基于GIS的县域生态敏感性评价*
——以河源市东源县为例

雷 沙 魏 龙 肖 琳 郑晓钟 殷祚云

（1.仲恺农业工程学院，广东 广州 510220；2.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州510520）

随着全球人口的急剧增长和城市化的急速发展，人类土地利用活动引发了一系列生态环境问题，例如全球变暖、城市空气质量恶化、生物多样性锐减等[1-2]，导致生态系统的结构和功能发生重大变化[3-5]。近些年来，在经济发展取得长足发展的同时，环境破坏问题开始愈发凸显。为了减轻环境压力和缓解生态问题，中国已经建立的环境保护和生态文明建设体系，旨在应对未来的环境生态诸多问题。而生态环境敏感性作为反映区域生态环境问题的敏感程度[6]，对于生态环境的可持续发展至关重要。

生态环境敏感性是指生态系统对人类活动干扰和自然环境变化的反映程度，说明发生区域生态环境问题的难易程度和可能性大小[7]。全球环境问题日趋严重，生态环境是人类生存和可持续发展的必要前提，因此生态环境评价显得尤为重要[8]。生态敏感性评价实质是对现状自然环境背景下潜在的生态问题进行明确的辨识，并将其落实到具体的空间区域[9]。通过生态敏感性评价，可以清晰地把握区域生态敏感性的空间分异规律，有针对性的指导各地区进行不同程度的开发利用和保护，从而为政府制定相关规划和生态保护策略提供科学依据[10-11]。

国内外对生态敏感性的研究在不断深入，研究范围已从单一生态问题的敏感性分析深入到综合性生态敏感性评价[12-17]，从国土空间的生态敏感性评价到具体的矿山、村镇等生态敏感性评价[7，18-20]，呈现研究深度纵向拓展、研究广度逐渐精细化的发展趋势。已有成果被应用于生态功能区划[21]、土地利用[22]、自然保护区划定[23]、生态红线划定[24]等领域，取得了一定的成绩[25]。目前的评价方法以加权叠加法或最大值法为主[26-27]，随着主成分分析法、层次分析法(AHP)以及GIS空间分析法等方法的引入，对场地多因子进行综合叠加分析，使生态敏感性评价更为高效与科学[28]。

近年来众多学者对生态敏感性评价进行了大量研究，研究尺度呈现多样化，而县域尺度的生态敏感性评价较少，且评价指标多侧重自然要素[29]。本研究以河源市东源县为例，从自然层面和社会层面两个维度，因地制宜选取评价指标，利用层次分析法和GIS 空间分析功能建构东源县生态敏感性评价体系和模型。通过对东源县的生态敏感性分析，判断影响东源县的主要生态环境因素，了解生态敏感度因素和敏感区域的空间分异特征，从而为进一步识别生态保护重点区域、提出针对性的用地保护策略提供参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

东 源 县（N23°30′～24°30′，E114°15′～115°30′）位于东江中上游的河源市，毗邻粤港澳大湾区东北部，下辖21 个乡镇，区域总面积4 070 km2，森林覆盖率达74.37%，是广东省地域面积第二大县，占河源市面积的25.9%（图1）。东源县是粤港澳大湾区与粤东北山区的结合部，东邻龙川、五华，北接和平、连平，西连龙门、新丰，南靠河源市区和紫金。东源县地形北高南低，东西两侧多山，以丘陵为主。山地面积占全县总面积60%，河流、水库水面占10%，其中新丰江水库是华南地区第一大人工湖和4A 级旅游景区。东源县属中亚热带季风区，气温高，年均气温20.7 ℃，湿度大，日照时间长，雨量充沛。东源县已探明储量有10类32 个矿种，主要矿种为铁、稀土、萤石、石灰石、瓷土、花岗石等。县内已知哺乳动物种类有164 种，其中属国家二级保护动物的有水鹿Rusa unicolor、苏门羚Capricornis sumatraensis及白鹇Lophura nycthemera等，还有人工驯养的东北梅花鹿；已知野生维管束植物153 科450 属793 种[30]。

图1 东源县行政区划Fig. 1 Administrative divisions of Dongyuan county

1.2 数据来源

从数据获取的科学性和可获得性出发，东源县数据主要分为自然维度数据和社会维度数据，其中，自然维度数据包括高程、坡度、坡向、水环境、植被覆盖度、历史遗留矿山、水源保护区、地质灾害区和自然保护区，社会维度数据包括土地利用、人口密度分布和道路。数字高程模型(DEM)数据来自于地理空间数据云中的GDEMV2 30M 分辨率数字高程数据集(http://www.gscloud.cn/)，利用ArcGIS10.7 软件进行处理，获得高程、坡度、坡向等数据；植被覆盖（NDVI）影像数据来自于地理空间数据云Landsat8 OLI_TIRS 卫星数字产品数据集(http://www.gscloud.cn/)，选择2021年3 月拍摄的遥感影像，利用ENVI 软件进行处理，采用像元二分法得到植被覆盖数据；土地利用数据来自于国家基础地理信息中心的GLOBELAND30 全球开源数据，包括10 个类型的地类数据；水体数据和道路数据均来自国家基础地理信息中心(http://www.ngcc.cn/)；人口密度数据来自于中国科学院资源环境科学与数据中心的中国人口空间分布公里网格数据集(https://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=251)；历史遗留矿山点数据来自于中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心(http://www.agrs.cgs.gov.cn/)；水源保护区、自然保护区和地质灾害易发分区数据均来自于国家基础地理数据中心。以上所有数据均在ArcGIS10.7 中进行整理和处理，坐标统一到WGS_1984_UTM_Zone_49N 投影坐标系统。

1.3 研究指标的选择与分级

评价指标的选取对生态敏感性评价结果的合理性影响比较重大，生态敏感区是各种生态相关因素综合作用的结果[31]。由于生态系统的复杂性和综合性的特点[32]，为了更全面反映东源县的生态环境状况，结合东源县实际，在借鉴相关参考文献的生态敏感性评价构建的基础上，同时考虑数据的可获得性和科学合理性的原则，从自然和社会两个维度，选择植被覆盖度、土地利用、水环境、道路、人口密度、高程、坡度、坡向、历史遗留矿山点、水源保护区、地质灾害易发程度和自然保护区12 个评价因子建立东源县生态敏感性评价体系（表1）。参考多位学者的研究成果[31,33-39]，根据每个评价指标对河源市生态环境的影响不同划分为4 个等级：不敏感、低敏感、中度敏感和高度敏感，并分别为其赋值1、3、5、7进行量化，最终获得每个指标因子的生态敏感性空间分布图和评价指数。各评价因子敏感度等级分级指标如下表。

表1 东源县生态敏感性指标体系以及分级标准Table1 Indicators and weights of the ecological sensitivity of Dongyuan county

1.4 指标权重的确定

指标权重的判定方法多种多样，如专家咨询法(Delphi)、专家排序法、层次分析法（AHP）、秩和比法(RSR)、相关系数法、主成分析法和因子分析法等，本研究采用层次分析法确定评价因子的权重。层次分析法是一种定量与定性相结合的综合性评价方法，根据单因子的权重值与它对敏感性的影响成正比，两两比较单因子对生态环境的重要性确定各因子权重[36]。参考相关文献[33,35-36]，基于东源县的本地条件，采用层次分析软件yaahp 对各敏感性因子按照9 分制进行打分，得到12×12 的判断矩阵，并由一致性检测结果CR=0.069＜0.1 通过一致性检验，得到单因子的重要性权重值Wi（表2）。其中，权重值分别为高程(F1)是0.026 5，坡度(F2)是0.035 5，坡向(F3)是0.013 1，水环境(F4)是0.208 9，植被覆盖度(F5)是0.208 9，道路(F6)是0.019 8，土地利用(F7)是0.147 3，人口密度(F8)是0.013 1，历史遗留矿山(F9)是0.068 3，水源保护区(F10)是0.111 6，地质灾害区(F11)是0.051 7，自然保护区(F12)是0.095 4。

表2 指标因子对比矩阵Table2 Index factor contrast matrix

1.5 GIS 加权叠加

GIS 中实现加权叠加有多种方式，本研究主要通过重分类和栅格计算器来实现。根据重分类得到的单因子生态敏感性空间分布图和层次分析法获得的各评价因子的权重值，运用ArcGIS10.7 软件进行加权叠加分析得到东源县综合的生态敏感性空间分布图和相关面积大小。多因子加权叠加公式及模型，计算公式如下所示[8,10-11,19]：

式中，p表示综合性生态敏感性评价值，Wi表示由层次分析法得到的第i个评价因子的权重值，Ci表示第i个评价因子生态敏感性等级的评价值，n表示评价因子个数。

2 结果与分析

2.1 生态敏感性单因子分析

2.1.1 植被覆盖度生态敏感性分析 植物是生态系统的重要组成部分，植被覆盖度是描述生态系统的重要数据，同时也是区域生态环境演变的重要指标[29]。东源县东、西部多山，森林覆盖率达74.37%，植被覆盖率高。因此，如图2(a)所示，植被覆盖度生态敏感性总体较高，其中中、高度敏感区面积为3 385.61 km2，占东源县总面积的83.17%（高度敏感区为3 123.42 km2，占76.72 %；中度敏感区为262.19 km2，占6.44%），以森林、灌木地、草地等分布为主，低敏感区占5.60%，不敏感区占11.24%，以水体、裸地、建设用地为主要分布，其中东江、新丰江水库为主要的无植被覆盖区域。

2.1.2 水环境生态敏感度分析 水作为东源县主要组成部分，其存在的生态价值不言而喻。一般而言，距离水体越近，其生态敏感性越高；离水体越远，生态敏感性越低。东江和新丰江水库作为东源县主要的水资源来源，是重要的水源涵养区。如图2(b)所示，东源县高度、中度、低敏感区分别占东源县面积的22.59%、19.33%、16.77%，整体呈枝杈状分布，覆盖东源县全域；不敏感区面积为1 681.31 km2，占县域面积的41.31%。

2.1.3 土地利用生态敏感性分析 一般来说，林地、湿地等自然度高的土地用地类型的生态敏感性高于建设用地、裸地等的生态敏感性。如图2(c)所示，东源县土地利用类型受原有地貌的影响，生态敏感度以中度敏感为主，面积达到3 179.60 km2，占东源县面积的 78.11%，广泛分布于西部、中部以及东部多山地区；不敏感区面积最少，为87.60 km2，占县域面积的2.15%，主要分布城区和镇上人口密集的区域，南部主要靠近源城区，北部和东部主要为灯塔镇、船塘镇、黄田镇、柳城镇和康禾镇等镇中心区域；低敏感区和高度敏感区分别占东源县的10.78%和8.96%，低敏感度主要分布于城区和镇上向周围辐射地区，人口聚集度逐渐降低，而高度敏感度区分布在东源县东江和新丰江水库周围。

2.1.4 历史遗留矿山点生态敏感性分析 东源县作为广东省矿产资源主要集中地之一，受追求经济效益的影响，在大地上留下许许多多的伤疤，而山体滑坡、崩塌等地质灾害也伴随其左右。一般而言，越靠近历史遗留矿山点，生态敏感度越高。如图2(d)所示，高度、中度和低敏感度区域总面积为1 397.77 km2，占县域面积的34.33%，主要分布于东江以南的东部山区，集中在义和镇、黄田镇、康禾镇等多山地区；不敏感区占县域面积的65.67%，主要分布于东江以北地区。

2.1.5 坡度生态敏感性分析 坡度越大，生态系统稳定性越低，生态敏感度越高。如图2(e)所示，受东源县东部、中部以及西部山体的影响，中度和高度敏感区面积分别为1 615.60 km2和1 712.54 km2，分别占东源县面积的39.69%和42.07%，与东源县的高程敏感性呈正相关；不敏感区和低敏感区占县域面积的18.24%，主要分布于新丰江水库、东源城区以及镇上平坦地区。

2.1.6 高程生态敏感性分析 海拔越高，生物多样性越低，生态敏感性越高。东源县地形北高南低，东西两侧多山，以丘陵为主。如图2(f)所示，高度敏感度区域较少，面积仅为44.81 km2，占县域面积的1.10%，主要分布于中部和东部区域，以七目嶂、缺牙山、桂山、燕子岩、鳌鱼峰、蝉子顶、五指山等为主；中度敏感区和低敏感区面积分别为1 195.09 km2和776.74 km2，分别占县域面积的29.36%和19.08%，中度敏感区分布于西部和东部边界处，中部以曾田镇为中心向四周扩散，分布集中；不敏感区占县域面积的50.46%，集中分布于南北部，西部以新丰江水库向四周扩散。

图2 东源县生态敏感性单因子空间分布Fig.2 Single factor spatial distribution of ecological sensitivity in Dongyuan county

2.1.7 道路生态敏感性分析 主干道周围受车流噪音、尾气等的影响，生态敏感性高，随着距离的增加，对生态环境的干扰度降低，生态敏感性逐步减小。东源县东部丘陵地带干线较西部更为密集，生态敏感区集中于西部。如图2(g)所示，通过不同缓冲区距离进行敏感度划分，可以看到敏感区占县域面积的64.07%，占比较大，不敏感区占县域面积的35.93%，主要分布在西部新丰江水库周围。

2.1.8 坡向生态敏感度分析 坡向不同，山体接受日照时间不同，同时降雨量和蒸散量也会有差异，通过光照、温度、雨量和土壤质地等综合作用，坡向对植物的生长产生影响，引起植物于环境的生态关系发生变化。如图2(h)所示，由于东源县东西两侧多山，地势由北向南倾斜，因此中度敏感区和低敏感区占比较大，分别占县域面积的35.22%和34.92%；高敏感区和不敏感区占比较小，分别占县域面积的13.01%和16.84%，不敏感区集中分布于新丰江水库。

2.1.9 人口密度生态敏感性分析 人口密度越大，反映对环境的扰动越大，生态敏感性越低。如图2(i)所示，东源县山地面积占比60%，丘陵占比30%，因此人口集中分布于城区和下辖的各个镇上，主要为不敏感区，面积为65 km2，占县域面积的1.60%；敏感区占县域面积的98.40%，其中高度敏感区占县域面积的70.67%，中度敏感区占县域面积的24.64%，敏感区主要分布在西部和由城镇向四周扩散。

2.1.10 水源保护区生态敏感性分析 东源县水域面积占县域面积达10%，其中最重要的水源保护地是新丰江水库，越靠近水库，生态敏感性越高。如图2(j)所示，生态敏感区面积为923.75 km2，占县域面积的22.69%，为西部的新丰江水库及附近区域；不敏感区占县域面积的77.31%，为东源县东部的广大区域。

2.1.11 地质灾害区生态敏感性分析 东源县山地面积占7%，滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害广泛分布。如图2(k)所示，地质灾害空间分布较均匀，其中，高度敏感区面积为924.74 km2，占县域面积的22.71%，西部主要为锡场、半江镇和涧头镇，中部主要分布在双江镇、灯塔镇、曾田镇和黄田镇等，东部主要在叶潭镇和黄村镇等，分布广泛；中度敏感区和低敏感区面积分别为1 625.55 km2和1520.77 km2，占 县 域 面 积 的39.93% 和37.36%，中度敏感区主要分布在东江北岸，位于高敏感区周围，低敏感区主要分布在南部，分布集中；东源县无不敏感区分布，与多山原因有关。

2.1.12 自然保护区生态敏感性分析 越靠近自然保护区，生态敏感性越高，反之相反。如图2(l)所示，东源县自然保护区生态敏感性主要为不敏感区和高度敏感区，其中，高度敏感区面积为2 358.77 km2，占东源县面积的57.94%，主要分布在东源县的西部和东南部，西部主要为新丰江森林公园、万绿湖风景区、桂山风景旅游区、大面山等，东南部主要为山地地区；不敏感区面积为1 391.13 km2，占县域面积的34.17%，主要分布在东源县北部和南部地势平坦地区。

2.2 综合生态敏感性评价

通过对上述12 个指标因子的生态敏感性分析，利用GIS 的空间分析和加权叠加分析功能，得到东源县整体的生态敏感性空间分布，如下图3所示。

从图3 和表3 可以看出，东源县高度敏感和中度敏感区面积占县域面积的52.47%，低敏感区占40.85%，因此东源县综合的生态敏感性较高，以中度敏感和低敏感区为主，两者占东源县面积的83.81%，主要分布于东西部和南部，从自然维度来看，这些地区广泛分布着大面积的森林、水域，植被覆盖度高，生物多样性高，由于群落相对稳定、生态系统结构较完整，从社会维度来看，受人工干扰较小，抵抗力较强。不敏感地区面积占东源县面积的6.68%，占比最少，主要分布在南部和北部，南部以靠近源城区为主，北部以船塘镇向四周扩散，从自然维度来看，该地区地势平坦、植被覆盖度低，远离水源地区；从社会维度来看，这些地区道路分布集中，建筑密度高且人类活动密集。高敏感度所占东源县面积的9.51%，集中分布于东部和西部，西部以新丰江水库周围为主，东部散布于康禾镇和彰教镇山区，从自然维度来看，该地区地势起伏大，水源集中，历史遗留矿山点多并且易发生地质灾害，从社会维度来看，道路极少且人口密度低，但是由于矿山开采、植被破坏等活动，难以觉察，导致生态脆弱性增强。

表3 东源县生态敏感性分级分区统计Table3 Statistical of ecological sensitivity classification and zoning in Dongyuan county

图3 东源县综合生态敏感性空间分布Fig.3 Comprehension factor spatial distribution of ecological sensitivity in Dongyuan county

2.3 不同生态敏感区的用地策略

评价因子Index factors不敏感Non-sensitivity低敏感度Low-sensitivity中度敏感度Middle-sensitivity高度敏感度High-sensitivity面积/km2 Area比率/%Proportion面积/km2 Area比率/%Proportion面积/km2 Area比率/%Proportion面积/km2 Area比率/%Proportion坡度Slope 431.47 10.60 310.90 7.64 1 615.60 39.69 1 712.54 42.07人口密度Population density 65.00 1.60 125.87 3.09 1 002.68 24.64 2 876.44 70.67地质灾害区Divided region of geological disaster 0 0 1 520.77 37.36 1 625.55 39.93 924.74 22.71水源保护区Water source protection area 3 147.05 77.31 147.00 3.61 171.71 4.22 605.03 14.86综合生态敏感性Total sensitivity 437.43 10.74 1 624.72 39.91 1 713.47 42.09 295.76 7.26自然保护区Nature Reserve 1 391.13 34.17 152.52 3.75 168.53 4.14 2 358.77 57.94综合Total 271.88 6.68 1 662.59 40.85 1 748.47 42.96 387.06 9.51

通过图3 东源县综合生态敏感性空间分布图可以看出不同敏感用地的分布区域，敏感性的强弱代表该区域生态环境出现问题的可能性大小。因此，针对不同敏感性区域提出相对有效策略，按照生态保护、因地制宜等原则将高敏感区到不敏感区划定成保护为主和开发为主两种不同发展模式，在一定程度上能够优先保护生态敏感地区和促进生态环境的建设，同时也能大力发展经济。

（1）高敏感区占东源县面积的9.51%，主要分布于西部水库周围、中部和东部山区，这些区域虽然植被茂密，生物多样性较高，但由于海拔较高、坡度大，历史遗留矿山点多，生境破碎化严重，成为生态环境最脆弱的区域，应禁止开发建设活动并加强保护。西部区域包含东源县水源保护区，极易遭到污染，生态系统一旦遭到破坏，难以恢复，应加强缓冲区的建设，而核心区应禁止开发建设活动。中部和东部山区应加强森林营建，加强对山区防火宣传，同时可以在道路阻隔处建立生态廊道，保证生态系统的连通性和完整性。

（2）中度敏感区占东源县面积最大，占42.96%，也主要分布在西部、中部和东部，以高度敏感区向四周扩散为主，分布最广，生态环境较脆弱。该区域要辩证处理保护与发展的关系，在大力发展旅游业、服务业的同时保证生态系统的稳定性，如新港省级自然保护区、桂山风景旅游区、东江画廊风景区等。水土流失严重的中部和东部地区，采取封山育林等生态保护措施，修复历史遗留矿山区域，增加植被覆盖率，提高生态景观效果，将山体资源转化为旅游资源，如畬族黄龙岩景区等。西部依托新丰江水库，在保护核心区不受干扰的情况下，加大生态林、景观林的种植，保护水鹿等重要野生动物及其生境。

（3）低敏感度占东源县面积的40.85%，分布范围广，广泛分布与东源县丘陵地带。该区域地势起伏不大，是耕地、草地的集中区域，受周围环境的扰动较小，抗干扰性较强。该区域应加强基本农田的建设，建设高标准农田，同时因地制宜加强立体农业、生态农业的建设，大力发展生态示范园和亲子农园。

（4）不敏感区占比最少，占东源县面积的6.68%，主要分布北部和南部的平原地区，是城镇的集中分布区。该区域资源环境承载力强，属于重点开发建设区，要合理规划，使城镇发展符合生态园林城市的要求，合理调整土地利用结构，提升园林绿化率，提高个人绿化使用面积，改善人居环境。

3 结论与讨论

本研究从自然和社会两个维度出发，通过选择具有典型代表性的12 个评价指标构建东源县生态敏感性评价体系，将东源县分为不敏感区、低敏感区、中度敏感区和高度敏感区，分别占东源县面积的6.68%、40.85%、42.96%和9.51%。总言之，研究区域的生态敏感区较高，中度敏感和高敏感分布区域接近东源县面积的一半，主要分布在西部、中部和东部山区和流域周围。所有指标中植被覆盖度和水环境对东源县生态敏感性影响最大，土地利用和水源保护区在东源县生态敏感性空间分布中也扮演着重要角色，这与东源县具有较高的森林覆盖面积以及新丰江水库重要程度有关。同时东源县生态敏感性空间分布有明显的空间规律，西部、中部和东部生态敏感性高，南部和北部生态敏感性低。

东源县高敏感区生态环境极其脆弱，一旦遭到破坏，很难在短时间内恢复，因此这类区域是生态保护的重点区域，禁止开发建设和对外开发；中度敏感区具有一定的抗干扰能力，生态环境较脆弱，因此应当坚持保护优先适度开发，在发展旅游业的同时加强生态修复；低敏感区和不敏感区生态系统稳定，抗干扰能力强，可将各种用地做多用途开发建设，在加强生态环境保护的同时，促进旅游业和农业的融合发展，实现生态环境保护和经济发展的互利共赢。

评价因子的选择对区域生态敏感性的研究至关重要，基于生态敏感性因子的实地调查验证和本研究结果显示，12 个指标对东源县的生态环境都产生了一定的影响。张会霞等[8]选择高程、坡度、土壤质地等6 个因子对吕梁山区贫困县生态环境敏感性评价，周晓玉等[29]从自然和人文选取高程、地质灾害、水体和植被等8 个因子对霍山县进行了生态敏感性评价，袁领兄等[36]通过土地利用类型、植被覆盖度等5 个因子对太原市土地生态敏感性进行了评价，已有研究通常会选择5～8个评价因子对研究区域进行分析，本研究尝试选择12 个指标因子对该区域进行评价，以求更加全面了解当地的生态敏感性空间分布，但从自然角度来看，气候因素对区域生态环境的影响也至关重要，同样政策因素也会影响区域的发展状况，本次研究未能考虑在内。诚然，选择更多的指标因子可能对当地的生态敏感性做出更全面的识别，但是过多的因子会影响因子之间相对重要性的判断，间接影响研究的结果。

在不同程度的敏感区的识别过程中，最终所得结果与指标因子得分和权重值有关，因此不同因子权重值的赋予显得尤为重要。在不同用地类型的敏感性划分上，不同的研究区划分的标准不同，大多以研究者基于当地情况的主观判断为主，本次研究区域境内的新丰江水库是广东省重要的水源地和东江—深圳供水工程的水源水库之一，在划分敏感性时水环境得分为7，定位为高度敏感性区域，而其在所有指标因子中相对重要性程度高，因此所获结果高度敏感性的分布区域也在水域范围内及其周围。由于不同指标因子划分敏感性程度没有固定的标准，在不同区域进行研究时，需要研究者基于当地情况和所获数据给出评判标准，获得相对客观的敏感性分级，最终能得出客观的研究结果，对于如何得出更加客观的结果，仍需对指标因子的选择和划分标准做进一步探索。