左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)

夏 飛 湯傳勇

（廣西國土資源規(guī)劃院，廣西 南寧 530022）

隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，各國逐漸開展生態(tài)脆弱性研究。生態(tài)脆弱性的概念最早起源于美國學(xué)者Clements將Econtone（生態(tài)過渡帶）術(shù)語引入生態(tài)學(xué)的研究[1]。1989年，在布達(dá)佩斯召開的第七屆SCOPE會(huì)議上重新確認(rèn)了生態(tài)過渡區(qū)的概念，之后脆弱生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的研究日益活躍[2]。國內(nèi)生態(tài)脆弱性研究較晚，1991年朱震達(dá)較早開展生態(tài)脆弱性研究。他根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署關(guān)于土地荒漠化的評(píng)估研究，提出在中國北方農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)存在一條地跨半濕潤、半干旱和干旱區(qū)域的生態(tài)脆弱帶[3]。隨后楊勤業(yè)、趙躍龍、蔡運(yùn)龍、李克讓、歐陽志云和劉國華等紛紛開展生態(tài)脆弱性研究，在概念、內(nèi)容和評(píng)價(jià)方法上逐漸形成共識(shí)[4-5]。目前隨著3S技術(shù)的飛速發(fā)展，生態(tài)脆弱性研究相對(duì)于之前學(xué)者的研究都有了一定的進(jìn)步，在研究方法上也進(jìn)行了革新。

左江流域地處我國西南喀斯特地區(qū)的南緣地帶，是珠江水系郁江的支流，國內(nèi)流域面積2.016 km×104 km，屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)；區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖地層分布廣泛，喀斯特地貌類型占流域面積的66%以上，地形地貌破碎。自然環(huán)境的過渡性和易變性，使這一區(qū)域具有典型的亞熱帶喀斯特生態(tài)脆弱性特征，環(huán)境變異敏感度高，環(huán)境容量低，穩(wěn)定性差。長期以來，由于人們對(duì)自然環(huán)境的利用、開發(fā)、導(dǎo)致環(huán)境被嚴(yán)重的破壞。自然環(huán)境出現(xiàn)越來越退化的狀態(tài)。自然環(huán)境在過度過程中發(fā)生一定的改變，使得左江流域這一地區(qū)的環(huán)境變異越來越頻繁，環(huán)境能夠承受的破壞越來越低，形成典型的亞熱帶喀斯特地貌。本文依據(jù)自然因素和人為因素對(duì)左江流域的生態(tài)情況進(jìn)行分析。

1 評(píng)價(jià)因子選擇及其標(biāo)準(zhǔn)化

不同地區(qū)由于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平不一樣，社會(huì)發(fā)展步伐不一致、自然環(huán)境的變化不同，導(dǎo)致其生態(tài)環(huán)境形成不同，表現(xiàn)出來的形式也不一樣。因此，實(shí)際流經(jīng)的區(qū)域是一個(gè)復(fù)雜多變的系統(tǒng)，是由經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)共同決定的。是自然因素和人文因素共同的產(chǎn)物。所以，在對(duì)左江流域進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要根據(jù)其生態(tài)環(huán)境的特征，將綜合性的評(píng)價(jià)與區(qū)域性的評(píng)價(jià)相結(jié)合，分析能夠影響左江流域的環(huán)境因素，從而得出對(duì)左江流域最有影響力的指標(biāo)進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。

1.1 自然因子的選擇

生態(tài)脆弱性取決于自然因子對(duì)地表物質(zhì)運(yùn)動(dòng)能力的影響，根據(jù)主導(dǎo)性和易獲性原則，提出左江流域生態(tài)環(huán)境自然因子評(píng)價(jià)指標(biāo)：坡度、地形粗糙度長度、降水、土壤和植被覆蓋因子。

1.1.1 坡度。坡度對(duì)生態(tài)環(huán)境有重要影響，不同坡度下的生態(tài)環(huán)境對(duì)外力作用響應(yīng)的強(qiáng)弱不同。左江流域地形區(qū)域差異顯著，由于受邊緣山脈十萬大山、大青山、西大明山、四方嶺的影響，地勢(shì)西面略高，向東傾斜，四面山岳環(huán)繞，中部被左江及其支流切割，形成錯(cuò)綜分布的丘陵谷底和巖溶谷底。根據(jù)左江流域地形與坡度特點(diǎn)，將坡度和生態(tài)脆弱性關(guān)系劃分為5級(jí)（表1）。

1.1.2 地形粗糙度長度。地形粗糙度長度地形粗糙度長度是由于地形起伏而產(chǎn)生的，被應(yīng)用于許多山區(qū)地域的相關(guān)研究，在此引入生態(tài)脆弱性研究。地形粗糙度長度使用Smith-Carson 方程表示：

其中，Z0H為因地形起伏產(chǎn)生的地形粗糙度長度，△H 為距離L范圍內(nèi)的海拔高程差。

在ArcGIS的Spatial Analyst模塊支持下，利用數(shù)字高程模型DEM（90m×90m），采用Focal函數(shù)分別計(jì)算3×3窗口的最大高程值和最小高程值，通過公式（1）進(jìn)行柵格運(yùn)算求出左江流域地形粗糙度長度，得出其分布圖。將地形粗糙度長度和生態(tài)脆弱性的關(guān)系劃分為5級(jí)（表1）。

1.1.3 年均降雨量。左江流域處于亞熱帶，受季風(fēng)氣候影響濕熱多雨，年均降水量1 281.6mm-2 024.5mm。降雨量充沛，但時(shí)空分布不均，常以暴雨形式集中于夏季，6月-8月降水量占全年降雨量的48.8%-50%。利用左江流域及其周邊氣象監(jiān)測(cè)站的多年降雨量資料，通過GIS空間插值運(yùn)算得出左江流域年均降水分布圖。將降水因子和生態(tài)脆弱性的關(guān)系劃分為5級(jí)（表1）。

1.1.4 土壤可蝕性K值。土壤質(zhì)地對(duì)風(fēng)化過程、風(fēng)化產(chǎn)物、土壤類型及其抗侵蝕能力都有重要影響。左江流域土壤類型多樣，按照第二次土壤普查的分類標(biāo)準(zhǔn)，左江流域土壤主要有水稻土、磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、黃棕壤、紫色土、石灰土、紅粘土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、濱海鹽土、新積土、硅質(zhì)白粉土和火山灰土等類型。土壤質(zhì)地特別是A層質(zhì)地區(qū)域差異較大，從而對(duì)生態(tài)脆弱性產(chǎn)生不同影響。通過對(duì)左江流域主要土類A（腐殖質(zhì)層）、B（淀積層）層土壤采樣調(diào)查和資料統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各類土壤可蝕性K 值（土壤侵蝕因子，主要由自身的理化特性決定）。根據(jù)不同土壤可蝕性K值差異，將左江流域各主要土壤類型K值與生態(tài)脆弱性關(guān)系劃分為5級(jí)（表1）。

1.1.5 植被指數(shù)。左江流域植被類型多樣復(fù)雜，同類植被種類繁多，同科植被種類也非常之多，主要植被由林地、灌木叢、各種草類構(gòu)成。植被指數(shù)是反映地表植被覆蓋狀況的有效指標(biāo)之一。當(dāng)植被覆蓋度在25%～80%之間時(shí)，NDVI隨植被覆蓋量呈線性增加，因此利用植被指數(shù)NDVI可以有效測(cè)定植被覆蓋程度。采用RE影像（5m×5m）（2012年10月）校正拼接成全流域遙感影像，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖，確定植被覆蓋因子對(duì)生態(tài)脆弱性的影響度，對(duì)不同分類的植被指數(shù)進(jìn)行分級(jí)賦值，制作植被覆蓋圖。根據(jù)植被指數(shù)的不同，將左江流域植被指數(shù)與生態(tài)脆弱性關(guān)系劃分為5級(jí)（表1）。

圖1 坡度分級(jí)

圖2 地形粗糙度長度分級(jí)

圖3 降水分級(jí)

圖4 土壤可蝕性K值分級(jí)

圖5 植被指數(shù)分級(jí)

圖6 人口密度分級(jí)

圖7 墾殖指數(shù)分級(jí)

圖8 公路密度分級(jí)

圖9 左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)

1.2 人文因子的選擇

通過對(duì)左江流域的實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，左江流域的生態(tài)環(huán)境受到極大破壞的原因，主要是因?yàn)槿丝诘牟粩嘣龆?、?duì)耕地的不斷開采、逐漸增多的公路建設(shè)等等，這些極具破壞性的活動(dòng)使得當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境越來越脆弱。

1.2.1 人口密度。單位面積土地上居住的人口數(shù)。它是表示區(qū)域人口密集程度的指標(biāo)，通常以每平方千米或每公頃內(nèi)的常住人口為計(jì)算單位。左江流域平均人口密度為116人/km2，屬于人口密集區(qū)，由于喀斯特地貌特征典型，所以在地形地貌方面比較零碎，生態(tài)環(huán)境能夠承受的破壞越來越低，人口容量逐漸減少。加之由于經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類對(duì)于土地資源的開采越來越多，對(duì)于森林濫砍濫伐，使得當(dāng)?shù)氐牡乇碇脖辉獾絿?yán)重的破壞，造成極為嚴(yán)重的水土流失。將人口密度和生態(tài)脆弱性的關(guān)系劃分為5級(jí)（表1）。

1.2.2 墾殖指數(shù)。指一國或一地區(qū)已開墾種植的耕地面積占土地總面積的百分比，是衡量一個(gè)地區(qū)土地資源開發(fā)利用程度的指標(biāo)。左江流域是典型的喀斯特地貌，能進(jìn)行耕地的土地非常少。但是隨著人口的不斷增多，人們對(duì)于土地的分配由于自身利益的問題所以產(chǎn)生較多的矛盾，因此為了自身利益問題，逐漸開發(fā)了丘陵甚至江河源頭地區(qū)的坡耕地，導(dǎo)致環(huán)境受到很大的破壞，水土流失較為嚴(yán)重。墾殖指數(shù)較好地反映墾殖對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾。根據(jù)左江流域情況，將墾殖指數(shù)和生態(tài)脆弱性的關(guān)系劃分5級(jí)（表1）。

1.2.3 公路密度。指每平方公里的公路里程數(shù)。今年來，隨著經(jīng)濟(jì)的全球發(fā)展化，廣西北部灣開發(fā)區(qū)的建設(shè)和中國—東盟自由貿(mào)易區(qū)的建設(shè)，促進(jìn)了左江流域公路的開發(fā)。但是同時(shí)也嚴(yán)重影響了該地區(qū)的地理形貌，使得該區(qū)域發(fā)生公路沿線崩滑坡等自然災(zāi)害，公路兩邊的森里草地也受到不同程度的破壞和較大干擾公路密度較好地反映了這一現(xiàn)象，從而把公路密度和生態(tài)脆弱性的關(guān)系分為5級(jí)（表1）。

目前，國內(nèi)關(guān)于評(píng)價(jià)因子的分級(jí)并沒有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，所以本文結(jié)合左江流域的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，得到左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)等級(jí)和指標(biāo)（表1）。

2 綜合評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn)

2.1 評(píng)價(jià)因子權(quán)重的確定和評(píng)價(jià)方法

左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)是綜合考慮生態(tài)環(huán)境自然因子和人文因子基礎(chǔ)上的綜合評(píng)價(jià)，采用層次分析法（AHP）求出每個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重（表1），其CR=0.051＜0.1，具有滿意的一致性。

采用加權(quán)求和的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行左江流域生態(tài)脆弱性綜合評(píng)價(jià)，如公式（2）所示。

式中，F(xiàn) 為評(píng)價(jià)指數(shù)， ri為評(píng)價(jià)因子，bi為評(píng)價(jià)因子權(quán)重。

2.2 基于GIS的評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)

左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)通過GIS的空間疊合分析來實(shí)現(xiàn)。在ARCGIS軟件中將各原始評(píng)價(jià)因子單要素柵格化，生成單因子要素柵格圖，根據(jù)量化分級(jí)結(jié)果（表1）進(jìn)行柵格標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值，運(yùn)用“Raster Calculator”進(jìn)行柵格疊加運(yùn)算，然后運(yùn)用Natural Breaks方法分級(jí)得到生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)圖（圖9）。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

“微度脆弱區(qū)”，主要分布在左江和黑水河上游的喀斯特谷地以及江州區(qū)北部的西大明山區(qū)域，面積達(dá)3 040.80km2，占流域總面積的15.08%，在該類型區(qū)內(nèi)土壤類型主要為覆蓋較厚的紅壤，砂頁巖層較薄，坡度較小，地勢(shì)平緩，植被覆蓋度高，生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定，抗干擾能力較強(qiáng)。

“輕度脆弱區(qū)”，主要分布左江流域中上游的各縣（區(qū)）以及耕種條件較好的喀斯特巖溶區(qū)，面積5 576.93km2，占流域總面積的27.66%。在該類型區(qū)內(nèi)坡度不大，降雨充沛，生態(tài)環(huán)境處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，地表物質(zhì)的風(fēng)蝕和水蝕作用很輕，生態(tài)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

“中度脆弱區(qū)”，主要分布于十萬大山北部，龍州縣、大新縣和天等縣的中北部，面積5 153.73km2，占流域總面積的25.56%。該類型區(qū)坡度較陡，土壤薄，保水性差，并存在著人為的作用。雖然這種區(qū)域在生態(tài)環(huán)境上受到了一定的破壞，但產(chǎn)生的破壞力不足以影響到生態(tài)系統(tǒng)。面對(duì)這種破壞生態(tài)系統(tǒng)有一定的自我恢復(fù)能力。

“強(qiáng)度脆弱區(qū)”，主要分布在西大明山和四方嶺之間，左江和明江流域石漠化嚴(yán)重的喀斯特巖溶地區(qū)，橫貫整個(gè)流域的中部，面積3 756.24km2，占流域總面積的18.63%。該類型區(qū)海拔較高，生態(tài)環(huán)境比較惡劣，加上長期以來受到人為的一些破壞，使得該地區(qū)水土流失的情況較為嚴(yán)重。而該地區(qū)自我恢復(fù)能力比較弱，因此該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境基本處于退化狀態(tài)。

表1 左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)等級(jí)和權(quán)重

“極度脆弱區(qū)”，主要分布于崇左—扶綏峰林石山區(qū)、龍羅—羅白孤峰石山臺(tái)地和砂頁巖低山丘陵區(qū)、龍津喀斯特盆地，即左江、明江、響水河和汪莊河流域的巖石裸露度高的石漠化地區(qū)，面積2 632.76km2，占流域總面積13.06%。該類型區(qū)地層由灰?guī)r和砂頁巖構(gòu)成，土層薄，保水性差，植被覆蓋度低，加之人為干擾強(qiáng)，造成人為作用下的水蝕和溝蝕等侵蝕加速，生態(tài)環(huán)境退化嚴(yán)重。

左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)圖在一定程度上反映了左江流域生態(tài)脆弱性的空間分布特征。從圖中可以看出，左江流域生態(tài)環(huán)境基本上處于良好狀態(tài)，“微度脆弱”和“輕度脆弱”的類型區(qū)面積占流域總面積的42.75%，“強(qiáng)度脆弱”和“極度脆弱”的類型區(qū)面積占31.69%，在這些地區(qū)，人類不合理的資源開發(fā)利用極易加劇區(qū)域的生態(tài)脆弱性，導(dǎo)致石漠化和水土流失等生態(tài)環(huán)境問題的凸顯。

結(jié)語

左江流域生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)是自然因子和人文因子的綜合評(píng)價(jià)。通過引入RS、GIS和AHP技術(shù)，使得出的結(jié)果更加客觀，更加讓人信服。鑒于左江流域地域環(huán)境特征較為明顯，產(chǎn)生變異的可能性較高，環(huán)境能承受的破壞日益降低，穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，因此提出以下建議：在進(jìn)行環(huán)境開發(fā)利用之前，必須對(duì)該生態(tài)環(huán)境作出價(jià)值評(píng)估和保護(hù)規(guī)劃，對(duì)于一些脆弱地區(qū)或承受破壞比較脆弱的地區(qū)開發(fā)資源時(shí)須謹(jǐn)慎，特別是喀斯特巖溶地區(qū)開展生態(tài)農(nóng)業(yè)和觀光農(nóng)業(yè)；要加大生態(tài)環(huán)境建設(shè)力度，實(shí)行退耕還林還草，減少坡耕地的開采，治理水土流失；對(duì)極度脆弱區(qū)建立生態(tài)文明保護(hù)區(qū)，并列入國家安全建設(shè)治理工程計(jì)劃內(nèi)，以此確保生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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