基于SRP模型的紅壤丘陵區(qū)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)

陸晴 廖佳婧 胡慧敏

摘 要：本研究選取贛南地區(qū)作為研究區(qū)，利用“敏感度- 恢復(fù)力- 壓力度”模型（SRP 模型）選取12 個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；運(yùn)用層次分析法確定權(quán)重，結(jié)合ArcGIS10.2 空間分析法從時(shí)空尺度、地類(lèi)尺度、區(qū)縣尺度對(duì)贛南地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行分析探討。研究結(jié)論如下：（1）時(shí)間維度上，贛南地區(qū)微度脆弱、輕度脆弱面積占比達(dá)65% 以上，2000—2010 年中度脆弱、重度脆弱、極度脆弱區(qū)面積呈不同幅度增加，增加幅度分別為10.03%、15.98% 和53.02%；2010—2020 年微度脆弱、輕度脆弱區(qū)面積不斷增加，增加幅度分別為32.95% 和7.99%。（2）空間分布格局上，贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性整體空間分布態(tài)勢(shì)呈中部高四周低，東北高西南低，重度脆弱、極度脆弱集中分布在中部人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市建成區(qū)；微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱主要分布在經(jīng)濟(jì)落后、農(nóng)業(yè)為主的周邊地區(qū)。（3）區(qū)縣尺度上，重度脆弱、極度脆弱的區(qū)縣數(shù)量在減少，微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱的區(qū)縣數(shù)量在增加；地類(lèi)尺度上，2000—2020 年建設(shè)用地的生態(tài)脆弱性指數(shù)值最高，林地最低。

關(guān)鍵詞：贛南地區(qū)；SRP 模型；生態(tài)脆弱性

中圖分類(lèi)號(hào)：Q148 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1329（2023）03-0100-06

近十年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，世界范圍的生態(tài)建設(shè)和環(huán)境矛盾問(wèn)題不斷突出，人類(lèi)所處生存環(huán)境的脆弱性正逐漸增強(qiáng)[1-2]，如何科學(xué)評(píng)估區(qū)域生態(tài)脆弱性成為了研究熱題。生態(tài)脆弱性是指在一定時(shí)間范圍內(nèi)，特定區(qū)域下生態(tài)系統(tǒng)在受到外部影響時(shí)所顯示出來(lái)的敏感應(yīng)變度和恢復(fù)能力[3-5]，是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的自然屬性，具有地域性、典型性以及客觀性特點(diǎn)。采用不同的方法對(duì)生態(tài)脆弱性進(jìn)行全面評(píng)估，并且深入地探索它們?cè)跁r(shí)間和空間上的差異，這將為我們制定更加科學(xué)合理的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供重要參考。

國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者以生態(tài)系統(tǒng)脆弱性為對(duì)象開(kāi)展了廣泛的研究，積累了大量研究經(jīng)驗(yàn)，最早是1989 年牛文元[6] 識(shí)別生態(tài)脆弱區(qū)域。隨著研究的深入，評(píng)估生態(tài)脆弱性的模型和方法日益增多，當(dāng)前常用的評(píng)價(jià)模型有“壓力- 狀態(tài)-響應(yīng)”模型[7]、“暴露度- 敏感度- 恢復(fù)力”模型[8]、“敏感度- 恢復(fù)力- 壓力度”模型[9-10]、物元模型[11]、最小累積阻力模型（MSR）[12] 等。評(píng)價(jià)方法包括綜合指數(shù)法[13]、灰色關(guān)聯(lián)度分析法[14]、景觀生態(tài)學(xué)模型[15]、集對(duì)分析法[16]等，根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的差異，實(shí)際選取的模型與方法有所不同。目前，我國(guó)生態(tài)脆弱性的研究取得了一定的成果。王讓會(huì)[17] 等人基于景觀生態(tài)理論，從不同角度選取生態(tài)綜合性敏感因子對(duì)塔里木河流域進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)力分析；解雪峰[7] 等人基于PSR 模型和生態(tài)安全度模型構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，揭示了東陽(yáng)江流域生態(tài)脆弱性空間分布規(guī)律；陳群利[16] 等人采用SPA 方法，選取影響水土流失最密切因素構(gòu)建指標(biāo)體系，對(duì)畢節(jié)地區(qū)進(jìn)行生態(tài)脆弱性分級(jí)，其研究結(jié)果為喀斯特地區(qū)生態(tài)建設(shè)提供理論借鑒。國(guó)內(nèi)對(duì)脆弱性研究主要集中在流域及干旱地區(qū)，對(duì)丘陵地帶的研究較少。

贛南地區(qū)是典型的丘陵地區(qū)，地貌起伏較大，境內(nèi)水系眾多。近年來(lái)由于稀土開(kāi)采、城市建設(shè)等人為活動(dòng)，致使贛南地區(qū)土層流失、水體污染等生態(tài)問(wèn)題十分嚴(yán)重。本研究選取贛南地區(qū)作為研究區(qū)，研究不同尺度的贛南地區(qū)脆弱性，并提出相關(guān)建議。本文研究結(jié)果將對(duì)江西省贛南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)、改善城市生態(tài)環(huán)境、提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量具有重要意義。

1 區(qū)域概況

贛南地區(qū)（24°29′—27°09′N(xiāo)，113°54′—116°38′E）位于江西省南部，贛江上游，主要由3 個(gè)市轄區(qū)、13 個(gè)縣、2 個(gè)縣級(jí)市組成，總面積39 379.64 km2，占江西省總面積的23.6%。地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，氣候溫暖，雨量充裕，年均氣溫19.8°，年均降雨量1 605mm。研究區(qū)域內(nèi)地勢(shì)復(fù)雜，地形以山地、丘陵為主，呈四周高中間低，南部高北部低的走勢(shì)。由于地質(zhì)構(gòu)造等原因，贛南地區(qū)土地利用類(lèi)型地域性強(qiáng)，以林地為主，2020 年林地面積29 213.02 km2，耕地面積4 381.37km2，園地面積1 308.89km2，草地面積614.67 km2。根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)，贛州市常住人口為897 萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率達(dá)55%。2020 年贛南地區(qū)進(jìn)入到一個(gè)高速發(fā)展階段，地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）3 645.2 億元，比上年增長(zhǎng)4.2%。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

本研究采用的DEM 數(shù)據(jù)、歸一化植被指數(shù)、土地利用數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn/）。采用ArcGIS10.2 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行投影和裁剪等預(yù)處理，基于DEM 影像，應(yīng)用3DAnalyst 工具中的坡度和表面分析工具分別計(jì)算坡度和地形起伏度。通過(guò)創(chuàng)建漁網(wǎng)工具，將研究區(qū)劃分為3 km×3km 的格網(wǎng)分割土地利用數(shù)據(jù)后導(dǎo)入fragstats4.3 軟件計(jì)算景觀破碎度和景觀多樣性指數(shù)，再通過(guò)克里金插值法得到整個(gè)研究區(qū)的景觀指數(shù)分布。年均降水、年均氣溫等來(lái)自國(guó)家地球科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//loess.geodata.cn）數(shù)據(jù)集的中國(guó)逐年降水量數(shù)據(jù)和逐年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)。為了確保選取數(shù)據(jù)在處理過(guò)程的可操作性，預(yù)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣處理，選擇空間分辨率為30 m 的柵格形式。

3 研究方法

3.1 SRP 模型

SRP（sensitivity-resilience-pressure）模型是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)涵建立的模型，能夠很好地反映外界諸多因素與生態(tài)系統(tǒng)脆弱性之間關(guān)系，是一種比較合理、客觀的評(píng)價(jià)模型，已被廣泛用于評(píng)估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)脆弱性[18-19]。SRP 模型結(jié)構(gòu)相對(duì)全面地包含了影響生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的基本要素，包括生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)壓力度3個(gè)分量。其中，生態(tài)敏感性是生態(tài)系統(tǒng)受外界影響時(shí)的敏感應(yīng)變程度，生態(tài)恢復(fù)力是生態(tài)系統(tǒng)的自我復(fù)原能力，生態(tài)壓力度是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界的壓力強(qiáng)度。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取和權(quán)重確定

結(jié)合贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性實(shí)際狀況和數(shù)據(jù)可獲得性，本研究依據(jù)SRP 模型從三個(gè)方面選取12 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)用以構(gòu)建評(píng)價(jià)體系。評(píng)價(jià)指標(biāo)的性質(zhì)與地區(qū)脆弱性的影響強(qiáng)度有著密切關(guān)系，主要分為兩種性質(zhì)：一種是正向指標(biāo)，指標(biāo)值越大，生態(tài)脆弱性越強(qiáng)；另一種是負(fù)向指標(biāo)，指標(biāo)值越小，生態(tài)脆弱性越弱。生態(tài)敏感性目標(biāo)層，在地形地貌因素層上選取高程、坡度、地形起伏度3 個(gè)因子，在景觀因素層上選取土地利用類(lèi)型、景觀破碎度、景觀多樣性指數(shù)3 個(gè)因子，在水熱氣候因素層上選取地表溫度、年平均氣溫、年平均降水3 個(gè)指標(biāo)。生態(tài)恢復(fù)力目標(biāo)層選取歸一化植被指數(shù)（NDVI）1 個(gè)指標(biāo)。生態(tài)恢復(fù)力選取GDP、人口密度２個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本研究采用層次分析法進(jìn)行權(quán)重賦值[20-21]，層次分析法既能對(duì)定性指標(biāo)分析，又能對(duì)定量指標(biāo)計(jì)算，可以更加全面準(zhǔn)確地確定指標(biāo)權(quán)重，是通過(guò)建立一個(gè)判斷矩陣，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行比較，進(jìn)而確定各指標(biāo)權(quán)重。判斷矩陣一致性CR ＜ 0.1，結(jié)果檢驗(yàn)性較好，可以將其確定為指標(biāo)最后權(quán)重。各指標(biāo)權(quán)重如表1。

3.5 生態(tài)脆弱性分級(jí)

為了更直觀、準(zhǔn)確地分析贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性空間分布特征，需對(duì)計(jì)算得出的生態(tài)脆弱性指數(shù)進(jìn)行劃分等級(jí)。由于數(shù)據(jù)分類(lèi)方法很多，客觀的分級(jí)對(duì)研究結(jié)果可靠性十分重要。本研究采用自然間斷法進(jìn)行分級(jí)，自然間斷法是依據(jù)數(shù)據(jù)本身自然分組，把數(shù)據(jù)中相近的數(shù)值劃分一組，劃分的組別間存在較大差異，是一種十分客觀的方法。在參考相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)生態(tài)脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[25-27] 和咨詢(xún)專(zhuān)家的基礎(chǔ)上，結(jié)合贛南地區(qū)實(shí)際生態(tài)脆弱性指數(shù)，利用自然間斷點(diǎn)法將研究區(qū)2000 年、2010 年、2020 年生態(tài)脆弱性指數(shù)劃分為5 個(gè)不同等級(jí)，具體的脆弱性程度劃分結(jié)果如表3 所示。

4 結(jié)果與分析

4.1 贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性時(shí)間變化分析

根據(jù)綜合指數(shù)法計(jì)算得出贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性指數(shù)，利用自然間斷法對(duì)其進(jìn)行分級(jí)，通過(guò)ArcGIS10.2 分別計(jì)算出贛南地區(qū)2000 年、2010 年、2020 年3 個(gè)時(shí)期生態(tài)脆弱性面積占比及其面積變化（表4）。

2000—2010 年，研究區(qū)輕度脆弱區(qū)面積占比最大，但呈下降的趨勢(shì)，面積減少921.70 km2；其次是中度脆弱、重度脆弱，面積呈小幅度增加，分別增加1 100.70 km2，840.23 km2；微度脆弱區(qū)面積變化明顯，呈急劇減少，下降幅度達(dá)35%；極度脆弱區(qū)面積占比僅8%，但變化幅度最大，面積增加1 101.84 km2。究其原因，可能是因?yàn)橼M南地區(qū)稀土開(kāi)采，大量礦區(qū)非法開(kāi)采，巖石裸漏，地表植被和水體遭到嚴(yán)重破環(huán)，因礦區(qū)開(kāi)采造成區(qū)域性生態(tài)破環(huán)的面積由2000 年的32 hm2 達(dá)到2010 年的153 hm2。

2010—2020 年贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性整體表現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。微度脆弱區(qū)、輕度脆弱區(qū)面積占比最大且兩者面積呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，分別增加1318.77 km2、1068.70 km2，增加幅度分別為32.95%、7.99%；中度脆弱區(qū)、重度脆弱區(qū)、極度脆弱區(qū)面積大幅度減少，分別減少60.30 km2、983.94 km2 和1 222.49 km2，減少幅度分別為0.49%、16.14% 和38.44%。這樣的變化主要得益于贛南地區(qū)重視生態(tài)保護(hù)修復(fù)和污染防治。對(duì)贛江經(jīng)濟(jì)帶進(jìn)行保護(hù)，實(shí)施山水林田湖草一體生態(tài)修復(fù)，大力開(kāi)展廢棄礦山修復(fù)治理，持續(xù)推進(jìn)低質(zhì)低效林改造，大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)，這些措施對(duì)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境起到了一定的改善作用。

4.2 贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性空間變化分析

為了更好了解研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境空間變化特征，利用ArcGIS10.2 軟件，選取贛南地區(qū)2000 年、2010 年、2020年三個(gè)時(shí)期生態(tài)脆弱性指數(shù)繪制生態(tài)脆弱性空間分布圖（圖2）。從圖2 可以看出，贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性空間分布差異明顯，呈聚集性分布特征，整體空間分布態(tài)勢(shì)呈中部高四周低，東北高西南低。研究區(qū)以輕度、中度脆弱區(qū)為主，面積占比達(dá)65% 以上，集中分布在崇義縣、上猶縣、全南縣、龍南縣、定南縣、安遠(yuǎn)縣、大余縣等地區(qū)。這些地區(qū)以山地、丘陵為主，海拔較高、地形起伏大，林業(yè)發(fā)展為主、植被覆蓋度高，人口密度較小、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，對(duì)外界干擾具有一定抵抗能力，并且可以恢復(fù)到以前的狀態(tài)。研究區(qū)中度脆弱區(qū)主要分布在南康區(qū)、信豐縣、尋烏縣、會(huì)昌縣、贛縣區(qū)等地區(qū)。這些地區(qū)位于山區(qū)和城市建成區(qū)的過(guò)渡地帶，相對(duì)于西南部的高海拔山地，地形以低丘陵為主，人口和GDP相對(duì)密集。開(kāi)發(fā)斜坡發(fā)展農(nóng)業(yè)和種植業(yè)，造成水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境遭受破環(huán)加強(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定，所承受外界壓力度達(dá)到閾值，對(duì)外界干擾表現(xiàn)敏感，自我恢復(fù)能力較弱。重度脆弱、極度脆弱區(qū)集中分布在于都縣、瑞金市、寧都縣、章貢區(qū)、石城縣、興國(guó)縣等地區(qū)。這些地區(qū)人口密度大、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，城鎮(zhèn)化水平高，植被覆蓋率少，生態(tài)系統(tǒng)極不穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能?chē)?yán)重退化。

4.3 贛南地區(qū)區(qū)縣尺度生態(tài)環(huán)境脆弱性分析

2000—2020 年贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性程度整體有降低的趨勢(shì)，整個(gè)區(qū)域生態(tài)環(huán)境處于良好水平。其中，2010—2020 年生態(tài)脆弱程度下降最為明顯，除尋烏縣1 個(gè)地區(qū)生態(tài)脆弱性水平上升，其余地區(qū)均呈不同程度下降。變化最為明顯的是南康區(qū)、贛縣區(qū)、信豐縣、寧都縣、于都縣、興國(guó)縣、石城縣等7 個(gè)地區(qū)，微度脆弱區(qū)、輕度脆弱區(qū)、中度脆弱區(qū)面積分別共增加156.53 km2、217.78km2、101.83 km2、549.59 km2、182.13 km2、499.41 km2、145.17 km2，其余地區(qū)生態(tài)脆弱性程度呈波動(dòng)下降，變化幅度較?。▓D3）。這種變化主要原因是南康區(qū)、贛縣區(qū)等7 個(gè)區(qū)縣采取了一系列退耕還林、退化林修復(fù)、木材儲(chǔ)備林等重點(diǎn)生態(tài)工程建設(shè)，生態(tài)文明建設(shè)取得一定成效，整個(gè)贛南地區(qū)森林覆蓋率達(dá)76%；尋烏縣四周山地較多，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，廢棄礦山環(huán)境修護(hù)工程進(jìn)展緩慢，生態(tài)環(huán)境相對(duì)較差。

4.4 贛南地區(qū)不同地類(lèi)尺度生態(tài)脆弱性分析

為了分析贛南地區(qū)不同地類(lèi)生態(tài)脆弱性指數(shù)，借助ArcGIS10.2 分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具，分別計(jì)算不同土地利用類(lèi)型生態(tài)脆弱性指數(shù)（表5）。從圖4 可以看出，贛南地區(qū)林地面積最大，2000—2020 年林地面積在急劇地減少，共減少373.19 km2。隨著城市化進(jìn)程加快，建設(shè)用地每年都在增加，共增加230.94 km2；其他地類(lèi)面積波動(dòng)變化。從地類(lèi)角度來(lái)看，2000—2020 年各地類(lèi)生態(tài)脆弱性指數(shù)存在明顯差異，其中建設(shè)用地的脆弱性指數(shù)最高，林地最低，這說(shuō)明由于人類(lèi)活動(dòng)密集，對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾越強(qiáng)烈，生態(tài)脆弱性越強(qiáng)。從時(shí)間角度來(lái)看，2000—2010 年期間耕地、林地、草地呈小幅度上升；2010—2020 年期間，各土地利用類(lèi)型指數(shù)均有所下降，建設(shè)用地生態(tài)脆弱性指數(shù)變化最為明顯。

5 結(jié)論與不足

5.1 結(jié)論

本文選取江西省贛南地區(qū)為研究區(qū)，基于2000—2020 年的高程、氣象、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法賦值權(quán)重，通過(guò)綜合指數(shù)法得出2000 年、2010 年、2020 年贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性指數(shù)，最后利用ArcGIS10.2 得出贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性時(shí)空分布特征，研究結(jié)論如下：

（1）時(shí)間維度上，2000—2020 年贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性總體呈先增強(qiáng)、再減弱的態(tài)勢(shì)，微度脆弱區(qū)、輕度脆弱區(qū)、中度脆弱區(qū)面積占比達(dá)75% 以上，說(shuō)明贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性總體上處于良好的狀態(tài)。2000—2010 年中度脆弱區(qū)、重度脆弱區(qū)、極度脆弱區(qū)的面積增幅分別達(dá)10.03%、15.98%、53.02%，微度脆弱、輕度脆弱區(qū)面積增幅分別達(dá)32.95%、7.99%。

（2）空間分布格局上，贛南地區(qū)生態(tài)脆弱性分布存在地域性，呈聚集性分布特征，整體空間分布態(tài)勢(shì)呈中部高四周低、東北高西南低、由西南向東北加劇的趨勢(shì)。贛南地區(qū)西南部地勢(shì)較高，以山地為主，自然條件好，人類(lèi)活動(dòng)干預(yù)少，生態(tài)脆弱性較低，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定；東北部人口密集，城市化水平高，生態(tài)脆弱性以重度脆弱、極度脆弱為主，生態(tài)恢復(fù)能力較差，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

（3）區(qū)縣尺度上，2000—2020 年贛南地區(qū)重度脆弱、極度脆弱的區(qū)縣數(shù)量減少，微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱的區(qū)縣數(shù)量增加。地類(lèi)尺度上，不同地類(lèi)的生態(tài)脆弱性存在明顯差異，建設(shè)用地的生態(tài)脆弱性指數(shù)值最高，林地最低。因此，城市建設(shè)用地管控十分重要，要嚴(yán)格控制建設(shè)用地邊界無(wú)序擴(kuò)張，禁止亂占耕地、草地。

5.2 不足

（1）各地區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境具有獨(dú)特性，地區(qū)間土地利用存在明顯差異，影響生態(tài)脆弱性的內(nèi)部因素較多且關(guān)系較復(fù)雜。在選取指標(biāo)過(guò)程中，考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性和難以量化等原因，部分指標(biāo)并未采用，這對(duì)后期的研究結(jié)論可能造成一定的偏差，后續(xù)研究需進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以減少對(duì)研究結(jié)果的影響。

（2）本文僅對(duì)研究區(qū)生態(tài)脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并未做深層次生態(tài)脆弱性驅(qū)動(dòng)力分析，以致未能明確揭示贛南地區(qū)在多重因素下生態(tài)脆弱性的變化規(guī)律，后續(xù)研究需對(duì)影響因子做進(jìn)一步的相關(guān)性分析。

參考文獻(xiàn)（References）

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