高度敏感生态脆弱区景观可持续性评价

doi:10.18402/resci.2018.06.17

摘要/Abstract

摘要：

运用熵变分析方法从景观的视角阐明生态脆弱区景观可持续动态演变规律具有重要的理论意义和实践价值。本文基于耗散结构理论和景观复合生态系统理论,以高度敏感生态脆弱区陕西省米脂县高渠乡为例,构建景观可持续评价指标体系,运用信息熵构建研究区景观可持续评价模型,通过计算熵流、熵产生和总熵变,分析研究区2009—2014年间的系统承载力、活力和有序度,探讨研究区的可持续性。研究表明：①建立的景观可持续评价指标体系能够有效地反映景观复合生态系统的功能和演化机制,研究方法可以有效地进行生态脆弱区景观可持续性评价研究;②在2009—2014年间,高渠乡熵流呈减少趋势,熵产生总体上升,总熵变除2012年外,其余年份逐年下降,景观复合生态系统内部朝着健康有序方向发展;③高渠乡可持续总得分呈上升趋势,景观可持续性总体上升。

关键词: 景观可持续性, 熵变分析, 评价, 景观复合生态系统, 陕西省米脂县高渠乡

Abstract:

Scientific evaluation of complex landscape ecosystem sustainable development is important to grasp whether healthy development is occurring. Employing dissipative structure theory to illustrate the evaluation and dynamic evolution of landscape sustainability in ecological fragile areas has important theoretical and practical significance. This study has been carried out by three principal aspects in the process of sustainable evaluation, and a case study was conducted for Gaoqu commune in Mizhi County, an ecological fragile area. First, the evaluation index system of sustainable development of the landscape was formed based on the dissipative structure theory and landscape nature-economy-society complex system theory. Second, the appraisable model of landscape sustainability was set up based on entropy change. Last, input-output entropy, metabolism entropy production and total entropy, three types of information entropy, were calculated to analyze the order, complexity and sustainability of landscapes. We found that the evaluation index system accurately grasps the characteristic of landscapes and is useful for indicating function and complex evolutionary mechanisms. The appraisable model reflects landscape sustainable development. From 2009 to 2014, trends in the input-output entropy of the Gaoqu commune declined, and the metabolism entropy production did not. On the whole, the orderliness degree of the commune increased in a healthy direction. The numerical value of sustainable development in the study area increased, and landscape sustainability is on the rise. Some optimization measures are put forward to promote landscape sustainable development.

Key words: landscape sustainability, theory of entropy analyze, evaluation, integrated ecosystem of landscape, Gaoqu Commune, Mizhi County, Shaanxi Province

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Hui JIA, Hai CHEN, Nanzhao MAO, Xia NIE. Landscape sustainable development in highly sensitive ecological fragile areas[J]. Resources Science, 2018, 40(6): 1277-1286.

图/表 6

表1

表2

表3

高渠乡景观可持续评价指标的标准化值数据"

指标类型	指标（代码）	2009年	2010年	2011年	2012年	2013年	2014年
景观服务	人均耕地面积(A1)	1.00	0.00	0.24	0.16	0.37	0.63
能力指标	水域及水利设施面积(A2)	0.00	0.00	1.00	1.00	1.00	1.00
（A）	林地面积(A3)	0.00	0.16	0.38	0.53	0.63	1.00
	单位面积粮食产量(A4)	1.00	0.00	0.31	0.21	0.16	0.12
	牛羊数量(A5)	0.00	0.39	0.03	0.94	0.84	1.00
	人均纯收入(A6)	0.00	0.34	0.31	0.74	0.84	1.00
	道路密度(A7)	0.00	0.16	0.53	0.74	0.74	1.00
	初中以上文化程度人员比例(A8)	0.00	0.75	1.00	0.50	1.00	1.00
	修建水库数(A9)	0.00	0.00	1.00	1.00	1.00	1.00
景观服务	人均居住面积(B1)	0.99	0.87	0.81	1.00	0.58	0.00
需求指标	人均绿地面积(B2)	1.00	0.84	0.63	0.50	0.34	0.00
（B）	农村安全饮用水人口(B3)	0.03	0.06	0.00	1.00	0.35	1.00
	农用柴油使用量(B4)	1.00	1.00	0.03	0.00	0.00	0.14
	化肥施用量(B5)	1.00	0.58	0.74	0.00	0.97	0.77
	农药施用量(B6)	0.98	0.01	0.01	0.00	0.00	1.00
	文化教育费用支出(B7)	0.00	1.00	0.64	0.91	0.22	0.28
	居民日常生活支出(B8)	1.00	0.81	0.78	0.35	0.14	0.00
	医疗费用支出(B9)	1.00	0.29	0.41	0.72	0.69	0.00
景观脆弱性	坡耕地面积(C1)	0.00	1.00	0.87	0.87	0.87	0.87
指标	耕地退化面积(C2)	0.00	0.43	1.00	1.00	1.00	1.00
（C）	农用塑料薄膜使用量(C3)	1.00	0.18	0.11	0.09	0.04	0.00
	农业人口比例(C4)	0.00	0.00	1.00	0.50	0.50	1.00
	外出打工人口比例(C5)	1.00	0.75	0.38	0.00	0.75	0.50
	贫困人口比例(C6)	0.00	0.20	0.80	0.90	1.00	1.00
景观应对	有效灌溉面积(D1)	0.98	1.00	1.00	1.00	1.00	0.00
能力指标	造林面积(D2)	0.20	1.00	0.33	0.17	0.00	0.00
（D）	技术人员比重(D3)	0.00	0.42	0.08	0.00	1.00	0.00
	农业商品化水平(D4)	0.40	0.00	0.04	0.95	0.05	1.00
	城镇化率(D5)	0.00	0.30	0.37	0.71	0.85	1.00
	乡村从业人员数(D6)	1.00	0.00	1.00	1.00	1.00	1.00

表3

表4

表5

图1

参考文献 31

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目标层	准则层	次准则层	指标层
目标层	准则层	次准则层	一级指标	二级指标（代码）
景观复	熵流	景观服务能力	自然	人均耕地面积 (A1)
合生态		（A）		水域及水利设施面积 (A2)
系统可				林地面积 (A3)
持续性评价			经济	单位面积粮食产量 (A4)
				牛羊数量 (A5)
				人均纯收入 (A6)
			社会	道路密度 (A7)
				初中以上文化程度人员比例 (A8)
				修建水库数 (A9)
		景观服务需求	自然	人均居住面积 (B1)
		（B）		人均绿地面积 (B2)
				农村安全饮用水人口 (B3)
			经济	农用柴油使用量 (B4)
				化肥施用量 (B5)
				农药施用量 (B6)
			社会	文化教育费用支出 (B7)
				居民日常生活支出 (B8)
				医疗费用支出 (B9)
	熵产生	景观脆弱性	自然	坡耕地面积 (C1)
		（C）		耕地退化面积 (C2)
			经济	农用塑料薄膜使用量 (C3)
				农业人口比例 (C4)
			社会	外出打工人口比例 (C5)
				贫困人口比例 (C6)
		景观应对能力	自然	有效灌溉面积 (D1)
		（D）		造林面积 (D2)
			经济	技术人员比重 (D3)
				农业商品化水平 (D4)
			社会	城镇化率 (D5)
				乡村从业人员数 (D6)

项目	变量和公式	表征
景观服务能力	S_j₁	系统无序度
景观服务需求	S_j₂	系统无序度
景观脆弱性	S_j₃	系统无序度
景观应对能力	S_j₄	系统无序度
熵流	S_j₂-S_j₁	生态系统承载力
熵产生	S_j₃-S_j₄	生态系统活力
总熵变	(S_j₂-S_j₁)+(S_j₃-S_j₄)	生态系统有序度、健康水平

指标类型	具体指标（代码）	E_i	Q_i
景观服务	人均耕地面积（A1）	0.80	0.11
能力指标	水域及水利设施面积（A2）	0.78	0.13
（A）	林地面积（A3）	0.82	0.10
（Q_A=0.23)	单位面积粮食产量（A4）	0.71	0.16
	牛羊数量（A5）	0.77	0.13
	人均纯收入（A6）	0.85	0.08
	道路密度（A7）	0.84	0.09
	初中以上文化程度人员比例（A8）	0.88	0.07
	修建水库数（A9）	0.78	0.13
景观服务	人均居住面积（B1）	0.89	0.05
需求指标	人均绿地面积（B2）	0.86	0.06
（B）	农村安全饮用水人口（B3）	0.64	0.16
（Q_B=0.17)	农用柴油使用量（B4）	0.53	0.21
	化肥施用量（B5）	0.89	0.05
	农药施用量（B6)	0.42	0.25
	文化教育费用支出（B7)	0.82	0.08
	居民日常生活支出（B8)	0.81	0.08
	医疗费用支出（B9)	0.85	0.06
景观脆弱性	坡耕地面积（C1)	0.90	0.08
指标（C）	耕地退化面积（C2)	0.88	0.10
	农用塑料薄膜使用量（C3)	0.56	0.37
（Q_C=0.27)	农业人口比例（C4)	0.74	0.21
	外出打工人口比例（C5）	0.87	0.11
	贫困人口比例（C6）	0.85	0.13
景观应对	有效灌溉面积（D1）	0.90	0.06
能力指标	造林面积（D2）	0.62	0.23
（D）	技术人员比重（D3）	0.44	0.35
（Q_D=0.33)	农业商品化水平（D4）	0.66	0.21
	城镇化率（D5）	0.85	0.09
	乡村从业人员数（D6）	0.90	0.06