江西省鄱陽湖區生態敏感性評價

丁 徽, 趙小敏, 郭 熙, 張 晗, 易 丹, 江葉楓, 韓 逸, 黃心怡

(江西農業大學 國土資源與環境學院/江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室, 南昌 330045)

中國的快速城鎮化發展帶來了許多資源與環境問題[1]，其中土地生態問題日益凸顯，引起關注[2]。在幅員遼闊的中國，這些環境問題呈現了明顯地域分異特點[3]。在以土地生態評價研究為標志的近期土地生態學研究中[2,4]，生態敏感性評價被廣泛用于從側面反映生態系統穩定性，揭示全國或區域生態變化狀況和空間分異規律，進而為確定優先或重點開展生態環境建設和保護的區域奠定基礎[5-6]。

關于生態敏感性的研究，學者們已進行了一些探討。學術界將生態系統對于人類和自然環境變化的反應程度定義為“生態系統敏感性”[7]，并將生態敏感區定義為對于生態環境狀況起決定作用的，具有易發生生態災害、較強抗干擾能力或者有重要生態服務功能的特點的生態實體[3]。生態敏感性研究內容主要涉及有區域生態敏感性評價[8-11]、生態敏感性評價理論應用[12-13]，一些學者也在積極探索生態敏感性空間與時空分布規律[3,14]和各類模型在生態敏感分析中的應用[15-16]。在已有生態評價研究中，層次分析法因為其系統性、理論成熟，易引入專家知識的特點，而被廣泛應用[10,17-18]。研究尺度方面，跨度較大，從國家到省市再到縣級均有涉及；有的學者以行政邊界作為研究范圍[8,19]、有的以生態功能區作為研究范圍[17,20]、亦有的基于土地利用方式確定研究范圍[21]；與此同時，現有研究多基于江、河流域尺度，少有環湖泊尺度的研究。隨著計算機計算能力提升，工具日益完善，生態敏感性評價體系、方法也日益完善[16,22]。盡管學者們根據研究區域各自構建了評價體系，但現有評價體系多只從易發生生態災害和抗干擾能力這兩方面考慮[17,23]，未將生態服務功能這一內容納入評價指標，生態敏感的內涵有待豐富。

江西省鄱陽湖區區內有著優越氣候及豐富多樣地貌條件，還有國家級自然保護區—鄱陽湖。鄱陽湖是中國第一大淡水湖。鄱陽湖濕地有“長江下游的氣候的肺腑”、“中國第二長城”之譽，在候鳥、江豚保護，提供淡水資源、生態維護等方面有重要作用，被列入國際重要濕地名錄，是世界自然基金會劃定的全球重要生態區。2009年，國務院正式批復了《鄱陽湖生態經濟區規劃》；2016年，江西被列為我國首批三大“生態文明試驗區”之一，這標志其地位上升至國家戰略高度。一方面，鄱陽湖區自古以來農林漁牧業發達，是國家重要糧食基地，也是江西人口最為集中之處，對于江西乃至全國而言，其生態與社會經濟地位都不可輕視；另一方面，鄱陽湖區是長江中下游洪澇災害的多發區與重災區，生態敏感度高，易對區域生態與經濟造成威脅[24]。因而，對于鄱陽湖區生態敏感研究是合理布局區域國土空間的基礎。本文緊密聯系國家和地區經濟發展戰略，以包含中小尺度鄱陽湖區作為研究區域，收集區域自然條件數據，在前人構建評價體系思路上，增添生態服務功能這一視角，運用層次分析法，將生態服務功能納入評價體系，對區域進行生態敏感性分析。研究的主要目的如下：(1) 識別影響鄱陽湖區生態敏感性的主要因子；(2) 了解鄱陽湖區生態敏感因子和敏感區域的空間分布特征以及規律性。研究結果可為生態安全底線區域和管控紅線劃定提供依據，同時也為土地開發利用作指導，為區域可持續發展保駕護航。

1 研究區概況

鄱陽湖是位于江西省北部、長江中下游南岸的吞吐型季節性淡水湖。贛江、撫河、信江、修水與饒河以輻射狀向鄱陽湖匯集，形成鄱陽湖水系，有“高水湖相、低水河相的景觀”。水系流域面積約162 225 km2，區域內的環境、氣候、水文、交通等都受到鄱陽湖影響。本文研究區域(圖1)的界定為沿湖11縣市，地理范圍為東經115°49′—117°46′，北緯28°24′—29°46′，全區面積19 760 km2，以耕地、林地、水域為主。鄱陽湖區涉及南昌市的南昌縣、進賢縣、新建縣，上饒市的余干縣、鄱陽縣，九江市的九江市區、廬山市、德安縣、永修縣、都昌縣、湖口縣，是境內最早的農業開發地，也是江西省人口最為集中地區的區域，截至2015年末，鄱陽湖區有人口789萬人。鄱陽湖區內有許多以水體、沼澤、灘涂、島嶼為主的大小濕地，在涵養水源、調節氣候、文化服務等方面有重要作用。鄱陽湖區區域內降雨量大，且年際、年內各季雨量變化也較大。區域內的地質災害主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷4類，其中崩塌、滑坡、泥石流發生與降雨和人類活動緊密相關，地面塌陷是伴隨著人類的采礦活動形成了地下空洞而發生的；同時，受季風氣候和地理位置影響，區域內有冷寒、洪、澇、旱、漬等自然災害發生，故而對于區域內自然災害的預警與防護準備是地方重要工作之一。

2 材料與方法

2.1 數據收集與處理

本文所選用的數據主要有以下：

(1) NDVI(Normalized Difference Vegetation Index，歸一化植被指數)數據由Landsat8的7月遙感影像預處理后，經近紅波段和紅波段運算而得；

(2) 降雨數據來自于國家氣象信息中心(http:∥data.cma.cn/)中國地面氣象資料累年值日值數據集(1981—2010年)，經反距離權重插值得到研究區降雨數據。

圖1 研究區分布

(3) 基于地理空間數據云(http:∥www.gscloud.cn/)30 m分辨率DEM(Digital Elevation Model，數字高程模型)數據提取的坡度數據。

(4) 江西省2017年生態紅線劃定成果、江西省2014年土地利用數據庫、江西省永久基本農田數據庫、地質災害易發性分布數據、江西省自然保護區分布數據。

所有數據均采用統一的投影方式和坐標系統，投影為高斯克里格投影，西安80坐標。以上柵格形式的數據最終都通過ArcGIS 10.2重采樣統一到150×150 m像元大小，作為評價單元大小，最終在ArcGIS 10.2創建網格工具支持下實現綜合評價。

2.2 研究方法

2.2.1 指標體系的構建 鄱陽湖區地勢低平，小山環繞，土壤類型多，土地利用類型以耕地、林地、園地為主，植被繁茂，還有著鄱陽湖這一重要生態功能保護區。區域降水量大、水系發達，區域內旱澇災害受水體與降雨量直接影響;區域內的九江地處華南地震區中北部，毗鄰華北地震區郯城—廬江地震帶南段，屬于長江中下游地震帶中段。結合前人已有研究成果[11,18-19,25-26]，參照國家環?？偩职l布的《生態功能區劃技術暫行規程》中的技術規范，考慮鄱陽湖區關鍵生態要素為水體，本文從侵蝕風險、地質風險、水環境和生態服務角度考慮，選擇了降雨侵蝕力、NDVI指數、坡度、地質災害易發性、距水體距離、土地利用類型、水體大小、自然保護區8項指標構建評價體系，并對各類指標進行分等級賦分(表1)，1，3，5，7，9依次敏感程度加深。其中，洪澇災害是區域內典型的生態問題，但由于數據獲取問題，研究考慮以降雨侵蝕力、距水體距離和水體大小來表征。此外，江西省鄱陽湖區介于中尺度與小尺度之間的經濟群體，且社會屬性典型、均質，故而本文也未將社會經濟因素納入考慮。

表1 生態敏感性評價因子等級體系

2.2.2 權重的確定 層次分析法(Analysis hierarchy process，AHP)是一種具有系統性、層次性的分析方法。本文構建了指標層次結構(圖2)，將專家意見引入層次分析法中，從江西鄱陽湖區自然生態實際、各因子對于區域生態意義以及因子空間分布情況3方面來考慮比較，借助Yaahp軟件實現計算，得到各指標權重結果(表2)。

Yaahp顯示本模型所構造的層次單排序與層次總排序均通過了一致性檢驗，保證了模型構建過程的合理性。

各因子權重大小依次為降雨侵蝕力>坡度=地質災害易發性>土地利用類型=水體大小>NDVI指數>距水體距離>自然保護區

圖2 層次結構示意圖

表2 評價指標權重

2.3 綜合指數模型

利用ArcGIS創建網格工具，設定網格大小為150 m ×150 m，將各因子分值賦予每個評價單元。之后，將多因子加權疊置，利用下式通過加權指數法計算生態敏感性綜合指數：

式中：i表示評價指標；j表示評價單元；Wi表示評價指標i的權重；Sj表示評價單元j的生態敏感性指數；C(i，j)表示評價單元j的評價指標i的得分。

2.4 自然斷點法

自然斷點分級法(Natural breakpoint classification)的依據為統計學中各種分類方式下所有樣本方差和的大小。方差和越小，說明組內的樣本相似度越高，分類方式越優。文章根據計算所得生態敏感性綜合評價指數，以自然斷點法將研究區域的生態敏感性劃分為5個等級：不敏感、輕微敏感、一般敏感、重度敏感和極敏感。

3 結果與分析

3.1 單因子評價結果

對于河流、湖泊，考慮到其特殊性，只以土地利用類型、水體大小、自然保護區作為參評因子，得到單因子敏感性分布圖(圖3)。

(1) 降雨侵蝕。以水力侵蝕為主的鄱陽湖區域土壤侵蝕受降雨侵蝕影響顯著[27]，是區域生態敏感主要影響因子之一。在所選指標之中，降雨侵蝕因子在一年四季中最不穩定。本文選用馬良等[28]建立的降雨侵蝕力計算方法。首先以江西省29個氣象站1981—2010年的累年逐日降雨量數據計算出日降雨侵蝕力，逐步累積得到月、年降雨侵蝕力。其次，對各站點計算所得的年降雨侵蝕力進行反距離權重插值法處理。由于不同下墊面對于雨水的侵蝕的敏感程度不一，故不存在統一劃分標準，本文采用自然斷點法劃分等級，結果見圖3。

(2) NDVI指數。生長于地面的植被一方面可以通過根系抓力保持水土；另一方面對于來自天空的降雨有緩沖作用，大大減少了雨水對于地面的沖刷侵蝕作用。歸一化植被指數(NDVI)是反映植被長勢與覆被度的特征。本文通過遙感影像的近紅外波段與紅光波段計算區域的歸一化植被指數，并用最大最小法對其進行標準化處理，進而獲取NDVI指數，并據此劃分等級。根據統計結果，區域內整體植被覆蓋狀況較好，輕微敏感與一般敏感特征區域占全域面積達94%；其中一般敏感區域占全域面積2/3。局部來看，并未發現明顯的極敏感區域斑塊，但有明顯的重度敏感區域，這些植被覆蓋度偏低區域多臨近水系，位在湖岸線曲折處，這可能是由于水域的漲水線與退水線之間，夏洪為湖、冬涸為洲的裸露處，植被未能生長所致。

(3) 坡度。坡度是一重要的地形地貌特征。有研究表明坡度與滑坡、泥石流等地質災害分布情況密切相關[29]，具體表現為地質災害發生的可能性程度隨著坡度的增加而增大。根據結果，研究區域的坡度敏感性以不敏感為主，占全域面積近2/3，其次為輕微敏感、一般敏感。輕微敏感、一般敏感和重度敏感主要分布在研究區域的北部。重度敏感所占的面積最少，約為全域5.7%。在永修縣、廬山市、德安縣、九江市區、湖口縣、都昌縣、鄱陽縣有較為均勻的分布，而新建縣、余干縣則少量分布。整體來看，重度敏感區域多分布于研究區域外圍，與鄱陽湖區中部平坦，四周高起的特征相符。

(4) 土地利用類型。鄱陽湖區土地利用類型以耕地、林地、園地、水域為主。不同的土地利用方式使得地表覆被物不同，其生態服務功能和對人為活動擾動的反應程度存在差異。除去鄱陽湖區主要水體外，區域內土地利用類型敏感性以不敏感與一般敏感為主，不敏感部分面積約占全域37.44%，一般敏感部分約占42.25%，由外向內依次大致呈現出不敏感、重度敏感、一般敏感、輕微敏感的趨勢。

(5) 距水體的距離。水體一方面能夠維持人類基本生活所需，包括保障生活用水和便利交通物流運輸等；另一方面，水體是地球生態系統重要組成，有局部氣候調節、景觀美化等功能。從生產、生活、生態來看，水體使得周圍區域宜居宜業宜游，與人們生活品質密切相關。另外鄱陽湖區農業發達、物種豐富、環境優美，秉承生態發展理念，因而水資源對于區域有重要影響。本文基于水體規模大小，將鄱陽湖區劃分為核心水體、一級支流、有一定面積的一般水體3個級別，并對于每個級別水體各做3個級別的緩沖區。越臨近水體的土地空間上承載水系資源與水體的生態服務越完備，功能輻射的范圍也越廣。從環境角度安全考慮，距離水系越近，雨季或汛期，其受到的威脅則越大。因此，相同緩沖范圍內敏感等級賦分越高。

(6) 水體大小。水體作為一個完整獨立的生態系統，一般而言，面積越大，其內部生態組分越完整，生物多樣性越豐富，對于外來負面影響的處理能力越強。因而，根據其面積由小到大，敏感等級由大到小。鄱陽湖主體部分敏感度低，周邊的小型濕地、水體對于外界干擾的敏感度則相對更高。

(7) 自然保護區和地質災害易發性。自然保護區往往是珍稀物種、典型生態系統和一些意義重大的自然遺址匯集處。它是國家為了留住一方水土免于人類活動干擾而劃出的區域，在核心地區往往限制人們的活動。本研究將國、省、市3個級別的自然保護區分別分作3個等級，國家級自然保護區最為敏感，在人們開發建活動中，需要避開。根據地質災害易發情況，將鄱陽湖區分作不易發區、低易發區、中易發區、高易發區4個級別。

圖3 單因子生態敏感等級分布

3.2 綜合評價結果

3.2.1 全域評價結果 對評價單元進行統計，得到生態敏感性級別劃分圖(圖4)，鄱陽湖區生態敏感程度情況餅圖(圖5)。同時根據結果得到鄱陽湖生態敏感分布圖(圖6)。

評價過程共生成936 795個評價單元，綜合評價指數分值區間為[1.2,6]，平均值為2.84。自然斷點法生成的區間為(0，1.96]，(1.96，2.89]，(2.89，3.42]，(3.42，4.08]，(4.08，6]。從整體上看，鄱陽湖區整體生態敏感狀況較好，一般敏感及以下程度區域占73.5%。

由圖6面積統計結果來看，不敏感與輕微敏感區域占近2/5，輕微敏感與不敏感區域分布廣泛、遍及全域，輕微敏感區域主要位在西部、西南部、東北部。在其余3個敏感等級上，一般敏感區域居多，占全域約1/3，極敏感區域僅占極少部分，為全域4%。

圖4 生態敏感性級別劃分

圖5 鄱陽湖區生態敏感程度

3.2.2 按行政區劃統計評價結果 通過對于各區域各敏感程度的面積、各敏感程度占轄區的面積百分比及綜合敏感指數情況進行統計(表3)。分析各行政區劃范圍內各敏感程度面積統計表(表3)可得下列結果。

① 各縣市的平均生態敏感指數由低到高為：都昌縣、永修縣、新建縣、湖口縣、南昌縣、廬山市、鄱陽縣、德安縣、余干縣、進賢縣、九江市區。評價結果與實際一致，能很好反映鄱陽湖區生態敏感分布特征。

② 生態極敏感的地區主要分布在九江市區與廬山市北部。其中九江市區的極敏感區域約占其面積32.75%，廬山市約占15.4%。對比各評價指標，可以發現在此處多影響因素都處于體現出較為敏感特征，如：坡度因素、降雨侵蝕力、地質災害易發性，此處還有自然保護區。實際上，廬山景區地勢復雜陡峻，降雨集中，此外且廬山景區為國家級自然保護區，生態敏感性強，須重點保護，與評價結果相符。

③ 極敏感與重度敏感區域，除九江市區與廬山市區外，都零星分布在湖口、鄱陽、余干、進賢、新建。對比各因子敏感性分布圖(圖3)，發現這些地方的地質災害風險敏感度高，易受到坡度、地災易發性、土地利用類型、距水源距離的影響。余干、鄱陽、進賢相對于湖口而言，增加了降雨侵蝕的敏感性。新建縣內也有一處敏感區域較為集中的地方，原因是植被敏感度較高。由于新建縣水系發達密集，此處水資源敏感度較高，導致該區域生態敏感性明顯高于周邊區域。盡管余干縣、進賢縣的極敏感區域所占面積極小，但它們的重度敏感和極敏感區域所占面積和卻均達所轄區域范圍約1/2，接著依次為九江市區48.19%、廬山市42.32%、其余皆在30%以下。

圖6 鄱陽湖區生態敏感分布

④ 一般敏感區域的分布最為廣泛，在各處都有分布。對于不敏感區域與輕微敏感區域，新建縣、都昌縣、永修縣表現最佳，分別占轄區面積58.78%，53.65%，49.86%，說明其轄區內整體呈現生態安全穩定特征，緊隨其后的是湖口縣44.75%、南昌縣40.35%。

4 討 論

根據評價結果(圖6)知，鄱陽湖區生態敏感性分布的空間特征顯著。九江市區的極敏感區域有較為集中分布，除去九江市區這一特殊位置，一條較為清晰的界線將鄱陽縣、余干縣、進賢縣、南昌縣、新建縣、都昌縣分割開來，西側敏感性弱于東側，西側以不敏感和輕微敏感為主，東側以一般敏感和重度敏感為主。整體來看，較為敏感的區域常出現在研究區域內側或外圍，內側水系曲折繁雜，外側多為地質災害易發區、高降雨侵蝕力、坡度敏感等級高的區域；而內側和外側之間各因子敏感程度都較低，故綜合敏感指數也較低，多為輕度敏感和一般敏感。鄱陽湖區主要水體部分不敏感，沿湖周圍濕地呈現一般敏感和重度敏感特征，由內向外敏感程度降低，這主要受水體距離大小影響。

表3 各縣(市)生態敏感性

指標選取方面，考慮到水體是鄱陽湖區關鍵生態要素，選取水體大小與距離水體距離為評價因子?，F有與河、湖流域的生態敏感性研究中未形成水為關鍵要的評價指標體系[10,13]，本文可為河、湖流域生態敏感評價提供了參考思路。在選取評價指標時，本文不僅考慮了可能引發或加劇自然災害的影響因素，同時也考慮到具有重要生態服務功能、生態保護意義的因子。在此基礎上識別易發生生態災害或具有重要生態服務功能的區域，在實際開發利用土地時考慮避讓或者保護，基于此視角下的生態敏感性的內涵更為豐富。

本文采用的賦權方法為引入了專家知識的主觀與客觀相結合的層次分析法，該方法在土地生態相關研究方面被廣泛應用，但其不足之處在于評價結果一定程度上受到主觀影響。在新評價方法層出不窮的背景下，如何在主觀與客觀賦權方式中取得平衡有待突破。另一方面，本文主要從自然因子角度對鄱陽湖區的生態敏感性進行了評價，而實際上人類也是生態系統一大重要組成部分，應考慮到社會群體中人們的觀念，人們的生產生活所帶來的影響。有關自然—人耦合系統的生態敏感評價以及評價與實際土地利用的有效銜接有待進一步探討。

5 結 論

(1) 降雨侵蝕、坡度大小、地災易發性為區域生態敏感性主要影響因子。

(2) 鄱陽湖區域整體生態敏感性狀態良好，以輕微敏感和一般敏感為主。

(3) 生態敏感性分布具有明顯空間規律。較為敏感區域的分布兼有集中與散布特點，區域生態敏感性自西北向東南逐漸增加。重度敏感區域在研究區域內部沿水系分布或是出現在研究區域外圍。不敏感區域主要落在鄱陽湖主體水系部分。極敏感區域，在靠近水域部分多受距離水源距離、植被覆蓋、降雨侵蝕的影響，其余敏感區域則由降雨侵蝕、坡度、地質災害易發、自然保護區所致。

(4) 在極敏感區域，并非各因子都表現出較為敏感的特征，然而在不敏感區域，除植被覆被因子外，都表現出較為安全穩定的特征。兩個敏感程度下，植被覆被因子的作用都被弱化了。

(5) 總體來看，新建縣、都昌縣、永修縣生態敏感性表現最佳。對于其他縣市，如九江市區、廬山市、余干縣、進賢縣，評價識別了其致敏因子，在區域土地進行開發利用時應當對致敏因子予以充分考慮。對于重度敏感區域和極敏感區域應當盡量避開或有限制地、引導地開發利用，加強監督，保證其生態安全穩定。