图中Probability代表概率可信度,Frequency代表频数.
根据表1和图4~8计算得出表4,其表征了各重金属模拟评价结果隶属于各污染等级的概率可信度,可得出:1)评价区域重金属Cd隶属于严重污染等级的概率高达98.1%,对当地有着极大的潜在生态风险或人体健康风险;2)评价区域重金属Ni和Zn的评价结果较相似,隶属结果均跨越了全部7个污染等级,说明评价区域中Ni和Zn有着明显的空间分布特征,同时它们属于严重污染的概率也分别高达84.5%和87%;3)评价区域重金属Cu的模拟评价结果隶属于各污染等级的概率较为均匀,其最大隶属于偏中污染,概率为30.9%,而其隶属于轻度污染和重度污染的概率分别为21%和24.7%,故很难判断其最终的评价结论,这也证实了评价过程中确实存在较大的不确定性,并且很可能误导决策;4)评价区域重金属Cr的模拟评价结果跨越了3个污染等级,而且它隶属于轻度污染的可信度达69.8%,这说明Cr的空间含量分布较均匀.
根据单因素指数法的评价准则(评价值大于1则土壤已受污染,小于1则未受污染),可知Cd、Ni和Zn已超标,而Cu和Cr未超标,但单因素指数法只能定性地判断污染程度,对于筛选优先控制污染物的评价辨识度较低.确定性地累积模型有较为完善的污染程度定量评级准则(见表1),根据表5结果,基本可较好地识别出优先控制污染物,但仍存在一些问题:1)其评价结论中对于Ni和Zn污染等级均为4级,无法进一步分辨二者的相对污染程度的高低;2)Cu和Cr在确定性地累积评价中的污染级别分别为1级和0级,而单因素指数评价中二者的评价结果都小于0(未污染状态),二种评价方法的结论出现了分歧,故在实际应用中确定性地累积模型的评价分辨力仍有不足.基于MonteCarlo模拟的土壤环境重金属污染评价结果(IM-C),由于各重金属潜在生态风险权重系数(Ti)的嵌入,评价结论出现了几点变化:1)Ni和Zn的IM-C值出现了较显著的差异,其原因是Ni的潜在生态风险权重系数5远大于Zn的潜在生态风险权重系数1.大量研究证明Ni具有明显的致癌性和致敏性,并对水生生物有明显的危害性[1],相比之下,Zn是人体必不可少的有益元素.这也正对应了我国土壤环境质量标准中关于Ni(60 mg·kg-1)和Zn(300 mg·kg-1)的污染限值差异.参考单因素指数法结果,且对比于确定性地累积法Ni和Zn污染级别一致,证明基于MonteCarlo模拟的土壤环境重金属污染评价法分辨力更强.2)对比于Zn和Cu的确定性地累积模型评价结果的较大差异,Cu和Zn的IM-C值则相对趋于接近,这是由于Cu的生态风险权重系数5大于Zn的生态风险权重系数1,同样Cu的污染限值为100 mg·kg-1也明显严于Zn的污染限值300 mg·kg-1,故基于MonteCarlo模拟的土壤环境重金属污染评价法更符合客观实际.3)Cu和Cr在确定性地累积模型评价结果中污染等级分别为1级和0级,但根据单因素指数法的评价结果,二者的污染级别都属于未污染级别,由于Cu的生态风险权重系数大于Cr的生态风险权重系数,基于MonteCarlo模拟的土壤环境重金属污染评价法“放大”了二者之间评价结果的差异性,更有利于筛选出优先控制污染物.
3结论
针对现行确定性土壤环境质量评价中的不足,提出了基于MonteCarlo模拟和生态风险权重系数的土壤环境重金属污染评价法,而后借助实例与现行评价方法进行对比研究.结果表明:所提出方法的评价结果为一系列隶属于各个评价等级的概率可信度,同时,生态风险权重系数的嵌入使其具有更高的评级分辨力.与确定性评价模型相比,能够更真实、更客观地表征整体区域土壤中重金属的真实污染状态,给决策者提供更全面、科学的参考.
但需要指出,由于所提出的评价方法侧重于评价区域整体的土壤重金属污染水平,所以可能忽略个别极值点,故建议对个别极端值进行确定性污染评价,如评价结果与不确定性评价结果差异较大,则需要有针对性进行采样调查验证.
参考文献
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1研究区概况与研究方法
1.1研究区概况南京仙林新市区(32.059°—32.147°N,118.867°—119.013°E)位于南京东北部,紫金山东麓,北抵312国道,南达沪宁高速公路,东西分别以七乡河和绕城公路为界,面积为84.59km2。近年来,受到南京市中心经济的辐射作用,该区自2003年开始建设大学城。短短几年,快速城市化发展得到迅速蔓延。目前,该区景观已经从农村景观逐渐转变为城市景观。土地利用类型发生巨大变化。道路网络十分发达,居民用地、商业用地以及高校建设用地占据优势地位,林地、草地和湿地等原有类型面积不断减少。据南京市政府的统计,目前该区人口高达24万,并且不断增大,预计到2050年人口将达到50万。区域土地利用类型的改变必然使其景观结构发生变化,从而对景观生态质量产生影响。
1.2研究方法
1.2.1基础数据来源和处理采用2003年和2009年两期QuickBird(分辨率为0.61m)影像为基础信息源,经过几何校正、图像处理后,建立遥感解译标志并对遥感信息资料进行判译。图像解译在ArcGIS9.2中完成。由于对研究区自然环境和土地利用现状比较熟悉,大大提高了解译精度,使得各种景观类型野外验证精度达到91%以上。参照建设部1991年颁布的《国家标准GBJ137-905城市用地与规划建设用地标准》中的城市用地分类体系,再根据研究区的具体特征,将研究区景观分为10个类型:自然林地、水塘、草地、河流、耕地、绿地、建筑用地、道路、养殖塘和未利用地。
1.2.2景观生态质量评价指标选取景观生态质量变化主要取决于两方面因素,一是人类对景观结构的干扰;二是景观维持稳定性的程度[11]。根据研究区域特征,选择能够反映人类对景观干扰的指标包括三个:景观破碎度指数、建筑用地干扰指数和道路密度指数。这三个指数的生态意义在于自然景观破碎成形状不同、大小各异的斑块,导致了生态系统内部生境面积变小、阻碍能量流动和物质循环,造成物种丧失[11-13];建筑用地兴起导致了原始土地结构破坏,以及释放出的“三废”也对环境造成破坏;道路的存在,阻隔了原有的物种交流,阻碍了物种迁移和能量流动,而且道路上汽车尾气的排放也污染了环境。另外,构建能够反映景观稳定性的指标三个:高功能景观多度指数、湿地密度指数和土地利用结构指数。它们的生态意义为:高功能组分指的是对生态环境有积极作用的景观类型,本文包括自然林地、河流、水塘、绿地、草地5种。研究区湿地数量众多,生态功能不能忽视,其对调节气候、沉积净化和丰富物种有重要作用;区域景观是由各种土地利用类型根据一定的结构配置而得,结构合理可以使得区域景观生态质量提高。本文根据前人的研究[4],利用公式得到各指标的计算方法,并利用层次分析法(AHP)确定各指标权重,详见表1。
1.2.3各指标数据处理由于各指标系数量纲、性质不同[14]。因此,所有的数据都需先经过无量纲化预处理过程,采用以下方法:对于越大越安全的指标(包括高功能景观多度指数、湿地密度指数、土地利用结构指数)通过公式(1)来计算;对于越小越安全的指标(包括景观破碎度指数、建设用地干扰度指数、道路密度指数)通过公式(2)来计算。式中:xij———实测值;rij———标准化后的数值;ximax,ximin———最大值、最小值。
1.2.4景观生态质量评价模型的建立城市景观生态质量的评价主要从两个方面来看,即受到外界环境的干扰程度以及自身的稳定程度。确定景观生态质量的评价模型如下:LEQ=0.5Di+0.5Si(3)式中:LEQ———景观生态质量评价模型;Di———受干扰程度的评价子模型;Si———景观稳定程度的评价子模型;i———空间采样单元。1.2.5空间数据的处理和量化将两期遥感影像进行网格化(1km×1km)处理,并计算出每个小栅格的各指标数值,再进行插值运算,将干扰程度和稳定程度的各自三个指标根据所设置的权重进行GIS空间叠加,根据等间距空间分级方法对景观生态质量进行分级(见表2),此方法作为一个简单便于理解的分类方法,被众多学者广泛应用于生态安全评价、景观生态健康评价的研究中[15-16],适用于同类研究比较,同样适合景观生态质量评价。分别得到受干扰程度和稳定程度的空间分异图(见图1—2)。根据景观生态质量模型,将受干扰程度评价子模型和稳定程度评价子模型进行空间叠加,根据等距离空间分级方法,得到景观生态质量空间分异图(图3)。
2结果与分析
2.1景观干扰及其变化
城市景观所受到的干扰比较复杂,自然和人为因素均可以对城市发展行为特别是组分变化情况产生显著影响,但是人为因素对于城市景观变化显然具有支配性作用[11]。本文选取景观破碎度指数、建筑用地干扰度指数、道路密度三个指标来诠释研究区所受到的干扰状况,通过GIS空间插值分析以及空间叠加得到干扰指标空间分异图(见图1),图中颜色越深表示外界环境对景观生态影响的程度越大。从图1中可以明显看出,2003年仙鹤片区相对于其他三个区域受干扰程度最深,表明城市化从该区开始,白象和青龙片区大部分区域受干扰程度都在2级(较弱)以下水平;由于城市化影响,到了2009年仙鹤片区作为大学城的集中地变化最为明显,城市化作用最强,建筑用地和道路面积增加破坏了原有的土地利用方式,区域受干扰程度处于4级(较强)以上水平,白象片区和麒麟片区也由以耕地为主导作用的景观变成以建设用地为主导的区域,受干扰程度处于3级(一般)以下水平。青龙区域依然以耕地为主导景观,受干扰程度属于2级(较弱)以下水平。对景观干扰程度评价结果进一步统计分析发现(表2),2003年整个区域受干扰程度达到5级(强)的面积比例为4.2%,受干扰程度达到1级(弱)的区域面积比例为45.2%,整个区域受到干扰程度不强。然而到了2009年,受干扰程度达到5(强)的区域面积比例为9.9%,而集中在1(弱)、2(较弱)、3(一般)、4(较强)的面积比例较均匀。2003—2009年期间,受干扰程度处于3(一般)及以上的面积比例增加96.9%。总的来说,研究区受干扰程度增大,各个区域受干扰程度变化不均衡。#p#分页标题#e#
2.2景观稳定性及其变化
生态系统稳定性是生态评价中最重要的指标之一。本文从研究区特征出发,选取了高功能组分景观多度指数、湿地密度指数、土地利用结构指数三个指标来体现研究区景观生态系统的稳定性特征。由于城市化过程影响,2003—2009年期间景观生态系统的稳定性明显下降。从图2中可以看出,2003年各个片区稳定性都较高,尤其是以白象片区中的自然林地景观稳定性最高,大部分区域稳定性程度处于3级(一般)以上水平;仙鹤片区相对其它三个片区稳定性较弱;2009年各个片区的稳定性较2003年明显减弱,其中稳定性最低的是仙鹤片区和青龙片区,基本处于2级(较弱)以下水平,也是变化相对明显的区域。根据统计数据可以看出,稳定性程度达到1级(弱)的区域面积比例增幅巨大,从2003年的1%增加到2009年的43.7%,稳定程度达到3级(一般)以上的区域面积比例减少了74.0%。总的来说,整个景观的稳定性减弱,并且各个区域变化不均衡。高功能组分景观多度减少、湿地密度由于湿地的个数急剧减少而减小,以及基于高功能组分面积减少而导致了土地利用结构指数的减少,这些原因都造成了稳定性的减弱。
2.3景观生态质量及其变化
景观生态质量的综合评价不应仅仅局限于现状的描述,还要反映出区域生态环境的可持续性,即能对未来环境的演变趋势有一定的预测作用[8]。通过对研究区两期影像干扰程度以及稳定程度的分析,以及所得到的景观空间分异图,利用GIS空间分析得到最终的景观生态质量空间分异图(见图3)。根据图3从各片区的发展特征来看,2003年几个片区交界的林地覆盖区景观生态质量最好,相比而言仙鹤片区景观生态质量较差,其他三个区域都处于3级(一般)以上水平。到了2009年,仙鹤片区景观生态质量明显降低,仙鹤片区大部分区域处于2级(较弱)以下水平,其它三个区域景观生态质量也有所降低,大部分面积都处于3级(一般)以下水平。2003—2009年,景观生态质量水平达到1级(弱)的区域面积比例增加7.3倍,景观生态质量水平达到5级(强)的区域面积比例减少95%左右。达到3级(一般)及以上水平的面积比例从84.9%减少到47.9%。总的来说,景观生态质量随着城市化进程而变差。城市化发展越是迅速的地区景观生态质量变化就越明显,如研究区中的仙鹤片区。景观生态质量变化的不均衡在某种程度上是由于城市化发展的不均衡造成的。
3结论
改革开放30多年以来,中国经济财富总量的增长迅速,是很有效率的。然而,中国的城乡居民收入差距越来越大,而且在衡量分配不平等的多项指标上,与世界其他国家相比,中国都是位居世界前列的。区域经济发展失衡、贫富差距扩大等问题,已经成为中国构建和谐经济社会的巨大障碍,长期下去,将会成为孕育社会急剧动荡危机的根源。而区域经济质量问题从根源上看,可以说是区域经济管理欠缺的问题。
1.简述区域经济质量评价
1.1区域经济质量评价的作用
区域经济质量评价是区域经济管理的基本环节。长期以来,中国区域经济管理比较注重对区域经济发展规划、发展战略和发展模式的制定及选择等事前管理,却忽视了适时地对区域经济发展方案的实施效果进行科学的评价。并且,区域经济没有科学的、适时的质量评价体系,因而不能适时地进行区域经济管理控制,长期积累以来,导致贫富悬殊、区域经济严重失衡。
区域是一个庞大而复杂的组织,区域经济管理更要重视高质量标准。评价是一切管理活动的基础,当前,中国区域经济活动最薄弱的环节就是缺乏一种综合、客观公正和便于操作的区域经济质量评价体系。只有恰当的区域经济质量评价体系,才有助于避免不充分的决策过程,才能避免发展不可持续性可能导致的严重后果。
1.2构建区域经济质量评价指标体系遵循的基本原则
构建区域经济质量评价指标体系应遵循一些基本原则:系统性、可比性、可操作性和针对性。这也就要求我们选取的评价变量指标应是一个有机的整体,能够比较综合地从不同侧面反映区域经济质量特征。并且,评价指标可以进行横向和纵向的比较,从而得出合理的评价结论。指标数据要与质量评价内容相关,并且要便于采集、整理和计算。在管理的人本原则指导下,构建合理的评价指标体系,其中既要考虑到了区域经济发展的趋势,还要弥补现有的众多区域经济质量评价指标的不足,而且所选用的变量指标数据要易获取,便于实际操作。
2.我国区域经济发展中存在的问题
2.1缩小区域差距的难度不断增大
近几年来,尽管区域经济发展速度差距扩大的势头在一定程度上已经得到了遏制,但是区域经济的绝对差距扩大的趋势并没有得以根本的改变。在市场经济环境中,随着“马太效应”的出现,这又给缩小区域差距带来了前所未有的挑战,缩小区域差距的难度正不断的增大。众所周知,随着地区经济发展差距的扩大,各地区之间的公共服务水平差距越来越大,尤其是城乡之间的公共服务水平差距不断地拉大,导致各地区社会成员之间机会和权利的不均。
2.2区域合作仍存在障碍
在区域经济发展过程中,不同的利益主体的目标不一致,造成区域政策在促进区域协调发展方面不如预期。在预期中,通过区域政策可以解决区域差距的问题,但是在实际操作中,各个地方自主发展的动力和要求使有些区域政策难以落到实处,这就给促进区域经济协调发展带来了很大的挑战。有些人认为经济发展的区域化以及区域之间的合作是大势所趋,并且,区域合作缺乏稳定的制度基础和有效的运作机制。即使思路很好,但是在实际推进过程中,还是将个人利益放在前面,区域合作的实质效果还是有待于进一步的提高。
3.解决我国区域经济发展中存在的问题的对策
3.1合理进行产业的区域分工
同等资源条件下,分工可以实现产出的增加。在广大的中西部地区基础设施逐步完善,产业发展空间较大的背景下,推动东部沿海地区产业加快向中西部地区梯度转移,形成更加合理有效的区域产业分工格局,从而使中西部地区自身资源、劳动力等优势得以充分发挥,促进区域协调发展。这也就使得中西部地区的自我发展能力充分发挥,加快工业化和城镇化进程。
3.2加强资源节约和环境保护
发展经济是为了提高人民的生活水平,而节约资源和保护环境又是发展经济所必需的,因此,经济发展和环境保护的关系是彼此依托、互相推动的,是相辅相成、唇齿相依的。在发展的同时,要坚持把资源承载能力、生态环境容量作为承接产业转移的重要依据,积极推进资源节约利用,加大污染防治和环境保护力度,努力实现可持续发展,推动经济发展与资源、环境相协调。
结语:随着科学研究的不断深入和拓展,区域经济管理内容和方法也将不断的得以充实和完善,相信在不久的将来,区域经济管理这门应用型交叉学科将不断成熟,将会为科学管理区域经济系统提供充分的理论和方法的支持,促进区域经济的发展。强化经济体制改革,优化区域产品结构,充分发挥科学技术是第一生产力的作用,勇于创新,实现新技术的突破与广泛应用,提高市场竞争力和区域经济发展。
参考文献:
随着社会经济的快速发展,人们越来越关注周围的生态环境问题,自然而然地,环境质量评价也开始逐渐引起人们的重视。生态环境质量是从生态系统的层次上,研究系统各组分,特别是有生命组分的质量变化规律和相互关系,以及人为作用下结构和功能的变化情况,从而评价其环境质量的优劣。生态环境质量评价是利用生态系统最综合、最为本质的属性特征变化,通过对生态环境质量给以数量化表征,并划分为一定的等级给予评价,由此可见,生态环境质量及其评价的综合性很强。
1.环境质量评价的必要性
随着中国社会经济迅速发展,工业以惊人的速度增长,大量的农村人口流入城市,中国城市化进程高速发展。伴随着中国城市化进程的加快,城市建设项目日益增多,城市生态环境问题也日益增多,产生了由于中国城市化进程加快,城市人口剧增,城市生态平衡失调,人与生态环境的矛盾日趋尖锐,城市生态环境日益恶化,因此要采取各种有效措施进行积极补救,对任何拟建的建设项目进行可行性研究时, 积极引入生态环境质量评价。生态经济就是生态学与经济学结合发展起来的产物,以实现整个社会经济可持续发展,中国日益重视和发展生态经济,宏观的经济政策层面就是建立一种生态与经济相协调的政策体系;微观的生态技术层面是指在各具体行业的经济活动中节约资源,避免或减少环境污染,其核心思想就是维护生态环境平衡,在建设项目可行性研究中引入生态环境质量评价,确定一个建设项目在能实现经济效益的同时,确保生态环境与人类社会的和谐发展。
建设项目投资科学决策应综合考虑工程技术、经济和生态环境质量因素。应对建设项目可行性研究中引入生态环境质量评价应给予重视,否则将付出沉重的代价。一味地追求工业增长的经济增长模式没有建立在生态基础上,有确保那些支撑长期增长幅度的资源和环境基础受到保护和发展,最终使得经济发展因失去健全的生态基础而难以持续。我国了可持续发展观,在发展指标上,用经济、社会、文化、生活,尤其是环境、生态等多项指标来衡量发展水平,这才符合生态环境与经济的协调发展,而建设项目投资前期工作核心的可行性研究阶段,引入生态环境质量评价, 是非常有必要的。
2.环境质量评价的原则
2.1重要性原则。正确认识生态环境,分析生态环境的成因、演化及其影响因素,分解生态环境的构成因子,弄清生态环境中各组成要素变化及其因果关系,主次关系,每一项指标均应是反映该领域的主要指标,同时指标体系应能全面反映生态环境各方面的状况。正确选择评价参数和质量标准,确定适宜的权重,最终达到全面、正确地认识生态状况及其生态效应。
2.2持续利用原则。生态环境系统作为一个庞大复杂的多因素系统,它综合了社会、经济、自然环境等多方面特征,因此在进行生态环境质量评价时,应从生态、经济和政策等方面按照生态环境的持续利用原则,使单要素和综合整体的质量评价结果体现出生态与经济的协调性。
2.3贵极无价原则。对于濒临灭绝的珍稀物种、自然奇观、独特的生态系统等,认为其价值无穷,无法用数量来表示,只能用特殊符号来表示,而不能估价。
3.环境质量评价的类型及方法
3.1环境质量评价的类型。环境质量评价是指对特定时空范围内生态安全状况的定性或定量的描述,是主体对客体需要之间价值关系的反映,在进行环境质量评价时,应根据生态环境功能和评价的目应根据生态环境功能和评价的目的选择不同的标准,以此为参照系来评价该类型的生态环境质量偏离未退化的、稳定的生态环境质量的程度。生态系统健康评价生态系统健康评价是研究生态系统管理的预防性、诊断性和预兆性特征,以及生态系统健康与人类傻康之间关系的综合性科学;生态系统服务功能评价最主要的生态系统功能体现在生态服务功能和生态价值功能,这些功能是人类生存和发展的基础。生态系统服务功能评价的方法主要有指示物种评价和结构功能评价;生态环境承载力评价生态环境承载力评价是区域生态环境规划和实现区域生态环境协调发展的前提。
3.2环境质量评价的方法。生态环境质量评价是对生态环境优劣的定量描述和评定,其目的是准确反映生态环境质量和污染状况,找出当前的主要环境问题,为有针对性地采取措施,制订生态环境规划和有关管理防治对策提供科学依据。对于环境质量目前常采用的方法有:评分迭加法、综合指标法、聚类分析法、自然度方法、景观生态学法、生态图法、生物生产力评价法、灰色系统评价法及多级关联评价法等。不管采用什么方法,其可靠性最终取决于对生态环境的全面认识和理解程度,获取可靠的基础数据,把握生态环境特点、本质和各要素之间的内在联系是评价成功的关键。要建立一个完善的、科学的反映生态环境质量状况的数学模式,是一个十分复杂的问题,为了不断提高环境质量评价的水平,应努力加强数学与环境科学的交叉渗透。
4.环境质量评价的内容
4.1生态环境质量现状调查与评价。对评价区内的污染源进行调查,并对调查结果运用污染源评价的方法筛选出区域内的主要污染源和主要污染物,为生态环境质量评价和污染综合防治提供依据。全面调查生态环境,收集原有的调查结果和分析资料,根据评价任务和目的选取对生态环境质量形成、发展、变化影响重大的因素,再采用专门的评价方法得到各评价要素质量和整体生态环境质量的定性和定量评价。生态环境质量现状调查与评价是研究外环境的污染现状,它是生态环境质量评价的主要内容,也是生态环境质量评价工作的重心所在。
4.2生态环境效应分析。生态环境效应分析包括三方面的内容:各评价要素质量变化引起的环境生态效应和整体生态环境质量变化引起的生态效应,如生物的生态变异、生理功能异常、减产、不结实直至死亡、生态环境的破坏等;生态环境污染对人类健康状况的影响,如儿童的发育、健康状况,成人的发病率、死亡率及能获得安全饮用水的人口比例等;经济效益分析,以货币作为衡量生态环境质量影响大小的尺度,将生态环境质量所受的损害进行经济损失估算。
5.结语
自然生态环境中的各要素不仅以各自的特点不同程度地影响着城市的某些部分,而且结合在一起对城市施加综合影响,共同塑造着城市的景观,甚至左右着城市的生态平衡。实现生态环境的优化调控与科学管理是保护生态环境,促进社会经济与环境协调发展,建立人与环境和谐关系的重要举措。从环境生态角度看,社会生态环境与经济生态环境中的各要素,更关系到资源的有效利用和生态环境的可持续性。因此,评价城市生态环境的时候,要综合自然、社会和经济三各方面。评价生态环境的素质优劣,是以生态环境对人类和生物生存及持续发展的适宜度作为衡量标准,从系统的观点出发,应正确认识环境,分析环境,从而达到客观准确地评价生态环境质量状况的目的。
参考文献
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