基于GIS和層次分析法的福州國家森林公園生態敏感性評價

彭特 劉健行 鄧傳遠

摘 要：【目的/意義】生態敏感性分析對于生態建設規劃有著重要的意義，在綜合分析福州國家森林公園生態敏感性的基礎上，針對不同敏感區提出相應優化建議策略，為福州國家森林公園今后生態規劃建設提供參考。【方法/過程】以福州國家森林公園為研究區域，根據福州國家森林公園的特征，選取坡度、高程、坡向、土地利用類型、植被覆蓋度、水域緩沖6個因子作為生態敏感性的評價指標，利用層次分析法（AHP）得到評價因子權重，結合GIS的加權疊加工具完成研究區的生態敏感性綜合評價。【結果/結論】結果表明：福州國家森林公園不敏感區、輕度敏感區、中度敏感區、重度敏感區、極度敏感區占研究區總面積分別為0.71%、27.68%、35.20%、27.18%、9.23%。可見研究區域敏感性主要集中在輕度敏感到重度敏感，并根據分析結果提出相應規劃建議。

關鍵詞：生態敏感性;福州國家森林公園;敏感性評價;GIS;層次分析法（AHP）

中圖分類號：P208;X826文獻標志碼：A文章編號：1637-5617（2021）01-0079-07

Ecological Sensitivity Evaluation of Fuzhou National Forest Park Based on GIS and Analytic Hierarchy Process Method

PENG Te， LIU Jian-xing， DENG Chuan-yuan

（College of Landscape Architecture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China）

Abstract： 【Objective/Meaning】The analysis of ecological sensitivity is of great significance for the ecological construction planning. Based on the comprehensive analysis of the ecological sensitivity of Fuzhou National Forest Park， the corresponding optimization strategies for different sensitive areas were put forward， so as to provide reference for the future ecological planning and construction of Fuzhou National Forest Park.【Methods/Procedures】By taking Fuzhou National Forest Park as the research area， according to the characteristics of Fuzhou National Forest Park， six factors including slope， elevation， aspect， land use type， vegetation coverage， and water buffer were selected as the evaluation indicators of ecological sensitivity. Then，the? Analytic Hierarchy Process （AHP） was used to get the weight of evaluation factors， and the comprehensive evaluation of the ecological sensitivity of the research area was completed by combining with the weighted overlay tool of GIS. 【Results/Conclusions】The results showed that the insensitive area， lightly sensitive area， moderately sensitive area， severely sensitive area， and extremely sensitive area in Fuzhou National Forest Park accounted for 0.71%， 27.68%， 35.20%， 27.18%， and 9.23% of the total research area. It could be seen that the sensitivity of the research area was mainly concentrated in the light sensitivity to the severe sensitivity， and the corresponding planning suggestions were put forward according to the analysis results.Key words： ecological sensitivity; Fuzhou National Forest Park; sensitivity evaluation; GIS;Analytic Hierarchy Process（AHP）

森林公園作為城市生態資源較為重要的一部分，具有重要的生態價值和旅游價值。近年來隨著人民生活水平的提高以及國家對于加強生態文明建設的號召，森林旅游業也得到了迅猛的發展，為了更好地建設森林公園，對其進行科學分析并合理的規劃顯得尤為重要，利用地理信息技術結合生態敏感性分析就是一種高效科學的方法。生態敏感性是生態系統對內外因素綜合作用所引起的環境變化響應程度，反映了生態環境對外界干擾的敏感程度，生態敏感性分析是通過分析研究生態因子對外界干擾適應的能力，來預測評估其區域生態環境敏感性的高低[1]，敏感性越高則代表生態系統越脆弱，極易因為人為或不可控的自然因素帶來生態負面影響。國內也日益重視景區公園生態敏感性評價，如劉瀾等[2]基于GIS的空間分析功能并以地形地貌、土地利用類型、交通等為指標評價要素，科學地評估蘇南水網地區鄉村自然景觀生態敏感性，為鄉村自然景觀保護性的開發建設提供參考;翟端強等[3]基于GIS和多因素疊加分析法，選取自然環境、生態安全等生態敏感因子，獲得瀏陽市生態敏感性空間分布并進行景觀格局優化;張寒等[4]利用GIS對蔡家溝村的生態敏感性進行研究，從而獲得蔡家溝村在不同空間位置上其生態敏感性具有顯著差別，提出相關生態規劃措施，以期推動鄉村生態可持續發展;舒波等[5]以國家園林城市樂山市為研究對象，利用GIS獲得樂山市生態敏感空間分布圖，根據不同生態敏感區劃定生態服務區并提出相應策略。本研究以福州國家森林公園為研究分析對象，根據區域綜合特征結合專家咨詢，確定坡度、高程、坡向、植被覆蓋度、土地利用類型這6個不同生態敏感性因子作為評價指標，基于GIS的空間分析和層次分析法（AHP），進行各因子單獨分析和多因子加權疊加綜合分析，并劃分相應敏感等級，以期為福州國家森林公園生態環境建設和規劃設計提供一定的科學依據。

1 研究區概況

福州國家森林公園位于具有“八山一水一分田”“國家園林城市”等之稱的福建省福州市晉安區（N26°8′56″～26°11′29″，E119°15′24″～119°17′56″）。整個森林公園形狀呈長方形，其三面是連綿不斷的山體，一面臨水庫。東以福飛路為界，西至湖頂與葉洋村接壤，南至八一水庫北岸堤壩，北至嶺頭鄉與筆架山毗鄰[6]。公園所處位置屬于亞熱帶海洋性季風氣候，常年較為溫暖濕潤，年平均的溫度范圍20～25℃，年平均相對濕度79%，區域內的植被種類豐富，林被覆蓋度高，森林游憩價值高[7]。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據獲取與處理

2.1.1 數據獲取

福州國家森林公園數字高程模型（DEM）數據來源于地理空間數據云GDEMV2 30 m分辨率數字高程數據索引圖;植被覆蓋影像數據來源于地理空間數據云Landsat 8影像數據，時間為2020年3月且挑選影像中云霧干擾最少的圖片，空間分辨率為30 m;土地利用數據來源于GlobeLand 30全球地表覆蓋數據（分辨率為30 m），結合研究區多次實地游覽，并與谷歌地圖遙感影像對比，土地利用現狀變化不大[8]。

2.1.2 數據處理

利用ENVI 4.8遙感影像處理平臺對通過Landsat 8下載的遙感影像數據進行大氣校正、輻射定標等處理，得到NDVI（植被指數）并帶入相應公式得到Pv（植被覆蓋度）。將DEM數據、土地利用數據和植被覆蓋數據在ArcGIS 10.5軟件中進行裁剪、轉換為相同投影坐標，水文通過土地利用數據在GIS軟件中提取。

利用ArcGIS 10.5的空間分析模塊功能對不同單因子進行分級賦值，完成單因子的生態敏感性分級圖。根據相關專家打分結果通過Yaahp 10.0軟件計算出各因子權重，最后將每個因子加權疊加生成其研究區域的生態敏感性分析總圖。

2.2 研究方法

2.2.1 生態因子選取與等級劃分

依據參考有關森林公園生態敏感性研究分析方向的文獻，并結合2015年頒布的《全國生態功能區劃（修編版）》中的生態敏感性評價方法使用指標，以及通過向從事生態學和研究福州國家森林公園的專家教授進行咨詢，結合研究區域實地綜合特征完成最終森林公園生態因子數據的篩選和分級，把高程、坡度、坡向、植被覆蓋度、土地利用類型、水體這6個生態因子作為研究評價該區域生態敏感性的主要指標，并對各生態因子進行分級和相應賦值以便最終的疊加分析[9-10]。單因子生態敏感性分為5個等級，分別指定數值為1、3、5、7、9，對應代表著不敏感、輕度敏感、中度敏感、重度敏感、極度敏感[11-13]。具體分級標準見表1。

2.2.2 評價因子權重的確定

采取層次分析法（AHP）結合專家打分法以確定各類評價因子權重值，該方法于20世紀70年代初提出至今依然在各領域分析中普遍運用，客觀上有助于提高研究分析結果的準確性、有效性。通過網絡問卷的方式邀請鄧傳遠教授、閆淑君教授、劉興詔教授等5位森林旅游與園林生態方向研究的專家參照評價標準（表2）對生態因子間的相對重要性進行評估打分，在Yaahp 10.0軟件中構建生態因子的對比矩陣，通過比較各矩陣求得結果選出最佳，得出各因子權重[14-15]（表3）。為了驗證矩陣求得權重的結果是否合理，還需要執行一致性檢驗，當CR<0.1時則符合一致性檢驗[16]，公式如下：

CI=λmax-nn-1（1）

CR=CIRI（2）

式中：λmax表示矩陣的最大特征根;CI表示為一致性指標;RI為平均隨機的一致性指標;CR為一致性比率;n表示項目數，CR<0. 1（CR=CIRI，RI值如表 4 所示）

2.2.3 空間疊加分析

利用ArcGIS 10.5軟件空間分析模塊中的加權疊加工具，對生成的各因子生態敏感性分布圖賦予對應的權重值并疊加得到福州國家森林公園的生態敏感性分布總圖。在重分類工具中采用自然間斷法將數值結果分級為不敏感、輕度敏感、中度敏感、重度敏感、極度敏感[17]。計算生態敏感性數學模型，公式如下：

P=∑niAi·Wi（3）

式中： P為生態敏感性指數，n為評價指標總數，i為評價指標編號，Ai為各評價指標的生態敏感性賦值（1，3，5，7，9），Wi為因子指標的權重值。

3 結果與分析

3.1 生態敏感性單因子分析

3.1.1 高程敏感性分析

福州國家森林公園內山體連綿，最高處達到海拔643 m，地勢整體呈西北高，東南低，高程的不同會影響著相應溫度、風力、濕度值等自然環境因素，進而間接影響著生態狀況和植被生長分布。從高程敏感性分析圖和因子敏感性分級面積可以看出極度敏感區分布在西北和西方向山體，占總面積的22.41%，該區林地植被種類簡單且有部分耕地;從重度到輕度敏感區分別占總面積的20.76%、17.94%和18.56%，主要分布在北、西南、西和東北鄰近的山體，這些區域分布著天然林和人工林地，植被種類也較為豐富;不敏感區主要分布在海拔較低的中心平原區以及園區入口處，占總面積的20.33%。因此，福州國家森林公園高程敏感性處于重度敏感（圖1，表5）。

3.1.2 坡度敏感性分析

坡度可以影響地表物質流動和承受能力，制約生產力空間布局，坡度越大其相應的敏感性就越弱[18]。公園內極度敏感區分布在西北和東北部分山體的上坡處以及西南方向的局部山腰處，占總面積的17.61%，該敏感區所分布的位置坡度陡，起伏大;重度敏感區占總面積的39.69%，其敏感區分布面積占比最大，主要分布在西北、東北以及西南附近山體的中上坡、中坡和中下坡，坡度在25°～35°;中度敏感區和輕度敏感區主要分布在南部水庫周邊和西北附近的山體，坡度主要在5°～25°，占總面積的15.79%和16.37%;不敏感區主要在南部的水庫、東部入口以及登山路附近，占總面積10.54%。因此福州國家森林公園坡度生態敏感性處于重度敏感（圖1，表5）。

3.1.3 坡向敏感性分析

坡向的不同其對應所受到光照輻射強度和日照時間長短也有很大的差異，光輻射也影響著山體植被的生長，對于北半球而言，輻射收入南坡、東南坡、東坡和西南坡相對較多[19]。極度敏感區和重度敏感區主要分布在西和西北方向以及附近的山體，占總面積的8.96%和20.39%，該處因為坡向原因，受到光照的輻射相對較少，植被的生長會受到間接影響，林被相對陽坡種類較少、覆蓋密度低;中度敏感區占總面積的25.62%，主要分布在西、西北和西南部的山區;輕度敏感區占總面積的30.17%，分布在西、西南、北、東北和東部附近的山體，該處的坡向為東南和西南，光照輻射充足，林被的種類多，覆蓋密度較大;不敏感區占總面積的14.86%，主要為平面和南面，光照更加充足。由此看出福州國家森林公園坡向生態敏感性多處于輕度敏感（圖1，表5）。

3.1.4 植被覆蓋度敏感性分析

福州國家森林公園林被覆蓋度整體水平較高且種類繁多，依據《福州植物園植物名錄》統計出福州國家森林公園共有蕨類植物63科123種，裸子植物11科115種，被子植物332科4741種，天然分布的喬木主要有青岡、杜英、欏木石楠、化香樹、柯、黑殼楠、羅浮錐、木油桐等;人工種植的喬木主要有木荷、刺桐、烏桕、水東哥、楓香、樸樹、楊桃等;天然分布的灌木主要為茜樹、木蠟樹、賽山梅、山胡椒、朱砂根、密花山礬、小果珍珠花等。植被覆蓋度越低，其生態敏感性高，受到破壞后因為自我修復能力較弱，恢復過程較為緩慢，其生態環境也不可避免地受到相應程度影響[20]。極度敏感區、重度敏感區和中度敏感區共占總面積的25.19%，主要分布在南部水庫、登山路兩側山腳處和西北山體附近，多為一些已建設用地、山體落差較大和坡向較陰處，這些位置的林被覆蓋度相對低，林被的群落組成較為簡單，自身的穩定性比較差，受到人為和自然因素的破壞后生態自我恢復速度較慢，局部極度敏感地方可能會出現生態恢復不可逆現象;輕度敏感區為18.05%;不敏感區占總面積的56.76%，這部分植被覆蓋度整體達到了75%以上覆蓋度，林被種類豐富，所分布的位置距離登山入口較遠，受人為干預影響不是很大，林被群落生態穩定性更強。因而得出福州國家森林公園植被覆蓋度生態敏感性處于低敏感（圖1，表5）。

3.1.5 土地利用類型敏感性分析

研究區域內部土地利用類型主要分為林地、水體、灌林草地、交通用地和其他用地、建筑用地5大類。重度敏感區占比最大，占總面積的56.38%;中度敏感和輕度敏感分別占24.06%、15.49%，主要分布在研究區南和西北以及山谷內的登山線附近，這部分還分布著人工開發的景點以及人工種植林;極度敏感區占4.02%，主要是森林公園內的河塘以及山間河道;不敏感區域比例最低，占總面積的0.05%，主要為研究區內的一些建筑。因此福州國家森林公園中土地利用類型的生態敏感性處于重度敏感（圖1，表5）。

3.1.6 水域緩沖區敏感性分析

森林公園內部河流、湖泊較少，主要選取了最大的湖泊八一水庫以及山體中主要的河道，并以距離水體本身10 m、30 m、50 m和50 m以外劃分為相應緩沖區。極度敏感區占總面積的4.07%;重度敏感區、中度敏感區和輕度敏感區共占總面積的8.43%，主要為河流水庫周圍的緩沖區。因而，福州國家森林公園水域緩沖區敏感性處于低度敏感（圖1，表5）。

3.2 生態敏感性綜合評價

綜合各生態因子的敏感性分析圖，在ArcGIS 10.5空間分析功能中利用柵格計算工具將上述6個因子進行加權疊加，得到福州國家森林公園生態敏感性綜合指數在1.3032～8.2360范圍，并在重分類工具中用自然間斷點分級法（Jenks）分為5類，即不敏感、輕度敏感、中度敏感、重度敏感、極度敏感（圖2，表6）。

福州國家森林公園的生態敏感性多集中在輕度敏感到重度敏感范圍內（表6）。不敏感區和極度敏感區區分別占總面積的0.71%、9.23%，不敏感區主要分布在東南公園入口部分，這部分開發建設相對完善，植被覆蓋度略低一些。輕度敏感區主要分布在南、西北和登山道附近，這部分由水域、覆蓋率低的灌林草地和已建成的多種類型植物主題園組成，如珍稀植物園以及以各種觀賞類植物為主題的桃花園、紫薇園、櫻花園等。其中珍稀植物園人工引進栽培的珍稀植被種類較多，包括國家一級保護植物水杉、桫欏、望天樹等;國家二級保護植物如槿棕、連香樹、夏臘梅、普陀鵝耳櫪、杜仲、銀杏、云南山茶、荔枝等。中度敏感區多分布在西、西南和登山道兩側較近范圍內，該區域林被覆蓋率較大，野生植物不同種類數量較多，為加強在該地區的生態保護，提高生態穩定性，可以增加人工林的種類。極度敏感區和重度敏感區分別占總面積的9.23%和27.18%，主要分布在西南、東北和西北附近的山體上坡處，這些地方植被覆蓋率低和海拔也較高，山體的坡度和地勢起伏變化較大，生態敏感性較高，很容易因為人類的干擾和其他不定性自然因素干擾而受到破壞，應作為生態核心區應加強保護。

4 不同生態敏感區的用地策略

由生態敏感性綜合性分析圖可知福州國家森林公園不同程度敏感性分布位置，敏感性的強弱代表著該處生態環境出現問題的可能性大小。針對不同程度的敏感區域提出相應合理的改善策略，按照生態保護、因地制宜、合理規劃、適地適樹原則將極度敏感區到不敏感區劃定成生態保育區、生態適度開發區、生態游覽發展區，在一定程度上可以提高生態環境的穩定性和促進生態環境的建設。

（1）極度敏感區和重度敏感區作為高度敏感區占總面積的36.41%，主要分布在東北、西北和西南附近山體中上坡位，也是森林較深處部位，此處區域森林植被覆蓋度高且距離各登山入口較遠，人為干擾性相對較低應劃定為森林生態保育區。優先生態保護，該部分作為生態核心保護區域，擁有著豐富的自然資源，現有植被類型為針闊混交林、毛竹林地、針葉混交林和闊葉混交林，應通過生態保育，合理利用鄉土植被種植以提高群落穩定性;緊抓生態修復，采取相應的自然護坡工程等方式對坡度較陡和地質不穩定區域進行生態修復，結合植被種植最大程度地減少水土流失;嚴格管控，加大對重度敏感區、極度敏感區已有珍稀或價值高植物的掛牌保護，檢測記錄儀器的鋪設也應盡可能地減小對原生態環境的破壞，尤其在極度敏感區嚴格控制管理無關人員進入，重度敏感區局部在不破壞生態的原則下可以適當地開展低強度的觀光游覽以及生態保護、植物調查等為主題的科研活動，給植物愛好者們提供一定的學習和觀賞機會。

（2）中度敏感區占地面積較大，占比為35.20%，多集中在山體的中坡和中下坡位，可以劃定為生態適度開發區。該區位有天然林和人工林2種類型，植被覆蓋度也相對較高，離登山入口近，針對該敏感區應打造以生態保護和旅游開發相結合的發展模式。優化基礎設施，在旅游開發時人工開辟的游覽登山道要順應地形，對野生動物出沒的區域建設生態廊道，同時要合理地與外部道路相銜接，不隨意堆填和挖土，減少非必需設施的建設;提升生態景觀，梳理溪流河道，加強對山林中的溪泉河道保護的同時積極發展風景林、經濟林、防護林以達到固土蓄水和提高生態景觀的目的;開發特色內涵，在對該敏感區內特色景點開發的同時盡量減少人為設施的建設，還可以開展植樹造林、植物保護夏令營等主題性活動，在生態保護的同時做到人與自然的結合。

（3）輕度敏感區和不敏感區分布在西北、東南和公園主要游覽道路附近，占總面積的28.39%，該部分可以劃定為生態游覽發展區。該敏感區也是現有景點資源較為集中，建設較為完善的區位，建成有竹類觀賞園、珍稀植物園、陰生植物園、櫻花園等，針對該敏感區可繼續圍繞景點生態環境、景點配套設施、特色景點進行優化提升，采取更高效、先進的優化技術和管理方式，可結合互聯網技術打造成智能化生態建設，在原始湖泊河道基礎上進行水質改善和局部梳理整治，進一步完善優化內部以及周邊的生態環境;對該區域的閑置用地在生態保護原則下進行適度開發，以滿足游客的需求;繼續引進和培育觀賞價值高的特色植物，結合相應景點建設，既可美化環境又能提高生態穩定性。

5 結論

本研究以福州國家森林公園為研究分析對象，在通過對研究區的實地游覽調研，參考相關文獻和專家咨詢的基礎上，選取高程、坡度、坡向、植被覆蓋度、土地利用類型和水域緩沖6個生態因子作為生態敏感性評價的指標。通過ArcGIS中的空間分析功能結合層次分析法（AHP），完成福州國家森林公園最終的生態敏感性綜合評價分析圖，并進行定量分析。

結果表明：福州國家森林公園整體生態敏感性較高，敏感性多集中在輕度敏感到重度敏感范圍內，極度敏感區和不敏感區分別占總面積的9.23%和0.71%，重度敏感到輕度敏感區分別占總面積的27.19%、35.20%和27.68%。極度敏感區和重度敏感區多分布在東北、西南和西北山體中上坡附近，山高坡陡，林區植被覆蓋整體60%以上，應劃定為生態保育區加強生態保護和生態修復，嚴控人為活動的影響;中度敏感區占總面積的35.20%，分布在海拔不高，坡度變化較小的山腰及以下附近，應劃定為生態適度開發區，圍繞生態景觀提升、基礎設施優化、開發特色來發展;輕度敏感區和不敏感區占總面積28.39%，該區域人文景觀開發相對集中，可以進一步加強提升生態環境建設和景觀優化。要重視不同區域的生態敏感性，今后采取更合理有針對性的生態規劃開發建設措施，對森林公園生態環境加以科學性保護。

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