襄陽市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況及變化研究

王洋 冷喆

摘要 以2017—2021年襄陽市生態(tài)環(huán)境狀況數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS計(jì)算分析，分析了襄陽市近5年來生態(tài)環(huán)境狀況及其變化趨勢；并通過秩相關(guān)系數(shù)法研究了生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)值（EI）與生物豐度指數(shù)等5個(gè)分指數(shù)變化趨勢，分析了影響襄陽市生態(tài)環(huán)境狀況的主要原因。結(jié)果表明：（1）研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況與植被覆蓋狀況、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、人類生活關(guān)系密切。（2）2017—2021年襄陽市生態(tài)環(huán)境狀況總體良好，EI值保持在68左右，且呈不顯著上升趨勢，其中2019年指數(shù)值為5年間最低，EI值整體上呈“U”形變化趨勢。

關(guān)鍵詞 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；ArcGIS；評價(jià)分析；秩相關(guān)系數(shù)；襄陽市

中圖分類號：X826 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0272-03

襄陽市是國務(wù)院批復(fù)確定的湖北省新型工業(yè)基地和鄂西北中心城市，是漢江流域中心城市。城市生態(tài)環(huán)境問題變得越來越突出，因此準(zhǔn)確及時(shí)地了解城市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及變化規(guī)律，按照選定的指標(biāo)體系綜合評價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，對城市生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。雖然近年來已有許多對省級及以上區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的研究分析，但針對地市級生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的未有深入研究[2-4]。以襄陽市及其所屬縣區(qū)為研究對象，對城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量做現(xiàn)狀評價(jià)與變化趨勢分析，為襄陽市綠色發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐，從而促進(jìn)城市化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)。

1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)方法

近幾年，眾多學(xué)者開始利用遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的研究，并取得了一系列的成果[4-6]。

2015年國家發(fā)布了《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》（HJ 192—2015），對指標(biāo)與權(quán)重進(jìn)行了修正，使得指標(biāo)更易獲取，評價(jià)更加全面。生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)利用生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)（EI）反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體狀態(tài)，指標(biāo)體系包括生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫、污染負(fù)荷5個(gè)分指數(shù)和1個(gè)環(huán)境限制指數(shù)。

根據(jù)EI值的大小，將生態(tài)環(huán)境分為優(yōu)、良、一般、較差和差5個(gè)等級（表1）。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況變化幅度，分為無明顯變化、略有變化（好或差）、明顯變化（好或差）、顯著變化（好或差）4個(gè)等級（表2）。

用ArcGIS軟件對襄陽市各縣區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行計(jì)算，可以更加直觀反映各等級的空間分布情況[7]。采用秩相關(guān)系數(shù)法對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化進(jìn)行趨勢評估，秩相關(guān)系數(shù)法是衡量時(shí)間序列變化趨勢在統(tǒng)計(jì)上有無顯著性的方法，其利用Daniel的趨勢檢驗(yàn)，以Spearman秩相關(guān)系數(shù)來衡量評估周期的年度數(shù)據(jù)變化趨勢[8]。計(jì)算公式如下：

式中：di=Xi -Yi；Xi為周期i到周期n按EI值從小到大排列的序號；Yi為按時(shí)間排列的序號；n為時(shí)間周期的數(shù)量即年份。

將的絕對值與臨界值Wp進(jìn)行比較，若＞W(wǎng)p，則表明變化趨勢有明顯意義。如果是負(fù)值，則表明是下降趨勢；如果是正值，則表明是上升趨勢。

n=5時(shí)，Wp為0.90；n=9時(shí)，Wp為0.60。

2 結(jié)果與分析

以襄陽市2017—2021年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)及各分指數(shù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合水利和環(huán)境部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析影響其變化的主要原因，土地利用數(shù)據(jù)由遙感影像解譯獲得，并輔助野外核查數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，數(shù)據(jù)源為Landsat8影像，坐標(biāo)基準(zhǔn)為WGS 84坐標(biāo)系。植被覆蓋指數(shù)通過每年5—9月的MODIS影像250 m分辨率的NDVI產(chǎn)品計(jì)算得到，土壤侵蝕數(shù)據(jù)、水資源量和降水量數(shù)據(jù)來自湖北省水利廳《湖北省水土保持公報(bào)》，污染物排放量數(shù)據(jù)來自湖北省生態(tài)環(huán)境廳統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.1 分指數(shù)

2.1.1 生物豐度指數(shù) 2017—2021年襄

陽市生物豐度指數(shù)為55.42～57.42，各縣區(qū)生物豐度指數(shù)有所差異。其中，南漳明顯高出平均水平，為75.23～79.76；樊城最低，為25.20～25.95。縣區(qū)間有差異主要是受森林面積的影響，南漳的森林覆蓋率為70.65%，比樊城高出近33個(gè)百分點(diǎn)。

2.1.2 植被覆蓋指數(shù) 2017—2021年，

襄陽市植被覆蓋指數(shù)為88.23～92.42，各縣區(qū)植被覆蓋指數(shù)有所差異。其中，保康最高，為102.92～104.84；樊城最低，為67.13～73.70。分析其原因如下：（1）從衛(wèi)星影像來看，保康森林覆蓋面積占縣域面積84.09%，比樊城高出近46個(gè)百分點(diǎn)；（2）保康官山森林公園、龍坪高山旅游區(qū)植被覆蓋情況非常好，存在大片林場，而樊城森林覆蓋率偏低，致使植被覆蓋指數(shù)相對較低。

2.1.3 水網(wǎng)密度指數(shù) 2017—2021年，襄陽市水網(wǎng)密度指數(shù)為12.24～21.34，年度變化幅度大，年際水資源量變化明顯是主要原因，研究表明降雨量對水資源總量影響較大[9]。襄陽市水資源主要集中在襄城、樊城，保康是襄陽市唯一的全山區(qū)縣，水資源相對匱乏，這與水網(wǎng)密度指數(shù)大小的規(guī)律相吻合。

2.1.4 土地脅迫指數(shù) 土地脅迫指數(shù)是生態(tài)系統(tǒng)退化的一個(gè)重要指示指標(biāo)[10]。2017—2021年，襄陽市土地脅迫指數(shù)為3.24～7.09，從各縣區(qū)年際變化情況看，近幾年城鎮(zhèn)擴(kuò)張過程中帶來的破壞植被和土層、水土流失程度在加重，土地退化程度在相對較重，生態(tài)環(huán)境問題需得到足夠重視。

2.1.5 污染負(fù)荷指數(shù) 2017—2021年，襄陽市污染負(fù)荷指數(shù)為0.22～0.47，且整體呈現(xiàn)逐年上升趨勢，主要是SO2和COD排放量的占比較大。襄城因余家湖工業(yè)園，污染物的排放量較大，因此污染負(fù)荷指數(shù)相對偏高。

2.2 生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)

對比分析2017—2021年襄陽市各縣區(qū)EI指數(shù)分布情況，可以反映生態(tài)環(huán)境狀況空間分布規(guī)律（圖1）。

從空間分布看，全市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一直保持“優(yōu)”位于西部山區(qū)；東邊大部地區(qū)為“良”，且市區(qū)（襄城、樊城、襄州）的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯差于周邊縣市。說明研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況與植被覆蓋狀況、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、人類生活關(guān)系密切。

2.3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢及原因分析

2017—2021年，襄陽市生態(tài)環(huán)境狀況保持為“良”，EI值保持在68左右，生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)（EI值）呈上升趨勢，但不顯著（EI值=0.3）秩相關(guān)系數(shù)=0.3。

各縣區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況與時(shí)間秩的相關(guān)系數(shù)見圖2，保康EI值略呈上升趨勢；南漳和谷城年際生態(tài)環(huán)境狀況變化呈下降趨勢；襄州生態(tài)環(huán)境無明顯變化，襄城呈較明顯上升趨勢，其余縣區(qū)生態(tài)環(huán)境呈不明顯上升趨勢。

2017—2021年襄陽市生態(tài)環(huán)境狀況及各分指數(shù)隨時(shí)間變化趨勢見圖3，為展現(xiàn)效果，污染負(fù)荷指數(shù)統(tǒng)一擴(kuò)大100倍。由圖3可知，襄陽市EI值為67.22～70.55，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈先下降后上升的“U”形變化趨勢，與植被覆蓋指數(shù)變化趨勢一致。EI值在2019年最低，2017和2021年相對較高。植被覆蓋指數(shù)也是在2017和2021年相對較高，2019年相對很低。植被覆蓋指數(shù)與土地利用覆蓋情況密切相關(guān)，區(qū)域氣溫、降水量等也會對其造成影響[11-12]。根據(jù)《襄陽市統(tǒng)計(jì)年鑒》結(jié)果，2019年襄陽市水資源量和降水量要遠(yuǎn)低于其他年份，《2019年度湖北省氣候評價(jià)年報(bào)》顯示，2019年是湖北省近60年來最嚴(yán)重的伏秋高溫連旱、降水少、溫度高、蒸發(fā)大，這可能導(dǎo)致該年度植被覆蓋指數(shù)偏低。

3 小結(jié)與討論

2017—2021年，襄陽市生態(tài)環(huán)境狀況保持為“良”，生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)呈不顯著上升趨勢。從空間分布看，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一直保持“優(yōu)”為西部山區(qū)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量排名一直靠后的區(qū)域主要分布于人類活動頻繁的城區(qū)、城市擴(kuò)張地帶，表明研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況與植被覆蓋狀況、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、人類生活關(guān)系密切。近5年，襄陽市生態(tài)環(huán)境狀況與植被覆蓋指數(shù)變化趨勢一致，都是“U”形變化規(guī)律，2019年EI值最低。

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Status and Changes of Ecological Environment Quality in Xiangyang City

Wang Yang et al（Xiangyang Ecological Environment Monitoring Center， Department of Ecology and Environment of Hubei Province， Xiangyang， Hubei 441021）

Abstract Based on the environmental statistic data from 2017 to 2015，ArcGIS mapping analyzed the Eco-environmental status and its variation trends of Xiangyang City.The variation trends of Ecological index （EI） and its five sub-index such as biological abundance index， was studied by rank correlation coefficient method. Discussed the main factors affecting the Eco-environmental status of Xiangyang City. The results indicatedthat： （1）The ecological and environmental quality of the study area was closely related to vegetation coverage， construction land expansion and human life. （2） The eco-environment status from 2017 to 2021 in Xiangyang City kept in good level and the EI maintained at around 68. it showed an insignificant upward trend. And the variation trend of EI appeared “U” shape during this five years， reaching a lowest value in 2019.

Key words Ecological environment; ArcGIS; Evaluation analysis; Rank correlation coefficient; Xiangyang City