基于SRP模型的云南省生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)及驅(qū)動(dòng)力分析

李晨 LI Chen；蔡榮鋒 CAI Rong-feng；韓珂馨 HAN Ke-xin

（西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，昆明 650224）

0 引言

自黨的十八大提出的“綠水青山就是金山銀山”理念，生態(tài)的可持續(xù)性發(fā)展得到更多的關(guān)注，而生態(tài)環(huán)境脆弱性[1，2]是指在特定區(qū)域條件下，生態(tài)環(huán)境受外力干擾所表現(xiàn)出的敏感反應(yīng)和自我恢復(fù)能力。當(dāng)前，關(guān)于生態(tài)的可持續(xù)性和脆弱性研究較多，諸如金麗娟[3]等采用層次分析法結(jié)合SRP模型對(duì)四川省生態(tài)脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)；常溢華[4]等采用AHP和熵權(quán)法構(gòu)建SRP模型對(duì)鄱陽(yáng)縣縣域生態(tài)脆弱性進(jìn)行了探討。本文以云南省為研究對(duì)象，通過(guò)大量文獻(xiàn)資料整理，結(jié)合SRP模型選取了14項(xiàng)指標(biāo)，采用AHP和熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了生態(tài)脆弱性分析與評(píng)價(jià)，并結(jié)合地理探測(cè)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析。

1 研究區(qū)概況

云南位于中國(guó)西南邊陲（97°31′~106°11′E，21°8’~29°15′N(xiāo)），屬于山地高原地帶，地形復(fù)雜，相對(duì)高差較大，自然災(zāi)害頻發(fā)，年溫差小，日溫差大，氣溫隨地勢(shì)高低垂直變化異常明顯，植被覆蓋豐富但不均衡，整體的生態(tài)呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本研究選取了DEM、土地利用、NDVI（2018年）、年均氣溫（2018年）、年均降水（2018年）、縣域人口數(shù)量（2018年）、GDP（2018年）等作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別通過(guò)地理空間數(shù)據(jù)云、資源環(huán)境數(shù)據(jù)云、Google Earth Enging、國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)、云南省統(tǒng)計(jì)局等平臺(tái)獲取。

2.2 評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)體系構(gòu)建

SRP模型是用于評(píng)價(jià)某一地區(qū)生態(tài)脆弱性的綜合性評(píng)價(jià)模型，本研究采用此模型通過(guò)不同指標(biāo)對(duì)生態(tài)脆弱度的影響程度進(jìn)行全面的分析計(jì)算生態(tài)脆弱性指數(shù)，并以此為依據(jù)產(chǎn)生綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。公式如下[5]：

式中：EVI代表生態(tài)脆弱性指數(shù)，F(xiàn)i為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，分別是生態(tài)敏感性指數(shù)、生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)和生態(tài)壓力度指數(shù)；Wi為權(quán)重。

本文根據(jù)SRP模型的生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)壓力度3個(gè)方面分別選取14個(gè)指標(biāo)，用于構(gòu)建生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。由于云南省地形復(fù)雜，起伏度大，植被覆蓋不均衡，自然災(zāi)害頻發(fā)等因素，再結(jié)合文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，因此生態(tài)敏感性[6-8]選擇地形、土壤、氣象因子表示；生態(tài)恢復(fù)力[6-8]是生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力，選擇植被覆蓋度、景觀指數(shù)等表示；生態(tài)壓力度[6-8]則從經(jīng)濟(jì)、人口、產(chǎn)業(yè)方面考慮對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。通過(guò)相關(guān)性分析，得到指標(biāo)的正負(fù)相關(guān)性。因此，構(gòu)建的云南省生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 云南省生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.3 確定指標(biāo)權(quán)重

本研究依據(jù)參考文獻(xiàn)和研究區(qū)特點(diǎn)篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用AHP法和熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。基于SRP模型建立AHP層次結(jié)構(gòu)，分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，采用1-9標(biāo)度法構(gòu)建判斷矩陣，利用Yaahp軟件進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)。熵權(quán)法可以衡量系統(tǒng)信息的無(wú)序程度，從客觀角度充分利用已知數(shù)據(jù)所包含的有效信息量確定其權(quán)重。

將AHP主觀權(quán)重與熵權(quán)法客觀權(quán)重結(jié)合起來(lái)，根據(jù)公式確定綜合權(quán)重，公式[5]如下：

式中：Wj為最終權(quán)重值；W1j是層次分析法計(jì)算得到權(quán)重值；W2j是熵權(quán)法計(jì)算得到的權(quán)重值。

2.4 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

各項(xiàng)指標(biāo)其屬性存在差異，需標(biāo)準(zhǔn)化后才便于評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建，因此利用Python以極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)所有正負(fù)向指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，正負(fù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式[5]如下：

式中：pij為標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果；xij是原指標(biāo)值；xijmax、xijmin分別為所有數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。

3 生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)與空間分布

生態(tài)脆弱性指數(shù)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用柵格計(jì)算器，分別計(jì)算生態(tài)敏感性指數(shù)、生態(tài)恢復(fù)性指數(shù)、生態(tài)壓力度指數(shù)，并通過(guò)3個(gè)目標(biāo)層計(jì)算結(jié)果得到云南生態(tài)脆弱性指數(shù)。其中，生態(tài)脆弱性高值區(qū)域主要位于迪慶和怒江，中值區(qū)域主要位于玉溪、昆明、楚雄和昭通，低值區(qū)域主要位于紅河、普洱、保山、文山、曲靖、西雙版納以及德宏。

為直觀地反應(yīng)云南省整體生態(tài)脆弱性狀況，可將生態(tài)脆弱性指數(shù)按等級(jí)劃分，為確保評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和可操作性，先對(duì)計(jì)算所得的生態(tài)脆弱性指數(shù)進(jìn)行歸一化處理，公式[5]如下：

式中：Si為生態(tài)脆弱性指數(shù)歸一化值；EVIi為生態(tài)脆弱性原始值，EVImin、EVImax分別為最小值和最大值。

在此基礎(chǔ)上，采用自然斷點(diǎn)法，結(jié)合文獻(xiàn)資料將標(biāo)準(zhǔn)化后的生態(tài)脆弱性指數(shù)分為5個(gè)等級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，成果如圖1所示，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得到各州市脆弱性占比，如圖2所示。

圖1 生態(tài)脆弱性分級(jí)圖

圖2 生態(tài)脆弱性綜合驅(qū)動(dòng)力分析圖

表2 云南省生態(tài)脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[9-10]

土地利用數(shù)據(jù)結(jié)合生態(tài)脆弱性分級(jí)圖，統(tǒng)計(jì)分析得到不同土地類(lèi)型生態(tài)脆弱性面積占比，如表3所示。

表3 不同土地利用類(lèi)型生態(tài)脆弱性面積

4 云南省生態(tài)脆弱性驅(qū)動(dòng)力分析

在研究區(qū)以5000米漁網(wǎng)選取14900個(gè)點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，采用選取的14個(gè)指標(biāo)作為自變量X，生態(tài)恢復(fù)性指數(shù)、生態(tài)壓力度指數(shù)、生態(tài)敏感性指數(shù)和生態(tài)脆弱性指數(shù)分別作為因變量Y。各指數(shù)和指標(biāo)因子均采用自然斷點(diǎn)法分為5級(jí)，運(yùn)用地理探測(cè)器對(duì)云南省的指標(biāo)因子進(jìn)行探測(cè)，分析各指標(biāo)因子對(duì)因變量Y空間分異的解釋力，探討主導(dǎo)因子及其交互作用。結(jié)果表明：14個(gè)驅(qū)動(dòng)因子中對(duì)云南省生態(tài)脆弱性空間分布格局影響較大的驅(qū)動(dòng)因子是DEM（0.4060）、年均氣溫（0.3929）、景觀多樣性指數(shù)（0.2428）、景觀破碎度（0.2250）、坡度（0.2150），其余的驅(qū)動(dòng)因子q值均小于0.2，其中干燥度對(duì)生態(tài)脆弱性空間分布格局的影響最低，q值為0.0026。

通過(guò)交互探測(cè)器表明：因子之間相互作用所形成的影響遠(yuǎn)大于單一因子對(duì)生態(tài)脆弱性空間分布對(duì)生態(tài)脆弱性空間分布格局的影響。其中，景觀破碎程度和年均溫度之間的相互作用對(duì)云南省內(nèi)生態(tài)脆弱性空間分布格局的影響較大，DEM與水土流失敏感性程度、DEM與坡度、DEM與景觀破碎程度、DEM與地勢(shì)起伏程度、地形起伏度與年均氣溫和坡度與年均氣溫的影響值在0.5之上，其他驅(qū)動(dòng)因子的影響值均小于此，其中第二產(chǎn)業(yè)比重與干燥度對(duì)云南省生態(tài)脆弱性空間分布格局的影響最小。

5 結(jié)論

本研究以云南省為研究區(qū)域，基于SRP模型選取14個(gè)因子構(gòu)建指標(biāo)體系，采用AHP-熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)綜合權(quán)重，構(gòu)建研究區(qū)域的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)模型，并通過(guò)地理探測(cè)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析，本文主要結(jié)論如下：

①云南省的生態(tài)脆弱性總體上呈現(xiàn)出西北高、西南低、滇中縱橫交錯(cuò)的特點(diǎn)，其中生態(tài)脆弱性指數(shù)中最高的區(qū)域集中于云南省西北部的迪慶、怒江地區(qū)等。其中全省微度脆弱區(qū)面積約占16.80%；輕度脆弱區(qū)面積約占43.56%；中度脆弱區(qū)面積約占26.39%；重度脆弱區(qū)面積約占9.36%；極度脆弱區(qū)面積約占3.89%。

②根據(jù)不同土地利用方式的生態(tài)脆弱性分布特征分析，耕地、林地和草地主要以輕度脆弱和中度脆弱為主，占全省面積的68.65%，其他土地利用類(lèi)型的分布面積僅占31.35%。極度脆弱區(qū)主要分布在未利用土地類(lèi)型中，其中包括沼澤地、裸土地、裸巖石質(zhì)地和其他，這些地區(qū)因生態(tài)環(huán)境的原因，使植被遭到嚴(yán)重?fù)p害，植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境退化，短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)。

③通過(guò)地理探測(cè)器可知云南省的生態(tài)脆弱性空間分布情況主要受自然環(huán)境因子的影響最為顯著。其中DEM、年均氣溫、景觀多樣性指數(shù)等因子具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)作用。由于主要的驅(qū)動(dòng)因子是自然環(huán)境因素，因此，應(yīng)從節(jié)約能源、減少污染、保護(hù)環(huán)境、強(qiáng)化森林保護(hù)等方面入手，提高人類(lèi)的生態(tài)環(huán)境意識(shí)，從而推動(dòng)人類(lèi)與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。