基于GIS的縣域生態(tài)敏感性評價(jià)
——以大方縣為例

張鈺珠，韓德軍

(貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 公共管理學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

1 引言

黨的“十八大”以來，生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。當(dāng)前，加快生態(tài)文明建設(shè)要突出重點(diǎn)領(lǐng)域和發(fā)展方向。生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)自然和人類活動干擾的敏感程度，用來反映當(dāng)生態(tài)處于失衡時(shí)，可能發(fā)生的生態(tài)環(huán)境問題概率的大小，并且用來表征外界干擾所造成的后果，即在同等干擾和外力的作用下，區(qū)域內(nèi)各類生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生生態(tài)環(huán)境可能性的大小。生態(tài)敏感性評價(jià)主要是對現(xiàn)狀自然背景下，區(qū)域內(nèi)蘊(yùn)含的潛在的生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行明辨，并在空間上逐一呈現(xiàn)的過程，是提供生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)的重要方法之一[1，2]?？h域是經(jīng)濟(jì)社會活動的重要落地單元，探究縣域生態(tài)敏感程度分布差異，能夠?yàn)楫?dāng)?shù)氐陌l(fā)展提供保護(hù)和預(yù)防生態(tài)環(huán)境問題，可提出相應(yīng)的改善和修復(fù)措施，并為后續(xù)開發(fā)和合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

大方縣位于貴州省西北部，畢節(jié)市中部，烏江支流六沖河北岸，大婁山西端。地處東經(jīng) 105°15′47″～106°08′04″，北緯26°50′02″～27°36′04″。地處黔西北高原 (云貴高原)向黔中山原丘陵過渡斜坡地帶，屬中山地貌類型，地勢中部和東北高，河流向北和向南流。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，平均氣溫12.2 ℃，年平均降水量為1329.4 mm。2020年大方縣地區(qū)生產(chǎn)總值172.49億元，人均生產(chǎn)總值17810元 ，2020年末統(tǒng)計(jì)戶籍人口為96.82萬人，其中城鎮(zhèn)人口35.24萬人，戶籍人口城鎮(zhèn)化率36.4%。大方縣土地利用類型以耕地、林地、自然保留地和建設(shè)用地為主，分別占土地總面積的35.21%、45.02%、6.60%和2.96%。

該縣喀斯特地形地貌明顯，是世界巖溶發(fā)育最典型的地區(qū)之一，有“喀斯特王國”之稱?？λ固厥且环N較為脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，體表崎嶇，土壤貧瘠，水土流失嚴(yán)重，抗干擾能力較弱，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞恢復(fù)速度慢，修復(fù)難度大。生態(tài)環(huán)境的敏感性不僅影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且直接影響到氣候和生態(tài)環(huán)境。隨著開發(fā)利用程度的不斷深入，土地資源的匱乏和需求量的增加，必將成為制約本地區(qū)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的一大矛盾。貴州省大方縣是具有“喀斯特”地貌特征的生態(tài)敏感區(qū)域，將其作為研究對象具有較強(qiáng)的代表性和典型性。本研究對該區(qū)域生態(tài)敏感性進(jìn)行評價(jià)，并將評價(jià)結(jié)果逐層分級，以期為該縣生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)、人與自然協(xié)調(diào)共生提供理論依據(jù)，為打造生態(tài)宜居城市提供示范作用。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

大方縣土地利用類型采用中國科學(xué)學(xué)院資源環(huán)境與數(shù)據(jù)中心提供的土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)。植被覆蓋信息使用地理空間數(shù)據(jù)云(https://www.gscloud.cn/search)下載的大方縣Landsat8,利用NDVI進(jìn)行波段計(jì)算。坡度、高程、坡向等信息由大方縣的DEM進(jìn)行提取，運(yùn)用ArcGIS工具中的Spatial Analysis的表面分析功能，依次對其進(jìn)行分析。該研究采用燈光指數(shù)來反映人口密度，數(shù)據(jù)來源于珈洛一號(http://59.175.109.173:8888/index.html)。水系因子從大方縣DEM中提?。皇?、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政邊界均從Big map GIS Office下載獲取。

3.2 評價(jià)方法

大方縣生態(tài)敏感性評價(jià)采用單因子評價(jià)和多因子綜合評價(jià)相結(jié)合的原則，評價(jià)的原理是基于疊加的方法。利用ArcGIS的空間分析功能，首先構(gòu)建影響該縣生態(tài)環(huán)境敏感性的評價(jià)因子，并依據(jù)敏感性評價(jià)等級對影響該縣生態(tài)敏感性的單因子進(jìn)行分級評價(jià)；利用AHP層次分析法軟件確定各單因子的權(quán)重，將各單因子生態(tài)敏感圖與其所屬權(quán)重值加權(quán)疊加分析，最終得到該縣多種生態(tài)環(huán)境問題下的綜合性敏感分析結(jié)果，以明確該縣的總體生態(tài)敏感性分布特征。

3.2.1 評價(jià)因子選取及敏感分級

選取不同評價(jià)指標(biāo)對評價(jià)結(jié)果的合理性影響較大。本研究對貴州大方縣生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行分析，通過翻閱大量的文獻(xiàn)聽從專家學(xué)者的意見，考慮到生態(tài)環(huán)境問題是自然原因和人為原因共同作用下的產(chǎn)物，自然原因是生態(tài)環(huán)境問題形成的基礎(chǔ)，而當(dāng)前形勢下，生態(tài)環(huán)境問題產(chǎn)生的原因多基于人類活動的影響，因此本評價(jià)指標(biāo)的選擇兼顧自然和人為要素[3]。本著科學(xué)、實(shí)踐與規(guī)范原則[4]，結(jié)合2015年環(huán)境保護(hù)部印發(fā)的《全國生態(tài)功能區(qū)劃(修編版)》中關(guān)于生態(tài)敏感性評價(jià)的區(qū)劃方法和使用指標(biāo)，兼顧數(shù)據(jù)的處理、收集和計(jì)算，篩選出對大方縣影響較大的關(guān)鍵性因素，最終選取7個(gè)評價(jià)因子，分別是高程、坡度、坡向、水系因子、植被覆蓋度、土地利用類型、人口密度。根據(jù)大方縣規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)影響因素的重要性，將各單因子分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感、極度敏感 5 個(gè)等級[5]，分別將其賦值為1、3、5、7、9五個(gè)等級，生態(tài)敏感值見表1。

表1 生態(tài)敏感性因子等級分類

3.2.2 評價(jià)因子權(quán)重確定

生態(tài)環(huán)境會受到多方面因素的影響，在進(jìn)行生態(tài)敏感性評價(jià)的時(shí)候多采用多因子綜合疊加的方法，各單因子對生態(tài)敏感性的影響程度不盡相同，故將每個(gè)因子賦予不同的權(quán)重。本文利用AHP層次分析法軟件對不同敏感因子構(gòu)造生態(tài)敏感度兩兩比較矩陣，通過計(jì)算得出各因子權(quán)重，最終通過一致性檢驗(yàn)判斷因子的權(quán)重確定是否符合客觀事實(shí)。對生態(tài)敏感因子進(jìn)行9分制打分，同等重要賦值為1，稍微重要賦值為3，比較重要賦值為5，非常重要賦值為7，絕對重要賦值為9，相反分別賦值為1/3、1/5、1/7、1/9,也可以取用二者之間的中值作比較。

表2 生態(tài)敏感因子判斷矩陣及權(quán)重

4 評價(jià)結(jié)果與分析

4.1 單因子評價(jià)結(jié)果分析

4.1.1 地形因子敏感性分析

高程敏感分析如圖1所示，海拔高度的不同能夠引起氣候的變化，使植被、生物多樣性受到不同程度的影響，環(huán)境的抗干擾能力較弱，生態(tài)環(huán)境的敏感性就越高。該縣總體高程因子敏感性由四周向中心區(qū)域不斷升高，東北-西南一線的生態(tài)敏感性較強(qiáng)。不敏感區(qū)的面積約占區(qū)域總面積的8%，主要分布在該縣的北部低山丘陵地區(qū)及東南部湖泊地帶；輕度敏感區(qū)的面積約占該區(qū)域總面積的26%，主要分布在西部，東南部和少部分東部地區(qū)；中度敏感區(qū)域的面積所占比重最大約為30%，呈條帶狀分布；高度敏感區(qū)域的面積約為908.46 km2，占區(qū)域總面積的26%；主要分布在極度敏感區(qū)四周，處于極度敏感區(qū)的過度地帶，極度敏感區(qū)的面積為368.19 km2，占比為11%。主要分布在中部地區(qū)及西南少數(shù)高山區(qū)。

圖1 高程敏感性分布

坡度敏感分析如圖2所示，坡度代表該地傾斜的大小程度，從而影響地表面物質(zhì)活動和能量轉(zhuǎn)換的強(qiáng)度和規(guī)模，呈現(xiàn)出不同的分布差異。該縣坡度與高程呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，極敏感區(qū)域面積僅占總面積的6%；主要分布在該縣的河谷地帶，呈現(xiàn)狀分布；高度敏感區(qū)面積約占總面積的14%，主要環(huán)繞在極度敏感區(qū)周圍，呈點(diǎn)狀分布；中度敏感區(qū)域面積約1135.69 km2，占總區(qū)域面積的32%；分布較為零散，涵蓋該縣的大部分地區(qū)；輕度敏感區(qū)域面積1283.30 km2；占面積的37%比重最大，主要集中分布在該縣的中部地區(qū)，由河流各主干支流依次分割成面狀，是該縣主要的坡耕地區(qū)域；不敏感區(qū)域面積約占11%，是較為平緩的地區(qū)，植被覆蓋率較高。

圖2 坡度敏感性分布

坡向敏感分析如圖3所示，坡向是小氣候條件形成的重要因子[6]，我國處于北半球，南坡受到的太陽輻射要優(yōu)于北坡，植被類型南多北少，由于光照不均，導(dǎo)致北坡的生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定，生態(tài)敏感性較脆弱，受到破壞不易修復(fù)。不輕度敏感區(qū)和輕度敏感區(qū)的面積約占該縣總面積的41%，光照條件較為充分，植被覆蓋度較高；中度敏感性的面積約為686.15 km2，高度敏感區(qū)面積約為700.42 km2；極度敏感區(qū)面積約686.58 km2，3個(gè)敏感區(qū)的面積均約占總面積的20%。

圖3 坡向敏感性分布

4.1.2 植被覆蓋度敏感性分析

植被覆蓋度是影響土壤侵蝕和水土流失的主要因素，也是衡量一個(gè)地區(qū)地表植被狀況的重要指標(biāo)之一[7]，植被覆蓋率的高低對區(qū)域生態(tài)敏感性的影響較大。本文采用NDVI反映植被的生長狀態(tài)，NDVI的值與植被覆蓋度成正相關(guān)。NDVI=(近紅外波段-紅外波段)/(近紅外波段+紅外波段)通過分析處理、檢測修正最終NDVI的值在0～1之間。綜合來看，該縣的植被覆蓋度較高。不敏感區(qū)域占總面積的41%，較為集中的分布在北部和西南部。輕度敏感區(qū)域占總面積的21%，分布較為零散，遍布全縣。中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)和極度敏感區(qū)域占總面積的38%，三者交叉分布，大多分布在該縣的中西部、東南以及南部地區(qū)(圖4)。

圖4 植被歸一化分布

4.1.3 土地利用敏感性分布狀況

從圖5來看：該縣土地利用類型和植被覆蓋度趨于一致，極敏感區(qū)面積占該區(qū)面積的46%，用地類型以林地為主；中度敏感區(qū)域主要是耕地和草地，占區(qū)域面積的53%,是該縣的主要用地類型。主要分布在除林地以外的大部分地區(qū)且集中連片；高度敏感區(qū)和中度敏感區(qū)所占比例最小，主要為建設(shè)用地和水體，占該縣面積的2%，建設(shè)用地在該縣的中部地區(qū)及東北少部分地區(qū)，分布較為零星，水體所在區(qū)域主要是東南區(qū)域，沿該縣的行政邊界。從總體分布來看該縣的土地利用類型較單一，用地分布空間差異較大，且該縣無未利用地?？砷_發(fā)利用的土地資源較少，難度較大。

圖5 土地利用類型分布

4.1.4 水域緩沖區(qū)敏感性分布狀況

大方縣的水域生態(tài)系統(tǒng)比較發(fā)達(dá)，河網(wǎng)遍布，但受地形因素的影響該縣河流較為曲折迂回，緩沖區(qū)較窄。該縣的水域緩沖區(qū)中極度敏感區(qū)為54%，主要分布在河流400 m以下的緩沖區(qū)內(nèi)；高度和中度敏感區(qū)的面積大致相同，各占總面積的20%，主要分布在400～1600 m的緩沖區(qū)內(nèi)；輕度敏感和不敏感區(qū)域的面積為136.6 km2，僅占區(qū)域總面積4%，主要分布在1600～2000 m的緩沖區(qū)內(nèi)(圖6)?？傮w來看，大方縣的水環(huán)境因子的敏感性較強(qiáng)。

圖6 水域緩沖區(qū)分布

4.1.5 人口密度因子敏感性分布狀況

夜間燈管指數(shù)，是作為反映人類活動的一種有效的表征形式，一定程度上反映了該縣人類夜間的活動狀況，體現(xiàn)該地的城市發(fā)展水平。綜合來看，大方縣的夜間燈光指數(shù)較低，城市發(fā)展水平相對遲緩，人口密度較小。不敏感區(qū)和輕度敏感區(qū)的面積僅為7.56 km2，主要分布在該縣的中心城區(qū)和周邊區(qū)域，中度敏感區(qū)的面積為15.13 km2，環(huán)繞在輕度和中度敏感區(qū)附近，高度敏感區(qū)面積42.66 km2，占面積的1%，分布零星，呈點(diǎn)狀分布。極度敏感區(qū)的面積為3423.19 km2，占總區(qū)域面積的98%，分布在遠(yuǎn)離村莊城市的大部分地區(qū)(圖7)。

圖7 人口密度分布

4.2 綜合評價(jià)分析及建議

單因子評價(jià)后，確定各單因子的權(quán)重，利用GIS的柵格計(jì)算器進(jìn)行加權(quán)疊加分析，將高程、坡度、坡向、植被覆蓋度、水域、土地利用類型、人口密度7項(xiàng)生態(tài)敏感因子進(jìn)行計(jì)算，得到研究區(qū)綜合敏感性分布，并對評價(jià)圖結(jié)果進(jìn)行重分類，敏感等級分為5級，計(jì)算不同敏感區(qū)的面積及比重，并對不同敏感區(qū)域的發(fā)展提出建議(圖8)。

圖8 生態(tài)敏感性分布

4.2.1 不敏感區(qū)域

大方縣不敏感區(qū)域的面積約為401.72 km2,占總面積的15%，主要分布在大方縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府和城區(qū)，這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，人口密度較大，生態(tài)環(huán)境較差，生態(tài)敏感性較低，抵御外界環(huán)境干擾的能力比較強(qiáng)，是該縣城鎮(zhèn)開發(fā)的首要區(qū)域。在資源開發(fā)利用的過程中，要做到有計(jì)劃地進(jìn)行，適度而為，循環(huán)利用。注重水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，在水環(huán)境改善的基礎(chǔ)上，注重水環(huán)境的生態(tài)修復(fù)，實(shí)現(xiàn)“人水和諧”發(fā)展。創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，做到清潔生產(chǎn)，無害生產(chǎn)，優(yōu)化人類活動所處環(huán)境狀況。該縣東北地區(qū)有油杉河景區(qū)和中國百里杜鵑風(fēng)景名勝區(qū)，可適當(dāng)發(fā)展生態(tài)旅游業(yè)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

4.2.2 輕度敏感區(qū)域

大方縣中度敏感區(qū)主要分布在中心城市外圍，面積約為793.12 km2，占區(qū)域總面積的23%。這些地區(qū)主要為林業(yè)和種植業(yè)分布區(qū)，人口相對較少，生態(tài)環(huán)境良好，對外界干擾的適應(yīng)能力較強(qiáng)，這些區(qū)域夾在不敏感和中度敏感的過渡地帶，開發(fā)建設(shè)對該地的影響較小。該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的建設(shè)要遵循統(tǒng)籌規(guī)劃，突出重點(diǎn)，量力而為，盡量減少影響生態(tài)環(huán)境的人類活動，注重調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布局，注重環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)相適應(yīng)，注重水資源的保護(hù)，保障該地生態(tài)安全。

4.2.3 中度敏感區(qū)域

該縣中度敏感區(qū)域所占面積約為1080.37 km2，占全縣面積的31%，分布較廣，所占面積的比重最大，是全縣的主要敏感等級。這些區(qū)域是重要的土地利用區(qū)、生物多樣性保護(hù)區(qū)。生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，極易受到人類活動和環(huán)境因素的干擾。在建設(shè)中要避免大動干擾，保護(hù)該地的生態(tài)環(huán)境。同時(shí)這些地區(qū)水系比較發(fā)達(dá)，因此在開發(fā)中應(yīng)該限制城鎮(zhèn)、工礦業(yè)的發(fā)展，避免陡坡耕種，大力發(fā)展綠化，增加森林涵養(yǎng)水源的面積，退耕還林，保持水土，提高水資源的綜合利用效率。及時(shí)地清理河流、湖泊、水庫的泥沙，避免因堵塞而造成水污染。

4.2.4 高度敏感區(qū)域

高度敏感區(qū)的面積為725.54 km2，占全縣面積的21%，區(qū)域內(nèi)降水較少，植被覆蓋度較低，坡度較陡，水土流失十分明顯，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率較高，因此該區(qū)對人類活動的抗干擾能力較差。在發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)加大生態(tài)保育，恢復(fù)和維育森林在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，加強(qiáng)生態(tài)公益林建設(shè)，公益林能起到水源涵養(yǎng)、改善土質(zhì)、加強(qiáng)水土保持、維護(hù)該區(qū)域的生物多樣性的作用。能夠較好地保持該地的生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，維護(hù)區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的安全。

4.2.5 極度敏感區(qū)域

極度敏感區(qū)域的面積較小約為307.85 km2，占總面積的9%，該區(qū)域主要集中在支嘎阿魯湖等其它河流湖泊水系范圍內(nèi)，作為水源保護(hù)地，應(yīng)當(dāng)禁止開發(fā)。

5 討論

研究通過綜合考慮選取了7個(gè)評價(jià)指標(biāo)，利用GIS的空間分析功能對大方縣生態(tài)敏感性進(jìn)行評價(jià)。一方面考慮到自然環(huán)境因素，地形，植被覆蓋，水環(huán)境和土地利用類型，另一方面考慮到人為因素，采用夜間燈光指數(shù)代替人口密度反應(yīng)大方縣的實(shí)際情況，并利用較為成熟的GIS空間分析功能，所分析的圖件更加直觀，使結(jié)果具有可靠性。由于研究資料有限，評價(jià)指標(biāo)還不夠全面，故評價(jià)的結(jié)果并不能針對性地說明該縣的生態(tài)敏感狀況，有待進(jìn)一步研究。