基于RS和GIS的貴陽(yáng)市花溪區(qū)生態(tài)敏感性分析

王鵬宇 蒲希希 羅 充

WANG Pengyu1 PU Xixi1 LUO Chong2*

（1.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州師范大學(xué)教師教育學(xué)院，貴陽(yáng) 550025）

( 1.School of Geography and Environmental Science, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou, China, 550025; 2.School of Teacher Educatione, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou, China, 550025 )

生態(tài)敏感性指在外界干擾下，通過(guò)區(qū)域內(nèi)環(huán)境對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)所處干擾來(lái)解決問(wèn)題的難易程度。生態(tài)敏感性分析能為區(qū)域生態(tài)環(huán)境和生態(tài)景觀規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。選取貴陽(yáng)市花溪區(qū)6個(gè)生態(tài)敏感因子（高程、坡度、坡向、水域、歸一化植被指數(shù)、土地利用），運(yùn)用層次分析法和GIS技術(shù)對(duì)花溪區(qū)生態(tài)敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。結(jié)果表明：花溪區(qū)生態(tài)敏感程度總體偏高，極高敏感至非敏感區(qū)占比分別為18.7%、32.6%、24.9%、16.3%、7.5%，空間分布具有顯著差異，東部及北部區(qū)域生態(tài)敏感性較高，中部及東北部區(qū)域較低。通過(guò)生態(tài)敏感性空間分布格局分析，以期為生態(tài)景觀規(guī)劃提供一定參考。

生態(tài)敏感性；層次分析法；景觀規(guī)劃；喀斯特；貴陽(yáng)市花溪區(qū)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的干擾愈演愈烈，生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞，由此引發(fā)了各種環(huán)境問(wèn)題[1]，給人類(lèi)正常生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重影響。良好的生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)生存和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，因此保護(hù)生態(tài)環(huán)境，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)就顯得尤為重要[2-3]。風(fēng)景園林作為連接人類(lèi)健康與自然健康的紐帶，協(xié)調(diào)人與自然的關(guān)系，探索人與自然彼此和諧的發(fā)展方式[4-5]。一個(gè)健全的景觀規(guī)劃要把人類(lèi)的生存發(fā)展和自然資源保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)能為分析和預(yù)測(cè)區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及景觀規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)于制定區(qū)域環(huán)境政策、確定生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)重點(diǎn)具有重要意義。

生態(tài)敏感性指在外界干擾下，通過(guò)區(qū)域內(nèi)環(huán)境對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)所處干擾來(lái)解決問(wèn)題的難易程度，是影響生態(tài)環(huán)境各種問(wèn)題的可能性[6-7]，包括土壤、水體污染，土地沙化，自然界中的物種多樣性等。衡量區(qū)域生態(tài)敏感性高低一般認(rèn)為是區(qū)域內(nèi)各個(gè)生態(tài)因素的自我適應(yīng)能力或者生態(tài)恢復(fù)能力。生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)可以反映出區(qū)域內(nèi)風(fēng)景資源對(duì)環(huán)境的敏感程度、環(huán)境健全情況以及未來(lái)的規(guī)劃方向[8]，是進(jìn)行區(qū)域內(nèi)部景觀規(guī)劃與管理的重要依據(jù)。國(guó)外關(guān)于生態(tài)敏感性的研究早于國(guó)內(nèi)，但其研究更偏重于氣候變化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[9-10]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)敏感性也開(kāi)始了廣泛的研究，對(duì)于生態(tài)敏感性研究的應(yīng)用由生態(tài)區(qū)劃擴(kuò)展到用地開(kāi)發(fā)、景觀設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域[11-19]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)敏感性的評(píng)價(jià)主要集中在地區(qū)生態(tài)評(píng)價(jià)和區(qū)域生態(tài)綜合評(píng)價(jià)，采用多因子和綜合因子相結(jié)合的方法進(jìn)行[20-21]，對(duì)于喀斯特地區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的研究還較為匱乏。貴州市花溪區(qū)位于西南喀斯特地區(qū)，區(qū)域地形起伏多變，為典型喀斯特地貌區(qū)，高速城市化背景下，區(qū)域資源不合理利用對(duì)脆弱的喀斯特生態(tài)環(huán)境造成一定程度的影響。因此，有必要探究該區(qū)域生態(tài)敏感性空間格局及其內(nèi)在機(jī)制?；诖耍再F陽(yáng)市花溪區(qū)為研究對(duì)象，針對(duì)研究區(qū)地形地貌特點(diǎn)和生態(tài)環(huán)境狀況，選取區(qū)域主要生態(tài)敏感因子，進(jìn)行生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，以期為其景觀資源保護(hù)以及生態(tài)景觀規(guī)劃提供一定參考。

1 研究區(qū)概況

貴陽(yáng)市花溪區(qū)地處貴陽(yáng)貴安接壤核心區(qū)域，轄4鎮(zhèn)5鄉(xiāng)、8個(gè)街道，122個(gè)村，52個(gè)居委會(huì)。行政區(qū)域總面積964.32 km2，年平均氣溫15.7℃，位于長(zhǎng)江流域和珠江流域的分水嶺地帶，轄區(qū)內(nèi)自然資源豐富，水網(wǎng)密布，生態(tài)環(huán)境條件優(yōu)越，是貴陽(yáng)市重要的水資源保護(hù)區(qū)。根據(jù)第7次人口普查數(shù)據(jù)，花溪區(qū)常住人口約96萬(wàn)人，有漢族、布依族、苗族等40個(gè)民族，少數(shù)民族占比約為33%。近年來(lái)花溪區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)穩(wěn)定，2020年生產(chǎn)總值為637.14億元，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，建設(shè)用地急劇增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化進(jìn)入高速增長(zhǎng)期，生態(tài)環(huán)境也隨之快速變化。

2 研究數(shù)據(jù)及內(nèi)容

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為花溪區(qū)2019年11月TM遙感影像和DEM30數(shù)字高程數(shù)據(jù)，云量小于10%。利用ENVI5.3軟件對(duì)TM遙感影像進(jìn)行重新配準(zhǔn)、裁剪等預(yù)處理[22]。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取與體系構(gòu)建

中國(guó)生態(tài)多樣性豐富且生態(tài)系統(tǒng)高度復(fù)雜，不同地區(qū)生態(tài)敏感性影響因子不盡相同[23]，生態(tài)敏感因子選擇沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在生態(tài)敏感因子的選擇上要根據(jù)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題形成的內(nèi)在機(jī)制，結(jié)合研究區(qū)環(huán)境狀況，選取反映研究區(qū)主要環(huán)境特點(diǎn)的代表性敏感因子[24]。根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)選取高程、坡度、坡向、水域、歸一化植被指數(shù)（NDVI）、土地利用6個(gè)單一生態(tài)敏感因子，劃分為極度敏感、高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感，對(duì)各敏感區(qū)分別統(tǒng)一賦值9、7、5、3、1。

2.3 單因子評(píng)價(jià)分級(jí)

（1）地形因子?；ㄏ獏^(qū)作為典型喀斯特地貌，山地和丘陵較多，喀斯特地貌對(duì)于區(qū)域水土流失以及植物空間分布具有顯著影響，是區(qū)域生態(tài)敏感性高低的重要影響因子。地形因子選取高程、坡度、坡向三個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行分類(lèi)并賦值[25-26]。（2）水域。水域是構(gòu)成生態(tài)環(huán)境的基本因素，對(duì)于動(dòng)植物空間分布以及小氣候形成具有重要作用，也是對(duì)人為干擾相對(duì)敏感的生態(tài)敏感因子之一[27]。（3）植被。植被在保持水土、抵御土壤侵蝕、防治石漠化等方面具有重要作用，用NDVI量化植被對(duì)于生態(tài)敏感性的影響程度，通過(guò)TM遙感影像結(jié)合ENVI5.3軟件計(jì)算出NDVI值，對(duì)其進(jìn)行重分類(lèi)[28]。（4）土地利用。土地利用反映了研究區(qū)土地資源利用現(xiàn)狀、地域差異以及分類(lèi)情況，其空間分布格局可以反映出人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的影響程度；用地類(lèi)型的差異表明土地利用開(kāi)發(fā)功能的不同，從而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境敏感性的不同。參考《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》標(biāo)準(zhǔn)，將貴陽(yáng)市花溪區(qū)分為建設(shè)用地、未利用地、草地、耕地、林地、水體6種類(lèi)型[29]（表1）。

表1 單因子敏感性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Single factor sensitivity grading standard

2.4 綜合因子評(píng)價(jià)

通過(guò)11位風(fēng)景園林學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)專(zhuān)家對(duì)各因子進(jìn)行打分，建立因子判斷矩陣，見(jiàn)公式（1）。由各生態(tài)敏感因子具體分值，計(jì)算各因子之間權(quán)重值（表2，表3）。

表2 因子重要性判斷矩陣Tab.2 Factor importance judgment matrix

式中：Wij表示對(duì)于元素W而言Wi相對(duì)于Wj的重要程度，i，j=1，2，3，…，n。

計(jì)算判斷矩陣乘積，見(jiàn)公式（2）。

式中：Mi為矩陣每一行指標(biāo)乘積值；n，j分別表示第n個(gè)元素，第j個(gè)元素；Aij表示i對(duì)于元素j的重要性比值。

計(jì)算Mi的n次方根，見(jiàn)公式（3）。

歸一化向量權(quán)重值，W=[W1,W2, …,Wn]T為所求特征向量，見(jiàn)公式（4）。

計(jì)算最大特征根，見(jiàn)公式（5）。

式中：（AW）i為向量AW的第i個(gè)分量。

通過(guò)計(jì)算求得λmax=6.1366，根據(jù)公式CI=（λmax-n）/(n-1)，得出CI=0.0273；當(dāng)n=6時(shí)，RI=1.24（表3）；由隨機(jī)一致性比例公式CR=CI/RI，求得CR=0.0217，CR＜0.1，一致性檢驗(yàn)通過(guò)。經(jīng)歸一化統(tǒng)計(jì)，得到各敏感因子權(quán)重值分別為：0.0531、0.0780、0.0947、0.1487、0.2407、0.3847（表4）。

表3 判斷矩陣RI值Tab.3 RI value judgment matrix

表4 敏感因子判斷矩陣及其權(quán)重Tab.4 Sensitive factor judgment matrix and its weights

2.5 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

通過(guò)層次分析法[30]，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，對(duì)花溪區(qū)6個(gè)生態(tài)敏感因子按權(quán)重進(jìn)行加權(quán)疊加，確定綜合生態(tài)敏感指數(shù)。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 單因子敏感性分析

（1）高程生態(tài)敏感性?；ㄏ獏^(qū)低敏感區(qū)面積479.3 km2，位于高程1 000～1 200 m（含1 200 m，下同）區(qū)域，主要分布于花溪區(qū)中部，占總面積的49.6%；中敏感區(qū)面積421.4 km2，位于高程1 200～1 400 m區(qū)域，主要分布于久安鄉(xiāng)、麥坪鎮(zhèn)、湖潮鄉(xiāng)、燕樓鎮(zhèn)，占比為43.6%；高敏感區(qū)面積63.6 km2，位于高程1 400～1 600 m區(qū)域，主要分布于黔陶鄉(xiāng)，占比為6.6%；極高敏感區(qū)面積1.9 km2，位于高程1600 m以上區(qū)域，主要分布于黔陶鄉(xiāng)東部，占比為0.2%，其生態(tài)敏感性高低分布趨勢(shì)總體與花溪區(qū)的地形起伏相一致。

（2）坡度生態(tài)敏感性。非敏感性區(qū)域面積406.9 km2，坡度小于6°，其分布區(qū)域主要為湖潮鄉(xiāng)、麥坪鎮(zhèn)南部，占比為42.1%；低敏感區(qū)面積297 km2，坡度位于6°～12°之間，主要分布于久安鄉(xiāng)、馬鈴鄉(xiāng)、高坡鄉(xiāng)、孟關(guān)鄉(xiāng)，占比為30.7%；中敏感區(qū)面積150.4 km2，坡度位于12°～18°之間，主要分布于久安鄉(xiāng)、黔陶鄉(xiāng)、孟關(guān)鄉(xiāng)等，占比為15.5%；高敏感以及極高敏感區(qū)面積112.8 km2，坡度位于18°以上，主要分布于石板鎮(zhèn)、馬鈴鄉(xiāng)、黔陶鄉(xiāng)部分坡度較大的區(qū)域，占比為11.7%。

（3）坡向生態(tài)敏感性。非敏感和低敏感區(qū)面積354.9 km2，朝向?yàn)檎?、東南以及西南方向，占比為36.8%；中敏感區(qū)面積237.2 km2，朝向?yàn)檎龞|、正西，占比為24.5%；高敏感和極高敏感區(qū)面積374.1 km2，占比為38.7%，朝向?yàn)闁|北、西北和正北方向。

（4）水域生態(tài)敏感性。非敏感區(qū)面積226.6 km2，分布區(qū)域主要為久安鄉(xiāng)、馬鈴鄉(xiāng)、高坡鄉(xiāng)，占比23.5%；低敏感區(qū)域面積102.2 km2，占比為10.5%；中敏感區(qū)面積160.1 km2，位于水域1 000～1 500 m范圍內(nèi)，占比為16.6%；高敏感區(qū)面積233.4 km2，位于水域500～1 000 m范圍內(nèi)，其分布區(qū)域主要為貴筑社區(qū)、小孟社區(qū)，占比為24.2%；極高敏感區(qū)面積243.4 km2，占比為25.2%，主要分布于阿哈水庫(kù)、月亮湖、十里河灘和漣江（圖1-d）。

圖1 生態(tài)敏感因子分析Fig.1 Analysis of ecological sensitive factor

（5）植被覆蓋生態(tài)敏感性。非敏感和低敏感區(qū)面積26 km2，主要分布于阿哈湖、貴筑社區(qū)、小孟社區(qū)，占比為2.6%；中敏感區(qū)和高敏感區(qū)面積分別為36.6 km2、94.5 km2、主要分布于經(jīng)開(kāi)區(qū)、溪北社區(qū)、小孟社區(qū)、貴筑社區(qū)、黨武鎮(zhèn)、清溪社區(qū)，兩者占總面積的13.5%；極高敏感區(qū)面積809.1 km2，主要分布于花溪區(qū)北部、西南、東南區(qū)域，占比為83.9%（圖1-e）。

（6）土地利用生態(tài)敏感性?；ㄏ獏^(qū)非敏感區(qū)面積136.9 km2，用地類(lèi)型為建設(shè)用地和未利用地，其分布區(qū)域主要為經(jīng)開(kāi)區(qū)、溪北社區(qū)、大學(xué)城區(qū)域，占比為14.2%；低敏感區(qū)面積128.3 km2，用地類(lèi)型為草地，主要分布于燕樓鎮(zhèn)、高坡鄉(xiāng)，占比為13.3%；中敏感區(qū)面積373.2 km2，用地類(lèi)型為耕地，主要分布于花溪區(qū)西部區(qū)域，占比為38.7%；高敏感性以及極高敏感性區(qū)域面積325.9 km2，用地類(lèi)型為林地和水體，兩者占總面積的33.8%（圖1-f）。

3.2 綜合生態(tài)敏感性分析

對(duì)6個(gè)單一敏感因子生態(tài)敏感性分布圖進(jìn)行綜合加權(quán)疊加，結(jié)果顯示花溪區(qū)綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指數(shù)（S）介于1.30～8.79之間，采用自然斷點(diǎn)法將非敏感至極高敏感區(qū)劃分為5個(gè)區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)[29]，分別為1.30～3.91（含3.91，下同）、3.91～4.93、4.93～5.78、5.78～6.57和6.57～8.79。根據(jù)綜合生態(tài)敏感性分級(jí)結(jié)果可知，貴陽(yáng)市花溪區(qū)非敏感區(qū)至極高敏感區(qū)面積分別為72.3 km2、157.2 km2、240.1 km2、314.4 km2和180.3 km2（表5）。

表5 綜合生態(tài)敏感因子生態(tài)敏感性統(tǒng)計(jì)Tab.5 Integrated ecological sensitive factor of ecological sensitivity statistics

綜合上述生態(tài)敏感性空間分布格局可知，花溪區(qū)低敏感區(qū)和中敏感區(qū)主要分布在耕地和草地，面積397.3 km2，極高和高敏感區(qū)面積494.7 km2，極高敏感區(qū)主要集中于生態(tài)環(huán)境脆弱的水域、植被豐富以及斜率坡度較大地區(qū)，高敏感區(qū)在水域周邊緩沖區(qū)分布較多。非敏感區(qū)面積72.3 km2，在花溪區(qū)內(nèi)分布較為分散，主要分布于居住區(qū)、道路以及其周邊部分區(qū)域（圖2）。

圖2 綜合生態(tài)敏感性分析Fig.2 Comprehensive ecological sensitivity analysis

4 結(jié)論與討論

4.1 單因子生態(tài)敏感性

研究區(qū)6個(gè)單一生態(tài)敏感因子對(duì)于生態(tài)敏感性的影響從高至低分別為土地利用、NDVI、水域、坡向、坡度、高程，其中土地利用對(duì)于生態(tài)敏感性權(quán)重最大，其分布趨勢(shì)大致與綜合生態(tài)敏感性空間分布一致，因此在今后的開(kāi)發(fā)建設(shè)中要多注重于土地利用的合理化。NDVI和水域的影響次之，在生態(tài)景觀規(guī)劃中，可以通過(guò)建立自然公園等方式，加強(qiáng)對(duì)植物資源和水資源的保護(hù)力度。高程、坡度、坡向生態(tài)敏感性的權(quán)重值相對(duì)較低，對(duì)于區(qū)域生態(tài)敏感性影響總體較小。

4.2 綜合因子生態(tài)敏感性

極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)對(duì)外界環(huán)境干擾極為敏感，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，受人類(lèi)活動(dòng)干擾影響較大，遭到破壞后容易造成不可逆影響，應(yīng)對(duì)極高和高敏感區(qū)域建立生態(tài)保護(hù)區(qū)，進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，禁止開(kāi)發(fā)建設(shè)，其主要分布區(qū)域水網(wǎng)密布，坡度較大，所處高程較高，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，增加植物配置，提高森林覆蓋率，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性。對(duì)于區(qū)域內(nèi)河流應(yīng)創(chuàng)建河流廊道緩沖區(qū)，通過(guò)緩沖區(qū)增強(qiáng)河流廊道韌性，減少人為活動(dòng)影響對(duì)水域的破壞，同時(shí)通過(guò)在水域淺灘區(qū)建立濕地，豐富生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與完整性。

中度敏感區(qū)生態(tài)環(huán)境也較為脆弱，應(yīng)遵循可持續(xù)發(fā)展理念，開(kāi)發(fā)與保護(hù)相統(tǒng)一。對(duì)于區(qū)域內(nèi)耕地、林地、水域等中敏感區(qū)域，應(yīng)列為保護(hù)區(qū)域，減少人為干擾，對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)；中敏感地區(qū)其他區(qū)域，可以通過(guò)發(fā)展觀光農(nóng)業(yè)或者建立公園等，增加區(qū)域內(nèi)景觀斑塊數(shù)量，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境承載力。低敏感區(qū)和非敏感區(qū)主要分布于建筑、道路和未利用地等，可以進(jìn)行合理地開(kāi)發(fā)建設(shè)，同時(shí)注重土地建設(shè)的生態(tài)化，達(dá)到景觀與構(gòu)筑物的有機(jī)協(xié)調(diào)。

花溪區(qū)整體生態(tài)環(huán)境較為敏感，且由于喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境生態(tài)恢復(fù)能力較弱，遭到破壞后生態(tài)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此在今后的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中應(yīng)該堅(jiān)持以綠為底，統(tǒng)籌山、水、林、田、湖、草系統(tǒng)治理，建立系統(tǒng)城鄉(xiāng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)花溪區(qū)生態(tài)建設(shè)，同時(shí)在生態(tài)建設(shè)中結(jié)合貴州省全域旅游發(fā)展戰(zhàn)略，充分利用貴州省豐富的旅游資源，在優(yōu)化生態(tài)環(huán)境的同時(shí)大力發(fā)展旅游業(yè)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)花溪區(qū)生態(tài)格局優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)是自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)多種因素綜合作用下的結(jié)果，評(píng)價(jià)結(jié)果依賴于敏感因子和評(píng)價(jià)方法的選擇，本研究仍存在一定局限性，在敏感因子的選擇上還不夠全面，同時(shí)層次分析法在確定各因子權(quán)重方面存在一定的主觀性，可以結(jié)合多種方法確定組合權(quán)重，在今后研究中加以改善，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀精確。未來(lái)關(guān)于生態(tài)敏感性的研究應(yīng)更加系統(tǒng)深入，進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)各要素以及各環(huán)境問(wèn)題之間相互關(guān)系的研究，對(duì)于景觀資源的保護(hù)有待于多學(xué)科交叉探索。