晋中盆地城市化发展对区域生态环境影响研究
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摘要
城市化(又称城镇化)发展，特别是区域城市化的发展，对区域生态环境造成了深刻影响，已经引起了区域景观结构、功能和生态环境的变化，甚至从根本上动摇了区域生态环境的平衡机理和运行规律。因此，开展城市化对区域生态环境的影响研究，不仅对于城市生态学研究具有重要的理论意义，而且对于城市生态建设和管理具有现实的实践意义。
本文以山西省晋中盆地为研究对象，在野外调查的基础上，结合晋中盆地内的水文、气象和环境等数据，应用回归分析、t-检验、方差分析、Gleason index和频度分析等方法，对晋中盆地近30a的城市化发展及其对区域气候、地下水、地表水、植物多样性等主要生态因子的影响进行了研究，并对盆地内城市化率变化与各个生态因子之间的关系进行分析。
对晋中盆地区域城市化发展的研究表明，历经多年的发展，到2003年时城市化率已经达到60.33％，表明盆地内的城市化发展至全国是比较快的地区之一。
用晋中盆地10个气象站33a的观测资料，研究结果表明当地的气温呈现为持续升高的趋势，最近5a(1999年～2003年)的年均气温平均值比70年代前5a(1971年～1975年)的年均气温平均值升高了1.37℃，年均增温幅度为0.0415℃，年均增温幅度是北半球近100a来年均增温幅度(0.0047℃)的8.83倍，年均增温幅度是中国近50a来年均增温幅度(0.022℃)的1.88倍，增幅明显偏大。对盆地内年均气温变化与城市化率变化之间进行的相关分析表明，城市化率和年均气温之间存在显著的正相关关系(r=0.45，p＜0.01)，这就表明盆地内的城市化发展对当地气温造成了明显影响，是当地气温升幅较大的主要原因。
对晋中盆地33a(1971年～2003年)来的年降水量变化的研究表明，在最近的33a中，20世纪70年代是降水量比较多的时期，20世纪90年代是降水量明显减少的年代。晋中盆地近33a来的年降水量的变化趋势，呈现为缓慢减少的态势，年均减少幅度为2.28 mm／a，是全球近50a来年均减少降水量0.54 mm／a的4.23倍。
利用晋中盆地21a(1983年～2003年)的地下水埋深变化的定位观测数据，对盆地内地下水位变化进行了研究。结果表明，近21a来晋中盆地地下水位的变化呈现为持续下降的趋势。地下水位与城市化率之间的相关分析表明，两者之间呈极显著的正相关关系(r=0.80，p＜0.01)。这就表明盆地内的城市化发展加剧了地下水位的下降。
利用省、市(地)、县级环境监测站的监测数据，对晋中盆地近18a(1986年～2003年)来的地下水质的研究表明，随着城市化率的提高，地下水中含有的各种污染物浓度也相应升高。这就表明盆地内的城市化发展造成了使当地地下水中的污染物含量增加的影响。
用设在晋中盆地内的10个监测断面18a(1986年～2003年)的监测资料，研究了盆地地表水质的变化。结果表明，虽然地表水中13种主要污染物质的含量在个别年份略有下降，但总体上呈现为持续增加的趋势。
用54个村庄、38个乡镇、8个县城(区)和4个城市分别组成的样本Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，研究了城市化发展对植物多样性的影响。结果表明：从野生植物物种多样性来看，城市(样本Ⅳ)的野生植物物种丰富度最低，村庄(样本Ⅰ)的野生植物物种丰富度最高；从人工栽培植物物种多样性来看，城市(样本Ⅳ)的人工栽培植物物种丰富度最高，村庄(样本Ⅰ)的人工栽培植物物种丰富度最低；从植物总物种丰富度来看，城市(样本Ⅳ)的植物总物种丰富度最高，乡镇(样本Ⅱ)的植物总物种丰富度最低。植物多样性的规律是，从村庄到城市，随着城镇规模的扩大，野生植物的丰富度呈现出逐渐下降的趋势，而人工栽培植物和植物总物种的丰富度则呈现出上升趋势。
对汾河太原段改造工程生态影响的研究表明，在城市化发展过程中进行的河道改造工程，对河流生态系统中野生维管植物物种丰富度有明显影响，规律是使河流生态系统中的野生维管植物物种丰富度明显降低。
The urbanization (i.e.townization) development, especially the regionalurbanization development, has made the obvious impacts on the regionalecological environment, which has caused the change of the regionallandscape structure, ecosystem function and environmental quality. Theacademic circles and the government pay more the attention on it. Therefore,those problems are studied not only has the theoretical meaning for urbanecological researches, but a vital important practical meaning for urbanecology and management.
The dynamics of urbanization development in Jinzhong Basin in recent 30years and its impacts on key ecological factors such as regional climate,underground water, surface water and plant diversity were studied by usingregression analysis, t-test, ANOVA, Gleason index etc., based on theinvestigated vegetation data from the field and the datasets, includinghydrologic records, weather dataset, and environmental monitoring datasetprovided by the related organizations in Shanxi.
The result of on the urbanization development of Jinzhong Basin showed thatthe urbanization rate reached at 60.33% in 2003 during several thousandsyears period, this suggested that the urbanization in the basin is one of thefaster development regions in China.
The variation of annual mean temperature in Jinzhong Basin is studied by useof 33-year observational data of 10 meteorological stations in Jinzhong Basin,the results indicate that local air temperature is keeping a continuous rise. Inrecent 5 years (1999～2003), annual mean temperature rises by 1.37℃higherthan that in the first 5 years of 1970s (1971～1975), annual mean riseamplitude is 0.0415℃, which is 8.83 times as high as annual meantemperature rise amplitude (0.0047□) in the Northern Hemisphere in recent 100 years, which is 1.88 times as high as annual mean temperature riseamplitude (0.022□) in china in recent 50 years, and the amplitude is larger.The analysis on the correlation between annual mean temperature and theurbanization rate in the basin indicates that: positive correlation existsbetween the urbanization rate and annual mean temperature, correlationbetween them is significant at 0.01 level (r=0.45, p＜0.01). This shows that theurbanization development in the basin makes an obvious impact on local airtemperature and is a main cause for larger local temperature rise amplitude.
The study on the annual precipitation change in Jinzhong Basin in recent 33years (1971～2003) shows that the higher precipitation period is in 1970s, and1990s is an obvious decreasing period for the precipitation. The change trendof annual precipitation in Jinzhong Basin in recent 33 years shows a slowlydecreasing trend, annual average reduction amplitude of 2.28 mm/a, which is4.23 times as much as the global precipitation of 0.54 mm/a in recent 50years.
The study on underground water level variation in the basin has been made byuse of 21-year (1983～2003) fixed observation data on the underground waterburied depth change in Jinzhong Basin. The results show that the undergroundwater level reveals a continuously-decreasing trend in recent 21 years. Thecorrelation analysis between the buried depth of underground water andurbanization rate indicates that correlation relation between them is the mostobvious positive correlation(r=0.80, p＜0.01). This shows that the urbanizationdevelopment in the basin has made an obvious descending impact on localunderground water level.
The study on underground water quality of Jinzhong Basin in recent 18 yearsis performed by utilizing the monitoring data from the environmentalmonitoring stations at province, city (prefecture) and county level. The resultshows that the concentration of various pollutants in underground water increases correspondingly along with the increase of the urbanization rate.
The study on the variation of the surface water quality has been made through18-year (1986～2003) monitoring data from 10 monitoring sections in JinzhongBasin. The results indicate that the content of 13 key pollutants in the surfacewater reduces slightly in the specific year, but as a whole it showscontinuously-increasing trend.
The study on the impacts of the urbanization development upon the plantdiversity has been made through the sampleⅠ,Ⅱ,Ⅲ, andⅣcomposed of 54villages, 38 towns, 8 counties and 4 cities respectively. The results show that,as viewed from the wild plants, the species richness of the wild plants in thecities (sampleⅣ) is the lowest, the species richness of the wild plants in thevillages (sampleⅠ) is the highest; as viewed from the artificially-cultivatedplants, the species richness of the artificially-cultivated plants in the cities(sampleⅣ) is the highest, that in the villages (sampleⅠ) is the lowest; asviewed from the general plant species, the species richness of them in thecities (sampleⅣ) is the highest, while that in the towns (sampleⅡ) is thelowest because the man-made interference is large, which results in theobvious reduction of the wild plants, moreover, effective species introductionwork fails to be developed as a result of the poor financial capacity. Thedrawn conclusion is that from villages to cities, with the expansion of thetown scale, the species richness of wild plants shows a descending trend,while those of the artificially-cultivated plant and general plant species showthe increasing trend.
The study on the ecological impact of the reconstruction project for TaiyuanSection of Fenhe River indicates that the river course reconstruction duringthe urbanization development will make an obvious impact on the wildvascular plants of the river ecological system, and the conclusion is that thespecies richness of the wild vascular plants in the river ecological system reduces obviously.
本文以山西省晋中盆地为研究对象，在野外调查的基础上，结合晋中盆地内的水文、气象和环境等数据，应用回归分析、t-检验、方差分析、Gleason index和频度分析等方法，对晋中盆地近30a的城市化发展及其对区域气候、地下水、地表水、植物多样性等主要生态因子的影响进行了研究，并对盆地内城市化率变化与各个生态因子之间的关系进行分析。
对晋中盆地区域城市化发展的研究表明，历经多年的发展，到2003年时城市化率已经达到60.33％，表明盆地内的城市化发展至全国是比较快的地区之一。
用晋中盆地10个气象站33a的观测资料，研究结果表明当地的气温呈现为持续升高的趋势，最近5a(1999年～2003年)的年均气温平均值比70年代前5a(1971年～1975年)的年均气温平均值升高了1.37℃，年均增温幅度为0.0415℃，年均增温幅度是北半球近100a来年均增温幅度(0.0047℃)的8.83倍，年均增温幅度是中国近50a来年均增温幅度(0.022℃)的1.88倍，增幅明显偏大。对盆地内年均气温变化与城市化率变化之间进行的相关分析表明，城市化率和年均气温之间存在显著的正相关关系(r=0.45，p＜0.01)，这就表明盆地内的城市化发展对当地气温造成了明显影响，是当地气温升幅较大的主要原因。
对晋中盆地33a(1971年～2003年)来的年降水量变化的研究表明，在最近的33a中，20世纪70年代是降水量比较多的时期，20世纪90年代是降水量明显减少的年代。晋中盆地近33a来的年降水量的变化趋势，呈现为缓慢减少的态势，年均减少幅度为2.28 mm／a，是全球近50a来年均减少降水量0.54 mm／a的4.23倍。
利用晋中盆地21a(1983年～2003年)的地下水埋深变化的定位观测数据，对盆地内地下水位变化进行了研究。结果表明，近21a来晋中盆地地下水位的变化呈现为持续下降的趋势。地下水位与城市化率之间的相关分析表明，两者之间呈极显著的正相关关系(r=0.80，p＜0.01)。这就表明盆地内的城市化发展加剧了地下水位的下降。
利用省、市(地)、县级环境监测站的监测数据，对晋中盆地近18a(1986年～2003年)来的地下水质的研究表明，随着城市化率的提高，地下水中含有的各种污染物浓度也相应升高。这就表明盆地内的城市化发展造成了使当地地下水中的污染物含量增加的影响。
用设在晋中盆地内的10个监测断面18a(1986年～2003年)的监测资料，研究了盆地地表水质的变化。结果表明，虽然地表水中13种主要污染物质的含量在个别年份略有下降，但总体上呈现为持续增加的趋势。
用54个村庄、38个乡镇、8个县城(区)和4个城市分别组成的样本Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，研究了城市化发展对植物多样性的影响。结果表明：从野生植物物种多样性来看，城市(样本Ⅳ)的野生植物物种丰富度最低，村庄(样本Ⅰ)的野生植物物种丰富度最高；从人工栽培植物物种多样性来看，城市(样本Ⅳ)的人工栽培植物物种丰富度最高，村庄(样本Ⅰ)的人工栽培植物物种丰富度最低；从植物总物种丰富度来看，城市(样本Ⅳ)的植物总物种丰富度最高，乡镇(样本Ⅱ)的植物总物种丰富度最低。植物多样性的规律是，从村庄到城市，随着城镇规模的扩大，野生植物的丰富度呈现出逐渐下降的趋势，而人工栽培植物和植物总物种的丰富度则呈现出上升趋势。
对汾河太原段改造工程生态影响的研究表明，在城市化发展过程中进行的河道改造工程，对河流生态系统中野生维管植物物种丰富度有明显影响，规律是使河流生态系统中的野生维管植物物种丰富度明显降低。
The urbanization (i.e.townization) development, especially the regionalurbanization development, has made the obvious impacts on the regionalecological environment, which has caused the change of the regionallandscape structure, ecosystem function and environmental quality. Theacademic circles and the government pay more the attention on it. Therefore,those problems are studied not only has the theoretical meaning for urbanecological researches, but a vital important practical meaning for urbanecology and management.
The dynamics of urbanization development in Jinzhong Basin in recent 30years and its impacts on key ecological factors such as regional climate,underground water, surface water and plant diversity were studied by usingregression analysis, t-test, ANOVA, Gleason index etc., based on theinvestigated vegetation data from the field and the datasets, includinghydrologic records, weather dataset, and environmental monitoring datasetprovided by the related organizations in Shanxi.
The result of on the urbanization development of Jinzhong Basin showed thatthe urbanization rate reached at 60.33% in 2003 during several thousandsyears period, this suggested that the urbanization in the basin is one of thefaster development regions in China.
The variation of annual mean temperature in Jinzhong Basin is studied by useof 33-year observational data of 10 meteorological stations in Jinzhong Basin,the results indicate that local air temperature is keeping a continuous rise. Inrecent 5 years (1999～2003), annual mean temperature rises by 1.37℃higherthan that in the first 5 years of 1970s (1971～1975), annual mean riseamplitude is 0.0415℃, which is 8.83 times as high as annual meantemperature rise amplitude (0.0047□) in the Northern Hemisphere in recent 100 years, which is 1.88 times as high as annual mean temperature riseamplitude (0.022□) in china in recent 50 years, and the amplitude is larger.The analysis on the correlation between annual mean temperature and theurbanization rate in the basin indicates that: positive correlation existsbetween the urbanization rate and annual mean temperature, correlationbetween them is significant at 0.01 level (r=0.45, p＜0.01). This shows that theurbanization development in the basin makes an obvious impact on local airtemperature and is a main cause for larger local temperature rise amplitude.
The study on the annual precipitation change in Jinzhong Basin in recent 33years (1971～2003) shows that the higher precipitation period is in 1970s, and1990s is an obvious decreasing period for the precipitation. The change trendof annual precipitation in Jinzhong Basin in recent 33 years shows a slowlydecreasing trend, annual average reduction amplitude of 2.28 mm/a, which is4.23 times as much as the global precipitation of 0.54 mm/a in recent 50years.
The study on underground water level variation in the basin has been made byuse of 21-year (1983～2003) fixed observation data on the underground waterburied depth change in Jinzhong Basin. The results show that the undergroundwater level reveals a continuously-decreasing trend in recent 21 years. Thecorrelation analysis between the buried depth of underground water andurbanization rate indicates that correlation relation between them is the mostobvious positive correlation(r=0.80, p＜0.01). This shows that the urbanizationdevelopment in the basin has made an obvious descending impact on localunderground water level.
The study on underground water quality of Jinzhong Basin in recent 18 yearsis performed by utilizing the monitoring data from the environmentalmonitoring stations at province, city (prefecture) and county level. The resultshows that the concentration of various pollutants in underground water increases correspondingly along with the increase of the urbanization rate.
The study on the variation of the surface water quality has been made through18-year (1986～2003) monitoring data from 10 monitoring sections in JinzhongBasin. The results indicate that the content of 13 key pollutants in the surfacewater reduces slightly in the specific year, but as a whole it showscontinuously-increasing trend.
The study on the impacts of the urbanization development upon the plantdiversity has been made through the sampleⅠ,Ⅱ,Ⅲ, andⅣcomposed of 54villages, 38 towns, 8 counties and 4 cities respectively. The results show that,as viewed from the wild plants, the species richness of the wild plants in thecities (sampleⅣ) is the lowest, the species richness of the wild plants in thevillages (sampleⅠ) is the highest; as viewed from the artificially-cultivatedplants, the species richness of the artificially-cultivated plants in the cities(sampleⅣ) is the highest, that in the villages (sampleⅠ) is the lowest; asviewed from the general plant species, the species richness of them in thecities (sampleⅣ) is the highest, while that in the towns (sampleⅡ) is thelowest because the man-made interference is large, which results in theobvious reduction of the wild plants, moreover, effective species introductionwork fails to be developed as a result of the poor financial capacity. Thedrawn conclusion is that from villages to cities, with the expansion of thetown scale, the species richness of wild plants shows a descending trend,while those of the artificially-cultivated plant and general plant species showthe increasing trend.
The study on the ecological impact of the reconstruction project for TaiyuanSection of Fenhe River indicates that the river course reconstruction duringthe urbanization development will make an obvious impact on the wildvascular plants of the river ecological system, and the conclusion is that thespecies richness of the wild vascular plants in the river ecological system reduces obviously.
引文
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