3S技术在干旱区生态经济可持续发展研究中的创新与应用
关键词：生态经济 土地利用/覆盖变化 可持续发展 耦合 哈密地区
一、前言
1．本研究的现实背景
经济发展与生态环境的保护是一对既相矛盾又有着极强相互联系的事物[1]，特别是在目前大力发展经济、但又未把环境成本纳入经济核算体系的情况下，这一问题尤为突出。由于干旱区环境本身对于人类活动的承受能力有许多先天不足，加之生态系统本身存在着发育上的不同阶段，环境与生态功能的反馈又存在着量变到质变的累积效应，这就更要求我们必须树立可持续发展的观念。2007年10月，十七大报告提出“生态文明”的理念，批判反思了人与自然关系中生态破坏、环境污染的代价，强调要建立人与自然的和谐相处关系。
2．本研究的技术路线
本研究围绕卫片解译和生态经济评价指标体系两个关键环节，揉合了自然科学和社会科学相关知识，探索了社会科学与自然科学和谐发展的依存关系（见图1）。本研究具体的研究技术路线是：首先，使用图像处理软件对影像校正、镶嵌、判读，对经过处理的影像进行矢量化、数据集成，形成3期遥感影像矢量化数据；然后，对3期数据执行面积统计、空间叠加分析、存储与输出等操作，形成1975年、2000年和2005年土地利用/覆盖图和1975--2005年土地利用变化转移矩阵。最后，从经济、资源、生态环境、社会四方面综合研究和评价哈密地区生态经济发展情况，并因地制宜地提出协调哈密地区景观格局变化与生态经济发展的建议，以最终达到社会经济与生态环境协调发展，人与自然和谐共处的目的。
二、遥感影像的处理和特征分析
1．遥感影像的预处理
遥感图像预处理主要内容有：大气辐射校正、几何校正、图像的组合处理、图像镶嵌、图像增强处理和直方图均衡化处理等。遥感图像处理使用ERDAS 9.1遥感图像处理系统，该软件是由美国ERDAS公司开发的专业遥感图像处理地理信息系统软件，它以模块化的方式提供给用户，用于图像处理、几何制图、GIS、雷达数据分析，功能模块丰富。
2．遥感影像分类和判读
为了获取准确廿也利用/覆盖分类数据，本研究采用非监督分类方法进行了MSS、TM及中巴地球资源卫星（CBERS一1）假彩色影像的解译标志并制定了较为实用的矢量数字化方法，主要以2002年国土资源部颁布的《土地分类系统》为依据，并根据哈密地区地面特征、现有资料及遥感图像的可分辨率，把土地利用/覆盖类型划分为6类。各地类的解译标志见表1。
在GIS软件ARCGIS 8.3支持下，按照ERDAS 9.1矢量化时规定的分类编码，并结合土地利用现状图、地形图等成果图件，对1975年Landsat 1 MSS影像、2000年TM影像、CBERS一1影像数据进行人工目视判读解译，并进行数字化，经过多次检查，得出哈密地区3期土地利用/覆盖分类分布数字化图形。
三、哈密地区土地利用/覆盖变化分析
1．景观格局变化分析
为了把景观的异质特征和空间特征与时间过程联 系起来，进而了解景观内在的差异性和规律性，本文用ARCGIS的Gridpoly将解译好的3期土地利用/覆盖图转换成1公里xl公里栅格大小的grid格式，导入景观分析软件fragstats3.3计算景观指数，结果见表2。
30年间，景观整体和6类景观类型的景观多样性、均匀度均呈逐渐下降的趋势；景观分离度均呈逐渐上升的趋势；整体景观和各类型景观的破碎度先降后升；整体景观的破碎度不断下降，各类型景观的破碎度变化不一致，其中，农田景观、居民点及工矿用地景观先降后升，草地景观和水域景观先升后降，林地景观、裸地及其他土地景观一直下降。
2．土地利用/覆盖变化演变机理分析
为了掌握好时间跨度，本文只研究1975--2005年30年间的土地利用转移矩阵。本研究利用ARCGIS软件ARCTOOLBOX组件中Union命令1975年和2005年两期图形数据及属性数据库叠加相加运算，得到两期土地利用/覆盖图，同时将数据库叠加，将叠加后的数据库导出，删去无用信息，在Excel中利用数据透视表，得到1975--2005年间哈密地区及两县一市土地利用变化转移矩阵表。哈密地区各土地类型之间的相互转化情况见表3。
6种地类之间的相互转化关系及转化量的大小，可用图2来直观表示。其中，草地与裸地及其他土地之间、裸地及其他土地与林地之间、草地与林地之问有很大的转化量流人和流出；而居民点及毛矿用地和水域两种地类与其他类型地类之间转化量很小。这是因为裸地及其他土地、草地和林地的面积基数大，加上干旱环境的影响，转化量自然就较多。但是，若是以单一土地利用年均变化率来衡量，结果恰恰相反：居民点及工矿用地、农田和水域的土地利用动态变化率很大，分别为8.641％、3.283％和-0.766%；而草地、林地和裸地及其他土地分别只有-0.0712％、0.315％和0.125%；土地利用年均变化率最大的居民点及工矿用地，是裸地及其他土地的69.3倍。
四、哈密地区生态经济可持续发展能力评价
1．评价指标体系的建立
生态经济，是指在一定区域内，以经济发展和生态环境建设为内容，遵循经济规律和生态学原理，将经济发展、资源利用、生态建设有机地结合在一起，从而实现经济和生态的“双赢”[2]。本研究按照层次分析法的思路，选择了经济、资源、生态环境和社会共4项一级指标、44项二级指标，建立了本文评价系统的层次分析模型框架（见表4）。
2．计算结果分析
利用SPSS 11 .0统计分析软件，对原始数据进行无量纲化处理，得到相应的标准化数据。为了消除负值，将坐标平移2，即X‘=X+2，再根据熵值法计算权重。由于本文研究数据的时间序列较少，只有3年，运用熵值法计算权重后，为了确保权重的科学性，又邀请了5位相关领域的专家进行了权重的咨询修正，结合专家咨询结果，最终对各指标的权重进行确定，经济、资源、生态环境与社会对生态经济可持续发展能力的权重分别为0.28、0.24、0.26和0.22，以及44项二级指标的权重。将上述数据代人综合评价模型，得到1975年、2000年和2005年哈密地区及其下辖3个县市的生态经济可持续发展能力评价分值（见表5至表8）。
1975年，生济可持续发展综合能力最高的是伊吾县（1.87)，最低的是巴里坤县（1.78);2000年，最高的是巴里坤县（2.00)，最低的是伊吾县（l.72);2005年，最高的是伊吾县（2.40)，哈密市和巴里坤县均为2.22。从时间序列来看，1975--2005年哈密市和巴里坤县的综合能力均不断增强，30年里哈密市增加了0.38，巴里坤县增加了0.43；而伊吾县是先降后升，由1975年的1.87下降为2000年的1.72，而后又上升为2005年的2.40,30年里上升了0.53，增量居3县市之首。受伊吾县的影响，哈密地区的生态经济可持续发展综合能力呈先微弱下降、后较大幅度上升的趋势，30年里上升了0.35。
五、哈密地区生态经济系统耦合度分析
1．评价方法
本文借助一般系统论的系统演化思想，建立系统问祸合关系评价模型[3]。生态环境与社会经济系统的祸合度可以表示为：
式中，C为藕合度；k为调节系数，一般2≤k≤5,本研究中k值取2。
耦合度虽然反映出r资源与生态环境系统和社会经济系统发展的同步性，但尚未表征出其总体的发展水平，故在C值的基础上加入表征总体发展水平的成分，即藕合发展度（D):
把相关数据代入上述耦合发展度（D）计算公式，得到3个市县生态环境与社会经济的耦合发展度（表9）。
2．结果分析
从表9的发展态势来看，虽然哈密地区3县市的生态经济系统藕合发展度发展不平衡，但总体来说是不断上升的，前景比较乐观。
1975-2000年，除了伊吾县的生态环境和社会经济耦合发展度减少了0.031外，哈密地区、哈密市和巴里坤县均是增加的，分别增力11 0.038、0.068和0.099。哈密地区生态经济系统除了社会子系统可持续发展能力上升了11.77％外，其他三方面的系统均下降，尤其是生态环境子系统下降较多，为4.73%，因此其生态经济可持续发展综合能力稍降了0.03％。这反映了在社会发展良好的同时，资源、生态环境和经济没有能同步发展。2000--2005年5年I句，哈密地I尺和3县市的藕合发展度均稳步上升，尤其是伊吾县后来居上。其中，伊吾县增加了0.220，哈密地区、哈密市和巴里坤县分别增加了0.106、0.100和0.070。2000--2005年哈密地区生态经济系统4个子系统可持续发展能力均上升，其中，经济子系统、社会子系统和资源子系统增幅显著，分别增长了.51％、21.69％和12.51%；生态环境子系统可持续发展能力上升了4.70％。最终，哈密地区生态经济可持续发展综合能力L升了1 8.61%，生态环境和社会经济耦发展度增加了0.106，生态经济系统趋向优化和良性耦发展。
3．哈密地区生态经济系统良性耦发展趋势的原因分析
生态经济系统的开放性使得自然环境和人类活动之间的作用表现为相应的“产品”，即会造成生态经济系统的变化和祸合度的涨落，并影响生态经济可持续发展能力和生态经济发展水平。根据哈密地区的客观自然条件、土地利用/变化的规律、生态经济可持续发展能力状况，以及生态经济系统耦合度演变，地区生态经济系统呈良性耦合气候、经济、政策．社会管理、水资源管理和生态保护6方面原因：①气候，更利于植被生长；②经济，可持续发展能力更强；③政策，更具科学性和可行性；④社会管理，更和谐；⑤水资源管理，更与时俱进；⑥生态保护，支撑体系更完善。
六、结论
1．哈密地区LUCC与生态经济进一步协调发展的建议
在自然条件恶劣、生态环境脆弱、经济基础薄弱的哈密地区，如何遵循自然规律和经济规律促进社会经济与生态环境和谐发展，如何处理好长远与当前、全局与局部的关系，如何促进生态效益、经济效益与社会效益的统一、协调、持续发展，就成为哈密地区能否可持续发展、能否真正建成“环境友好--能源节能--快速高效”的生态经济系统的重大课题。必须重点做好以下五作：①开展景观生态规划，构建“小面积搞生产，大面积搞生态”的景观格局[4]；②水资源配置服务于国民经济发展的同时，保证生态用水；③构建荒漠化地区可持续发展的生态经济系统；④走生态节水路线，大胆发展绿色产业；⑤创新水资源供需体系；⑥加强自然资源开发的生态环境保护。
2．本研究的特色与创新
与国际上的研究相比，我国的生态经济学研究明显滞后，暂时未涉足于较高层次问题的研究，尤其是在理论与概念的创新、研究领域的拓展、研究方法和决策影响的评价等为一面差距明显。
本研究以3S技术、LUCC理论、景观生态学、生态经济学、循环经济学、要素票赋理论、可持续发展理论等理论和方法为根基，选取土地利用/覆盖变化与社会、经济、环境互动机理研究的藕合关系角度，通过截面数据和时间序列数据研究，以3S技术为支撑，同时辅以文字资料和社会经济统计资料，获取哈密地区不同时期土地利用/覆盖本底数据和动态变化数据；进而利用这些数据研究区域土地利用/覆盖变化的时空动态变化模式、区域土地利用/覆盖变化的演变机理、生态经济可持续发展能力评价、土地利用/覆盖变化对生态经济系统藕合的影响和因素分析，最后提出哈密地区土地利用/覆盖变化与生态经济进一步协调发展的建议。因此，本研究在国内具有一定前沿性和先进性，表现如下。
(1)本研究既研究了自然科学领域的35技术应用、土地利用/覆盖变化的机理及对景观格局的影响，又研究了社会科学领域的生态经济可持续发展能力、生态经济系统耦合度、生态经济建设的对策；并以通过3S技术提取的评价因子为纽带，研究土地利用/覆盖变化对生态经济的影响和作用机制。因此，本研究是自然科学和社会科学的交叉和综合，开拓了人与自然关系研究的新领域。
(2)本研究以哈密地区这一典型干旱区为研究对象，综合3S技术、LUCC理论、景观生态学、生态经济学、循环经济学、要素票赋理论、可持续发展理论等理论和方法，尤其是运用Erdas、Arcgis、Fragstats等地理信息系统软件提取区域生态环境、资源数据，透彻分析了人类活动对生态经济系统的干扰、生态环境子系统与社会经济子系统的关系，探讨了生态经济系统良性耦合发展的原因，并有的放矢地提出优化生态经济系统的建议，创新了生态经济的研究方法。
(3)通过构建指标体系和运用评价模型，分析评价了生态经济系统的经济、资源、生态环境和社会4个子系统的可持续发展能力，以及生态环境系统与社会经济系统的的耦合度，总结出哈密地区生态经济系统耦合规律，对在西部大开发形势下构建干旱区生态经济系统良睦耦合发展、处理生态环境保护与社会经济发展的关系、促进区域经济可持续发展，具有重要参考意义。
参考文献
[1]方创琳.中国西部生态经济走廊.北京：商务印书馆，2004.23--31
[2]Barrett,5 Economics Growth and Environment Preservation,Journal of Environmental Economics and Management,(1992),23:289一300
[3]李松织金县生态经济系统耦合途径研究[硕士学位论文]贵阳：贵州师范大学，2006.35--40
[4]史培军，江源，王静爱等．土地利用/覆盖变化研究与生态安全响应机制．北京：科学出版社，2004,5--10
文章录入：ahaoxie 责任编辑：ahaoxie
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