基于GIS的昆明市主城區(qū)生態(tài)敏感性評價

摘 要 選取空間、生態(tài)、干擾3個指標(biāo)10個因子構(gòu)建評價指標(biāo)體系，采用綜合權(quán)重法，以云南省昆明市主城區(qū)為例進(jìn)行生態(tài)敏感性分析和評價。結(jié)果表明：昆明市主城區(qū)整體生態(tài)敏感性處于中等偏高水平，主要受到地形地貌的影響，其中極低敏感性面積45 557.64 hm2，比例為14.13%；低敏感性區(qū)域面積68 048.91 hm2，比例為21.11%；中敏感性區(qū)域87 968.16 hm2，占比為27.29%；高敏感區(qū)域面積78 704.46 hm2，占比為24.42%；極高敏感區(qū)域面積為42 047.37 hm2，占比13.04%，生態(tài)敏感性性評價的結(jié)果可為當(dāng)?shù)亻_發(fā)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞 生態(tài)敏感性；GIS 綜合權(quán)重法；云南省昆明市主城區(qū)

中圖分類號：X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.05.018

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境變化和人類活動干擾的敏感程度，反映了生態(tài)系統(tǒng)遭到自然或人為因素干擾時發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和概率大小[1]，目前國內(nèi)生態(tài)敏感性評價主要集中在構(gòu)建指標(biāo)體，并且研究呈現(xiàn)多元化趨勢，例如基于GIS技術(shù)研究城市尺度的生態(tài)敏感性[2]；張寒等采用以農(nóng)村為研究尺度，對山東省濰坊市蔡家溝村進(jìn)行生態(tài)敏感性進(jìn)行分析研究[3]；曾澤南等以區(qū)域內(nèi)流域為研究尺度，選高程坡度、水域等因子對西毛里湖流域進(jìn)行生態(tài)敏感性評[4]；楊澤鵬以自然保護(hù)區(qū)為研究尺度，對云南大圍山國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)敏感性評價[5]等。本研究以昆明市主城區(qū)為研究對象，選取高程、坡度、坡向等10個因子構(gòu)建評價體系，以綜合權(quán)重法和ArcGis的空間加權(quán)疊加分析，通過科學(xué)合理的方法對研究區(qū)進(jìn)行生態(tài)敏感性評價，可以為區(qū)域的生態(tài)環(huán)境治理和開發(fā)建設(shè)提供參考。

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況

昆明市為云南省的省會，也是西南地區(qū)的中心城市之一，其經(jīng)緯度范圍為：東經(jīng)102°10′～103°40′，北緯24°23′～26°33′；南北長237.50 km，東西寬152 km，總面積21 012.54 km2，大部分地區(qū)海拔在1 500～2 800 m；年均降水量975.3 mm，降雨量分配不平衡，5—10月為雨季，降雨隨著海拔升高而增加；屬北緯低緯度亞熱帶高原季風(fēng)氣候，日照長、霜期短，年平均氣溫15 ℃左右，氣候溫和；自然資源豐富，有眾多湖泊，較大湖泊有滇池、陽宗海等，為長江、珠江、紅河三大流域的分水嶺地帶，但隨著旅游項目的發(fā)展，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)保護(hù)受到一定的壓力。

1.2" 數(shù)據(jù)來源和處理

數(shù)字高程模型來源于使用高精度的商業(yè)衛(wèi)星立體存檔或編程變軌拍攝的數(shù)據(jù)；降雨量數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，時間為2010—2020年；植被覆蓋數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，時間為2000—2020年；河流水系和道路數(shù)據(jù)來源于Open Street Map；土地利用數(shù)據(jù)來源于清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系數(shù)據(jù)庫中的全球土地覆蓋圖（FROM-GLC10 2017）；本研究使用的坐標(biāo)系為：WGS_1984_UTM_Zone_48N。

1.3" 生態(tài)敏感性評價研究方法

首先根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況和文獻(xiàn)研究選取評價因子并對其分級，其次計算單因子的權(quán)重，然后在ArcGis中對單因子進(jìn)行疊加分析得到綜合生態(tài)敏感性結(jié)果。

1.3.1" 評價指標(biāo)的選取

根據(jù)昆明市主城區(qū)的生態(tài)條件選取三大指標(biāo)10個因子進(jìn)行生態(tài)敏感性評價，具體分級的因子和分級情況如表1所示。

1.3.2" 因子權(quán)重的確定

因子權(quán)重采用綜合權(quán)重法，首先用層次分析法確定主觀權(quán)重，再用熵權(quán)法確定客觀權(quán)重，然后根據(jù)最小信息熵原理結(jié)合拉格朗日中值定理求出綜合權(quán)重[6]。

采用層次分析法計算出因子的主觀權(quán)重，首先依照公式（1）構(gòu)建判斷矩陣：

層次分析法計算出的權(quán)重分別為：高程0.015、坡度0.031、坡向0.041、地形起伏度0.067、自然河流緩沖0.030、水庫湖泊緩沖0.097、植被覆蓋度0.070、降雨量0.152、土地利用類型0.149、道路緩沖0.347，一致性檢驗如表2，CR＜0.1時，一致性檢驗通過。

其次用熵權(quán)法計算客觀權(quán)重。熵權(quán)法是一種確定指標(biāo)權(quán)重的客觀的多屬性決策方法，其基本原理是通過計算每個指標(biāo)的信息熵來反映其在評估中的重要性，信息熵越小，說明該指標(biāo)的信息集中度越高，相對的重要性也越高，從而賦予更大的權(quán)重，熵權(quán)法計算權(quán)如公式（4）：

式中，xij為為第i行第j列指標(biāo)；rij為決策矩陣第i行第j列指標(biāo)；fij為第i行第j列指標(biāo)的貢獻(xiàn)度Hi為第i行第j列指標(biāo)的貢獻(xiàn)總量；μi為客觀權(quán)重。

將生態(tài)敏感性單因子經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理根據(jù)公式（1）行計算得到的權(quán)重分別為：高程0.098、坡度0.096、坡向0.092、地形起伏度0.097、自然河流緩沖0.111、水庫湖泊緩沖0.105、植被覆蓋度0.101、降雨量0.096、土地利用類型0.098、道路緩沖0.106。

最后用綜合權(quán)重法計算綜合權(quán)重，既可以中和人為因素的主觀性，也可平衡數(shù)據(jù)的差異性；根據(jù)最小信息熵原理和拉格朗日中值定理，利用計算到的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，計算方法見公式（5）、（6）、（7）。

其中φi為主管權(quán)重，μi為客觀權(quán)重，ωi為綜合權(quán)重；綜合權(quán)重法計算出的綜合權(quán)重為：高程0.066、坡度0.077、坡向0.082、地形起伏度0.096、自然河流緩沖0.081、水庫湖泊緩沖0.110、植被覆蓋度0.098、降雨量0.122、土地利用類型0.123、道路緩沖0.146。

1.3.3" 構(gòu)建生態(tài)敏感性綜合評價模型

在得到10個評價指標(biāo)的權(quán)重及單因子評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS軟件進(jìn)行加權(quán)疊加和重分類得到昆明市主城區(qū)的生態(tài)敏感性綜合評價分析結(jié)果。疊加公式為公式（8）：

式中：SSi 為評價單元生態(tài)敏感性結(jié)果；Wi 為第 [i] （=1，2，3，…，n） 個因子的權(quán)重值；[fi]為第i（=1，2，3，…，n） 個因子的生態(tài)敏感性指數(shù)。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 單因子生態(tài)敏感性分析

2.1.1" 高程因子

在高程因子中，高程是地形特征中的重要指標(biāo)之一，海拔越高，植物多樣性降低，生態(tài)敏感性越高。研究區(qū)總體地勢北高南低，由北向南逐漸降低，中部隆起，東西兩側(cè)較低，最低處海拔1 708 m，最高處海拔2 785 m；極低敏感區(qū)域面積99 875.97 hm2，占全區(qū)域面積的30.90%；低敏感區(qū)域面積85 558.04 hm2，占全區(qū)域面積的26.47%；中敏感區(qū)域面積75 584.68 hm2，占全區(qū)域面積的23.38%；高敏感區(qū)域面積48 297.01 hm2，占全區(qū)域面積的14.94%；極高敏感區(qū)域面積13 911.24 hm2，占全區(qū)域面積的4.30%（見表3）。極低敏感性占據(jù)主導(dǎo)地位，主要分布在研究區(qū)的中部、南部等地區(qū)，包括滇池及其東部、陽宗海、官渡區(qū)西南大部分地區(qū)、盤龍區(qū)南部、西山區(qū)東部等地。

2.1.2" 坡度因子

坡度對自然環(huán)境影響體現(xiàn)在地表徑流速率、土壤含水量等方面，坡度越大造成的影響越大，敏感性也越高[7]。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積126 711.68 hm2，占全區(qū)域面積的39.23%；低敏感區(qū)域面積73 883.66 hm2，占全區(qū)域面積的22.87%；中敏感區(qū)域面積60 280.24 hm2，占全區(qū)域面積的18.66%；高敏感區(qū)域面積43 131.67 hm2，占全區(qū)域面積的13.35%；極高敏感區(qū)域面積18 999.63 hm2，占全區(qū)域面積的5.88%（見表3）。極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位，其主要分布于研究區(qū)中部，東部和東北部零散分布。

2.1.3" 坡向因子

坡向直接影響光照條件從而影響了植被的生長，在北半球，坡向的陰坡為北坡，為最差；陽坡是正南，為最好[8]，半陰坡為東北，半陽坡為東南，生態(tài)敏感性劃分見表1。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積96 211.24 hm2，占全區(qū)域面積的29.79%；低敏感區(qū)域面積73 255.38 hm2，占全區(qū)域面積的22.68%；中敏感區(qū)域面積64 714.04 hm2，占全區(qū)域面積的20.03%；高敏感區(qū)域面積68 539.84 hm2，占全區(qū)域面積的21.22%；極高敏感區(qū)域面積20 286.38 %，占全區(qū)域面積的6.28hm2（見表3）。極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位，其主要分布于滇池，低敏感、中敏感和高敏感區(qū)域占比差異較小。

2.1.4" 起伏度因子

起伏度為高程最大值和最小值之差，起伏度越高生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性增加，從而增加其對環(huán)境變化的敏感性。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積118 635.41 hm2，占全區(qū)域面積的36.46%；低敏感區(qū)域面積87 384.36 hm2，占全區(qū)域面積的26.86%；中敏感區(qū)域面積71 282.87 hm2，占全區(qū)域面積的21.91%；高敏感區(qū)域面積37 100.48 hm2，占全區(qū)域面積的11.40%；極高敏感區(qū)域面積10 952.62 hm2，占全區(qū)域面積的3.37%（見表3）。極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位，主要分布在中部、東部和東北部大部分區(qū)域的低海拔區(qū)域。

2.1.5" 自然河流緩沖因子

在自然河流因子中，距離水域越遠(yuǎn)，生態(tài)敏感性程度越低；距離水域越近，人類活動頻繁，則敏感性程度越高。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積325 732.56 hm2，占全區(qū)域面積的99.41%；低敏感區(qū)域面積771.83 hm2，占全區(qū)域面積的0.24%；中敏感區(qū)域面積577.91 hm2，占全區(qū)域面積的0.18%；高敏感區(qū)域面積384.54 hm2，占全區(qū)域面積的0.12%；極高敏感區(qū)域面積192.78 hm2，占全區(qū)域面積的0.06%；極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位（見表3）。

2.1.6" 水庫湖泊緩沖因子

研究區(qū)水庫湖泊包括大型水域如滇池、陽宗海、松華壩水庫、金殿水庫和盤龍江支流等，距離其越近生態(tài)敏感性越高，且其緩沖區(qū)范圍不宜設(shè)置過小以免影響人造設(shè)施如堤壩的穩(wěn)定性，設(shè)計其分級標(biāo)準(zhǔn)參考場地的游覽熱度、實地調(diào)查的基礎(chǔ)上設(shè)置，參考相關(guān)研究設(shè)置緩沖范圍[9]，因而將其和自然河流區(qū)分開分析其生態(tài)敏感性。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積150 906.69 hm2，占全區(qū)域面積的46.07%；低敏感區(qū)域面積35 991.99 hm2，占全區(qū)域面積的10.99%；中敏感區(qū)域面積31 919.4 hm2，占全區(qū)域面積的9.75%；高敏感區(qū)域面積34 910.01 hm2，占全區(qū)域面積的10.66%；極高敏感區(qū)域面積73 814.22 hm2，占全區(qū)域面積的22.54%；極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位（見表3）。

2.1.7" 植被覆蓋度因子

植被覆蓋度（NDVI）越高的區(qū)域，說明森林資源越豐富，生物多樣性程度越高，生態(tài)敏感性越高。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積18 050.05 hm2，占全區(qū)域面積的5.49%；低敏感區(qū)域面積36 884.33 hm2，占全區(qū)域面積的11.22%；中敏感區(qū)域面積52 430.04 hm2，占全區(qū)域面積的15.94%；高敏感區(qū)域面積98 104.00 hm2，占全區(qū)域面積的29.84%；極高敏感區(qū)域面積123 352.41 hm2，占全區(qū)域面積的37.51%（見表3）。極高敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位，研究因獨(dú)特氣候和地質(zhì)條件而適合植物生長，總體上植被覆蓋度較高。

2.1.8" 降雨量因子

降雨量的變化影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能，降雨量的極端變化會增加生態(tài)系統(tǒng)的敏感性。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積34 502.40 hm2，占全區(qū)域面積的10.54%；低敏感區(qū)域面積64 115.28 hm2，占全區(qū)域面積的19.59%；中敏感區(qū)域面積122 895.81 hm2，占全區(qū)域面積的37.54%；高敏感區(qū)域面積85 969.26 hm2，占全區(qū)域面積的26.26%；極高敏感區(qū)域面積19 880.55 hm2，占全區(qū)域面積的6.07%（見表3）。中敏感性占據(jù)主導(dǎo)地位；研究區(qū)降雨量不充沛，降雨量較高的地方和海拔較高的西部山區(qū)、滇池一帶重合；降雨量較少的地方主要在東部、北部區(qū)域。

2.1.9" 土地利用類型因子

用地類型反映人類活動對生態(tài)環(huán)境的干擾程度，不同的土地利用類型對生態(tài)環(huán)境的影響不同。土地利用類型是了解人類活動與生態(tài)環(huán)境之間復(fù)雜相互作用的關(guān)鍵信息來源，一般而言，草地、林地、水域為高敏感區(qū)，濕地建設(shè)價值較高但是易受人類活動影響；耕地和其他用地為一般敏感區(qū)，建設(shè)用地劃為不敏感區(qū)，受人類活動影響最小[10]。根據(jù)研究區(qū)實際狀況將用地類型生態(tài)敏感性分級（見表3），其中極低敏感區(qū)域面積9 437.45 hm2，占全區(qū)域面積的2.75%；低敏感區(qū)域面積45 903.19 hm2，占全區(qū)域面積的13.37%；中敏感區(qū)域面積103 664.18 hm2，占全區(qū)域面積的30.18%；高敏感區(qū)域面積23 118.80 hm2，占全區(qū)域面積的6.73%；極高敏感區(qū)域面積161 322.41 hm2，占全區(qū)域面積的46.97%。極高敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位，其主要在東部、西部和北部海拔高的區(qū)域。

2.1.10" 道路緩沖因子

距離道路越近，人類活動反應(yīng)程度越大，因而生態(tài)敏感性程度越高[11]。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積225 526.32 hm2，占全區(qū)域面積的68.86%；低敏感區(qū)域面積33 729.57 hm2，占全區(qū)域面積的10.30%；中敏感區(qū)域面積19 729.26 hm2，占全區(qū)域面積的6.02%；高敏感區(qū)域面積28 318.23 hm2，占全區(qū)域面積的8.65%；極高敏感區(qū)域面積20 229.21 hm2，占全區(qū)域面積的6.18%（見表3）。極低敏感性占據(jù)主導(dǎo)地位，主要分布在中部平坦區(qū)域。

2.2" 綜合生態(tài)敏感性評價

將10個因子在ArcGis中進(jìn)行疊加分析，得到生態(tài)敏感性綜合評價值，然后利用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行重分類，將生態(tài)敏感性從低到高分成五類，即極低、低、中、高和極高敏感性（見圖2）。

1）極低敏感性面積45 557.64 hm2，比例為14.13%，其主要分布于南部滇池區(qū)域，東北部和北部區(qū)域也有集中分布區(qū)域，土地類型較多為水域、裸地、冰雪，低海拔、坡度低、較多平地，植被覆蓋度低，這些區(qū)域幾乎沒有人類活動。

2）低敏感性區(qū)域面積68 048.91 hm2，比例為21.11%，其零散分布于除了水域之外的低海拔區(qū)域和平地，也和道路的分布有較多重合，人類活動較少。

3）中敏感性區(qū)域87 968.16 hm2，比例為27.29%，其分布于除了水域之外的低海拔區(qū)域、平地，也和中部地區(qū)建設(shè)用地的分布有較多重合，這些區(qū)域植被覆蓋度高，且分布著草地、耕地，人類活動較為頻繁。

4）高敏感區(qū)域面積78 704.46 hm2，比例為24.42%，分布較為零散，主要分布于海拔較高的山谷，這些區(qū)域植被覆蓋度高，用地類型為林地、灌叢、自然河流，人類活動較少。

5）極高敏感區(qū)域面積為42 047.37 hm2，比例為13.04%，在高海拔的東部、西部和北部山地，分布較為集中，這些區(qū)域植被覆蓋度較高，用地類型為林地，幾乎無人類活動。

3" 結(jié)論

根據(jù)綜合權(quán)重計算結(jié)果，高程因子對生態(tài)敏感性影響程度最高，權(quán)重為0.144，道路因子對生態(tài)敏感性影響程度最低，權(quán)重為0.066；在昆明市主城區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合生態(tài)敏感性評價結(jié)果圖中可以看到其分布趨勢與高程、坡度、起伏度和植被覆蓋度等因子生態(tài)敏感性分布基本重合。

昆明市主城區(qū)整體處于生態(tài)敏感性中等偏高水平，中度和高度敏感區(qū)域面積16 6672.6 hm2，占總區(qū)域面積的51.71%，主要受到地形地貌和植被覆蓋度等因素的影響，這些區(qū)域生態(tài)環(huán)境較為脆弱，應(yīng)該受到嚴(yán)格保護(hù)，盡量禁止不合理的開發(fā)建設(shè)；中等敏感性區(qū)域分布零散且和道路分布較為沖重合，此區(qū)域人類活動較為頻繁，不宜進(jìn)行大規(guī)模的建設(shè)活動，嚴(yán)格生態(tài)準(zhǔn)入；極低和低敏感區(qū)域和水庫湖泊及低海拔的平地較為重合，此類區(qū)域?qū)ν饨绺蓴_的抵抗能力較強(qiáng)，且內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定此區(qū)域可進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_發(fā)建設(shè)活動，但是需要對水域進(jìn)行謹(jǐn)慎的治理和保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]" 陳萬旭，李江風(fēng)，曾杰，等.中國土地利用變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的空間分異性與形成機(jī)理[J].地理研究，2019，38（9）：2173-2187.

[2]" 陳榕榕，丁錚.基于GIS的泉州市生態(tài)敏感性分析[J].環(huán)境與發(fā)展，2022，34（4）：100-109，116.

[3]" 張寒，王浩程，王琳.基于ArcGIS的山東省濰坊市蔡家溝村生態(tài)敏感性差異分析[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，52（5）：92-99.

[4]" 曾澤南，沈守云.GIS支持下西毛里湖流域生態(tài)敏感性分析[J].吉林農(nóng)業(yè)，2018（14）：107-108.

[5]" 楊澤鵬，范仕祥，史興惠，等.云南大圍山國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)敏感性評價及保護(hù)對策分析研究[J].山東林業(yè)科技，2023，53（1）：21-28.

[6]" 霍童.基于VSD模型和層次分析法熵權(quán)法的生態(tài)脆弱性時空變化評價及相關(guān)分析[D].蘇州科技大學(xué)，2021.

[7]" LI T， ZHANG Q， SINGH V P， et al. Identification of degradation areas of ecological environment and degradation intensity assessment in the Yellow River Basin[J]. Frontiers in Earth Science， 2022，10：922013.

[8]" 董曉媛，胥德澤，施小斌，等.黃河流域甘肅段生態(tài)敏感性評價研究——以廣河縣為例[J].干旱區(qū)地理，2024，47（4）：599-611.

[9]" 王浩東.水安全視角下渭河流域生態(tài)空間分區(qū)及管控對策研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2023.

[10] 黃心怡.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與生態(tài)敏感性的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性研究[D].南昌：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

[11] 趙文婷.基于生態(tài)敏感性和重要性評價的肅州區(qū)土地生態(tài)功能分區(qū)研究[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2023.

（責(zé)任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2024-10-15

作者簡介：姚建麗（1998—），在讀碩士，研究方向為風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計。E-mail：2260802809@qq.com。