基于GIS的寧夏生態環境敏感性綜合評價

朱志玲，吳詠梅，張 敏

（1.寧夏大學 資源環境學院，銀川750021；2.銀川能源學院建筑工程學院，銀川750105）

生態環境和社會經濟發展之間的矛盾與沖突已成為區域經濟發展面臨的嚴峻挑戰。保護和改善生態環境已經成為當今世界各國日益重視的重大問題。目前，國外對于生態敏感性研究主要針對單一生態敏感性問題展開[1]。早在1980年，Suffling提出了從生態敏感到生態擾動的指標[2]，Horne研究了澳大利亞雨林對選擇性伐木的生態敏感性[3]，Rodriguez研究了大陸架生態敏感性[4]，Japtap則研究了濕地生態敏感區的海草生態系統[5]等。國內研究目前已從單一生態敏感性問題發展到基于單一生態敏感性評價的生態敏感性綜合評價，包括中國生態環境的敏感性及其區域分布規律[6]、省域尺度的生態敏感性[7]及流域和城市范圍的生態敏感性[8－9]等研究。本文基于GIS技術，運用單因子敏感性評價和多因子加權幾何平均法，對寧夏生態環境敏感性進行綜合評價，以期為寧夏生態環境保護和區域經濟可持續發展提供理論依據。

1 寧夏生態環境現狀

寧夏面積5.18萬km2，占我國國土面積的0.6%，其輪廓表現為南北狹長、東西短窄，黃河從中北部穿越，地處中國地質、地貌“南北中軸”的北段，處在黃河中上游及黃土高原與沙漠的過渡地帶，位于中國自然區劃的三大自然區——東部季風區、西北干旱區和青藏高寒區的交匯區附近[10]。寧夏深居中國內陸，遠離海洋，西、北、東三面為沙漠環繞，其獨特的自然地理位置決定了寧夏自然環境具有過渡性、多樣性、干旱性及脆弱性等特征。干旱多風，植被稀少，水蝕風蝕活躍等眾多因素的影響導致寧夏生態環境容量低，自我修復能力和自然凈化功能差，極易發生生態破壞或環境污染。此外，復雜的自然環境特征決定了寧夏生態系統類型的多樣性，包括森林、草地、荒漠、水域、農田和城鎮等。各類生態系統相互作用，共同維持生態環境的穩定和平衡。但是，由于水熱組合不協調，自然生態系統功能低，加之人為活動的影響，原本脆弱的生態環境進一步惡化，呈現人口、資源和環境之間的惡性循環。

2 寧夏生態環境敏感性評價

生態環境敏感性是指生態系統對區域中各種自然和人類活動干擾的敏感程度，它反映的是區域生態系統遇到干擾時，發生生態環境問題的難易程度和可能性大小，也就是在同樣的干擾強度或外力作用下，各類生態系統出現區域生態環境問題的可能性，用于表征外界干擾可能造成的結果[11]。區域生態敏感性評價可為區域發展規劃、產業布局、生態環境整體規劃提供參考。

2.1 寧夏生態環境敏感性評價指標體系

依據寧夏生態環境現狀和主要生態環境問題，本文選取土壤侵蝕、土地沙化、土壤鹽漬化3個主要生態敏感問題及其影響因子作為評價指標。參照國家環保總局2002年出臺的《生態功能區劃暫行規程》及研究區現狀，建立的評價指標體系如表1所示。

表1 寧夏生態環境敏感性影響因素及分級

式中：R——降雨侵蝕力[（J·cm）／（m2·h）]；Pi——月降雨量（mm）。

根據公式（1），利用全省各氣象站點2001—2010年的降雨記錄資料計算出寧夏各氣象站點的R值，在地理信息系統軟件支撐下得到降雨侵蝕力R對土壤侵蝕的敏感性圖（附圖1a）。

（2）土壤質地。土壤質地是影響土壤侵蝕的主要因素之一。土壤質地以石礫和砂粒為主的地區，地表不易被侵蝕；土壤質地為砂土和黏土的區域，土壤侵蝕較敏感；面砂土、偏砂性壤土廣布的區域土壤侵蝕更加敏感；土壤質地為沙壤土、粉黏土、壤黏土為主的區域極易發生土壤侵蝕。土壤質地對土地沙化來說，土壤質地為基巖、礫巖的區域，其土地沙化敏感性等級為不敏感和輕度敏感區；土壤質地為壤土偏黏性的區域，土地沙化敏感性等級為中度敏感區；土壤質地為壤土偏沙性的區域，土地沙化敏感性屬于高度敏感；土壤質地為沙質區域，其土地沙化敏感性等級為極敏感。在此基礎上以寧夏土壤類型圖為基礎圖件，利用GIS軟件生成全省土壤質地對土地沙化的敏感性圖（附圖1b）。

（3）地形起伏度。通過利用ArcGIS軟件在Spatial Analysis下使用柵格鄰域計算工具對1km×1 km的寧夏地形DEM影像進行處理，得到寧夏地形起伏度等級分布圖。在此基礎上利用GIS軟件，結合上述分級標準生成地形起伏度對土壤侵蝕的敏感性圖（附圖1c）。

（4）植被類型。結合上述土壤侵蝕敏感性分級指標，根據2006年寧夏回族自治區資源環境地圖集中1∶350萬的寧夏植被類型分布圖等資料，利用地理信息系統軟件生成全省植被類型對土壤侵蝕和土地沙化的敏感性圖（附圖1d，e）。

（5）濕潤指數。結合2001—2010年寧夏年降水量和蒸發量相關數據和資料，以比例尺為1∶350萬

2.2 寧夏生態環境敏感性評價方法

根據寧夏主要生態環境問題及影響因素，寧夏生態環境敏感性評價利用基礎圖件資料（寧夏行政區劃區圖、土壤類型圖、氣候區劃圖、植被類型分布圖、水土流失現狀圖等）與各類基礎數據，運用GIS技術繪制區域單要素敏感性空間分布圖（附圖1），在此基礎上進行多因素綜合評價。

2.2.1 單因子評價

（1）降雨侵蝕力R。降水是影響土壤侵蝕的主要因子，參考湯小華[12]等的大量研究成果，降雨侵蝕力R的簡便算式為：的寧夏干燥指數圖為基礎圖件，利用GIS軟件生成全省濕潤指數對土地沙化的敏感性圖（附圖1f）。

（6）冬春季大于6m／s的大風天數。根據2001—2010年寧夏各氣象站點的冬春季大風天數，利用GIS軟件生成全冬春季大于6m／s的大風天數對土地沙化的敏感性圖（附圖1g）。

（7）蒸發量／降水量。結合上述分級標準，利用寧夏全省各氣象站點的多年平均降雨量和蒸發量得出二者的比值，以2006年寧夏回族自治區資源環境地圖集中1∶350萬的寧夏年蒸發量和降水量圖為基礎圖件，在此基礎上運用GIS軟件繪制蒸發量／降水量對土壤鹽漬化的敏感性圖（附圖1h）。

（8）地下水埋深。以寧夏水利工程圖和灌區地下水埋深圖為基礎圖件資料，利用GIS軟件繪制地下水埋深對土壤鹽漬化的敏感性圖（附圖1i）。

（9）地下水礦化度。參考2006年寧夏資源環境地圖集中寧夏地下水礦化度數據及相關資料，以比例尺為1∶180萬的寧夏地下水系統圖為基礎圖件，利用GIS軟件繪制地下水礦化度對土壤鹽漬化的敏感性圖（附圖1j）。

（10）地形與土壤鹽漬化。地形因素對與土壤鹽漬化而言，山區和洪積平原、三角洲地區土壤不易發生鹽漬化，其土壤鹽漬化敏感性等級為不敏感和輕度敏感；泛濫沖積平原區為中度鹽漬化區；河谷平原區土壤鹽漬化敏感性等級為高度敏感；閉流盆地易發生土壤鹽漬化，其土壤鹽漬化敏感性等級為極敏感。在此基礎上結合土壤鹽漬化分級標準，以2006年寧夏回族自治區資源環境地圖集中1∶180萬的寧夏地形地貌圖及相關資料為基礎圖件，利用GIS軟件繪制地形對土壤鹽漬化的敏感性圖（附圖1k）。

2.2.2 多因子綜合評價 從單因子分析得出的生態環境敏感性，只反映了某一因子的作用程度，要將各類生態環境敏感性的區域差異綜合地反映出來，則根據上述各項因子的敏感性分級進行賦值（C），通過以下計算公式來計算土壤侵蝕敏感性指數：

式中：SSj——空間單元生態環境敏感性指數；Ci——i因子敏感性等級值。然后根據表1中的分級標準來確定各類生態環境敏感性分布[13]。

根據公式（2），利用地理信息系統軟件中的空間疊加分析功能，將各主要生態環境的單因子敏感性圖層進行疊加，計算每一個空間單元的各類生態環境問題敏感性指數，最后根據表1中的分級標準得到寧夏生態環境敏感性評價圖。

3 寧夏生態環境敏感性評價結果

3.1 土壤侵蝕敏感性評價結果

通過多因素綜合評價得到寧夏土壤侵蝕敏感性綜合評價結果。寧夏土壤侵蝕敏感性分不敏感、輕度敏感、中度敏感及高度敏感4個等級，如附圖2a所示。

（1）不敏感區。主要分布在引黃灌區，主要包括惠農區、平羅縣、銀川平原、青銅峽灌區以及衛寧平原的部分地區。本區大部分位于銀川平原，是寧夏自然地理條件最好的區域，也是寧夏區域經濟發展最快的區域。該區地形平坦，是寧夏引黃灌溉農業的集中區；土壤類型以石礫和沙土為主；植被稀少，常年干旱少雨，日照充足，不易發生土壤侵蝕。

（2）輕度敏感區。主要分布在陶樂、靈武、吳忠的部分地區以及中寧、鹽池和同心北部地區。本區地處寧夏中部干旱帶，自然環境條件惡劣，生態環境脆弱，水資源貧乏。地貌類型屬于丘陵臺地，地形比較平坦，起伏不大。由于地處黃土區北緣以北，地表組成物質較粗，土地沙化和草地退化現象嚴重。氣候干旱，大風多沙，日照充足，降水稀少，蒸發強烈，土壤侵蝕輕度敏感。

（3）中度敏感區。主要集中在寧南黃土丘陵區、中衛的大部分地區以及賀蘭山山前洪積平原地帶。本區主要分布在寧南黃土丘陵區，由于黃土廣布，地表植被覆蓋度低，新構造運動活躍，加之人為活動的影響，水土流失現象十分嚴重。土壤侵蝕模數在5 000t／（km2·a）以上。賀蘭山山前洪積平原地帶降水較豐富，土壤類型以粉黏土為主，加之畜牧業生產的影響導致該區土壤侵蝕現象也比較嚴重。

（4）高度敏感區。主要分布在北部賀蘭山森林灌叢草原區和南部六盤山、南華山山區。本區地處寧夏山地地貌類型區，地形起伏大，自然垂直帶分明，氣候、植被、土壤發生明顯更替，降水豐富，降雨侵蝕力強，加之農業生產過程中的亂砍、濫伐等人為活動的影響，使本區成為寧夏土壤侵蝕的高度敏感區。

3.2 土地沙化敏感性評價結果

通過寧夏土地沙化敏感性綜合評價，結果顯示：寧夏土地沙化敏感性分不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感和極敏感5個等級，如附圖2b所示。

（1）不敏感區。北部主要分布于賀蘭山山地；南部主要分布于六盤山山地，西吉縣的月亮山以東（包括火石寨、白崖、沙溝和偏城等地區），原州區的西南部和隆德縣的中部地區。本區植被覆蓋度高，年降水量大，蒸發量小，濕潤指數大，冬春季大于6m／s的大風天數小于15d，此外，土壤質地以基巖和礫巖為主，不易形成沙質地表，為寧夏土地沙化不敏感區。

（2）輕度敏感區。主要分布在北部灌區（包括惠農區東南部、平羅縣、陶樂縣的西北部、銀川市的大部分，青銅峽市、靈武市西部、利通區和中寧縣的東南部）以及南部黃土丘陵區（包括西吉縣、彭陽縣、原州區、隆德和涇源兩縣）。北部灌區地形平坦，土壤類型以粉砂土為主，常年降水稀少，日照強烈，濕潤指數小，且冬春季大風天數多，加之灌區農業生產的發展，疏松的地表容易沙化。寧南黃土丘陵區地表黃土廣布，土質疏松，畜牧業的發展使草甸草原退化，地表遭到一定程度的破壞，易造成土地沙化。但由于本區降水豐富，蒸發小，濕潤指數大，植被覆蓋度較寧夏中、北部地區大，使本區的土地沙化得到了一定程度的緩解，屬于寧夏土地沙化輕度敏感區。

（3）中度敏感區。主要位于賀蘭山東麓以及嚴重風沙化區域的周邊地區。北部主要位于賀蘭山與青銅峽灌區的中間地區，長城沿線以東，包括惠農區、大武口區和青銅峽市的西部和中寧的北部；中部主要位于牛首山以南、太陽山鎮以西，中寶線以東、大小羅山以北的區域。南部主要位于小羅山以南、云霧山以北，同心東部（包括下馬關鎮、田老莊、馬高莊、預旺、張家垣），海原和固原的北部（云霧山以北，包括七營、炭山、黑城、寨科）等區域。賀蘭山東麓洪積平原區泥沙堆積，土質疏松，原有的草甸草原生態系統遭到人為以及山洪等自然災害的影響，使本區的土地沙化現象日益嚴重。位于中部干旱帶高度沙化區周圍的大部分荒漠草原區，常年干旱少雨，蒸發強烈，冬春季大于6m／s大風的天數在60d左右，風沙危害嚴重，加之人為活動使草場嚴重退化，極易導致土地沙化進一步惡化，屬于寧夏土地沙化中度敏感區。

（4）高度敏感區。主要分布在與毛烏素沙漠接壤的鹽池大部分地區以及紅寺堡移民區的部分地帶。包括靈武縣域內東部的區域，形成靈武豬頭嶺沙漠帶（包括臨河鎮、東塔鎮、金銀灘鎮、扁擔溝鎮、寧東鎮、馬家灘鎮和崇興鎮的一部分）；鹽池的鐵柱泉—哈巴湖流沙帶（高沙窩鎮、花馬池鎮、馮記鎮、青山、惠安堡和大水坑鎮）。本區由于受東部邊緣毛烏蘇沙地的影響，土地沙化程度嚴重，加之區域內常年干旱少雨，植被稀少，荒漠與荒漠草原面積大，土地沙化高度敏感。

（5）極敏感區。主要集中在與騰格里沙漠接壤的中衛市的北部邊緣地帶（包括鎮羅鎮、柔遠鎮、東園鎮、迎水橋鎮、常樂鎮等地）。本區位于寧夏中部干旱帶，受騰格里沙漠南緣的影響，成為寧夏土地沙化最嚴重的地區，加之區域內部惡劣的自然環境的影響，土地沙化面積容易擴大，為寧夏土地沙化的極敏感區。

3.3 土壤鹽漬化敏感性評價結果

寧夏土壤鹽漬化敏感性綜合評價結果顯示：寧夏土壤鹽漬化敏感性分不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感和極敏感5個等級，如附圖2c所示。

（1）不敏感區。主要分布在賀蘭山和六盤山區、中衛市北部邊緣沙漠地帶以及寧南黃土丘陵地區。賀蘭山和六盤山山地和寧南黃土丘陵區地形起伏大，氣候濕潤，降水豐富，蒸發量小，地下水水質屬于淡水或微咸水，礦化度小于1g／L和1～3g／L之間。加之本區內旱作農田面積大，灌溉農業不發達，土壤不易鹽漬化。

（2）輕度敏感區。主要分布在中部干旱帶的大部分地區，包括中衛的中、南部，海原、鹽池的大部分地區；其次，有少部分分布在賀蘭山山前洪積平原區，陶樂東部邊緣地帶。本區地形平緩，以低山丘陵和山間平原為主，降水少蒸發強，地下水位較淺，水質以半咸水為主，礦化度達3～5g／L，灌溉農田區地下水礦化度大于5g／L，加之人為活動的影響，使本區出現輕度的土壤鹽漬化。

（3）中度敏感、高度敏感和極敏感區。主要分布在北部引黃灌區（包括惠農、平羅、賀蘭、銀川三區、青銅峽、衛寧灌區、中寧、中衛的部分地區）、中部揚黃灌區（包括中寧、紅寺堡、鹽池中部閉流盆地）以及庫井灌區（包括海原東部邊緣地帶、同心西部邊緣地帶及紅寺堡的大部分地區）。這些區域地形平坦，以平原為主，容易造成地表水的沉積。地下水礦化度大于5 g／L，地下水位淺。北部引黃灌區、紅寺堡揚黃灌區以及南部清水河流域庫井灌區農業發展導致嚴重的土壤鹽漬化現象。

3.4 寧夏生態環境敏感性綜合評價結果

基于上述單因子評價，參考《生態功能區劃暫行規程》，利用GIS技術將土壤侵蝕敏感性、土地沙化敏感性、土壤鹽漬化敏感性評價結果圖件進行空間疊置，對不同屬性的空間單元進行分級賦值評價和屬性聚類，得到寧夏生態環境敏感性綜合評價結果及空間分布規律。評價結果顯示：寧夏生態環境敏感性分4個等級，即高度敏感、中度敏感、輕度敏感和不敏感。不同敏感區分布狀況如附圖2d所示。

（1）不敏感區。主要分布在森林生態系統類型區，包括北部賀蘭山天然林區和六盤山森林自然保護區及森林灌叢草甸區。本區水土流失現象嚴重，其他生態環境敏感性問題并不顯著。

（2）輕度敏感區。主要分布在寧南黃土丘陵區、鹽池南部低山丘陵臺地區以及北部引黃灌區。中度水土流失和土壤鹽漬化是本區主要的生態環境問題，生態環境敏感性綜合評價為輕度敏感。

（3）中度敏感區。主要分布在寧夏中部干旱帶生態環境脆弱區以及賀蘭山山前洪積平原區，包括中衛中南部、吳忠、海原和同心的大面積草原及荒漠草原分布區以及鹽池中部閉流區。土地逐步沙化和草場退化是本區的主要生態敏感問題。

（4）高度敏感區。主要分布在土地沙化嚴重的地區，包括陶樂東部邊緣荒漠地帶、與騰格里沙漠接壤的中衛北部邊緣沙漠區、靈武東部礦區土地沙化區以及深受毛烏蘇沙地影響的鹽池大面積的荒漠及荒漠草原分布區。

4 結論

（1）寧夏生態環境敏感性分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感4個等級。寧夏中部干旱帶是寧夏生態環境高度敏感區；輕度敏感區主要分布在北部銀川平原和衛寧平原以及南部丘陵地區；不敏感區主要集中在賀蘭山及六盤山山區地帶。

（2）主要的生態敏感問題是土地沙化、土壤鹽漬化以及土壤侵蝕。土地沙化敏感區主要集中在寧夏中部干旱帶的荒漠以及荒漠草原區，土壤鹽漬化敏感區主要分布在寧夏北部引黃灌溉農田區，土壤侵蝕敏感區主要分布在賀蘭山和六盤山森林生態系統類型區。

（3）生態環境問題是制約區域發展的主要因素，本研究明確寧夏生態環境敏感性空間分布規律，為寧夏環境保護與生態建設以及區域社會經濟發展政策的制定提供理論依據，對區域可持續發展具有重要意義。

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