基于层次分析和状态空间的石漠化地区生态承载力

摘要：通过建立生态承载力评价指标体系，运用层次分析法计算指标权重，结合状态空间法建立生态承载力综合指数模型，对贵州省绥阳县生态承载力进行估算。将绥阳县生态承载力分为高承载力、中承载力、低承载力3个级别，针对绥阳县实际情况进行生态承载力综合评价分析，得出绥阳县生态承载力受人类活动影响较大，但生态承载力总体呈较好的态势，整个区域属中承载力，并从人为干预角度对全县的生态承载力情况做出评价并提出建议。

　　关键词：石漠化地区；生态承载力；层次分析法；状态空间法；绥阳县

　　中图分类号：X826文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０14）08－1786-04

　　EcologicalCarryingCapacityofRockyDesertificationAreaBasedonHierarchyAnalysisandStateSpace

　　SUNShu-ting1,ZHOUZhong-fa1,LIShi-jiang2

　　（1.InstituteofSouthChinaKarst,GuizhouNormalUniversity/TheStateKeyLaboratoryIncubationBaseforKarstMountainEcologyEnvironmentofGuizhouProvince,Guiyang550001,China;2.BureauofAgricultureandAnimalHusbandryofSuiyangCountyinGuizhouProvince,Zunyi563300,Guizhou,China）

　　Abstract:TheｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｋａｒｓｔｒｏｃｋｙｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃｒｅｃｏｖｅｒｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＫａｒｓｔｒｏｃｋｙｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｅａ．ＴｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆＳｕｉｙａｎｇＣｏｕｎｔｙｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＴｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ（ＡＨＰ）．ＡｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｉｎｄｅｘｍｏｄｅｌｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｔａｔｅｓｐａｃｅｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆＳｕｉｙａｎｇＣｏｕｎｔｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｏｆＳｕｉｙａｎｇＣｏｕｎｔｙｃａｐａｃｉｔｙｃｏｕｌｄｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌｓ：ｈｉｇｈｃａｒｒｙｉｎｇ，ｍｅｄｉｕｍｃａｒｒｙｉｎｇａｎｄｌｏｗｃａｒｒｙｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｗａｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｐａｃｉｔｙｏｆＳｕｉＹａｎｇＣｏｕｎｔｙ，ｂｕｔｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｈａｄａｎｕｐｗａｒｄｔｅｎｄｅｎｃｙｉｎｇｅｎｅｒａｌ．Ｔｈｅｗｈｏｌｅａｒｅａｂｅｌｏｎｇｓｔｏｍｅｄｉｕｍｃａｒｒｙｉｎｇ．ＴｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆＳｕｉｙａｎｇＣｏｕｎｔｙｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｏｍｅａｄｖｉｃｅｓｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｗｉｔｈｔｈｅｖｉｅｗｏｆｈｕｍａｎｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ．

　　Keywords:rockydesertificationarea;ecologicalcarryingcapacity;analytichierarchyprocess（AHP）;statespacemethod;Suiyangcounty

　　生态承载力即生态环境的承载能力，是自然本身对环境进行调节的客观反映［1，2］。近年来对喀斯特山区生态方面的研究多集中在生态安全、生态系统健康等方面，但对以县域为单位的生态承载力的研究相对薄弱［3］。国内外对生态承载力的研究以层次分析法、主成分分析法等为主要研究方法。本研究采用RS和GIS的相关分析功能，采用层次分析法和状态空间法相结合的研究方法构建生态承载力指标体系，得出研究区生态承载力水平，从而为促进喀斯特石漠化地区生态系统的良性循环和为政府的决策提供参考依据。

　　1研究区概况

　　绥阳县位于贵州省北部，东经106°57′—107°31′，北纬27°49′—28°29′，总面积约2566km2。现有12个镇、3个乡、10个居民委员会，全县总人口约51.37万人。绥阳县地处大娄山中段，地势西北高东南低，地层处于川黔南北构造带和新华夏构造带的交汇地区，以及东西向构造的“黔中隆起”之北缘。地质分为新生界、中生界、上古生界、下古生界4个界，6个系，15个统，36个组。除缺失泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系和第三系外，其余地层均有出露。岩石类别主要为沉积类型的碳酸盐岩和碎屑岩。全县喀斯特面积2431.79km2，占全县总面积的94.77%。属亚热带温和季风湿润气候，雨热同季、热量资源丰富。全县年平均气温15℃，年平均降雨量1158.2mm，降雨集中在5~8月，占全年降雨量的70%，年平均日照时间1113.6h，年平均无霜期达285d［4-6］。绥阳县是农业生产大县，水田灌溉面积占84.9%。但是近两年因为倒春寒、夏旱、冰雹等天气灾害的频繁发生，加之农业生产中化肥、农药的使用，导致土地退化，水土流失严重；生态系统单一倾向明显，森林覆盖率虽有增加但人工生态系统比例加大；生物多样性呈减少趋势，森林抵抗风险和病虫害的能力降低。

　　2指标体系构建及指标权重的确定

　　层次分析法是将复杂问题的相关要素按性质及目标要求构建成相互关联的要素集合，形成一个各要素间、要素集合间相互关联的有序层次结构［7］。然后，请专家对每一层次的要素进行相对重要性评价，从而构建相对重要性评价矩阵，得出各要素的相对重要性权重值［8］。具体计算步骤如下。

　　2.1建立层次结构模型

　　喀斯特山区生态承载力层次结构模型的建立应根据生态承载力的研究需求、喀斯特山区生态特点、数据的可获取性等情况来构建。模型要尽可能地反映喀斯特生态系统的规律、绥阳县的实际状况、可持续发展情况等。以此为依据，将模型分为3个层次，分别为目标层（A）：表示生态承载力综合指数（A）；准则层（B）：由生态环境承载力指数（B1）、资源环境承载力指数（B2）和人类活动影响指数（B3）组成；指标层（C）：表示生态承载力的具体评价要素，共18项。在层次模型下，进行同一层次指标间两两相对重要性判断。在判断矩阵内部采用1~9的标度法确定，根据其重要性进行赋值。生态承载力评价指标体系如表1所示。

　　2.2权重计算

　　根据喀斯特山区生态承载力层次结构模型，分别计算3个层次及每个层次内部判断矩阵各要素相对于同层其他要素的相对权重，对应于最大特征值的特征向量。为避免其他因素对判断矩阵的干扰，在实际中要求判断矩阵满足大体上的一致性，需按公式（1）进行一致性检验。

　　CR=CI/RI（1）

　　式（1）中，CR为一致性比例；CI为一致性指标；RI为随机一致性指标，可通过查表得到。CR<1.0时，认为判断矩阵是一致的，且该值越小，表明此判断矩阵的一致性越好；CR≥1.0时，认为该判断矩阵不符合一致性，需要重新进行修正。

　　CI=（λmax－n）/（n－1）（2）

　　式（2）中，λmax为判断矩阵的最大特征值；n是判断矩阵的阶数，一般情况下，每一个层次中各要素不超过9个。

　　喀斯特山区生态承载力层次结构模型一致性检验结果为：生态承载力综合指数（A）的CR为0.0516，生态环境承载力指数（B1）的CR为0.0719，资源环境承载力指数（B2）的CR为0.0510，人类活动影响指数（B3）的CR为0.0933。

　　2.3评价指标归一化处理

　　由于指标间存在量纲差异，需要去除各指标间因数量级不同而产生的不便。因此采用公式（3）、（4）对数据进行最小-最大标准化处理。

　　S■=■（正向归一化）（3）

　　S■=■（逆向归一化）（4）

　　式（３）、（４）中，Ｓｉｊ为第ｉ个对象第ｊ项指标的标准化值，Ｘｊｍａｘ和Ｘｊｍｉｎ分别是第j项指标的最大值和最小值。通过计算后，把原始数据变为（０，１）之间的小数，经过变换化为无量纲的表达式。

　　3生态承载力综合评价

　　状态空间法可表示一定时间尺度内区域的不同承载状况。利用状态空间中的原点同系统状态点所构成的矢量模数表示区域承载力的大小[8]。状态空间法的数学表达式如公式（5）所示。

　　RCCSUS=RCC-M=■-■（5）

　　式（５）中，ＲＣＣ为区域承载力的大小；Ｍ的大小即定量地代表区域现在的发展状况；ＲＣＣｉ为区域系统第ｉ项指标项时段的理想值；Ｗｉ为ＲＣＣｉ轴的权重；ＲＣＳｉ为区域系统第ｉ项指标项时段的实测值［８，９］。所以根据ＲＣＣ与Ｍ的比较，对区域的实际承载状况进行判断：当ＲＣＣｓｕｓ＞０或ＲＣＣ＞Ｍ时，可持续承载；当ＲＣＣｓｕｓ＝０或ＲCC=M时，可持续承载阈值；当RCCsus<0或RCC3.1综合分级评价标准

　　对生态承载力指数进行综合评价，其中把高承载力和中承载力作为评价的主要对象。通过计算高承载力和中承载力面积和与区域总面积之比，表示生态承载力的综合水平值。将此值与0.6和0.8进行比较，此值大于0.8的属于高承载力水平，0.6~0.8属于中承载力水平，低于0.6属于低承载力水平。此分值越大表示现实承载力越高，分值越小表示现实承载力越低。

　　3.2评价结果

　　根据2010年绥阳县统计年鉴和实地调查数据，按照上述计算方法对绥阳县生态承载力进行计算和分析，得出绥阳县生态承载力及各乡镇生态承载力分布状况，如图1和图2所示。

　　由表2可知，绥阳县生态属于高承载力水平的面积占绥阳县总面积的45%；属于中承载力水平的面积占绥阳县总面积的28%；属于低承载力水平的面积占绥阳县总面积的27%。生态承载力综合水平值为0.71（表3），说明绥阳县生态承载力总体呈较好的态势，整个区域大部分区域承受的压力不大，属中承载力水平。从乡镇生态承载力综合水平进行评价，得出绥阳县15个乡（镇）中，3个属于低承载力水平，占20%；8个属于中承载力水平，占53%；4个属于高承载力水平，占27%。绥阳县15个乡（镇）中生态承载力最高的是洋川镇，生态承载力综合水平值为0.92，其中洋川镇高承载力水平的面积占洋川镇总面积的60%，中承载力水平的面积占洋川镇总面积的21%，低承载力水平的面积占洋川镇总面积的19%。生态承载力最低的是小关乡，生态承载力综合水平值为0.51，其中小关乡高承载力水平的面积占小关乡总面积的24%，中承载力水平的面积占小关乡总面积的26%，低承载力水平的面积占小关乡总面积的50%。

　　3.3综合评价与建议

　　低承载力地区包括枧坝镇、平乐乡和小关乡3个乡（镇）。造成其生态承载力低的因素主要是生态环境脆弱，人口多且森林覆盖率低，资源开发不合理，部分地区环境污染严重所致。所以政府应加大对环境污染的治理力度，鼓励发展农业，从科技入手不断提升农产品附加值。禁止陡坡开荒，改种灌木或乔木植物，提高植被覆盖率。

　　中承载力地区包括郑场镇、温泉镇、风华镇、太白镇、宽阔镇、大路槽乡、黄杨镇和蒲场镇共8个乡(镇)。该地区森林覆盖度一般，资源开发量较为合理。但是部分区域存在人口压力大的现象。中承载力地区是提高全县生态承载力的关键地区，因此应积极提高人口素质，加快城镇化进程，推进人口、资源、生态的全面发展。

　　高承载力地区包括洋川镇、旺草镇、茅垭镇、青杠塘镇4个乡（镇）。高承载力地区植被覆盖度较高、人口压力较低、资源环境开发力度不大。高承载力地区主要是维持现有发展趋势，同时加大教育投入力度，提高全民素质。根据各乡镇比较优势发展乡镇优势产业，努力缩小乡镇间发展差距，同时优化全县生产力布局，积极发展具有特色的县域经济，不断提高县域竞争力和综合实力[10-12]。

　　4结论

　　针对绥阳县实际情况进行生态承载力综合评价分析，得出绥阳县生态承载力总体呈较好的态势，整个区域承受的压力不大，承载能力属中等，与实际情况基本相符。同时验证了评价数学模型的实用性与科学性，为县域发展规划的制定等提供科学依据。但是，对于生态承载力低的地区仍有必要提出地方性法律法规对生态方面进行保护，使得生态系统的循环更为良好。研究在指标选取上受到数据来源的限制，因此现有的指标体系能否充分反映绥阳县的生态承载力，有待进一步探讨。

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