基于ArcGIS的山東省濰坊市蔡家溝村生態敏感性差異分析

張寒　王浩程　王琳

摘要：生態敏感性是指生態系統應對環境問題干擾的難易程度，是制定景觀規劃的重要參考。本研究選取影響蔡家溝村生態環境的5個影響因子（高程、坡度、水域、用地類型和植被覆蓋度），運用層次分析法（AHP），結合ENVI土地利用類型提取和ArcGIS加權疊加分析技術，對蔡家溝村生態敏感性進行評價分析，最終獲取蔡家溝村在不同敏感性因子影響下的空間分布，并進行功能分區。結果顯示：蔡家溝村生態敏感性在不同空間分布上具有顯著差別，極高敏感區、高敏感區、中敏感區、低敏感區和非敏感區所占總面積比分別是6.10%、22.54%、37.56%、26.09%、7.71%。根據生態敏感性評價和功能分區的結果，提出蔡家溝村生態規劃的相關措施，以期推動鄉村生態環境的可持續發展。

關鍵詞：GIS;生態敏感性;ArcGIS加權疊加分析;功能分區;山東省濰坊市蔡家溝村

中圖分類號：S127文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2020）05-0092-08

Abstract Ecological sensitivity reflects the degree of ecosystem responding to the external disturbance， and it is an important basis for developing landscape plan. In this study， five factors affecting the ecological environment including elevation， slope， water， land use type and vegetation coverage were selected to comprehensively assess the ecological sensitivity of Caijiagou Village， Weifang City， Shandong Province using the analytic hierarchy process （AHP） method combined with ENVI land use type extraction technology and ArcGIS weighted superposition analysis technology. Finally， the spatial distribution of ecological sensitivity of Caijiagou Village was obtained under the influence of different factors and the functional zoning was carried out. The results showed that the ecological sensitivity of Caijiagou Village was significantly different in spatial distribution. The extremely sensitive， highly sensitive， medium sensitive， low sensitive and non-sensitive areas were 6.10%， 22.54%， 37.56%， 26.09% and 7.71%， respectively. According to the results of ecological sensitivity evaluation and functional zoning， relevant measures for ecological planning of Caijiagou Village were proposed to promote the sustainable development of rural ecological environment.

Keywords GIS;Ecological sensitivity;ArcGIS weighted superposition analysis;Functional zoning;Caijiagou Village of Weifang City in Shandong Province

優良的景觀生態環境是人類賴以生存和發展的基礎。經濟的快速發展和不合理的土地開發，導致生態環境日趨惡化，進而影響人類的生存[1]。隨著我國生態意識的不斷增強，生態修復理念日益受到重視。規劃合理的生態環境保護措施是當前環境治理普遍采用的策略。

生態敏感性是生態系統面臨人類活動干擾的適應性，是生態環境問題所發生的可能性[2-5]，包括地質災害、土地沙化、水體污染、物種多樣性等方面。作為生態環境修復的重要參考，生態敏感性對區域環境的評價和研究具有重要意義。近年來，生態敏感性的研究方法和評價體系不斷創新，并在生態城市的要素評價[6]、景觀格局規劃[7-9]、環境承載力評估[10]等方面得以應用。丁振民等[11]運用經濟學理論構建生態敏感性評價模型，將生態系統服務價值的實際值與預測值之比的絕對值作為區域生態敏感性評價指數。劉軍會等[12]針對土地沙漠化等環境問題開展生態敏感性研究工作，揭示敏感性的空間差異。研究對象從單一生態環境問題拓展到宏觀大尺度生態環境問題[13，14]。Wiik等[15]對Hawes湖沉積物、葉綠素、水生生物群落等的變化進行監測和分析，論證了Hawes湖富營養化程度與生態敏感性間的關系。Li等[16]將空間彈性理念引入生態規劃，并著重于生態敏感性評價、水質安全及植被覆蓋等方面的研究。目前，國內生態敏感性研究尺度日趨精細，包括省[17]、市/區[18-21]、縣[22，23]、鎮[24]域等，多集中于鎮域規模以上的區域，對村莊尺度生態敏感性的研究較少，研究方法和標準尚未成體系。

3.1.3 水域水域是對人為干擾相對敏感的因子之一，也是生態環境的基本元素，水域可以很好地反映研究區的生態敏感性。由圖3、表4可見，研究區域內水域高敏感區的面積為24.32 hm2，占總面積的17.17%，主要分布在村域的河溝和水渠;非敏感區面積為97.72 hm2，占總面積的69.00%，分布在村域全境;中敏感區面積為19.58 hm2，占總面積的13.83%。可見，距離水體越近，生態敏感性越高，需設立緩沖區加強對水域的保護。

3.1.4 用地類型蔡家溝村的用地類型主要包括水體、林地、園地、耕地、草地、建筑用地和未利用地，土地利用生態敏感性分析結果見圖4、表4。極高、高敏感區面積16.59 hm2，占總面積的11.72%，且分布相對集中，主要因為蔡家溝村的水域范圍較少。中敏感區面積為105.79 hm2，占總面積的74.70%，遍布于除中部外的其他區域，用地類型以耕地為主。低、非敏感區面積為19.24 hm2，占總面積的13.58%，低敏感區用地類型主要包括園地、草地等農用地，而非敏感區用地類型為建筑用地和其他未開發用地，主要分布在居住區和道路附近。總體來說，該村域土地利用類型敏感性程度中等，作為蔡家溝村優良生態本底的中部地區應加強生態保護，其他地區在科學有效的生態規劃下可適當開發建設。

3.1.5 植被覆蓋度蔡家溝村整體植被覆蓋度較低，其中，耕地面積所占比例最大，多分布于村域西部、南部及東南部地區;林地集中于中部地區，草地零散分布于全村。植被覆蓋度敏感性分析結果見圖5、表4。其中，非、低敏感區面積分別為12.84 hm2和18.86 hm2，分別占總面積的9.07%和13.32%;中敏感區面積為31.91 hm2，占總面積的22.53%;高、極高敏感區面積分別為44.40 hm2和33.61 hm2，分別占總面積的31.35%、23.73%。耕地分布越廣闊的區域敏感性越高，因此，極高、高敏感區附近的耕地等農用地應著重保護，不宜開發建設。

3.2 綜合敏感性分析

利用GIS的空間分析功能，根據已確定的各因子權重對蔡家溝村單因子生態敏感性分布圖疊加，得到蔡家溝村綜合生態敏感性分布圖[36-38]。蔡家溝村綜合生態敏感性評價指數（S）介于1.14～7.85之間，采用Nature Breaks法，將該指數區間劃分為5個分級標準，從而將蔡家溝村劃分為5類生態敏感區（圖6），其中，1.14

綜合分析表4、表5可知，蔡家溝村生態敏感性以低敏感和中敏感為主，兩者占村域總面積的63.65%，主要是林地和部分耕地。極高和高敏感區占總面積的28.64%，其中，極高敏感區主要分布在水域和坡度較大的地區，占總面積的6.10%;高敏感區主要是高程較高地區和水體周邊的緩沖區，占總面積的22.54%。非敏感區占總面積的7.71%，在村域內零星分布，主要集中于居住區、道路及其周邊區域。

蔡家溝村是農業村，耕地面積大，自然景觀豐富。優良的生態景觀是蔡家溝村發展的優勢，因此，可以借助自然景觀發展生態產業，在維護村域生態基底的同時，提升蔡家溝村的經濟實力。

3.3 生態分區

根據蔡家溝村綜合生態敏感性研究結果，提取蔡家溝村生態框架，以在該框架下進行分區保護或開發，結果將蔡家溝村劃分為保護區、限建區和適建區（圖7）。生態保護區包括極高敏感區和高敏感區，面積為40.56 hm2，占總面積的比例為28.64%;中敏感區劃歸限制建設區，面積為53.19 hm2，占總面積的37.56%;適建區包括低敏感區和非敏感區，面積為47.87 hm2，占總面積的33.80%。表明，蔡家溝村三分之一左右的區域可以進行合理的生態規劃，可適當與原有的景觀生態相結合，合理促進生態產業的發展;同時要對村莊西北部和東部地區加強生態保護，進而實現全村經濟與環境的協調發展。

4 結論與建議

通過5個單一生態因子敏感性分析及綜合敏感性分析，得出研究區蔡家溝村的生態敏感性空間分布規律。蔡家溝村整體生態敏感性較高，空間分布差異較大。區位方面，村域東部和西部區域較高，中部區域較低;評價因子方面，水域及周邊緩沖區敏感性較高，建筑用地較低。極高敏感區和高敏感區占全村總面積比例分別為6.10%和22.54%;中敏感區和低敏感區占全村總面積比例分別為37.56%和26.09%;非敏感區占全村總面積的7.71%。

極高和高敏感區敏感反應程度強，修復能力差，生態環境極其脆弱，容易受到人為干擾，短期內難以恢復，不宜開發，應重點保護。極高、高敏感區主要分布在坡度較大區域、水體緩沖區及高程較高的地區，可開辟為生態保護區，建立人工濕地，用于涵養水源和維持水土，同時結合景觀植物造景的相應原理，達到生態性與觀賞性的統一;同時，蔡家溝村的過境河道應建立河道緩沖區，搭建河流廊道，避免周圍環境對河道造成破壞，河流廊道結合人工濕地，構建成村域的生態網絡系統，以此維持蔡家溝村生態系統的完整性。

中度敏感區能在一定程度上承受人為干擾和開發，但容易受到人為活動的影響，要遵循既開發又保護的理念，并控制一定的范圍，例如農業用地、林地、濕地以及水體緩沖區等應重點保護，杜絕開發。對于中度敏感區的其他地域，應在生態保護的基礎上，發展農業生態經濟，例如建立景觀生態公園，發展特色農產品、農家樂、鄉村觀光旅游等產業。此舉既可以發展經濟，又可以增加村域的大型景觀斑塊，從而提高生態環境承載力和抵御自然災害的能力。

低敏感區和非敏感區植被覆蓋度相對較低，主要由居住區、道路、水工建筑和未利用地等構成，包括部分園地和林地。低敏感區要注重土地建設的生態化，部分園地和林地加以保護，禁止占用，其他用地類型需在已有構筑物的基礎上，繼續加強水文和植被的建設，力求達到構筑物的景觀化，同時要謹防“三廢”污染對低敏感區的影響。非敏感區要進行科學合理的規劃，首先應合理利用蔡家溝村水資源和土壤資源，對于被污染的水體和貧瘠的土壤環境，應利用工程或生物措施加以修復和改善，例如篩選適合蔡家溝村環境的農業資源作物，提升作物逆境生長的能力;其次要加強村莊的基礎設施建設，改善道路交通、住房建筑等條件，大力發展休閑旅游度假項目，促使蔡家溝村經濟與生態協調發展。

參 考 文 獻：

[1] 李益敏，管成文，郭麗琴，等. 基于生態敏感性分析的江川區土地利用空間格局優化配置[J]. 農業工程學報， 2018， 34（20）： 267-276.

[2] 歐陽志云，王效科，苗鴻. 中國生態環境敏感性及其區域差異規律研究[J]. 生態學報， 2000， 20（1）： 10-13.

[3] 戰明松，朱京海. 基于生態敏感性評價的本溪青云山景區空間規劃[J]. 應用生態學報， 2019， 30（7）： 2352-2360.

[4] 張寧，榮麗華. 基于GIS的城市邊緣區生態敏感性的量化分析——以呼和浩特市榆林鎮為例[J]. 內蒙古工業大學學報（自然科學版）， 2016， 35（1）： 46-52.

[5] 多美麗. 景觀生態在土地利用規劃中的應用[D]. 北京：中國地質大學， 2012.

[6] Singh S. Ecocity elements in the traditional settlement of Kirtipur in Kathmandu Valley[J]. Sustainable Development， 2016， 24： 394-405.

[7] Chi Y， Zhang Z， Gao J， et al. Evaluating landscape ecological sensitivity of an estuarine island based on landscape pattern across temporal and spatial scales[J]. Ecological Indicators， 2019， 101： 221-237.

[8] 邱彭華，徐頌軍，謝跟蹤，等. 基于景觀格局和生態敏感性的海南西部地區生態脆弱性分析[J]. 生態學報，2007， 27（4）： 1257-1264.

[9] 袁沫汐，彭玉玲，林愛文，等. 老撾沙灣水經濟區生態用地利用評價[J]. 水土保持通報， 2017， 37（1）： 234-240.

[10]史娜娜，全占軍，韓煜，等. 基于生態敏感性評價的烏海市土地資源承載力分析[J]. 水土保持研究， 2017， 24（1）： 239-243.

[11]丁振民，姚順波. 區域生態敏感性評估的理論框架與模型設計——以陜西省為例[J]. 地理研究， 2019， 38（8）： 2085-2098.

[12]劉軍會，高吉喜，馬蘇，等. 中國生態環境敏感區評價[J]. 自然資源學報， 2015， 30（10）： 1607-1616.

[13]李永格，李宗省，馮起，等. 基于生態紅線劃定的祁連山生態保護性開發研究[J]. 生態學報， 2019， 39（7）： 2343-2352.

[14]Eggermont H， Verschuren D， Audenaert L， et al. Limnological and ecological sensitivity of Rwenzori mountain lakes to climate warming[J]. Hydrobiologia， 2010， 648（1）：123-142.

[15]Wiik E， Bennion H， Sayer C D， et al. Ecological sensitivity of marl lakes to nutrient enrichment： evidence from Hawes Water， UK[J]. Freshwater Biology， 2015， 60（11）： 2226-2247.

[16]Li Y F， Shi Y L， Qureshi S， et al. Applying the concept of spatial resilience to socio-ecological systems in the urban wetland interface[J]. Ecological Indicators， 2014， 42：135-146.

[17]Dai X， Li Z， Lin S， et al. Assessment and zoning of eco-environmental sensitivity for a typical developing province in China[J]. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment， 2012， 26（8）：1095-1107.

[18]Wang Y， Gao J X， Zou C X， et al. Identifying ecologically valuable and sensitive areas： a case study analysis from China[J]. Journal for Nature Conservation， 2017， 40： 49-63.

[19]管青春，郝晉珉，王宏亮，等. 經濟轉型視角下礦產資源城市生態敏感性評價[J]. 農業工程學報， 2018， 34（21）： 253-262， 311.

[20]甘琳，陳穎彪，吳志峰，等. 近20年粵港澳大灣區生態敏感性變化[J]. 生態學雜志， 2018， 37（8）： 2453-2462.

[21]馬聆蕭，李波. 生態敏感性與土地利用功能匹配程度研究：以青島西海岸新區為例[J]. 北京師范大學學報（自然科學版）， 2018， 54（3）： 412-419.

[22]康薇，王曉晴，張立強，等. 懷來縣未利用地開發生態敏感性研究[J]. 水土保持研究， 2018， 25（1）： 356-363.

[23]Zhang M W， Jin H J， Cai D S， et al. The comparative study on the ecological sensitivity analysis in Huixian karst wetland， China[J]. Procedia Environmental Sciences， 2010，2： 386-398.

[24]王浩程，王琳，衛寶立. 基于GIS的特色小鎮生態敏感性研究——以山東營丘鎮為例[J].中國海洋大學學報（自然科學版）， 2019， 49（8）： 100-107.

[25]王艷杰. 杭州歷史文化名城保護規劃實施評估[D]. 杭州：浙江工業大學， 2015.

[26]鄒建. 基于GIS的宣漢縣高標準農田建設研究[D]. 成都：成都理工大學， 2017.

[27]黃聰. 龍虎山風景名勝區旅游用地生態評價[D]. 南昌：江西農業大學， 2017.

[28]曹建軍，劉永娟. GIS支持下上海城市生態敏感性分析[J]. 應用生態學報， 2010， 21（7）： 1805-1812.

[29]湯峰，張蓬濤，張貴軍，等. 基于生態敏感性和生態系統服務價值的昌黎縣生態廊道構建[J]. 應用生態學報， 2018， 29（8）： 2675-2684.

[30]孔星河. “三生”約束下的湖北省農地整治潛力評價及分區研究[D]. 武漢：華中農業大學， 2018.

[31]黃美菱. 基于RS、GIS的都江堰市生態安全評價與生態熵研究[D]. 西安：長安大學， 2018.

[32]汪楚喬，陳柔君，吳磊，等. 宜興典型村落不同下墊面降雨徑流污染物排放特征[J]. 生態與農村環境學報， 2016， 32（4）： 632-638.

[33]張強，馮悅，魏偉，等. 基于GIS的祁連山生態敏感性評價[J]. 安全與環境學報， 2019， 19（3）： 1056-1064.

[34]江源通，田野，鄭拴寧. 海島型城市生態安全格局研究——以平潭島為例[J]. 生態學報， 2018， 38（3）： 769-777.

[35]閆德洋，王琳，衛寶立，等. 魯西北農業小鎮生態敏感性評價研究[J]. 中國海洋大學學報（自然科學版）， 2018， 48（5）： 102-110.

[36]穆媛芮，胡建團，郭潔，等. 西天山吐拉蘇地區生態環境敏感性評價[J]. 水土保持通報， 2012， 32（6）： 292-295， 317.

[37]吳愛林. 長江三角洲地區土地生態敏感性時空分析[D]. 上海：東華大學， 2017.

[38]王肅靖. 三門峽市耕地生態系統敏感性評價[D].開封：河南大學， 2018.