生态环境变化度量方法及应用研究
陈 艺
（环境工程 [1**********]56）
摘要：随着对生态环境研究的深入，生态环境变化度量方法也有了新的发展。在广泛收集资料的基础上, 综合前人工作的成果, 总结了目前常用的生态环境变化度量的方法及其各自的应用。
关键词：生态环境；度量；指标体系；EI ；
The measurement method and application research ofecological environment change
Chen Yi
(Environmental engineering[1**********]56)
Abstract:With the deepening of the research on the ecological environment, ecological environment change measurement also has a new development.On the basis of widely collecting information, integrated the results of previous work, summed up the present commonly used method to measure the ecological environment change and their respective applications. Key Words:ecological environment; measurement;The indicator system; EI
随着社会的发展和技术的进步，人类对自然环境的影响范围和强度都在不断加大，由此引起的区域生态环境问题也在不断扩大和加剧，如沙漠化，盐渍化，水土流失和酸雨等[1]。在我国，日益恶化的生态环境，给我国的经济和社会发展带来了极大危害，严重影响了可持续发展能力[2]。因此，如何度量生态环境变化，了解生态系统的结构，功能和过程，促进生态系统良性循环，保护生态系统健康和恢复，破坏的生态系统，促进生态系统的平衡和实现可持续发展，合理建设经济社会，有效改善环境质量成为一个亟待解决的问题。
1 我国生态环境变化趋势
50多年来，中国累计治理水土流失面积67万平方公里，森林覆盖率提高到13.923%。在生态环境建设方面做出的各种努力正在并将继续对国民经济和社会可持续发展产生积极的影响。但是，目前中国自然生态环境仍很脆弱，生态环境恶化的趋势还没有遏制住[3]。主要表现在：
——水土流失日趋严重。中国目前已成为世界上水土流失量严重的国家之一，在过去几十年里，水土流失面积从153万km 2增加到180多万 km 2，约占陆地国土面积的五分之一。长江流域是我国粮食作物和经济
作物的重要产区，总面积为180多万 km 2，
目前水土流失面积已由20世纪50年代的36万km 2上升到目前的56.2万km 2，占全流域面积的31.296％；土壤流失量由10t 增加到22.4亿t 。严重的水土流失造成大量的贫困人口，这些人151为了生存过度开发利用土地，从而导致更加严重的水土流失，形成一种恶性循环。在“三北”地区，由于毁林毁草开荒，草原过度放牧，植被遭到严重破坏，生态环境日益恶化，造成了土地沙化不断扩大，“三北”地区的沙化速度从上世纪70年代的每年l 500 km 2增加到90年代的2460 km 2。西部地区特大沙尘暴的发生率，从70年代的13次增加到90年代的23次。我国现有草地资源退化、沙化和荒漠化土地面积不断扩大，全国荒漠化土地面积已达262平方公里，并且每年还以2460平方公里的速度扩展[4-7]。
——水生态环境恶化。北方河流断流河段增多，断流时间加长，由此产生的环境、生态破坏以及对黄河下游生产、生活的影响难以估量。仅在1993～1997年的5年间．全国由于缺水及干旱而减产粮食达565.5亿kg 之多；大江大河污染严重，排向各水系的污染物急剧增加，仅辽河水系每年就排入16亿m ³污染物。淮河污染至沿河无水可饮．牲畜饮水中毒死亡的恶性事故震惊全国。七大
江河已没有一条干净河流；水生态环境日益恶化大部分靠近人类活动区的水域．其水生生物及鸟类的栖息和生息环境被破坏，生物种群的多样性逐日减少甚至消失[8-10]。
——生物多样性受到严重破坏。中国的生物多样性过去遭受到的破坏和当前面临的威胁都是严重的，生物多样性尽管丰富多彩，但在许多方面是残破不全的。中国近代有纪录的灭绝的脊椎动作就有7种, 也可能是10种，而受威胁的有400多种。中国250种裸子植物中有近1/3处于濒危和稀有状态。被子植物约有4000种受到各种威胁，占全部被子植物的13%，列入珍稀濒危保护的植物约1000种。农作物的野生种源破坏也很严重，比较突出的如云南、海南、广东的野生稻，东北和山东的野生大豆等。中国已有15%至20%的动植物种类受到威胁，高于世界10%至15%的平均水平[3,11]。
包括：生态系统及其各组分，特别是有生命组分的质量变化规律；不同生态系统的动态变化及外部特征——系统状态；不同生态系统状态对人类生存的适宜程度。
生态系统不同于大气和水那样的均匀介质和单一体系．而是一种类型和结构多样性很高．地域性特别强的复杂系统。它包括内在本质(生态结构) 的变化和外在表征(环境功能) 的变化，由量变到质变的发展变化规律。因而度量的标准体系不仅复杂，而且因地而异[16]。因此，对生态环境变化进行的各种度量，基于各自的侧重点，有不同的度量方法。
2.1 生态环境状况指数（EI ）
利用生态环境状况指数（EI ）度量的方法是一种综合度量的方法，此方法适用范围广，实用性较强、简单明了、能对所有生态环境进行统一度量，体现生态环境评价的综合性，整体性和层次性。EI 的数值范围0～100，包括生态丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和环境质量指数五个因子，这五个因子分别反映了被评价区域内的生物的丰度、植被覆盖的高低，水的丰富程度、土地退化程度以及所承载的环境污染压力[14,15]。生态环境状况指数(E1)计算方法如下：生态环境状况指数=0.25×生物丰度指数+0.2 X植被覆盖指数+0.2×水网密度指数+0.2×(100一土地退化指数)+0.15×环境质量指数[14]。生态环境状况根据变化值可按照表1进行分级。
2 生态环境变化度量方法
目前国内外关于生态环境变化的研究尚少，没有形成统一的概念和原理。但在很多应用和研究中，通常将指生态环境的优劣程度，即生态环境的变化趋势及状况定义为生态环境质量。李晓秀[12]提出生态环境质量是指与人类有关的自然资源及人类赖以生存的环境的优劣程度，它包括自然资源和整个环境的各种因素。叶亚平[13]等则提出生态环境质量是指在一个具体的时间和空间范围内生态系统的总体或部分生态环境因子的组合体对人类的生存及社会经济持续发展的适宜程度。因此，生态环境质量的内涵
表1生态环境状况变化度分级
2008年，董贵华，张建辉[15]等人用2000年和2005年遥感监测数据及相关统计数据，以EI 法综合度量近五年来我国的生态环境
变化。研究表明2000年至2005年间草地总面积减少了1.74万平方公里方公里，冰川和永久性积雪覆盖区面积减少1.76万平方公
里，滩地和滩涂面积减少了0.43万平方公里，耕地总面积减少1.97万平方公里；广东、内蒙古和北京三省市植被覆盖度，生物丰度和植被覆盖度明显降低，天津市水网密度指数升高，上海等沿海7省市水网密度指数显著降低；河南省土地退化程度最为明显，新疆、福建最轻。
2012年，孙东琪，张京祥[17]等人对中国及其31个省市区、三大经济带的生态环境变化进行综合度量和评价，分析了其生态环境的变化态势。研究表明1990~2010年20年间中国生态环境恶化态势有所减缓，但依然很严重；总的来看，自1990年至今，中国生态环境总体恶化，局部改善，治理小于破坏，生态赤字依然在扩大的态势没有得到真正改变，还要持续一定的时间；国自西向东生态环境质量越来越好，生态环境质量恶化速度逐渐变缓。
2.2 生态环境指标体系度量法
在实际应用和研究中，常常因为地域限制，或者更需要生态环境变化中某一方面的数据和资料，因此，在没有相应的评价标准时，可直接选用最能反映生态环境的某些环境要素和某些有代表性的参数，直接建立相应的生态环境指标体系，选用评分迭加法，综合指标法，聚类分析法自然度方法，景观生态学方法等方法或者直接对单一指标进行分析度量。此种评价方法灵活多变，操作简单，具有很强的代表性，能反映生态环境的现状及变化特征，数据可获性高，对于缺失或不全的数据，可选择不进行计算和加入评价指标体系。
2000年，周华荣[18在综合考虑了景观生态格局和生态功能的统一，水的主导因子作用，山地的特殊功能等，建立了简易合理，具可操作性利用该指标体系。对新疆87个县(市) 进行了生态环境变化度量，共分为优良较好一般较差和差5个级区，分别为15、22、26、11和13个县 (市) 单元，其面积分别占新疆总面积的7.81% 36.81% 40.83% 5.58%和 8.97%。结果令人满意，基本符合新疆生态环境质量的实际情况和人们对其的认识。由此可见，建立在生态环境指标体
系上的生态环境变化度量和生态环境质量评价是合理的，可操作的。
2006年，高春风[19]剖析了各类生态功能区、自然保护区、特殊生态环境保护区的结构与服务功能，在深入理解生态安全内涵的条件下研究了指标体系框架，并以锦州市华北山地林业生态功能区为例探析了生态环境变化状况。结果表明该生态区已经处在生态环境严重退化状态，森林植被的覆盖率，珍惜动植物保存率远低于生态系统状况良好时的情况。
2012年，汪健，杨艳艳等[20]在研究对钱塘江河口的生态环境变化的过程中，以钱塘江河口地区生态环境的影响因子为度量参数，通过分析探讨影响因子年变化情况达到对生态环境变化度量的目的。结果表明河口地区生态环境发生了新的变化，洪水、潮汐作用进一步增强；水资源需求不断增长，开发利用程度加大，跨流域配水量增加，水环境污染加剧；主槽摆动趋于平缓，河床冲淤幅度减小，河势趋于稳定；滩涂湿地资源总量减少，生态服务功能受到限制；水生生物物种减少，生物多样性有下降趋势。
3 生态环境变化度量方法的应用
生态环境变化的度量是一种衡量环境变化程度的手段。由于生态环境复杂性和各类生态功能区的差异性，无法建立一个普遍适用的评估指标，但对自然地理环境条件相近的生态功能区具有参考意义，而指标体系建立与应用的理论方法各地均可借鉴。因此，生态环境变化的度量在环境质量评价，环境风险评价，环境污染治理修复以及区域发展等多个领域中多有应用。
1998，赵跃龙[21]等人，综合考虑地质脆弱因子，地貌脆弱因子，气候脆弱因子，水文脆弱因子以及人为因素，确定了一系列生态环境指标，度量生态环境变化，达到对脆弱生态环境定量评价的目的。研究表明，指标的引入，较好地校正了由于主要成因及表现特征指标的局限性而引起的误差，保证了评价的可操作性和准确性。通过采用这套指标计算全国26个省、区脆弱度来检验此方法，所得结果与实际情况基本一致，有力地
证明了这套方法的准确性。
2002年，邹亚荣[22]，张增祥等人在展开江西省水土流失生态环境风险评价时，选出年均温，坡度，降水，土地利用，植被指数，干燥度这6个生态环境因子，对土壤侵蚀程度进行定量研究，最后得到风险评价结果。无风险区域主要分布于赣抚平原与吉泰盆地，以及赣，抚，饶，修，信5河流经地区，占54%；重度占2%，分布于赣江的上游；中度19%，较重级占25%，二者混合分布。主要分布于江西省的山区及部分平原地区。
4结 语
生态环境变化指标体系建立与应用是
一项全新的研究领域，所涉及的研究内容相当庞大，而且十分复杂，同时还存在诸多的不确定性，其中包括理论与实践的统一问题、许多指标无法统计或难以获取的问题、指标代表性与权威性问题等等。随着科学技术的发展，生态环境研究的深入，将会有更多的先进技术，更科学、系统的理论运用于生态环境变化定量研究中。建立一个准确有效的，系统的，简单的，实用的生态环境变化度量方法，有助于掌握准确的环境状态，在对未来环境建设以及人类活动具有不可估量的作用。 【参考文献】
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生态环境变化度量方法及应用研究
陈 艺
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关键词：生态环境；度量；指标体系；EI ；
The measurement method and application research ofecological environment change
Chen Yi
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Abstract:With the deepening of the research on the ecological environment, ecological environment change measurement also has a new development.On the basis of widely collecting information, integrated the results of previous work, summed up the present commonly used method to measure the ecological environment change and their respective applications. Key Words:ecological environment; measurement;The indicator system; EI
随着社会的发展和技术的进步，人类对自然环境的影响范围和强度都在不断加大，由此引起的区域生态环境问题也在不断扩大和加剧，如沙漠化，盐渍化，水土流失和酸雨等[1]。在我国，日益恶化的生态环境，给我国的经济和社会发展带来了极大危害，严重影响了可持续发展能力[2]。因此，如何度量生态环境变化，了解生态系统的结构，功能和过程，促进生态系统良性循环，保护生态系统健康和恢复，破坏的生态系统，促进生态系统的平衡和实现可持续发展，合理建设经济社会，有效改善环境质量成为一个亟待解决的问题。
1 我国生态环境变化趋势
50多年来，中国累计治理水土流失面积67万平方公里，森林覆盖率提高到13.923%。在生态环境建设方面做出的各种努力正在并将继续对国民经济和社会可持续发展产生积极的影响。但是，目前中国自然生态环境仍很脆弱，生态环境恶化的趋势还没有遏制住[3]。主要表现在：
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作物的重要产区，总面积为180多万 km 2，
目前水土流失面积已由20世纪50年代的36万km 2上升到目前的56.2万km 2，占全流域面积的31.296％；土壤流失量由10t 增加到22.4亿t 。严重的水土流失造成大量的贫困人口，这些人151为了生存过度开发利用土地，从而导致更加严重的水土流失，形成一种恶性循环。在“三北”地区，由于毁林毁草开荒，草原过度放牧，植被遭到严重破坏，生态环境日益恶化，造成了土地沙化不断扩大，“三北”地区的沙化速度从上世纪70年代的每年l 500 km 2增加到90年代的2460 km 2。西部地区特大沙尘暴的发生率，从70年代的13次增加到90年代的23次。我国现有草地资源退化、沙化和荒漠化土地面积不断扩大，全国荒漠化土地面积已达262平方公里，并且每年还以2460平方公里的速度扩展[4-7]。
——水生态环境恶化。北方河流断流河段增多，断流时间加长，由此产生的环境、生态破坏以及对黄河下游生产、生活的影响难以估量。仅在1993～1997年的5年间．全国由于缺水及干旱而减产粮食达565.5亿kg 之多；大江大河污染严重，排向各水系的污染物急剧增加，仅辽河水系每年就排入16亿m ³污染物。淮河污染至沿河无水可饮．牲畜饮水中毒死亡的恶性事故震惊全国。七大
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包括：生态系统及其各组分，特别是有生命组分的质量变化规律；不同生态系统的动态变化及外部特征——系统状态；不同生态系统状态对人类生存的适宜程度。
生态系统不同于大气和水那样的均匀介质和单一体系．而是一种类型和结构多样性很高．地域性特别强的复杂系统。它包括内在本质(生态结构) 的变化和外在表征(环境功能) 的变化，由量变到质变的发展变化规律。因而度量的标准体系不仅复杂，而且因地而异[16]。因此，对生态环境变化进行的各种度量，基于各自的侧重点，有不同的度量方法。
2.1 生态环境状况指数（EI ）
利用生态环境状况指数（EI ）度量的方法是一种综合度量的方法，此方法适用范围广，实用性较强、简单明了、能对所有生态环境进行统一度量，体现生态环境评价的综合性，整体性和层次性。EI 的数值范围0～100，包括生态丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和环境质量指数五个因子，这五个因子分别反映了被评价区域内的生物的丰度、植被覆盖的高低，水的丰富程度、土地退化程度以及所承载的环境污染压力[14,15]。生态环境状况指数(E1)计算方法如下：生态环境状况指数=0.25×生物丰度指数+0.2 X植被覆盖指数+0.2×水网密度指数+0.2×(100一土地退化指数)+0.15×环境质量指数[14]。生态环境状况根据变化值可按照表1进行分级。
2 生态环境变化度量方法
目前国内外关于生态环境变化的研究尚少，没有形成统一的概念和原理。但在很多应用和研究中，通常将指生态环境的优劣程度，即生态环境的变化趋势及状况定义为生态环境质量。李晓秀[12]提出生态环境质量是指与人类有关的自然资源及人类赖以生存的环境的优劣程度，它包括自然资源和整个环境的各种因素。叶亚平[13]等则提出生态环境质量是指在一个具体的时间和空间范围内生态系统的总体或部分生态环境因子的组合体对人类的生存及社会经济持续发展的适宜程度。因此，生态环境质量的内涵
表1生态环境状况变化度分级
2008年，董贵华，张建辉[15]等人用2000年和2005年遥感监测数据及相关统计数据，以EI 法综合度量近五年来我国的生态环境
变化。研究表明2000年至2005年间草地总面积减少了1.74万平方公里方公里，冰川和永久性积雪覆盖区面积减少1.76万平方公
里，滩地和滩涂面积减少了0.43万平方公里，耕地总面积减少1.97万平方公里；广东、内蒙古和北京三省市植被覆盖度，生物丰度和植被覆盖度明显降低，天津市水网密度指数升高，上海等沿海7省市水网密度指数显著降低；河南省土地退化程度最为明显，新疆、福建最轻。
2012年，孙东琪，张京祥[17]等人对中国及其31个省市区、三大经济带的生态环境变化进行综合度量和评价，分析了其生态环境的变化态势。研究表明1990~2010年20年间中国生态环境恶化态势有所减缓，但依然很严重；总的来看，自1990年至今，中国生态环境总体恶化，局部改善，治理小于破坏，生态赤字依然在扩大的态势没有得到真正改变，还要持续一定的时间；国自西向东生态环境质量越来越好，生态环境质量恶化速度逐渐变缓。
2.2 生态环境指标体系度量法
在实际应用和研究中，常常因为地域限制，或者更需要生态环境变化中某一方面的数据和资料，因此，在没有相应的评价标准时，可直接选用最能反映生态环境的某些环境要素和某些有代表性的参数，直接建立相应的生态环境指标体系，选用评分迭加法，综合指标法，聚类分析法自然度方法，景观生态学方法等方法或者直接对单一指标进行分析度量。此种评价方法灵活多变，操作简单，具有很强的代表性，能反映生态环境的现状及变化特征，数据可获性高，对于缺失或不全的数据，可选择不进行计算和加入评价指标体系。
2000年，周华荣[18在综合考虑了景观生态格局和生态功能的统一，水的主导因子作用，山地的特殊功能等，建立了简易合理，具可操作性利用该指标体系。对新疆87个县(市) 进行了生态环境变化度量，共分为优良较好一般较差和差5个级区，分别为15、22、26、11和13个县 (市) 单元，其面积分别占新疆总面积的7.81% 36.81% 40.83% 5.58%和 8.97%。结果令人满意，基本符合新疆生态环境质量的实际情况和人们对其的认识。由此可见，建立在生态环境指标体
系上的生态环境变化度量和生态环境质量评价是合理的，可操作的。
2006年，高春风[19]剖析了各类生态功能区、自然保护区、特殊生态环境保护区的结构与服务功能，在深入理解生态安全内涵的条件下研究了指标体系框架，并以锦州市华北山地林业生态功能区为例探析了生态环境变化状况。结果表明该生态区已经处在生态环境严重退化状态，森林植被的覆盖率，珍惜动植物保存率远低于生态系统状况良好时的情况。
2012年，汪健，杨艳艳等[20]在研究对钱塘江河口的生态环境变化的过程中，以钱塘江河口地区生态环境的影响因子为度量参数，通过分析探讨影响因子年变化情况达到对生态环境变化度量的目的。结果表明河口地区生态环境发生了新的变化，洪水、潮汐作用进一步增强；水资源需求不断增长，开发利用程度加大，跨流域配水量增加，水环境污染加剧；主槽摆动趋于平缓，河床冲淤幅度减小，河势趋于稳定；滩涂湿地资源总量减少，生态服务功能受到限制；水生生物物种减少，生物多样性有下降趋势。
3 生态环境变化度量方法的应用
生态环境变化的度量是一种衡量环境变化程度的手段。由于生态环境复杂性和各类生态功能区的差异性，无法建立一个普遍适用的评估指标，但对自然地理环境条件相近的生态功能区具有参考意义，而指标体系建立与应用的理论方法各地均可借鉴。因此，生态环境变化的度量在环境质量评价，环境风险评价，环境污染治理修复以及区域发展等多个领域中多有应用。
1998，赵跃龙[21]等人，综合考虑地质脆弱因子，地貌脆弱因子，气候脆弱因子，水文脆弱因子以及人为因素，确定了一系列生态环境指标，度量生态环境变化，达到对脆弱生态环境定量评价的目的。研究表明，指标的引入，较好地校正了由于主要成因及表现特征指标的局限性而引起的误差，保证了评价的可操作性和准确性。通过采用这套指标计算全国26个省、区脆弱度来检验此方法，所得结果与实际情况基本一致，有力地
证明了这套方法的准确性。
2002年，邹亚荣[22]，张增祥等人在展开江西省水土流失生态环境风险评价时，选出年均温，坡度，降水，土地利用，植被指数，干燥度这6个生态环境因子，对土壤侵蚀程度进行定量研究，最后得到风险评价结果。无风险区域主要分布于赣抚平原与吉泰盆地，以及赣，抚，饶，修，信5河流经地区，占54%；重度占2%，分布于赣江的上游；中度19%，较重级占25%，二者混合分布。主要分布于江西省的山区及部分平原地区。
4结 语
生态环境变化指标体系建立与应用是
一项全新的研究领域，所涉及的研究内容相当庞大，而且十分复杂，同时还存在诸多的不确定性，其中包括理论与实践的统一问题、许多指标无法统计或难以获取的问题、指标代表性与权威性问题等等。随着科学技术的发展，生态环境研究的深入，将会有更多的先进技术，更科学、系统的理论运用于生态环境变化定量研究中。建立一个准确有效的，系统的，简单的，实用的生态环境变化度量方法，有助于掌握准确的环境状态，在对未来环境建设以及人类活动具有不可估量的作用。 【参考文献】
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8. 王庆芬, 唐诚. 浅议我国水生态环境现状及修
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