基于GIS的凱里市生態敏感性分析

徐彩程，劉嬌，李榮彪

（凱里學院，貴州 凱里 556011）

0 引言

隨著工業化進程不斷加快，人地矛盾日益突出，環境污染愈發嚴重。我國“十四五”規劃對生態文明建設提出了更高標準的發展要求。生態敏感性是指各區域生態系統對于人類活動干涉的敏感程度，生態敏感性越強的區域，對外界因素的影響越敏感[1]。凱里市依托多彩的民族文化及優良生態環境，在旅游業等領域具有極大的發展潛力。然而，產業的開發將對生態環境產生影響，在發展規劃中必須高度重視生態保護，對區域進行生態敏感性的綜合評價分析，為制定區域環境政策提供科學依據至關重要[2]。

近年來，在生態敏感性的研究方面，在研究對象、研究尺度及研究方法上不斷探索。研究對象主要包括如石漠化[3]、荒漠化[4]以及鹽漬化[5]等生態脆弱區域，特殊地形區域[6-7]、城市生態系統[8-9]。研究尺度跨度大，范圍廣，主要從國家[10]、省市[11-12]、縣域[13]以及特定的自然保護區、國家公園等[14-15]方面展開研究。研究方法多元性，對于綜合疊加分析的影響因子的權重確定主要采用AHP 層次分析法[16-17]、變異系數法[18]。AHP 層次分析法通過主觀判斷結合數學方法對問題進行定性描述[19]變異系數法則是通過計算各個指標的平均數和標準差進行客觀賦權。

選擇凱里市作為研究對象，根據凱里市生態環境特點以高程、坡度、坡向、歸一化植被指數（NDVI）、土地利用、水體緩沖區作為代表性生態因子進行單一以及綜合疊加生態敏感性分析，確定凱里市的生態敏感性空間分布。

1 研究區概況

凱里市位于貴州省東南部，地理坐標為107°40'～108°12'E，26°13'～26°48'N。全市土地面積大約1569.69Km2。東接臺江縣，西部與麻江縣和黔南州的福泉市相鄰，北抵黃平縣，南連雷山縣、丹寨縣。凱里市地處云貴高原向丘陵過渡地帶，地勢起伏較大，最高海拔1447米、最低海拔532米，平均海拔850米。氣候屬于典型的季風氣候，年平均氣溫為16°C，年平均降水量1200mm。受氣候影響，凱里市地貌以侵蝕和巖溶地貌為主，其中山地面積為655.50Km2，占全市土地面積的41.76%，屬于典型的山地城市。凱里市土地利用類型多樣，其中林地占比較大，森林覆蓋率超51.28 %。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據獲取與處理

凱里市DEM 數據來源于地理空間數據云中的ASTER GDEM 30M分辨率數字高程數據。坡度、坡向信息均由該DEM 數據通過ArcGIS 坡度、坡向計算獲得。土地利用數據采用清華大學科研團隊的全國2015 年30M 土地利用數據集。NDVI 是采用Landsat8的2015 年10 月14 日的遙感影像，經輻射定標和大氣校正數據預處理后，通過波段合成得到。水體數據采用國際基礎地理信息中心的2017 年1：100 萬全國基礎地理信息數據。

2.2 評價指標的選取

生態敏感性評價因子選取是一個復雜的過程，沒有固定的選取方法，應根據研究區域實際情況進行選取。高程對區域的生態系統垂直分布差異具有重要影響，高程越高，區域生態系統的垂直分布差異越明顯；坡度與地質穩定性呈正相關，是描述水土流失的重要指標，坡度越大，水土流失就越容易發生；植物在不同的坡向受到的太陽輻射時間不同，其生長狀況差異明顯；NDVI 能體現出區域的生態多樣性，NDVI 越大，區域生態多樣性越高，能夠減少土壤侵蝕程度；土地利用能夠直觀反映人類活動對環境的影響；水體可以不僅可以調節區域內氣候，還能影響人類居住環境范圍。因此本研究評價指標通過參考前人研究[9]以及結合研究區域實際情況，選取高程、坡度、坡向、NDVI、土地利用以及水體緩沖區等6個因子作為凱里市生態敏感性評價的主要指標。將6個因子按不同敏感程度分為極低敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感、極度敏感并分別賦值1、3、5、7、9。各生態因子敏感程度如表1。

表1 生態敏感性評價因子指標體系

2.3 評價因子權重的確定

由于各個因子對生態敏感性的影響程度不同，通過采取AHP 層次分析法和專家打分法對各個因子進行矩陣構造，確定每個影響因子的權重，客觀上能提高研究的準確性[20]。本研究采取專家打分對6個生態評價因子進行兩兩打分，兩個因子中前者與后者相比：同等重要賦值為1，略微重要賦值為3，重要賦值為5，很重要賦值為7，極為重要賦值為9。然后通過SPSS軟件建立生態因子的對比矩陣（表2），計算出各因子的權重。

表2 生態評價因子矩陣評分標準及權重

表3 矩陣一致性檢驗

為驗證結果的客觀合理性，還需對矩陣進行一致性檢驗，當CR＜0.1 時，則符合一致性檢驗[21]。一致性檢驗計算公式如下：

其中：λmax表示矩陣的最大特征根;A為判斷矩陣;ω為特征向量；n 為矩陣階數；CI 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。

本此研究的CR 值為0.075＜0.1，通過矩陣一致性檢驗結果，說明此權重結果是可靠的。

2.4 空間疊加分析

疊加分析是將各個柵格對象的空間屬性特征按權重進行綜合分析，得到一個綜合性的柵格對象。本研究將6 個生態因子通過ArcGIS 根據其權重進行加權疊加分析，再按照生態評價指標進行重分類分級賦值，得到凱里市綜合生態敏感性分布圖。

3 結果與分析

3.1 單因子生態敏感性分析與評價

3.1.1 高程生態敏感性分析

生物分布的垂直性差異與海拔高度成正相關，海拔越高，生物的垂直性分異顯著性越來越大，物種的多樣性降低，生態敏感性增大。凱里市高程生態敏感性沿東北-西南走向形成高-低-高格局。其中極低敏感和輕度敏感面積占比超過60%，分布在東北-西南走向區域。中度敏感區主要分布在西北低山丘陵地區，面積大約為513.5Km2。高度和極度敏感區面積占比僅3.27%，零星分布在東南和西北方向。結果如圖1和表5所示。

圖1 高程生態敏感性

表5 凱里市生態因子敏感性面積比重

3.1.2 坡度生態敏感性分析

坡度是影響水土流失的一個重要原因，坡度越大，發生水土流失的概率越大，生態敏感性也就越高。坡度生態敏感性的高度敏感和極度敏感分布較為集中，主要分布在凱里市的東南部、北部以及西部，其面積大約為361.38Km2，其中高度敏感區域的面積為281.06Km2，與中度敏感區域面積幾乎相等。極低敏感區和輕度敏感區分布區域廣泛，面積占比約為59.01%。結果如圖2和表5所示。

圖2 坡度生態敏感性

3.1.3 坡向生態敏感性分析

坡向不同，所受的太陽輻射不同，植物的多樣性差異較大。在北半球，東坡、南坡、東南坡和西南坡所受到的光照較多[9]。凱里市的坡向生態敏感性分布較為均勻。輕度、中度和高度敏感區面積相差不大，分別為386.87Km2、370.30Km2和403.52Km2。極低敏感區和極度敏感區二者面積分別為193.79Km2和212.39Km2。高度敏感區和極度敏感區坡向主要為西坡、北坡和西南坡，所受陽光輻射較小，故生態敏感性較高。結果圖3和表5所示。

圖3 坡向生態敏感性

3.1.4 NDVI生態敏感性分析

凱里市的NDVI 生態敏感性整體較高，極低敏感區和輕度敏感區主要分布在凱里市區和鄉鎮，面積分別為53.28Km2、41.07Km2。因為其建筑較多，不易對人類活動產生較大反應。中度敏感區域主要分布在西部，面積占比為6.30%。而高度敏感和極度敏感的面積分別高達189.03Km2、1185.26Km2，面積總占比為87.68%。由于其生態環境物種多樣性較為豐富，所以其對人類活動的影響更為敏感。結果如圖4 和表5所示。

圖4 NDVI生態敏感性

3.1.5 土地利用生態敏感性分析

凱里市土地利用生態敏感性和NDVI生態敏感性類似。極度敏感區域面積占比0.42%，以水體為主。高度敏感區域用地類型主要為林地，占地面積高達76.16%。中度敏感主要分布在高度敏感區與輕度敏感區過渡地帶，主要用地類型為耕地和草地，面積大約為336.52Km2。輕度敏感區和極低敏感區主要分布在市區和鄉鎮，大部分為建設用地和未利用地，但其占比比例較小，總共僅有1.95%。結果如圖5 和表5所示。

圖5 土地利用生態敏感性

3.1.6 水體緩沖區生態敏感性分析

隨著離水體距離越來越遠，人類活動對于環境的影響就會越來越低，生態敏感性則逐漸降低。凱里市水資源較為豐富，但其對于生態的影響較低，極低敏感區主要分布在水體200m 以內，輕度敏感區在200m～400m 之間，中度敏感區范圍為400m～60m 之間，高度敏感區是在水體600m～800m 之間，極度敏感則是在水體800m范圍之外。其中極低敏感區域面積占比高達67.95%，其余敏感區域皆在7%～8.5%左右，所以其權重相應較其他因子較小。結果如圖6和表5所示。

圖6 水體緩沖區生態敏感性

圖7 凱里市生態敏感性綜合評價分布圖

3.2 生態環境敏感性綜合評價分析

將通過ArcGIS 得到的6 個生態因子敏感性柵格數據，按AHP 層次分析法計算的權重，進行柵格疊加分析。采用自然間斷點分級法對柵格進行重分類，其中極低敏感得分區間為[1,3.18]，輕度敏感得分區間為[3.18,4.70]，中度敏感得分區間為[4.70,5.89]，高度敏感得分區間為[5.89,6,71]，極度敏感得分區間為[6.71,8.21]（表6）。由圖2 可知：高度敏感區和極高敏感區面積占比分別為56.10%、19.64%，主要分布在地勢較高、植被覆蓋度較大的區域，人類活動對其影響較大，對于此類區域，應加大環境保護力度，減少人類活動影響。中度敏感區域面積為201.00Km2，主要分布在鄉鎮周圍，對其環境保護也應加強，防止人類活動無限干預。極低敏感區和輕度敏感區總面積為178.75Km2，主要分布在市中心及鄉鎮街上，該區域建設用地較多，生態環境對人類活動有較大的容忍度，在合理開發的基礎上，也應兼顧環境保護。

表6 凱里市生態敏感性綜合評價結果

4 結論

根據高程、坡度、坡向、NDVI、土地利用以及水體緩沖區六個生態因子構建的凱里市生態敏感性綜合評價體系，得到結果表明：研究區內生態敏感性以高度敏感為主，面積占比為56.10%，在除市區的整個研究區內均勻分布。極度敏感區域面積占比次之，為19.64%，主要分布在東南地勢較陡以及河流周圍400m 以內的區域。中度敏感區域面積為201Km2，受建設用地影響，主要分布在西部以及附近村鎮外圍。輕度敏感區和極低敏感區面積占比相差不大且最小，分別為5.45%和5.97%，主要分布在凱里市區及主要場鎮，一小部分與西部的中度敏感區交叉分布。