基于GIS的星云湖流域生態(tài)敏感性評價

李益敏, 管成文, 朱 軍

(1.云南大學(xué) 資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院, 昆明 650500; 2.云南省高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室, 昆明 650034)

基于GIS的星云湖流域生態(tài)敏感性評價

李益敏1,2, 管成文1,2, 朱 軍1,2

(1.云南大學(xué) 資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院, 昆明 650500; 2.云南省高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室, 昆明 650034)

基于GIS技術(shù)，根據(jù)星云湖流域主要生態(tài)問題選取6個因子，采用多因子加權(quán)求和模型對星云湖流域生態(tài)敏感性及其空間分布進(jìn)行了評價分析，并按生態(tài)敏感性評價值將研究區(qū)劃分為高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、低度敏感區(qū)和不敏感區(qū)4個等級。結(jié)果表明：研究區(qū)高度敏感、中度敏感、低度敏感和非敏感區(qū)域面積分別為104.08 km2，124.52 km2，102.78 km2，39.30 km2；中度及以上敏感區(qū)面積約為228.60 km2，占流域總面積的61.67%，生態(tài)敏感性總體較高，空間上主要分布在江城鎮(zhèn)、星云湖及其湖濱和雄關(guān)鄉(xiāng)等；建議將高度敏感區(qū)劃定為生態(tài)保護(hù)區(qū)加以重點保護(hù)，中度敏感區(qū)劃定為控制發(fā)展區(qū)，低度敏感區(qū)和非敏感區(qū)為適宜發(fā)展區(qū)。評價結(jié)果能較好地反映流域綜合生態(tài)敏感性空間分布特征，可作為流域土地資源開發(fā)建設(shè)和環(huán)境規(guī)劃與保護(hù)的依據(jù)，并為高原湖泊流域開展類似研究提供參考。

生態(tài)敏感性; GIS; 星云湖流域; 高原湖泊流域

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對自然環(huán)境變化和人類活動干擾的反映程度，表征發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和可能性大小或生態(tài)因子對外界壓力或外界干擾適應(yīng)的能力[1-2]。生態(tài)敏感性分析是從另一個側(cè)面來分析生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,是從否定與批判的角度來實現(xiàn)對生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)[3]。國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)敏感性給予關(guān)注，國外有關(guān)研究主要集中在濕地和濕地植物對于氣候變化的敏感性[4-5]、雨林對選擇采伐的生態(tài)敏感性[6]，水文系統(tǒng)對氣候變化的敏感性[7]，海岸帶及大陸架生態(tài)敏感性等方面[8]、自然保護(hù)區(qū)劃定[9]等。如2010年，Eggermont等通過研究湖泊對氣候變暖的生態(tài)敏感性，發(fā)現(xiàn)氣候變暖導(dǎo)致了魯文佐里山脈湖泊生態(tài)脆弱性[5]，2008年，Rossi P等通過棲息地生態(tài)敏感指數(shù)、生態(tài)系統(tǒng)壓力價值指數(shù)和人口壓力指數(shù)的評價來劃定自然保護(hù)區(qū)[9]。國內(nèi)對生態(tài)系統(tǒng)敏感性的研究日益重視,評價指標(biāo)已從單一生態(tài)敏感性問題發(fā)展到生態(tài)敏感性綜合評價，但研究多集中于某一生態(tài)問題、城市或大尺度上的研究[10-16]；研究方法已經(jīng)從定性發(fā)展到定量評價方法，特別是GIS等技術(shù)應(yīng)用到生態(tài)敏感性評價方法中，實現(xiàn)評價結(jié)果的定量定位化研究。劉軍會等[10]針對陸地生態(tài)系統(tǒng)土地沙化、土壤侵蝕和石漠化等典型生態(tài)問題，構(gòu)建評價指標(biāo)和評價模型，開展生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評價。定量揭示中國陸地生態(tài)環(huán)境敏感程度和地域分布差異，并劃定生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)的保護(hù)紅線控制區(qū)域；楊月圓等[11]從土壤侵蝕、石漠化、生物多樣性、地質(zhì)災(zāi)害、水環(huán)境5個方面,開展了云南省土地生態(tài)敏感性評價；如魏偉等[12]采用ArcGIS區(qū)統(tǒng)計方法，選取水土流失、土壤鹽漬化、土壤沙漠化、生物多樣性四個指標(biāo)定量評價石羊河流域土地生態(tài)敏感性；朱東國等[15]基于山地生態(tài)特征和人為活動狀況，運用遙感和GIS技術(shù)，采用因子加權(quán)疊加法，選取高程、坡度、植被覆蓋、水域和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等5個因子對張家界市域進(jìn)行綜合生態(tài)敏感性評價；呂遠(yuǎn)洋等[16]采用多因子綜合分析法，選取水力侵蝕敏感性、凍融侵蝕敏感性、沙漠化敏感性、石漠化敏感性指標(biāo)對川西高原進(jìn)行生態(tài)敏感性評價。

針對流域生態(tài)敏感性的研究主要集中于江、河流域?qū)用鎇17-20]，而對湖泊流域生態(tài)敏感性的研究則較少，對高原湖泊流域生態(tài)敏感性的研究則鮮見報道。湖泊流域內(nèi)高強度的人類活動和高速發(fā)展的社會經(jīng)濟已經(jīng)給許多湖泊造成生境退化、生物多樣性喪失、水體富營養(yǎng)化等生態(tài)安全問題[3]。開展湖泊生態(tài)敏感性分析以揭示流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)對人類活動反應(yīng)的敏感程度，反映出流域內(nèi)發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的時空分布格局，敏感性高的區(qū)域容易產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境問題，是生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)的重點，評價對于湖泊流域防治和保護(hù)具有重要意義。

云南省約30%的GDP來源于九大高原湖泊，高原湖泊流域經(jīng)濟對云南省的經(jīng)濟發(fā)展起到了巨大推動作用[21]。城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，使高原湖泊流域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生巨大的變化，流域的脆弱性、敏感性與適應(yīng)能力等問題已經(jīng)成為政府和科學(xué)界關(guān)注的重要方向。星云湖是云南省九大高原湖泊之一，也是云南省環(huán)境保護(hù)重點整治保護(hù)的三大湖泊之一，其生態(tài)遭到相當(dāng)程度的破壞，重點表現(xiàn)在：星云湖已進(jìn)入湖沼發(fā)育的中晚期，泥沙淤積湖中，降低了供水蓄水能力，縮短了湖泊壽命，加快了湖泊老化；湖水受農(nóng)業(yè)、生活和工業(yè)影響，水污染嚴(yán)重；植被涵養(yǎng)能力差、部分區(qū)域水土流失嚴(yán)重，不能很好地發(fā)揮涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)氣候的作用，保護(hù)及恢復(fù)其生態(tài)具有重要的意義，同時星云湖流域是云南省高生態(tài)敏感區(qū)，對星云湖流域生態(tài)敏感性評價有重要的現(xiàn)實意義。目前對于高原湖泊流域生態(tài)敏感性研究較少，對高原湖泊流域生態(tài)敏感性的研究尤為重要而迫切。本研究以星云湖流域為研究區(qū)域，采用單因子與多因子相結(jié)合的評價體系，結(jié)合星云湖流域現(xiàn)狀，基于GIS的空間分析、柵格運算與疊加方法，以30 m柵格單元作為敏感性評價的單位，完成對星云湖流域生態(tài)敏感性評價，為星云湖流域生態(tài)保護(hù)、土地利用規(guī)劃的制定和實施提供科學(xué)的依據(jù)，并為相似地形地貌高原湖泊展開類似研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

星云湖流域位于云南省玉溪市江川區(qū)境內(nèi)，地理位置為東經(jīng)102°45′—102°48′，北緯24°17′—24°23′。流域總面積為371.10 km2，包括大街、江城、路居、雄關(guān)、前衛(wèi)、安化6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，截至2014年底，流域總?cè)丝跀?shù)為19.75萬人(資料來源：星云湖流域水污染綜合防治“十二五”規(guī)劃)。東臨華寧縣，西接玉溪，南與通海接壤，北與晉寧、澄江兩縣為鄰。海拔最高點2 648 m，海拔最低點1 690 m。流域內(nèi)山區(qū)半山區(qū)約占65%，壩區(qū)占35%，水域占14%。流域內(nèi)生態(tài)問題突出，南北部山區(qū)水土流失嚴(yán)重，星云湖污染嚴(yán)重。湖水主要靠地表徑流和湖面降水補給。2000年前星云湖水質(zhì)較好，為Ⅲ類水質(zhì)；2000年后，全湖水質(zhì)迅速下降為Ⅳ，V類，2003—2016年基本已處于V類與劣V類(星云湖流域水污染綜合防治“十三五”規(guī)劃)。本地區(qū)屬中亞熱帶半干燥高原季風(fēng)氣候，平均氣溫15.6℃，年降雨量700～1 100 mm。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

論文數(shù)據(jù)包括1∶5萬江川區(qū)DEM數(shù)據(jù)，玉溪市和江川區(qū)行政界線矢量圖，星云湖流域邊界數(shù)據(jù)，2014年江川區(qū)高分一號影像數(shù)據(jù)矢量化并到實地驗證得到2014年江川區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)、土壤侵蝕分布和水域紙質(zhì)圖矢量化。矢量化在ArcGIS 10.3環(huán)境下進(jìn)行，空間地理配準(zhǔn)的均方根誤差控制在0.5個像元內(nèi)；所有矢量數(shù)據(jù)投影坐標(biāo)系為Beijing_1 954_GK_Zone_18 N下，柵格大小為30 m×30 m。應(yīng)用ENVI 5.1軟件分析影像，經(jīng)過輻射定標(biāo)與大氣校正，借助Basic Tool→Transform→NDVI 功能經(jīng)過歸一化等處理得到植被覆蓋度指標(biāo)，并利用校正后的植被覆蓋度圖對由DEM得到坡度圖等；星云湖流域山區(qū)和壩區(qū)的生態(tài)敏感性因子權(quán)重不同，根據(jù)山區(qū)、壩區(qū)定義和本文研究的實際將水域劃入壩區(qū)進(jìn)行評價分析，數(shù)字化得到山區(qū)和壩區(qū)邊界矢量數(shù)據(jù)；土地利用分類參照全國《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，將研究區(qū)土地利用劃分為耕地、園地、林地、草地、水域、沼澤地、建設(shè)用地和未利用地8種類型。社會經(jīng)濟及農(nóng)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于2014年《江川區(qū)統(tǒng)計年鑒》。

2.2 湖泊流域評價指標(biāo)體系構(gòu)建

2.2.1 構(gòu)建原則 我國湖泊水體嚴(yán)重污染已經(jīng)成為常態(tài)，湖泊流域生態(tài)敏感，以保護(hù)湖泊水質(zhì)健康和水生態(tài)安全為主要目的構(gòu)建評價指標(biāo)系統(tǒng)，評價指標(biāo)應(yīng)全面真實反映研究區(qū)環(huán)境、資源、社會和生態(tài)等基本特征，評價指標(biāo)體系是一個多屬性、多層次的體系，因此，構(gòu)建敏感性評價指標(biāo)體系要遵循系統(tǒng)相關(guān)性、系統(tǒng)層次性、系統(tǒng)整體性和系統(tǒng)綜合性等原則，分析湖泊生態(tài)系統(tǒng)對各種自然和人類活動干擾的敏感程度?？紤]到高原湖泊地形地貌特征的復(fù)雜性，在山區(qū)和壩區(qū)的生態(tài)問題不同，敏感性程度也不同，本研究提出將研究區(qū)分為山區(qū)和壩區(qū)，分別確定各因子在山區(qū)和壩區(qū)的權(quán)重，分析的結(jié)果更能反映出區(qū)域特色，更具科學(xué)性、針對性和可操作性。

2.2.2 湖泊流域生態(tài)敏感性評價體系 生態(tài)敏感性評價是根據(jù)研究區(qū)所存在的主要生態(tài)問題及其形成機制，通過分析影響各主要生態(tài)環(huán)境問題敏感性的主導(dǎo)因素，評價特定生態(tài)環(huán)境問題敏感性及其空間分布特征,對區(qū)域主要生態(tài)環(huán)境問題的敏感性進(jìn)行綜合評價[14]。星云湖是云南重點保護(hù)的三個湖泊之一，針對星云湖流域，本研究結(jié)合地形地貌特征和人類干擾等因素考慮評價因子，分別從單因子評價與多個因子綜合評價兩方面來考慮。其中單因子評價部分參考楊月圓等對云南省[11]的研究、研究區(qū)實際情況和數(shù)據(jù)的可得性選取土壤侵蝕、生物多樣性、地質(zhì)災(zāi)害、水環(huán)境作為評價的一級指標(biāo)因子。參考原國家環(huán)?？偩种贫ǖ摹渡鷳B(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》(2003)中關(guān)于省級區(qū)域生態(tài)敏感性評價指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合星云湖流域生態(tài)特點，確定各因子分級標(biāo)準(zhǔn)，將各單因子敏感性劃分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感4級。詳見表1。

(1) 土壤侵蝕敏感性評價。星云湖流域每年大量的水土流失造成了生態(tài)環(huán)境的破壞。本文針對土壤侵蝕選擇由江川區(qū)環(huán)保局提供的土壤侵蝕分布圖數(shù)字化得到的土壤侵蝕分布矢量，土壤侵蝕強度分為高度侵蝕、中度侵蝕、輕度侵蝕和微度侵蝕。分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

(2) 生物多樣性敏感性評價。生物多樣性能表征重要物種的棲息地對人類活動的敏感程度。特殊的地形地貌和復(fù)雜的氣候環(huán)境雖然賦予了星云湖流域豐富的物種資源,但同時也帶來種群稀、數(shù)量少、分區(qū)區(qū)域小、生態(tài)適應(yīng)能力低、對外界的感染非常敏感等不利影響[11]。一旦遇到自然災(zāi)害和人為破壞,物種就很容易陷入瀕危境地甚至滅絕,而生物多樣性喪失，對生態(tài)環(huán)境造成的影響是十分突出的。本文參考相關(guān)研究[18]選擇土地利用類型和植被覆蓋度評價生物多樣性。其中土地利用類型由江川區(qū)國土資源局提供的土地利用現(xiàn)狀圖數(shù)字化得到；一般而言，植被覆蓋度越高的地方能為生物提供良好生態(tài)環(huán)境，其中植被覆蓋度為零的區(qū)域有建設(shè)用地、水域、交通用地等，但是針對湖泊流域，水域作為生物多樣性高度敏感區(qū)。植被覆蓋度數(shù)據(jù)源為ETM，以ENVI 5.1軟件得到，具體計算公式如下:

(1)

式中：C為植被覆蓋度；NDVI，NDVImax，NDVImin分別代表最大、最小的歸一化植被指數(shù)值[22]。

(3) 水環(huán)境的敏感性評價。星云湖流域是江川區(qū)重要的工農(nóng)業(yè)活動最強區(qū)域和動植物多樣性豐富區(qū)，人類活動對水源環(huán)境的干擾強，流域內(nèi)高強度的人類活動和高速發(fā)展的社會經(jīng)濟已經(jīng)給湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致星云湖水體污染嚴(yán)重，為了湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康及功能的可持續(xù)性，減輕星云湖水體的污染為目的構(gòu)建水環(huán)境的敏感性評價。相關(guān)部門已對其周圍規(guī)劃建立湖濱濕地帶，湖泊周圍有大量居民點和農(nóng)田分布是造成湖泊水體污染的主要原因，距離水源越近對水體的潛在污染越大，生態(tài)敏感性越高。通過參考相關(guān)文獻(xiàn)[17]和本研究區(qū)實際情況，以500 m為緩沖單元做三級緩沖，分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

(4) 地質(zhì)災(zāi)害的敏感性評價。星云湖流域地形起伏度較大，海拔高差958 m；坡度陡，易發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。評價地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度有利于更準(zhǔn)確地進(jìn)行流域生態(tài)環(huán)境敏感性分區(qū)。參考相關(guān)研究[11,18]，選擇坡度和災(zāi)害易發(fā)性為主要評價因子。其中災(zāi)害易發(fā)性由江川區(qū)國土資源局提供的災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，經(jīng)過配置、校正、數(shù)字化得到的矢量。坡度是由DEM圖提取。分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 星云湖流域生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系

2.3 評價方法

運用GIS技術(shù)，根據(jù)表1所示，對土壤侵蝕、生物多樣性、水環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害各個敏感性因子的生態(tài)敏感性貢獻(xiàn)分為高度敏感、中度敏感、低度敏感和非敏感并分別賦值4，3，2，1。本文根據(jù)流域的地形地貌，在山區(qū)和壩區(qū)的生態(tài)問題不同，敏感性程度也不同，提出將研究區(qū)分別山區(qū)和壩區(qū)(包含水域)，并運用層次分析法分別確定單因子分別在山區(qū)和壩區(qū)的權(quán)重。

運用層次分析法確定權(quán)重，方法分為以下4步：(1) 建立層次結(jié)構(gòu)分析模型;(2) 采用1～9標(biāo)度法對評價指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣;(3) 進(jìn)行層次單排序和層次總排序及其一致性檢驗;(4) 根據(jù)分析計算結(jié)果，考慮相應(yīng)的決策。兩兩重要性程度之比的形式表示出兩個評價指標(biāo)的相對重要性等級。對因子的評價決定各個因子在山區(qū)和壩區(qū)的貢獻(xiàn)大小，本研究結(jié)合已有資料、現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)及室內(nèi)解譯結(jié)果，并結(jié)合專家打分法，采用1～9及其倒數(shù)的標(biāo)度進(jìn)行每兩指標(biāo)間的相對比較，對判斷矩陣各項指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，最終經(jīng)過YAAHP 軟件計算得出結(jié)果。權(quán)重結(jié)果見表2。

表2 山區(qū)和壩區(qū)單因子權(quán)重

根據(jù)上文單因子生態(tài)敏感性評價和層次分析法確定的權(quán)重，在ArcGIS環(huán)境下運用多因子加權(quán)求和模型(公式2),并采用自然斷裂法對疊加結(jié)果進(jìn)行空間聚類，最終確定星云湖流域生態(tài)敏感性的等級和分布。

(2)

式中：Pj表示第j個柵格像元的綜合生態(tài)敏感性評價值；Aij表示第i個指標(biāo)上第j個柵格像元上的生態(tài)敏感性貢獻(xiàn)值；Wj表示第j個指標(biāo)的生態(tài)敏感性權(quán)重值；n表示柵格像元個數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子敏感性評價

3.1.1 土壤侵蝕敏感性評價 星云湖流域土壤侵蝕敏感性評價中，見圖1A和表3所示，主要以非敏感區(qū)為主，面積為242.83 km2，占流域總面積的63.42%。根據(jù)分析，在各類敏感區(qū)域中，最危險的區(qū)域是高度和中度敏感區(qū)，主要分布在江城鎮(zhèn)、路居鎮(zhèn)、大街鎮(zhèn)和雄關(guān)鄉(xiāng)等地區(qū)。這些區(qū)域主要是植被覆蓋低、坡度較大、土地利用類型主要為耕地(旱地)地區(qū)。

3.1.2 生物多樣性敏感性評價 流域經(jīng)濟的發(fā)展伴隨著巨大的生態(tài)環(huán)境被破壞，生物多樣性銳減。評價結(jié)果見圖1B和表3，生物多樣易受影響的地區(qū)主要分布在星云湖、雄關(guān)鄉(xiāng)、江城鎮(zhèn)北部等地區(qū)，面積為84.54 km2，占流域總面積的21.87%；較為穩(wěn)定的地區(qū)主要分布在大街鎮(zhèn)(主要以江川區(qū)城區(qū))、前衛(wèi)鎮(zhèn)等地區(qū)，主要土地利用類型為建設(shè)用地、耕地，面積為170.76 km2，占流域總面積的44.17%。

3.1.3 水環(huán)境的敏感性評價 整個流域的生產(chǎn)、生活用水大部分來源于星云湖，水環(huán)境的安全至關(guān)重要。評價結(jié)果見圖1C和表3，高度敏感區(qū)面積為193.7 km2，占流域總面積的50.12%，影響水環(huán)境的區(qū)域主要是分布在其周圍的城鎮(zhèn)。非敏感區(qū)面積為21.93 km2，占流域總面積的5.67%，從這個角度來看，水環(huán)境安全對于整個流域的生態(tài)安全起到核心作用。

3.1.4 地質(zhì)災(zāi)害的敏感性評價 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生的地區(qū)主要分布在江城鎮(zhèn)、大街鎮(zhèn)、雄關(guān)鄉(xiāng)地區(qū)，主要為坡度較大，植被覆蓋度低，易發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)，面積為57.08 km2，占流域總面積的15.27%，也可以從圖1D看出，大都分布在山區(qū)。

3.2 綜合生態(tài)敏感性評價

根據(jù)以上單因子分析,在GIS技術(shù)支持下,利用多因子加權(quán)求和模型,對土壤侵蝕敏感性評價圖、生物多樣性敏感性評價圖、水環(huán)境敏感性評價圖和地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價圖進(jìn)行加權(quán)疊加運算,得到星云湖流域生態(tài)綜合敏感程度,并將它劃分為不敏感、低度敏感、中度敏感和高敏感4個等級(圖2)，和最后星云湖流域綜合生態(tài)敏感性評價(表3)。經(jīng)過統(tǒng)計分析，星云湖流域敏感性總體較高(中度和高度敏感區(qū))，面積為228.60 km2，占流域總面積的61.67%，主要分布在江城鎮(zhèn)、星云湖及其緩沖區(qū)、雄關(guān)鄉(xiāng)等。

圖1 單因子敏感性評價結(jié)果表3 單因子及綜合敏感性評價結(jié)果

高度敏感區(qū)面積為104.08 km2，占流域總面積的28.08%，主要土地利用類型為林地、水域、沼澤地等，是星云湖流域最為脆弱的生態(tài)環(huán)境區(qū)，極易受到人為干擾，而且一旦破壞很難短期恢復(fù)，此類區(qū)域可作為生態(tài)保護(hù)區(qū)。對于星云湖而言，目前星云湖水污染嚴(yán)重，其污染主要來自于其周圍的耕地，農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，需調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，以降低農(nóng)業(yè)帶來的污染；其次加大對星云湖的湖濱帶建設(shè)，并加強保護(hù)力度。對于林地,應(yīng)當(dāng)進(jìn)行保山育林，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,避免人為干擾。

中度敏感區(qū)面積為124.52 km2，占流域總面積的33.59%，主要為草地、部分林地、部分耕地區(qū)域，它包圍著高度敏感區(qū)，對維護(hù)高度敏感區(qū)的生態(tài)整體性具有關(guān)鍵作用,是高度敏感區(qū)的重要保護(hù)屏障。中度敏感區(qū)屬于較脆弱的生態(tài)環(huán)境區(qū)，較易遭受人為干擾，從而造成生態(tài)系統(tǒng)的擾動與不穩(wěn)定，此類區(qū)域可以作為控制發(fā)展區(qū)。對于中度敏感區(qū)，應(yīng)當(dāng)提高區(qū)域森林覆蓋率，促進(jìn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如較高經(jīng)濟收入的果園、城鎮(zhèn)及湖泊防護(hù)林地和培育風(fēng)景樹苗圃基地等。

低度敏感區(qū)面積為102.78 km2，占流域總面積的27.73%，是中度敏感區(qū)和非敏感區(qū)的過渡地帶,對于發(fā)展林地效率相對較低，但具有一定的抗干擾能力，是高度敏感區(qū)的一道隔離帶。主要為耕地、較少部分林地和城鎮(zhèn)公園休閑娛樂的區(qū)域。此區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響不大,可作為適宜發(fā)展區(qū),可進(jìn)行強度較大的開發(fā),但必須嚴(yán)格控制“三廢”。該區(qū)除了進(jìn)行生態(tài)林種植外，可發(fā)展有經(jīng)濟收入的工業(yè)用材林、園地、發(fā)展畜牧業(yè),以及局部性的農(nóng)業(yè)活動。

非敏感區(qū)39.30 km2，占流域總面積的10.60%，主要為人類生產(chǎn)、生活區(qū)，該區(qū)主要為流域各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集中區(qū)和人類居住區(qū)，是流域居民生存和發(fā)展的基礎(chǔ)條件，從這個角度看，該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展遠(yuǎn)大于生態(tài)保護(hù)，經(jīng)濟發(fā)展為主生態(tài)保護(hù)為輔，也作為適宜發(fā)展區(qū)。在生活區(qū)應(yīng)當(dāng)努力改善城鎮(zhèn)生態(tài)狀況，創(chuàng)造良好的人居環(huán)境，為居民提供游憩休閑園地，完善城市可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施；在生產(chǎn)區(qū)應(yīng)盡可能地調(diào)整優(yōu)化該區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局，發(fā)展低污染高經(jīng)濟效益的種植結(jié)構(gòu)，降低農(nóng)業(yè)所帶來的污染。

圖2 星云湖流域綜合生態(tài)敏感性等級

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

本文分析了影響星云湖流域生態(tài)環(huán)境的主要因子，并建立了生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系；根據(jù)星云湖流域的地形地貌，提出將研究區(qū)分為山區(qū)和壩區(qū)；借助層次分析法確定了生態(tài)因子分別在山區(qū)和壩區(qū)的權(quán)重，減少了主觀因素的影響，增加了評價的客觀性和科學(xué)性；利用GIS技術(shù)進(jìn)行了高原湖泊星云湖流域生態(tài)敏感性評價，并對各生態(tài)敏感區(qū)提出初步的功能區(qū)劃定及其管理意見，主要結(jié)論如下：(1) 本文選取土壤侵蝕強度、土地利用類型、植被覆蓋度、距水源距離、坡度、災(zāi)害易發(fā)性6個二級指標(biāo)，構(gòu)建了流域生態(tài)敏感性評價指標(biāo)，并基于GIS技術(shù)進(jìn)行評價，評價結(jié)果能較好地反映流域綜合生態(tài)敏感性空間特征，并對其進(jìn)行定量分析和制圖表達(dá)，且結(jié)果可作為該地區(qū)的土地資源開發(fā)建設(shè)和環(huán)境規(guī)劃與保護(hù)的依據(jù)，并為相似地形地貌高原湖泊展開類似研究提供參考。

(2) 評價結(jié)果將星云湖流域分為不同的單一型敏感區(qū)和綜合型敏感區(qū)，能為環(huán)境保護(hù)、土地開發(fā)和地質(zhì)災(zāi)害防治工作的實施提供科學(xué)依據(jù)，利于達(dá)到因地制宜的目的。單一型敏感區(qū)主要包括江城鎮(zhèn)、大街鎮(zhèn)、雄關(guān)鄉(xiāng)和星云湖及其湖濱等，這些地區(qū)單一的生態(tài)敏感性等級較高，應(yīng)有針對性地制定防御措施；綜合型生態(tài)敏感區(qū)主要分布在江城鎮(zhèn)、星云湖及其湖濱和雄關(guān)鄉(xiāng)等，這些地區(qū)生態(tài)特性復(fù)雜，是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點。

總之，星云湖流域由于其獨特的地理位置、地形因素、海拔因素等，人類活動對自然環(huán)境的影響很大，生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀較差，且星云湖流域生態(tài)非敏感區(qū)少，一旦破壞自我修復(fù)能力弱，易發(fā)展成高度敏感、中度敏感，生態(tài)環(huán)境急劇惡化，應(yīng)引起足夠的重視。

4.2 討 論

(1) 指標(biāo)體系選取過程中，沒有考慮單位面積GDP、人口密度等人文因子。就本研究區(qū)的單位面積GDP主要集中產(chǎn)生于城鎮(zhèn)，其多少很難直接與影響區(qū)域生態(tài)敏感性相聯(lián)系，例如一些高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對生態(tài)環(huán)境影響不大。人口密度主要考慮到難以將其對區(qū)域生態(tài)敏感性的影響落實到具體空間上去。

(2) 選取的6個二級指標(biāo)較準(zhǔn)確和全面地反映星云湖最主要的生態(tài)問題,簡易的指標(biāo)體系能起到快速評價的作用。然而受限于研究資料,仍有值得改進(jìn)之處。生物多樣性敏感性評價選擇土地利用類型和植被覆蓋度評價總體來看可以反映，但嚴(yán)格來說應(yīng)考慮物種的生境來評價生物多樣性敏感性，如斑塊、基質(zhì)、廊道等。

致謝:江川區(qū)政府、江川區(qū)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、統(tǒng)計、環(huán)保等部門為本文資料收集提供了幫助，特此致謝。

[1] 歐陽志云,王效科,苗鴻.中國生態(tài)環(huán)境敏感性及其區(qū)域差異規(guī)律研究[J].生態(tài)學(xué)報,2000,20(1):9-12.

[2] 楊志峰,徐俏,何孟常,等.城市生態(tài)敏感性分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2002,22(4):360-364.

[3] 李中強,王雙玲,楊梅,等.基于生態(tài)敏感性分析的湖泊保護(hù)與利用:以湖北省斧頭湖為例[J].長江流域資源與環(huán)境,2010,19(6):714-718.

[4] Carrington D P,Gallimore R G,Kutzbach J E.Climate sensitivity to wetlands and wetland vegetation in mid-Holocene North Africa[J]. Climate Dynamics,2001,17(2/3):151-157.

[5] Eggermont H, Verchuren D. Limnological and ecological sensitivity of Rwenzori mountain lakes to climate warming[J]. Hydrobiologia, 2010,648(1) 123-142.

[6] Horne R,Hickey J.Ecological sensitivity of Australian rainforests to selective logging[J]. Australian Journal of Ecology,1991,16(1):119-129.

[7] Muzik I.Sensitivity of Hydrologic Systems to Climate Change[J]. Canadian Water Resources Journal, 2001,26(2):233-252.

[8] Rodriguez E,Vila L.Ecological sensitivity atlas of the argentine continental shelf[J]. International Hydrographic Review,1992,69(2):47-53.

[9] Rossi P, Pecci A. Coupling indicators of ecologieal value and ecological sensitivity with indicators of demograhpic Pressure in the demarcation of new areas ti be Protected:The case of the Oltrepo Pavese and the Ligurian-Emilian Apennine area(Italy)[J]. Landdscape and Urban Planning, 2008,85(1):12-26.

[10] 劉軍會,高吉喜,馬蘇,等.中國生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)評價[J].自然資源學(xué)報,2015,30(10):1607-1616.

[11] 楊月圓,王金亮,楊丙豐.云南省土地生態(tài)敏感性評價[J].生態(tài)學(xué)報,2008,28(5):2253-2260.

[12] 魏偉,石培基,周俊菊,等.基于區(qū)統(tǒng)計方法的石羊河流域土地生態(tài)敏感性評價[J].水土保持研究,2015,22(6):240-244.

[13] 劉智慧,周忠發(fā),郭賓.貴州省重點生態(tài)功能區(qū)生態(tài)敏感性評價[J].生態(tài)科學(xué),2014,33(6):1135-1141.

[14] 李東梅,高正文,付曉,等.云南省生態(tài)功能類型區(qū)的生態(tài)敏感性[J].生態(tài)學(xué)報,2010,30(1):138-145.

[15] 朱東國,謝炳庚,陳永林.基于生態(tài)敏感性評價的山地旅游城市旅游用地策略:以張家界市為例[J].經(jīng)濟地理,2015,35(6):184-189.

[16] 呂遠(yuǎn)洋,劉志紅,葉幫蘋,等.川西高原精細(xì)化生態(tài)敏感性評價[J].水土保持研究,2016,23(1):272-277.

[17] 楊世凡,安裕倫,王培彬,等.貴州赤水河流域生態(tài)紅線區(qū)劃分研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2015,24(8):1405-1411.

[18] 李德旺,李紅清,雷曉琴,等.基于GIS技術(shù)及層次分析法的長江上游生態(tài)敏感性研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2013,(05):633-639.

[19] 周雨露,楊永峰,袁偉影,等.基于GIS的濟南小清河流域生態(tài)敏感性分析與評價[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2016,31(3):50-56.

[20] 馬琪.陜北無定河流域生態(tài)敏感性十年變化評價[D].西安:西北大學(xué),2013.

[21] 王佳旭.高原湖泊流域人居環(huán)境生態(tài)敏感性評價及空間優(yōu)化研究[D].昆明:云南大學(xué),2015.

[22] 王志濤,門明新,崔江慧.沽源縣未利用地生態(tài)重要性空間識別及其地形梯度特征分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2016,24(2):256-264.

GIS-BasedEcologicalSensitivityAnalysisinXingyunLakeBasin

LI Yimin1,2, GUAN Chengwen1,2, ZHU Jun1,2

(1.CollegeofResourceEnvironmentandEarthScience,YunnanUniversity,Kunming650091,China;2.KeyLaboratoryofPollutionProcessandManagementofLakeBasininYunnanProvince,Kunming650034,China)

Geographical Information System(GIS), and multi factor weighted sum model were used to analyze the ecological sensitivity and its distribution by selecting regionally representative factors according to environmental background in Xingyun Lake Basin. Four classes of ecological sensitivity ranging from high to low were generated: high sensitivity zone, moderate sensitivity zone, low sensitivity zone and non-sensitivity zone. The results indicate that the area percentages of the four classes are 104.08 km2, 124.52 km2, 102.78 km2and 39.30 km2, respectively. The area of high sensitive area and moderately sensitive area are 228.60 km2, accounting for 61.67% of the total area of the basin, which shows that ecological sensitivity in Xingyun Lake Basin is. The high ecological sensitivity mainly distributes in Jiangcheng town, Xiongguan township, Xingyun Lake and its rural area. It is suggested that the highly sensitive areas should be designated as the ecological protection areas, and the moderate sensitive areas should be defined as the control areas, the low sensitive areas and the non sensitive areas should be planned as the suitable development areas. The evaluation results can reflect the comprehensive ecological sensitivity of catchment characteristics, can be used in the area of land resources development and environmental construction, and provide the reference for similar topography of plateau lakes.

ecological sensitivity; GIS; Xingyun Lake Basin; plateau lake basin

2017-01-09

：2017-03-28

云南省高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室開放基金資助項目“高原湖泊流域關(guān)鍵生態(tài)用地識別技術(shù)及空間優(yōu)化研究”(KH100992)

李益敏(1965—),女(白族),云南省昆明市人,學(xué)士,教授,主要從事山地環(huán)境與發(fā)展研究。E-mail:648119611@qq.com

X171.1

：A

：1005-3409(2017)05-0266-06