基于水力侵蝕影響因子評(píng)價(jià)濟(jì)南市南部山區(qū)生態(tài)敏感性

摘要：基于水力侵蝕影響因子，以濟(jì)南市南部山區(qū)為研究區(qū)，選取高程、坡度、土壤可蝕性因子、植被覆蓋度和土地利用類(lèi)型5個(gè)因子，構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法進(jìn)行研究區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)措施以改善研究區(qū)的生態(tài)問(wèn)題。結(jié)果表明：研究區(qū)綜合敏感性等級(jí)中不敏感、輕度敏感、中度敏感、重度敏感和極度敏感區(qū)面積占總面積的比例分別為3.14%、20.05%、42.97%、30.71%和3.13%，中度敏感、重度敏感區(qū)集中在研究區(qū)的中部，東、西部生態(tài)敏感性降低，原因是中部山高坡陡，海拔及坡度較大，主要以灌木林地和有林地為主，而東部、西部坡度較緩，主要以耕地為主。

關(guān)鍵詞：生態(tài)評(píng)價(jià)；生態(tài)敏感性；水力侵蝕影響因子；層次分析法；濟(jì)南市南部山區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：X826

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

開(kāi)放科學(xué)識(shí)別碼（OSID碼）：

Ecological Sensitivity in Southern Mountain Region of Jinan City

Evaluated on the Basis of Influencing Factors of Hydraulic Erosion

ZHANG Yu¹， MA Liang²， PANG Haiwei¹， ZHENG Saizhi¹， GUO Jiacheng¹， XU Jing¹， BIAN Zhen¹

（1. School of Water Conservancy and Environment， University of Jinan， Jinan 250022， Shandong， China;

2. Water Resources Research Institute of Shandong Province， Jinan 250014， Shandong， China）

Abstract： Taking the southern mountain region of Jinan city as the study region， on the basis of influencing factors of hydraulic erosion， five factors of elevation， slope， soil erodibility factor， vegetation coverage， and land use type were selected to construct an ecological sensitivity evaluation index system of the study region. Analytic hierarchy process was used to evaluate the ecological sensitivity of the study region， and corresponding measures were put forward to improve ecological problems in the study region. The results show that the proportion of insensitive， mildly sensitive， moderately sensitive， severely sensitive， and extremely sensitive region areas to the total area of the study region is 3.14%， 20.05%， 42.97%， 30.71% and 3.13%， respectively. The moderately sensitive and severely sensitive regions were concentrated in the middle of the study region， and the ecological sensitivity decreases in the east and west of the study region. The reason is that the central mountain has high and steep slope， large elevation and slope， and mainly dominated by shrub land and forest land， while the eastern and western mountains have gentle slope and mainly dominated by arable land.

Keywords： ecological evaluation; ecological sensitivity; influencing factor of hydraulic erosion; analytic hierarchy process; southern mountain region of Jinan city

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，生態(tài)文明也進(jìn)入一個(gè)新階段，生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)對(duì)于改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有關(guān)鍵性的作用。通過(guò)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)不僅可以對(duì)當(dāng)前自然環(huán)境潛在問(wèn)題進(jìn)行辨識(shí)，而且可以

收稿日期：2022-05-07 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時(shí)間：2023-03-23T14∶44∶37

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42007153，31400619）

第一作者簡(jiǎn)介：張玉（1997—），女，山東濰坊人。碩士研究生，研究方向?yàn)樗帘３直O(jiān)測(cè)。E-mail：1358161136@qq.com。

通信作者簡(jiǎn)介：邊振（1983—），男，山東濟(jì)南人。副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗帘３直O(jiān)測(cè)。E-mail：stu_bianz@ujn.edu.cn。

網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址：https：//kns.cnki.net/kcms/detail/37.1378.N.20230322.1542.010.html

根據(jù)問(wèn)題落實(shí)到具體的空間區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分析^［1］，為預(yù)防和修復(fù)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題提供實(shí)用信息^［2］。生態(tài)敏感性越高，受到外界不利影響時(shí)，越容易受到破壞從而產(chǎn)生生態(tài)問(wèn)題，在很大程度上約束并影響著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康可持續(xù)發(fā)展，土壤侵蝕是影響生態(tài)環(huán)境發(fā)展的因素之一。土壤侵蝕會(huì)導(dǎo)致顆粒態(tài)碳、氮、磷遷移，從而引起區(qū)域或流域的土地退化、土壤肥力下降等問(wèn)題^［3］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)的水力侵蝕面積占國(guó)土面積的17%，在我國(guó)分布較廣，是具有嚴(yán)重危害的水土流失類(lèi)型之一^［4］。本文中以山東省濟(jì)南市南部山區(qū)為例，將水力侵蝕相關(guān)因子作為生態(tài)敏感性的評(píng)價(jià)因子，從水土保持的角度提出研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展限制性因素，為水力侵蝕治理和水土保持工作提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

濟(jì)南市南部山區(qū)地理位置為東經(jīng)116°13′— 117°59′、北緯35°59′—36°43′，如圖1所示。研究區(qū)總面積為4 739.02 km²，占濟(jì)南市總面積的46.26%。氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，氣溫日較差和年較差較大，春季干燥少雨，夏季炎熱多雨^［5］。植被類(lèi)型主要為溫帶針葉林，林地主要由松林和側(cè)柏組成，松林主要分布在砂石山區(qū)，以純林為主^［6］。土壤類(lèi)型主要以褐土、 棕壤、 潮土和粗骨土為主，土壤特征

為結(jié)構(gòu)松散，礫石較多^［7］。研究區(qū)土層瘠薄，植被稀疏，一旦遭到破壞，恢復(fù)極為緩慢，因此一直是濟(jì)南市乃至山東省生態(tài)建設(shè)的難點(diǎn)地區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文中所用數(shù)據(jù)選取年為2020年，主要包括：分辨率為30 m的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)、用于計(jì)算歸一化植被指數(shù)（NDVI）的Landsat系列影像、土壤類(lèi)型數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)等，其中DEM數(shù)據(jù)和NDVI來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http：//www.gscloud.cn/）；土壤類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)站（http：//vdb3.soil.csdb.cn/）；土地利用數(shù)據(jù)通過(guò)處理過(guò)后的高分一號(hào)（GF-1）和高分六號(hào)（GF-6）衛(wèi)星影像（分辨率為2 m）人工解譯獲取。

1.3 評(píng)價(jià)因子的選取與賦值

根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況（生態(tài)環(huán)境、地形地貌等特點(diǎn)）以及數(shù)據(jù)可獲取原則等相關(guān)性原則，選取與水力侵蝕相關(guān)的5個(gè)指標(biāo)（高程、坡度、土壤可蝕性因子、植被覆蓋度、土地利用類(lèi)型）作為評(píng)價(jià)因子，建立研究區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并在國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的基礎(chǔ)上^［8-10］對(duì)其單因子的敏感性進(jìn)行等級(jí)劃分并賦值，結(jié)果見(jiàn)表1。

1.4 評(píng)價(jià)因子權(quán)重的確定

通過(guò)確定各因子的權(quán)重可得到不同評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)生態(tài)敏感性的影響程度， 權(quán)重值與影響力的關(guān)系為：權(quán)重值越大，對(duì)生態(tài)敏感性的影響越大； 反之，影響越小^［11］。計(jì)算權(quán)重的方法有很多種， 本文中采用層次分析（AHP）法來(lái)計(jì)算各因子對(duì)生態(tài)敏感性的權(quán)重值。首先，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況對(duì)各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行打分^［8-10］；然后，將評(píng)價(jià)因子得分導(dǎo)入AHP法軟件YAAHP 10.3，建立判斷矩陣的權(quán)重值（見(jiàn)表2）；最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果0.058 4lt;0.1，表明該矩陣的權(quán)重結(jié)果符合要求。由表2可得權(quán)重值從小到大的評(píng)價(jià)因子依次為植被覆蓋度、土地利用類(lèi)型、坡度、高程、土壤可蝕性。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子敏感性評(píng)價(jià)與分析

運(yùn)用ArcGIS 10.8和ENVI 5.2等軟件將獲取的

數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，分為5個(gè)敏感性等級(jí)，得到各因子分級(jí)結(jié)果，然后通過(guò)ArcGIS軟件中的影像分析工具判斷不同敏感程度所在的具體區(qū)域。不同因子的分級(jí)結(jié)果見(jiàn)圖2，不同因子敏感度的面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.1.1 高程因子的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果

海拔高度影響當(dāng)?shù)販囟纫约皾穸鹊茸匀灰蛩兀绊懭祟?lèi)的生活方式并能夠反映人類(lèi)活動(dòng)的頻率，在一定程度上也會(huì)影響土壤的性質(zhì)和空氣流動(dòng)等因素，間接影響生態(tài)環(huán)境狀況以及植被分布^［12］，因此海拔越高，生態(tài)敏感性就越高。

研究區(qū)的生態(tài)敏感性主要以中度、輕度敏感為主，其次是重度敏感。由表3可以看出：不敏感區(qū)面積為601.86 km²，約占研究區(qū)總面積的12.7%，高程為0～100 m，主要分布在研究區(qū)西部的邊緣，該區(qū)域地勢(shì)平坦，多為耕地和建設(shè)用地；輕度敏感區(qū)面積為1 523.71 km²， 約占研究區(qū)總面積的32.25%，高程為100～250 m，主要分布在研究區(qū)的西部和北部；中度敏感區(qū)面積分別為1 592.66 km²，約占研究區(qū)總面積的33.61%，高程為250～400 m，主要分布在研究區(qū)的東部和中部；重度敏感區(qū)面積為882.82 km²，約占研究區(qū)總面積的18.63%，高程為400～600 m，土地利用類(lèi)型主要以灌木林地為主，位于研究區(qū)的東部和中部；極度敏感區(qū)面積為137.97km²，高程大于600 m，約占研究區(qū)總面積的2.91%，主要分布在南部山區(qū)的中南部以及東北部。

2.1.2 坡度的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果

坡度反映了該地區(qū)地面與橫向的傾角，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)的速率和能量轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度有直接的影響^［13］，開(kāi)發(fā)和保護(hù)的難度隨著坡度的增加而增大，修復(fù)的可能性隨著坡度的增加而降低，因此坡度越大，生態(tài)敏感的程度就越大。在坡度因子方面，南部山區(qū)的生態(tài)敏感性主要以輕度敏感為主，其次是不敏感。不敏感區(qū)面積為1 726.51 km²，約占研究區(qū)總面積的36.43%，坡度為0°～5°，主要分布在研究區(qū)的西部耕地、建設(shè)用地以及部分交通用地；輕度敏感區(qū)面積為1 900.65 km²，約占研究區(qū)總面積的40.11%，坡度為5°～15°，主要分布在山腳下，通過(guò)分析遙感影像可以發(fā)現(xiàn)不敏感、輕度敏感區(qū)也分布在山的頂峰位置；中度敏感區(qū)面積為558.71 km²，約占研究區(qū)總面積的11.79%，坡度為15°～20°，主要分布在研究區(qū)的中部；重度敏感區(qū)面積為334.37 km²，約占研究區(qū)總面積的7.05%，坡度為20°～25°，主要分布在研究區(qū)的中部，大多與中度敏感區(qū)相鄰；極度敏感區(qū)面積為218.78 km²，約占研究區(qū)總面積的4.62%，坡度在25°以上，分布極少，集中在研究區(qū)的中部。

2.1.3 土壤可蝕性因子的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

土壤可蝕性是評(píng)估土壤被降雨侵蝕力分離、沖蝕及其搬運(yùn)難易程度的主要指標(biāo)，是直接影響土壤流失的內(nèi)在因素^［14］， 從而間接影響生態(tài)環(huán)境。研究區(qū)主要有褐土、棕壤、潮土和粗骨土四大類(lèi)，生態(tài)敏感性主要以輕度敏感和極度敏感為主，少量不敏感。由于研究區(qū)土壤類(lèi)型較少，因此無(wú)中度敏感和重度敏感區(qū)； 不敏感區(qū)面積為46.53 km²，約占研究區(qū)總面積的0.98%，土壤可蝕性因子小于0.007， 主要分布在萊蕪區(qū)的雪野水庫(kù)，土壤可蝕性因子為0；輕度敏感區(qū)面積為2 099.32 km²，約占研究區(qū)總面積的44.3%，土壤可蝕性因子為0.007～0.015， 分布在研究區(qū)的中部和中部；極度敏感區(qū)面積2 593.17 km²，約占研究區(qū)總面積的54.72%，土壤可蝕性因子在0.025以上，主要分布在南部山區(qū)的西部和東部。

2.1.4 植被覆蓋度因子的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

植被覆蓋度是指植被整體從上往下的垂直投影面積占整個(gè)研究區(qū)面積之比， 可直接用作衡量陸地植物生長(zhǎng)情況的主要指標(biāo)^［15］。植被覆蓋度高的地方植物種類(lèi)越豐富，可恢復(fù)程度就越低，生態(tài)敏感性的等級(jí)就越高。在植被覆蓋度因子方面，研究區(qū)的生態(tài)敏感性主要以輕度敏感、中度敏感為主，其次是重度敏感，不敏感、極度敏感極少。不敏感區(qū)面積為19.76 km²，約占研究區(qū)總面積的0.42%，植被覆蓋度小于0.1，土地利用類(lèi)型為水域；輕度敏感區(qū)面積為2 041.62 km²，約占研究區(qū)總面積的43.08%，植被覆蓋度為0.1～0.3， 主要分布在研究區(qū)的東部；中度敏感區(qū)面積為2 407.06 km²，約占研究區(qū)總面積的50.79%，植被覆蓋度為0.3～0.5，主要分布在研究區(qū)的中南部， 其他地方呈零散分布；重度敏感區(qū)面積為232.65 km²，約占研究區(qū)總面積的4.91%，植被覆蓋度為0.5～0.7，主要分布在南部山區(qū)的中南部，呈點(diǎn)狀分布；極度敏感區(qū)面積為38.02 km²，約占研究區(qū)總面積的0.8%，植被覆蓋度在0.7以上，主要分布在歷下區(qū)的南部和市中區(qū)的東北部。

2.1.5 土地利用類(lèi)型因子生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

土地利用方式是人類(lèi)活動(dòng)直接作用于生態(tài)環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境的主要途徑之一^［13］。土地利用類(lèi)型對(duì)生態(tài)敏感性強(qiáng)度從小到大的排序?yàn)榻ㄔO(shè)用地、水域、耕地、灌木林地和有林地。研究區(qū)的土地利用類(lèi)型主要以耕地、灌木林地和有林地為主，即生態(tài)敏感性主要以中度敏感、重度敏感和極度敏感為主， 其次是不敏感，輕度敏感最少。不敏感區(qū)面積為857.62 km²，約占研究區(qū)總面積的18.1%，分布在研究區(qū)的東北和北部；輕度敏感區(qū)面積為140.41 km²，約占研究區(qū)總面積的2.96%，分布在研究區(qū)東部和西部；中度敏感區(qū)面積為1 181.58 km²，約占研究區(qū)總面積的24.93%，主要分布在南部山區(qū)的西部和東部；重度敏感區(qū)面積為1 288.56 km²，約占研究區(qū)總面積的27.19%，主要分布在研究區(qū)中部和東南部；極度敏感區(qū)面積為1 270.85 km²，占研究區(qū)總面積的26.82%，除研究區(qū)的中部以外均有分布。

2.2 綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

通過(guò)表2中所計(jì)算的各單因子權(quán)重，利用ArcGIS 10.8平臺(tái)對(duì)各因子進(jìn)行加權(quán)疊加得到研究區(qū)綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果，敏感等級(jí)分布見(jiàn)圖3，面積分布見(jiàn)表4。

從圖3可以看出，研究區(qū)綜合生態(tài)敏感性主要以中度敏感為主，其次是重度敏感、輕度敏感。不敏感區(qū)面積為149.04 km²，約占研究區(qū)總面積的3.14%， 主要分布在地形平坦的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)，是城市發(fā)展的主要拓展區(qū)域。輕度敏感區(qū)面積為950.25 km²，約占研究區(qū)總面積的20.05%， 分布在研究區(qū)西部和東部，可以適當(dāng)開(kāi)發(fā)；中度敏感區(qū)面積為2 036.19 km²，約占研究區(qū)總面積的42.97%，主要分布在研究區(qū)中部山地密集的地區(qū)；重度敏感區(qū)面積為1 455.3 km²，約占研究區(qū)總面積的30.71%，主要分布在研究區(qū)西北部，其他地方也均有分布；極度敏感區(qū)面積為148.24 km²，約占研究區(qū)總面積的3.13%。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)不敏感區(qū)面積占比約為3.14%，其他均為敏感區(qū)，說(shuō)明研究區(qū)總體的生態(tài)敏感程度較高，且生態(tài)敏感性較高的區(qū)域集中在南部山區(qū)中部海拔較高、坡度較陡的地區(qū)。西部和東部的海拔相對(duì)較低、坡度較緩，生態(tài)敏感性較低。

2）通過(guò)單因子生態(tài)敏感性分析以及綜合生態(tài)敏感性分析可以得出濟(jì)南南部山區(qū)不同程度生態(tài)敏感性的空間分布， 根據(jù)不同程度的敏感區(qū)提出相應(yīng)的改善策略，按照因地制宜、合理規(guī)劃等原則減小生態(tài)敏感性嚴(yán)重的地區(qū)分布，在一定程度上提高生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性，發(fā)展旅游業(yè)的同時(shí)，提高生態(tài)抵抗能力。

3.2 討論

研究區(qū)生態(tài)敏感性指標(biāo)體系中沒(méi)有選擇降雨，原因是降雨屬于自然因素，且不可避免。最終選擇5個(gè)有關(guān)水力侵蝕影響因子構(gòu)造簡(jiǎn)易的指標(biāo)體系對(duì)南部山區(qū)進(jìn)行生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，在綜合評(píng)價(jià)方面會(huì)有一定的影響。

4 建議

濟(jì)南市南部山區(qū)重敏感區(qū)和極敏感區(qū)應(yīng)以生態(tài)保護(hù)和修復(fù)為主，適當(dāng)恢復(fù)和保護(hù)原生植被，加強(qiáng)生態(tài)林建設(shè)，提高生物多樣性，并將此類(lèi)區(qū)域設(shè)為保護(hù)區(qū)，嚴(yán)格限制人為活動(dòng)干擾該敏感區(qū)，嚴(yán)格控制土地的使用與管理。對(duì)于中度敏感區(qū)，生態(tài)環(huán)境易受到干擾和破壞，屬于脆弱的生態(tài)環(huán)境區(qū)，在坡度適宜、土層厚度允許的情況下可以修建梯田以保持水土并獲得更多的土地資源，坡度較大的山地應(yīng)禁止開(kāi)發(fā)；對(duì)于輕度敏感、不敏感區(qū)，應(yīng)在嚴(yán)格遵循水土保持規(guī)律基礎(chǔ)上進(jìn)行適度的開(kāi)發(fā)，提高生態(tài)環(huán)境承載能力，在加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上，耕地可因地制宜生產(chǎn)各類(lèi)農(nóng)副產(chǎn)品，在發(fā)展農(nóng)業(yè)的同時(shí)，也可以為各地游客提供食品保障，發(fā)展農(nóng)業(yè)觀光旅游和鄉(xiāng)村度假游，此外，該區(qū)域的建設(shè)用地應(yīng)嚴(yán)格控制建筑的密度。對(duì)于生態(tài)敏感性為中度及中度以上的區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)山體、水體以及周?chē)h(huán)境的保護(hù)，避免自然災(zāi)害的發(fā)生。

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（責(zé)任編輯：于海琴）