基于GIS的廈漳泉閩南三角區(qū)生態(tài)敏感性分析

柳書常 李詩瑩 林歡 吳小剛

(福建農(nóng)林大學(xué) 園林學(xué)院，福建 福州 350002)

隨著我國城市化進程的加快，人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)活動以及行為模式對自然生態(tài)的穩(wěn)定產(chǎn)生了不同程度的影響。為加強人們對自然環(huán)境的重視與保護，促進未來城市與自然的和諧發(fā)展，生態(tài)敏感性評價作為一種客觀評價生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的有效方法被廣泛采用。生態(tài)敏感性指的是在一定自然環(huán)境條件下該地區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境受自然要素與人為要素影響所產(chǎn)生的環(huán)境變化、出現(xiàn)問題的可能與程度大小。生態(tài)敏感性越高的區(qū)域，越容易被破壞，面對人為損害的恢復(fù)能力就越差，因此，應(yīng)該對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境給予一定的重視與保護。

廈漳泉閩南三角區(qū)作為我國沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較為典型的區(qū)域，一直都扮演著海上絲綢之路起點的重要角色，但高速發(fā)展的經(jīng)濟使人們忽視了自然環(huán)境的保護建設(shè)，忽視了該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境平衡。本文旨在對廈漳泉閩南三角區(qū)進行生態(tài)敏感性評價分析，以因地制宜選擇合適的生態(tài)敏感性因子如土壤、植被、高程等，利用ArcGIS空間分析方法，對其生態(tài)的敏感程度進行測度，以期為閩南三角區(qū)的景觀規(guī)劃和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供建議和科學(xué)依據(jù)。

1 廈漳泉閩南三角區(qū)基本概況與研究方法

1.1 廈漳泉閩南三角區(qū)概況

本文的研究區(qū)域為福建省東南沿海一帶的廈漳泉(廈門、漳州、泉州)，是閩南三角地區(qū)，該區(qū)域也被譽為“閩南金三角”(見圖1)。閩南三角區(qū)與臺灣海峽相鄰，與臺灣隔海相望，作為極具活力的經(jīng)濟一體化產(chǎn)業(yè)區(qū)之一，發(fā)揮著重要作用。該區(qū)域的地勢從西北至東南呈降低的走勢。全區(qū)的海拔高度范圍處于1 800m以下，最高點高程為1 828m。其與長三角、珠三角、環(huán)渤海三角都屬于我國目前規(guī)模較大的沿海區(qū)域經(jīng)濟體，為區(qū)域及周邊地區(qū)帶來良好的經(jīng)濟效益。廈漳泉閩南三角區(qū)的氣候類型屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫在21℃左右，季節(jié)變化不大。截至2019年底，閩南三角區(qū)的土地總面積約25 603.61km2，常住人口約1 819萬人，GDP總量約20 683.53億元。福建省GDP總量的48.79%來自該地區(qū)，充分說明了閩南三角區(qū)作為沿海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，在城市建設(shè)、國家發(fā)展以及促進兩岸經(jīng)濟貿(mào)易合作、一帶一路戰(zhàn)略實施中發(fā)揮的重要作用[1-3]。

圖1 閩南三角區(qū)地理位置

1.2 生態(tài)評價因子的選擇

廈漳泉閩南三角區(qū)的生態(tài)敏感性主要受自然因素影響，因此本文從地形(高程、坡度)、土地利用類型、植被、土壤、河流水系幾方面展開對閩南三角區(qū)生態(tài)敏感性的研究和評價。

1.2.1 地形

地形條件對于植被的生存條件、物種的多樣性以及人們的行為情況都有很大的影響。本研究區(qū)域?qū)儆谘睾５貐^(qū)，歷史上洪澇水災(zāi)頻發(fā)?？紤]到隨著高程的增加溫度會逐漸下降，隨著坡度的升高物種多樣性也會逐漸減少，人們的行為活動也會越來越少，因此，本文選擇地形(高程、坡度)作為分析該區(qū)域生態(tài)敏感程度的因子。

1.2.2 土地利用類型

在城市開發(fā)建設(shè)過程中，土地利用的合理性同樣影響著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。若是土地利用的類型不恰當(dāng)，會造成一定程度上的人地矛盾，使得生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境敏感性增高。因此，本文選擇土地利用類型作為分析該區(qū)域生態(tài)敏感程度的因子。

1.2.3 植被

植被的覆蓋度能夠反映出植物的生長情況、群落豐富程度。植被覆蓋度與研究區(qū)內(nèi)植物的數(shù)目、植被的生長環(huán)境、群落的豐富程度均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，廈漳泉閩南三角區(qū)的植被類型以常綠闊葉林為主。因此，本文選擇植被覆蓋度作為分析該區(qū)域生態(tài)敏感程度的因子。

1.2.4 土壤

土壤侵蝕的程度越大，對于相關(guān)動植物的危害就越明顯，受到侵蝕的區(qū)域的生態(tài)敏感性也隨之升高。本研究區(qū)域位于沿海地段，受到潮汐變化以及冷暖氣流交替的影響，每年七八月份時常出現(xiàn)臺風(fēng)，該區(qū)域土壤所受侵蝕的主要因素為風(fēng)力與水力。因此，本文將土壤侵蝕(主要為風(fēng)力、水力侵蝕)作為評價該區(qū)域生態(tài)敏感程度的因子。

1.2.5 河流水系

科學(xué)研究表明，離水域距離越近的區(qū)域，其生態(tài)條件也就越優(yōu)良，物種的生存條件越好，生態(tài)敏感性也會隨之升高。廈漳泉閩南三角區(qū)有著豐富的水文資源，許多流量較大的河流水系流經(jīng)此處，比如漳州的九龍江，泉州的晉江、洛陽江等。這些自然水域江河普遍都對周邊區(qū)域帶來積極影響，對該地區(qū)的發(fā)展起到推進作用。因此，本文選擇河流水系(通過設(shè)立緩沖區(qū)的思路)作為分析該區(qū)域生態(tài)敏感程度的因子。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文研究所選取的數(shù)據(jù)來源如下：

(1)全區(qū)高程DEM的數(shù)據(jù)來源：地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn/search)中下載的GDEMV2，選取30m×30m分辨率的DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)作為制作高程、坡度模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)土地利用的數(shù)據(jù)來源：FROM-GLC(http://data.ess.tsinghua.edu.cn/)2017年的土地覆蓋數(shù)據(jù)。

(3)植被覆蓋度的數(shù)據(jù)來源：選取中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站2018年中國年度植被指數(shù)(NDVI)空間分布數(shù)據(jù)。

(4)土壤侵蝕數(shù)據(jù)來源：選取中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站1995年土壤侵蝕的空間分布數(shù)據(jù)。

(5)本文運用2019年閩南三角區(qū)行政區(qū)邊界數(shù)據(jù)，作為輔助數(shù)據(jù)。

1.4 研究方法

鑒于閩南三角區(qū)生態(tài)敏感性大部分是受自然因素所影響，因此選取了其中較為重要的幾個相關(guān)評價因子。參考國內(nèi)前沿學(xué)者所做的研究，將生態(tài)敏感性程度劃分成5個不同梯度等級，將生態(tài)敏感區(qū)分為5個不同程度的區(qū)域，并建立研究所需的評價指標(biāo)體系(見表1)。將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS10.2建立數(shù)據(jù)模型并形成GIS數(shù)據(jù)處理流程圖(圖2)。[1-3]

表1 閩南三角區(qū)生態(tài)敏感性評價因子及分級體系

圖2 GIS數(shù)據(jù)處理流程

在對閩南三角區(qū)進行敏感性綜合分析之前，本文采用層次分析法(AHP)對各個評價因子進行權(quán)重計算。該方法用于計算研究專家的得分權(quán)重，需要對其一致性進行檢查和分析。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 單因子生態(tài)敏感性

2.1.1 地形因子

閩南三角區(qū)從地勢地貌上看，呈現(xiàn)西北高東南低的遞減特征。由于城市建設(shè)以及人類活動需要占據(jù)較大的平原、地勢較低丘陵、盆地或者是河谷，從高程因子分析發(fā)現(xiàn)，整體來說生態(tài)敏感性并不高。高、極高敏感類型的區(qū)域占整個研究區(qū)域的6.63%，主要分布在該地區(qū)西部一些較高的山體，且呈現(xiàn)較為零散的分布，其余均為中及以下敏感區(qū)(見表2、圖3)。

表2 高程因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

圖3 高程因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

閩南三角區(qū)處在多山地、丘陵地貌，因此，坡度成為影響土地使用以及評價生態(tài)敏感性的重要指標(biāo)因子。本文根據(jù)城市建設(shè)的要求以及閩南三角區(qū)的現(xiàn)狀地勢地貌，對坡度因子進行分析，結(jié)論為：在坡度因子上，整體上生態(tài)敏感性處于較高敏感的程度。中高與極高程度敏感分區(qū)的面積占研究區(qū)的67.92%，主要集中分布在研究區(qū)的西部的山地以及北部的丘陵。不敏感區(qū)以及低敏感區(qū)分別占研究區(qū)域的6.39%、25.69%，分布在東部平原地帶以及南部沿海地區(qū)(見表3、圖4)。

圖4 坡度因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

表3 坡度因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

綜合上述高程以及坡度因子的分析發(fā)現(xiàn)，閩南三角區(qū)的西北側(cè)山地，雖從高程因子分析上大部分還是處于中低敏感區(qū)，但由于坡度的變化在高程較低的地方還是存在比較敏感的區(qū)域，由此看出，該研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)是相對較不穩(wěn)定的。

2.1.2 土地利用類型因子

從整體上看，閩南三角區(qū)的土地利用類型因子敏感程度較高。其中，中、高、極高敏感區(qū)面積占研究區(qū)域總面積的87.95%，幾乎覆蓋整個研究區(qū)域，主要利用類型為林地以及水域。不敏感區(qū)以及低敏感區(qū)面積分別占11.93%、0.11%，主要分布于廈門市大部分地區(qū)、漳州市北部一角以及泉州市沿海一帶的城市建設(shè)用地以及一些裸地(見表4、圖5)。

圖5 土地利用類型因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

表4 土地利用類型因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

閩南三角區(qū)的土地利用類型具有多元性，其中包括耕地、林地、城市建設(shè)用地、水域、園地、草地、裸地、濕地。由于林地占閩南三角區(qū)總面積的絕大部分，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，在進行開發(fā)建設(shè)時，需要注意以“生態(tài)優(yōu)先”為首要原則，切忌破壞原有林地資源，挑戰(zhàn)資源的底線，從而保護生態(tài)敏感區(qū)。

2.1.3 土壤侵蝕因子

閩南三角區(qū)的土壤受到侵蝕的因素以水力為主，伴隨著輕度風(fēng)力侵蝕。從整體上看，閩南三角區(qū)土壤侵蝕因子生態(tài)敏感性較低。其中，不敏感區(qū)、低敏感區(qū)面積占研究區(qū)域總面積高達(dá)98.49%，大部分區(qū)域都只受到微度水力的侵蝕。其余的中、高、極高敏感區(qū)零星覆蓋在研究區(qū)域的一些受侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域。其中，漳州市極高敏感區(qū)相對較多(見表5、圖6)。

圖6 土壤侵蝕因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

表5 土壤侵蝕因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

由于閩南三角區(qū)的林地分布較多，且破壞程度較輕，建設(shè)用地主要分布在沿海以及少部分山區(qū)中，雖因地理位置常常受到風(fēng)力、水力的侵害，但由于植被豐富，對于土壤起到了一定保護作用，因此，水土流失程度一般。在生態(tài)建設(shè)工作中，應(yīng)注意保持原有植被，嚴(yán)禁過度開墾與放牧等活動，避免如長江流域這樣的地區(qū)由于植被破壞，使得水力、風(fēng)力這些客觀潛在因素隨時爆發(fā)從而破壞土壤。

2.1.4 植被覆蓋因子

閩南三角區(qū)植被覆蓋的水平較高，因為受到亞熱帶溫暖濕潤氣候的影響，區(qū)域內(nèi)主要以自然植被為主。閩南三角區(qū)在植被覆蓋因子分析中，從整體上看，中、高以及極高敏感類型的敏感分區(qū)面積在研究區(qū)中占比高達(dá)92.85%，占據(jù)了研究區(qū)大部分的面積。而不敏感區(qū)以及低敏感區(qū)占比分別為0.74%、6.42%，分布在廈門市域以及泉州市域的沿海一帶(見表6、圖7)。

圖7 植被覆蓋因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

表6 植被覆蓋因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

植被覆蓋度是相對較為重要的評價因子之一。在整個閩南三角區(qū)中，植被覆蓋的程度總體較好。但不難發(fā)現(xiàn)，廈門市幾乎全市的植被覆蓋度在整個研究區(qū)中處于較弱地位。可以看出，雖然廈門市的城市建設(shè)在三座城市中是較為突出的，但對于植被的保護利用卻是在這三座城市中處于弱勢地位。因此，在進行城市開發(fā)與建設(shè)同時,要注意及時保護原始植被覆蓋度高的地區(qū),并在一定程度上盡力恢復(fù)受損地區(qū)的植被覆蓋度,以提高植被覆蓋率,減少因土壤侵蝕導(dǎo)致水土流失的潛在危害的發(fā)生。

2.1.5 水系因子

閩南三角區(qū)有眾多流量較大的河流，例如晉江、九龍江等，但由于多流經(jīng)高低不平地勢，水域沒有明確的集中區(qū)域，更多的是散落分布著大大小小的水庫。水系評價因子從整體上看，該區(qū)域的生態(tài)敏感性呈現(xiàn)較低的狀態(tài)。其中低敏感以及不敏感類型的生態(tài)敏感分區(qū)面積在研究區(qū)總面積中占比69.31%，主要是覆蓋于該區(qū)域的南、北、西地勢較高的山地。而高、極高敏感區(qū)面積占總比重的9.49%，主要分布在區(qū)域的東部沿海地區(qū)與中部低矮平原區(qū)河流水庫集中處(見表7、圖8)。

圖8 水系因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

表7 水系因子的單因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

就整個閩南三角區(qū)而言，越靠近水域的區(qū)域其經(jīng)濟活動越頻繁，相對應(yīng)的區(qū)域城市化水平就較高，尤其是水系下游地段。但越靠近水系，如泉州、漳州等主城區(qū)，其生態(tài)敏感性也就越高。因此，在直面于水系周邊區(qū)域的時候，首先應(yīng)減少不必要的建設(shè)活動，其次應(yīng)加強對周邊區(qū)域水土流失的治理與防護，盡可能做到在保護中建設(shè)、在建設(shè)中保護。

2.2 綜合生態(tài)敏感性

2.2.1 生態(tài)敏感因子權(quán)重的確定

本文在國內(nèi)學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，采用層次分析法合理確定各因子的權(quán)重。具體步驟如下：

依據(jù)高程、坡度、水系緩沖區(qū)、土地利用類型、土壤侵蝕、植被覆蓋度6個因子，構(gòu)建六階判斷矩陣(見表8)，利用層次分析法進行研究，對各個特征向量進行獲取和分析，再計算出各因子對應(yīng)的權(quán)重值(見表9)。本研究針對所做的六階判斷矩陣計算得到的CI值為0.036，查表得到對應(yīng)的RI值為1.260，計算得到CR值為0.029<0.1。因此，可以判斷六階矩陣滿足一致性檢驗，計算出的權(quán)重是一致的。[5-7]

表8 各因子六階判斷矩陣

表9 AHP層次分析結(jié)果

2.2.2 綜合生態(tài)敏感性分析

總體上，閩南三角區(qū)的生態(tài)敏感性從綜合角度上程度較高，表現(xiàn)為西高東低、北高南低的空間規(guī)律。極高敏感和高敏感類型分區(qū)面積在研究區(qū)面積中占比為75.66%，其中極高敏感區(qū)分布呈現(xiàn)點狀分散，但同時密度也較高，兩區(qū)均分布在閩南三角區(qū)的林地區(qū)域；中敏感類型分區(qū)面積在研究區(qū)總面積中占比為18.86%，主要分布于泉州市的東部、廈門市的中部、漳州市的東部以及南部；不敏感和低敏感類型分區(qū)面積在研究區(qū)總面積中占比5.48%，主要分布在這幾座城市的東南沿海地帶與洼地平原地區(qū)，都是固有的城市建設(shè)用地(見表10、圖9)。

圖9 閩南三角區(qū)綜合因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

表10 閩南三角區(qū)綜合因子生態(tài)敏感性分析結(jié)果

在城市建設(shè)、生態(tài)保護的過程中，需要注意的是極高、高敏感區(qū)均為生態(tài)極其脆弱的區(qū)域，若人類活動過多，便會破壞生態(tài)脆弱區(qū)，且在短時間內(nèi)不易恢復(fù)。因此，在研究區(qū)域內(nèi)有1 869 278.03hm2的面積(約占75.66%)需要提高恢復(fù)力度，加強重點保護，其中448 478.14hm2宜嚴(yán)禁建設(shè)活動，維持原有生態(tài)多樣性。中敏感區(qū)作為生態(tài)比較脆弱的區(qū)域面積為465 827.56hm2，占18.86%。它雖被允許發(fā)展，但容易在人為的干擾下對環(huán)境產(chǎn)生相應(yīng)的影響與傷害，即使可以進行自我修復(fù)，過程卻較為緩慢，所以針對此類地區(qū)應(yīng)該合理控制開發(fā)利用，因地制宜進行建設(shè)。低、不敏感類型分區(qū)面積為135 381.55hm2，占研究區(qū)域總面積的5.48%。作為對生態(tài)環(huán)境影響并不大的區(qū)域，可進行建設(shè)強度較大的工程，但也不能隨意建設(shè)開發(fā)，仍需要按照建設(shè)環(huán)境生態(tài)指標(biāo)來進行有原則有措施的可持續(xù)的開發(fā)建設(shè)。

3 結(jié)語

生態(tài)敏感性分析評價是通過對研究區(qū)的生態(tài)敏感性進行分析得出該區(qū)域敏感性較高的區(qū)域，并對此類區(qū)域進行重點保護，保證研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定，促進研究區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。本文針對廈漳泉閩南三角區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀特性，構(gòu)建相對應(yīng)的自然生態(tài)因子，利用GIS技術(shù)進行生態(tài)敏感性分析，獲得閩南三角區(qū)不同敏感程度分區(qū)在空間上的分布特征，為閩南三角區(qū)的未來建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

閩南三角區(qū)生態(tài)敏感性評價結(jié)果顯示，極高敏感區(qū)占比18.15%，高敏感區(qū)占比57.51%，中敏感區(qū)占比18.86%，低敏感區(qū)占比5.46%，不敏感區(qū)占比0.02%?？傮w的特征呈現(xiàn)水平地帶性，限制方向由東向西。本文將評價結(jié)果與閩南三角區(qū)的實際情況進行比較，發(fā)現(xiàn)閩南三角區(qū)具有生態(tài)價值的水系、具有研究價值的林地和生態(tài)保護區(qū)均屬于高及以上程度生態(tài)敏感分區(qū)；而遠(yuǎn)離水體、無地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域都處于低、不敏感區(qū)內(nèi)，評價結(jié)果與現(xiàn)實相吻合。

針對閩南三角區(qū)生態(tài)環(huán)境分區(qū)的生態(tài)保護措施與建議如下：

(1)針對極高、高敏感區(qū)，應(yīng)明確禁止開發(fā)建設(shè)工程，嚴(yán)禁過度放牧、亂砍濫伐，維持該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的原始性，不允許任何人為干擾破壞。

(2)針對中敏感區(qū)，積極開展生態(tài)防護林、生態(tài)保護區(qū)建設(shè)，退耕還林，明確開發(fā)與保護之間的關(guān)系，因地制宜進行生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(3)針對低、不敏感區(qū)，在保證環(huán)境保護的前提下進行相應(yīng)的建設(shè)活動，可嘗試發(fā)展第二或第三產(chǎn)業(yè)，提高城鎮(zhèn)綠化率，創(chuàng)造出舒適宜人的綠色生態(tài)空間。

(4)大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設(shè)具有經(jīng)濟效益與生態(tài)保護效益的生態(tài)城鎮(zhèn)、示范區(qū)，實現(xiàn)閩南三角區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

閩南三角區(qū)在各方面均具有豐富的資源，經(jīng)濟建設(shè)較好。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，對生態(tài)環(huán)境必定帶來挑戰(zhàn)。因此，要保護好具有先天優(yōu)越條件的區(qū)域；對已破壞的生態(tài)環(huán)境，需進行合理恢復(fù)，建設(shè)有秩序有目標(biāo)的貫穿于整個區(qū)域的生態(tài)廊道，維持生態(tài)平衡與完整，促進城市建設(shè)往更好更健康的方向發(fā)展。