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湖南省生态安全综合评价研究

作　者: 熊鹰
导　师: 曾光明；黄国和
学　校: 湖南大学
专　业: 环境工程
关键词: 生态安全综合评价 GIS 层次分析法生态功能区划生态系统服务价值生态足迹湖南省
分类号: X826
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

生态环境是人类赖以生存和发展的基础空间,其安全状况直接关系到区域的可持续发展。随着人口的快速增长和社会经济的发展,人类活动对环境的压力不断增大,人地矛盾加剧,资源过度消耗,由环境退化和生态破坏及其所引发的环境灾害和生态灾难对区域发展、国家安全、社会进步的威胁越来越大,生态安全问题因此得到全球范围内的高度重视。生态安全已成为国家安全、区域安全的重要内容,与国防安全、经济安全、金融安全等有同等重要的战略地位。生态安全问题由此成为理论与实际都亟待解决的热点问题。湖南省位于中国中部,地理坐标介于108°47′～114°13′E,24°39′～30°08′N之间,国土面积21.18万km2,约占全国土地总面积的2.21%,人口6732.1万,占全国总人口的5.18%。因地处长江中游,生态地位十分重要,对维系整个长江中下游水系生态平衡,促进中下游地区经济社会健康发展具有重要作用。由于该省地处全国3条易灾带的中部地带,为江南自然致灾强度最严重的省份之一,特殊的区位条件决定了生态环境的敏感性、脆弱性。近年来,湖南经济发展呈快速增长态势,但由于生态环境的退化,生态灾害频发,生态安全问题已成为制约湖南可持续发展的重要因素。同时,目前关于湖南省生态安全的研究还较缺乏,因此对该区域进行生态安全综合评价研究,遏制生态环境恶化迫在眉睫。开展生态安全研究对准确、科学地选择湖南生态建设的策略,把握区域生态安全的变化并及时做出控制和治理措施,以及实现区域与长江中游地区社会经济的持续发展具有重要的实践意义。在理论上,也丰富了生态安全评价研究的定量分析方法,完善和充实了该领域的理论体系。本研究利用调查数据和有关统计资料,对湖南省生态环境现状进行了系统分析。从土地利用与土地退化、植被状况及动态变化、水资源状况、湿地生态环境状况、生物多样性保护、环境污染状况等方面进行了现状研究,从中分析了影响湖南可持续发展和生态安全的主要生态环境问题,为开展生态安全综合评价研究提供背景支持。为了探究区域人类活动对自然生态系统占用状况,应用生态足迹方法,对湖南省1996～2004年的生态足迹与生态承载力进行了时间序列的定量测度,将湖南省资源利用的动态特征融入到生态足迹模型中,并在此基础上进行横向和纵向比较。结果显示,湖南省人均生态足迹由1996年的1.2441hm2增加至2004年的1.6377hm2,人均生态承载力则由0.4819hm2减少为0.4556hm2,生态赤字由此出现,并呈现不断扩大之势。表明区域生态系统处于人类过度开发利用的压力之下,并超过了生态系统的承载能力范围,生态环境处于不可持续状况,自然生态系统受胁迫并处于不安全状态。通过建立预测模型对未来10年生态足迹及生态承载力进行预测分析,湖南省生态赤字将呈扩大趋势。反映该区对生态系统的胁迫和压力不断增强,区域可持续发展及生态安全形势严峻。为此,提高资源的利用效率,改变资源依赖型的经济结构与增长方式是当务之急。为研究区域生态系统服务功能的变化,运用GIS和遥感技术,提取得到湖南省土地利用动态数据,以此为基础,应用Constanza提出的评价模型,参照中国陆地生态系统单位服务价值系数,评估分析研究区的生态系统服务价值变化。结果表明,1996年和2004年湖南生态系统服务功能价值分别为32417.67×107元和31997.93×107元,期间减少了419.74×107元。耕地、水域和未利用地面积大量减少,林地、建设用地面有所增加。其中,大量生态价值系统较高的耕地、水域转化为生态价值系数较低的建设用地是生态服务功能价值减少的主要原因。区域生态系统服务价值显著减少,表明这段时期区域人类活动,特别是以经济利益为目的的土地利用方式变化造成对生态系统服务功能的损害,从而威胁区域可持续发展的生态安全基础。在对生态环境现状分析、生态承载力以及生态系统服务功能等研究的基础上,参考国内外生态安全指标体系的研究成果,结合区域环境特点及社会、经济发展状况,建立了由自然生态环境、生态灾害、环境污染、经济社会条件四部分共28项指标组成的生态安全综合评价指标体系。采用德尔斐法(Delphi)和层次分析法(AHP)相结合确定各个指标的权重,并进行一致性检验,确保确定权重的有效性。同时,在评价区域生态安全状况时,建立了生态安全程度划分标准,明确区域生态安全的程度是经济、社会和自然生态环境安全度的综合体现,并将生态安全度分为5个等级,分别对应于安全、较安全、预警、较不安全、不安全五种状态。在GIS技术的支持下,建立研究的空间数据库和属性数据库,采用多级加权求和的方法,构建综合评价复合模型,以区域县(市)级行政区作为生态安全评价的基本单元,从自然环境、环境污染、生态环境灾害、社会经济四个层面上,实现区域生态安全的定量化评价,并应用GIS的空间分析功能对区域内生态安全的地域空间格局进行了分析。研究结果表明,湖南省生态安全综合评价值大致呈正态分布,但区域整体安全程度不高,处于第三(预警)、第四(较不安全)、第五等级(不安全)区的面积占到了全省面积的64.8%。生态安全状况形势严峻,须引起高度警觉与重视。生态安全度最好的区域是湘东区,其次是湘南地区;生态安全最差区域位于湘西区以及湘北洞庭湖区,其次是湘西南区。生态安全的总体空间格局,表现为东部地区好于西部地区,生态安全程度大体从东向西、西北逐渐降低,但局部区域有变化。尤其值得注意的是洞庭湖平原地区,无论是自然环境条件还是社会经济发展水平,在全省都位居较好之列,但生态安全状况大多数为预警,部分为较不安全、不安全。其原因在于生态灾害影响大、环境污染强度高,在很大程度上抵消了自然环境和社会经济上的优势。从生态安全的空间格局特征可看出,自然条件决定了生态安全分布的大体趋势,但社会经济、生态环境灾害状况和环境污染同样对生态安全具有重要影响,在一些情况下,甚至可以成为决定因素,并在一定程度上改变生态安全的空间分布格局。在生态安全综合评价和对区域生态安全主要问题进行分析的基础上,参照国家《生态功能区划暂行技术规程》进行了湖南省生态功能区的划分。共分为4个生态功能区以及11个生态功能亚区。4个生态功能区分别为洞庭湖平原丘陵生态功能区、湘东-湘中丘陵山地生态功能区、湘南山地丘陵生态功能区、武陵山-雪峰山山地生态功能区。然后根据生态安全评价的结果和已有的资料对不同功能区存在的生态问题进行了分析,并有针对性地提出了今后各区生态环境保护的重点与发展方向。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-21
第1章绪论  21-48
  1.1 研究背景  21-28
    1.1.1 生态安全问题的提出  21-23
    1.1.2 生态安全的概念及特点  23-27
    1.1.3 生态安全的分类  27-28
  1.2 生态安全研究进展  28-31
    1.2.1 国外研究进展  28-29
    1.2.2 国内研究进展  29-31
  1.3 生态安全评价研究进展  31-41
    1.3.1 生态安全评价方法  32-35
    1.3.2 生态安全评价指标  35-39
    1.3.3 生态安全评价的技术与手段  39-41
  1.4 生态系统服务功能研究进展  41-44
  1.5 目前存在的问题  44-46
  1.6 本研究选题意义  46-47
  1.7 小结  47-48
第2章研究内容与研究方法  48-56
  2.1 研究思路  48
  2.2 研究内容  48-49
  2.3 研究方法  49-54
    2.3.1 数据库建立  49-50
    2.3.2 遥感与GIS 技术的应用  50-52
    2.3.3 层次分析法(AHP)的应用  52-53
    2.3.4 综合指数分析法  53
    2.3.5 模拟模型  53-54
  2.4 技术路线  54-56
第3章湖南省概况与生态环境现状分析  56-75
  3.1 自然环境与社会经济概况  56-64
    3.1.1 区域自然环境  56-61
    3.1.2 区域社会经济  61-64
  3.2 生态环境现状分析  64-74
    3.2.1 土地利用与土地退化现状  64-66
    3.2.2 植被状况及其动态变化  66-67
    3.2.3 水资源状况  67-68
    3.2.4 湿地生态环境状况  68-69
    3.2.5 生物多样性保护  69-71
    3.2.6 环境污染状况  71-73
    3.2.7 生态灾害状况  73-74
  3.3 小结  74-75
第4章湖南省生态足迹与生态承载力研究  75-102
  4.1 研究背景与意义  75-76
  4.2 生态足迹理论与计算方法  76-80
    4.2.1 生态足迹概念及其理论构想  76-78
    4.2.2 生态足迹计算模型  78-79
    4.2.3 生态承载力计算模型  79-80
    4.2.4 生态足迹与生态承载力的比较衡量  80
  4.3 数据获取  80-81
  4.4 生态足迹与生态承载力现状分析  81-85
    4.4.1 计算与结果  81-84
    4.4.2 分析与讨论  84-85
  4.5 生态足迹与生态承载力的动态变化  85-93
    4.5.1 1996～2004 年生态足迹与生态承载力状况分析  85-89
    4.5.2 生态足迹的供需结构分析  89-92
    4.5.3 生态足迹与资源利用的效率分析  92-93
  4.6 生态足迹多样性与发展能力分析  93-96
    4.6.1 研究方法  93-94
    4.6.2 结果与分析  94-96
  4.7 生态足迹发展趋势预测  96-98
  4.8 讨论  98-100
  4.9 小结  100-102
第5章湖南省生态系统服务价值变化研究  102-122
  5.1 研究意义  102-103
  5.2 数据来源与处理  103-109
    5.2.1 数据来源  103
    5.2.2 数据处理  103-109
  5.3 研究方法  109-112
    5.3.1 土地利用变化分析方法  109-110
    5.3.2 生态系统服务价值评价方法  110-112
    5.3.3 敏感性指数分析方法  112
  5.4 结果与分析  112-120
    5.4.1 土地利用变化分析  112-114
    5.4.2 生态系统服务价值的变化  114-117
    5.4.3 生态系统单项服务功能价值变化  117-119
    5.4.4 敏感性分析  119-120
  5.5 讨论  120-121
  5.6 小结  121-122
第6章湖南省生态安全评价  122-166
  6.1 生态安全评价指标体系的建立  122-131
    6.1.1 评价目标与评价单元的确立  122-123
    6.1.2 评价指标的选取原则  123-126
    6.1.3 指标体系的层次结构设计  126-128
    6.1.4 指标说明  128-131
  6.2 指标权重的确定  131-139
    6.2.1 权重确定的基本原理  131
    6.2.2 层次分析法的基本步骤  131-134
    6.2.3 权重的确定  134-139
  6.3 数据获取与处理  139-144
    6.3.1 数据获取  139-143
    6.3.2 数据处理  143-144
  6.4 生态安全评价模型的建立  144-145
    6.4.1 生态安全子系统评价模型  144
    6.4.2 生态安全综合评价模型  144-145
  6.5 结果与分析  145-164
    6.5.1 生态安全评价结果  145-147
    6.5.2 生态安全状况及空间格局分析  147-164
  6.6 小结  164-166
第7章基于生态安全评价的湖南省生态功能区划  166-179
  7.1 研究背景与意义  166-167
  7.2 生态功能分区的原则与方法  167-169
    7.2.1 分区原则  167-168
    7.2.2 分区方法  168-169
  7.3 生态功能分区方案  169-173
    7.3.1 湖南在全国生态功能分区中的位置  169
    7.3.2 生态功能分区结果  169-173
  7.4 各生态功能区概述及发展方向  173-177
    7.4.1 洞庭湖平原丘陵生态功能区(Ⅰ)  173-174
    7.4.2 湘东－湘中丘陵山地生态功能区(Ⅱ)  174-175
    7.4.3 湘南山地丘陵生态功能区(Ⅲ)  175-176
    7.4.4 武陵山－雪峰山山地生态功能区(Ⅳ)  176-177
  7.5 生态功能分区的应用  177-178
  7.6 小结  178-179
结论与展望  179-184
  1 结论  179-181
  2 研究特点与创新之处  181-182
  3 研究展望  182-184
参考文献  184-206
致谢  206-207
附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录  207-209
附录B 攻读学位期间参与的研究课题  209-210
附录C 湖南省各县(市)生态安全评价值  210-213
附录D 要素层判断矩阵  213-215

湖南省生态安全综合评价研究

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