基于VOR—NES框架模型的流域土地生態系統健康評價

梁旭琴

摘 要：流域是地面河流的集水區，流域是個相對獨立的生態系統單元。本文以山西省晉城市長河流域村莊壓煤山丘區為研究區域，基于土地生態系統健康相關理論，采用指標體系法和突變理論對研究區土地生態系統健康進行了評價，并運用障礙度模型對研究區進行了土地生態系統健康障礙度診斷。得到了以下結論：（1）長河流域47個研究單元的土地生態系統分布于亞健康、不健康、病態三個健康等級之中。（2）長河流域土地生態系統的活力及恢復力障礙度指數遠超組織結構障礙度指數（活力及恢復力障礙度指數約為組織結構障礙度指數的十倍左右），因此長河流域土地生態系統健康狀況較差的原因多由土地生態系統活力與恢復力較低所造成。本文提出了結合當地特點從存量和新增林地方面提出了提高研究區森林覆蓋率的管控措施；對于推動水資源的全流域規劃及積極建立完善流域內水權制度的管控措施提供一定借鑒。

關鍵詞：土地生態系統健康；VOR-NES框架模型；突變理論；長河流域

中圖分類號：X24；X171.1 文獻標識碼：A

1 研究區概況

本次研究的研究區為長河流域，其行政隸屬于晉城市澤州縣管轄，其東西分別接壤城區與沁水縣，南北分別接壤周村鎮和下村鎮，整個長河流域南北與東西長分別為14.5km與13.1km，覆蓋區域達113.185 km2，覆蓋下村鎮、大東溝鎮、川底鄉的行政村達47個。地形地貌方面，長河流域內多山地、丘陵，總體而言長河流域境內地勢雖不甚平緩但高低差也較小，由于長河流域屬于黃土高原區加之長期受侵蝕影響，故長河流域整體呈楔形特點。流域內水土流失嚴重，“空心村”現象較為突出，村內空閑地有很大潛力可挖、農業結構混亂，給土地整理工作帶來諸多不便，由于管理不善，盲目上企業等原因，造成土地資源浪費嚴重。

2 數據來源

本次研究數據來源主要為《澤州統計年鑒》、澤州縣土地利用總體規劃、澤州縣第六次人口普查數據、地理空間數據云Landsat系列數據、坤達煤礦、岳圣山煤礦、潤宏煤礦、晉瑞煤礦和壁盈煤礦五個煤礦的土地復墾方案報告書。

3 研究方法

突變理論的前身是拓撲數學理論，突變理論的主要分析目標為勢函數，其主要由控制變量和狀態變量所組成。常用的突變理論多由一個或兩個狀態變量和四個以下（包含四個）的控制變量構成，其中由一個狀態變量構成的突變模型是折疊模型、尖點模型、燕尾模型、蝴蝶模型，由兩個狀態變量構成的突變模型是雙曲臍點模型、橢圓臍點模型及拋物臍點模型。在本次研究過程中，由于研究目標為村莊壓煤山丘區土地生態系統健康程度，其為一維變量，故本次研究中運用突變理論中的折疊模型、尖點模型、燕尾模型、蝴蝶模型。

4 指標體系

4.1評價指標體系構建

評價指標體系各層之間按照“從上至下逐層下轄，從下至上逐層匯總”的原則分為目標層、準則層、因素層及指標層四層。

4.2健康程度等級劃分

本次研究通過整理分析以往關于突變理論的應用研究，提出了突變理論下的村莊壓煤山丘區土地生態系統健康分級標準，即設指標層所有指標的初始數據為均為x，則依據“互補”、“非互補”的原則即可得出目標層的隸屬度也為x[3]。則當指標層所有指標均分別取0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0總計六個值時，基于突變理論及“互補”、“非互補”原則即可得到目標層隸屬度，總計五個等級，分別為病態、不健康、亞健康、健康、很健康五級。

5 結果分析

5.1流域土地生態系統健康狀況

研究表明，在研究區的47個行政村的相對隸屬度均小于0.970，其土地生態系統健康程度分布于亞健康、不健康、病態三個健康等級之中。其中，有8個行政村的土地生態系統健康程度屬于亞健康，占所有研究單元的17.0%；有16個行政村的土地生態系統健康程度屬于不健康，占所有研究單元的34.0%；有23個行政村的土地生態系統健康程度屬于病態，占所有研究單元的48.9%。

6 結論與討論

在結合VOR模型和NES模型基礎上構建了基于VOR-NES 框架模型的區域土地生態系統健康評價體系，并引入突變理論構建了村莊壓煤山丘區土地生態系統健康分析模型，結果表明研究區47個研究單元的土地生態系統健康程度分布于亞健康、不健康、病態三個健康等級之中，并進一步分析了研究區各評價單元土地生態系統活力、恢復力及組織力健康程度。得到一些成果和結論如下：

（1）構建了一套基于VOR-NES 框架模型的適用于煤礦區的土地生態系統健康評價體系，在此基礎上引入突變理論構建了村莊壓煤山丘區土地生態系統健康分析模型。在構建區域土地生態系統健康評價體系的基礎上，基于村莊壓煤山丘區外部性及突變性較強的特點，引入突變理論中狀態變量為一維變量的突變模型構建了了長河流域土地生態系統健康分析模型。

（2）基于上述構造的村莊壓煤山丘區土地生態系統健康評價體系及分析模型，其中，有8個行政村的土地生態系統健康程度屬于亞健康，占所有研究單元的17.0%；有16個行政村的土地生態系統健康程度屬于不健康，占所有研究單元的34.0%；有23個行政村的土地生態系統健康程度屬于病態，占所有研究單元的48.9%。

參考文獻

[1] 張良，陳克龍，曹生奎，等.青海東部主要農業區縣域農業生態系統健康評價[J].干旱地區農業研究，2012，30（1）：204-210.

[2] 李艷，陳曉宏，張鵬飛.突變級數法在區域生態系統健康評價中的應用[J].中國人口·資源與環境，2007，17（3）：50-54.

[3] Yu L，Liu J.Stability of interbed for salt cavern gas storage in solution mining considering cusp displacement catastrophe theory[J].Petroleum，2015，1（1）：82-90.