基于GIS的桂林市區(qū)生態(tài)敏感性分析

胡金龍　王金葉　羅楠

摘要：以桂林市區(qū)的生態(tài)敏感性問題為研究對(duì)象，選取坡度、高程、水域、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）、土地利用類型5個(gè)敏感性因子，利用層次分析法（AHP）確定敏感性因子權(quán)重，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)，得到桂林市區(qū)生態(tài)敏感性的空間分布。結(jié)果表明，桂林市區(qū)生態(tài)敏感性總體較高，區(qū)域差異比較明顯；高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、低度敏感區(qū)和不敏感區(qū)分別占研究區(qū)總面積的16.7%、31.0%、27.8%和24.5%。對(duì)桂林市區(qū)生態(tài)敏感性進(jìn)行分析，并提出分區(qū)保護(hù)與建設(shè)的建議，為桂林市區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)布局提供參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)敏感性；空間分析；GIS；桂林市區(qū)

中圖分類號(hào)：X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）07-1561-04

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，進(jìn)行生態(tài)敏感性分析，制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，指導(dǎo)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)是目前世界各國(guó)和地區(qū)面對(duì)日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題普遍采用的戰(zhàn)略[1]。桂林作為國(guó)家旅游綜合改革試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)加速發(fā)展，人地矛盾日益尖銳，綜合評(píng)價(jià)桂林市區(qū)生態(tài)敏感性對(duì)于桂林市區(qū)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局具有重要參考價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)敏感性研究主要集中在以下兩個(gè)方面：一是單一生態(tài)敏感性問題的研究，如土壤鹽漬化敏感性分析、水土流失敏感性分析、生態(tài)系統(tǒng)對(duì)酸沉降敏感性分析等[2-4]；二是基于單一生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的生態(tài)敏感性的綜合性研究，如北京市域生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)、徐州生態(tài)敏感性分析、萬泉河流域生態(tài)敏感性分析、阜康市生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)研究等[5-8]。研究尺度上以流域、地區(qū)等大尺度居多，以縣級(jí)或鎮(zhèn)級(jí)的小尺度的研究較少[9，10]。關(guān)于生態(tài)敏感性的綜合性研究不多，關(guān)于城市生態(tài)敏感性的研究則更少，目前對(duì)桂林市區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的研究尚未見報(bào)道。以桂林市區(qū)生態(tài)敏感性作為研究對(duì)象，選擇有區(qū)域代表性的5個(gè)生態(tài)因子，利用層次分析法（AHP）和GIS空間分析技術(shù)對(duì)桂林市區(qū)生態(tài)敏感性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，探討各敏感分區(qū)保護(hù)與建設(shè)的對(duì)策。

1 研究區(qū)概況

桂林市位于廣西東北部，南嶺山系的西南端，地勢(shì)北高南低，平均海拔150 m，為典型的喀斯特巖溶地貌，是中國(guó)歷史文化名城和國(guó)際著名的風(fēng)景旅游城市，轄 5 個(gè)城區(qū)12個(gè)縣，全市土地面積27 800 km2。行政區(qū)地處東經(jīng)109°36′-111°29′、北緯24°15′-26°23′。研究的范圍主要選取桂林市區(qū)，其處于南北向巖溶盆地內(nèi)的漓江河谷階地和峰林平原之上，包括秀峰、疊彩、象山、七星、雁山五區(qū)，總面積約560 km2。

2 資料收集與方法

2.1 資料收集與處理

采用的資料有桂林市區(qū)2006年9月TM遙感影像、桂林市1∶5萬地形圖、桂林市區(qū)30 m×30 m DEM數(shù)據(jù)（NASA 2009）、桂林市區(qū)2006年1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖以及行政區(qū)劃圖。利用ERDAS 9.2遙感圖像處理軟件對(duì)2006年TM遙感影像進(jìn)行處理，獲得土地利用類型、植被覆蓋指數(shù)、水域等數(shù)據(jù)。利用ArcGIS 9.3對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取高程、坡度數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

首先根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，選取生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)因子構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，然后對(duì)各因子進(jìn)行提取計(jì)算，并分級(jí)賦值，完成單因子生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)；通過層次分析法獲得各因子權(quán)重，最后對(duì)各單因子生態(tài)敏感性進(jìn)行空間疊加分析，完成生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)。

2.2.1 評(píng)價(jià)因子的選取與等級(jí)劃分 參考相關(guān)研究結(jié)果[11，12]，結(jié)合桂林市區(qū)的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，遵循綜合性、代表性與可操作性的原則，最終選取坡度、高程、水域、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）、土地利用類型5個(gè)生態(tài)因子作為敏感性分析的主要因子。各因子敏感性劃分為4個(gè)等級(jí)，按高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感分別賦值為7、5、3、1，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2.2.2 評(píng)價(jià)因子權(quán)重的確定 各單因子在評(píng)價(jià)中對(duì)生態(tài)敏感性的影響程度不同，應(yīng)該具有不同的權(quán)重。采用層次分析法（AHP）確定各因子生態(tài)敏感性權(quán)重，為減小指標(biāo)之間的相關(guān)性，AHP只包括目標(biāo)層和指標(biāo)層。目標(biāo)層為綜合生態(tài)敏感性，指標(biāo)層為選取的5個(gè)生態(tài)因子。然后利用專家打分法構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算各生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。坡度、高程、水域、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）、土地利用類型權(quán)重值分別為0.206 2、0.147 6、0.211 7、0.187 7、0.246 8。

2.2.3 空間疊加分析 利用ArcGIS 9.3的空間分析（Spatial analysis）模塊對(duì)5個(gè)單因子生態(tài)敏感性圖層進(jìn)行空間加權(quán)疊加，計(jì)算出生態(tài)敏感性綜合得分，并獲得綜合生態(tài)敏感性圖。生態(tài)敏感性數(shù)學(xué)模型[7]見公式（1）。

式中，i為評(píng)價(jià)單元編號(hào)，k為評(píng)價(jià)因子編號(hào)，n為評(píng)價(jià)因子總數(shù)，Si為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的綜合值，Wk為第k個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，Ci（k）為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的第k個(gè)評(píng)價(jià)因子敏感性評(píng)價(jià)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子生態(tài)敏感性分析

3.1.1 坡度生態(tài)敏感性分析 坡度是影響生態(tài)敏感性的重要因子，與區(qū)域內(nèi)的水土流失緊密相連，坡度越大水土流失越嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)就越脆弱，生態(tài)敏感度越高。研究區(qū)坡度因子的總體敏感度不高，坡度大于25°的面積為5 189.2 hm2，占總面積的9.3%，屬高度敏感區(qū)，主要分布在桂林市東南、西北部郊區(qū)的山體；坡度在15°～25°的面積為7 008.1 hm2，占總面積的12.5%，屬中度敏感區(qū)，主要分布在東南、西北部鄰近高敏感區(qū)的區(qū)域；低度敏感和不敏感區(qū)域分別占總面積的30.3%和47.9%，廣泛分布于研究區(qū)內(nèi)（表2，圖1a）。

3.1.2 高程生態(tài)敏感性分析 研究區(qū)屬典型的喀斯特地貌景觀，基于高程因子的生態(tài)敏感性總體較低。高度敏感和中度敏感區(qū)分別占總面積的4.0%和13.7%，主要分布在北部、南部的郊區(qū)山體；低度敏感區(qū)占總面積的33.6%，主要分布在北部、南部郊區(qū)及中心城區(qū)的低山地帶；不敏感區(qū)占總面積的48.7%，廣泛分布于桂林市區(qū)的平坦地區(qū)（表2，圖1b）。

3.1.3 水域生態(tài)敏感性分析 桂林中心城區(qū)水系發(fā)達(dá)，連通性好，但郊區(qū)水體破碎化嚴(yán)重，水域面積較小，基于水域因子的生態(tài)敏感性總體較低。高度敏感和中度敏感面積總計(jì)9 451.1 hm2，占研究區(qū)面積的16.9%，主要分布在中心城區(qū)，主要為重要河流、水庫(kù)及其周圍200 m的范圍，一般河流、湖泊及其周圍50 m范圍；低度敏感區(qū)總面積8 437.8 hm2，占研究區(qū)的15.1%，主要為重要河流、水庫(kù)200～500 m緩沖區(qū)及一般水域50～100 m緩沖區(qū)；不敏感區(qū)總面積38 093.0 hm2，占研究區(qū)的68.1%，主要為建設(shè)用地、林地、耕地等遠(yuǎn)離水域的地區(qū)（表2，圖1c）。

3.1.4 植被覆蓋生態(tài)敏感性分析 研究區(qū)山林面積大，植被覆蓋率高，基于植被覆蓋的生態(tài)敏感性總體較高。高度敏感和中度敏感區(qū)占研究區(qū)總面積的63.4%，主要為城市郊區(qū)的山林、平坦地帶的林木和果樹。低度敏感區(qū)占研究區(qū)的26.9%，主要為城市郊區(qū)的耕地和草地；不敏感區(qū)占研究區(qū)的9.7%，主要包括水域和建設(shè)用地等無植被覆蓋的區(qū)域（表2，圖1d）。

3.1.5 土地利用的生態(tài)敏感性分析 桂林市區(qū)的土地利用類型主要有林地、耕地、水域、草地、建設(shè)用地、未利用地等，其中林地面積占53.9%，具有較高的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。桂林市區(qū)土地利用生態(tài)敏感性總體較高，高度敏感區(qū)和中度敏感區(qū)面積合計(jì)35 521.7 hm2，占研究區(qū)總面積的63.4%，主要分布在桂林市區(qū)內(nèi)林木覆蓋度較高的山體以及貫穿市區(qū)的兩江四湖環(huán)城水系，郊區(qū)的水庫(kù)、湖泊，主要是林地和水域，對(duì)于改善城市生態(tài)環(huán)境、維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全具有關(guān)鍵的作用。低度敏感區(qū)占總面積的23.1%，主要為桂林郊區(qū)的耕地，不敏感區(qū)占研究區(qū)總面積的13.5%，主要集中分布于中心城區(qū)、郊區(qū)鎮(zhèn)村的大量居民點(diǎn)以及零星分布的未利用土地（表2，圖1e）。

3.2 生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)

在GIS技術(shù)的支持下，將5個(gè)單生態(tài)敏感性因子進(jìn)行疊加，獲得桂林市區(qū)綜合生態(tài)敏感性空間分布圖（圖1f），并對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，研究區(qū)綜合生態(tài)敏感性較高，總的分布規(guī)律為東北、西南部郊區(qū)地帶敏感性高，中心城區(qū)敏感性低。高度敏感區(qū)面積為9 356.0 hm2，占研究區(qū)總面積的16.7%，主要分布在東北、西南部山區(qū)以及漓江兩岸的部分區(qū)域，其坡度較大，地勢(shì)較高，植被覆蓋率高，土地利用類型多為有林地和灌木林地。中度敏感區(qū)面積為17 352.8 hm2，占研究區(qū)總面積的31.0%，主要分布在城市東北、西南部及城市中心區(qū)，為市區(qū)內(nèi)重要河流、湖泊、水庫(kù)以及郊區(qū)低山地帶；低度敏感區(qū)面積為15 542.6 hm2，占研究區(qū)總面積的27.8%，主要為耕地、部分低覆蓋度林地和果園；不敏感區(qū)面積為13 730.4 hm2，占研究區(qū)總面積的24.5%，主要為中心城區(qū)的居民、商業(yè)、工業(yè)等建設(shè)用地以及部分地勢(shì)平坦的耕地（表2）。

4 不同生態(tài)敏感區(qū)用地策略

4.1 高度生態(tài)敏感區(qū)

高度生態(tài)敏感區(qū)屬脆弱生態(tài)環(huán)境區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，極易受到人為干擾，而且一旦破壞短期很難恢復(fù)，此類區(qū)域應(yīng)作為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)。區(qū)域內(nèi)應(yīng)當(dāng)禁止開發(fā)建設(shè)活動(dòng)，嚴(yán)禁亂墾濫伐、過度放牧等有損生態(tài)環(huán)境的活動(dòng)，保持原生生態(tài)系統(tǒng)的完整性，避免人為干擾；加大桂林郊區(qū)荒山造林、退耕還林、石漠化山體治理的力度，減少水土流失，提高森林覆蓋率，恢復(fù)與保護(hù)原生植被，提高生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)；在保護(hù)優(yōu)先的前提下適度開展生態(tài)旅游，以不破壞保護(hù)對(duì)象為原則，嚴(yán)格實(shí)施生態(tài)旅游管理。

4.2 中度生態(tài)敏感區(qū)

中度生態(tài)敏感區(qū)屬于生態(tài)環(huán)境較為脆弱的區(qū)域，雖對(duì)外界的干擾活動(dòng)具有一定的抵抗能力，但較易遭受人為的干擾，從而造成生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)與不穩(wěn)定，此類區(qū)域應(yīng)作為控制發(fā)展區(qū)。在中度敏感區(qū)開發(fā)中要正確處理開發(fā)與保護(hù)的關(guān)系，遵循“在保護(hù)中開發(fā)，在開發(fā)中保護(hù)”的原則，避免對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。合理規(guī)劃布局區(qū)域內(nèi)的水系河網(wǎng)，理清搞活河湖水系，加強(qiáng)水域、水生態(tài)、水質(zhì)的保護(hù)，合理適度利用岸線及濱水空間，并以主要水系河網(wǎng)為骨架構(gòu)建區(qū)域性生態(tài)廊道；加大封山育林、退耕還林力度，積極發(fā)展經(jīng)果林、風(fēng)景林、防護(hù)林，提高區(qū)域森林覆蓋率，促進(jìn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，適度發(fā)展鄉(xiāng)村旅游，以旅游資源優(yōu)勢(shì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

4.3 低度生態(tài)敏感區(qū)和不敏感區(qū)

低度生態(tài)敏感區(qū)和不敏感區(qū)系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，敏感性較低，承受外界干擾的能力較強(qiáng)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響不大，適合較大強(qiáng)度的開發(fā)建設(shè)，可作為適宜發(fā)展區(qū)。在區(qū)域開發(fā)過程中，統(tǒng)籌優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)和布局，盡量不占或少占耕地，注重人工與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，嚴(yán)格控制“三廢”。對(duì)于低度敏感區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)基本農(nóng)田，加強(qiáng)河流、湖泊、廢棄地等的綠化建設(shè)，恢復(fù)和維持水系湖泊的自然形態(tài)，提高區(qū)域生物多樣性。對(duì)于生態(tài)不敏感地區(qū)，應(yīng)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)城鎮(zhèn)，努力改善人居環(huán)境，完善城市可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展。

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