RS-GIS-EIS技术支持下的吉林西部生态环境集成研究

生态环境问题是人类在21世纪所共同面临的重大问题之一。在参加导师主持的国家自然基金项目的研究过程中，发现了吉林西部生态环境问题的复杂性、严重性，认为用单一学科、单一技术手段、单一方法很难对生态环境进行全面、系统的研究，需要进行多学科交叉与渗透、多技术手段集成研究。 在百年前，吉林西部还是水草丰美的大草原，近50年来，在自然和人为因素的共同作用下，生态平衡受到破坏，生态环境不断恶化，生态功能日益减退，产生了盐碱地大面积增加、草原严重退化、水域和湿地萎缩等一系列生态环境问题。目前，吉林西部已成为生态环境最脆弱、破坏最严重的地区之一。同时，吉林西部位于内陆干旱区与东南季风气候湿润区之间的过渡带上，其生态环境系统具有敏感性、脆弱性、易变性等特点，易受全球变化的影响，属于全球变化研究的范畴。 吉林西部生态环境问题具有典型性和代表性，深入研究该区生态环境系统的退化机制并寻求生态环境的治理措施是一项十分紧迫的任务。本论文针对吉林西部生态环境的退化特征及生态环境问题，以区域可持续发展理论、生态经济学和景观生态学为集成理论，以系统论、协同论和耗散结构论为集成思想，应用RS、GIS、EIS集成技术对吉林西部开展生态环境的脆弱度、生态足迹、生态安全度的评价及生态环境系统调控优化研究，提出生态恢复与重建的优化方案，从而实现生态环境良性循环。 土地利用／土地覆盖是地球表层系统最突出的景观标志，它的变化是自然条件与人类活动双重因素共同作用的结果。本论文首先应用RS-GIS集成技术进行吉林西部1989年和2001年的土地利用遥感解译，将土地利用状况的动态变化作为研究生态环境的首要切入点，并为其它内容的研究提供动态数据。研究结果表明，在这12年期间，吉林西部土地利用类型面积呈现耕地、盐碱地增加、草地、水域和湿地减少的现象。各地类的景观结构也发生了变化，耕地、林地、盐碱地等地类的破碎度减小，斑块的边界形状趋于简单化、规则化，向成片集中的方向发展：而草地、水域和湿地等地类的破碎度增加，其斑块的边界形状趋于复杂化、不规则化和向分散状态方向发展。在自然和人为因素的作用下，各种土地利用类型之间存在着双向转化，如草地主要转为耕地，其次为盐碱地，盐碱地主要来源于水域、湿地的萎缩和草地的退化。草地的退化和盐碱地的增加对研究区生态环境的退化有着很大的影响。 吉林西部位于我国北方农牧交错带上，在不受人为因素干扰条件下环境脆弱性是 隐性的。但近几十年来，随着人类不合理开发和利用自然资源，使得生态环境隐性的 脆弱性逐渐显示出来。本论文依据吉林西部生态环境问题及其脆弱性特点，建立一套 静态指标和动态指标相结合的评价指标体系，计算了研究区内10个市县两个年份的脆 弱度，采用相对指标法进行了脆弱度分级研究。通过1989年与2001年的脆弱度研究 结果比较，各市县的脆弱度呈不同速率增长，平均脆弱度从1989年的中度脆弱增加到 2001年的重度脆弱，表明生态环境在不断退化。 应用生态足迹模型进行吉林西部可持续性研究。根据本地区实地情况和生态环境 问题，为确保计算结果的准确性，修正了生态足迹计算模型。计算结果表明，1989年 吉林西部生态环境处于生态盈余状态，总盈余面积为97.59xl了hm，，但还有30%的市 县出现了生态赤字;2001年吉林西部处于生态赤字状态，有60%的市县生态供给小于 生态需求，总生态赤字面积为31.39xl04hm2。通过二年的计算结果对比，发现了吉林 西部的各市县的生态需求和生态供给都呈增长趋势，但前者的增长幅度大于后者，各 市县的可持续性呈不同程度的下降。盐碱地增加、草地大面积退化和人口膨胀是吉林 西部出现生态赤字的主要原因。 生态安全是近几年新兴起的一个研究领域，它的产生与人类生存环境的恶化和环 境问题日益严重密切相关，生态安全是可持续发展的基础，可持续发展必须依赖于生 态安全。通过对指标地筛选，建立了吉林西部生态安全评价指标体系。引用“变权” 对生态安全评价因子的权重进行动态调整，使评价指标的权重更加合理和客观。为了 使研究结果准确、合理，运用综合指数模型和灰色关联优势度模型，结合常权、变权 组成四种评价模型，分别计算了生态安全度。四种模型的计算结果表明，吉林西部各 市县的生态安全度在这12年期间呈不同幅度地下降趋势，其中，变权一灰色关联优势 度模型评价的结果比其它三种评价结果更客观、合理，因此，本论文采用此模型的评 价结果研究了生态安全动态度变化趋势。 以吉林西部1989年、2001年10个市县的生态环境脆弱性、安全性和可持续性的 评价结果为基础，运用SPSS软件的相关分析模块研究这三种评价方法相关关系，生态 安全度与脆弱度呈弱的负相关、与可持续性呈弱的正相关，脆弱度与可持续性呈负的 非线性相关。应用TOPSIS方法进行这三种评价方法的排序研究，可持续性贴近度最大， 其次是生态安全度和脆弱度，表明可持续性是生态环境系统的表现形式，生态安全度 是生态环境系统的基础，脆弱度是生态环境系统的背景值;这三种评价方法的贴近度 差值不大