基于RS與GIS的洞庭湖區生態承載力時空評價

張 猛，秦建新，符 靜

（1.湖南師范大學 資源與環境科學學院，湖南 長沙 410000）

1 研究區概況

洞庭湖區地處長江中游荊江南岸，跨湘、鄂2省，囊括長江中下游的弱勢生態區域，本研究選擇的范圍位于湖南省行政區內的洞庭湖區，為環繞洞庭湖水域的丘陵和沖擊平原地區，地處湖南省東北部涉及益陽市、岳陽市和常德市，共包括8個縣級單位、4個縣級市以及7個區。湖區產業基礎較好，內外交通便利，生態資源獨特，城鎮分布密集，具備潛在的發展空間。研究區域面積3.2萬km2，占湖南省面積的15%；研究區人口1 147.72萬，占全省的16.05%；GDP總量為3 858.34億元，占全省的比例為19.62%。

2 研究方法及生態承載力計算

2.1 生態足跡方法簡介

生態足跡指特定區域內一定人口的自然資源消費、能源消費和吸納這些消費產生的廢棄物所需要的生態生產性土地面積（包括陸地和水域），表明人類社會發展對環境造成的生態負荷。生態足跡越大，對環境的破壞越大。生態足跡方法的核心思想是通過比較一個地區的的生態承載力需求和供給的差距，來判斷該地區可持續發展的狀況。生態足跡分析法用生物生產性土地的概念代表自然資本，并為各類自然資本在全球尺度上的比較提供了一個統一的度量標準，即全球gha，利用這一均衡后的面積單位度量生態足跡和生態承載力，實現了不同地區、不同類型土地的生態足跡與生態承載力的可加與可比性。

生態承載力模型：

其中，ECC為區域總的生態承載力；N為總人口數；ecc為人均生態承載力；aj為實際人均占有的第j類生物生產土地的面積；rj為均衡因子；yj為產量因子。總生態承載力為各類土地生態承載力之和。生態承載力模型的來源及具體使用方法可參考相關文獻。

2.2 基礎數據來源及處理

以1993年、2000年、2008年3期Landsat TM 遙感影像（分辨率為30 m）為數據源，數據獲取均為枯水期（11月至第2年2月），參照生態足跡模型的生物生產土地分類，將以上3期土地利用/覆被數據劃分為6種主要類型：水域、草地、耕地、林地、建設用地和未利用地，利用遙感影像處理軟件ENVI4.8,對遙感影像進行預處理和人機交互解譯，并通過ArcGIS軟件獲得3期比例尺為1︰50萬的洞庭湖區土地利用/覆被類型圖，并進行了野外抽樣驗證，3期土地利用數據分類總體精度達到90%。為了便于對跨年度的生態承載力數值進行對比。在生態承載力的計算中，均衡因子和產量因子是影響計算結果的2個關鍵因素。本文統一采用Wachernagel在《國家生態足跡》報告中公布的中國各類土地生態承載力的“均衡因子”和“產量因子”。均衡因子表示不同區域不同類型土地潛在的生產力之比，均衡因子分別取值為：水域0.2、草地0.5、耕地2.8、林地1.1、建設用地2.8。產量因子即某個國家或地區某類土地的平均生產力與世界同類土地的平均生產力的比率。產量因子分別取：水域1.0、草地0.19、耕地1.66、林地0.91、建設用地1.66。未利用地因其生產力極低，故均衡因子和產量因子均賦值為0。社會經濟數據主要來源于《湖南省統計年鑒》，主要是人口數據。

2.3 生態承載力計算

根據3期洞庭湖區土地利用/覆被類型圖，結合生態承載模型計算出湖區3 a的人均生態承載力如表1。

表1 洞庭湖區人均生態承載力/gha

生態承載力絕對值：將洞庭湖區土地利用圖的屬性表與生態足跡的均衡因子、產量因子、土地利用類型相關聯，得到 3期基于圖斑尺度的洞庭湖區生態承載力空間分布圖，如圖1所示。由于每個圖斑包含土地類型和對應的生態因子屬性，并無行政區劃屬性，計算時未考慮圖斑面積大小的影響，因此每個土地利用圖斑的值為均衡因子和產量因子之積，稱為“生態承載力絕對值”，用于表示生態承載力在圖斑尺度上由于土地利用變化所導致的區域差異。

湖區各市、縣總生態承載力值：將洞庭湖區行政區劃圖與生態承載力絕對值圖相疊加，并按行政單元統計各市、縣總生態承載力值以及人均生態承載力值，制作各市、縣總生態承載力及人均生態承載力空間分布圖（圖2、圖3）用于分析其占整個研究區生態承載力的比重及其變化。

圖1 洞庭湖區生態承載力（絕對值）空間分布圖

圖2 洞庭湖區各縣、市總生態承載力空間分布圖/gha

圖3 洞庭湖區各縣、市人均生態承載力空間分布圖/gha

3 洞庭湖區生態承載力時空分析

3.1 洞庭湖區生態承載力時間分析

表1表明，洞庭湖區人均生態承載力整體呈下降趨勢。從圖1也可以看出，隨著時間的推移，在近15 a間整個洞庭湖區生態承載力（絕對值）色度呈變淡趨勢，說明湖區及其內部大部分地區的生態承載力呈下降趨勢。2000年人均生態承載力與1993年相比降低了10.8%，2008年與2000年相比降低了8.6%。由此可以看出，洞庭湖區人均生態承載力在1993～2000年這一時期的變化較2000～2008年這一時期大，因耕地生態承載力的比例最高，耕地面積的減少導致了生態承載力的下降。1998年洪水以后，整個洞庭湖區實施“退田還湖，退耕還林”的國家政策，減輕了湖區濕地資源的壓力，濕地生態環境在一定程度上得到恢復，對保護湖區生態環境起到了非常積極的作用。

比較1993～2008年湖區各縣、市總生態承載力以及人均生態承載力變化情況，湖區大部分縣、市都有不同程度的下降，其中下降幅度較大的是岳陽市、常德市、安鄉縣、津市市、澧縣、臨澧縣、南縣，下降幅度較小甚至出現正增長的有華容縣、岳陽縣、臨湘市、汨羅市、湘陰縣。

3.2 洞庭湖區生態承載力空間動態分析

利用GIS空間分析技術，基于圖斑對研究區生態承載力的整體以及基于縣域對研究區各縣域生態承載力，兩級空間尺度較全面地分析湖區內部生態承載力的分布狀況和變化規律。

3.2.1 基于圖斑尺度的區域生態承載力空間分析

由圖斑尺度的生態承載力（絕對值）空間分布圖（圖1）可以看出，洞庭湖區生態承載力表現為較不均勻的分布狀態，整體呈四周高、中間低的“盆地形”，并呈現東西兩側明顯的變化。由于洞庭湖的存在，水體及泥沙灘地相對較多，故研究區中間部分的生態承載力相對較小，洞庭湖四周多耕地及林地，從而生態承載力較研究區中部大，各市區內部生態承載力也呈不均勻分布。

洞庭湖區生態承載力的空間分布與各縣、市的土地利用方式以及土地生產力具有明顯的空間關聯性，呈現耕地和建設用地相對集中的地區生態承載力較高，林地次之，水域和草地又次之，未利用地最低的分布規律。如1993年總生態承載力最高的常德市，其水域、耕地、林地、建設用地、草地、未利用地的面積分別為：129.07 km2，1 132.18 km2，553.39 km2，116.65 km2，410.61 km2，337.12 km2，因未利用地的產量因子和均衡因子均為0可以忽略不計，其耕地面積和建設用地面積占其他4種土地類型面積和的53.53%，相對于總生態承載力最低的臨湘市，其耕地面積和建設用地面積占其他5種土地類型面積的3.44%。

3.2.2 基于縣級行政區的生態承載力空間分析

從洞庭湖區各縣、市總生態承載力（圖2）、人均生態承載力（圖3）等指標的空間分布圖可以看出各相關指標的空間分布格局。

圖2顯示，洞庭湖區各市、縣總生態承載力的空間分布不均勻，各縣之間沒有明顯的過渡帶。常德市的總生態承載力比較高，津市市的總生態承載力較低，湖區中間大部分縣、市總生態承載力相對穩定。由于各縣、市所管轄的土地面積大小無規律可循，因此無法通過比較總生態承載力的大小說明各縣、市之間生態承載力狀況的等級或優劣。

臨澧縣、安鄉縣、沅江市等縣、市的人均生態承載力明顯較高，尤其是安鄉縣（圖3）。岳陽市、臨湘市、常德市、益陽市等縣、市的人均生態承載力較低，尤其是岳陽市。相對而言，人口稠密的縣、市人均生態承載力較小。

4 結 語

本文基于生態足跡方法，利用遙感與GIS技術實現了生態承載力定量評價，描述洞庭湖區生態承載力的空間分布格局，彌補了傳統生態足跡方法僅用社會統計數據計算生態承載力的缺陷，以及在生態承載力空間格局分析方面的不足。通過分析湖區的動態變化和空間分異情況，對研究區的生態環境保護和經濟可持續發展戰略有一定的指導作用。

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