基于SRP模型的京津冀地區(qū)土地生態(tài)脆弱性評價

中圖分類號X82 文獻標識碼A文章編號 0517-6611（2025）12-0041-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.12.011

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Land Ecological Vulnerability Assessment in Beijing-Tianjin-Hebei Region Based on SRPModel

WANG Xin¹ ，BAILong2（1.HebeiLnd Control Center，Shijiazhuang，HebeiO50o0;2.SchoolofGeographyScienceandEnvironent，hijiazhuang University，Shijiazhuang，Hebei 050034）

AbstractTakingBeijing-Tanjin-Hebeiregionsteresearchaea，withtheelpofSPmodelandGStechnologtispaperselects1 representatieidicatosdstetsofndolocalabilitdedotsotalsistductoesiali of thelandecolgicalvnerabilityin02，2015，2O2During20-2，thareaofmoderatelyvulnerableandaboveinteeigTianjin-ebeigioowdtrdoffisteasingdnceasigndoedtrendfeasinginerald 2020，the proportion of moderately and above vulnerable areas was 56.87% 57.79% and 56.61% ，respectively.Spatially，the land ecological vulnerabiltitesudyreapresentsadistrbutionpateof“hinsoutheastandinest.eslightvunabilitisinlyo centratedinChengdeandaihagMountains，andthesevereandextremelyvnerablereasaremailyonentratedinthecoastalplaiarea. Theoverallspaaldresofndolicaluabiltiesudeeiantolicalproteieasusdte furtherstrend，drtdeialsisfooulatiodoalroteiijo Key wordsLand ecological vulnerability;SRP model;Beijing-Tianjin-Hebei region

在當今高速發(fā)展的背景下，土地資源的脆弱性問題已成為可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的重要議題[1-2]。土地不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)，更是人類生存和社會穩(wěn)定的根基。然而，氣候變化、城市化進程和不當?shù)耐恋毓芾淼纫蛩厥沟猛恋孛媾R前所未有的壓力，土地生態(tài)脆弱性的研究愈受重視，這一趨勢正逐漸吸引學(xué)者們的關(guān)注[3]

土地生態(tài)脆弱性是指土地生態(tài)系統(tǒng)在抵抗外界干擾時表現(xiàn)出較弱的抗性，既容易發(fā)生退化又難以恢復(fù)的本質(zhì)屬性，這種本質(zhì)屬性導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較低，當這種穩(wěn)定性遭到破壞時，土地容易發(fā)生退化。國外眾多學(xué)者關(guān)于生態(tài)脆弱性的研究主要聚焦于大尺域的土地退化等方向，而國內(nèi)注重研究不同生態(tài)類型的脆弱性。目前，針對區(qū)域土地生態(tài)脆弱性的評價已形成一套體系，其中涵蓋了模糊分析法[4]、主成分分析法[5]數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[6]、人工神經(jīng)網(wǎng)[7]等技術(shù)手段。這些方法的運用為深人理解區(qū)域生態(tài)脆弱性提供了有力的工具。此外，在土地生態(tài)脆弱性評價中，針對不同的評價對象，所廣泛采用的評價指標模型也展現(xiàn)出多樣化的特性。其中，“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)\"模型和“暴露-敏感-適應(yīng)\"模型等以其科學(xué)性和實用性在區(qū)域生態(tài)脆弱性評價中占重要地位，這些模型不僅能夠準確判斷區(qū)域生態(tài)脆弱性的程度和趨勢，還能為制定有效的生態(tài)保護策略提供科學(xué)依據(jù)。

京津冀指的是中國首都經(jīng)濟圈，其一體化進程已提升至國家戰(zhàn)略層面。然而，該區(qū)域在快速發(fā)展的同時面臨著顯著的土地生態(tài)脆弱性挑戰(zhàn)。在不同自然因素及人類生產(chǎn)活動的影響下，大部分地區(qū)土地生態(tài)環(huán)境日益退化。該研究基于SRP模型[\"]，采用熵權(quán)法、熱點分析等方法系統(tǒng)分析了2000—2020年京津冀土地生態(tài)脆弱性時空分異特征，以期為區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護與管理提供理論依據(jù)。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況京津冀地區(qū)北靠燕山山脈，南面華北平原，西倚太行山，東臨渤海灣，總面積約為21.1萬 km² ，行政范圍包括涵蓋11個地級市以及北京、天津2個直轄市（圖1）。京津冀地區(qū)地勢西北高東南低，溫帶季風(fēng)氣候，四季分明。河流300余條，主要匯人海河、灤河、內(nèi)陸河和遼河。植被從北至南由草地林地過渡至農(nóng)田。

1.2數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理該研究選取了2010、2015、2020年京津冀地區(qū)的地形數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等作為主要分析對象，具體數(shù)據(jù)如表1所示。為了減少誤差并方便計算，將所有數(shù)據(jù)重采樣為 1km 。

1.3土地生態(tài)脆弱性評估框架

1.3.1SRP模型構(gòu)建。SRP模型在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在這一模型中，生態(tài)敏感性是一個核心概念，它指的是生態(tài)系統(tǒng)抵抗外部干擾的能力，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)在面對環(huán)境變化時的穩(wěn)定性和適應(yīng)性；生態(tài)恢復(fù)力則是指生態(tài)系統(tǒng)在受到外部力量干擾后，能夠保持系統(tǒng)穩(wěn)定并恢復(fù)到原始狀態(tài)或無限接近原始狀態(tài)的自我恢復(fù)能力。這種抵抗外部干擾的能力對于生態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要；生態(tài)壓力度是SRP模型中不可或缺的一部分，它表示外部干擾因素對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾壓力強度，是衡量生態(tài)系統(tǒng)受到外界影響程度的重要指標。通過對生態(tài)壓力度的評估，可以更好地了解生態(tài)系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)和風(fēng)險。因此，SRP模型憑借其全面性、客觀性和專業(yè)性，在生態(tài)脆弱性評價領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[15]

為了探明各地土地生態(tài)脆弱程度、摸清各類因子與生態(tài)環(huán)境變化之間的因果關(guān)系，該研究從社會、經(jīng)濟、環(huán)境等角度出發(fā)選取評價指標，在充分借鑒已有研究成果的同時選擇了坡度、地形起伏度、景觀破碎度指數(shù)、年降水量等11項評價指標綜合評價研究區(qū)土地生態(tài)脆弱性（表2）。

1.3.2評價指標權(quán)重確定。權(quán)重用于評估單一因素的相對重要性，權(quán)重越高，表明該因素對敏感性的影響越顯著。熵權(quán)法是客觀表達指標權(quán)重的一種方式，其核心思想是根據(jù)指標的信息熵值來衡量各個指標的信息量。該研究利用熵權(quán)法計算客觀權(quán)重并結(jié)合專家打分法加以修正，該方法客觀性高、精確性強。在計算權(quán)重前，采用 Min-Max 歸一化方法對指標進行標準化[5，16]，以消除量綱的影響。計算步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)標準化處理：正向指標： 負向指標：

式中： Y_ij 為第 i 行第 j 項指標的標準化值； x_ij 為第 i 行第 j 項指標的原始值； x_max 為第 i 行第 j 項指標的最大值； X_min 為第 χ_i 行第 j 項指標的最小值。

（2）計算比重：

式中： P_ij 為第 i 行第 j 項指標的標準化值； n 為研究樣本個數(shù)。

（3）計算熵值：

式中： e_j 為第 j 項指標的信息熵； n 為研究樣本個數(shù);當 P_ij=0 時， P_ijlnP_ij=0 。

（4）計算權(quán)重：

1.3.3土地生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)計算。使用SuperMap軟件中的加權(quán)疊加工具，將選取的指標與權(quán)重進行乘積，計算研究區(qū)土地生態(tài)脆弱性指數(shù)。該研究利用土地生態(tài)脆弱性指數(shù)（EVI）表征京津冀土地生態(tài)脆弱性，公式如下：

1.4土地生態(tài)脆弱分級劃分該研究參考前人劃分標準[17-18]，通過應(yīng)用自然間斷法，將生態(tài)脆弱性的評估結(jié)果細分為5個等級，如表3所示。

1.5熱點分析熱點分析（ Getis-OrdG_i^* ）是一種統(tǒng)計方法，用于識別數(shù)據(jù)集中高值要素在空間上的聚類位置[19]通過計算每個要素的Getis-Ord G_i^* 統(tǒng)計值，可以得到 z 得分和 p 值，從而確定空間上高值或低值要素的聚類位置，這些聚類位置被稱為熱點和冷點，公式如下：

式中： X_j?X_i 分別為斑塊 j 和 χ_i 的生態(tài)脆弱性指數(shù); W_ij 為空間權(quán)重矩陣。

2 結(jié)果與分析

2.1生態(tài)脆弱性時間變化特征分析從表4可以看出，京津冀地區(qū)生態(tài)環(huán)境整體上處于中度脆弱水平，2010、2015、2020年中度及以上脆弱面積占比分別為 56.87%.57.79% 56.61%2010-2020 年京津冀地區(qū)微度脆弱面積占比增加了0.41百分點，面積增加了 847.66km² ；輕度脆弱面積占比減少了0.15百分點，面積減少了 310.88km² ；中度脆弱面積占比減少了1.77百分點，面積減少了 3729.67km² ;重度脆弱面積占比增加了1.35百分點，面積增加了 2854.45km² ；極度脆弱面積占比增加了0.16百分點，面積增加了 338.44km² 。除了微度、重度、極度脆弱面積有所增加外，輕度、中度脆弱面積均有所減少。

2.2生態(tài)脆弱性空間變化特征分析從圖2可以看出，京津冀生態(tài)脆弱性在空間尺度上展現(xiàn)出明顯的地域特征，生態(tài)脆弱區(qū)主要呈現(xiàn)出自東南向西北脆弱性逐漸減小的空間分異特征，微度脆弱性主要集中在承德及太行山一帶，重度和極度脆弱區(qū)主要集中在濱海平原地區(qū)。京津冀東北部的承德市和秦皇島市等區(qū)域、西南部地區(qū)的保定山區(qū)，生態(tài)脆弱性均以微度脆弱性為主。由于承德市和秦皇島市的獨特地位，構(gòu)成了京津冀地區(qū)不可或缺的水源涵養(yǎng)功能區(qū)和生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)，這些地區(qū)得益于其優(yōu)越的自然水熱條件，展現(xiàn)出了極高的植被覆蓋度，森林與草地面積廣泛且茂盛，為整個京津冀地區(qū)的土地生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定作出重要貢獻；而保定和石家莊部分山區(qū)地區(qū)由于植被豐富，海拔較高，且相較于其他地區(qū)，該區(qū)域的人口規(guī)模較小，對生態(tài)環(huán)境的負面影響有限，從而使得東北、西南部分地區(qū)以輕度脆弱區(qū)為主。西北部如張家口等城市，土地生態(tài)脆弱區(qū)以微度脆弱區(qū)為主，這是由于西北部的張家口位于北方農(nóng)牧交錯帶，其植被類型主要為適應(yīng)干旱和沙質(zhì)土壤的沙生和旱生植物，形成了相對單一的植物群落，導(dǎo)致該地區(qū)生態(tài)脆弱性較東北部、西南部嚴重。京津冀中南部地區(qū)地處華北平原的核心地帶，人口密度高，且城區(qū)建設(shè)用地資源相對豐富，是城市化進程中的重要區(qū)域，但同時當?shù)厮疅釛l件較北部地區(qū)相比較差，且植被覆蓋率低、干旱狀況較為嚴重，導(dǎo)致該區(qū)域的生態(tài)脆弱性問題較為突出。

Fig.2Spatialdistributionof landecological vulnerabilityin theBeijing-Tianjin-Hebeiregion from2010to2020

2.3土地生態(tài)脆弱性空間聚集特征從2010—2020 年京津冀土地生態(tài)脆弱性聚類特征（圖3）可以看出，總體上，土地生態(tài)脆弱性熱點區(qū)域主要集中在中部平原地區(qū)以及南部部分區(qū)域，這些區(qū)域多以建設(shè)用地與耕地為主，土地利用類型單一，人為干擾大，土地生態(tài)環(huán)境較為脆弱。冷點區(qū)域主要集中在北部及西南部分區(qū)域，這些區(qū)域背靠燕山與太行山，植被覆蓋度高、植被類型多樣同時人為干擾因素小，土地生態(tài)環(huán)境較好。2010—2020年冷點區(qū)域沒有明顯變化，熱點區(qū)域具有收縮趨勢。

Fig.3DistributionofclustercharacteristicsoflandecologicalvulnerabilityinBeijing-Tianjin-Hebeiregionfrom2010to020

3討論

該研究根據(jù)SPR模型選取11個指標，利用熵權(quán)法進行客觀賦予權(quán)重，構(gòu)建2010、2015、2020年3期京津冀土地生態(tài)脆弱性指數(shù)（EVI）。指標選取考慮了植被因子、氣候因子、地形因子、社會經(jīng)濟因素、人為干擾因素等多方面，整體構(gòu)建的評價體系效果較好。

從空間分布來看，京津冀土地生態(tài)脆弱性呈自東南向西北逐漸減小的空間分布格局，同時中部地區(qū)土地生態(tài)脆弱性明顯高于西部地區(qū)，這與左璐等[20-22]對生態(tài)脆弱性評價結(jié)果一致。主要由于中部地區(qū)海拔較低，土地利用類型單一，林地覆蓋率低，加之人口密集，城市化和社會經(jīng)濟快速發(fā)展，導(dǎo)致區(qū)域壓力度高，抵抗外界干擾的能力弱，區(qū)域土地生態(tài)脆弱性突出；而東北部、西南部地區(qū)海拔較高，屬重要的生態(tài)屏障區(qū)，區(qū)域光熱條件良好，植被覆蓋率高，加之人口密度較中部平原密度低，人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響較輕，導(dǎo)致區(qū)域壓力度低，抵抗外界干擾的能力強，區(qū)域生態(tài)環(huán)境較好，生態(tài)脆弱性較低。自然環(huán)境是京津冀地區(qū)生態(tài)脆弱性空間分布差異性的基礎(chǔ)，而人類活動進一步加劇了生態(tài)脆弱性。從空間聚集特征來看，熱點區(qū)域主要分布在中部平原及南部部分區(qū)域，土地生態(tài)脆弱度在逐步改善。

從時間變化趨勢來看，京津冀地區(qū)2015年中度及以上脆弱面積占比較2010年有所上升。這是由于2010年《京津冀都市圈區(qū)域規(guī)劃》等相關(guān)政策的提出，京津冀地區(qū)經(jīng)歷了一段快速發(fā)展的經(jīng)濟時期。在這一過程中，過度資源開發(fā)進一步加劇了自然資源的消耗，而不合理的排放則嚴重污染了環(huán)境，多種因素共同驅(qū)使下導(dǎo)致土地生態(tài)脆弱性加劇。而在2014年以后，國家對生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面給予了高度關(guān)注與重視。為了促進區(qū)域協(xié)同發(fā)展，國家出臺了一系列相關(guān)政策，到2015年，國家五年發(fā)展規(guī)劃中明確提出了要加強生態(tài)文明建設(shè)的目標，同時，北京冬奧會的成功申辦也為這一進程注人了新的動力。在此背景下，大力投人生態(tài)環(huán)境建設(shè)，致力于改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，2015—2020年該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到了逐步改善。生態(tài)文明建設(shè)在京津冀地區(qū)的推進與成效顯著，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

4結(jié)論

（1）時間上，2010—2020年京津冀地區(qū)中度及以上脆弱面積呈先增后減趨勢，整體呈減少態(tài)勢，2010、2015和2020年中度及以上脆弱面積占比分別為 56.87% 、 57.79% ！56.61% ;其中微度、重度、極度脆弱面積整體呈增加趨勢，輕度、中度脆弱面積呈減少趨勢。

（2）空間上，不同地區(qū)生態(tài)脆弱性差異較大，2010—2020年京津冀土地生態(tài)脆弱性整體呈現(xiàn)自東南向西北逐漸減小的分布規(guī)律特征；微度脆弱性主要集中在承德及太行山一帶，重度和極度脆弱區(qū)主要集中在濱海平原地區(qū)?？h域尺度下土地生態(tài)脆弱性南北分異特征明顯，以太行山山脈為界，形成生態(tài)屏障將北部低脆弱區(qū)與南部高脆弱區(qū)隔開。

（3）冷熱點空間聚集特征方面，冷點主要聚集在北部及西南部分區(qū)域，同時隨年份增長，冷點面積沒有明顯變化；熱點區(qū)域主要集中于京津冀中部平原區(qū)及南部部分區(qū)域，且隨年份增長熱點面積逐漸減小。

參考文獻

[1]王春雨.云南省土地系統(tǒng)脆弱性評價及時空分異研究[D].昆明：云南財經(jīng)大學(xué)，2021.

[2]徐至真.基于SRP模型的柴達木盆地生態(tài)脆弱性時空分異及模擬預(yù)測研究[D].西寧：中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院青海鹽湖研究所），2023.

[3］張帥，董會忠，曾文霞.土地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性時空演化特征及影響因素：以黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)為例[J].中國環(huán)境科學(xué)，2019，39（4）：1696-1704.

[4]張憲宇，郄晗彤，楊文杰.基于模糊綜合評價法的北京永定河水源地生態(tài)脆弱性評價[J].環(huán)境保護科學(xué)，2021，47（3）：159-163.

[5]茹少峰，馬茹慧.黃河流域生態(tài)環(huán)境脆弱性評價、空間分析及預(yù)測[J].自然資源學(xué)報，2022，37（7） ：1722-1734.

[6]裴歡，王曉妍，房世峰.基于DEA的中國農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價及時空演變分析[J].災(zāi)害學(xué)，2015，30（2）：64-69.

[7]KUJAWA S，NIEDBALA G.Artificial neural networks in agriculture[J].Agriculture，2021，11（6） ：1-6.

[8]邱微，趙慶良，李崧，等.基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)\"模型的黑龍江省生態(tài)安全評價研究[J].環(huán)境科學(xué)，2008（4）：1148-1152.

[9]DZOGA M，SIMATELE D，MUNGA C.Assessment of ecological vulnerabili-ty to climate variabilityon coastal fishing communities：Astudy of Ung-wana Bay and Lower Tana Estuary，Kenya[J].Ocean amp; coastal manage-ment，2018，163：437-444.

[10]李永化，范強，王雪，等.基于SRP模型的自然災(zāi)害多發(fā)區(qū)生態(tài)脆弱性時空分異研究：以遼寧省朝陽縣為例[J].地理科學(xué)，2015，35（11）：1452-1459.

[11]齊姍姍，鞏杰，錢彩云，等.基于SRP 模型的甘肅省白龍江流域生態(tài)環(huán)境脆弱性評價[J].水土保持通報，2017，37（1）：24-228.

[12]謝怡凡，姚順波，丁振民，等.退耕還林和地理特征對土壤侵蝕的關(guān)聯(lián)影響：以陜西省107個縣區(qū)為例[J].生態(tài)學(xué)報，2022，42（1） ：301-312.

[13]陳峰，李紅波.基于GIS和RUSLE的滇南山區(qū)土壤侵蝕時空演變：以云南省元陽縣為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2021，32（2）：629-637.

[14］孫宇晴，楊鑫，郝利娜.基于 SRP 模型的川藏線2010—2020 年生態(tài)脆弱性時空分異與驅(qū)動機制研究[J].水土保持通報，2021，41（6）：201-208.

[15]常溢華，蔡海生.基于SRP模型的多尺度生態(tài)脆弱性動態(tài)評價：以江西省鄱陽縣為例[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2022，44（1）：245-260.

[16]王鈺，胡寶清.西江流域生態(tài)脆弱性時空分異及其驅(qū)動機制研究[J].地球信息科學(xué)學(xué)報，2018，20（7）：947-956.

[17]寧立新，梁曉瑤，程昌秀.京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評估及時空變化[J].生態(tài)科學(xué)，2021，40（6）：1-12.

[18] WU F， WANG X K，REN Y F.Urbanization’simpacts on ecosystemhealth dynamics in the Beijing-Tianjin-Hebei region， China[J].Interna-tional journal of environmental research and public health，2O21，18（3） ：1-15.

[19]劉佳茹，趙軍，沈思民，等.基于SRP概念模型的祁連山地區(qū)生態(tài)脆弱性評價[J].干旱區(qū)地理，2020，43（6）：1573-1582.

[20]左璐，孫雷剛，魯軍景，等.基于MODIS的京津冀地區(qū)生態(tài)質(zhì)量綜合評價及其時空變化監(jiān)測[J].自然資源遙感，2022，34（2）：203-214.

[21]常玉旸，高陽，謝臻，等.京津冀地區(qū)生境質(zhì)量與景觀格局演變及關(guān)聯(lián)性[J].中國環(huán)境科學(xué)，2021，41（2）：848-859.

[22]李婷.京津冀城市群生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的政策評價：基于DPSIR-TOPSIS模型[J].生態(tài)經(jīng)濟，2022，38（5）：107-113.