川西高原精細化生態敏感性評價

呂遠洋, 劉志紅, 葉幫蘋, 張 思, 張 洋

(成都信息工程學院 資源環境學院, 成都 610225)

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川西高原精細化生態敏感性評價

呂遠洋, 劉志紅, 葉幫蘋, 張 思, 張 洋

(成都信息工程學院 資源環境學院, 成都 610225)

川西高原地處我國第一、二階梯過渡帶，生態類型復雜，生態敏感性評價對川西高原環境保護決策、全國生態敏感性區劃有重要意義。采用多因子綜合分析法，選取水力侵蝕敏感性、凍融侵蝕敏感性、沙漠化敏感性、石漠化敏感性指標作為川西高原生態敏感性評價的依據，對川西高原進行精細化的生態敏感性評價。結果表明：(1) 川西高原水力侵蝕中度及以上敏感區面積約為14 312.62 km2，主要分布在涼山州中部、甘孜州南部；(2) 凍融侵蝕中度及以上敏感區總面積約為46 250.68 km2，主要分布于甘孜州西北部、阿壩州南部；(3) 沙漠化中度及以上敏感區面積約為1 956.49 km2，主要分布在甘孜州西北部、涼山州中部；(4) 石漠化極度、高度、中度敏感區總面積約為765.88 km2，主要分布于阿壩州南部、甘孜州東緣、西南。這些敏感性等級較高的地區，也是生態環境惡化的地區，應引起足夠重視，及時采取有效措施預防、制止生態環境惡化。

生態敏感性; 川西高原; GIS; 空間分析

隨著我國經濟的飛速發展，生態環境與經濟發展的沖突日益加劇，生態環境問題逐漸成為制約經濟發展的重要因素，環境保護刻不容緩。近年來，生態敏感性評價作為制定環境保護措施的重要前提和環境保護區劃的基礎條件越來越受到國內外研究人員的重視。生態系統敏感性是生態系統在特定的時空尺度相對于干擾而具有的敏感反應和恢復能力，它是生態系統固有屬性在干擾作用下的表現[1]。生態環境敏感性評價實質就是在不考慮人類活動影響的前提下，評價具體的生態過程在自然狀況下潛在的產生生態環境問題的可能性大小，敏感性高的區域，當受到人類不合理活動影響時，就容易產生生態環境問題，應該是生態環境保護和恢復建設的重點[2]。

隨著3S技術的發展，國內外針對生態敏感性的評價方法已相對成熟，評價結果科學可靠，目前國內主要是針對某區域單一的生態環境問題進行研究，如西北地區荒漠化、巖溶地區石漠化等[3-4]，單一的生態敏感性評價沒有考慮不同生態環境間的相互影響，評價結果比較單薄；近年來對生態系統敏感性的評價越來越受到重視，如對遼寧省、云南省生態系統的敏感性評價[5-6]，對遼寧省、云南省的生態環境保護有重要指導意義，但是評價結果仍受到數據質量的限制，評價結果較粗糙，不能更好地為區域內環境保護工作服務；精細化的、綜合性的生態敏感性評價已成為生態敏感性評價發展的趨勢[7]。

川西高原是我國重要的地理過渡區，涵蓋若爾蓋濕地等多個國家生態保護區，它對整個四川省甚至全國生態環境保護都有重要價值，同時川西高原是我國典型的高生態敏感區，對川西高原生態敏感性評價有重要現實意義。目前由于川西高原數據難以獲取、自然條件相對惡劣等原因，對川西高原生態敏感性評價很少，對川西高原生態系統敏感性的研究尤為重要而迫切。本研究以川西高原為研究區域，采用單因子與多因子相結合的評價體系，結合川西高原生態環境現狀，以90 m柵格單元作為敏感性評價的單位，完成對川西高原的精細化生態敏感性評價，為川西高原生態環境保護、可持續發展戰略的制定和實施提供科學的依據。

1　研究區概況

川西高原為青藏高原東南緣和橫斷山脈的一部分，包括甘孜州、阿壩州、涼山州3個自治州，面積約為30萬km2。地形復雜，地勢高差懸殊，海拔400～7 000 m，包括龍門山斷裂帶在內的多條斷裂帶；水系豐富，金沙江、雅礱江等主要水系貫穿整個研究區域；氣候類型繁多，包括寒溫帶、溫帶、暖溫帶、北亞熱帶、中亞熱帶和南亞熱帶等；川西北高山高原河谷干暖、山地冷濕，降水量少，適合牧草生長；川西南山地全年氣溫偏高，干濕季節明顯，河谷地區受焚風影響形成典型的干熱河谷氣候；土壤類型豐富，涵蓋27余種土類；地貌以起伏山地為主，多高山極高山；是我國植被類型較豐富的地區之一，幾乎包括我國亞熱帶區域的所有栽培植物，并有不少南亞熱帶和溫帶的種類，針葉林類型之多為全國之冠。

2　數據與方法

2.1生態敏感性評價體系

生態敏感性建立在研究區內多種自然因素的作用基礎上，因此本研究采取多因子綜合評價的方法[8]，根據2012年國家環境保護部的《全國省級環境功能區劃綱要》的要求，通過川西高原的土壤侵蝕敏感性、沙漠化敏感性、石漠化敏感性指標綜合反映川西高原生態系統敏感性，采用定性評價與定量評價結合的方法，結合川西高原生態環境現狀，確定各因子分級標準，將各單因子敏感性劃分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感、極敏感5級。

在考慮川西高原環境現狀和環境惡化的主要影響因素基礎上，選取以下方法作為生態敏感性評價方法：

(1) 土壤侵蝕敏感性評價根據全國土壤保持區劃[9]，將川西高原分為凍融侵蝕和水力侵蝕一級區，以凍融侵蝕敏感性和水力侵蝕敏感性綜合評價川西高原的土壤侵蝕敏感性。凍融侵蝕敏感性評價參照李輝霞等[10]的凍融侵蝕敏感性評價指標，考慮氣溫年較差、植被覆蓋類型、坡度和降水因子。水力侵蝕敏感性評價參考土壤侵蝕分類分級標準[11]，選取降雨侵蝕力、土壤可蝕性、地形起伏度為因子，其中降雨侵蝕力是水力侵蝕的主要動力因子，選取更符合我國國情的修正的Richardson日降雨侵蝕力模型[12]；土壤可蝕性K值采用目前應用最廣泛的EPIC模型估算法[13]；地形起伏度是水土流失模型中重要的地形指標，川西高原地區整體地形起伏較陡，因此采用Liu等[14]的地形起伏度公式。

(2) 沙漠化敏感性評價參考劉康[2]的沙漠化敏感性評價指標，綜合考慮濕潤指數、大風天數、土壤質地、冬春植被覆蓋等自然條件，選取目前最通用的濕潤指數計算方法，即年濕潤指數(W)為年降水與年潛在蒸發之比。

(3) 石漠化敏感性評價參考肖紅艷[15]的石漠化敏感性評價方法，在判別是否為喀斯特地形的基礎上選取坡度、植被覆蓋度為石漠化敏感性評價的因素，疊加獲得石漠化敏感性分布。

2.2數據來源及處理

數據類型包括矢量數據、柵格數據、氣象站數據和圖片數據等，主要數據包括2002—2012年四川省植被覆蓋數據，2009—2012年四川省氣象站氣溫、降水、風速、蒸散發數據，30 m分辨率四川省DEM數據、四川省市級、縣級行政邊界數據，1∶10萬四川省土地利用數據等。土地利用數據等遙感影像數據為MODIS數據，MODIS是目前衛星上唯一將實時觀測數據通過X波段向全世界直接廣播的傳感器，相對NOAA衛星和陸地衛星數據，MODIS數據具有空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率高的特征，尤其適用于對自然災害的實時監測。植被覆蓋度數據從TM影像中提取，TM遙感影像由于其特殊的波普特征，具有可以獲取高分辨率、高精度、更豐富的植被信息的優勢。

數據處理、計算、建模以ArcGIS，ERDAS，ACESSE軟件為主。使用ACESSE軟件完成氣象站數據的誤差剔除及篩選工作；使用ArcGIS軟件完成氣象站數據可視化、空間插值、確定插值精度，圖片數據矢量化、矢量數據柵格化、柵格計算、空間分析等工作；通過ENVI軟件對獲取的MODIS，TM遙感影像進行幾何校正及提取；使用ERDAS軟件建模最終獲取復合因子的生態敏感性分布。為保證評價結果的精度，對降水、風速等數據的空間插值參考高程等影響因子，并通過交叉檢驗的方法選取對川西高原地區精度最高的空間插值方法，作為建模因子的柵格數據分辨率均通過重采樣統一到90 m。川西高原地形和植被蓋度分布如圖1—2所示。

圖1　川西高原坡度

3　結果與分析

3.1土壤侵蝕敏感性分析

川西高原屬于四川省土壤侵蝕較嚴重地區，土壤侵蝕敏感性較高，西北地區凍融侵蝕強度大，偏南地區水力侵蝕敏感性強度大。

3.1.1水力侵蝕敏感性分析川西高原水力侵蝕中度敏感地區面積為14 312.62 km2，占川西高原總面積的4.93%，主要分布在川西高原中偏南地區雅礱江中下游與吉珠溝、力丘河交匯地區，甘孜州東南九龍河流域，甘孜州北部碩衣河流域。

圖2　川西高原植被覆蓋度

在川西各州中，甘孜州的水力侵蝕中度敏感區面積最大，占川西高原水力侵蝕中度敏感區面積的53.70%，涼山州次之，占川西高原中度敏感區面積的43.21%，甘孜州、涼山州水力侵蝕中度敏感區面積遠遠大于阿壩州(表1)。根據川西高原地區土壤侵蝕現狀，川西高原地區水力侵蝕中度敏感地區是預防水力侵蝕的重點地區，水力侵蝕造成的土壤流失嚴重，在水力侵蝕中度敏感地區應加大退耕還林還草力度，提高土壤持水力[16-17]。

表1川西高原各州水力侵蝕敏感區面積

項目阿壩州面積/km2比例/%甘孜州面積/km2比例/%涼山州面積/km2比例/%輕度敏感74868.7530.09122961.2649.4250994.1520.49中度敏感442.563.097685.3353.706184.7343.21敏感面積75311.3128.62130646.5949.6557178.8821.73

3.1.2凍融侵蝕敏感性分析如表2所示，川西高原以凍融侵蝕中度敏感區為主，中度敏感地區面積為20 117.87 km2，占川西高原總面積的6.88%，主要分布在甘孜州西北部石渠縣、色達縣境內，甘孜州南部有零星分布。極敏感、高度敏感地區面積約為26 132.82 km2，占川西高原總面積的9.07%，主要分布在甘孜州西北部山區和阿壩州西北部通天河流域、金沙江中上游流域，這些地區毗鄰青藏高原，坡度大，是我國凍融侵蝕一級區。

甘孜州凍融侵蝕輕度、中度、高度、極敏感區面積均是各州中最大的，且遠遠高于其他兩州，占川西高原凍融侵蝕輕度、中度、高度、極敏感區總面積均超過70%(表2)。川西高原凍融侵蝕極敏感、高度敏感地區是我國凍融侵蝕一級區，是凍融侵蝕造成水土流失最嚴重的區域之一，同時這些地區溫度低、坡度大，治理難度大，因此應及時開展凍融侵蝕防治工作。保護和恢復斜坡上的植被，增強根系固土能力，延緩融雪速度，分散調節地表徑流，是控制凍融侵蝕的主要途徑[18]。

表2川西高原各州凍融侵蝕敏感區面積

項目阿壩州面積/km2比例/%甘孜州面積/km2比例/%涼山州面積/km2比例/%輕度敏感729.518.887477.1591.046.250.08中度敏感3440.6217.1016666.0282.8411.230.06高度敏感4226.4525.7412186.1074.226.690.04極敏感2847.8329.326861.0270.634.730.05敏感區面積11244.4020.6543190.2979.3028.900.05

3.2荒漠化敏感性分析

川西高原阿壩州南部、甘孜州東部、西北部荒漠化敏感性強度較大。

3.2.1沙漠化敏感性分析川西高原沙漠化中度敏感地區面積為1 956.49 km2，占川西高原總面積的6.95%，主要分布在甘孜州西北部石渠縣、甘孜州東部丹巴縣，零星分布于鹽源縣、得榮縣北部。

甘孜州、阿壩州和涼山州，3州沙漠化中度敏感區面積均很小，甘孜州和涼山州面積相對較大(表3)。在川西高原地區，相較于其他生態敏感性指標，沙漠化敏感性強度較低，沙漠化面積較少，但是沙漠化具有蔓延快、對生態環境破壞性大等特點，應引起高度重視，尤其是沙漠化中度敏感的地區，應建立生態功能保護區，發展圈養牧業，退耕還草，合理利用水資源。

表3川西高原各州沙漠化敏感區面積

3.2.2石漠化敏感性分析川西高原石漠化極敏感地區面積為30.38 km2，占川西高原總面積的0.04%，零星分布在阿壩州南部的石灰巖地區，石漠化高度敏感地區面積為125.63 km2，占川西高原總面積的0.15%，中度敏感地區面積為609.88 km2，占川西高原總面積的0.2%，高度敏感、中度敏感區，主要分布在川西南峽谷地區、大渡河下游石灰巖地區、金沙江下游石灰巖地區及川西高原西北通天河上游石灰巖地區，零星分布在阿壩州東北九寨溝縣、甘孜州雀兒山附近，這些地區喀斯特地貌明顯。

阿壩州石漠化極敏感區面積遠大于其他兩州，占川西高原極敏感區的77.98%；甘孜州高度、中度敏感區面積較大，其中高度敏感區面積與阿壩州高度敏感區面積接近，分別占川西高原石漠化高度敏感區面積的58.91%和41.09%，中度敏感區面積遠大于其他兩州，占川西高原石漠化中度敏感區的76.03%(表4)。石漠化是熔巖退化的極端形勢，石漠化敏感的地區土壤流失的可能性更大，因此，應該將石漠化防治與水土流失防治相結合，避免更嚴重的生態危害出現。

表4川西高原各州石漠化敏感區面積

項目阿壩州面積/km2比例/%甘孜州面積/km2比例/%涼山州面積/km2比例/%輕度敏感1082.6911.275188.6954.003337.4434.73中度敏感134.6922.08463.6976.0311.501.89高度敏感51.6341.0974.0058.910.000.00極敏感23.6977.986.6922.020.000.00敏感區面積1292.6912.465733.0655.263348.9432.28

3.3生態環境敏感性分析

川西高原北偏西地區凍融侵蝕和沙漠化敏感性強度較大，南部水力侵蝕敏感性強度較大，川西高原東北部石漠化敏感性強度較大。

研究表明中度敏感及以上敏感區是最危險的[19]，極易受人類活動、自然條件變化的影響，是重點的生態環境保護區；同時生態環境是一個復雜的體系，不同的生態類型相互交叉，不同的生態敏感性之間相互影響，因此，本研究將川西高原生態敏感區分為兩類：(1) 單一型高敏感區，區域內只有一種生態敏感性屬于中度敏感或以上；(2) 復合型高敏感區，區域內有多種生態敏感性屬于中度敏感或以上。

阿壩州部分地區屬于復合型高敏感區，包括凍融侵蝕、石漠化、水力侵蝕高敏感區；部分地區屬于單一型高敏感區，以凍融侵蝕高敏感區為主。金川縣、壤塘縣、馬爾康縣以凍融侵蝕極敏感區、高度敏感區為主，同時存在水力侵蝕中度敏感區，石漠化高度敏感區，是比較明顯的凍融侵蝕、水力侵蝕、石漠化復合型高敏感區；松潘縣、紅原縣以凍融侵蝕極敏感、高度敏感區為主，沒有其他類型的高敏感區分布，是典型的凍融侵蝕單一型高敏感區。

甘孜州以復合型敏感區為主，包括凍融侵蝕、水力侵蝕、沙漠化、石漠化高敏感的地區。巴塘縣、康定縣、瀘定縣是石漠化極敏感、高度敏感區，存在集中分布的凍融侵蝕極敏感、高度敏感區，是石漠化、凍融侵蝕復合高敏感區；石渠縣、丹巴縣、得榮縣沙漠化中度敏感區集中，同時存在凍融侵蝕極敏感、高度敏感區，是沙漠化、凍融侵蝕復合高敏感區；除雅江縣外，甘孜州所有存在水力侵蝕中度敏感性的區域，都有凍融侵蝕極敏感、高敏感性分布，屬于凍融侵蝕、水力侵蝕復合型高敏感區。

涼山州以單一型高敏感區為主，主要是水力侵蝕高敏感區。水力侵蝕中度敏感性區域廣泛分布于涼山州，中部的冕寧縣、喜德縣、德昌縣、鹽源縣東部、會理縣水力侵蝕中度敏感區集中；鹽源縣、喜德縣存在零星分布的沙漠化中度敏感區或石漠化高度敏感區，屬于不明顯的復合型高敏感區。

在制定災害防治措施及環境保護政策時，在單一型高敏感地區應針對單一的生態高敏感類型重點防御，而在復合型高敏感區，由于多種生態高敏感類型相互作用，應綜合考慮，全面防御，如在金川縣、壤塘縣、馬爾康縣等凍融侵蝕、水力侵蝕復合敏感區，一旦發生水力侵蝕會加速凍融侵蝕，造成更嚴重的水土流失，而凍融侵蝕敏感性越高的地區，侵蝕溝發展的可能性越大，侵蝕溝的發展會加劇水力侵蝕力度，所以在這些區域應盡量減少人為因素的破壞，在延緩融雪速度，加強根系固土能力的同時，增強土壤持水力；在石渠縣、丹巴縣、得榮縣等沙漠化、凍融侵蝕復合敏感區，沙漠化會引起土壤質量下降、生物量降低等一系列危害，直接或間接導致凍融侵蝕敏感性增強，而凍融侵蝕引起的山坡巖體破碎會造成土壤質地改變，沙漠化敏感性增強，所以在這些區域，應在減少過度放牧、退耕還林還草的同時，延緩融雪速度，預防凍融侵蝕發生。

4　結 論

(1) 科學合理地分析了川西高原的生態敏感性，結果更精細化且與環境現狀吻合度高，川西高原生態敏感性空間分布的主要特征是凍融侵蝕敏感性、石漠化敏感性強度最大，水力侵蝕敏感區分布最廣，沙漠化敏感區分布集中；

(2) 以縣域為單位將川西高原分為不同的單一型敏感區和復合型敏感區能為環境保護政策和災害防治工作的實施提供科學依據，利于達到環境保護因地制宜的目的。單一型敏感區主要包括松潘縣、雅江縣、冕寧縣等，這些地區單一的生態敏感性等級較高，應有針對性地制定防御措施；復合型生態敏感區主要包括石渠縣、德格縣、康定縣、理縣、壤塘縣、小金縣等，這些地區生態特性復雜，是生態環境保護的重點；

總之，川西高原由于其獨特的地理位置、地形因素、海拔因素、氣候因素等，人類活動對自然環境的影響較輕，生態環境現狀較好，但是川西高原生態環境不敏感地區少，一旦破壞自我修復能力較弱，易發展成高度敏感、極敏感，應引起足夠的重視。

致謝:感謝劉志紅教授對本研究的悉心指導!感謝中科院植物所白文明教授對本文寫作的幫助!

[1]劉燕華,李秀彬.脆弱生態環境與可持續發展[M].北京:商務印書館,2001.

[2]劉康,歐陽志云,王效科,等.甘肅省生態環境敏感性評價及其空間分布[J].生態學報,2003,23(12):2711-2718.

[3]劉康,歐陽志云.基于GIS的甘肅省土地沙漠化敏感性評價[J].水土保持通報,2002,22(5):29-31.

[4]肖榮波,歐陽志云,王效科,等.中國西南地區石漠化敏感性評價及其空間分析[J].生態學雜志，2005,24(5):551-554.

[5]李東梅,高正文,付曉,等.云南省生態功能類型區的生態敏感性[J].生態學報，2010,30(1):138-145.

[6]萬忠成,王治江,董麗新,等.遼寧省生態系統敏感性評價[J].生態學雜志,2006,25(6):677-681.

[7]顏磊,許學工,謝正磊,等.北京市域生態敏感性綜合評價[J].生態學報,2009,29(6):3117-3125.

[8]Cassel-Gintz M, Petschel-Held G. GIS-based assessment of the threat to world forests by patterns of non-sustainable civilisation nature interaction[J]. Journal of Environmental Management,2000,59(4):279-298.

[9]唐克麗.中國水土保持[M].北京:科學出版社,2004.

[10]李輝霞,劉淑珍,鐘祥浩,等.基于GIS的西藏自治區凍融侵蝕敏感性評價[J].中國水土保持,2005(7):44-46.

[11]中華人民共和國水利部.土壤侵蝕分類分級標準SL190-96[S].北京:中國水利水電出版社,1997.

[12]章文波,謝云,劉寶元.利用日雨量計算降雨侵蝕力的方法研究[J].地理科學,2002,22(6):705-711.

[13]Williams J R, Jones C A, Dyke P T. Modeling approach to determining the relationship between erosion and soil productivity[J]. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers,1984,27(1):129-144.

[14]Liu B Y, Nearing M A, Risse L M. Slope gradient effects on soil loss for steep slopes[J]. Transactions of the ASAE,1994,37(6):1835-1840.

[15]肖紅艷.成渝經濟區重慶地區重點產業發展戰略生態影響評價研究[D].重慶:重慶大學,2011.

[16]皇甫大林.淺談西藏水土流失治理技術研究[J].中國水利,2011(2):33-35.

[17]曾月娥,伍世代,王強.南方丘陵生態脆弱區生態文明區劃探討[J].地理科學,2013,33(10):1224-1230.

[18]劉淑珍,劉斌濤,陶和平,等.我國凍融侵蝕現狀及防治對策[J].中國水土保持,2013(10):41-44.

[19]李東梅,吳曉青,于德永,等.云南省生態環境敏感性評價[J].生態學報,2008,28(11):5270-5278.

Evaluation on Ecological Sensitivity of Chuanxi Plateau Based on GIS

Lü Yuanyang, LIU Zhihong, YE Bangping, ZHANG Si, ZHANG Yang

(CollegeofResourcesandEnvironment,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610225,China)

Chuanxi Plateau is located in transition zone from the first to the second step, its ecological type is complex and its ecological sensitivity evaluation is crucial to environmental protection decision of Sichuan Province and ecological function zoning of China. Using the multifactor comprehensive analysis method, the sensitivity of water erosion, freeze-thaw erosion, desertification sensitivity, sensitivity of rocky desertification were selected as the basis of ecological sensitivity evaluation of the West Sichuan Plateau. The results showed that: (1) moderately water erosion sensitive area in Chuanxi Plateau is 14 312.62 km2, mainly distributes in central Liangshan State, south of Ganzi State; (2) moderate and above freezing thawing erosion sensitive area in Chuanxi Plateau is 46 250.68 km2，mainly distributes in northwest of Ganzi State，south of Aba state; (3) moderate desertification sensitive area in Chuanxi Plateau is 1 956.49 km2，mainly distributes in northwest of Ganzi State，central Liangshan State; (4) moderate and above stony desertification sensitive area in Chuanxi Plateau is 765.88 km2，mainly distributes in south of Aba State，east and southwest of Ganzi State. These high sensitivity areas are also the ecological deterioration areas，should be paid enough attention and effective measures should be taken to prevent environmental degradation.

ecological sensitivity; Chuanxi Plateau; GIS; spatial analysis

2015-01-02

2015-03-03

四川環境保護科學研究院四川省環境功能區劃項目(13H148)

呂遠洋(1991—),女,內蒙古呼倫貝爾人,碩士研究生,研究方向為氣象地理信息系統工程。E-mail:790116189@qq.com

劉志紅(1967—),女,新疆烏魯木齊人,博士,教授,主要從事大氣遙感、氣象地理信息系統工程研究。E-mail:wxzlzh@cuit.edu.cn

X826

A

1005-3409(2016)01-0272-06