左江流域生態脆弱性評價

夏 飛 湯傳勇

（廣西國土資源規劃院，廣西 南寧 530022）

隨著人類社會經濟的發展，生態環境問題日益突出，各國逐漸開展生態脆弱性研究。生態脆弱性的概念最早起源于美國學者Clements將Econtone（生態過渡帶）術語引入生態學的研究[1]。1989年，在布達佩斯召開的第七屆SCOPE會議上重新確認了生態過渡區的概念，之后脆弱生態環境領域的研究日益活躍[2]。國內生態脆弱性研究較晚，1991年朱震達較早開展生態脆弱性研究。他根據聯合國環境署關于土地荒漠化的評估研究，提出在中國北方農牧交錯地區存在一條地跨半濕潤、半干旱和干旱區域的生態脆弱帶[3]。隨后楊勤業、趙躍龍、蔡運龍、李克讓、歐陽志云和劉國華等紛紛開展生態脆弱性研究，在概念、內容和評價方法上逐漸形成共識[4-5]。目前隨著3S技術的飛速發展，生態脆弱性研究相對于之前學者的研究都有了一定的進步，在研究方法上也進行了革新。

左江流域地處我國西南喀斯特地區的南緣地帶，是珠江水系郁江的支流，國內流域面積2.016 km×104 km，屬于南亞熱帶季風氣候區；區內碳酸鹽巖地層分布廣泛，喀斯特地貌類型占流域面積的66%以上，地形地貌破碎。自然環境的過渡性和易變性，使這一區域具有典型的亞熱帶喀斯特生態脆弱性特征，環境變異敏感度高，環境容量低，穩定性差。長期以來，由于人們對自然環境的利用、開發、導致環境被嚴重的破壞。自然環境出現越來越退化的狀態。自然環境在過度過程中發生一定的改變，使得左江流域這一地區的環境變異越來越頻繁，環境能夠承受的破壞越來越低，形成典型的亞熱帶喀斯特地貌。本文依據自然因素和人為因素對左江流域的生態情況進行分析。

1 評價因子選擇及其標準化

不同地區由于當地的經濟發展水平不一樣，社會發展步伐不一致、自然環境的變化不同，導致其生態環境形成不同，表現出來的形式也不一樣。因此，實際流經的區域是一個復雜多變的系統，是由經濟、環境、社會共同決定的。是自然因素和人文因素共同的產物。所以，在對左江流域進行評價時，需要根據其生態環境的特征，將綜合性的評價與區域性的評價相結合，分析能夠影響左江流域的環境因素，從而得出對左江流域最有影響力的指標進行綜合性評價。

1.1 自然因子的選擇

生態脆弱性取決于自然因子對地表物質運動能力的影響，根據主導性和易獲性原則，提出左江流域生態環境自然因子評價指標：坡度、地形粗糙度長度、降水、土壤和植被覆蓋因子。

1.1.1 坡度。坡度對生態環境有重要影響，不同坡度下的生態環境對外力作用響應的強弱不同。左江流域地形區域差異顯著，由于受邊緣山脈十萬大山、大青山、西大明山、四方嶺的影響，地勢西面略高，向東傾斜，四面山岳環繞，中部被左江及其支流切割，形成錯綜分布的丘陵谷底和巖溶谷底。根據左江流域地形與坡度特點，將坡度和生態脆弱性關系劃分為5級（表1）。

1.1.2 地形粗糙度長度。地形粗糙度長度地形粗糙度長度是由于地形起伏而產生的，被應用于許多山區地域的相關研究，在此引入生態脆弱性研究。地形粗糙度長度使用Smith-Carson 方程表示：

其中，Z0H為因地形起伏產生的地形粗糙度長度，△H 為距離L范圍內的海拔高程差。

在ArcGIS的Spatial Analyst模塊支持下，利用數字高程模型DEM（90m×90m），采用Focal函數分別計算3×3窗口的最大高程值和最小高程值，通過公式（1）進行柵格運算求出左江流域地形粗糙度長度，得出其分布圖。將地形粗糙度長度和生態脆弱性的關系劃分為5級（表1）。

1.1.3 年均降雨量。左江流域處于亞熱帶，受季風氣候影響濕熱多雨，年均降水量1 281.6mm-2 024.5mm。降雨量充沛，但時空分布不均，常以暴雨形式集中于夏季，6月-8月降水量占全年降雨量的48.8%-50%。利用左江流域及其周邊氣象監測站的多年降雨量資料，通過GIS空間插值運算得出左江流域年均降水分布圖。將降水因子和生態脆弱性的關系劃分為5級（表1）。

1.1.4 土壤可蝕性K值。土壤質地對風化過程、風化產物、土壤類型及其抗侵蝕能力都有重要影響。左江流域土壤類型多樣，按照第二次土壤普查的分類標準，左江流域土壤主要有水稻土、磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、黃棕壤、紫色土、石灰土、紅粘土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、濱海鹽土、新積土、硅質白粉土和火山灰土等類型。土壤質地特別是A層質地區域差異較大，從而對生態脆弱性產生不同影響。通過對左江流域主要土類A（腐殖質層）、B（淀積層）層土壤采樣調查和資料統計分析，計算各類土壤可蝕性K 值（土壤侵蝕因子，主要由自身的理化特性決定）。根據不同土壤可蝕性K值差異，將左江流域各主要土壤類型K值與生態脆弱性關系劃分為5級（表1）。

1.1.5 植被指數。左江流域植被類型多樣復雜，同類植被種類繁多，同科植被種類也非常之多，主要植被由林地、灌木叢、各種草類構成。植被指數是反映地表植被覆蓋狀況的有效指標之一。當植被覆蓋度在25%～80%之間時，NDVI隨植被覆蓋量呈線性增加，因此利用植被指數NDVI可以有效測定植被覆蓋程度。采用RE影像（5m×5m）（2012年10月）校正拼接成全流域遙感影像，結合土地利用現狀圖，確定植被覆蓋因子對生態脆弱性的影響度，對不同分類的植被指數進行分級賦值，制作植被覆蓋圖。根據植被指數的不同，將左江流域植被指數與生態脆弱性關系劃分為5級（表1）。

圖1 坡度分級

圖2 地形粗糙度長度分級

圖3 降水分級

圖4 土壤可蝕性K值分級

圖5 植被指數分級

圖6 人口密度分級

圖7 墾殖指數分級

圖8 公路密度分級

圖9 左江流域生態脆弱性評價

1.2 人文因子的選擇

通過對左江流域的實際調查發現，左江流域的生態環境受到極大破壞的原因，主要是因為人口的不斷增多、對耕地的不斷開采、逐漸增多的公路建設等等，這些極具破壞性的活動使得當地的生態環境越來越脆弱。

1.2.1 人口密度。單位面積土地上居住的人口數。它是表示區域人口密集程度的指標，通常以每平方千米或每公頃內的常住人口為計算單位。左江流域平均人口密度為116人/km2，屬于人口密集區，由于喀斯特地貌特征典型，所以在地形地貌方面比較零碎，生態環境能夠承受的破壞越來越低，人口容量逐漸減少。加之由于經濟的不斷發展，人類對于土地資源的開采越來越多，對于森林濫砍濫伐，使得當地的地表植被遭到嚴重的破壞，造成極為嚴重的水土流失。將人口密度和生態脆弱性的關系劃分為5級（表1）。

1.2.2 墾殖指數。指一國或一地區已開墾種植的耕地面積占土地總面積的百分比，是衡量一個地區土地資源開發利用程度的指標。左江流域是典型的喀斯特地貌，能進行耕地的土地非常少。但是隨著人口的不斷增多，人們對于土地的分配由于自身利益的問題所以產生較多的矛盾，因此為了自身利益問題，逐漸開發了丘陵甚至江河源頭地區的坡耕地，導致環境受到很大的破壞，水土流失較為嚴重。墾殖指數較好地反映墾殖對生態環境的干擾。根據左江流域情況，將墾殖指數和生態脆弱性的關系劃分5級（表1）。

1.2.3 公路密度。指每平方公里的公路里程數。今年來，隨著經濟的全球發展化，廣西北部灣開發區的建設和中國—東盟自由貿易區的建設，促進了左江流域公路的開發。但是同時也嚴重影響了該地區的地理形貌，使得該區域發生公路沿線崩滑坡等自然災害，公路兩邊的森里草地也受到不同程度的破壞和較大干擾公路密度較好地反映了這一現象，從而把公路密度和生態脆弱性的關系分為5級（表1）。

目前，國內關于評價因子的分級并沒有嚴格標準，所以本文結合左江流域的生態環境特點，得到左江流域生態脆弱性評價等級和指標（表1）。

2 綜合評價的實現

2.1 評價因子權重的確定和評價方法

左江流域生態脆弱性評價是綜合考慮生態環境自然因子和人文因子基礎上的綜合評價，采用層次分析法（AHP）求出每個評價因子的權重（表1），其CR=0.051＜0.1，具有滿意的一致性。

采用加權求和的評價方法進行左江流域生態脆弱性綜合評價，如公式（2）所示。

式中，F 為評價指數， ri為評價因子，bi為評價因子權重。

2.2 基于GIS的評價實現

左江流域生態脆弱性評價通過GIS的空間疊合分析來實現。在ARCGIS軟件中將各原始評價因子單要素柵格化，生成單因子要素柵格圖，根據量化分級結果（表1）進行柵格標準化處理。根據各評價因子的權重值，運用“Raster Calculator”進行柵格疊加運算，然后運用Natural Breaks方法分級得到生態脆弱性評價圖（圖9）。

3 評價結果分析

“微度脆弱區”，主要分布在左江和黑水河上游的喀斯特谷地以及江州區北部的西大明山區域，面積達3 040.80km2，占流域總面積的15.08%，在該類型區內土壤類型主要為覆蓋較厚的紅壤，砂頁巖層較薄，坡度較小，地勢平緩，植被覆蓋度高，生態系統較穩定，抗干擾能力較強。

“輕度脆弱區”，主要分布左江流域中上游的各縣（區）以及耕種條件較好的喀斯特巖溶區，面積5 576.93km2，占流域總面積的27.66%。在該類型區內坡度不大，降雨充沛，生態環境處于相對穩定狀態，地表物質的風蝕和水蝕作用很輕，生態系統處于平衡狀態。

“中度脆弱區”，主要分布于十萬大山北部，龍州縣、大新縣和天等縣的中北部，面積5 153.73km2，占流域總面積的25.56%。該類型區坡度較陡，土壤薄，保水性差，并存在著人為的作用。雖然這種區域在生態環境上受到了一定的破壞，但產生的破壞力不足以影響到生態系統。面對這種破壞生態系統有一定的自我恢復能力。

“強度脆弱區”，主要分布在西大明山和四方嶺之間，左江和明江流域石漠化嚴重的喀斯特巖溶地區，橫貫整個流域的中部，面積3 756.24km2，占流域總面積的18.63%。該類型區海拔較高，生態環境比較惡劣，加上長期以來受到人為的一些破壞，使得該地區水土流失的情況較為嚴重。而該地區自我恢復能力比較弱，因此該地區的生態環境基本處于退化狀態。

表1 左江流域生態脆弱性評價等級和權重

“極度脆弱區”，主要分布于崇左—扶綏峰林石山區、龍羅—羅白孤峰石山臺地和砂頁巖低山丘陵區、龍津喀斯特盆地，即左江、明江、響水河和汪莊河流域的巖石裸露度高的石漠化地區，面積2 632.76km2，占流域總面積13.06%。該類型區地層由灰巖和砂頁巖構成，土層薄，保水性差，植被覆蓋度低，加之人為干擾強，造成人為作用下的水蝕和溝蝕等侵蝕加速，生態環境退化嚴重。

左江流域生態脆弱性評價圖在一定程度上反映了左江流域生態脆弱性的空間分布特征。從圖中可以看出，左江流域生態環境基本上處于良好狀態，“微度脆弱”和“輕度脆弱”的類型區面積占流域總面積的42.75%，“強度脆弱”和“極度脆弱”的類型區面積占31.69%，在這些地區，人類不合理的資源開發利用極易加劇區域的生態脆弱性，導致石漠化和水土流失等生態環境問題的凸顯。

結語

左江流域生態脆弱性評價是自然因子和人文因子的綜合評價。通過引入RS、GIS和AHP技術，使得出的結果更加客觀，更加讓人信服。鑒于左江流域地域環境特征較為明顯，產生變異的可能性較高，環境能承受的破壞日益降低，穩定性差等特點，因此提出以下建議：在進行環境開發利用之前，必須對該生態環境作出價值評估和保護規劃，對于一些脆弱地區或承受破壞比較脆弱的地區開發資源時須謹慎，特別是喀斯特巖溶地區開展生態農業和觀光農業；要加大生態環境建設力度，實行退耕還林還草，減少坡耕地的開采，治理水土流失；對極度脆弱區建立生態文明保護區，并列入國家安全建設治理工程計劃內，以此確保生態環境和社會經濟的可持續發展。

[1]高洪文.生態交錯帶(Ecotone)理論研究進展[J].生態學雜志,1994,13(1):32-38.

[2]王讓會,游先祥.西部干早內陸河流域脆弱生態環境研究進展[J].地球科學進展,2000(l):39-44.

[3]朱震達.土地荒漠化問題研究現狀與展望[J].地理研究,1994,13(1):104-111.

[4]楊勤業,張鏡鏗.中國的環境脆弱形勢和危機區域[J].地理研究,1992,11(4):1-9.

[5]趙躍龍,劉燕華.中國脆弱生態環境分布及其與貧困的關系[J].地球科學進展,1996,(3):245-249.