基于SRP模型的紅壤丘陵區生態脆弱性評價

陸晴 廖佳婧 胡慧敏

摘 要：本研究選取贛南地區作為研究區，利用“敏感度- 恢復力- 壓力度”模型（SRP 模型）選取12 個指標構建評價指標體系；運用層次分析法確定權重，結合ArcGIS10.2 空間分析法從時空尺度、地類尺度、區縣尺度對贛南地區生態環境狀況進行分析探討。研究結論如下：（1）時間維度上，贛南地區微度脆弱、輕度脆弱面積占比達65% 以上，2000—2010 年中度脆弱、重度脆弱、極度脆弱區面積呈不同幅度增加，增加幅度分別為10.03%、15.98% 和53.02%；2010—2020 年微度脆弱、輕度脆弱區面積不斷增加，增加幅度分別為32.95% 和7.99%。（2）空間分布格局上，贛南地區生態脆弱性整體空間分布態勢呈中部高四周低，東北高西南低，重度脆弱、極度脆弱集中分布在中部人口密集、經濟發達的城市建成區；微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱主要分布在經濟落后、農業為主的周邊地區。（3）區縣尺度上，重度脆弱、極度脆弱的區縣數量在減少，微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱的區縣數量在增加；地類尺度上，2000—2020 年建設用地的生態脆弱性指數值最高，林地最低。

關鍵詞：贛南地區；SRP 模型；生態脆弱性

中圖分類號：Q148 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1329（2023）03-0100-06

近十年來，隨著社會經濟高速發展和城市化進程加快，世界范圍的生態建設和環境矛盾問題不斷突出，人類所處生存環境的脆弱性正逐漸增強[1-2]，如何科學評估區域生態脆弱性成為了研究熱題。生態脆弱性是指在一定時間范圍內，特定區域下生態系統在受到外部影響時所顯示出來的敏感應變度和恢復能力[3-5]，是生態系統內部的自然屬性，具有地域性、典型性以及客觀性特點。采用不同的方法對生態脆弱性進行全面評估，并且深入地探索它們在時間和空間上的差異，這將為我們制定更加科學合理的區域可持續發展規劃提供重要參考。

國內諸多學者以生態系統脆弱性為對象開展了廣泛的研究，積累了大量研究經驗，最早是1989 年牛文元[6] 識別生態脆弱區域。隨著研究的深入，評估生態脆弱性的模型和方法日益增多，當前常用的評價模型有“壓力- 狀態-響應”模型[7]、“暴露度- 敏感度- 恢復力”模型[8]、“敏感度- 恢復力- 壓力度”模型[9-10]、物元模型[11]、最小累積阻力模型（MSR）[12] 等。評價方法包括綜合指數法[13]、灰色關聯度分析法[14]、景觀生態學模型[15]、集對分析法[16]等，根據評價對象的差異，實際選取的模型與方法有所不同。目前，我國生態脆弱性的研究取得了一定的成果。王讓會[17] 等人基于景觀生態理論，從不同角度選取生態綜合性敏感因子對塔里木河流域進行生態恢復力分析；解雪峰[7] 等人基于PSR 模型和生態安全度模型構建評價指標體系，揭示了東陽江流域生態脆弱性空間分布規律；陳群利[16] 等人采用SPA 方法，選取影響水土流失最密切因素構建指標體系，對畢節地區進行生態脆弱性分級，其研究結果為喀斯特地區生態建設提供理論借鑒。國內對脆弱性研究主要集中在流域及干旱地區，對丘陵地帶的研究較少。

贛南地區是典型的丘陵地區，地貌起伏較大，境內水系眾多。近年來由于稀土開采、城市建設等人為活動，致使贛南地區土層流失、水體污染等生態問題十分嚴重。本研究選取贛南地區作為研究區，研究不同尺度的贛南地區脆弱性，并提出相關建議。本文研究結果將對江西省贛南地區生態系統保護和生態文明建設、改善城市生態環境、提高區域生態系統服務質量具有重要意義。

1 區域概況

贛南地區（24°29′—27°09′N，113°54′—116°38′E）位于江西省南部，贛江上游，主要由3 個市轄區、13 個縣、2 個縣級市組成，總面積39 379.64 km2，占江西省總面積的23.6%。地區屬亞熱帶季風性氣候，氣候溫暖，雨量充裕，年均氣溫19.8°，年均降雨量1 605mm。研究區域內地勢復雜，地形以山地、丘陵為主，呈四周高中間低，南部高北部低的走勢。由于地質構造等原因，贛南地區土地利用類型地域性強，以林地為主，2020 年林地面積29 213.02 km2，耕地面積4 381.37km2，園地面積1 308.89km2，草地面積614.67 km2。根據第七次人口普查數據，贛州市常住人口為897 萬人，城鎮化率達55%。2020 年贛南地區進入到一個高速發展階段，地區生產總值（GDP）3 645.2 億元，比上年增長4.2%。

2 數據來源及預處理

本研究采用的DEM 數據、歸一化植被指數、土地利用數據、社會經濟數據等來源于中國科學院資源環境科學數據中心（http：//www.resdc.cn/）。采用ArcGIS10.2 對數據進行投影和裁剪等預處理，基于DEM 影像，應用3DAnalyst 工具中的坡度和表面分析工具分別計算坡度和地形起伏度。通過創建漁網工具，將研究區劃分為3 km×3km 的格網分割土地利用數據后導入fragstats4.3 軟件計算景觀破碎度和景觀多樣性指數，再通過克里金插值法得到整個研究區的景觀指數分布。年均降水、年均氣溫等來自國家地球科學數據中心（http：//loess.geodata.cn）數據集的中國逐年降水量數據和逐年平均氣溫數據。為了確保選取數據在處理過程的可操作性，預先對數據進行重采樣處理，選擇空間分辨率為30 m 的柵格形式。

3 研究方法

3.1 SRP 模型

SRP（sensitivity-resilience-pressure）模型是根據生態系統結構內涵建立的模型，能夠很好地反映外界諸多因素與生態系統脆弱性之間關系，是一種比較合理、客觀的評價模型，已被廣泛用于評估區域生態系統脆弱性[18-19]。SRP 模型結構相對全面地包含了影響生態系統脆弱性的基本要素，包括生態敏感性、生態恢復力和生態壓力度3個分量。其中，生態敏感性是生態系統受外界影響時的敏感應變程度，生態恢復力是生態系統的自我復原能力，生態壓力度是生態系統對外界的壓力強度。

3.2 評價指標選取和權重確定

結合贛南地區生態脆弱性實際狀況和數據可獲得性，本研究依據SRP 模型從三個方面選取12 個評價指標用以構建評價體系。評價指標的性質與地區脆弱性的影響強度有著密切關系，主要分為兩種性質：一種是正向指標，指標值越大，生態脆弱性越強；另一種是負向指標，指標值越小，生態脆弱性越弱。生態敏感性目標層，在地形地貌因素層上選取高程、坡度、地形起伏度3 個因子，在景觀因素層上選取土地利用類型、景觀破碎度、景觀多樣性指數3 個因子，在水熱氣候因素層上選取地表溫度、年平均氣溫、年平均降水3 個指標。生態恢復力目標層選取歸一化植被指數（NDVI）1 個指標。生態恢復力選取GDP、人口密度２個評價指標。

本研究采用層次分析法進行權重賦值[20-21]，層次分析法既能對定性指標分析，又能對定量指標計算，可以更加全面準確地確定指標權重，是通過建立一個判斷矩陣，并對指標進行比較，進而確定各指標權重。判斷矩陣一致性CR ＜ 0.1，結果檢驗性較好，可以將其確定為指標最后權重。各指標權重如表1。

3.5 生態脆弱性分級

為了更直觀、準確地分析贛南地區生態脆弱性空間分布特征，需對計算得出的生態脆弱性指數進行劃分等級。由于數據分類方法很多，客觀的分級對研究結果可靠性十分重要。本研究采用自然間斷法進行分級，自然間斷法是依據數據本身自然分組，把數據中相近的數值劃分一組，劃分的組別間存在較大差異，是一種十分客觀的方法。在參考相關文獻對生態脆弱性分級標準[25-27] 和咨詢專家的基礎上，結合贛南地區實際生態脆弱性指數，利用自然間斷點法將研究區2000 年、2010 年、2020 年生態脆弱性指數劃分為5 個不同等級，具體的脆弱性程度劃分結果如表3 所示。

4 結果與分析

4.1 贛南地區生態脆弱性時間變化分析

根據綜合指數法計算得出贛南地區生態脆弱性指數，利用自然間斷法對其進行分級，通過ArcGIS10.2 分別計算出贛南地區2000 年、2010 年、2020 年3 個時期生態脆弱性面積占比及其面積變化（表4）。

2000—2010 年，研究區輕度脆弱區面積占比最大，但呈下降的趨勢，面積減少921.70 km2；其次是中度脆弱、重度脆弱，面積呈小幅度增加，分別增加1 100.70 km2，840.23 km2；微度脆弱區面積變化明顯，呈急劇減少，下降幅度達35%；極度脆弱區面積占比僅8%，但變化幅度最大，面積增加1 101.84 km2。究其原因，可能是因為贛南地區稀土開采，大量礦區非法開采，巖石裸漏，地表植被和水體遭到嚴重破環，因礦區開采造成區域性生態破環的面積由2000 年的32 hm2 達到2010 年的153 hm2。

2010—2020 年贛南地區生態脆弱性整體表現出波動上升的趨勢。微度脆弱區、輕度脆弱區面積占比最大且兩者面積呈波動上升的趨勢，分別增加1318.77 km2、1068.70 km2，增加幅度分別為32.95%、7.99%；中度脆弱區、重度脆弱區、極度脆弱區面積大幅度減少，分別減少60.30 km2、983.94 km2 和1 222.49 km2，減少幅度分別為0.49%、16.14% 和38.44%。這樣的變化主要得益于贛南地區重視生態保護修復和污染防治。對贛江經濟帶進行保護，實施山水林田湖草一體生態修復，大力開展廢棄礦山修復治理，持續推進低質低效林改造，大力發展綠色經濟、綠色有機農業，這些措施對研究區的生態環境起到了一定的改善作用。

4.2 贛南地區生態脆弱性空間變化分析

為了更好了解研究區的生態環境空間變化特征，利用ArcGIS10.2 軟件，選取贛南地區2000 年、2010 年、2020年三個時期生態脆弱性指數繪制生態脆弱性空間分布圖（圖2）。從圖2 可以看出，贛南地區生態脆弱性空間分布差異明顯，呈聚集性分布特征，整體空間分布態勢呈中部高四周低，東北高西南低。研究區以輕度、中度脆弱區為主，面積占比達65% 以上，集中分布在崇義縣、上猶縣、全南縣、龍南縣、定南縣、安遠縣、大余縣等地區。這些地區以山地、丘陵為主，海拔較高、地形起伏大，林業發展為主、植被覆蓋度高，人口密度較小、生態系統穩定，對外界干擾具有一定抵抗能力，并且可以恢復到以前的狀態。研究區中度脆弱區主要分布在南康區、信豐縣、尋烏縣、會昌縣、贛縣區等地區。這些地區位于山區和城市建成區的過渡地帶，相對于西南部的高海拔山地，地形以低丘陵為主，人口和GDP相對密集。開發斜坡發展農業和種植業，造成水土流失嚴重，生態環境遭受破環加強，生態系統較不穩定，所承受外界壓力度達到閾值，對外界干擾表現敏感，自我恢復能力較弱。重度脆弱、極度脆弱區集中分布在于都縣、瑞金市、寧都縣、章貢區、石城縣、興國縣等地區。這些地區人口密度大、經濟活動頻繁，城鎮化水平高，植被覆蓋率少，生態系統極不穩定，生態系統結構和功能嚴重退化。

4.3 贛南地區區縣尺度生態環境脆弱性分析

2000—2020 年贛南地區生態脆弱性程度整體有降低的趨勢，整個區域生態環境處于良好水平。其中，2010—2020 年生態脆弱程度下降最為明顯，除尋烏縣1 個地區生態脆弱性水平上升，其余地區均呈不同程度下降。變化最為明顯的是南康區、贛縣區、信豐縣、寧都縣、于都縣、興國縣、石城縣等7 個地區，微度脆弱區、輕度脆弱區、中度脆弱區面積分別共增加156.53 km2、217.78km2、101.83 km2、549.59 km2、182.13 km2、499.41 km2、145.17 km2，其余地區生態脆弱性程度呈波動下降，變化幅度較小（圖3）。這種變化主要原因是南康區、贛縣區等7 個區縣采取了一系列退耕還林、退化林修復、木材儲備林等重點生態工程建設，生態文明建設取得一定成效，整個贛南地區森林覆蓋率達76%；尋烏縣四周山地較多，經濟發展落后，廢棄礦山環境修護工程進展緩慢，生態環境相對較差。

4.4 贛南地區不同地類尺度生態脆弱性分析

為了分析贛南地區不同地類生態脆弱性指數，借助ArcGIS10.2 分區統計工具，分別計算不同土地利用類型生態脆弱性指數（表5）。從圖4 可以看出，贛南地區林地面積最大，2000—2020 年林地面積在急劇地減少，共減少373.19 km2。隨著城市化進程加快，建設用地每年都在增加，共增加230.94 km2；其他地類面積波動變化。從地類角度來看，2000—2020 年各地類生態脆弱性指數存在明顯差異，其中建設用地的脆弱性指數最高，林地最低，這說明由于人類活動密集，對生態環境的干擾越強烈，生態脆弱性越強。從時間角度來看，2000—2010 年期間耕地、林地、草地呈小幅度上升；2010—2020 年期間，各土地利用類型指數均有所下降，建設用地生態脆弱性指數變化最為明顯。

5 結論與不足

5.1 結論

本文選取江西省贛南地區為研究區，基于2000—2020 年的高程、氣象、社會經濟等數據構建評價指標體系，采用層次分析法賦值權重，通過綜合指數法得出2000 年、2010 年、2020 年贛南地區生態脆弱性指數，最后利用ArcGIS10.2 得出贛南地區生態脆弱性時空分布特征，研究結論如下：

（1）時間維度上，2000—2020 年贛南地區生態脆弱性總體呈先增強、再減弱的態勢，微度脆弱區、輕度脆弱區、中度脆弱區面積占比達75% 以上，說明贛南地區生態脆弱性總體上處于良好的狀態。2000—2010 年中度脆弱區、重度脆弱區、極度脆弱區的面積增幅分別達10.03%、15.98%、53.02%，微度脆弱、輕度脆弱區面積增幅分別達32.95%、7.99%。

（2）空間分布格局上，贛南地區生態脆弱性分布存在地域性，呈聚集性分布特征，整體空間分布態勢呈中部高四周低、東北高西南低、由西南向東北加劇的趨勢。贛南地區西南部地勢較高，以山地為主，自然條件好，人類活動干預少，生態脆弱性較低，生態系統結構比較穩定；東北部人口密集，城市化水平高，生態脆弱性以重度脆弱、極度脆弱為主，生態恢復能力較差，生態系統結構不穩定。

（3）區縣尺度上，2000—2020 年贛南地區重度脆弱、極度脆弱的區縣數量減少，微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱的區縣數量增加。地類尺度上，不同地類的生態脆弱性存在明顯差異，建設用地的生態脆弱性指數值最高，林地最低。因此，城市建設用地管控十分重要，要嚴格控制建設用地邊界無序擴張，禁止亂占耕地、草地。

5.2 不足

（1）各地區的自然生態環境具有獨特性，地區間土地利用存在明顯差異，影響生態脆弱性的內部因素較多且關系較復雜。在選取指標過程中，考慮到數據的可獲取性和難以量化等原因，部分指標并未采用，這對后期的研究結論可能造成一定的偏差，后續研究需進一步完善評價指標體系以減少對研究結果的影響。

（2）本文僅對研究區生態脆弱性進行評價，并未做深層次生態脆弱性驅動力分析，以致未能明確揭示贛南地區在多重因素下生態脆弱性的變化規律，后續研究需對影響因子做進一步的相關性分析。

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