基于GIS的桂林市區生態敏感性分析

胡金龍　王金葉　羅楠

摘要：以桂林市區的生態敏感性問題為研究對象，選取坡度、高程、水域、植被覆蓋指數（NDVI）、土地利用類型5個敏感性因子，利用層次分析法（AHP）確定敏感性因子權重，結合GIS空間分析技術，得到桂林市區生態敏感性的空間分布。結果表明，桂林市區生態敏感性總體較高，區域差異比較明顯；高度敏感區、中度敏感區、低度敏感區和不敏感區分別占研究區總面積的16.7%、31.0%、27.8%和24.5%。對桂林市區生態敏感性進行分析，并提出分區保護與建設的建議，為桂林市區生態環境保護和產業經濟布局提供參考。

關鍵詞：生態敏感性；空間分析；GIS；桂林市區

中圖分類號：X171.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）07-1561-04

隨著社會經濟的快速發展，生態環境問題日益突出，進行生態敏感性分析，制定生態環境保護規劃，指導區域社會經濟建設是目前世界各國和地區面對日益嚴重的生態環境問題普遍采用的戰略[1]。桂林作為國家旅游綜合改革試驗區，經濟和社會加速發展，人地矛盾日益尖銳，綜合評價桂林市區生態敏感性對于桂林市區環境保護規劃和產業布局具有重要參考價值。

目前，國內對生態敏感性研究主要集中在以下兩個方面：一是單一生態敏感性問題的研究，如土壤鹽漬化敏感性分析、水土流失敏感性分析、生態系統對酸沉降敏感性分析等[2-4]；二是基于單一生態敏感性評價的生態敏感性的綜合性研究，如北京市域生態敏感性綜合評價、徐州生態敏感性分析、萬泉河流域生態敏感性分析、阜康市生態敏感性評價研究等[5-8]。研究尺度上以流域、地區等大尺度居多，以縣級或鎮級的小尺度的研究較少[9，10]。關于生態敏感性的綜合性研究不多，關于城市生態敏感性的研究則更少，目前對桂林市區生態敏感性評價的研究尚未見報道。以桂林市區生態敏感性作為研究對象，選擇有區域代表性的5個生態因子，利用層次分析法（AHP）和GIS空間分析技術對桂林市區生態敏感性進行綜合評價，探討各敏感分區保護與建設的對策。

1 研究區概況

桂林市位于廣西東北部，南嶺山系的西南端，地勢北高南低，平均海拔150 m，為典型的喀斯特巖溶地貌，是中國歷史文化名城和國際著名的風景旅游城市，轄 5 個城區12個縣，全市土地面積27 800 km2。行政區地處東經109°36′-111°29′、北緯24°15′-26°23′。研究的范圍主要選取桂林市區，其處于南北向巖溶盆地內的漓江河谷階地和峰林平原之上，包括秀峰、疊彩、象山、七星、雁山五區，總面積約560 km2。

2 資料收集與方法

2.1 資料收集與處理

采用的資料有桂林市區2006年9月TM遙感影像、桂林市1∶5萬地形圖、桂林市區30 m×30 m DEM數據（NASA 2009）、桂林市區2006年1∶1萬土地利用現狀圖以及行政區劃圖。利用ERDAS 9.2遙感圖像處理軟件對2006年TM遙感影像進行處理，獲得土地利用類型、植被覆蓋指數、水域等數據。利用ArcGIS 9.3對DEM數據進行處理，提取高程、坡度數據。

2.2 研究方法

首先根據研究區實際情況，選取生態敏感性評價因子構建評價體系，然后對各因子進行提取計算，并分級賦值，完成單因子生態敏感性評價；通過層次分析法獲得各因子權重，最后對各單因子生態敏感性進行空間疊加分析，完成生態敏感性綜合評價。

2.2.1 評價因子的選取與等級劃分 參考相關研究結果[11，12]，結合桂林市區的生態環境特點，遵循綜合性、代表性與可操作性的原則，最終選取坡度、高程、水域、植被覆蓋指數（NDVI）、土地利用類型5個生態因子作為敏感性分析的主要因子。各因子敏感性劃分為4個等級，按高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感分別賦值為7、5、3、1，具體分級標準見表1。

2.2.2 評價因子權重的確定 各單因子在評價中對生態敏感性的影響程度不同，應該具有不同的權重。采用層次分析法（AHP）確定各因子生態敏感性權重，為減小指標之間的相關性，AHP只包括目標層和指標層。目標層為綜合生態敏感性，指標層為選取的5個生態因子。然后利用專家打分法構造判斷矩陣，計算各生態敏感性評價因子的權重。坡度、高程、水域、植被覆蓋指數（NDVI）、土地利用類型權重值分別為0.206 2、0.147 6、0.211 7、0.187 7、0.246 8。

2.2.3 空間疊加分析 利用ArcGIS 9.3的空間分析（Spatial analysis）模塊對5個單因子生態敏感性圖層進行空間加權疊加，計算出生態敏感性綜合得分，并獲得綜合生態敏感性圖。生態敏感性數學模型[7]見公式（1）。

式中，i為評價單元編號，k為評價因子編號，n為評價因子總數，Si為第i個評價單元的綜合值，Wk為第k個評價因子的權重，Ci（k）為第i個評價單元的第k個評價因子敏感性評價值。

3 結果與分析

3.1 單因子生態敏感性分析

3.1.1 坡度生態敏感性分析 坡度是影響生態敏感性的重要因子，與區域內的水土流失緊密相連，坡度越大水土流失越嚴重，生態系統就越脆弱，生態敏感度越高。研究區坡度因子的總體敏感度不高，坡度大于25°的面積為5 189.2 hm2，占總面積的9.3%，屬高度敏感區，主要分布在桂林市東南、西北部郊區的山體；坡度在15°～25°的面積為7 008.1 hm2，占總面積的12.5%，屬中度敏感區，主要分布在東南、西北部鄰近高敏感區的區域；低度敏感和不敏感區域分別占總面積的30.3%和47.9%，廣泛分布于研究區內（表2，圖1a）。

3.1.2 高程生態敏感性分析 研究區屬典型的喀斯特地貌景觀，基于高程因子的生態敏感性總體較低。高度敏感和中度敏感區分別占總面積的4.0%和13.7%，主要分布在北部、南部的郊區山體；低度敏感區占總面積的33.6%，主要分布在北部、南部郊區及中心城區的低山地帶；不敏感區占總面積的48.7%，廣泛分布于桂林市區的平坦地區（表2，圖1b）。

3.1.3 水域生態敏感性分析 桂林中心城區水系發達，連通性好，但郊區水體破碎化嚴重，水域面積較小，基于水域因子的生態敏感性總體較低。高度敏感和中度敏感面積總計9 451.1 hm2，占研究區面積的16.9%，主要分布在中心城區，主要為重要河流、水庫及其周圍200 m的范圍，一般河流、湖泊及其周圍50 m范圍；低度敏感區總面積8 437.8 hm2，占研究區的15.1%，主要為重要河流、水庫200～500 m緩沖區及一般水域50～100 m緩沖區；不敏感區總面積38 093.0 hm2，占研究區的68.1%，主要為建設用地、林地、耕地等遠離水域的地區（表2，圖1c）。

3.1.4 植被覆蓋生態敏感性分析 研究區山林面積大，植被覆蓋率高，基于植被覆蓋的生態敏感性總體較高。高度敏感和中度敏感區占研究區總面積的63.4%，主要為城市郊區的山林、平坦地帶的林木和果樹。低度敏感區占研究區的26.9%，主要為城市郊區的耕地和草地；不敏感區占研究區的9.7%，主要包括水域和建設用地等無植被覆蓋的區域（表2，圖1d）。

3.1.5 土地利用的生態敏感性分析 桂林市區的土地利用類型主要有林地、耕地、水域、草地、建設用地、未利用地等，其中林地面積占53.9%，具有較高的生態服務價值。桂林市區土地利用生態敏感性總體較高，高度敏感區和中度敏感區面積合計35 521.7 hm2，占研究區總面積的63.4%，主要分布在桂林市區內林木覆蓋度較高的山體以及貫穿市區的兩江四湖環城水系，郊區的水庫、湖泊，主要是林地和水域，對于改善城市生態環境、維護區域生態安全具有關鍵的作用。低度敏感區占總面積的23.1%，主要為桂林郊區的耕地，不敏感區占研究區總面積的13.5%，主要集中分布于中心城區、郊區鎮村的大量居民點以及零星分布的未利用土地（表2，圖1e）。

3.2 生態敏感性綜合評價

在GIS技術的支持下，將5個單生態敏感性因子進行疊加，獲得桂林市區綜合生態敏感性空間分布圖（圖1f），并對屬性數據進行統計分析。結果表明，研究區綜合生態敏感性較高，總的分布規律為東北、西南部郊區地帶敏感性高，中心城區敏感性低。高度敏感區面積為9 356.0 hm2，占研究區總面積的16.7%，主要分布在東北、西南部山區以及漓江兩岸的部分區域，其坡度較大，地勢較高，植被覆蓋率高，土地利用類型多為有林地和灌木林地。中度敏感區面積為17 352.8 hm2，占研究區總面積的31.0%，主要分布在城市東北、西南部及城市中心區，為市區內重要河流、湖泊、水庫以及郊區低山地帶；低度敏感區面積為15 542.6 hm2，占研究區總面積的27.8%，主要為耕地、部分低覆蓋度林地和果園；不敏感區面積為13 730.4 hm2，占研究區總面積的24.5%，主要為中心城區的居民、商業、工業等建設用地以及部分地勢平坦的耕地（表2）。

4 不同生態敏感區用地策略

4.1 高度生態敏感區

高度生態敏感區屬脆弱生態環境區，生態系統穩定性差，極易受到人為干擾，而且一旦破壞短期很難恢復，此類區域應作為重點保護區。區域內應當禁止開發建設活動，嚴禁亂墾濫伐、過度放牧等有損生態環境的活動，保持原生生態系統的完整性，避免人為干擾；加大桂林郊區荒山造林、退耕還林、石漠化山體治理的力度，減少水土流失，提高森林覆蓋率，恢復與保護原生植被，提高生態系統的多樣性和穩定性，促進生態系統良性循環；在保護優先的前提下適度開展生態旅游，以不破壞保護對象為原則，嚴格實施生態旅游管理。

4.2 中度生態敏感區

中度生態敏感區屬于生態環境較為脆弱的區域，雖對外界的干擾活動具有一定的抵抗能力，但較易遭受人為的干擾，從而造成生態系統的擾動與不穩定，此類區域應作為控制發展區。在中度敏感區開發中要正確處理開發與保護的關系，遵循“在保護中開發，在開發中保護”的原則，避免對生態環境的破壞。合理規劃布局區域內的水系河網，理清搞活河湖水系，加強水域、水生態、水質的保護，合理適度利用岸線及濱水空間，并以主要水系河網為骨架構建區域性生態廊道；加大封山育林、退耕還林力度，積極發展經果林、風景林、防護林，提高區域森林覆蓋率，促進生態產業的發展，適度發展鄉村旅游，以旅游資源優勢促進當地經濟發展。

4.3 低度生態敏感區和不敏感區

低度生態敏感區和不敏感區系統穩定性較好，敏感性較低，承受外界干擾的能力較強，對生態環境的影響不大，適合較大強度的開發建設，可作為適宜發展區。在區域開發過程中，統籌優化土地利用結構和布局，盡量不占或少占耕地，注重人工與自然環境的協調發展，嚴格控制“三廢”。對于低度敏感區，應嚴格保護基本農田，加強河流、湖泊、廢棄地等的綠化建設，恢復和維持水系湖泊的自然形態，提高區域生物多樣性。對于生態不敏感地區，應發展循環經濟，建設生態示范區、生態城鎮，努力改善人居環境，完善城市可持續發展的重要基礎設施，實現社會經濟健康可持續發展。

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