基于ArcGIS的山東省濰坊市蔡家溝村生態(tài)敏感性差異分析

張寒　王浩程　王琳

摘要：生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對環(huán)境問題干擾的難易程度，是制定景觀規(guī)劃的重要參考。本研究選取影響蔡家溝村生態(tài)環(huán)境的5個影響因子（高程、坡度、水域、用地類型和植被覆蓋度），運用層次分析法（AHP），結(jié)合ENVI土地利用類型提取和ArcGIS加權(quán)疊加分析技術(shù)，對蔡家溝村生態(tài)敏感性進行評價分析，最終獲取蔡家溝村在不同敏感性因子影響下的空間分布，并進行功能分區(qū)。結(jié)果顯示：蔡家溝村生態(tài)敏感性在不同空間分布上具有顯著差別，極高敏感區(qū)、高敏感區(qū)、中敏感區(qū)、低敏感區(qū)和非敏感區(qū)所占總面積比分別是6.10%、22.54%、37.56%、26.09%、7.71%。根據(jù)生態(tài)敏感性評價和功能分區(qū)的結(jié)果，提出蔡家溝村生態(tài)規(guī)劃的相關(guān)措施，以期推動鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GIS;生態(tài)敏感性;ArcGIS加權(quán)疊加分析;功能分區(qū);山東省濰坊市蔡家溝村

中圖分類號：S127文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2020）05-0092-08

Abstract Ecological sensitivity reflects the degree of ecosystem responding to the external disturbance， and it is an important basis for developing landscape plan. In this study， five factors affecting the ecological environment including elevation， slope， water， land use type and vegetation coverage were selected to comprehensively assess the ecological sensitivity of Caijiagou Village， Weifang City， Shandong Province using the analytic hierarchy process （AHP） method combined with ENVI land use type extraction technology and ArcGIS weighted superposition analysis technology. Finally， the spatial distribution of ecological sensitivity of Caijiagou Village was obtained under the influence of different factors and the functional zoning was carried out. The results showed that the ecological sensitivity of Caijiagou Village was significantly different in spatial distribution. The extremely sensitive， highly sensitive， medium sensitive， low sensitive and non-sensitive areas were 6.10%， 22.54%， 37.56%， 26.09% and 7.71%， respectively. According to the results of ecological sensitivity evaluation and functional zoning， relevant measures for ecological planning of Caijiagou Village were proposed to promote the sustainable development of rural ecological environment.

Keywords GIS;Ecological sensitivity;ArcGIS weighted superposition analysis;Functional zoning;Caijiagou Village of Weifang City in Shandong Province

優(yōu)良的景觀生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。經(jīng)濟的快速發(fā)展和不合理的土地開發(fā)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境日趨惡化，進而影響人類的生存[1]。隨著我國生態(tài)意識的不斷增強，生態(tài)修復(fù)理念日益受到重視。規(guī)劃合理的生態(tài)環(huán)境保護措施是當(dāng)前環(huán)境治理普遍采用的策略。

生態(tài)敏感性是生態(tài)系統(tǒng)面臨人類活動干擾的適應(yīng)性，是生態(tài)環(huán)境問題所發(fā)生的可能性[2-5]，包括地質(zhì)災(zāi)害、土地沙化、水體污染、物種多樣性等方面。作為生態(tài)環(huán)境修復(fù)的重要參考，生態(tài)敏感性對區(qū)域環(huán)境的評價和研究具有重要意義。近年來，生態(tài)敏感性的研究方法和評價體系不斷創(chuàng)新，并在生態(tài)城市的要素評價[6]、景觀格局規(guī)劃[7-9]、環(huán)境承載力評估[10]等方面得以應(yīng)用。丁振民等[11]運用經(jīng)濟學(xué)理論構(gòu)建生態(tài)敏感性評價模型，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的實際值與預(yù)測值之比的絕對值作為區(qū)域生態(tài)敏感性評價指數(shù)。劉軍會等[12]針對土地沙漠化等環(huán)境問題開展生態(tài)敏感性研究工作，揭示敏感性的空間差異。研究對象從單一生態(tài)環(huán)境問題拓展到宏觀大尺度生態(tài)環(huán)境問題[13，14]。Wiik等[15]對Hawes湖沉積物、葉綠素、水生生物群落等的變化進行監(jiān)測和分析，論證了Hawes湖富營養(yǎng)化程度與生態(tài)敏感性間的關(guān)系。Li等[16]將空間彈性理念引入生態(tài)規(guī)劃，并著重于生態(tài)敏感性評價、水質(zhì)安全及植被覆蓋等方面的研究。目前，國內(nèi)生態(tài)敏感性研究尺度日趨精細(xì)，包括省[17]、市/區(qū)[18-21]、縣[22，23]、鎮(zhèn)[24]域等，多集中于鎮(zhèn)域規(guī)模以上的區(qū)域，對村莊尺度生態(tài)敏感性的研究較少，研究方法和標(biāo)準(zhǔn)尚未成體系。

3.1.3 水域水域是對人為干擾相對敏感的因子之一，也是生態(tài)環(huán)境的基本元素，水域可以很好地反映研究區(qū)的生態(tài)敏感性。由圖3、表4可見，研究區(qū)域內(nèi)水域高敏感區(qū)的面積為24.32 hm2，占總面積的17.17%，主要分布在村域的河溝和水渠;非敏感區(qū)面積為97.72 hm2，占總面積的69.00%，分布在村域全境;中敏感區(qū)面積為19.58 hm2，占總面積的13.83%。可見，距離水體越近，生態(tài)敏感性越高，需設(shè)立緩沖區(qū)加強對水域的保護。

3.1.4 用地類型蔡家溝村的用地類型主要包括水體、林地、園地、耕地、草地、建筑用地和未利用地，土地利用生態(tài)敏感性分析結(jié)果見圖4、表4。極高、高敏感區(qū)面積16.59 hm2，占總面積的11.72%，且分布相對集中，主要因為蔡家溝村的水域范圍較少。中敏感區(qū)面積為105.79 hm2，占總面積的74.70%，遍布于除中部外的其他區(qū)域，用地類型以耕地為主。低、非敏感區(qū)面積為19.24 hm2，占總面積的13.58%，低敏感區(qū)用地類型主要包括園地、草地等農(nóng)用地，而非敏感區(qū)用地類型為建筑用地和其他未開發(fā)用地，主要分布在居住區(qū)和道路附近?？傮w來說，該村域土地利用類型敏感性程度中等，作為蔡家溝村優(yōu)良生態(tài)本底的中部地區(qū)應(yīng)加強生態(tài)保護，其他地區(qū)在科學(xué)有效的生態(tài)規(guī)劃下可適當(dāng)開發(fā)建設(shè)。

3.1.5 植被覆蓋度蔡家溝村整體植被覆蓋度較低，其中，耕地面積所占比例最大，多分布于村域西部、南部及東南部地區(qū);林地集中于中部地區(qū)，草地零散分布于全村。植被覆蓋度敏感性分析結(jié)果見圖5、表4。其中，非、低敏感區(qū)面積分別為12.84 hm2和18.86 hm2，分別占總面積的9.07%和13.32%;中敏感區(qū)面積為31.91 hm2，占總面積的22.53%;高、極高敏感區(qū)面積分別為44.40 hm2和33.61 hm2，分別占總面積的31.35%、23.73%。耕地分布越廣闊的區(qū)域敏感性越高，因此，極高、高敏感區(qū)附近的耕地等農(nóng)用地應(yīng)著重保護，不宜開發(fā)建設(shè)。

3.2 綜合敏感性分析

利用GIS的空間分析功能，根據(jù)已確定的各因子權(quán)重對蔡家溝村單因子生態(tài)敏感性分布圖疊加，得到蔡家溝村綜合生態(tài)敏感性分布圖[36-38]。蔡家溝村綜合生態(tài)敏感性評價指數(shù)（S）介于1.14～7.85之間，采用Nature Breaks法，將該指數(shù)區(qū)間劃分為5個分級標(biāo)準(zhǔn)，從而將蔡家溝村劃分為5類生態(tài)敏感區(qū)（圖6），其中，1.14

綜合分析表4、表5可知，蔡家溝村生態(tài)敏感性以低敏感和中敏感為主，兩者占村域總面積的63.65%，主要是林地和部分耕地。極高和高敏感區(qū)占總面積的28.64%，其中，極高敏感區(qū)主要分布在水域和坡度較大的地區(qū)，占總面積的6.10%;高敏感區(qū)主要是高程較高地區(qū)和水體周邊的緩沖區(qū)，占總面積的22.54%。非敏感區(qū)占總面積的7.71%，在村域內(nèi)零星分布，主要集中于居住區(qū)、道路及其周邊區(qū)域。

蔡家溝村是農(nóng)業(yè)村，耕地面積大，自然景觀豐富。優(yōu)良的生態(tài)景觀是蔡家溝村發(fā)展的優(yōu)勢，因此，可以借助自然景觀發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，在維護村域生態(tài)基底的同時，提升蔡家溝村的經(jīng)濟實力。

3.3 生態(tài)分區(qū)

根據(jù)蔡家溝村綜合生態(tài)敏感性研究結(jié)果，提取蔡家溝村生態(tài)框架，以在該框架下進行分區(qū)保護或開發(fā)，結(jié)果將蔡家溝村劃分為保護區(qū)、限建區(qū)和適建區(qū)（圖7）。生態(tài)保護區(qū)包括極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)，面積為40.56 hm2，占總面積的比例為28.64%;中敏感區(qū)劃歸限制建設(shè)區(qū)，面積為53.19 hm2，占總面積的37.56%;適建區(qū)包括低敏感區(qū)和非敏感區(qū)，面積為47.87 hm2，占總面積的33.80%。表明，蔡家溝村三分之一左右的區(qū)域可以進行合理的生態(tài)規(guī)劃，可適當(dāng)與原有的景觀生態(tài)相結(jié)合，合理促進生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;同時要對村莊西北部和東部地區(qū)加強生態(tài)保護，進而實現(xiàn)全村經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)論與建議

通過5個單一生態(tài)因子敏感性分析及綜合敏感性分析，得出研究區(qū)蔡家溝村的生態(tài)敏感性空間分布規(guī)律。蔡家溝村整體生態(tài)敏感性較高，空間分布差異較大。區(qū)位方面，村域東部和西部區(qū)域較高，中部區(qū)域較低;評價因子方面，水域及周邊緩沖區(qū)敏感性較高，建筑用地較低。極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)占全村總面積比例分別為6.10%和22.54%;中敏感區(qū)和低敏感區(qū)占全村總面積比例分別為37.56%和26.09%;非敏感區(qū)占全村總面積的7.71%。

極高和高敏感區(qū)敏感反應(yīng)程度強，修復(fù)能力差，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，容易受到人為干擾，短期內(nèi)難以恢復(fù)，不宜開發(fā)，應(yīng)重點保護。極高、高敏感區(qū)主要分布在坡度較大區(qū)域、水體緩沖區(qū)及高程較高的地區(qū)，可開辟為生態(tài)保護區(qū)，建立人工濕地，用于涵養(yǎng)水源和維持水土，同時結(jié)合景觀植物造景的相應(yīng)原理，達(dá)到生態(tài)性與觀賞性的統(tǒng)一;同時，蔡家溝村的過境河道應(yīng)建立河道緩沖區(qū)，搭建河流廊道，避免周圍環(huán)境對河道造成破壞，河流廊道結(jié)合人工濕地，構(gòu)建成村域的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以此維持蔡家溝村生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

中度敏感區(qū)能在一定程度上承受人為干擾和開發(fā)，但容易受到人為活動的影響，要遵循既開發(fā)又保護的理念，并控制一定的范圍，例如農(nóng)業(yè)用地、林地、濕地以及水體緩沖區(qū)等應(yīng)重點保護，杜絕開發(fā)。對于中度敏感區(qū)的其他地域，應(yīng)在生態(tài)保護的基礎(chǔ)上，發(fā)展農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟，例如建立景觀生態(tài)公園，發(fā)展特色農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)家樂、鄉(xiāng)村觀光旅游等產(chǎn)業(yè)。此舉既可以發(fā)展經(jīng)濟，又可以增加村域的大型景觀斑塊，從而提高生態(tài)環(huán)境承載力和抵御自然災(zāi)害的能力。

低敏感區(qū)和非敏感區(qū)植被覆蓋度相對較低，主要由居住區(qū)、道路、水工建筑和未利用地等構(gòu)成，包括部分園地和林地。低敏感區(qū)要注重土地建設(shè)的生態(tài)化，部分園地和林地加以保護，禁止占用，其他用地類型需在已有構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強水文和植被的建設(shè)，力求達(dá)到構(gòu)筑物的景觀化，同時要謹(jǐn)防“三廢”污染對低敏感區(qū)的影響。非敏感區(qū)要進行科學(xué)合理的規(guī)劃，首先應(yīng)合理利用蔡家溝村水資源和土壤資源，對于被污染的水體和貧瘠的土壤環(huán)境，應(yīng)利用工程或生物措施加以修復(fù)和改善，例如篩選適合蔡家溝村環(huán)境的農(nóng)業(yè)資源作物，提升作物逆境生長的能力;其次要加強村莊的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善道路交通、住房建筑等條件，大力發(fā)展休閑旅游度假項目，促使蔡家溝村經(jīng)濟與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 李益敏，管成文，郭麗琴，等. 基于生態(tài)敏感性分析的江川區(qū)土地利用空間格局優(yōu)化配置[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2018， 34（20）： 267-276.

[2] 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）： 10-13.

[3] 戰(zhàn)明松，朱京海. 基于生態(tài)敏感性評價的本溪青云山景區(qū)空間規(guī)劃[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2019， 30（7）： 2352-2360.

[4] 張寧，榮麗華. 基于GIS的城市邊緣區(qū)生態(tài)敏感性的量化分析——以呼和浩特市榆林鎮(zhèn)為例[J]. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2016， 35（1）： 46-52.

[5] 多美麗. 景觀生態(tài)在土地利用規(guī)劃中的應(yīng)用[D]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)， 2012.

[6] Singh S. Ecocity elements in the traditional settlement of Kirtipur in Kathmandu Valley[J]. Sustainable Development， 2016， 24： 394-405.

[7] Chi Y， Zhang Z， Gao J， et al. Evaluating landscape ecological sensitivity of an estuarine island based on landscape pattern across temporal and spatial scales[J]. Ecological Indicators， 2019， 101： 221-237.

[8] 邱彭華，徐頌軍，謝跟蹤，等. 基于景觀格局和生態(tài)敏感性的海南西部地區(qū)生態(tài)脆弱性分析[J]. 生態(tài)學(xué)報，2007， 27（4）： 1257-1264.

[9] 袁沫汐，彭玉玲，林愛文，等. 老撾沙灣水經(jīng)濟區(qū)生態(tài)用地利用評價[J]. 水土保持通報， 2017， 37（1）： 234-240.

[10]史娜娜，全占軍，韓煜，等. 基于生態(tài)敏感性評價的烏海市土地資源承載力分析[J]. 水土保持研究， 2017， 24（1）： 239-243.

[11]丁振民，姚順波. 區(qū)域生態(tài)敏感性評估的理論框架與模型設(shè)計——以陜西省為例[J]. 地理研究， 2019， 38（8）： 2085-2098.

[12]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.

[13]李永格，李宗省，馮起，等. 基于生態(tài)紅線劃定的祁連山生態(tài)保護性開發(fā)研究[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2019， 39（7）： 2343-2352.

[14]Eggermont H， Verschuren D， Audenaert L， et al. Limnological and ecological sensitivity of Rwenzori mountain lakes to climate warming[J]. Hydrobiologia， 2010， 648（1）：123-142.

[15]Wiik E， Bennion H， Sayer C D， et al. Ecological sensitivity of marl lakes to nutrient enrichment： evidence from Hawes Water， UK[J]. Freshwater Biology， 2015， 60（11）： 2226-2247.

[16]Li Y F， Shi Y L， Qureshi S， et al. Applying the concept of spatial resilience to socio-ecological systems in the urban wetland interface[J]. Ecological Indicators， 2014， 42：135-146.

[17]Dai X， Li Z， Lin S， et al. Assessment and zoning of eco-environmental sensitivity for a typical developing province in China[J]. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment， 2012， 26（8）：1095-1107.

[18]Wang Y， Gao J X， Zou C X， et al. Identifying ecologically valuable and sensitive areas： a case study analysis from China[J]. Journal for Nature Conservation， 2017， 40： 49-63.

[19]管青春，郝晉珉，王宏亮，等. 經(jīng)濟轉(zhuǎn)型視角下礦產(chǎn)資源城市生態(tài)敏感性評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2018， 34（21）： 253-262， 311.

[20]甘琳，陳穎彪，吳志峰，等. 近20年粵港澳大灣區(qū)生態(tài)敏感性變化[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 2018， 37（8）： 2453-2462.

[21]馬聆蕭，李波. 生態(tài)敏感性與土地利用功能匹配程度研究：以青島西海岸新區(qū)為例[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2018， 54（3）： 412-419.

[22]康薇，王曉晴，張立強，等. 懷來縣未利用地開發(fā)生態(tài)敏感性研究[J]. 水土保持研究， 2018， 25（1）： 356-363.

[23]Zhang M W， Jin H J， Cai D S， et al. The comparative study on the ecological sensitivity analysis in Huixian karst wetland， China[J]. Procedia Environmental Sciences， 2010，2： 386-398.

[24]王浩程，王琳，衛(wèi)寶立. 基于GIS的特色小鎮(zhèn)生態(tài)敏感性研究——以山東營丘鎮(zhèn)為例[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2019， 49（8）： 100-107.

[25]王艷杰. 杭州歷史文化名城保護規(guī)劃實施評估[D]. 杭州：浙江工業(yè)大學(xué)， 2015.

[26]鄒建. 基于GIS的宣漢縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)研究[D]. 成都：成都理工大學(xué)， 2017.

[27]黃聰. 龍虎山風(fēng)景名勝區(qū)旅游用地生態(tài)評價[D]. 南昌：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2017.

[28]曹建軍，劉永娟. GIS支持下上海城市生態(tài)敏感性分析[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2010， 21（7）： 1805-1812.

[29]湯峰，張蓬濤，張貴軍，等. 基于生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的昌黎縣生態(tài)廊道構(gòu)建[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2018， 29（8）： 2675-2684.

[30]孔星河. “三生”約束下的湖北省農(nóng)地整治潛力評價及分區(qū)研究[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2018.

[31]黃美菱. 基于RS、GIS的都江堰市生態(tài)安全評價與生態(tài)熵研究[D]. 西安：長安大學(xué)， 2018.

[32]汪楚喬，陳柔君，吳磊，等. 宜興典型村落不同下墊面降雨徑流污染物排放特征[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報， 2016， 32（4）： 632-638.

[33]張強，馮悅，魏偉，等. 基于GIS的祁連山生態(tài)敏感性評價[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報， 2019， 19（3）： 1056-1064.

[34]江源通，田野，鄭拴寧. 海島型城市生態(tài)安全格局研究——以平潭島為例[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2018， 38（3）： 769-777.

[35]閆德洋，王琳，衛(wèi)寶立，等. 魯西北農(nóng)業(yè)小鎮(zhèn)生態(tài)敏感性評價研究[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2018， 48（5）： 102-110.

[36]穆媛芮，胡建團，郭潔，等. 西天山吐拉蘇地區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性評價[J]. 水土保持通報， 2012， 32（6）： 292-295， 317.

[37]吳愛林. 長江三角洲地區(qū)土地生態(tài)敏感性時空分析[D]. 上海：東華大學(xué)， 2017.

[38]王肅靖. 三門峽市耕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價[D].開封：河南大學(xué)， 2018.