基于GIS的江西省南昌市生態(tài)環(huán)境敏感性評價研究

摘 要：以江西省南昌市為研究對象，選取高程、坡度、植被覆蓋度（NDVI）、降水量、土地利用類型5個因子作為評價指標，采用地理信息系統(tǒng)技術和層次分析法進行生態(tài)敏感性綜合分析。研究結果表明：在5個生態(tài)評價指標中，降水量對南昌市生態(tài)環(huán)境敏感性影響最大（權重為0.28），土地利用類型對南昌市生態(tài)敏感性影響最?。嘀貫?.12）；南昌市生態(tài)環(huán)境敏感性總體偏低，極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)面積占南昌市總面積的13.91%，中敏感區(qū)面積占南昌市總面積的15.50%，低敏感區(qū)面積占南昌市總面積的31.22%，極低敏感區(qū)面積占南昌市總面積的39.37%；整體來看，南昌市生態(tài)敏感性綜合分布呈現(xiàn)大而破碎化分布，中部地區(qū)生態(tài)敏感性偏低，西部和東部地區(qū)生態(tài)敏感性逐漸增加。

關鍵詞：GIS；生態(tài)環(huán)境；敏感性評價；南昌市

中圖分類號：X826 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）7-101-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.07.024

0 引言

改革開放以來，我國城鎮(zhèn)化進程不斷加快，1978年到2022年城鎮(zhèn)化率由17.60%上升到65.22%。隨著城市不斷擴張，生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，生態(tài)系統(tǒng)功能日益退化，生態(tài)空間不斷被擠壓，土地資源日益緊張，不利于社會的可持續(xù)發(fā)展［1-2］。為推進我國經(jīng)濟社會綠色化、低碳化高質量發(fā)展，提高我國國土空間質量，推進生態(tài)文明建設，有必要在此背景下進行深入的生態(tài)環(huán)境研究，為鄉(xiāng)村振興奠定堅實的生態(tài)基礎［3-4］。而生態(tài)敏感性是評價生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要參考因素之一，其顯示了生態(tài)系統(tǒng)對自然條件變化和對人類行為影響的敏感性，并且能夠評估這些外部因素對生態(tài)環(huán)境可能造成的損害。通常來說，生態(tài)敏感性較高的系統(tǒng)，更易受外界因素的干擾而發(fā)生變化［5-6］ 。生態(tài)敏感性評價是一項關鍵措施，其通過綜合分析各類生態(tài)因素來評估環(huán)境的穩(wěn)定性。分析特定區(qū)域的生態(tài)敏感性，對制定生態(tài)環(huán)境方面的政策具有重要意義［7］。

在過去，生態(tài)環(huán)境評價一直都是大范圍進行的。但是近年來，生態(tài)敏感性研究取得了顯著進展，其研究重點已經(jīng)從宏觀層面逐漸轉向中微觀層面［8］，并且這一研究已經(jīng)廣泛應用于不同領域，如國土空間規(guī)劃［9］、生態(tài)安全格局構建［10］、水生態(tài)安全評估［11］、保護區(qū)開發(fā)建設［12］等。吳金華等［13］首次利用變異系數(shù)法來確定評價指標權重，通過ArcGIS區(qū)域統(tǒng)計技術，對延安市土地環(huán)境的生態(tài)敏感性進行全面評估；楊藝苑等［14］利用AHP和AcrGIS平臺對東川區(qū)進行生態(tài)敏感性分析與評價，為促進當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展提出一系列政策建議；倪夢靜等［15］利用德爾菲法、層次分析法和加權疊加法對寧德市生態(tài)環(huán)境敏感性進行綜合分析，并對已開發(fā)的沿海生態(tài)風景區(qū)提出保護與規(guī)劃建議。

此研究以江西省南昌市為例，借助GIS分析技術，針對南昌市當前面臨的生態(tài)環(huán)境挑戰(zhàn)，選取一系列適宜的生態(tài)敏感性評價指標，旨在構建一個科學嚴謹?shù)脑u價體系；應用層次分析法，確定各評價指標的權重；利用空間分析技術，對南昌市的生態(tài)敏感性、生態(tài)適宜性及其在空間上的分布進行綜合評估。此研究結果可為南昌市未來的生態(tài)空間優(yōu)化和城市規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況

南昌市地處江西省中部偏北，贛江、撫河下游，鄱陽湖西南岸，位于東經(jīng)115°27′～116°35′、北緯28°10′～29°11′。地理位置優(yōu)越，是中國唯一毗鄰長江三角洲、珠江三角洲和閩南金三角的省會中心城市，是連接三大重要經(jīng)濟圈（長江三角洲、珠江三角洲、海峽西岸經(jīng)濟區(qū)）的省際交通廊道。南昌市自然環(huán)境優(yōu)美，山環(huán)水繞，風光綺麗，豐富的自然環(huán)境資源孕育了良好的生態(tài)景觀。截至2022年底，南昌市的常住居民達到653.81萬人，同時該市的生產(chǎn)總值達到7 203.50億元。隨著社會的持續(xù)發(fā)展和城市化的穩(wěn)步推進，如何有效地協(xié)調(diào)社會進步與生態(tài)環(huán)境保護、推動區(qū)域的持續(xù)發(fā)展，成為研究的重要課題。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究所需的數(shù)據(jù)資料包括：2022年土地利用數(shù)據(jù)（下載自中國科學院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心），分辨率為30 m的DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)（下載自地理空間數(shù)據(jù)云），2022年南昌市降水數(shù)據(jù)（分辨率為1 000 m），南昌市行政邊界數(shù)據(jù)（下載自全國地理信息資源目錄服務系統(tǒng)），Landsat 8 OLI遙感影像（下載自地理空間數(shù)據(jù)云），南昌市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)［采用審圖號為 GS（2022）4308號的地圖數(shù)據(jù)］。研究采用ENVI對Landsat影像進行分析，得到南昌市的用地數(shù)據(jù)，并據(jù)此計算植被指數(shù)。

2.2 研究方法

2.2.1 層次分析法

綜合考量南昌市的生態(tài)現(xiàn)狀，研究遵循科學性、定量與定性相結合的準則，采用層次分析法（AHP）構建一個全面的生態(tài)敏感性評價指標體系。針對南昌市的生態(tài)現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟狀況和地理特征，通過實地考察、歷史研究資料搜集及對遙感圖像進行分析，該研究選擇高程、坡度、植被覆蓋度（以歸一化植被指數(shù)NDVI表示）、降水量、土地利用類型等5個關鍵生態(tài)敏感性指標，形成了AHP層次分析法的指標層。這些指標被劃分為5個不同的敏感度等級，每個等級分別賦予1、3、5、7、9的數(shù)值，并由專家進行敏感性評估。在完成一致性檢驗后，利用Matlab軟件，根據(jù)層次分析法計算出各評價指標的權重（見表1）［16］。

2.2.2 綜合指數(shù)模型

首先，通過ArcGIS軟件的網(wǎng)格生成工具，設定150 m×150 m的網(wǎng)格尺寸，并將各評價因子的得分分配給每個網(wǎng)格單元。其次，根據(jù)生態(tài)評價指標體系對5個評價因子重新分類和分級，并賦予相應的數(shù)值。在此基礎上，依據(jù)各因子的權重，運用Arc GIS的疊加分析工具，對這5個評價因子的數(shù)據(jù)進行綜合疊加處理，從而生成南昌市綜合生態(tài)敏感性分布圖。最后，采用加權指數(shù)法，通過式（1）計算生態(tài)敏感性綜合指數(shù)。

[Sj=i=18C（i，j）·Wi]" " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式（1）中：i為評價指標；j為評價單元；Wi為評價指標i對應的權重值；Sj為評價單元j的生態(tài)敏感性指數(shù)；C（i，j）為評價單元j的評價指標i的得分。

2.3 空間統(tǒng)計分析與分級

根據(jù)南昌市的土地利用動態(tài)變化和生態(tài)環(huán)境特性，研究從生態(tài)和水環(huán)境等方面選取高程、坡度、植被覆蓋度、降水量和土地利用類型5個評價因子，對南昌市的生態(tài)環(huán)境進行敏感性分析和評價。在參考生態(tài)環(huán)境相關規(guī)范和歷史研究資料的基礎上，采用層次分析法對各評價因素進行敏感性等級劃分，對應極低敏感區(qū)、低敏感區(qū)、中敏感區(qū)、高敏感區(qū)和極高敏感區(qū)（詳見表1）。

3 結果與分析

3.1 單因子生態(tài)敏感性分析與評價

3.1.1 高程敏感性分析

高程是評估生態(tài)敏感性的關鍵因素之一。一個區(qū)域的垂直生態(tài)分布主要是由高程的變化決定的，而高程的波動也會引起氣候變化，進而影響生物種群的分布和生態(tài)環(huán)境的垂直分層。在南昌市，高程對生態(tài)敏感性的影響相對較小，極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)主要集中在南昌市的西部和西北部，兩者面積之和為301.92 km2，占南昌市總面積的4.20%；中敏感區(qū)分布在南昌市的西部、西北部及東南部，面積為72.01 km2，占南昌市總面積的1.00%；低敏感區(qū)、極低敏感區(qū)分布在南昌市的北部、中部和西南部邊緣，兩者面積之和為6 815.35 km2，占南昌市總面積的94.80%（結果見圖1和表2）。

3.1.2 坡度敏感性分析

坡度是衡量地形傾斜程度的一個重要指標，其直接關系到地表物質和能量的流動。坡度的大小可以顯著影響地表侵蝕過程，進而可能引發(fā)諸如水土流失等生態(tài)問題［17］?；谄露纫蜃拥哪喜猩鷳B(tài)敏感地區(qū)主要呈集中式分布，極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)多分布在南昌市的西部和西北部，兩者面積之和為256.70 km2，占南昌市總面積的3.57%；中敏感區(qū)面積為149.40 km2，占南昌市總面積的2.08%，主要分布在南昌市的西北部和東南部；極低敏感區(qū)和低敏感區(qū)總面積為6 783.16 km2，占南昌市總面積的94.35%，分布相對集中，主要分布在南昌市的北部、中部和西南部（結果見圖1和表2）。因此，在坡度方面，南昌市的生態(tài)敏感性表現(xiàn)為以極低敏感區(qū)為主，受坡度影響較小。

3.1.3 NDVI敏感性分析

植被覆蓋度（NDVI）是反映地面植被長勢的一個主要指標，能夠反映植被生長、植被分布等狀況［18］。從NDVI方面分析，生態(tài)極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)總面積為1 001.30 km2，占南昌市總面積的13.92%，主要分布在贛江流域、鄱陽湖周邊和青嵐湖、軍山湖周邊區(qū)域；中敏感區(qū)面積為422.55 km2，占南昌市總面積的5.88%，主要分布在南昌市中心城區(qū)和灣里區(qū)一帶；低敏感區(qū)和極低敏感區(qū)面積分別為988.30 km2和4 776.70 km2 ，呈現(xiàn)分散分布，分布在南昌市西部、北部和東南部，兩者占南昌市總面積的80.20%（結果見圖1和表2）。在植被覆蓋度方面，南昌市在的生態(tài)敏感性較低。由此可以看出，南昌市的植被豐富。南昌市在后續(xù)的發(fā)展過程中，需要注重保護植被，提高生態(tài)環(huán)境質量。

3.1.4 降水量敏感性分析

降水影響土壤濕度，從而影響植物生長。降水量的穩(wěn)定性是保障流域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因素之一。根據(jù)評價結果可知，基于降水量因子的南昌市生態(tài)敏感性整體以低敏感為主。其中，極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)兩者面積之和為723.04 km2，占南昌市總面積的10.06%，主要分布在南昌市的西北部和東南部；中敏感區(qū)面積為2 187.20 km2，占南昌市總面積的30.42%，主要分布在南昌市東部；低敏感區(qū)和極低敏感區(qū)面積占比較大，兩者面積之和為4 278.86 km2，占南昌市總面積的59.52%，主要分布在南昌市的中部和西部（結果見圖1和表2）。

3.1.5 土地利用類型敏感性分析

土地利用類型主要受人類活動的影響。由分析可知，從土地利用類型方面分析，南昌市的生態(tài)敏感性以中高水平為主。南昌市的土地利用類型主要包括建設用地、裸地、耕地、草地、林地等。土地利用類型的極低敏感區(qū)（建設用地）和低敏感區(qū)（裸地）面積之和為1 031.32 km2，占南昌市總面積的14.35%，主要分布在南昌市中心城區(qū)、西北部與東南部；中敏感區(qū)（耕地、草地）面積為3 874.34 km2，占南昌市總面積的53.89%，分布較廣，在南昌市呈分散分布；高敏感區(qū)（林地）和極高敏感區(qū)（河流、湖泊）面積之和為2 283.44 km2 ，占南昌市總面積的31.77%，主要分布在贛江流域、鄱陽湖周邊和青嵐湖、軍山湖周邊區(qū)域（結果見圖1和表2）。

3.2 生態(tài)環(huán)境敏感性綜合生態(tài)評價分析

綜合南昌市的自然環(huán)境條件、社會經(jīng)濟狀況，利用GIS平臺，將高程、坡度、NDVI、降水量和土地利用類型5個評價因子及其相應的權重進行綜合疊加分析，分析結果生成了南昌市的綜合生態(tài)敏感性分布圖（如圖2所示），其綜合生態(tài)評價指數(shù)的范圍為1.00～7.56（見表3）。南昌市生態(tài)極低敏感區(qū) （敏感指數(shù)為1.00～2.32） 面積較大，占南昌市總面積的39.37%，主要分布在南昌市中部和西北部，這些地區(qū)主要是人類集中活動區(qū)域；低敏感區(qū)（敏感指數(shù)為2.32～3.62）面積占南昌市總面積的31.22%，主要分布在南昌市的東部與東南部，西北部也有少量分布；中敏感區(qū)（敏感指數(shù)為3.62～4.94）面積占南昌市總面積的15.50%，部分集中在南昌市東南部，主要呈分散分布；高敏感區(qū)（敏感指數(shù)為4.94～6.25）和極高敏感區(qū)（敏感指數(shù)為6.25～7.56）面積分別占南昌市總面積的11.04%和2.87%，主要分布在南昌市西北部梅嶺區(qū)域、東部鄱陽湖周邊和青嵐湖、軍山湖周邊區(qū)域。

4 結論與討論

以南昌市為研究對象，選取5種生態(tài)敏感性評價因子（高程、坡度、NDVI、降水量及土地利用類型），利用層次分析法和ArcGIS對各因子進行單因子分析和綜合分析，獲得基于各指標的南昌市生態(tài)敏感性情況和綜合情況，得出如下結論。

①在5個評價因子中，降水量對南昌市生態(tài)環(huán)境的敏感性影響最為顯著，其權重為0.28；而土地利用類型對南昌市生態(tài)環(huán)境的敏感性影響相對較小，權重為0.12；坡度因子的權重值為0.26，在所有評價指標中位列第二。研究結果表明，降水量和坡度這2個權重高的指標在生態(tài)敏感性分布上呈現(xiàn)出相似的趨勢，并且這一趨勢與南昌市綜合生態(tài)敏感性分布的整體趨勢吻合。

②由單因子評價結果可知，南昌市植被覆蓋度的低敏感區(qū)和極低敏感區(qū)面積占比較大，說明南昌市植被豐富，林地與耕地眾多，流域豐富，縱橫交錯。南昌市的坡度生態(tài)敏感性和高程生態(tài)敏感性分布趨勢一致性較高，呈現(xiàn)出陡坡集中分布在南昌市中部、西北部和東南部，主要是由于南昌市處于海拔較低的區(qū)域，地勢平坦，只有梅嶺部分略有起伏。南昌市降水量較為均勻，呈現(xiàn)出由西至東敏感性逐漸升高的趨勢，其中極高敏感區(qū)面積占比最?。▋H占0.81％）。從各個評價指標的角度考慮，南昌市應特別關注由于降水和坡度引起的水土流失問題，并加強生態(tài)環(huán)境保護。同時，需要加強對南昌市西北部地區(qū)土地資源的有效保護和合理開發(fā)利用。

③南昌市綜合生態(tài)敏感性以極低敏感、低敏感為主，空間分布呈現(xiàn)大而破碎化分布，南昌市中部地區(qū)生態(tài)敏感性偏低，西部和東部地區(qū)生態(tài)敏感性逐漸增加。極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)主要分布在南昌市西部和東部，大部分是林地和河流的周邊區(qū)域；中敏感區(qū)主要分布在南昌市東南部，呈分散分布，大部分是耕地、草地；低敏感區(qū)主要分布在南昌市東部；極低敏感區(qū)主要分布在南昌市中部和西北部，主要是現(xiàn)有的建設用地，包括人類活動最多的主城區(qū)。極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)生物多樣性豐富，屬于生態(tài)脆弱環(huán)境區(qū)，生態(tài)環(huán)境極易受到干擾，因此需要加強對梅嶺、鄱陽湖、青嵐湖和軍山湖等生態(tài)風景區(qū)的保護和規(guī)劃，減少人類活動帶來的破壞；中敏感區(qū)是較脆弱的生態(tài)環(huán)境區(qū)域，應堅持“在保護中開發(fā)，在開發(fā)中保護”的原則，合理開發(fā)資源，提高植被覆蓋面積，合理規(guī)劃區(qū)域內(nèi)部的河網(wǎng)水系；低敏感和極低敏感的生態(tài)區(qū)域較為廣泛，在此區(qū)域的開發(fā)建設中，應遵循可持續(xù)發(fā)展原則。在開發(fā)過程中，需要合理利用地形、氣候和土地利用類型等自然條件優(yōu)勢，以及各區(qū)域所特有的自然資源，采取有效措施防止資源浪費和生態(tài)環(huán)境污染，確保生態(tài)平衡和資源的可持續(xù)利用。

南昌市氣候濕潤溫和，生態(tài)資源豐富。通過對高程、坡度、NDVI、降水量及土地利用類型5個因子進行生態(tài)敏感性評價，發(fā)現(xiàn)南昌市綜合生態(tài)敏感性整體處于低敏感，后期可針對不同的敏感類型制定不同的保護和開發(fā)策略，為合理有效利用土地資源提供參考。研究發(fā)現(xiàn)，南昌市在推進生態(tài)文明建設過程中，需要科學規(guī)劃和管理水土資源，以保持生態(tài)環(huán)境的平衡和穩(wěn)定。同時，要提升南昌市的生態(tài)文明建設水平，確保生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：謝源沁（1998—），女，碩士生，研究方向：園林設計與大地景觀規(guī)劃。