基于GIS的金庭鎮(zhèn)生態(tài)敏感性評價

王婧妍 楊棠武* 趙 暉 陳佳秋 安樹青,2

(1 南京大學(xué)常熟生態(tài)研究院（南大（常熟）研究院有限公司），江蘇 蘇州 215500；2 南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023)

太湖是太湖流域及長三角的水源生命湖和生態(tài)調(diào)節(jié)平衡池，西山島是太湖中最大的島嶼，關(guān)乎太湖生態(tài)系統(tǒng)健康安全的關(guān)鍵節(jié)點。太湖生態(tài)島涵蓋了金庭鎮(zhèn)域范圍的西山島等27個太湖島嶼和水域，金庭鎮(zhèn)的水環(huán)境綜合整治將遵循《太湖生態(tài)島發(fā)展規(guī)劃》“堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，不以犧牲環(huán)境為代價”的基本原則，打贏污染防治攻堅戰(zhàn)。為謀求經(jīng)濟(jì)發(fā)展并落實生態(tài)環(huán)境保護(hù)，在制定區(qū)域保護(hù)規(guī)劃、開發(fā)強(qiáng)度等科學(xué)決策時，可開展生態(tài)敏感性的分析評價（王延博等, 2021）。生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾和環(huán)境變化響應(yīng)的強(qiáng)弱程度（歐陽志云等, 2000），生態(tài)敏感性較高的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，受外界影響時易失衡且自我恢復(fù)難度較大，進(jìn)而引發(fā)其他生態(tài)環(huán)境問題，區(qū)域開發(fā)利用需更加謹(jǐn)慎。

生態(tài)敏感性的研究尺度從國家流域到市縣范圍均有涉及，有針對單一生態(tài)環(huán)境問題的研究，也有針對多項生態(tài)敏感因子的評價。評價指標(biāo)的選取、分類標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)權(quán)重等尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，針對特定的研究區(qū)域、不同的研究側(cè)重點構(gòu)建的評價體系具有特殊性（Boori et al., 2022; 趙欣等, 2022; 宋沛林等, 2023）。本文根據(jù)金庭鎮(zhèn)地區(qū)的特點及現(xiàn)狀條件，初步開展其生態(tài)敏感性研究，為金庭鎮(zhèn)的水環(huán)境治理工程規(guī)劃以及生態(tài)島的建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

金庭鎮(zhèn)（31°31′24″—31°11′24″N，120°10′42″—120°21′54″E）俗稱洞庭西山，位于蘇州市吳中區(qū)西部，地處太湖之中，四面環(huán)水，距蘇州城區(qū)35 km。屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，受太湖水體調(diào)節(jié)，氣候溫和濕潤，四季分明，雨量充沛，季風(fēng)特征明顯，無霜期長。金庭鎮(zhèn)總面積為82.36 km2，分布標(biāo)高1.5～336.6 m，有大小山峰41座，最高峰縹緲峰海拔336.6 m（圖1）。金庭鎮(zhèn)圩區(qū)片地形平坦，水力坡降小，水流速度緩慢；西山風(fēng)景區(qū)為山區(qū)地形，降雨時水流速度快，流量大。

圖1 金庭鎮(zhèn)高程分布圖Fig.1 Digital Elevation Map of Jinting Town

1.2 數(shù)據(jù)收集及處理

基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)使用金庭鎮(zhèn)1:5 000地形圖，利用ArcGIS10.8軟件生成數(shù)字高程模型后，分析可得坡度、地形起伏度等所需信息。遙感影像數(shù)據(jù)用于獲取植被覆蓋度及主要水系分布信息。收集的遙感影像數(shù)據(jù)為2022年10月10日的Sentinel-2A衛(wèi)星影像（https://www.sentinel-hub.com/），云量1.5%，選擇的Level-2A主要為經(jīng)過大氣校正的大氣底層反射率數(shù)據(jù)（奚雪等, 2020）。Sentinel-2A衛(wèi)星系統(tǒng)搭載有多光譜傳感器，可展開可見光、近紅外、短波紅外、紅邊等13個波段的監(jiān)測，對植被分辨具有巨大優(yōu)勢（王景發(fā)等, 2021）。利用波段運算可得到歸一化植被指數(shù)NDVI（Marino, 2022），以及歸一化差異水體指數(shù)NDWI，用于分析植被覆蓋度及主要水系距離?；贜DWI數(shù)據(jù)，利用歐氏距離功能可獲得距主要水系的距離（鄒萍秀等, 2022）。

2 研究方法與因子提取

2.1 構(gòu)建生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系

通過資料查閱（王雨村等, 2015; 陳誠等,2009）及專家咨詢，考慮數(shù)據(jù)的易獲取性與可操作性（魯敏等, 2022），基于研究區(qū)地形因子、植被覆蓋情況、水系分布情況等自然條件，選取高程、坡度、地形起伏度、植被覆蓋度以及主要水系距離5項指標(biāo)構(gòu)建評價體系，對金庭鎮(zhèn)生態(tài)敏感性程度進(jìn)行綜合評價。

2.2 確定評價指標(biāo)賦分及權(quán)重

參考相關(guān)文獻(xiàn)資料（劉瀾等, 2018; 李霞等,2019），經(jīng)過專家咨詢，制定各指標(biāo)因子的評價標(biāo)準(zhǔn)及賦分（表1）。研究區(qū)的地形分布顯示：大部分區(qū)域土地平坦，西北部區(qū)域地勢較高，東北部礦坑區(qū)域高程較低，較高及較低的高程對應(yīng)生態(tài)敏感程度較高，平坦區(qū)域的生態(tài)敏感性相對較低。同時，山地區(qū)域坡度較陡，參照水土保持要求，25°以上陡坡區(qū)域需采取水土保持措施防止造成水土流失，因此，將坡度大于25°的區(qū)域定義為生態(tài)敏感程度較高區(qū)域。地形起伏較大的區(qū)域生態(tài)敏感程度相對較高。

表1 生態(tài)敏感性評價因子及分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation index and classification criteria of ecological sensitivity assessment

遙感圖顯示研究區(qū)森林綠地資源豐富，大部分區(qū)域覆蓋植被，植被覆蓋率高的區(qū)域生態(tài)敏感性等級較高。研究區(qū)水系眾多，有百余條溪流河道，但現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)很多支流長度較短，屬坑塘水面。通過NDWI提取水域后參照規(guī)劃等篩選主要水系，通過計算與主要水體的距離進(jìn)行水體緩沖敏感性分析，距主要水系距離越近，生態(tài)敏感性等級越高。

參考區(qū)域相關(guān)資料以及過往研究，植被覆蓋度與主要水系距離的權(quán)重相對較高，為0.3；地形因子中高程與地形起伏度權(quán)重為0.1，坡度的權(quán)重相對較高，為0.2。通過多因子加權(quán)疊加可得金庭鎮(zhèn)生態(tài)敏感性綜合評價結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子敏感性評價與分析

3.1.1 地形因子敏感性分析 金庭鎮(zhèn)高程、坡度以及地形起伏度敏感性評價，結(jié)果如圖2a、2b、2c所示。山體區(qū)域高程較高，坡度較陡，地形起伏度較大，敏感程度較高。東北部礦坑區(qū)域高程較低，坡度也較陡，敏感性程度也相對較高。其他區(qū)域地勢較為平坦，地形因子評價屬低敏感區(qū)域。

圖2 各評價因子生態(tài)敏感性評價Fig. 2 Evaluation results based on each index factor

3.1.2 植被覆蓋敏感性分析 金庭鎮(zhèn)森林資源豐富，山體區(qū)域多為生態(tài)林及茶果林，近年來開展了山水林田湖草系統(tǒng)治理，植被覆蓋率進(jìn)一步得到提升。NDVI單因子分析顯示，金庭鎮(zhèn)植被茂密、長勢較好，計算得出金庭鎮(zhèn)植被覆蓋生態(tài)敏感性程度較高，極高敏感以及高敏感區(qū)域占比可達(dá)74%（圖2d）。城鎮(zhèn)區(qū)域植被覆蓋度相對較低，多屬低敏感區(qū)域。

3.1.3 水系分布敏感性分析 金庭鎮(zhèn)水系眾多，山區(qū)分布有多條泄洪溝且坡度相對較陡，存在一定的水土流失風(fēng)險；但由于存在較多短小河流、斷頭浜等狀況，此次研究水系分布僅利用主要水系進(jìn)行計算。排除短小支流篩出主要水系后，可利用歐氏距離計算得到基于主要水系距離的生態(tài)敏感性程度（圖2e）。主要水系多位于圩區(qū)、山麓區(qū)域及環(huán)太湖區(qū)域，水系周邊區(qū)域生態(tài)敏感性程度較高，極高敏感及高敏感區(qū)域占比為29.9%。

3.2 綜合敏感性分析

通過多因子加權(quán)疊加，計算可得金庭鎮(zhèn)綜合生態(tài)敏感性評價（圖3，表2）：1）極高敏感區(qū)及高敏感區(qū)面積占比約35.52%，主要分布在西北部分西山風(fēng)景區(qū)及東南部分石公片區(qū)域。西山地勢較高、坡度較陡、起伏較大，且植被覆蓋度高；石公山區(qū)域地勢略有起伏，植被茂密。這些區(qū)域?qū)﹂_發(fā)建設(shè)極為敏感，過度的人為干擾可能對此區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重破壞。

表2 金庭鎮(zhèn)綜合生態(tài)敏感性評價統(tǒng)計結(jié)果Table 2 Comprehensive ecological sensitivity assessment results

圖3 金庭鎮(zhèn)綜合生態(tài)敏感性評價圖Fig. 3 Comprehensive ecological sensitivity assessment of Jinting Town

2）中低敏感區(qū)域面積占比約54.27%，多分布在圩區(qū)及城鎮(zhèn)區(qū)域，地勢平坦起伏較低，植被覆蓋相對較低，可以考慮在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的前提下進(jìn)行適當(dāng)開發(fā)建設(shè)。

4 討論

金庭鎮(zhèn)山體區(qū)域生態(tài)敏感性最高，該片區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，應(yīng)做好生態(tài)保護(hù)、保育工作，減小開發(fā)力度，引導(dǎo)推進(jìn)退耕還林工作，避免對山體區(qū)域造成過大的壓力，以自然恢復(fù)為主，輔以較低程度的人工措施推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與保護(hù)。與此同時，圩區(qū)及城鎮(zhèn)區(qū)域敏感性較低，這意味著在這些區(qū)域進(jìn)行人類活動和開發(fā)的潛在影響相對較小?？紤]到該區(qū)域存在諸如水系連通性弱、河流水質(zhì)未達(dá)標(biāo)等問題，需采取相應(yīng)的水環(huán)境治理措施，推動圩區(qū)河道治理、強(qiáng)化城鎮(zhèn)污水處理，因地制宜地開展河道疏浚、河道駁岸生態(tài)化改造、水生態(tài)修復(fù)等工程措施。

由于目前僅能獲取地形數(shù)據(jù)及遙感影像數(shù)據(jù)，本文未對土地利用情況、道路分布、種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)分布、風(fēng)景名勝區(qū)分布等其他可能影響生態(tài)敏感性的因子進(jìn)行研究分析；此外，未能在此次評價中進(jìn)行金庭鎮(zhèn)生態(tài)敏感性在不同時間跨度內(nèi)的變化情況分析，未來可對此進(jìn)行深入探討。

5 結(jié)論與建議

本文基于GIS針對金庭鎮(zhèn)進(jìn)行了生態(tài)敏感性綜合評價，通過地形因子、植被覆蓋及水系分布等自然條件分析，設(shè)置高程、坡度、地形起伏度、NDVI、主要水系距離5項指標(biāo)，建立生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系，計算分析各單因子敏感性評價，通過加權(quán)疊加得到金庭鎮(zhèn)綜合生態(tài)敏感性評價。結(jié)果表明：極高敏感區(qū)及高敏感區(qū)占比約35.52%，主要分布在山區(qū)；中低敏感區(qū)域占比約54.27%，多分布在圩區(qū)及城鎮(zhèn)區(qū)域。

根據(jù)生態(tài)敏感性分布情況，提出以下區(qū)域治理措施：1）山區(qū)等地勢較高、坡度較陡、地形起伏程度大且植被覆蓋率高的區(qū)域生態(tài)敏感性較高，應(yīng)做好生態(tài)保護(hù)保育工作，減小開發(fā)力度，通過較小力度的人工措施輔助生態(tài)系統(tǒng)的自然修復(fù)；2）圩區(qū)、城鎮(zhèn)等地勢平坦、植被覆蓋率相對較低的區(qū)域多為中低敏感區(qū)，可開展一定的建設(shè)工程，推動圩區(qū)河道治理、強(qiáng)化城鎮(zhèn)污水處理，因地制宜地開展河道疏浚、岸坡整治、水生態(tài)修復(fù)等建設(shè)。