脆弱生态区类型划分及其脆弱特征分析_冉圣宏

中国人口·资源与环境　2001年　第11卷　第4期

CHINAPOPULATION,RESOURCESANDENVIRONMENT　Vol.11　No.4　2001

脆弱生态区类型划分及其脆弱特征分析

冉圣宏　金建君　曾思育

1

2

1

1(清华大学环境科学与工程系,北京,100084)

2(华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海,200062)

＊

1992年的数据,从180多个指标中,选用与脆弱生态

摘　要　本文应用聚类分析方法,根据全国各县市耕地面积等26项指标的有关数据,对我国生态区进行了类型划分,还分别以环境资源因子、经济发展水平因子、经济技术替代能力因子、域外支持能力因子以及社会发展水平因子等5类因子为聚类变量,对我国脆弱生态区进行了类型划分,并对脆弱特征进行了分析。

关键词　聚类分析;脆弱生态区;经济发展水平;域外支持因子;社会发展水平

环境评价指标相关的26项指标(总人口、农业人口、乡

村劳力、农林劳力、耕地面积、旱地面积、水浇地面积、累计草场面积、农机动力、排灌机台数、排灌动力、机耕面积、灌溉面积、化肥实量、化肥纯量、农膜用量、农药用量、总收入、农业收入、工业收入、运输收入、人均收入、社会总产值、运输业产值、总播种面积、粮食亩产),对我国生态环境类型进行了初步的类型划分。划分结果显示出聚类分析在脆弱生态环境类型划分中的合理性与科学性,二者的差别很可能是由所选取的聚类变量与脆弱生态环境评价指标不一致引起的,选择的聚类变量不同,划分类型的结果就不同。

首先以环境资源因子为聚类变量,对脆弱生态区的环境资源特征进行分析。并选择耕地面积、人均耕地、有效灌溉面积、旱涝保收面积、旱地、水浇地、累计草场、灌溉面积、总播种面积、粮食亩产等环境资源类聚类变量,将聚类过程中各统计量的变化过程输出(我们仅将聚类数小于7的结果输出,因为聚类数太大,会给后面的分析工作带来困难,且没有多大的实际意义),其中统计量R2、伪F统计量、伪t2统计量的值(见表1)。

表1　以环境资源因子为聚类变量进行聚类时

各统计量的变化情况

类数

R20.4898120.4780650.4660260.3016530.2776920.0708350.000000

伪F33.6038.6546.2630.6741.1416.39.

伪t23.505.894.1866.415.0061.2916.39

聚类分析是按一定要求对事物进行分类的一种数学方法,是数理统计中多元分析的一个分支。聚类分析是将一批样本或变量按照它们在性质上的紧密程度进行分类。其方法一般有两种:一是把每个样本看成是一个点,然后定义点与点之间的距离,根据样本点之间距离的长短来描述它们的紧密程度;另一种方法是直接定义某种相似系数来描述样本之间的紧密程度。

一般来说,凡是具有数值特征的样本或变量都可以采用聚类分析方法进行分类,选择不同的距离或相似系数,就会得到不同的分类结果。

1　我国生态区类型划分依据及其结果

传统的脆弱生态区类型划分以地质、环境因素等为主要依据进行,结果受地理位置、行政区划的影响;采用聚类方法对脆弱生态区进行类型划分,根据不同的聚类变量,可将脆弱生态区划分为不同的类型。由于所选择的聚类变量与脆弱生态区的约束因子直接相关,因此,这种聚类方法便于对聚类结果进行分析。

在进行全国生态区类型划分时,可以以生态环境的评价指标为聚类变量,以县、市为样本单位进行聚类分析。由于数据的限制,本文根据国家统计局、农业部

7654321

由表1可知统计量R2在将脆弱区分为4类时相

收稿日期:2001-02-28

作者简介:冉圣宏,博士,主要从事环境规划管理、脆弱生态系统的演化、环境系统的不确定性分析等方面的研究工作,已发表学术论文10余篇。＊本文由“九五”国家重点科技攻关项目96-920-13-01资助。

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对有一个较大的下降,说明该统计量支持将全部样本分为5类,而伪F统计量和伪t2统计量也都在此时出现一个峰值,说明这两个统计量也都支持将这些样本

分为5类。因此,根据环境资源约束因子进行聚类,将我国脆弱生态区分为5类是比较合适的。分类结果(见图1,表2),并对划分结果进行生态脆弱性分析。

表2　以环境资源因子为聚类变量,采用聚类分析法得到的聚类结果

类别

所包含的县市

河北:张北、康保、沽源、尚义、丰宁、围场

内蒙古:翁牛特旗、敖汉旗、科左后旗、库伦旗、奈曼旗、太仆寺旗、　　　　丰镇、武川、和林格尔、兴河、凉城、察右前旗

第一类(共43个县广西:武鸣

贵州:遵义、毕节市、大方、黔西、织金陕西:榆林市、神木、横山、靖边、定边

甘肃:永登、榆中、靖远、会宁、玉门市、张掖市、古浪、定西宁夏:盐池、同心、固原、海原新疆:西吉、库车

内蒙古:赤峰郊区、通辽市、科左中旗甘肃:武威市新疆:莎车河北:万全、隆化

山西:左云、右玉、河曲、保德、偏关

内蒙古:喀拉沁旗、多伦、集宁市、清水河、东胜市、伊金霍洛旗广西:上思、凭祥市、上林、隆安、马山、扶绥、崇左、大新、天等、　　　宁明、龙州、三江、融水、忻城、百色市、田阳、田东、平果、　　　德保、靖西、那坡、凌云、乐业、田林、河池市、罗城、环江、　　　南丹、天峨、凤山、东兰、巴马、都安、大化、

贵州:贵阳市、遵义市、桐梓、绥阳、正安、道真、务川、湄潭、余庆、　　　仁怀、习水、石阡、思南、印江、德江、沿河、兴仁、普安、　　　晴隆、贞丰、望谟、册亨、金沙、纳臃、赫章、安顺市、清镇市、

第三类

　　　开阳、息烽、修文、平坝、普定、关岭、镇宁、紫云、凯里市、　　　从江、雷山、麻江、丹寨、都匀市、荔波、贵定、福泉、瓮安、　　　独山、平塘、罗甸、长顺、龙里、惠水、三都陕西:志丹、吴旗、府谷、米脂、佳县

甘肃:兰州市区、皋兰、金川市区、永昌、白银市区、景泰、酒泉市、　　　敦煌市、金塔、阿克塞、安西、肃南、民乐、临泽、高台、山丹、　　　民勤、天祝

新疆:库尔勒市、轮台、尉犁、若羌、且末、阿克苏市、沙雅、新和、　　　阿瓦提、柯坪、喀什市、疏附、疏勒、英吉沙、泽普、叶城、　　　麦盖提、岳普湖、伽师、巴楚、塔什库尔干、和田市、和田、　　　墨玉、皮山、洛浦、策勒、于田、民丰

第四类

内蒙古:准格尔旗、鄂托克前旗、乌审旗

人为活动造成上游截流量过大,导致下游水资源短缺,天然植被衰退,荒漠化严重人均耕地较丰富(4.59亩/人),

第五类(1个县)

甘肃:环县

但人为活动的干扰,使草场退化、土地沙化、生物多样性降低。

(共161个县　　　黄平、施秉、三穗、镇远、锦屏、剑河、台江、黎平、榕江、

森林的过度砍伐使得其保水能力下降,地表冲刷较重,主要的人为扰动作用为农业开发活动。耕地面积的匮乏(人均耕地面积只有1.59亩/人,是5种类型的脆弱生态区中人均耕地面积最小的)是该类型生态区的主要脆弱特征。降雨量少,旱化过程明显,土壤调节水分能力低,群落结构简单,生产波动性大,人均耕地面积为2.53亩/人。人类活动频繁,过牧、过樵及基础设施的建设,造成山地水源涵养林面积减小,水土流失严重。生态系统多为退化的灌丛草地,人均耕地面积为3.83亩/人。

生态脆弱性分析

第二类(共5个县)

(共5个县)甘肃:肃北、华池

冉圣宏等:脆弱生态区类型划分及其脆弱特征分析

2.1以经济发展水平因子为聚类变量(见图2)从图2可以看出,以经济发展水平因子(有效灌溉面积、旱涝保收面积、农机动力、排灌动力、机耕面积、化肥实量、化肥纯量、农膜用量、农药用量、每人平均、

粮食亩产)为聚类变量,则河北隆化、内蒙古翁牛特旗等43个县被划分为第一类脆弱生态区,该类型区的人均收入为544元/人,粮食亩产为216公斤/亩,均属较低水平,因此经济发展水平因子有可能成为该脆弱生态区的约束因子;贵阳市郊单独划分为第二类,其人均收入为834元/人,粮食亩产为241公斤/亩,经济发展水平相对较高;内蒙古赤峰郊区等14个县市为第三类脆弱生态区,该类型区的人均收入为782元/人,粮食亩产为402公斤/亩,经济发展水平相对较高;河北张北、康保等150个县市为第四类脆弱生态区,该类型区

图1　以环境资源因子为聚类变量聚类结果示意图

从图1,表2可以看出,以环境资源因子为聚类变量,利用聚类分析法所划分的类型也具有明显的地域分异性,如内蒙古东部的脆弱生态区大多属于第一类地区;而内蒙古西部、新疆大部、云贵中部则归为第三类脆弱区;但所划分出的不同类型脆弱区与其所处的地理位置也并不完全一致,如我国西南部的遵义、毕

节、大方、黔西等就被划为以内蒙古、河北等华北地区县市为主的第一类地区(这类地区主要由北方的农牧交错带组成),说明这些地区与北方的一些地区在环境资源方面具有共同的脆弱性特征。这再一次证明自然因素对生态区的脆弱性具有决定性的影响,人为活动也可以影响生态环境的脆弱性。

进一步,还可根据聚类结果对脆弱生态区的环境资源指标进行定量分析。如计算相同类型脆弱生态区各聚类指标的平均值,计算结果表明,以上5种类型脆弱生态区的人均耕地面积、有效灌溉面积等指标的平均值就有明显的差别,根据这种差别可对不同脆弱生态区的主要脆弱特征及其主要脆弱驱动因子进行分析,并以此采取相应的对策与措施。本文对此未做深入的探讨。

的人均收入为486元/人,粮食亩产为197公斤/亩,其人均收入和粮食亩产均处于较低水平,经济发展水平因子是该脆弱生态区的约束因子;内蒙古凉城单独属于第五类脆弱生态区,其人均收入为657元/人,粮食亩产为137公斤/亩,经济发展水平中等。

2.2以经济技术替代能力因子为聚类变量(见图3

)

图2　以经济发展水平因子为聚类变量聚类结果示意图

2　以其它因子为聚类变量进行类型划

　分以及脆弱特征分析

除环境资源因子外,影响生态区特征及其动态变化的因素还包括生态区的经济发展水平、经济技术替代能力、与其它生态区之间的联系、域外支持能力以及社会发展水平(如人口素质等)。以这些因子为聚类变量,也可得到不同类型的划分结果。

从图3可以看出,若以经济技术替代能力因子(农

业收入与总收入之比、工业收入与总收入之比、乡企人数与总人口之比、种植业产值与农业产值之比、商饮业产值与社会总产值之比、经济作物面积与总播种面积之比)作为聚类变量,则河北张北、康保等135个县市被划为第一类脆弱生态区,该类型区农业收入占总收入比重及种植业收入占农业收入比重分别为0.351和0.51,区域经济发展对农业及种植业的依赖性较小,因此其经济技术替代能力较强;贵州的修文和甘肃的古

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支持能力很弱,是该生态区的主要脆弱特征之一;贵州贵阳市与遵义属于第三类脆弱生态区,其人均运输收入为65.69元,域外支持能力较强;第四类脆弱生态区包括河北的康保、沽源等113个县市,该类型区的人均运输收入为48.33元,域外支持能力中等,一般不会成为区域经济发展的限制因子。

2.4以社会发展水平因子为聚类变量(见图5

)

图3　以经济技术可替代能力因子为聚类变量

聚类结果示意图

浪则属于第二类脆弱生态区,其农业收入占总收入的比重及种植业收入占农业收入的比重分别为0.41和

0.65,区域经济发展对农业及种植业的依赖性中等,因此其经济技术替代能力也为中等;第三类脆弱生态区包括河北沽源和内蒙古的翁牛特旗、敖汉旗等79个县市。

2.3以域外支持能力因子为聚类变量(见图4

)

图5　以社会发展水平因子为聚类变量聚类结果示意图

从图5可以看出,若以社会发展水平因子(乡村劳

力/总人口、农业人口/总人口、农林人口/总人口等)为聚类变量,则第一类脆弱生态区包括河北围场、山西左云等70个县市,该类型区的乡村劳力占总人口的比重及农业人口占总人口的比重分别为0.296和0.831,说明社会发展水平较低;第二类脆弱生态区包括河北的张北、康保等129个县市,该类型区的乡村劳力占总人口的比重及农业人口占总人口的比重分别为0.464和0.920,说明社会发展水平低,有可能会成为生态区的主要脆弱因子;第三类脆弱生态区包括内蒙古的集宁市、甘肃的兰州市区以及新疆的喀什市等3个县市,该类型区的乡村劳力占总人口的比重及农业人口占总人口的比重分别为0.053和0.139,说明社会发展水平较高;内蒙古的赤峰郊区等11个县市属于第四类脆弱生态区,该类型区乡村劳力占总人口的比重及农业人口占总人口的比重分别为0.188和0.468,说明社会发展水平相对较高。

图4　以域外支持能力因子为聚类变量聚类结果示意图

从图4可以看出,若以域外支持能力因子(总人口、运输收入、运输业总产值等)为聚类变量,则赤峰郊区、广西武鸣等13个县市被划为第一类脆弱生态区,该类型区的人均运输收入为40.6元,域外支持能力较弱;河北张北、隆化等86个县市为第二类脆弱生态区,该类型脆弱生态区的人均运输收入为35.25元,域外

3　结果分析

本文采用聚类方法对我国脆弱生态区进行了类型划分,由于数据所限,研究工作是在前人对我国脆弱生态区所确定的区域范围的基础上进行的。与传统的类

冉圣宏等:脆弱生态区类型划分及其脆弱特征分析

型划分方法相比,聚类方法主要有以下优点:

3.1所得到的结果比较客观

在对脆弱生态区进行类型划分的过程中,从确定最佳的类型数,到得到最后的类型划分结果,都是以聚类变量的实际数据为依据,因而得到的结果比较客观。

3.2容易对得到的聚类结果进行分析

由于得到的结果是对各个样本(脆弱生态区单元)之间距离远近的一种刻画,同一类型脆弱生态区具有相似的特征(所选择的聚类变量具有相似的性质),不同类型脆弱生态区的差别也体现在这些聚类变量的性质上,因此,可根据聚类的结果直接对脆弱生态区所选择的聚类变量所具有的性质进行分析。

3.3可选择不同的聚类变量进行分析

选择不同的聚类变量,会得到不同的类型划分结果,因此,要对脆弱生态区某一方面的性质(如环境资源因子的脆弱性)进行研究,只需以表征这一方面性质的变量(环境资源因子)为聚类变量进行聚类分析,然后根据聚类结果进行归纳总结即可。

3.4容易找出生态区的主要脆弱特征

对不同类型脆弱生态区有关聚类指标的平均值进行计算,很容易得到各不同类型脆弱生态区的主要差别,进而得到某类脆弱生态区的主要脆弱特征。

(编辑:于　杰)　　

参　考　文　献

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DIVISIONOFVULNERABLEECOLOGYREGIONTYPE

ANDANALYSISOFITSCHARACTERISTICS

RanShenghong1　JinJianjun2　ZengSiyu1

1

(DepartmentofEnvironmentScienceandEnvironmentEngineeringofTsinghuaUniversity,Beijing,100084)2(StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai,200062)

Abstract　Accordingtotheinvolveddataof26index,suchasthecountycultivatedlandarea,thispaperusedclusteranalysismethodtodividethetypesofvulnerableecologyregioninChina.Inthelastpartofthispaper,thevulnerableecologyregiontypesweredividedaccordingtoenvironmentandresourcesfactor,economicdevel-opmentfactor,thesubstitutabilityofeconomyandtechnology,out-areasupportcapabilityandsocialdevelopmentlevels.Onthebasisofthis,thecharacteristicsofdifferenttypesofvulnerableecologyregionwereanalyzed.KeyWords　clusteranalysis;vulnerableecologyregion;economicdevelopmentlevels;out-areasupportfactors;socialdevelopmentlevels

英克尔斯的现代化指标

　　(1)人均国民生产总值3000美元以上。

(2)农业产值占国民生产总值比例低于12%～15%。(3)服务业产值占国民生产总值的比例在45%以上。(4)非农业劳动力占总劳动力的比重在70%以上。(5)识字人口的比例在80%以上。

(6)大学入学率在10%～15%以上。(7)每名医生服务人数在1000人以下。(8)平均寿命在70岁以上。

(9)城市人口占总人口的比例在50%以上。(10)人口自然增长率在1%以下。

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