霍 童,張 序,*,周 云,2,陳 偉

1 蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 蘇州 215011

2 大運河文化帶建設(shè)研究院蘇州分院, 蘇州 215000

3 蘇州市文物保護管理所, 蘇州 215006

人類社會發(fā)展與自然生態(tài)環(huán)境有著密切的聯(lián)系,隨著全球背景的迅速變化,生物多樣性減少、森林面積銳減、生態(tài)災(zāi)害加重等一系列環(huán)境問題[1]日益突出,生態(tài)環(huán)境脆弱性[2]研究愈發(fā)重要?？茖W(xué)認識生態(tài)環(huán)境脆弱性并對其進行針對性的研究[3],即可有效的對區(qū)域生態(tài)資源進行管控。

國內(nèi)外對生態(tài)脆弱性尚未有明確的定義,但基本都使用外部因子所帶來的影響來表征脆弱性。IPCC等[4]認為生態(tài)脆弱性是生態(tài)環(huán)境在外部壓力下系統(tǒng)傾向受到不利影響, 包括敏感性或易受危害、缺乏應(yīng)對以及適應(yīng)的能力。生態(tài)脆弱性可以從以下幾個方面進行表征:(1)生態(tài)環(huán)境本身和外界所產(chǎn)生的影響,(2)生態(tài)環(huán)境本身的敏感性[5],(3)生態(tài)環(huán)境對各種影響的應(yīng)變和適應(yīng)能力[6]。目前的生態(tài)脆弱性研究更為豐富,研究區(qū)域從湖泊[7]到流域[8]、從市級[9]到省域尺度[10]、從地區(qū)[11]到全球變化[12],研究方法涉及GIS空間分析[13]、聚類分析方法[14]、模糊評價法[15]和決策樹方法[16]等等。但目前還存在一些問題,如研究理論方法創(chuàng)新不足、評價指標體系及分析模型難以統(tǒng)一、評價結(jié)果的應(yīng)用研究有待拓展等等。

中國大運河蘇州段流域[17]的生態(tài)環(huán)境狀況十分復(fù)雜,所面臨的生態(tài)環(huán)境問題十分嚴峻。大運河蘇州段流域上游、中游和下游生態(tài)狀況和資源分布差異明顯,上游流經(jīng)地區(qū)多為郊外工廠產(chǎn)業(yè)園,以第二產(chǎn)業(yè)為主要經(jīng)濟產(chǎn)業(yè),主要問題為工農(nóng)業(yè)污染排放較多、人為干擾強度較高,導(dǎo)致了運河周邊地區(qū)水質(zhì)變差[18],從而影響了周邊地區(qū)的居民生活和農(nóng)作物的生長；中游地區(qū)城鎮(zhèn)化比例較高,多為建設(shè)用地,以第二、第三產(chǎn)業(yè)為主要產(chǎn)業(yè),主要問題為人口密度過高,建設(shè)用地比例較高,林地、草地、水域分布較少,土地利用不合理[19],景觀類型單一,一定程度上影響了生物多樣性；下游流經(jīng)地區(qū)周圍多為農(nóng)用地、林地、水域等、生態(tài)資源充沛,主要問題為生態(tài)資源保護不到位,沒有進行合理的規(guī)劃。所以,針對研究區(qū)上游地區(qū)人為開發(fā)強度較高且環(huán)保規(guī)劃及污染治理力度相對不足導(dǎo)致的土地利用不平衡、中游地區(qū)人口增長迅速導(dǎo)致對生態(tài)資源的過度消耗以及下游地區(qū)植被覆蓋面積減少且分布不均衡的問題,運用VSD模型,根據(jù)流域上中下游不同地段選擇相對應(yīng)的評價指標,建立生態(tài)脆弱性評價指標體系,評價分析十年來該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境脆弱性時空變化趨勢,并根據(jù)生態(tài)脆弱性時空變化趨勢劃分生態(tài)修復(fù)區(qū)和生態(tài)退化區(qū),從不同維度對大運河蘇州段上中下游不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境差異進行針對性評價分析,為其生態(tài)修復(fù)與治理提供一定的參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

大運河蘇州段位于蘇州市,是其境內(nèi)極其重要的河流,120°44′—120°60′E,30°86′—31°45′N,主流總長度可達81.85 km,支流眾多,流經(jīng)蘇州市相城區(qū)、高新區(qū)、姑蘇區(qū)、吳中區(qū)、吳江區(qū),概況圖見圖1。研究區(qū)地形以平原為主,地勢低平,一般高程為海拔3.5—5 m；屬亞熱帶濕潤性季風(fēng)海洋性氣候,年平均氣溫在16—18℃,降水量常年保持在1000—1400 mm左右。

圖1 研究區(qū)概況圖

1.2 數(shù)據(jù)源及處理

遙感影像數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云(www.gscloud.cn),對遙感影像數(shù)據(jù)進行去云處理,大氣輻射校正、幾何校正、畫質(zhì)增強、裁剪拼接及鑲嵌融合,得到研究用底圖數(shù)據(jù)；環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于《蘇州市環(huán)境質(zhì)量公報》；經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)來源于《蘇州市統(tǒng)計年鑒》,具體數(shù)據(jù)詳情見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源及用途

由于不同指標的量級不同,在評價之前首先對數(shù)據(jù)進行標準化[20]處理,數(shù)據(jù)越大越好的正向型指標采用公式(1),越小越好的逆向型指標采用公式(2):

(1)

(2)

式中,Sij為第i行第j個指標的標準化數(shù)值,xij為第i行第j個數(shù)值,ximax和ximin分別代表第i行的最大值和最小值。

將標準化后的屬性數(shù)據(jù)在ArcGIS 10.2中利用反距離插值法[21]轉(zhuǎn)換為空間柵格數(shù)據(jù),得到指標的空間化數(shù)據(jù)。

1.3 指標評價體系構(gòu)建

本文根據(jù)脆弱性定義參考國內(nèi)外文獻選取暴露-敏感-適應(yīng)性(Vulnerability-Scoping-Diagram,VSD)模型[22]建立評價指標體系,VSD模型將生態(tài)脆弱性分為3個部分,分別是暴露度、敏感性和適應(yīng)能力。

生態(tài)暴露度是生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷外界壓力或沖擊的程度,反映受干擾或脅迫程度的參數(shù)。研究區(qū)干擾因素主要體現(xiàn)在人類活動方面,人口密度越高,經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)分布就會越廣泛,對生態(tài)環(huán)境的開發(fā)程度就會越高,會產(chǎn)生更多的工農(nóng)業(yè)污染,從而使得研究區(qū)生態(tài)暴露度升高。所以,根據(jù)人口產(chǎn)業(yè)分布、土地開發(fā)利用及工農(nóng)業(yè)污染排放三個方面選取人口密度、工業(yè)產(chǎn)值占比、工業(yè)三廢排放強度、農(nóng)用化肥施用強度、農(nóng)藥噴灑強度、空氣質(zhì)量指數(shù)[23]、土地開發(fā)程度指數(shù)[24]9個指標來表征生態(tài)暴露度,其中,土地開發(fā)程度指數(shù)公式如(3)所示:

(3)

式中,L為土地開發(fā)程度指數(shù),其數(shù)值越高,說明開發(fā)程度越高,生態(tài)暴露度越高；Xi為土地等級；Ci為地形位i級土地開發(fā)程度所占面積百分比；根據(jù)徐州等[24]的研究成果和研究區(qū)實際情況將土地開發(fā)程度分為5級,將建設(shè)用地分級為5,農(nóng)用地為4,園地、草地為3,森林、濕地為2,未開發(fā)自然地為1。

生態(tài)敏感性是生態(tài)系統(tǒng)在特定的時空尺度下相對于外界干擾所具有的敏感性反應(yīng)和自我恢復(fù)能力。研究區(qū)水系資源和植被資源豐富,降雨量充足,氣候宜人,地勢低平,但是部分地區(qū)水質(zhì)情況較差,植被資源分布不均,有時會遭受暴雨、高溫、臺風(fēng)、霜凍等災(zāi)害,所以選擇自然資源分布、氣候變化狀況及地形陡峭程度這三個方面來代表生態(tài)敏感性,生態(tài)資源越豐富,氣候狀態(tài)越穩(wěn)定,地形越平坦,生態(tài)敏感性就越低。選取歸一化植被指數(shù)[25]、景觀多樣性指數(shù)[26]、凈初級生產(chǎn)力[27]表征植被資源的數(shù)量和分布狀態(tài),詳細公式見下(4)、(5)、(6),其數(shù)值越高,表明植被資源越豐富,生態(tài)敏感性越低；選取單位面積水資源量和Ⅴ及劣Ⅴ類水在監(jiān)測斷面中占比代表研究區(qū)水文資源的數(shù)量和質(zhì)量,單位面積水資源量越高,Ⅴ及劣Ⅴ類水占比越低,生態(tài)敏感性越低；選擇暴雨強度[28]和低于-10℃和高于35℃的天數(shù)代表研究區(qū)的氣候狀態(tài),其數(shù)值越低,表明極端天氣越少,生態(tài)敏感性越低；選擇地形起伏指數(shù)[29]表征研究區(qū)的地形陡峭程度,其數(shù)值越低,地形越平坦,受到外界干擾后恢復(fù)的速率越快,生態(tài)敏感性越低,地形起伏指數(shù)公式見(7),具體公式見下:

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

(4)

式中,NDVI為歸一化植被指數(shù),處于[-1,1]之間,其值越高,植被覆蓋率越高；NIR為近紅外波段反射值；R為紅光波段反射值。

(5)

式中,H為景觀多樣性指數(shù),其值越高,景觀多樣性越豐富；Pi為第i種景觀類型所占的面積比例；n為景觀類型數(shù)量。

NPP=APAR×ε

(6)

式中,NPP為凈初級生產(chǎn)力,根據(jù)賈艷紅等[27]的研究成果,NPP越高,植被覆蓋率更高,光照更加充足,生態(tài)敏感性越低；APAR為光合有效輻射；ε為實際光能利用率。

(7)

生態(tài)適應(yīng)能力是系統(tǒng)能夠處理、適應(yīng)脅迫以及從脅迫造成的后果中恢復(fù)的能力。研究區(qū)適應(yīng)能力主要體現(xiàn)在對自然環(huán)境的保護和對污染排放的治理上。選取濕地保護率、森林保護區(qū)數(shù)、人均公園綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、污水處理率、環(huán)境污染治理資金投入以及每萬元 GDP用水量這7個指標來體現(xiàn)人為因素對自然環(huán)境的正面影響,指標數(shù)值越高,說明環(huán)境保護力度越大,生態(tài)適應(yīng)能力越強,從干擾中恢復(fù)的速率越快。

1.4 指標權(quán)重的確立及分類

本文將層次分析法[30]與熵權(quán)法[31]相組合,分別計算主觀和客觀權(quán)重,根據(jù)最小信息熵原理[32]結(jié)合拉格朗日中值定理求出綜合權(quán)重。

經(jīng)過(1)和(2)公式標準化后,使用Yaahp 10.5軟件計算各個指標的主觀權(quán)重φi,使用Excel軟件計算客觀權(quán)重μi,再根據(jù)公式(8)、(9)、(10)求出組合權(quán)重ωi,并運用自然斷裂點分類法[33]將其分為潛在、輕微、一般、非常和極度脆弱5個等級,詳情見表2。自然斷裂點分類法會對分類間隔加以識別，將大量數(shù)據(jù)進行最恰當?shù)姆纸M,并可使各個類之間的差異最大化,要素將被劃分為多個類,對于這些類,會在數(shù)據(jù)值的差異相對較大的位置處設(shè)置其邊界。

表2 生態(tài)脆弱性評價指標權(quán)重分級表

(8)

(9)

(10)

式中,φi為主觀權(quán)重；μi為客觀權(quán)重；ωi為組合權(quán)重。

生態(tài)脆弱性在空間格局上可能會對某一項或多項指標形成趨勢,從而產(chǎn)生依賴性,故運用生態(tài)脆弱性指標空間格局指數(shù)[34]公式(11)反映各項指標的空間依賴性,對指標的正逆性進行驗證:

(11)

1.5 生態(tài)脆弱度的計算

根據(jù)付剛等[35]生態(tài)脆弱度計算方法,運用ArcGIS 10.2軟件的柵格計算器和柵格重分類模塊,計算研究區(qū)域每個柵格的生態(tài)暴露度指數(shù)(Ecological Exposure Index, EEI)、生態(tài)敏感性指數(shù)(Ecological Sensitivity Index, ESI)及生態(tài)適應(yīng)能力指數(shù)(Ecological Adaptability Index, EAI),最后使用ArcGIS 10.2軟件的空間鑲嵌融合功能將三個指數(shù)的計算結(jié)果相融合,得出生態(tài)脆弱性指數(shù)(Ecological Vulnerability Index, EVI),并使用自然斷裂點分類法將其分為潛在、輕微、一般、非常和極度脆弱5個等級,計算公式見(12),詳細分類見下表3。

表3 生態(tài)脆弱度分級表

(12)

式中,EVI為生態(tài)脆弱性指數(shù),EEI為生態(tài)暴露度指數(shù),ESI為生態(tài)敏感性指數(shù),EAI為生態(tài)適應(yīng)能力指數(shù)；WEi為生態(tài)暴露度第i個評價指標的權(quán)重,FEi為生態(tài)暴露度第i個評價指標的等級；WSi為生態(tài)敏感性第i個評價指標的權(quán)重,FSi為生態(tài)敏感性第i個評價指標的等級；WAi為生態(tài)適應(yīng)能力第i個評價指標的權(quán)重,FAi為生態(tài)適應(yīng)能力第i個評價指標的等級。

假設(shè)有n個生態(tài)脆弱區(qū),最多則有n(n-1)種生態(tài)脆弱區(qū)變化,每一種可能發(fā)生的生態(tài)脆弱區(qū)變化,就會對生態(tài)脆弱性產(chǎn)生一定程度上的影響,負值說明該脆弱區(qū)變化會降低生態(tài)脆弱性,正值則會增加生態(tài)脆弱性,將其歸一至區(qū)間[-1,1]。為確保生態(tài)脆弱性評價公式的合理性,運用公式(13)計算生態(tài)脆弱度變化等級加權(quán)值(grade weighted value of ecological vulnerability change):

圖2 生態(tài)脆弱區(qū)類型變化等級加權(quán)值與生態(tài)脆弱性指數(shù)變化值相關(guān)性散點圖

(13)

式中,EVCGVW為生態(tài)脆弱度變化等級加權(quán)值；EVCNGVi(ecological vulnerability change normalization grade value)為第i個生態(tài)脆弱區(qū)變化歸一化的等級值；SCi為第i個生態(tài)脆弱區(qū)所變化的面積；S區(qū)域為研究區(qū)總面積。

使用SPSS 25軟件對17個生態(tài)脆弱區(qū)變化等級加權(quán)值與生態(tài)脆弱性指數(shù)變化值進行相關(guān)性分析,分析結(jié)果見圖2和表4,生態(tài)脆弱度變化等級加權(quán)值與生態(tài)脆弱性指數(shù)變化值景觀類型變值Pearson相關(guān)系數(shù)為0.874,兩者極強相關(guān),驗證了生態(tài)脆弱性指數(shù)構(gòu)建的合理性。

表4 生態(tài)脆弱區(qū)變化等級加權(quán)值與生態(tài)脆弱性指數(shù)變化值Pearson相關(guān)系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 單維度生態(tài)脆弱性分析

2.1.1生態(tài)暴露度

2008年生態(tài)暴露度主要以輕微脆弱區(qū)為主,面積為1923.02 km2,占比41.33%,其非常和極度脆弱區(qū)占比較高,合計占比26.21%。其中生態(tài)暴露度主要集中在中國大運河蘇州段上半段流經(jīng)的高新區(qū)及相城區(qū),中段流經(jīng)的姑蘇區(qū)以及下半段流經(jīng)的吳江區(qū)暴露度相對較低；2018年生態(tài)暴露度輕微脆弱區(qū)占比為44.44%,較2018年提高了3.11%,非常脆弱區(qū)和極度脆弱區(qū)相比2008年分別下降了5.02%和3.51%,分布結(jié)果見圖3,詳細具體占比見表5。

圖3 研究區(qū)生態(tài)暴露度分布

2.1.2生態(tài)敏感性

2008年研究區(qū)生態(tài)敏感性主要以潛在和輕微脆弱區(qū)為主,其合計占比為64.73%,共有3011.78 km2。植被覆蓋度高且較為均勻,降水量充沛,水資源充足且極端天氣天數(shù)較少,多數(shù)地區(qū)為潛在脆弱區(qū)域和稍微脆弱區(qū)域,高脆弱性區(qū)域較少且較為分散,分布在大運河蘇州段上游的高新區(qū)、相城區(qū)及下游的吳江區(qū)。2018年生態(tài)敏感性進一步下降,植被覆蓋度的提升以及年降水量的增多是明顯的誘因,多數(shù)區(qū)域為潛在脆弱性區(qū)域和一般脆弱性區(qū)域,高脆弱性區(qū)域較2008年也大幅度減少,總體生態(tài)敏感性分布較2008年更加均衡,分布結(jié)果見圖4,詳細具體占比見表5。

圖4 研究區(qū)生態(tài)敏感性分布

2.1.3生態(tài)適應(yīng)能力

2008年研究區(qū)生態(tài)適應(yīng)能力主要以輕微脆弱區(qū)為主,占比41.52%,共有1932.32 km2,低等脆弱區(qū)主要分布在下游,上游段相城區(qū)和高新區(qū)生態(tài)適應(yīng)力較低,環(huán)境污染治理資金投入較少。2018年,生態(tài)環(huán)保建設(shè)力度加大,經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展進一步推進,總體生態(tài)適應(yīng)力逐漸提高,生態(tài)適應(yīng)能力提高明顯,重度脆弱區(qū)逐漸向中低等脆弱區(qū)轉(zhuǎn)變。分布結(jié)果見圖5,詳細具體占比見表5。

圖5 研究區(qū)生態(tài)適應(yīng)能力分布

2.2 生態(tài)環(huán)境脆弱性綜合評價分析

2.2.1生態(tài)脆弱度時空分布變化及相關(guān)評價分析

使用ArcGIS 10.2軟件的柵格計算器和柵格重分類結(jié)合空間疊置分析功能,根據(jù)公式(12)將EEI、ESI及EAI的計算結(jié)果相疊加,計算每個柵格的EVI,并制作出研究區(qū)生態(tài)脆弱性空間分布圖,具體結(jié)果見圖6,詳細具體占比見表5。

圖6 研究區(qū)生態(tài)脆弱性分布

表5 生態(tài)脆弱區(qū)占比和面積統(tǒng)計

2008年,由于經(jīng)濟處于高速發(fā)展階段,人為活動對生態(tài)環(huán)境影響較大,資源利用率較低,生態(tài)脆弱度格局較不均衡。到了2018年,提倡綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展,人為建設(shè)因素影響力下降,極度脆弱區(qū)與非常脆弱區(qū)合計占比來到了15.61%,而潛在脆弱區(qū)與輕微脆弱區(qū)進一步增加,占區(qū)域總面積的68.79%,可見研究區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性較10年前有明顯提升。

結(jié)合表5的占比結(jié)果來看,研究區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度有所波動,但基本以潛在脆弱區(qū)與輕微脆弱區(qū)為主,流域內(nèi)整體生態(tài)環(huán)境脆弱度處于良好的格局。2008年,流域內(nèi)以輕微脆弱區(qū)為主,占比42.05%,共計1956.52 km2。上中下游體現(xiàn)出了不同的脆弱性分布,上游中度和重度脆弱區(qū)分布較為密集,日益發(fā)達的第二產(chǎn)業(yè)與較低的環(huán)保力度是其主要誘因；中游以中度脆弱區(qū)為主,這一部分生態(tài)資源和人為影響力度較少；下游水資源和植被資源豐富,且環(huán)境保護力度較大,是研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)最為健康的一部分。2018年,國家倡導(dǎo)生態(tài)經(jīng)濟綠色可持續(xù)發(fā)展,研究區(qū)規(guī)劃管理方式日漸成熟,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯有所提升,生態(tài)環(huán)境脆弱度呈良好的下降趨勢,較2008年相比,除了一般脆弱區(qū)面積占比幾乎不變,非常脆弱區(qū)與極度脆弱區(qū)占比為15.61%,降低了6.84%,潛在脆弱區(qū)與輕微脆弱區(qū)占比為68.79%,上升了6.15%,流域內(nèi)重度脆弱區(qū)正逐步向輕度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)變,各區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度分布差異進一步減小。

2.2.2生態(tài)脆弱分區(qū)變化及相關(guān)評價分析

基于生態(tài)脆弱性空間分布結(jié)果,制作研究區(qū)生態(tài)脆弱變化區(qū)分布,分別為生態(tài)脆弱區(qū)變化空間分布、生態(tài)脆弱區(qū)具體變化分區(qū)、生態(tài)修復(fù)區(qū)空間分布以及生態(tài)退化區(qū)空間分布,結(jié)果如圖7和表6所示。

圖7 研究區(qū)生態(tài)脆弱變化區(qū)分布

結(jié)合表6來看,十年間研究區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱恢復(fù)情況較為良好,生態(tài)修復(fù)區(qū)占比為37.08%,其中Ⅰ級修復(fù)區(qū)占比最高為13.31%,Ⅳ級修復(fù)區(qū)占比最低為4.95%；生態(tài)持平區(qū)占總面積的37.93%；生態(tài)退化區(qū)占比較小,為24.89%,Ⅱ級退化區(qū)占比最高為9.54%,Ⅳ級退化區(qū)占比最低,為1.50%。重度脆弱區(qū)向中輕度脆弱區(qū)的轉(zhuǎn)變十分明顯,從研究區(qū)十年來生態(tài)修復(fù)分布來看,退化區(qū)主要分布在流域上游的高新區(qū)和相城區(qū)的人口產(chǎn)業(yè)密集處及流域中游吳中區(qū)的城區(qū),以Ⅰ級和Ⅱ級退化區(qū)為主,合計占比為18.60%,其中上游的相城區(qū)和中游的吳中區(qū)的生態(tài)退化率較高,城市化進度低、不合理的土地開發(fā)以及過分依賴第二產(chǎn)業(yè),工農(nóng)業(yè)污染排放無法降低,導(dǎo)致生態(tài)修復(fù)進展相對緩慢。Ⅰ級和Ⅱ級退化區(qū)合計占比都超過了20%,修復(fù)區(qū)多分布在中游高度城市化的姑蘇區(qū)、工業(yè)園區(qū)和下游生態(tài)資源豐富、人為開發(fā)力度較小的吳江區(qū),其中姑蘇區(qū)的Ⅰ級、Ⅲ級和Ⅳ級修復(fù)區(qū)占比分別為20.70%、11.45%和8.29%,皆為最高,而Ⅱ級生態(tài)修復(fù)率最高為工業(yè)園區(qū)的18.21%,流域中游地區(qū)的人口轉(zhuǎn)移和產(chǎn)業(yè)升級,是其生態(tài)修復(fù)良好的重要原因。

表6 生態(tài)修復(fù)分區(qū)統(tǒng)計

3 討論

研究區(qū)生態(tài)脆弱變化趨勢較為明顯,大運河蘇州段流域上游相城區(qū)和高新區(qū)周邊地區(qū)的生態(tài)退化區(qū)密度較高且分布集中,該地區(qū)人口密度從2008年的0.09萬人/km2上升到了2018年的0.25萬人/km2,建設(shè)用地占比漲幅達到了15.39%,較高的人口壓力使得人地關(guān)系更為緊張,且當?shù)禺a(chǎn)業(yè)以第二產(chǎn)業(yè)為主,2008年和2018年的工業(yè)污染排放總量分別占研究區(qū)總體的47.61%和42.34%,但是,上游地區(qū)環(huán)境污染治理資金投入的金額僅從7.37億元上漲到15.13億元,導(dǎo)致2008年和2018年的污水處理率分別僅有78.77%和87.23%,Ⅴ及劣Ⅴ類水在監(jiān)測斷面中的占比也低于研究區(qū)平均水平,分別為31.23%和19.80%,使得上游地區(qū)的生態(tài)暴露度指數(shù)從2008年的1.70增長到了2018年的2.01,污染排放強度較高以及環(huán)保力度較低是該區(qū)域生態(tài)退化區(qū)分布較為密集的主要誘因。流域中游姑蘇區(qū)和工業(yè)園區(qū)的周邊地區(qū)生態(tài)修復(fù)情況優(yōu)秀,該區(qū)域高污染高排放高能耗企業(yè)較少,第三產(chǎn)業(yè)發(fā)達,工業(yè)廢水、廢氣、固廢的排放強度從2008年的3.57萬t/km2、0.35億m3/km2、0.09 t/km2降低到2018年的0.28萬t/km2、0.04億m3/km2、0.01 t/km2,空氣質(zhì)量指數(shù)從2008年的84.34下降到了2018年的46.19,中游地區(qū)生態(tài)暴露度指數(shù)從2008年的1.59下降到2018年的1.31；中游周邊地區(qū)

Ⅰ級修復(fù)區(qū): 潛在脆弱區(qū)以上脆弱區(qū)變化為潛在脆弱區(qū)的區(qū)域 ；Ⅱ級修復(fù)區(qū): 輕微脆弱區(qū)以上脆弱區(qū)變化為輕微脆弱區(qū)的區(qū)域 ；Ⅲ級修復(fù)區(qū): 一般脆弱區(qū)以上脆弱區(qū)變化為一般脆弱區(qū)的區(qū)域 ；Ⅳ級修復(fù)區(qū): 非常脆弱區(qū)以上脆弱區(qū)變化為非常脆弱區(qū)的區(qū)域 ；Ⅰ級退化區(qū): 輕微脆弱區(qū)以下脆弱區(qū)變化為輕微脆弱區(qū)等級的區(qū)域；Ⅱ級退化區(qū): 一般脆弱區(qū)以下脆弱區(qū)變化為一般脆弱區(qū)等級的區(qū)域；Ⅲ級退化區(qū): 非常脆弱區(qū)以下脆弱區(qū)變化為非常脆弱區(qū)等級的區(qū)域；Ⅳ級退化區(qū): 極度脆弱區(qū)以下脆弱區(qū)變化為極度脆弱區(qū)等級的區(qū)域生態(tài)資源分布較為分散但利用程度較高,十年間土地綜合利用程度指數(shù)、歸一化植被指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)分別提升了135.6、0.15、154.96,生態(tài)敏感性指數(shù)從2008年的1.17下降到2018年的0.75,該區(qū)域嚴格控制污染排放、合理規(guī)劃土地利用、大力投入環(huán)境保護,使得生態(tài)暴露度指數(shù)和生態(tài)敏感性指數(shù)大幅度降低,成功將部分重度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)變輕微脆弱區(qū),生態(tài)脆弱度有明顯的下降,生態(tài)修復(fù)情況優(yōu)秀。流域下游的人口密度較低且自然資源充沛,暴雨強度較低,十年間單位面積水資源量漲幅達到了2.89億L/km2,豐富的水文資源使得該區(qū)域的植被面積十分充沛,其林地、草地及園地合計占比從2008年的25.39%提高到了2018年的38.90%,2008年和2018年下游地區(qū)極端天氣出現(xiàn)的天數(shù)僅為58天和52天,生態(tài)敏感性指數(shù)從2008年的1.26下降到2018年的0.63。不過,下游地區(qū)近年來人為干擾力度加大,工業(yè)污染排放增多,農(nóng)用地的不合理擴張影響了水域等自然地的生態(tài)質(zhì)量,農(nóng)用化肥施用強度、農(nóng)藥噴灑強度分別從2008年的2.76、0.15 t/km2增長到了3.81、0.28 t/km2,人為干擾強度的增大使得生態(tài)暴露度指數(shù)從1.60增長到1.71；下游地區(qū)生態(tài)適應(yīng)能力指數(shù)從2008年的0.87下降到2018年的0.73,自然植被覆蓋率較高,但建成區(qū)植被覆蓋率較低,環(huán)保建設(shè)投入金額較少,污水處理率不高是下游周邊地區(qū)生態(tài)適應(yīng)能力指數(shù)增長緩慢的主要原因,環(huán)保建設(shè)力度無法匹配上人為干擾強度阻礙了大運河下游生態(tài)環(huán)境的進一步修復(fù)。

從總體修復(fù)情況上看,下游地區(qū)修復(fù)區(qū)面積最多,中游地區(qū)修復(fù)率最高,上游地區(qū)退化區(qū)占比最高,上游地區(qū)是大運河蘇州段流域未來生態(tài)治理和保護的重點區(qū)域。對于上游地區(qū),加強對三高企業(yè)污染排放的監(jiān)督管理,大力促進產(chǎn)業(yè)升級,加大污染治理資金的投入,同時退耕還林,重點保護區(qū)域內(nèi)的森林、濕地資源；對于中游地區(qū),加強該區(qū)域的景觀綠化方面的工作,強化綠色環(huán)保方面的宣傳,同時對該區(qū)域的自然生態(tài)資源進行規(guī)劃,開設(shè)專門的保護區(qū),形成一個植被資源保護體系；對于下游地區(qū),對國家規(guī)定的基本農(nóng)田進行嚴格保護,擴大植被覆蓋面積,提高建成區(qū)綠化覆蓋率,合理利用土地資源。

4 結(jié)論

運用VSD模型根據(jù)大運河蘇州段流域不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況,針對性地選取外部壓力、自然因素、環(huán)境保護相關(guān)的24個指標,可以有效地評估研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的健康狀況,識別威脅生態(tài)環(huán)境的因素,而且生態(tài)脆弱區(qū)變化圖示可以清晰地反映出研究區(qū)每個區(qū)域的生態(tài)脆弱性變化情況。然而,生態(tài)脆弱性評價只能對生態(tài)環(huán)境進行靜態(tài)評價或者一定時間間隔的相對動態(tài)評價,無法對生態(tài)環(huán)境變化的動態(tài)過程進行解析,且不能對未來生態(tài)環(huán)境的健康狀況以及出現(xiàn)的問題進行合理預(yù)測。因此,運用更合適的模型進一步對運河生態(tài)環(huán)境狀況進行定性與定量相結(jié)合的分析,并且對其進行合理預(yù)測評價,是接下來所要進行的重點。