西北地区五省社会-经济-自然复合生态系统生态位评价.doc

西北地区五省社会-经济-自然复合生态系统生态位评价*基金项目：
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王宏卫1，2
（1.新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐 830046；2.绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐 830046）

摘要：本研究以西北地区五省就社会-经济-自然复合生态系统为研究对象，通过构建社会-经济-自然复合生态系统生态位评价的指标体，结合全排列多边形综合指数法对1996-2010年西北地区五省的复合生态系统生态位进行了评价，并通过系统聚类法对评价结果排序。结果表明：陕西生态位评价结果最高，甘肃和新疆生态位评价结果属于二级水平，青海和宁夏生态位评价结果最低。区域复合生态系统生态位已成为区域之间人口流动的最重要的生态学动力因素。研究旨在综合考查区域的社会、经济、环境的发展现状并比较各省区之间的差异，为区域的可持续发展、生态环境保护提供科学依据。
关键词：复合生态系统；生态位；指标体系；多边形综合指标法

Niche assessment in social-economic-natural complex ecosystem of five province in northwest of China
WANG Hongwei1，2
( 1. College of Resources and Environment Science, Xinjiang University, Urumqi 830046, China; 2. Key Laboratory of Oasis Ecology ,Ministry of Education, Urumqi 830046, China; 3.Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011,China)

Abstract: Using the approaches of evaluating sustainable development and living space of five province in northwest of China for references, a set of indicator systems were established to assess the ecological niche of complex ecosystem. The niches of complex ecosystem of five province in northwest of China from 1996-2010 were calculated by polygon synthesis indicators approach，and niche grades were classified with a clustering diagram. The results showed that Shanxi had a higher niche, Ningxia and Xinjiang had a medium niche, and others had a lower niche. This study could be beneficial for refining a sustainable development and ecological construction in northwest of China.
Key words: complex ecosystem; ecological niche; indicator system; polygon synthesis indicators approach

生态位是生态学的重要概念之一，用于揭示物种在生态系统或生物群落中的地位和角色[1,2]。20世纪80年代以来，它开始被引入社会科学研究领域，成为研究人类社会系统的有效手段。社会-经济-自然复合生态系统理论认为人类社会实质上是一个以自然环境为依托、人类行为为主导、资源流动为命脉、社会体制为经络的社会、经济、自然复合生态系统，它由社会子系统、经济子系统以及自然子系统通过人耦合构成一个复合系统[3]。在这个复合系统中，一个区域可以被视为一个“物种”，也具有相应的生态位。近年来，我国学者结合生态位理论开展了大量有益的工作，多以区域、城市等为研究对象[4-9]，针对区域资源环境、城市功能、产业集群等特征，讨论了生态位的选择和变迁。复合生态系统生态位研究正在越来受到重视。
西北地区五省地处我国西北边陲，气候干旱，生态环境脆弱。随着国家经济建设重点的西移，该区域成为我国21世纪重要的资源接替区。但高强度的资源开发加之原本脆弱的生态环境使得系统内部负荷逐年加大。本研究以西北地区五省就社会-经济-自然复合生态系统为研究对象，通过1996-2010年系统的生态位评价，旨在综合考查区域的社会、经济、环境的发展现状并比较各省区之间的差异，为区域的可持续发展、生态环境保护提供科学依据。
1研究区概况
西北地区五省亚欧大陆腹地，在行政范围上包括陕西，甘肃、青海、宁夏和新疆五个省区，土地总面积为309.473×104km2，约占全国陆地总面积的32.2%。地区地形地貌复杂多样，山地、高原、盆地、平川、河谷、沙漠、戈壁，类型齐全，以高原与内陆盆地为主；气候干旱，降水稀少，属典型的大陆性温带季风气候，森林覆盖率较低。西北五省区在国民经济建设中占据重要地位，是一个少数民族聚居区，经济相对东部省区较为落后，西北五省的发展对于繁荣民族区域经济，保持社会稳定和巩固边疆均具有重要意义。

2研究方法
2.1生态位指标体系的构建
人类复合生态系统的生态位评价指标体系是一个满足某些原则的指标集合，指标的构建考虑科学性、全面性、可比性、权威性和可操作性等原则，同时参考了相关学者的工作[10-14]。
在整个生态位评价中，指标体系包括3层（图1）共4级指标（表1）。
目标层
亚目标层
指标层
复合生态系统
综合生态位

社会子系统
经济子系统
自然子系统
社会生态位
经济生态位
资源环境生态位
各项指标

图1 社会-经济-自然复合生态系统生态位评价指标体系结构图
Fig.1 Structure of indicator system for niche assessment in social-economic-natural complex ecosystem

表1 社会-经济-自然复合生态系统生态位评价指标体系
Tab.1 Indicator system of niche assessment in social-economic-natural complex ecosystem
第一级指标系统
第二级指标系统
（子系统）
第三级指标系统
（影响因素）
第四级指标系统
（具体指标）
综合生态位
社会生态位
人民生活水平
人口密度
平均预期寿命
社会服务状况
基本养老保险人数
社会服务设施数
科教发展状况
教育经费投入
每万人拥有的教师数
医疗卫生水平
卫生机构数
卫生机构床位数
经济生态位
经济总体规模
国民生产总值
进出口总额
财政收入
二、三产业发展
工业总产值
建筑业总产值
运输线路长度
社会消费品零售总额
资源环境生态位
资源利用
耕地面积
林草地面积
能源生产总量
生态环境
荒漠化面积
森林覆盖率
人均水资源量
二氧化硫排放量
工业固体废物产生量

在社会生态位方面，从人民生活水平、社会服务状况、教育发展状况、医疗卫生水平等角度切入，筛选出人口密度、平均预期寿命、基本养老保险人数、社会服务设施数、教育经费投入、每万人拥有的教师数、卫生机构数以及床位数等8项指标反映西北地区五省社会生态位。
在经济生态位方面，综合考虑经济总体规模和二、三产业发展等因素对经济发展的影响，筛选出国民生产总值、进出口总额、财政收入、工业总产值、建筑业总产值、运输线路长度、社会消费品零售总额等7项指标反映西北地区五省社会生态位。
在资源环境生态位方面，从资源利用和生态环境考虑，以耕地面积、林草地面积、能源生产总量、荒漠化面积、森林覆盖率、人均水资源量、二氧化硫排放量、工业固体废物产生量等8项指标反映西北地区五省的资源环境生态位。
2.2评价方法
本研究的时段选择1996、2001、2006、2010年，原始数据主要来自全国和各省区统计年鉴及调查资料。在针对部分逆指标（即数值越大生态位越低的指标）正向化处理的基础上，对各年份指标数据进行归一化处理，利用全排列多边形综合指数法计算西北五省区社会、经济、自然生态位及综合生态位。
全排列多边形综合指数法无需确定权重，只需确定指标的上下界就可以按公式计算，并且在计算综合指标值时具有明确的几何意义（多边形面积及比值）。具体计算方法如下：利用N个指标作出一个中心正N边形，N边形的N个顶点分别为这N个指标当Ri=1时的值，中心点为这N个指标当Ri=0时的值，中心点到顶点的线段为各指标标化值所在的区间（见图2）。计算公式为：
（3）
式中，为各指标所有可能两两组合乘积的总和；R为综合指标。

图2　多边形综合指标法示意图
Fig.2 Sketch of polygon synthesis indicators approach

以上计算过程在C++环境下编程完成数据处理，针对综合生态位评价结果，通过SPSS17.0采用系统聚类法对各省区生态位进行分级，并绘制系统聚类图。

3结果与分析
对西北五省区复合生态系统生态位进行计算的结果如表2所示。
表2 西北五省区1996-2010年生态位评价结果
Tab.2 Result of niche assessment of five province in northwest of China from 1996-2010
省份
年份
社会生态位
经济生态位
自然生态位
综合生态位
陕西
1996
0.0790
0.0097
0.0545
0.0415
2001
0.1233
0.0547
0.0838
0.1277
2006
0.1448
0.1018
0.0756
0.1444
2010
0.2127
0.2297
0.0908
0.2500
甘肃
1996
0.0206
0.0021
0.0338
0.0068
2001
0.0406
0.0118
0.0407
0.0244
2006
0.0553
0.0634
0.0347
0.0562
2010
0.0883
0.0944
0.0609
0.1042
青海
1996
0.0000
0.0000
0.0356
0.0000
2001
0.0014
0.0004
0.0303
0.0004
2006
0.0020
0.0030
0.0319
0.0015
2010
0.0883
0.0150
0.0313
0.0297
宁夏
1996
0.0063
0.0000
0.0256
0.0010
2001
0.0200
0.0005
0.0253
0.0034
2006
0.0247
0.0064
0.0135
0.0013
2010
0.0393
0.0332
0.0168
0.0145
新疆
1996
0.0146
0.0048
0.0271
0.0044
2001
0.0278
0.0381
0.0433
0.0385
2006
0.0635
0.0817
0.0303
0.0552
2010
0.0907
0.1294
0.0240
0.0581

3.1社会生态位分析与比较

图3 西北五省区1996-2010年社会生态位评价结果
Tab.3 Result of social niche assessment of five province in northwest of China from 1996-2010

由图3所示，1996至2010年间陕西社会生态位远高于五省平均水平，甘肃和新疆社会生态位基本接近五省平均水平，而青海和宁夏明显低于平均水平，说明这两个省区人们所享有的社会福利或社会保障水平相对于其他三省处于较低水平。较低的社会生态位与地处偏远地区、社会发展整体滞后有关。从平均值的变化曲线可以看出，15年间五省区的社会生态位呈不同程度的增加趋势，尤以陕西的增长速度最快，而青海在近5年间的增长也较为显著。
3.2经济生态位分析与比较

图4 西北五省区1996-2010年经济生态位评价结果
Tab.4 Result of economic niche assessment of five province in northwest of China from 1996-2010

由图4可见，陕西和新疆的经济生态位高于平均水平，甘肃接近于平均水平，而青海、宁夏均低于平均水平。陕西具有丰富的多元化产业结构，二三产业比重高，经济发展势头好；新疆和甘肃在发展第一产业的同时，也开始增加二三产业的比重，而青海、宁夏经济结构较为单一，主要以农业为支柱产业，经济生态位较低。1996年至2010年中，各省的经济生态位变化与社会生态位相似，均呈增加趋势，陕西依然保持高速增长态势，但青海与宁夏的增长幅度较小。
3.3资源环境生态位分析与比较
从图5中可以发现，只有陕西的自然生态位高于五省平均水平，甘肃接近于平均水平，青海、新疆和宁夏都处于较低水平。这主要与青海、新疆和宁夏自然生态系统退化程度和环境质量问题较为严重密切相关。资源环境生态位的变化与社会、经济生态位的变化不同，各年份间存在波动变化，陕西、甘肃总体呈上升趋势，而新疆、青海和宁夏均呈现不同程度的下降趋势，该趋势不利于这三个省区的可持续发展。

图5 西北五省区1996-2010年自然生态位评价结果
Tab.5 Result of natural niche assessment of five province in northwest of China from 1996-2010

3.4综合生态位分析与比较

图6 西北五省区1996-2010年综合生态位评价结果
Tab.5 Result of integrated niche assessment of five province in northwest of China from 1996-2010

综合生态位是根据各地区的社会、经济、资源环境生态位的水平综合计算得出的综合指标。由图6可以直观的看出，综合生态位高于五省平均水平的地区只有陕西。而甘肃和新疆的大部分都低于平均水平，宁夏和青海处于较低水平。在研究时段内，陕西和甘肃的综合生态位上升态势显著，而新疆的综合生态位上升后近年来处于停滞状态，宁夏和青海仅在近年略有上升。
进一步通过聚类分析对综合生态位评价结果划分等级，以不同省区的综合生态位为变量， 以欧氏距离作为衡量各年份差异的大小，采用最短距离法对各处理进行系统聚类，如图7所示。结合评价结果，对西北五省区综合生态位划分为三个等级：一级为西安，二级为甘肃和新疆，三级为青海和宁夏。以上分级符合前述对五个省区社会、经济、资源环境及综合生态位的分析结果。

图7西北五省区综合生态位评价系统聚类图
Fig.7 Hierarchical clustering diagram of integrated niche assessment of five province in northwest of China

4结论与讨论
本研究在构建了社会-经济-自然复合生态系统评价体系的基础上，利用1996年、2001年、2006年和2010年西北五省区的多项统计指标，采用全排列多边形综合指数法评价西北五省区社会、经济、自然复合生态系统生态位。通过计算发现，区域复合生态系统生态位与社会、经济和资源环境等条件相关。研究表明：
（1）社会生态位和经济生态位基本呈现正相关关系，社会生态位高的地区经济生态位也较高，例如陕西；反之亦然，如青海、宁夏。这说明各省区在发展过程中经济子系统和社会子系统基本上是处于同步发展，该结论与陈亮等人对全国各省区复合生态系统生态位评价结果相一致[10]。
（2）资源环境生态位的变化与社会、经济生态位并不完全一致。陕西的三种生态位均处于较高水平，甘肃的三种生态位均接近或高于平均水平，而青海、宁夏的三种生态位均处于较低水平。近年来，虽然新疆的社会经济持续发展，但是由于资源开采力度大，生态环境越发脆弱，因此其资源环境生态位与社会、经济生态位呈现负相关。
（3）通过不同年份各省区生态位变化的比较，发现各省区的社会、经济生态位总体呈现上升趋势，而资源环境生态位部分省区如新疆、青海和宁夏出现下降趋势，总而影响其在综合生态位中的排名和走势。
针对研究结论，对各省区的社会-经济-自然子系统的发展提出如下建议：
（1）陕西生态位评价结果最高，但其资源环境生态位相对于社会、经济生态位依然较低，应在区域发展中合理规划、布局城镇和产业结构，集约高效利用自然资源，在社会经济快速发展的同时注意生态环境的保护与建设，特别注重该地区的水土流失问题。
（2）甘肃和新疆生态位评价结果属于二级水平，虽然两省区社会经济发展稳步增长，但自然子系统的生态位不高，应在进一步立足于自身的优势与特色，加快工业发展，对于两省发展势头良好的第一产业，需要增加农业产品的附加值，减轻资源环境压力，加强生态环境建设。
（3）青海和宁夏生态位评价结果最低，复合生态系统发展相对滞后，应在其区域发展过程中实施保护性开发，继续加强生态环境的保护与治理，因地制宜发展有区域特色和比较优势的产业。
我国西北五省区在国家西部开发战略的推动下，区位竞争越发激烈。增长区域复合生态系统生态位不仅反映了社会、经济和自然子系统自身性质、功能、地位及其在所属复合生态系统中的发展态势，还有助于了解反映人类生存发展与区域资源环境现状的相互适宜程度。生态位的存在导致了各种社会经济活动对人类产生了吸引力和离心力，使得人们不断寻求、占领和竞争更佳、更有利于生存的生态位，这已成为区域之间人口流动的最重要的生态学动力因素[10]。

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