黄河三角洲自然保护区生态敏感性评价*

孙苑苑， 王 琳， 王 晋

(中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100)

黄河三角洲自然保护区生态敏感性评价*

孙苑苑， 王 琳， 王 晋

(中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100)

生态敏感性评价对于制定区域环境政策，进行环境管理具有重要作用。黄河三角洲自然保护区目前存在人为活动加剧、土壤盐碱化等问题，利用生态敏感性相关理论，选取了土地利用类型、植被覆盖度、重要生物栖息地、土壤质地、潜水埋藏深度、地下水矿化度6个生态敏感性因子进行研究。在GIS技术支持下，对黄河三角洲自然保护区生态敏感性进行了单因子评价及多因子综合评价，并采用层次分析法获取各指标权重，综合指数法计算评价区域敏感度。结果表明，黄河三角洲自然保护区中度以上敏感区面积约占总面积的72%，生态敏感性程度整体较高。敏感性程度的面积与空间分布规律为：不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区和极敏感区的面积分别占研究区总面积的11.9%、16.1%、25.8%、27.4%、18.8%，整体上从西到东，沿黄河入海方向敏感性等级逐渐增高。评价结果可为自然保护区生态环境政策的制订提供科学依据。

黄河三角洲自然保护区；生态敏感性；GIS；层次分析法；综合指数法

生态环境敏感性是指生态系统对自然环境变化和人类活动干扰的反映程度，可以反映一个区域产生生态失衡与生态环境问题的可能性大小及恢复速度[1]。进行生态环境敏感性评价的意义在于可以提早预防并采取针对性的保护与建设措施。

黄河三角洲是陆海、咸淡水、林地、草地、湿地等生态系统错综复杂的交叉地带，自然环境脆弱，社会经济条件独特，随着社会经济的发展，黄河中下游地区用水量增大、黄河径流量减少、海水倒灌等问题导致黄河三角洲湿地的面积逐渐萎缩，湿地质量不断下降。与此同时，石油开发等人类活动与湿地保护的矛盾日益突出，直接或间接破坏了湿地的原生态格局，使湿地生态环境质量不断下降。众多学者对黄河三角洲地区生态敏感性或者脆弱性进行了研究，比如，王介勇、赵庚星等以地处黄河口的垦利县为例构建了景观类型脆弱度指数和生态环境脆弱度指数，其研究结果表明，垦利县未利用地和盐荒地景观脆弱度较高，黄河和海岸线是垦利县生态脆弱度空间格局的控制因素[2]。王瑞燕、赵庚星等应用熵、突变论等非线性科学理论，借助遥感手段对黄河三角洲垦利县生态环境脆弱性的时空演变进行了系统研究，其研究结果从与黄河和海洋不同距离的两个方向上分析了生态环境脆弱性的空间变化，证明了生态环境脆弱性在空间上具有渐变性[3]。宋晓龙等利用GIS技术，对黄河三角洲自然保护区建立了结合生境适宜性评价和人为干扰特征分析的生态敏感性评价模型，最终研究结果表明，研究区生态敏感性整体上较高，且靠近沿海的区域敏感性较高，内陆区域的敏感性较低[4]。王瑞燕等以黄河三角洲垦利县为例探讨了县域生态环境脆弱性动态分析，其结果表明垦利县生态环境不稳定，地下水埋深、蒸降比和地下水矿化度为该区生态环境自然敏感因子[5]。元伟涛等在GIS技术支持下，对垦利县生态敏感性进行了单因子评价与综合评价，研究结果表明从西南向东北，敏感性程度逐渐增加[6]。虽然已有众多学者对黄河三角洲生态敏感性、脆弱性问题做了研究，但是大多都局限于研究单一的自然或者人类干扰下的状态，且多集中于县域范围。黄河三角洲自然保护区在黄河三角洲区域有着举足轻重的作用，因此，本文以黄河三角洲自然保护区为研究对象，首先通过对黄河三角洲自然保护区生态环境的调查找出生态敏感因子并做出评价；然后采用层次分析法计算各指标权重；最后通过ArcGIS技术的空间分析(Spatial Analyst)模型进行栅格加权叠加处理，得到自然保护区的综合敏感指数。通过对黄河三角洲自然保护区进行生态敏感性评价可以发现自然保护区生态敏感性的空间分布规律与存在问题，为自然保护区的生态修复和环境保护提供科学依据。

1 研究区概况

黄河三角洲区域属暖温带大陆性季风气候，光照充足，热量丰富，四季分明，雨热同期，但降水年内分配不均，且蒸发量大。由于现代黄河三角洲地区成陆时间短，潜水位高，矿化度大，蒸发强烈，加之黄河和平原水库水侧渗、海水顶托和海潮侵袭等，现代黄河三角洲地区的土壤盐分含量高，不仅原生盐碱，而且次生盐渍化日趋加剧[7]。与此同时，人类各种开发利用活动也日益增加，对黄河三角洲地区的生态环境造成一定的影响。故本次自然保护区生态敏感性研究范围选取受人类活动影响较为强烈的自然保护区主体部分即黄河入海口两侧部分(见图1)进行研究，探究该区域生态敏感性的空间分布规律，为下一步保护工作提供科学依据。

图1 黄河三角洲自然保护区位置及功能区划图Fig.1 Location and function zones of the Yellow River Delta Nature Reserve

2 评价方法

2.1 选取生态敏感性因子

生态敏感性可分为自然本底敏感性和人类干扰敏感性两类。事实上，人和自然已成为复杂而不可分割的耦合系统，二者共同作用于这个系统之中[8]。本次黄河三角洲自然保护区生态敏感性研究综合了自然本底敏感性与人类干扰敏感性。生态敏感性出现或发生的概率取决于影响生态问题形成的各个因子的强度、分布状况和多个因子的组合[9]。目前生态环境敏感性评价多与GIS工具相结合，即在建立科学指标体系，完成生态敏感性单因子评价后，利用多因子图层叠加法进行综合评价。因此，本文运用多因子叠加法，选取土地利用现状、植被覆盖度、重要生物栖息地、土壤质地、潜水埋藏深度、地下水矿化度6个生态敏感性因子[4-6]在GIS技术支持下对黄河三角洲自然保护区生态敏感性进行了研究。

2.2 生态敏感因子评价与分级

2.2.1 土地利用现状 土地利用现状表现人类对土地利用、改造的方式和产生的机理变化，在一定程度上体现了人类开发利用的强度，反映所在区域的人类社会经济活动状况对自然环境的影响。利用黄河三角洲自然保护区管理局提供的2010年自然保护区土地利用现状图，根据该区土地利用方式特点及生态敏感性相关概念，将生态环境敏感性的影响等级分为5级：林地、水域、库塘为极敏感，滩涂、草地(天然、人工)为高度敏感，农业用地为中度敏感，旱地为轻度敏感，盐碱地、建设用地为不敏感。同时按敏感性程度分别赋值9、7、5、3、1。图2为土地利用现状敏感性分布图。

图2 土地利用现状敏感性分布图Fig.2 Sensitivity distribution map of land use status

2.2.2 植被覆盖度 植被覆盖度是全球及区域气候数值模型中的重要参数，也是描述生态系统的重要基础数据，对揭示地表植被变化及植被动态变化趋势，分析区域生态环境具有重要的现实意义[10]。植被覆盖率越高，生态系统越稳定，抵抗人类干扰能力越强，反之越弱。按照植被覆盖度划分标准，将2016年7月份的Landsat 8遥感图件经ArcGIS处理后按照植被覆盖度从低到高划分五级：小于0.100为极敏感，0.100～0.300为高度敏感，0.300～0.450为中度敏感，0.450～0.600为轻度敏感，0.600～1.00为不敏感，并依次赋值1、3、5、7、9。图3为植被覆盖度敏感性分布图。

图3 植被覆盖度敏感性分布图Fig.3 Sensitivity distribution map of vegetation coverage

2.2.3 重要生物栖息地 黄河三角洲自然保护区是以黄河口新生湿地生态系统和珍稀濒危鸟类为主要保护对象的湿地类型自然保护区[11]。保护区内的193种鱼类中有6种海洋性水生动物属国家重点保护动物；3种淡水鱼类属国家重点保护动物。296种鸟类中，属国家Ⅰ级保护的有丹顶鹤、白头鹤等10种，属国家Ⅱ级保护级别的有灰鹤、大天鹅等49种。根据保护区的性质将重要生物栖息地分为以下5种：鹤类栖息地为极敏感，天鹅类栖息地为高度敏感，其他鸟类栖息地(黑嘴鸭、小杓鹬)为中度敏感，鱼类栖息地(洄游性、定居性)及除此之外的一般生物栖息地为轻度敏感，按敏感性程度分别赋值9、7、5、3。考虑到黄河三角洲自然保护区生物栖息地功能十分重要，故不划分不敏感区。图4为重要生物栖息地敏感性分布图。

图4 重要生物栖息地敏感性分布图Fig. 4 Sensitivity distribution map of important habitats

2.2.4 土壤质地 土壤质地越黏重，稳定性越好，敏感性程度越低；相反，土壤质地越砂，稳定性越差，敏感性程度越高[9]。学者刘庆生、刘高焕对现代黄河三角洲土壤盐渍化水平指示作用的研究表明，5种土壤质地中：砂壤是有利于重度和轻度盐渍化的因素，轻壤是有利于盐土和中度盐渍化的因素，中壤是有利于非盐渍化和中度盐渍化的因素，重壤有利于盐土的发生，黏土是有利于轻度和中度盐渍化的因素[7]。因此，将自然保护区土壤质地划分为5级：河滩沙地为极敏感，砂壤为高度敏感，黏土为中度敏感，轻壤为轻度敏感，中壤为不敏感。按敏感性程度分别赋值9、7、5、3、1。图5为土壤质地敏感性分布图。

图5 土壤质地敏感性分布图Fig.5 Sensitivity distribution map of soil texture

2.2.5 潜水埋藏深度 一般情况下，在潜水埋深较小时，土质较粗、偏砂性的土壤潜水蒸发较大，地下水矿化度越高则土壤的盐碱化趋势越明显[12]。保护区内潜水埋藏深度为0～5 m，将处理后的自然保护区潜水埋藏深度划分为5级：0 m为极敏感，小于1 m为高度敏感，1～2 m为中度敏感，2～3 m为轻度敏感，3～5 m为不敏感。按敏感性程度分别赋值9、7、5、3、1。

图6 潜水埋藏深度分布图Fig.6 Sensitivity distribution map of diving buried depth

2.2.6 地下水矿化度 通常，地下水矿化度越高，水中含盐量越高，越不利于植被生长。根据该区地下水矿化度对生态环境的影响，将地下水矿化度划分为5级：0度为不敏感，2～5度为轻度敏感，5～10度为中度敏感，10～30度为高度敏感，大于30度为极敏感。按照敏感性程度分别赋值1、3、5、7、9。图7为地下水矿化度敏感性分布图。

2.3 生态敏感性因子权重确定

在生态敏感性评价中各生态敏感因子权重的确定多采用层次分析法。层次分析法是一种定性与定量相结合的综合性评价方法，具有高度的逻辑性、系统性、简洁性与实用性的特点，且较为成熟，应用频率高[13-14]，因此本次生态敏感因子权重的确定采用层次分析法。

2.3.1 构建判断矩阵 构建判断矩阵是进行层次分析法的第一步，按照以下方式构建。表1是生态敏感性因子判断矩阵。

图7 地下水矿化度敏感性分布图Fig.7 Sensitivity distribution map of mineralization of ground water

表1 生态敏感性因子判断矩阵Table 1 Judgment matrix of the ecological sensitivity factors

Note：①Judgment matrix；②Land use status；③Gramdwater salinity；④Diving buried depth；⑤Soil texture；⑥Impottant habitamt；⑦Vegetation covertage

2.3.2 计算权重 利用YAAHP软件得出生态敏感性因子判断矩阵的最大特征根λ为6.39，判断矩阵一致性结果为0.062 0，小于0.100，满足一致性要求。表2为黄河三角洲自然保护区生态敏感性因子指标权重。

表2 生态敏感性因子指标权重Table 2 Index weight of the ecological sensitivity factors

Note：①Sensitive factors；②Land use status；③Vegetation covertage；④Impottant habitamt；⑤Soil texture；⑥Diving buried depth；⑦Gramdwater salinity；⑧Index weights

根据各个生态敏感性因子的敏感值及权重，利用加权求和法对黄河三角洲自然保护区进行生态敏感性综合评价。生态敏感性综合指数的计算公式：

式中：Isen为生态敏感性综合指数；Vi、Wi为第i个敏感性指标对应的权重和赋值。

3 评价结果与分析

利用ArcGIS空间分析模块中的栅格计算工具，将各单因子敏感性分级，各图层加权叠加，采用自然断点法分类(Natural Breaks是利用统计学的Jenk最优法得出的分界点，能使各级的内部方差之和最小[15])，最后得到自然保护区综合生态敏感性分布图。经计算，黄河三角洲自然保护区生态敏感性综合分值在2.00～9.00之间，根据自然断点分类的结果，将综合敏感性等级分为不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区、极敏感区5个等级[16]。表3为黄河三角洲自然保护区生态敏感性分级表，图8为黄河三角洲自然保护区生态敏感性分布图。

表3黄河三角洲自然保护区生态敏感性分级表
Table 3 Classification of the ecological sensitivity in Yellow River Delta Nature Reserve

敏感性等级①评级指数②面积③/km2比例④不敏感区⑤2．00～3．0011211．9轻度敏感区⑥3．00～5．0015116．1中度敏感区⑦5．00～6．0024225．8高度敏感区⑧6．00～7．0025727．4极敏感区⑨7．00～9．0017718．8

Note：①Sensitive Level；②Rating index；③Area；④Proprtion；⑤Insensitive area；⑥Light sensitive area；⑦Moderately sensitive area；⑧Highly sensitive area；⑨Extremely sensitive area

图8 黄河三角洲自然保护区生态敏感性分布图Fig.8 Distribution map of the ecological sensitivity in Yellow River Delta Nature Reserve

从表3可以看出，黄河三角洲自然保护区生态敏感性等级所占面积比例从高到低依次为：高度感区(27.4%)>中度敏感区(25.8%)>极敏感区(18.8%)>轻度敏感区(16.1%)>不敏感区(11.9%)，其中中度、高度、极高敏感区面积约占总面积的72%，自然保护区敏感性等级整体偏高。从图8可以看出，高度敏感区、极高敏感区主要位于自然保护区东部地区；中度敏感区较分散，主要分布于自然保护区中部、西北部和南部区域；轻度敏感区、一般敏感区主要位于自然保护区西部地区，整体上沿黄河入海方向敏感性程度逐渐升高。

学者宋晓龙在黄河三角洲国家级自然保护区的生态敏感性研究中，将研究区划分为极敏感区、敏感区、较敏感区、一般敏感区、不敏感区5个等级[4]。分析后将其敏感区对应本研究的高度敏感区，其一般敏感区对应本研究的轻度敏感区，其他敏感区视为与本研究一样，如此分级便于对比讨论。本研究极敏感区主要分在核心区和实验区(以黑嘴鸭、小杓鹬为代表鸟类的栖息地)内，对比宋晓龙成果中极敏感区(主要分布在核心区和有大片芦苇沼泽的实验区内)的分布，其结果与本研究差别不大；本研究高度敏感区主要分布在核心区和靠近浅海的实验区内，与宋晓龙对此区(主要分布在核心区和靠近浅海的实验区内)的研究结果基本一致。虽然两种研究方法略有不同，但最终研究成果中极敏感区、高度敏感区的分布基本一致，说明对于该地区这两类敏感区的分布争议不大。对比中度敏感区的分布结果，宋晓龙的研究表明，其主要位于实验区内；本研究的中度敏感除主要位于实验区外，缓冲区附近也有部分分布。除此之外，本研究中度敏感区还有相当一部分位于生态保育区的实验区中，承受农业开发利用的压力。中度敏感区的对比结果表明二者略有差异，这是由于构建的指标体系不同的原因。本研究轻度敏感区主要分布在实验区；对比宋晓龙的研究结果，发现除此之外其在新、老河口周围也有零星分布。考虑到新老河口周围靠近沿海，属于滩涂海域，生物量较丰富，且植被覆盖度低，生态环境敏感，笔者认为对该地区的划分应以本文为主，将其划分在高度敏感区内。对不敏感区的分析结果表明，二者均主要分布在保护区中西部的实验区内。与自然保护区功能区划相对比后发现，本研究的中度及以上敏感区主要位于自然保护区的核心区、缓冲区及靠近缓冲区的实验区附近，该区植被覆盖度较低，潜水埋藏深度较浅且地下水矿化度较高，生态环境脆弱，受人类影响大，为更好的保护此区域可适当扩大缓冲区的范围；轻度及不敏感区主要位于自然保护区中西部地区的实验区内，该区植被覆盖度较高，主要是为一些农田和林地，受人类干扰的敏感度较低。

4 结语

本文选取了包括土地利用类型、植被覆盖度等在内的6种生态敏感性因子，通过生态敏感性单因子评价、综合评价对自然保护区的生态敏感性进行了评价和分析。结果表明，黄河三角洲自然保护区生态敏感性程度偏高，其中中度及以上等级的敏感区面积约占保护区总面积的72%。自然保护区敏感性整体上从西到东沿黄河入海方向敏感性程度逐渐升高，分别为：一般敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极高敏感。中度以上等级的敏感区是以鸟类为主的重要生物栖息地，人类活动相对较少，主要为沿海滩涂，该部分区域植被覆盖度较保护区西部偏低，土壤质地主要为河滩沙地，潜水埋藏深度较浅且地下水矿化度较高，极易发生海水倒灌现象进一步加剧盐碱化问题。对该区域应实行严格保护，可适当扩大缓冲区的范围，保持其生态系统和物种不受人为的干扰，保持其丰富的生物多样性。然而，实际上在此区域内仍有部分油田进行开发作业，应严格控制保护与资源开发存在矛盾，为更好的保护此区域，如有可能建议尽量取缔或迁出(尤其是位于核心区的)，尽可能还原该区域保护区原貌，免受人为干扰，因为一旦产生石油泄漏问题，导致的生态后果将难以估计。自然保护区中西部、北部、南部地区零星分布有轻敏感及不敏感区域，该部分区域植被覆盖度较高，人类活动相对频繁，土壤质地主要是黏土、壤土，潜水埋藏深度较深，地下水矿化度较低，对该区域应以生态建设用地为主，加强生态恢复与生态建设，在此基础上可进行适当的开发利用，但仍需特别注意对该区域石油开发的管控。依据生态敏感性分析结果(见图8)，对比学者宋晓龙[4]的研究，二者在总体上敏感区分布的差异并不十分明显，进一步验证了黄河三角洲自然保护区生态敏感性分布规律。对比保护区功能分区(见图1)，发现仍有部分原本应该被严格保护区域处于核心区、缓冲区外，承受农业开发、油田开采等人为活动的干扰，表明目前黄河三角洲保护区的功能区确实需进一步完善和优化。

致谢：本文所需数据来源于黄河三角洲保护区管理局提供，作者对此表示诚挚的谢意！

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Abstract: Ecological sensitivity analysis is an effective measure for making regional environmental policies andenvironmentalmanagement. This study is conducted to solve the ecological environmental problems in Yellow River Delta Nature Reserve, based on the problems of human activities and soil salinization, combined with the theories of ecological sensitivity. Land use status, vegetation coverage, habitat, soil texture, buried diving depthand mineralization of ground water are selected as ecological sensitivity factors. Establishedecologicalsensitivity evaluation system and the single-factor andmulti-factor comprehensive evaluation models,supported by GIS technology, each factor is evaluated separately, the weights of indexes are obtained through analytic hierarchy processand the ecological sensitivity of each unit is calculated with the comprehensive index method. The results show that the degree of the ecological sensitivity is high and the area ratio of the nonesensitive regions,the light sensitive regions, the moderate sensitive regions, the highsensitive regions,the extremesensitive regions is 11.9%, 16.1%, 25.8%, 27.4% and 18.8%respectively.The degree of sensitivity has a gradual increase trend from west to easton the direction of the Yellow River extending to the sea.The results can be a reference to make environmental policies in Yellow River Delta Nature Reserve.

Key words: the Yellow River Delta Nature Reserve； ecological sensitivity； GIS； analytic hierarchy process； comprehensive index method

责任编辑 庞 旻

The Ecological Sensitivity Evaluation in Yellow River Delta Nature Reserve

SUN Yuan-Yuan，WANG Lin，WANG Jin

(College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

X171.1

A

1672-5174(2017)11-096-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160329

孙苑苑，王琳，王晋. 黄河三角洲自然保护区生态敏感性评价[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(11): 96-102.

SUN Yuan-Yuan, WANG Lin, WANG Jin. The ecological sensitivity evaluation in Yellow River Delta Nature Reserve[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(11): 96-102.

住房城乡建设部2015年科学技术项目(2015-R2-026)；山东省省级水利科研及技术推广项目(SDSLKY201312)资助 Supported by Ministry of Housing and Urban-Rural Development of Science and Technology Project in 2015(2015-R2-026)；Water Conservancy Scientific Research and Technology Promotion Project in Shandong Provincial(SDSLKY201312)

2016-09-20；

2016-11-16

孙苑苑(1991-)，女，硕士生。E-mail:1510515794@qq.com