基于GIS的海南省屯昌縣土地生態敏感性分析

摘要：以海南省屯昌縣國土局、林業局、住建局等部門提供的空間數據為基礎，選取6個指標因子構建評價指標體系。利用層次分析法確定各因子權重，結合GIS空間分析技術，分析屯昌縣土地生態敏感性的空間分布情況。結果表明，屯昌縣生態敏感性較高的地區所占比重大，且空間分布差異明顯。研究結果可為屯昌縣各部門用地規劃協調提供一定的實證參考。

關鍵詞：生態敏感性；GIS；屯昌縣

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5225-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.015

Abstract： Based on the spatial data provided by the apartment of Tunchang county government of Hainan province， 6 sensitivity factors were selected and their weights were determined by analytic hierarchy process. Combining with GIS spatial analysis technique， the spatial distribution of the ecological sensitivity of Tunchang county was figured out. The results showed that highly sensitive area occupied a lot and the spatial differentiation were significant. The study could provide scientific reference for Tunchang county’s land-use plan.

Key words： ecological sensitivity； GIS； Tunchang county

生態敏感性指生態系統對人類活動干擾和自然環境變化的反映程度，表征發生區域生態環境問題的難易程度和概率大小[1]。敏感性高的地區，對人類活動的抗干擾能力弱，生態系統容易遭受破壞，從而引起生態環境方面的問題。中國改革開放以來，隨著經濟的飛速發展，城市化發展速度驚人。但由于缺乏科學的理論指導和統一的發展規劃以及有效的管理手段，使得生態系統遭受破壞，生物多樣性銳減、水污染和大氣污染等生態問題日益突出。進行生態敏感性分析，可以確定優先和適宜開發的地區以及不宜開發的地區，對處理好經濟建設與生態環境保護之間的關系，實現社會經濟的可持續發展具有十分重要的理論與實踐意義。

國內外對生態敏感性的研究很多，有對單一對象的敏感性研究，如土壤沙漠化、侵蝕性的敏感性分析[2，3]、濕地生態敏感性分析[4]、水環境生態敏感性分析[5]等。也有對生態敏感性的綜合性研究，但多以地區、省、市級的大尺度研究為主，如GIS支持下的黔中地區生態環境敏感性評估[6，7]、甘肅省生態環境敏感性評價及其空間分布[8]、池州市生態敏感區生態環境問題及其開發與保護[9-11]等。以縣級小尺度生態敏感性的綜合研究較少。本研究在縣域尺度上，以海南省屯昌縣各部門提供的空間數據為基礎，建立評價模型，選取災害易發程度、坡度、植被、水源保護區、水系廊道和生態保護區6個指標因子構建評價指標體系，綜合分析屯昌縣土地生態敏感性的分布情況，為屯昌縣各部門規劃用地的協調提供科學依據。

1 評價模型的建立

生態敏感性是指生態系統對人類活動干擾和自然環境變化的反映程度，即在同樣的人類活動強度影響或外力作用下，各生態系統出現區域生態環境問題（如沙漠化、鹽漬化、水土流失和酸雨）的概率。影響土地生態敏感性結果的因素很多，一方面，土地作為自然物，必然受到自然因素的影響，如地形地貌、水土涵養、植被覆蓋等；另一方面，土地作為人類發展的重要資源之一，又受到社會政策的影響。因此，本研究在選取指標因子時，除了地形坡度、植被覆蓋等自然因子外，也包括國家通過政策人為劃定的保護區，如水源保護區、生態紅線區等受主觀因素影響的因子。從單一要素分析得到的單要素生態敏感性結果只能反映出該要素對區域的作用程度，不能綜合地表現出區域的生態敏感性，需根據因子權重，結合GIS空間分析功能，疊加單因子生態敏感性結果，最終形成屯昌縣土地生態敏感性的綜合評價體系。區域土地生態敏感性評價模型具體如下：

其中，P為生態敏感性評價值；A為各指標的生態敏感性貢獻值，W為各指標的生態敏感性權重。

1.1 數據來源與指標體系建立

本研究所用空間矢量數據（.shp格式）如災害易發區分布圖、生態紅線區分布圖、水源保護區分布圖、土地利用現狀圖等均由屯昌縣國土局、林業局和住建局等各部門提供。

生態敏感性通常是生態系統受到多因子共同作用而呈現出的抗干擾能力，往往需要定性和定量方法相結合進行評價[12]。根據指標因子的全面性、代表性、可比性和可獲得性原則，本研究選取了災害易發程度、坡度、水系廊道、水源保護區、植被和生態紅線區6個指標因子。

災害易發程度指自然災害發生的概率大小，災害高易發區具備地質災害發生的地質構造、地形地貌和氣候條件，容易發生地質災害，生態敏感性較高。

地形坡度是地表單元陡緩的程度，坡度較高的地區易引起水土流失、滑坡等自然災害，相對地勢平坦的地區來說，生態敏感性較高。

水系廊道指河流水系等線狀或帶狀景觀要素。距離河流水系近的地方，土壤遭水流侵蝕作用強，水土流失敏感性高。

水源保護區是國家對某些特別重要的水體加以特殊保護而劃定的區域。本研究所用水源保護區數據由屯昌縣水務局提供。水源保護區級別分一級和二級，一級水源保護區的生態敏感性高于二級。

植被在保護區域生物多樣性、改善生態環境質量方面具有非常重要的作用。植被類型不同，其對土地的生態服務價值不同。原生植被比次生植被和人工植被易受干擾而變得不穩定，其生態敏感性更高。

生態紅線區指為維護國家或區域生態安全和可持續發展，據生態系統完整性和連通性的保護需求，劃定了需實施特殊保護的區域。本研究所用的生態紅線區數據由海南省林業廳提供，分禁止紅線區和限制紅線區兩類。禁止紅線區生態敏感性高于限制紅線區。

1.2 因子權重計算

因各指標因子對生態敏感性的影響程度不一致，所以需要根據其影響程度賦予相應的權重。權重是反映各因子重要程度的依據，本研究應用層次分析法來確定各因子的權重。

層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是一種定性分析和定量分析相結合的系統分析方法，通過明確問題、建立層次分析結構模型，構造判斷矩陣、求最大特征值及特征向量來確定權重，并通過一致性檢驗，從而得出可行的綜合評價值，具有高度的邏輯性、系統性和實用性[13]。本研究利用層次分析法的排序原理，通過專家打分，在標度范圍1～9，逐一比較兩因子之間的相對重要程度，構建判斷矩陣，求出判斷矩陣的最大特征根及其對應的特征向量，通過滿意度檢驗，確定最終各因子權重。具體計算步驟如下：

將判斷矩陣的每一列向量歸一化：

則m=（m1，m2…mn）T為所求的特征根向量，即各因子的權重。

根據各因子對生態敏感度重要性程度不同，對各個因子分別賦予不同的等級值，敏感性等級按極敏感、高度敏感、中度敏感、輕度敏感和不敏感分別賦值為9、7、5、3、1；某一區域較高的等級值表示該因子對生態敏感性具有較高的影響程度。因子權重及分級標準見表1。

2 生態敏感性評價

2.1 研究區概況

屯昌縣位于海南島中部偏北，地處五指山北麓，南渡江南岸，總面積1 233.24 km2。全縣為低山丘陵地帶，地勢呈南高北低，東西有山地，山地占全縣總面積5%，丘陵占85%，其他地占10%。全縣屬熱帶季風氣候，長夏無冬，四季變化不大，年平均氣溫23.1～23.6 ℃，高溫多雨，干濕季分明。日照時間長，年日照1 900～2 100 h；雨水充分，年降水量1 960～ 2 400 mm；該區水能及礦產資源較為豐富，植被覆蓋率較高。

2.2 模型應用

根據各部門提供的空間矢量數據，利用ArcGIS 10.1軟件，通過緩沖、要素轉柵格、重分類等工具對每個評價因子分別賦予相應的等級數值，得到各單因子生態敏感性分析圖（圖1）。

然后對各單因子敏感性分析圖按表1中對應的權重，根據式1的計算公式，利用ArcGIS的柵格加權疊加功能進行加權疊加后，得到屯昌縣土地生態敏感性綜合分析圖，結果見圖2。

按照屯昌縣敏感性評價的綜合得分值，將屯昌縣的敏感性程度分為5類：不敏感區（1.0～3.0）、輕度敏感區（3.1～5.0）、中度敏感區（5.1～6.0）和高度敏感區（6.1～7.0）和極敏感區（7.1～8.0）。各敏感性程度分布的面積以及占研究區的比例見表2。

3 結果與分析

從表2可以看出，屯昌縣生態敏感性較高（高敏感和極敏感）的地區所占比重較大，高敏感地區分布面積達327.74 km2，極敏感地區分布面積3.62 km2，敏感性較高的地區分布總面積達377.42 km2，占整個研究區面積的30.17%。通過圖2可以看出，屯昌縣生態敏感性的分布情況與研究區的地形地貌分布規律呈較強的相關度。高敏感性地區主要分布在縣域的西北、西南和東南部山地地區，即圖2所示的A、B、C、D 4個區域。

導致縣域土地生態敏感性高的主要因子不同。A區域生態敏感性高的主要原因是瀕臨南渡江，且位于坡度較高的山區地段，災害易發程度高；B區生態敏感性高的主要原因是位于生態紅線禁止區內，地表覆蓋主要為生態敏感性高的林地等類型；C區生態敏感性高的主要原因是位于木色湖風景區，木色水庫和雷公灘水庫分布于此，是重要的水源保護區。同時周邊分布大多以林地為主，屬于禁止紅線區范圍；D區生態敏感性高的主要原因是地表覆蓋主要為生態敏感性高的林地類型，且屬于災害易發程度高的地區，水系密布。敏感性較高的地區屬于脆弱生態環境區，極易受到人為破壞，而且一旦破壞很難短時期恢復，因而縣各部門對此類區域進行規劃時，應以環境保護為主，嚴格管制土地的使用[14]。

屯昌縣生態敏感性中等和較低的地區主要分布在縣域中部的兩條軸線上，如圖2的L1和L2所示。該區坡度低，地勢較為平坦，是城鎮分布的主要地區。地表覆蓋類型多以建設用地、耕地和草地為主，少林地，且災害易發程度低。對于中敏感地區，可作為限制性發展的地區，在該區應以“在保護中開發，在開發中保護”為指導原則進行適度開發，避免對生態環境的破壞[15]。對于低敏感和不敏感地區，由于環境的抗干擾能力較高，可以作為經濟建設發展的主要區域。但環境的承載力是有極限的，因此在大力發展經濟建設的同時，也應注意環境的保護，走社會經濟的可持續發展道路。

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