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资源安全、环境安全问题是当前国际关注和学术研究的热点之一。我国西南喀斯特地区是地球上最脆弱的生态系统区之一,人口与资源、环境的矛盾尤其突出。开展喀斯特山区资源环境安全的研究,有助于科学地认识喀斯特山区资源环境的脆弱性本质和安全机制,为该区域资源环境安全决策和可持续利用提供科学依据,推进“十五”期间国家提出的“加快推进黔桂滇岩溶(喀斯特)石漠化的综合整治”战略的实施。
本研究评述了安全科学的基本理论和研究方法,以安全科学基本理论和人地关系基本理论为指导,深入实地考察了桂西北喀斯特山区的自然资源环境状况,并采集观测数据、大量相关图像信息,剖析了桂西北喀斯特山区资源环境的脆弱性机制,分析了研究区资源环境本底、资源稀缺性、资源环境承载力、石漠化等特征,及其对资源环境安全影响,对资源环境安全进行定量评价,提出安全调控与管理策略。
本研究主要工作和结论如下:
①剖析了喀斯特山区资源环境系统的脆弱性基本机制。指出桂西北喀斯特山区资源环境系统受山地系统脆弱性和喀斯特地质化学脆弱性的双重制约,是造成喀斯特山区资源环境系统脆弱性的本质。山地系统的脆弱性主要表现在物质系统的不稳定性、生产潜力递减性和环境多灾性。喀斯特地质化学脆弱性主要表现在土壤系统脆弱、水文系统脆弱,以及两者联合用作造成的喀斯特生态系统脆弱性。
②分析了喀斯特山区资源稀缺性共性特征。对桂西北喀斯特山区资源环境脆弱性的自然条件背景进行系统剖析,对土地资源、水资源、森林资源、能源和重要的矿产资源等主要资源环境要素特征进行较系统分析,其主要资源的丰度值都大大低于全国平均水平。
③分别应用土地资源承载力单要素法、生态足迹综合要素法对桂西北喀斯特山区的资源环境承载力与安全状态进行评价。结果表明,该区域安全系数均较低。在粮食温饱标准下,桂西北河池市耕地安全系数为0.88,低于安全线;其基于生态足迹法的资源环境承载力安全系数仅为0.28,远低于安全线。
④提出资源空间格局对资源安全影响的观点及定量评价方法。并以土地资源为例,应用地理信息系统技术(GIS)和景观格局原理,定量评价了不同地形条件下土地资源的规模化潜力和成本效益。揭示了研究区地形平坦河谷区的耕地规模化潜力指数达0.83,典型的喀斯特峰林峰丛山区耕地规模化潜力指数仅为0.15,仅相当于前者的不到五分之一,而且后者土地规模化成本为者前的14倍。在现代规模化农业生产背景下,地形复杂的喀斯特山区土地资源竞争力大大低于平原地区,将严重影响其未来的土地资源安全。
⑤应用遥感技术(RS)分析了桂西北河池市喀斯特石漠化的空间分布状况,并应用GIS技术定量分析了桂西北喀斯特石漠化与人口密度、经济密度、土地利用程度和居民活动距离之间的空间关系。结果显示桂西北喀斯特石漠化与人类活动强度和范围存在较明显的空间相关性。当前人类活动明显超越了其资源环境承载力水平,调控人类活动可以有效调控石漠化,维护喀斯特山区生态平衡和资源环境安全。
⑥提出了具有4个层次19个要素指标的区域资源环境安全评价指标体系。该指标体系包括了对资源环境安全有重要影响的资源环境脆弱性、资源本底、环境本底、资源更新能力、社会经济水平等指标。通过层次分析法,确定各指标的影响权重,采用线性加权综合评价模型对桂西北河池市喀斯特山区资源环境安全状态进行评价。结果表明,该地区资源环境安全指数仅为0.77,处于不安全状态,并有缓慢向很不安全状态发展的趋势。桂西北喀斯特山区有81.8%县市,76.9%的国土面积处于不安全状态,其不安全区域分布与喀斯特分布具有高度的空间吻合性。河池市绝大多数指标的安全值均很低,分布极不平衡,其水资源指标值占安全指数值的28.4%,其他18个指标值只占71.6%。有14个指标值处于很不安全状态,占总指标数的73.7%,有8个指标值接近于零,即42.1%指标处于极端不安全状态。评价指标具有良好的指示功能,为区域资源环境安全调控和管理策略的制定提供很好的依据。
⑦引入耗散结构理论,提出了河池市喀斯特山区石漠化产生和生态重建困难的重要原因在于其社会封闭性,其“社会孤岛”特征及其负作用显著的观点。提出加快构建交通网络、优先构建信息网络、发展自组织型生态移民模式等策略,以增强喀斯特山区系统的开放性,实现喀斯特山区人口压力、经济压力、资源环境压力的有效转移和降低,以实现喀斯特山区生态重建和资源环境安全持续机制的建立。