基于RS和GIS的贵阳市花溪区生态敏感性分析

王鹏宇 蒲希希 罗 充

WANG Pengyu1 PU Xixi1 LUO Chong2*

（1.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵阳 550025；2.贵州师范大学教师教育学院，贵阳 550025）

( 1.School of Geography and Environmental Science, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou, China, 550025; 2.School of Teacher Educatione, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou, China, 550025 )

生态敏感性指在外界干扰下，通过区域内环境对其他生态系统所处干扰来解决问题的难易程度。生态敏感性分析能为区域生态环境和生态景观规划提供科学依据。选取贵阳市花溪区6个生态敏感因子（高程、坡度、坡向、水域、归一化植被指数、土地利用），运用层次分析法和GIS技术对花溪区生态敏感性进行评价分析。结果表明：花溪区生态敏感程度总体偏高，极高敏感至非敏感区占比分别为18.7%、32.6%、24.9%、16.3%、7.5%，空间分布具有显著差异，东部及北部区域生态敏感性较高，中部及东北部区域较低。通过生态敏感性空间分布格局分析，以期为生态景观规划提供一定参考。

生态敏感性；层次分析法；景观规划；喀斯特；贵阳市花溪区

随着社会经济发展，人类活动对环境的干扰愈演愈烈，生态环境遭到了严重破坏，由此引发了各种环境问题[1]，给人类正常生产生活带来严重影响。良好的生态环境是人类生存和可持续发展的重要基础，因此保护生态环境，进行生态环境评价就显得尤为重要[2-3]。风景园林作为连接人类健康与自然健康的纽带，协调人与自然的关系，探索人与自然彼此和谐的发展方式[4-5]。一个健全的景观规划要把人类的生存发展和自然资源保护有机结合起来，生态敏感性评价能为分析和预测区域生态环境以及景观规划提供科学依据，对于制定区域环境政策、确定生态系统保护重点具有重要意义。

生态敏感性指在外界干扰下，通过区域内环境对其他生态系统所处干扰来解决问题的难易程度，是影响生态环境各种问题的可能性[6-7]，包括土壤、水体污染，土地沙化，自然界中的物种多样性等。衡量区域生态敏感性高低一般认为是区域内各个生态因素的自我适应能力或者生态恢复能力。生态敏感性评价可以反映出区域内风景资源对环境的敏感程度、环境健全情况以及未来的规划方向[8]，是进行区域内部景观规划与管理的重要依据。国外关于生态敏感性的研究早于国内，但其研究更偏重于气候变化等生态环境问题[9-10]。当前国内对于生态敏感性也开始了广泛的研究，对于生态敏感性研究的应用由生态区划扩展到用地开发、景观设计、城市规划等领域[11-19]。近年来，国内对于生态敏感性的评价主要集中在地区生态评价和区域生态综合评价，采用多因子和综合因子相结合的方法进行[20-21]，对于喀斯特地区生态敏感性评价的研究还较为匮乏。贵州市花溪区位于西南喀斯特地区，区域地形起伏多变，为典型喀斯特地貌区，高速城市化背景下，区域资源不合理利用对脆弱的喀斯特生态环境造成一定程度的影响。因此，有必要探究该区域生态敏感性空间格局及其内在机制。基于此，以贵阳市花溪区为研究对象，针对研究区地形地貌特点和生态环境状况，选取区域主要生态敏感因子，进行生态敏感性评价，以期为其景观资源保护以及生态景观规划提供一定参考。

1 研究区概况

贵阳市花溪区地处贵阳贵安接壤核心区域，辖4镇5乡、8个街道，122个村，52个居委会。行政区域总面积964.32 km2，年平均气温15.7℃，位于长江流域和珠江流域的分水岭地带，辖区内自然资源丰富，水网密布，生态环境条件优越，是贵阳市重要的水资源保护区。根据第7次人口普查数据，花溪区常住人口约96万人，有汉族、布依族、苗族等40个民族，少数民族占比约为33%。近年来花溪区经济增长稳定，2020年生产总值为637.14亿元，在经济快速发展的同时，建设用地急剧增长，城镇化进入高速增长期，生态环境也随之快速变化。

2 研究数据及内容

2.1 基础数据来源

基础数据为花溪区2019年11月TM遥感影像和DEM30数字高程数据，云量小于10%。利用ENVI5.3软件对TM遥感影像进行重新配准、裁剪等预处理[22]。

2.2 评价指标的选取与体系构建

中国生态多样性丰富且生态系统高度复杂，不同地区生态敏感性影响因子不尽相同[23]，生态敏感因子选择没有统一的标准，因此在生态敏感因子的选择上要根据生态环境问题形成的内在机制，结合研究区环境状况，选取反映研究区主要环境特点的代表性敏感因子[24]。根据研究区特点选取高程、坡度、坡向、水域、归一化植被指数（NDVI）、土地利用6个单一生态敏感因子，划分为极度敏感、高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感，对各敏感区分别统一赋值9、7、5、3、1。

2.3 单因子评价分级

（1）地形因子。花溪区作为典型喀斯特地貌，山地和丘陵较多，喀斯特地貌对于区域水土流失以及植物空间分布具有显著影响，是区域生态敏感性高低的重要影响因子。地形因子选取高程、坡度、坡向三个指标分别进行分类并赋值[25-26]。（2）水域。水域是构成生态环境的基本因素，对于动植物空间分布以及小气候形成具有重要作用，也是对人为干扰相对敏感的生态敏感因子之一[27]。（3）植被。植被在保持水土、抵御土壤侵蚀、防治石漠化等方面具有重要作用，用NDVI量化植被对于生态敏感性的影响程度，通过TM遥感影像结合ENVI5.3软件计算出NDVI值，对其进行重分类[28]。（4）土地利用。土地利用反映了研究区土地资源利用现状、地域差异以及分类情况，其空间分布格局可以反映出人类活动对于生态环境的影响程度；用地类型的差异表明土地利用开发功能的不同，从而导致生态环境敏感性的不同。参考《土地利用现状分类》标准，将贵阳市花溪区分为建设用地、未利用地、草地、耕地、林地、水体6种类型[29]（表1）。

表1 单因子敏感性分级标准Tab.1 Single factor sensitivity grading standard

2.4 综合因子评价

通过11位风景园林学、景观生态学专家对各因子进行打分，建立因子判断矩阵，见公式（1）。由各生态敏感因子具体分值，计算各因子之间权重值（表2，表3）。

表2 因子重要性判断矩阵Tab.2 Factor importance judgment matrix

式中：Wij表示对于元素W而言Wi相对于Wj的重要程度，i，j=1，2，3，…，n。

计算判断矩阵乘积，见公式（2）。

式中：Mi为矩阵每一行指标乘积值；n，j分别表示第n个元素，第j个元素；Aij表示i对于元素j的重要性比值。

计算Mi的n次方根，见公式（3）。

归一化向量权重值，W=[W1,W2, …,Wn]T为所求特征向量，见公式（4）。

计算最大特征根，见公式（5）。

式中：（AW）i为向量AW的第i个分量。

通过计算求得λmax=6.1366，根据公式CI=（λmax-n）/(n-1)，得出CI=0.0273；当n=6时，RI=1.24（表3）；由随机一致性比例公式CR=CI/RI，求得CR=0.0217，CR＜0.1，一致性检验通过。经归一化统计，得到各敏感因子权重值分别为：0.0531、0.0780、0.0947、0.1487、0.2407、0.3847（表4）。

表3 判断矩阵RI值Tab.3 RI value judgment matrix

表4 敏感因子判断矩阵及其权重Tab.4 Sensitive factor judgment matrix and its weights

2.5 生态敏感性评价

通过层次分析法[30]，结合GIS空间分析技术进行评价分析，对花溪区6个生态敏感因子按权重进行加权叠加，确定综合生态敏感指数。

3 研究结果与分析

3.1 单因子敏感性分析

（1）高程生态敏感性。花溪区低敏感区面积479.3 km2，位于高程1 000～1 200 m（含1 200 m，下同）区域，主要分布于花溪区中部，占总面积的49.6%；中敏感区面积421.4 km2，位于高程1 200～1 400 m区域，主要分布于久安乡、麦坪镇、湖潮乡、燕楼镇，占比为43.6%；高敏感区面积63.6 km2，位于高程1 400～1 600 m区域，主要分布于黔陶乡，占比为6.6%；极高敏感区面积1.9 km2，位于高程1600 m以上区域，主要分布于黔陶乡东部，占比为0.2%，其生态敏感性高低分布趋势总体与花溪区的地形起伏相一致。

（2）坡度生态敏感性。非敏感性区域面积406.9 km2，坡度小于6°，其分布区域主要为湖潮乡、麦坪镇南部，占比为42.1%；低敏感区面积297 km2，坡度位于6°～12°之间，主要分布于久安乡、马铃乡、高坡乡、孟关乡，占比为30.7%；中敏感区面积150.4 km2，坡度位于12°～18°之间，主要分布于久安乡、黔陶乡、孟关乡等，占比为15.5%；高敏感以及极高敏感区面积112.8 km2，坡度位于18°以上，主要分布于石板镇、马铃乡、黔陶乡部分坡度较大的区域，占比为11.7%。

（3）坡向生态敏感性。非敏感和低敏感区面积354.9 km2，朝向为正南、东南以及西南方向，占比为36.8%；中敏感区面积237.2 km2，朝向为正东、正西，占比为24.5%；高敏感和极高敏感区面积374.1 km2，占比为38.7%，朝向为东北、西北和正北方向。

（4）水域生态敏感性。非敏感区面积226.6 km2，分布区域主要为久安乡、马铃乡、高坡乡，占比23.5%；低敏感区域面积102.2 km2，占比为10.5%；中敏感区面积160.1 km2，位于水域1 000～1 500 m范围内，占比为16.6%；高敏感区面积233.4 km2，位于水域500～1 000 m范围内，其分布区域主要为贵筑社区、小孟社区，占比为24.2%；极高敏感区面积243.4 km2，占比为25.2%，主要分布于阿哈水库、月亮湖、十里河滩和涟江（图1-d）。

图1 生态敏感因子分析Fig.1 Analysis of ecological sensitive factor

（5）植被覆盖生态敏感性。非敏感和低敏感区面积26 km2，主要分布于阿哈湖、贵筑社区、小孟社区，占比为2.6%；中敏感区和高敏感区面积分别为36.6 km2、94.5 km2、主要分布于经开区、溪北社区、小孟社区、贵筑社区、党武镇、清溪社区，两者占总面积的13.5%；极高敏感区面积809.1 km2，主要分布于花溪区北部、西南、东南区域，占比为83.9%（图1-e）。

（6）土地利用生态敏感性。花溪区非敏感区面积136.9 km2，用地类型为建设用地和未利用地，其分布区域主要为经开区、溪北社区、大学城区域，占比为14.2%；低敏感区面积128.3 km2，用地类型为草地，主要分布于燕楼镇、高坡乡，占比为13.3%；中敏感区面积373.2 km2，用地类型为耕地，主要分布于花溪区西部区域，占比为38.7%；高敏感性以及极高敏感性区域面积325.9 km2，用地类型为林地和水体，两者占总面积的33.8%（图1-f）。

3.2 综合生态敏感性分析

对6个单一敏感因子生态敏感性分布图进行综合加权叠加，结果显示花溪区综合生态敏感性评价指数（S）介于1.30～8.79之间，采用自然断点法将非敏感至极高敏感区划分为5个区间标准[29]，分别为1.30～3.91（含3.91，下同）、3.91～4.93、4.93～5.78、5.78～6.57和6.57～8.79。根据综合生态敏感性分级结果可知，贵阳市花溪区非敏感区至极高敏感区面积分别为72.3 km2、157.2 km2、240.1 km2、314.4 km2和180.3 km2（表5）。

表5 综合生态敏感因子生态敏感性统计Tab.5 Integrated ecological sensitive factor of ecological sensitivity statistics

综合上述生态敏感性空间分布格局可知，花溪区低敏感区和中敏感区主要分布在耕地和草地，面积397.3 km2，极高和高敏感区面积494.7 km2，极高敏感区主要集中于生态环境脆弱的水域、植被丰富以及斜率坡度较大地区，高敏感区在水域周边缓冲区分布较多。非敏感区面积72.3 km2，在花溪区内分布较为分散，主要分布于居住区、道路以及其周边部分区域（图2）。

图2 综合生态敏感性分析Fig.2 Comprehensive ecological sensitivity analysis

4 结论与讨论

4.1 单因子生态敏感性

研究区6个单一生态敏感因子对于生态敏感性的影响从高至低分别为土地利用、NDVI、水域、坡向、坡度、高程，其中土地利用对于生态敏感性权重最大，其分布趋势大致与综合生态敏感性空间分布一致，因此在今后的开发建设中要多注重于土地利用的合理化。NDVI和水域的影响次之，在生态景观规划中，可以通过建立自然公园等方式，加强对植物资源和水资源的保护力度。高程、坡度、坡向生态敏感性的权重值相对较低，对于区域生态敏感性影响总体较小。

4.2 综合因子生态敏感性

极高敏感区和高敏感区对外界环境干扰极为敏感，生态环境极为脆弱，受人类活动干扰影响较大，遭到破坏后容易造成不可逆影响，应对极高和高敏感区域建立生态保护区，进行重点保护，禁止开发建设，其主要分布区域水网密布，坡度较大，所处高程较高，应加强对生态环境的保护，增加植物配置，提高森林覆盖率，增强生态系统结构和功能的稳定性。对于区域内河流应创建河流廊道缓冲区，通过缓冲区增强河流廊道韧性，减少人为活动影响对水域的破坏，同时通过在水域浅滩区建立湿地，丰富生态系统群落结构，增强区域生态系统结构稳定性与完整性。

中度敏感区生态环境也较为脆弱，应遵循可持续发展理念，开发与保护相统一。对于区域内耕地、林地、水域等中敏感区域，应列为保护区域，减少人为干扰，对其进行重点保护；中敏感地区其他区域，可以通过发展观光农业或者建立公园等，增加区域内景观斑块数量，增强生态系统稳定性，提高生态系统环境承载力。低敏感区和非敏感区主要分布于建筑、道路和未利用地等，可以进行合理地开发建设，同时注重土地建设的生态化，达到景观与构筑物的有机协调。

花溪区整体生态环境较为敏感，且由于喀斯特地区生态环境生态恢复能力较弱，遭到破坏后生态恢复时间较长，因此在今后的经济建设中应该坚持以绿为底，统筹山、水、林、田、湖、草系统治理，建立系统城乡生态网络，加强花溪区生态建设，同时在生态建设中结合贵州省全域旅游发展战略，充分利用贵州省丰富的旅游资源，在优化生态环境的同时大力发展旅游业，实现生态环境的高质量可持续发展，推进花溪区生态格局优化。

5 结语

生态敏感性评价是自然、社会、经济多种因素综合作用下的结果，评价结果依赖于敏感因子和评价方法的选择，本研究仍存在一定局限性，在敏感因子的选择上还不够全面，同时层次分析法在确定各因子权重方面存在一定的主观性，可以结合多种方法确定组合权重，在今后研究中加以改善，使评价结果更加客观精确。未来关于生态敏感性的研究应更加系统深入，进一步加强生态系统各要素以及各环境问题之间相互关系的研究，对于景观资源的保护有待于多学科交叉探索。