生态地质环境变化趋势分析
以充分反映不同区域地质环境因素形成的第四系、地貌单元为基础，按照区域生态地质环境因素发生学原理，以潜在性为目标，采用地质条件同源性的分析原则，预测潜在或可能发生区 ( 表 2. 4. 5) 。
表 2. 4. 5 生态地质环境发展趋势划分方案
俄国率先提出“生态环境地质”概念，研究岩石圈-生物体（吴传壁 等，2003）；黄润秋提出地质环境与生态环境构成一个相对完整的系统，即“生态地质系统”，这个系统相对“人”这个主体而言，构成“生态地质环境”；卢耀如等（2003）认为以人类为主体的生存空间的环境属地质生态环境，包括岩石圈，水与大气圈及生物圈。几种定义均突出人对岩石圈的重要影响；陈梦熊（1999）基于环境地质学与地质环境系统概念，将地质环境、自然环境以及社会经济三个系统之间作用关系及机制视作统一的动力系统，系统以人类所处的地质环境为核心，研究人类系统与自然生态环境和社会生态环境间关系，概称为生态地质环境系统，该种定义较为全面。李树文等以环境承载力研究为基础，探讨了生态地质环境承载力的概念、内涵等，将生态地质环境承载力的内涵概括为在一定时期和一定区域范围内，以及一定的环境目标下，在维持生态结构、地质环境系统不发生质的改变，生态地质环境系统功能朝着有利于人类社会经济活动方向发展的条件下，区域生态地质环境系统所能承受人类活动和外部力量影响与改变的最大潜能，黄润秋（2001）认为地质环境与生态环境构成一个相对完整的系统即生态地质系统，这个系统相对“人”这个主体而言，构成“生态地质环境”；对于生态地质环境的研究逐渐升温，典型研究有：蒋惠忠等（2002）对吉林四平的环境现状综合评价，应用 ISODATA模糊聚类分析法对生态地质环境质量实现分区；张殿发等（2002）研究吉林西部土地盐碱化，指出气候、地形、地质、水文和水文地质及人类活动对生态地质环境具有显著影响；许向宁等（2003）以安宁河为例，研究生态地质环境与流域发展关系，制定保护区划；尹喜霖等（2004）研究岩相古地理、植物与气候变迁、人类活动影响分析了三江平原第四纪以来生态地质环境形成与演化，对发展趋势进行分析，认为人类活动对生态地质环境系统变迁具有重要作用；王勇等（2004）研究三江平原生态地质环境，评价指标主要为植被、地貌、土壤、第四系松散堆积物、岩石、地下水；王家文等（2009）提出了生态地质环境共轭管理方式。
(一)生态地质环境分布格局及其数量变化
综合评价结果表明(图2.3.11)，整体上松辽平原生态地质环境在空间分布上具有东部好于西部、北部好于南部的客观规律，东北方向高平原及低山丘陵地区是区内生态地质环境最优良区域，而松辽分水岭及西辽河流域是区内生态地质环境最差的地区。具体来说，质量优良Ⅰ区分布在东部丘陵中低山地区，年降水量在600mm左右(图2.3.12)，干燥度介于1～1.5之间(图2.3.13)，气候类型主要为温带湿润、半湿润气候，其中南部包含有部分暖温带地区，北部包含有部分寒温带地区。质量优良Ⅰ区是松辽平原工作区内森林分布的主要地区，植被生态类型从南到北发育有阔叶林、温带针阔叶林、寒温带明亮针叶林。
松辽平原生态地质环境质量优良Ⅱ区分布于大兴安岭山前地带和松嫩平原东部高平原上，第四纪发生冰积作用和冲湖积作用。质量较好Ⅰ区位于第二松花江、东辽河和下辽河流域地区，第四系堆积物主要为冲湖积和冲洪积。质量优良Ⅱ区和质量较好Ⅰ区年降水量介于400～500mm之间，干燥度介于1.5～2之间，属于温带半湿润气候，水热配置良好，土壤肥力较高，是松辽平原最主要的农业生产区，其中优良Ⅱ区是我国最主要的黑土分布区。在我国，400mm等雨量线和干燥度2.0等值线是重要的自然地理区域分异指标。农业上是区分农业和牧业交错带的分界线，林业上是乔木林的基本水分界线，水系上是内陆水系和外流水系的分界线，同时该地区也是气候变化的异常敏感地带。同时质量优良Ⅱ区和质量较好Ⅰ区也是松辽平原人口和经济发展的集中地区(图2.3.14)，意味着人类活动的对于上述两区生态环境质量的影响将会十分显著。
图2.3.12 松辽平原年降水量(mm)等值线分布图
图2.3.13 松辽平原年干燥度等值线分布图
质量较好Ⅱ区在地貌上位于松嫩高平原向盆地的过渡第平原地区，第四系堆积物以湖沼堆积为主，区内盐碱地和湿地发育，属于半干旱气候类型。本区大部分地区年降水量小于400mm，是气候变化的敏感地区。
质差Ⅰ区位于松辽平原西部低山丘陵地区，质差Ⅱ区包括西辽河流域和松辽分水岭，第四系堆积物成因主要为风积。质差Ⅰ区和质差Ⅱ区年降水量小于400mm，干燥度大于2.5，属于温带半干旱、干旱气候，近30年来本区气温增加明显，荒漠化呈现扩张趋势，本区也是松辽平原人口和经济发展较为落后的地区。
松辽平原生态地质环境质量优越地区位于平原东部。相比平原西部而言，东部具有更好的水热气候条件，地表和地下水资源赋存条件良好，地势平坦，是松辽平原工农业发展的集中地区。在全球气候变化的背景下，松辽平原西部生态地质环境质量较差地区面临更为严重的自然胁迫，沙漠化的快速扩张就是对全球气候变化的具体响应，自然因素成为影响分区环境变化的主要驱动力。松辽平原东部地区同样面临气温增加的影响，但由于人类活动对于环境的改造作用同样十分明显，引起东部地区生态地质环境发生变化的驱动因素包括自然因素和人为因素。
松辽平原1970年代和21世纪初6类生态地质环境分布面积和比例如表2.3.4和图2.3.15。由表2.3.4可知，松辽平原生态地质环境整体较为优越，具体表现为优良区面积>较好区面积>质差区面积，质量优良和较好的地区总面积占松辽平原全域面积的比例，1970年代约为72.66%，21世纪初为70.43%，减少了2%左右。近30年来松辽平原生态地质环境总体趋向于变差。
图2.3.14 松辽平原2003年人口和GDP分布图
表2.3.4 松辽平原6类生态地质环境面积及其比例
图2.3.15 松辽平原1970年代和21世纪初6种生态地质环境面积比例
如图2.3.16所示，在6个二级类别中，优良Ⅱ区、较好Ⅰ区、质差Ⅱ区分布面积最大。近30年来，优良Ⅱ区、较好Ⅰ区、较好Ⅱ区和质差Ⅱ区分布面积变化最为显著。
近30年来松辽平原生态地质环境类别之间的相互转化能够更好地揭示环境变化的细节。松辽平原生态地质环境类别转移矩阵如表2.3.5所示。表中第一行的具体类别指的是1970年代松辽平原生态地质环境类别，第一列的具体类别指的是21世纪初松辽平原生态地质环境类别。表中第二列、第三列即表明1970年代优良Ⅰ类到21世纪初时转变为其他类别(包括自身)的数量和比例关系。如1970年代优良Ⅰ类到21世纪初转化为优良Ⅱ类的面积为1452km2(表中第三行第二列数据)，占1970年代优良Ⅰ类总面积的2.15%(表中第三行第三列数据)。
表2.3.5 1970年代和21世纪初松辽平原生态地质环境类别转移矩阵
注:比例的单位为%，其余为km2。
与表2.3.4和图2.3.15类似，表2.3.5同样能够揭示出优良Ⅱ区、较好Ⅰ区、较好Ⅱ区和质差Ⅱ区是近30年来松辽平原生态地质环境变化最为明显的地区。但不同的是，如果以前后两期各生态地质环境类别自身保持不变的比例来看，表2.3.5表明，近30年来松辽平原生态地质环境较好Ⅱ区是变化最为频繁和明显的地区，其自身保持不变的比率只有59.28%，其次是优良Ⅱ区，自身保持不变的比例为79.12%，然后是较好Ⅰ区和质差Ⅱ区。优良Ⅰ区和质差Ⅰ区基本保持稳定，上述两类地区是松辽平原域内海拔较高的中低山丘陵地区，变化频繁和明显的地区主要分布在松辽平原域内的高平原和低平原上。
从转移方向来看，1970年代优良Ⅰ区向21世纪初的优良Ⅱ区和较好Ⅰ区转移，优良Ⅱ区主要转移方向为较好Ⅰ区;1970年代较好Ⅰ区主要转化为21世纪初的较好Ⅱ区，而同期较好Ⅱ区转化为21世纪初的质差Ⅱ区比例最大，其次转化为较好Ⅰ区的数量也较多，这是表2.3.4中较好Ⅰ区近30年来分布面积有较大增加的主要原因;1970年代质差Ⅰ区有3.39%转化为21世纪初的质差Ⅱ区，而1970年代质差Ⅱ区主要转化为21世纪初的质差Ⅰ区和较好Ⅱ区。
纵观近30年来松辽平原各生态地质环境类别之间的相互转化，一个基本趋势是由1970年代的较好的生态地质环境类别向21世纪初较差的生态地质环境类别发生转移。这一趋势清楚地表明，近30年来松辽平原生态地质环境存在整体趋向于变差的事实。
(二)生态地质环境变化的热点地区分析
如图2.3.11，将松辽平原1970年代和21世纪初的生态地质环境类别进行空间叠置分析，按照生态地质环境等级序列将发生变化的图斑属性分为改善、变差和未变三类。近30年来松辽平原生态地质环境变化空间分布如图2.3.16所示，未变地区不做表示。松辽平原生态地质环境变化面积统计见表2.3.6。
表2.3.6 松辽平原生态地质环境变化面积统计(104km2)
近30年来松辽平原生态地质环境变差区面积占松辽平原总面积比例为10%，改善区面积比例为6.7%，变差区面积远大于改善区面积。
图2.3.16表明，近30年来松辽平原生态地质环境变化在空间分布上存在一个变差区带和三个相对改善地区。
改善1区位于嫩江流域地区，局部改善地区和变差地区往往相间排列，在空间分布上较为分散，景观呈现破碎化趋势。本区生态地质环境改善面积约为0.9×104km2，占全区改善总面积比例约为32%。生态地质环境发生变化的主要原因是局部地区湿地和荒漠化(盐碱化)的进退，局部湿地增加而荒漠化减少则发生改善，反之亦反，在空间分布上并无明显的规律性。改善2区集中分布于吉林省西部和内蒙古通辽地区，在东西辽河汇合处附近，占全区改善总面积比例约为13%。发生改善的主要原因是由于近30年来该地区荒漠化程度有所减轻，如图2.3.16所示。改善3区主要位于下辽河入海口附近，占全区改善总面积比例约为13%。发生改善的主要原因在于近30年来气温升高导致热量条件更为充分，水热配置更好，促进植被生长和农业产量提高，植被净初级生产力(NPP)有较为明显增加，同时局部地区湿地面积亦有所增加。
图2.3.16 松辽平原1970年代和21世纪初生态地质环境变化空间分布
近30年来松辽平原生态地质环境变化在空间分布上最为明显的特征是在松辽平原中部(45°N南北两侧)存在一条集中分布的环境变差区带(图2.3.16中两条红色虚线划定区域)，第四系成因类型主要为全新世风积。区带内生态地质环境变差区面积约为2.1km2，占松辽平原变差区的面积比例约为51.4%。以125°E为界，可以将该区带分为东西两部分。东部主要位于高平原上，为松花江下游地区，生态地质环境类别为优良Ⅱ类和较好Ⅰ类，变差主要是由优良Ⅱ类转变为较好Ⅰ类引起的;西部主要分布于松辽分水岭和低平原上，跨越长岭隆起南北两侧，生态地质环境类别主要为质差Ⅱ类和较好Ⅱ类，变差主要体现在较好Ⅱ类转变为质差Ⅱ类。
为了更好地分析变差区带驱动因素，统计了变差区带及其东、西两部分近30年来主要生态地质环境因子的数量变化情况，见表2.3.7和表2.3.8。
表2.3.7 21世纪初变差区带主要因子数量变化统计表
表2.3.8 1970年代变差区带主要因子数量变化统计表
从表2.3.7和表2.3.8中可以看出，松辽平原中部生态地质环境变差区带及其内的西部和东部地区在以上7个因子的变化趋势上是一致的，即在干燥度、年均温、荒漠化、人口和GDP等5个因子上都呈现增加的趋势，在年降水和湿地两个因子上表现为减少趋势。不同的是，变差区带东部和西部地区在个别因子上的变化幅度及其所带来的生态环境意义是不同的。
东部和西部地区年均温和年降水变幅大体相同，但是东部地区21世纪初年降水量保持在500mm左右，虽然温度增加明显，但是水热配置仍旧比较理想，干燥度稳定在1.5～1.6之间，仍处在半湿润气候控制的范围内。而西部地区年降水量减少到400mm以下，同时由于绝对温度明显高于东部地区，西部地区干燥度指数已小于2.5以下，表明区内气候由半湿润、半干旱过渡类型气候向半干旱气候发生转变。以上对干燥度、年均温和年降水三个因子的分析表明，中部变差区带内西部地区和东部地区对于全球气候变化的响应不完全一致，前者比后者要明显和敏感得多。
东部地区和西部地区在湿地因子上的变幅大体一致，均表现为比较明显的减少趋势。在荒漠化因子上，西部地区增加的绝对数量比东部要多，然而东部地区荒漠化几乎从无到有，增幅达到500%，处于荒漠化的快速扩张阶段。
东部和西部地区在人口和GDP因子上的变化趋势一致，但相比西部地区，东部地区在基数上和增加的绝对数量上要明显大得多。东部地区人口和经济的快速发展表明人类活动正对区内环境产生越来越大的影响，因此东部地区生态地质环境变差在一定程度上存在人为因素的影响，例如荒漠化的快速扩张以及黑土侵蚀和土壤肥力的下降正是人类生产活动不利影响的直接反映。
总之，对于上述7个因子的分析表明，中部变差区带西部和东部地区存在差异性。西部地区由较好Ⅱ类转变为质差Ⅱ类，东部地区是由优良Ⅱ类转变为较好Ⅰ类，西部地区的变差程度更大。西部地区和东部地区对于全球气候变化等自然驱动因素的响应程度不完全一致，西部更为敏感和明显。在引起西部和东部生态地质环境变差的驱动因素上，西部地区主要是自然因素在起主导作用，东部地区是自然因素和人为因素共同作用的结果。
通过松辽平原生态地质环境质量综合评价，对松辽平原生态地质环境总体现状和几十年来变化趋势，有了较为全面和深入了解和把握。
1)利用人工神经网络和专家综合评判等综合评价方法，得到松辽平原生态地质环境优良、较好和质差三个大的一级类别，在此基础上，用用Ⅰ和Ⅱ区分一级类别下属的二级类别，最终确定6类松辽平原生态地质环境二级类别。
2)综合评价结果表明，松辽平原生态地质环境整体较为优越，质量优良和较好的地区面积之和占松辽平原全域面积的70%以上，同时生态地质环境优良区面积>较好区面积>质差区面积。在空间分布上，松辽平原生态地质环境具有明显的规律性，即东部好于西部、北部好于南部。东北方向高平原及低山丘陵地区是区内生态地质环境最为优良区域，而松辽分水岭及其以南的西辽河流域是区内生态地质环境最差的地区。
3)通过对生态地质环境各类别之间的相互转化分析，近30年来，松辽平原生态地质环境由高质量类别向低质量类别转移的趋势比较明显，说明松辽平原生态地质环境整体上趋向于变差。
4)各类别之间的转移分析还表明生态地质环境较好Ⅱ区、优良Ⅱ区和较好Ⅰ区近30年来变化最为频繁和明显，上述三类地区在地貌上位于从高平原到低平原的过渡地区，位于400mm等水量线东西两侧，同时也处在半湿润气候到半干旱气候的过渡地区，是一个由气候因素和地学因素共同控制的生态地质环境敏感带和脆弱带。
5)松辽平原生态地质环境变化热点地区分析表明松辽平原中部(45°N南北两侧区域)存在一条集中分布的环境变差区带。以125°E为界，其东西两侧生态地质环境变化存在差异性。相比该区带东部而言，区带西部地区的环境质量变差程度更大，对于气候变化的响应更为明显和敏感。区带西部地区环境变化主要是自然因素在起主导作用，东部地区是自然因素和人为因素共同作用的结果。
6)松辽平原生态地质环境空间分布的基本格局是东北方向好、西南方向差，而松辽平原中部环境变差区带的存在表明松辽平原生态地质环境变化在空间分布上正由南部向北部、由西部向东部、由松辽分水岭和西辽河流域向松花江下游地区扩展。同时，松辽平原中部环境变差区带由于松辽分水岭的存在，不仅从根本上决定了松辽平原生态地质环境的基本空间分布格局，同时也使其成为一个由地学因素起主要控制作用的生态地质环境敏感带和脆弱带。
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