基于GIS和AHP的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)
——以萬(wàn)寧市為例

蔣俊祎，沈成，宋艷偉，符國(guó)偉，丁愿立

（1.海口海洋地質(zhì)調(diào)查中心，海南 海口 570100；2.湖北冶金地質(zhì)研究所，湖北 宜昌 443000）

0 引 言

生態(tài)敏感性是自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)干擾綜合作用的結(jié)果，反映生態(tài)系統(tǒng)遭到自然或人為因素干擾時(shí)發(fā)生生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的難易程度和概率大小。生態(tài)敏感性分析和評(píng)價(jià)是綜合多種環(huán)境影響因素來(lái)反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)是否穩(wěn)定的重要方法與手段，生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)能為分析和預(yù)測(cè)區(qū)域發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)失衡和環(huán)境問(wèn)題提供前提和基礎(chǔ)，不僅是生態(tài)環(huán)境影響分析和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)調(diào)控的必要內(nèi)容和環(huán)節(jié)，還是生態(tài)文明建設(shè)的重要參考。

關(guān)于生態(tài)敏感性的研究最早是在1967年被提出，通過(guò)建立生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的模型來(lái)分析區(qū)域生態(tài)適宜性。1990年，Bonan等學(xué)者運(yùn)用環(huán)境過(guò)程和植被格局的動(dòng)態(tài)模型，分析森林對(duì)氣候因子（溫度、降雨）變化的敏感程度；2005年，Roue-LegallA等人以魚體內(nèi)的汞含量作為數(shù)據(jù)源構(gòu)建模型，評(píng)估區(qū)域生態(tài)敏感性；2019年，許維卿應(yīng)用生態(tài)敏感性研究了村級(jí)土地資源承載力；祝玲等人基于生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究構(gòu)建生態(tài)安全格局以及優(yōu)化的體系。

海南島在我國(guó)南部發(fā)展格局中地位重要，自確定以生態(tài)旅游為發(fā)展重點(diǎn)之后，海南島發(fā)展日新月異，在2021年頒布的《海南省“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》中，更是把生態(tài)發(fā)展作為重中之重。萬(wàn)寧市是海南東部的發(fā)展中心和旅游中心，同時(shí)萬(wàn)寧市位于常年臺(tái)風(fēng)移動(dòng)軌跡之上，生態(tài)環(huán)境易遭破壞且難以修復(fù)，因此保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境顯得尤為重要。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于萬(wàn)寧市沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)，為熱帶季風(fēng)氣候，雨熱同期，整體地勢(shì)西南高、東北低，大部分為平原地區(qū)。區(qū)內(nèi)河網(wǎng)眾多、水量充沛，用地類型以林地、園地、耕地為主，植被覆蓋率較高。但由于旅游開(kāi)發(fā)和城市建設(shè)，林草濕用地與建設(shè)用交叉頻繁，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問(wèn)題亟待解決。

1.2 數(shù)據(jù)收集及預(yù)處理

本文的遙感影像來(lái)自于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局，云量均低于5%，整體質(zhì)量較好，獲取日期分別為2020年6月14日（Landsat 8 OLI影像數(shù)據(jù)），基于ENVI5.3平臺(tái)，首先對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo)，將影像的DN值轉(zhuǎn)化為反射率，利用FLAASH大氣校正模型對(duì)可見(jiàn)光及近紅外波段等進(jìn)行處理，消除大氣吸收和大氣散射造成的誤差，結(jié)合萬(wàn)寧市DEM數(shù)據(jù)，采用二次多項(xiàng)式和最鄰近法對(duì)兩景影像進(jìn)行幾何校正，最后裁剪工作區(qū)，然后在envi平臺(tái)下再進(jìn)行NDVI和WNDWI計(jì)算，在arcgis中進(jìn)行海拔、坡度、坡向等計(jì)算，研究區(qū)區(qū)位地勢(shì)圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)區(qū)位地勢(shì)圖

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)因子的選取級(jí)等級(jí)劃分

依據(jù)《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》中對(duì)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的內(nèi)容，結(jié)合區(qū)域情況選取了5個(gè)生態(tài)環(huán)境因子：海拔、坡度、坡向、水系和植被作為生態(tài)敏感性分析評(píng)價(jià)因子。并將每個(gè)因子按照對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響可能性大小劃分為5個(gè)等級(jí)：極高敏感性、高度敏感性、中度敏感性、低度敏感性、無(wú)敏感性，并分別對(duì)應(yīng)賦值5、4、3、2、1。

表1 各評(píng)價(jià)因子分級(jí)賦值表

（續(xù)表）

2.2 評(píng)價(jià)權(quán)重確定

利用AHP層次分析法構(gòu)建指標(biāo)體系。AHP指標(biāo)層為水系、植被、坡度、坡向、高程等五項(xiàng)生態(tài)敏感感因子，目標(biāo)層為生態(tài)敏感性，根據(jù)專家打分法和經(jīng)驗(yàn)法構(gòu)造兩兩比較矩陣。對(duì)目標(biāo)層內(nèi)生態(tài)敏感性指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較，按照9分制對(duì)每一項(xiàng)指標(biāo)賦值，統(tǒng)計(jì)打分結(jié)果，取眾數(shù)分值，構(gòu)建5×5的判斷矩陣。經(jīng)過(guò)可得各敏感性因子在生態(tài)敏感性中所占權(quán)重如表2所示。

表2 各評(píng)價(jià)因子權(quán)重賦值表

3 評(píng)價(jià)因子分析

3.1 坡度生態(tài)敏感性

研究區(qū)大部分為平原地區(qū)，西南小部分為山地，山坡較陡，坡度變化較大，全區(qū)坡度處于0～56.21°范圍間，平均坡度為4.39°。全區(qū)整體坡度生態(tài)敏感性較低，極大部分區(qū)域無(wú)敏感性，在禮紀(jì)鎮(zhèn)呈輕度敏感性和中度敏感性。坡度生態(tài)敏感性如圖2、圖3所示。

圖2 坡度分布圖

圖3 及坡度生態(tài)敏感性分布圖

3.2 坡向生態(tài)敏感性

研究區(qū)的坡向主要為南向、東南向，山區(qū)以陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡為主，保土能力較強(qiáng)，有利于植被生長(zhǎng)。全區(qū)坡向生態(tài)敏感性大部分區(qū)域呈現(xiàn)中度敏感性，在西南山區(qū)有高度和極高敏感性區(qū)域分布。坡向生態(tài)敏感性分布如圖4、圖5所示。

圖4 坡向分布圖

圖5 坡向生態(tài)敏感性分布圖

3.3 水域生態(tài)敏感性

研究區(qū)瀕臨海洋且水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，河網(wǎng)較多、溝渠穿插、坑塘密布，且分布有兩個(gè)較大的潟湖海——小海和老爺海，整體水域面積占比較大。基于此中情況，全區(qū)的水域生態(tài)敏感性整體較高，大部分區(qū)域處于極高敏感性，內(nèi)陸地區(qū)分布有少量的無(wú)敏感性和輕度敏感性區(qū)域，如圖6、圖7所示。

圖6 WNDWI分布圖

圖7 水系生態(tài)敏感性分布圖

3.4 植被生態(tài)敏感性

研究區(qū)主要用地類型為林地和園地，植被覆蓋度較高，尤其在禮記鎮(zhèn)和龍滾鎮(zhèn)山地區(qū)域，分布有較為密集的喬木林地，其他平原地區(qū)則種植較為密集的熱帶園地，全區(qū)NDVI平均值達(dá)到0.53。在這種高植被覆蓋的條件下，全區(qū)的植被生態(tài)敏感性較高，以極高敏感性和高度敏感性為主，如圖8、圖9所示。

圖8 NDVI分布圖

圖9 水系生態(tài)敏感性分布圖

3.5 高程生態(tài)敏感性

全區(qū)地勢(shì)呈現(xiàn)西南高，東北低，整體較為平整，研究區(qū)平均海拔為40米，最高海拔為837米，處于禮記鎮(zhèn)，地貌類型以平原為主，其他為小區(qū)域丘陵和低山。全區(qū)海拔高程生態(tài)敏感性較低，絕大部分區(qū)域無(wú)敏感性，在西南角小部分區(qū)域?yàn)橹小⒏叨让舾行裕鐖D10、圖11所示。

圖10 海拔高程分布圖

圖11 高程生態(tài)敏感性分布圖

4 生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，得研究區(qū)生態(tài)敏感性分類統(tǒng)計(jì)表，研究區(qū)生態(tài)敏感性主要以高度敏感性和中度敏感性為主，該數(shù)據(jù)表明研究區(qū)生態(tài)環(huán)境整體較為脆弱，生態(tài)敏感性分布情況統(tǒng)計(jì)表，如表3所示。

表3 生態(tài)敏感性分布情況統(tǒng)計(jì)表

高度敏感性地區(qū)面積約414.54 km，占研究區(qū)面積比為48.57%，幾乎半數(shù)地區(qū)。該區(qū)域生態(tài)環(huán)境較為脆弱，在自然和人為干擾下，區(qū)內(nèi)易引發(fā)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，在空間分布上，主要分布于廣大平原地區(qū)及潟湖區(qū)域，該區(qū)地勢(shì)較平，水量充沛，以灌木林地和園地為主要地類。中度敏感性地區(qū)面積約為391.09 km，占研究區(qū)面積比為45.83%，在研究區(qū)分布較為廣泛，且山地地區(qū)多為中度生態(tài)敏感性地區(qū)。其他低度敏感性和無(wú)敏感性區(qū)域則主要為城鎮(zhèn)、農(nóng)田等人類活動(dòng)較頻繁的區(qū)域，如圖12所示。

圖12 研究區(qū)生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)圖

從空間分布上來(lái)看，高度敏感性的分布區(qū)域與潟湖、海岸帶生態(tài)系的生態(tài)隱患有著直接關(guān)系。（1）生態(tài)棲息地和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)被破壞的隱患：主要為潟湖區(qū)域養(yǎng)殖，圍墾海岸濕地，破壞沿岸紅樹(shù)林。（2）海岸線穩(wěn)定的隱患：主要為亂砍亂伐紅樹(shù)林，加劇沙化，并引發(fā)水土流失。（3）潟湖水質(zhì)環(huán)境破壞的隱患：水產(chǎn)養(yǎng)殖、廢棄物亂丟、廢水亂排。高敏感性及以上區(qū)域，應(yīng)增強(qiáng)其生態(tài)系統(tǒng)的抗干 擾能力，除必要的生態(tài)工程設(shè)施外，應(yīng)禁止任何程度的沿海地區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)，尤其是海域養(yǎng)殖、海岸圍墾等，在維持現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，為恢復(fù)自然景觀的原始風(fēng)貌奠定基礎(chǔ)。與此同時(shí)推進(jìn)前期不合理的生態(tài)破壞行為的有序退出，沿海地區(qū)的養(yǎng)殖場(chǎng)、圍墾用地，還地于自然，提高該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境承載力。

中敏感性區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)中的中間過(guò)渡地帶，對(duì)維持高敏感性地區(qū)的生態(tài)穩(wěn)定具有重要作用。中敏感性的分布區(qū)主要與地形有關(guān)，主要分布在工作區(qū)的中海拔地區(qū)。從空間分布上來(lái)看，該區(qū)主要存在著水土流失的隱患，位于低山丘陵區(qū)的園地和林地被破壞情況時(shí)有發(fā)生。綜合考慮地表水流、坡度、水流距離等因素的不同施具有針對(duì)性的生態(tài)修復(fù)措施，恢復(fù)原有生態(tài)環(huán)境、 保護(hù)本土物種資源，從根本上改善水土流失區(qū)域的生態(tài)現(xiàn)狀。坡面綠化，加強(qiáng)植物補(bǔ)植與管護(hù)工作，緩解雨水沖刷造成的水土流失等，都是針對(duì)中敏感性地區(qū)的改善措施。

5 結(jié) 論

近年來(lái)，全球地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，這也凸顯了生態(tài)系統(tǒng)在城市生產(chǎn)、生活干擾下的脆弱性與敏感性。因此將生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)落實(shí)到具體的區(qū)域和生態(tài)問(wèn)題上，是生態(tài)文明建設(shè)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)多集中于省級(jí)、市級(jí)等大型尺度上，本文選擇了較小區(qū)域尺度生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的研究，是將關(guān)鍵問(wèn)題細(xì)節(jié)化的一種嘗試。以萬(wàn)寧市為研究區(qū)，希望以生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)得出萬(wàn)寧市生態(tài)治理的重點(diǎn)區(qū)域，為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)提供決策依據(jù)。但本文在評(píng)價(jià)因子選取上，可進(jìn)一步深入。下一步，筆者將收集更多的數(shù)據(jù)，借助更多的評(píng)價(jià)因子，例如：土地利用類型、地形濕度、地質(zhì)情況等，進(jìn)一步完善萬(wàn)寧市生態(tài)敏感型評(píng)價(jià)模型，以期對(duì)萬(wàn)寧的生態(tài)問(wèn)題提出更為準(zhǔn)確的決策。