基于AHP-GIS 的宜春市生態(tài)敏感性評價

劉若琦，黃志強*

（1. 東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013）

隨著我國城市化進程的不斷推進，相關建設以及人類活動都會對生態(tài)環(huán)境產生一定的影響。為努力建設人與自然和諧共生的美麗中國，避免人類活動對生態(tài)環(huán)境的過度破壞。生態(tài)敏感性評價作為評價一個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾能力的方法被廣泛應用。研究區(qū)域生態(tài)敏感性不僅能夠為國家制定生態(tài)政策提供參考，預防可能出現(xiàn)的生態(tài)問題，也是全國生態(tài)功能區(qū)劃以及生態(tài)紅線劃分的重要依據(jù)。

生態(tài)敏感性反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境產生問題的難易程度及其可能性的大小。生態(tài)敏感性越高的區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境就越易受到破壞，面對受到的破壞其恢復能力越差。自2000年歐陽志云[1]等提出生態(tài)敏感性的概念以來，不同專家學者對生態(tài)敏感性的研究有著多元化的趨勢。陳榕榕[2]等以城市為研究尺度，基于GIS技術方法對泉州市進行生態(tài)敏感性分析；丁鴻浩[3]等以縣城為研究尺度，從自然以及人文兩方面選取敏感因子，采用AHP-TOPSIS 組合賦權法對閩侯縣進行生態(tài)敏感性評價；張寒[4]等以農村為研究尺度，采用Arc-GIS 對山東省濰坊市蔡家溝村進行生態(tài)敏感性差異性分析；曾澤南[5]等以區(qū)域內流域為研究尺度，選取高程、坡度、水域緩沖區(qū)、土壤類型及土地利用現(xiàn)狀5 個生態(tài)敏感因子對西毛里湖流域進行生態(tài)敏感性評價；岳佳穎[6]等以風景名勝區(qū)為研究尺度，對泰山風景名勝區(qū)進行生態(tài)敏感性評價，并基于評價提出專項保護策略；楊琪雪[7]等以煤田生態(tài)為研究尺度，對山西省煤田生態(tài)環(huán)境敏感性評價，為實現(xiàn)煤田分區(qū)管制提供參考?；谀壳皩ι鷳B(tài)敏感性的研究，關鍵在于生態(tài)敏感因子的選取，一般可以從地形、水域緩沖區(qū)、植被覆蓋度NDVI等因子進行選取[8]。

本文以城市為研究尺度，以江西省宜春市為研究對象，選擇具有區(qū)域代表性的5 個生態(tài)敏感性因子即高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)、植被覆蓋度NDVI構成宜春市生態(tài)敏感性評價指標體系，采用層次分析法確定各指標權重，以及利用相關GIS 技術的空間分析對5 個因子進行單因子生態(tài)敏感性分析和多因子生態(tài)敏感性分析綜合分析。

1 研究區(qū)概況

宜春市位于江西省西北部，地處113°54′～116°27′E，27°33′～29°06′N，現(xiàn)轄10 個縣市區(qū)和3 個功能特色區(qū)，全市總面積1.87 萬km。宜春地處贛西北山區(qū)向贛撫平原過渡地帶，地形復雜多樣，地勢自西北向東南傾斜。宜春市自然資源豐富，城鎮(zhèn)化水平還有待提高，隨著城市的快速發(fā)展會給不同生態(tài)系統(tǒng)帶來諸多威脅，有必要對宜春市的生態(tài)敏感性進行分析，以此為可持續(xù)城市發(fā)展規(guī)劃提供參考。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 生態(tài)敏感性評價因子的選取與分級

生態(tài)敏感性差異的影響因素包括自然因素以及人為因素。高程、坡度、坡向3 個因子對于植物生長分布具有影響，在分析地區(qū)植物如何復綠等方面有著參考意義，能夠反映區(qū)域的生態(tài)敏感性。同時，宜春市有各類自然保護地5 種類型55 個，選取高程、坡度、坡向因子，不僅有利于在保護區(qū)規(guī)劃時候提供參考意見，對規(guī)劃宜春明月山、銅鼓天柱峰、靖安三爪侖、樟樹閣皂山等宜春旅游景點的開發(fā)與保護也有一定參考價值。宜春市境內河流縱橫，水系發(fā)達，具有豐富的水資源，但水域環(huán)境對人類活動的影響特別敏感，可根據(jù)距離水源的遠近判斷地區(qū)的生態(tài)敏感性程度。NDVI 數(shù)據(jù)除了可以體現(xiàn)自然植被覆蓋因素，還能體現(xiàn)城市地區(qū)土地利用的人為建設情況。綜上，5 個因子包含了自然因素以及一定的人為因素，以上述因子分析宜春市生態(tài)敏感性具有可行性。故本文選取了高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)、NDVI指數(shù)5 個因子構建生態(tài)敏感性指標體系，并參考目前眾多學者已有的研究成果，結合《生態(tài)保護紅線劃定技術指南》、《全國生態(tài)功能區(qū)劃（修編版）》等文件對各個因子進行生態(tài)敏感性等級劃分。宜春市生態(tài)敏感性劃分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感以及極度敏感5 個等級，以數(shù)字1、3、5、7、9 分別對以上5 個等級賦值。宜春市生態(tài)敏感性因子指標體系見表1。

表1 宜春市生態(tài)敏感性評價指標體系

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)4 個因子信息由宜春市30 m 的DEM 影像圖（來源于地理空間數(shù)據(jù)云：GDEMV230 m 分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)）進行提取。NDVI因子信息由ENVI軟件對宜春市遙感影像（來源于地理空間數(shù)據(jù)云：Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產品，云量≤5%，選年份為2020—2021年。下載數(shù)據(jù)集為：2020年4月15日的LC81210412020106LGN 00.tar.gz以及2021年1月19日的LC81220402021019LG N00.tar.gz、LC81220412021019LGN00.tar.gz） 進行解譯獲得，宜春市縣（市）行政區(qū)劃數(shù)據(jù)采用審圖號為GS（2019）1822號的地圖數(shù)據(jù)。

2.3 研究方法

2.3.1 層次分析法

層次分析法是將決策相關的元素分解成不同層次，再進行定性以及定量分析的方法[9]。本文的研究層次僅有目標層和準則層，目標層為宜春市生態(tài)敏感性，準則層為高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)和NDVI指標5個因子。

1）構造判斷矩陣。本文使用1～9分標度法，通過咨詢生態(tài)學、地理學、動物學、地質學等不同學科背景下的專家學者，針對宜春市生態(tài)敏感性評價指標體系中的5個指標進行兩兩比較。對比較程度進行量化，量化值1為同等重要、3為稍微重要、5為明顯重要、7為最為重要、9為絕對重要（例：參考表2，打分表中以縱軸各因子為基準，如果橫軸各因子比之重要的話，按重要程度打1、3、5、7、9分，反之打1、1/3、1/4、1/5、1/7、1/9分）。各專家學者使用1～9分標度法在專家打分表中打分后，對各專家的打分矩陣進行幾何平均構建判斷矩陣，本文構建的判斷矩陣見表2。

表2 AHP分析判斷矩陣

2）一致性檢驗分析。在構建判斷矩陣時，有可能出現(xiàn)邏輯錯誤，因此需要對判斷矩陣進行一致性檢驗分析檢驗判斷矩陣是否出錯。一致性檢驗使用CR值進行分析，CR值越小證明判斷矩陣一致性越好，CR值小于0.1 時，判斷矩陣一致性檢驗通過。反之，判斷矩陣不具有一致性，應該對判斷矩陣進行調整再分析。CR值及CI值求值公式為：

式中，CR為一致性比率；CI為一致性指標；RI為隨機一致性指標（RI為固定值，通過查詢隨機一致性RI表格獲得）；N為生態(tài)敏感因子選取數(shù)量。本文CR值是將判斷矩陣輸入SPSSAU進行處理獲得，一致性檢驗結果見表3。CR值為0.044，小于0.1，判斷矩陣的一致性檢驗通過，生態(tài)敏感性因子的權重可以使用，其權重結果見表4。

表3 一致性檢驗結果匯總

表4 各因子權重

2.3.2 GIS分析方法

1）數(shù)據(jù)提取及重分類。本文利用ArcGIS 軟件提取宜春市30 m 的DEM 影像圖中的高程、坡度、坡向等數(shù)據(jù)以及建立宜春市河網多級緩沖區(qū)獲得水域緩沖區(qū)數(shù)據(jù)；再利用ENVI軟件獲取NDVI數(shù)據(jù)；最后使用ArcGIS 的重分類功能將5 個生態(tài)敏感因子進行分級，對各個因子進行生態(tài)敏感性分析。其中高程、坡度、坡向數(shù)據(jù)由ArcGIS 相對應的功能從DEM 影像圖直接提??；水域緩沖區(qū)數(shù)據(jù)通過ArcGIS 軟件對DEM 影像圖經過填洼、流向、流量、柵格計算器、河流鏈接、河網分級、矢量化以及多重緩沖分析的軟件操作分析進行獲得；NDVI數(shù)據(jù)由ENVI軟件經過輻射定標、鑲嵌、裁剪、以及進行波段計算、統(tǒng)計數(shù)值、計算植被覆蓋度而獲得。

2）加權疊加分析。本文通過層次分析法確定5個生態(tài)敏感因子指標權重，再根據(jù)各因子權重在ArcGIS進行加權疊加分析，使用自然斷點法劃分為5 個生態(tài)敏感性等級：不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感、極度敏感[10]，得到宜春市綜合生態(tài)敏感性分布圖。

3 研究結果與分析

3.1 單因子生態(tài)敏感性分析

3.1.1 高程敏感性分析

海拔的高度是產生區(qū)域垂直地帶性的主要原因。本文根據(jù)武功山植被垂直地帶性特征劃分宜春市高程生態(tài)敏感性等級[11]。宜春市高程敏感性以不敏感為主，不敏感區(qū)域面積占宜春市面積約87.30%，廣泛分布在宜春市各個區(qū)域；輕度敏感區(qū)域主要分布在宜春市萬載縣、銅鼓縣、宜豐縣、奉新縣、靖安縣，少部分區(qū)域分布在宜春市袁州區(qū)、上高縣、高安市、樟樹市、豐城市的邊緣地帶，占宜春市面積約11.38%；中度敏感區(qū)域主要分布在袁州區(qū)西南角、銅鼓縣與萬載縣、宜豐縣的交界處、奉新縣的北部區(qū)域、靖安縣的西南區(qū)域，占宜春市面積約1.21%；高度敏感區(qū)域與極度敏感區(qū)域占比基本持平，占宜春市面積分別約0.06%、0.05%，其中極度敏感區(qū)域集中分布在宜春市的靖安縣以及袁州區(qū)內。綜上，經過高程敏感性分析，宜春市在城市化發(fā)展過程中，大部分區(qū)域適合進行城市化建設，但應避開靖安縣以及袁州區(qū)內的小面積極度敏感區(qū)域。高程生態(tài)敏感性分布結果如圖1 所示，各區(qū)域占比見表5。

圖1 高程生態(tài)敏感性

表5 宜春市各評價因子分級占比

3.1.2 坡度敏感性分析

坡度是影響土地石漠化的重要原因。本文根據(jù)《生態(tài)保護紅線劃定技術指南》劃分坡度生態(tài)敏感性等級。宜春市坡度不敏感區(qū)域大部分分布在宜春市奉新縣、高安市、樟樹市、豐城市，占宜春市面積約33.44%；坡度輕度敏感區(qū)域分布較為零散，占宜春市面積約16.68%；坡度中度敏感區(qū)域以及高度敏感區(qū)域占宜春市面積分別約為22.41%和18.59%，大部分分布在宜春市袁州區(qū)、萬載縣、銅鼓縣、宜豐縣、奉新縣、靖安縣；坡度極度敏感區(qū)域宜春市面積約8.88%，其分布區(qū)域與中度敏感區(qū)域以及高度敏感區(qū)域較為一致。綜上，經過坡度敏感性分析，宜春市在城市化發(fā)展過程中，奉新縣、高安市、樟樹市、豐城市大部分區(qū)域適合進行城市化建設，宜春市其他縣市應在其坡度敏感性等級較低區(qū)域進行城市化建設，避免在坡度敏感性等級較高區(qū)域建設。坡度生態(tài)敏感性分布結果如圖2所示，各區(qū)域占比見表5。

圖2 坡度生態(tài)敏感性

3.1.3 坡向敏感性分析

坡向是影響山地生態(tài)的重要因子，不同坡向對太陽輻射強度以及日照時長會產生影響，從而引起植物和生態(tài)系統(tǒng)的變化[2]。本文參照陳榕榕[2]等基于GIS 的泉州市生態(tài)敏感性分析劃分坡向的生態(tài)敏感性等級。宜春市地形復雜多樣，境內山地、丘陵和平原錯落其間，因此坡向敏感度分布比較均勻，輕度敏感區(qū)域以及極度敏感區(qū)域在宜春市宜豐縣、奉新縣、靖安縣有部分區(qū)域較為集中；銅鼓縣、萬載縣、袁州區(qū)、上高縣、高安市、樟樹市、豐城市內各敏感等級區(qū)域交錯分布。在各區(qū)域對宜春市面積的占比中，輕度敏感、中度敏感、高度敏感區(qū)域占比較為接近，占比分別約為25.83%、21.30%和24.55%；不敏感以及極度敏感區(qū)域占比相對較少，占比分別約為15.40%和12.92%。綜上，經過坡向敏感性分析，宜春市在城市化發(fā)展過程中，在植被分布區(qū)域以及坡向敏感性等級高的交叉區(qū)域應慎重考慮城市化建設是否會影響區(qū)域內植被生長，避免對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成破壞。坡向生態(tài)敏感性分布結果如圖3所示，各區(qū)域占比見表5。

圖3 坡向生態(tài)敏感性

3.1.4 水域緩沖區(qū)敏感性分析

水是生態(tài)之基，作為生態(tài)系統(tǒng)的重要成分之一，對生態(tài)環(huán)境比較敏感，距離水域的遠近大小有不同的程度生態(tài)敏感性，越靠近水域的區(qū)域其生態(tài)敏感性程度越高，抗外界干擾能力就越弱。本文根據(jù)楊藝苑[12]等基于GIS 的東川區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性分析劃分水域緩沖區(qū)生態(tài)敏感性等級。宜春市區(qū)域內不敏感區(qū)域占比最高，占比約為49.60%；輕度敏感、中度敏感、高度敏感以及極度區(qū)域占比較為接近，占比分別約為11.09%、11.99%、13.00%以及14.32%。因此，宜春市在合理利用當?shù)刎S富水資源的同時需要防止人類活動對水資源的濫用以及污染。水域緩沖區(qū)生態(tài)敏感性分布結果如圖4所示，各區(qū)域占比見表5。

圖4 水域緩沖區(qū)生態(tài)敏感性

3.1.5 NDVI敏感性分析

NDVI 稱為歸一化植被指數(shù)，反映植被的生長狀況以及區(qū)域植被覆蓋情況。本文根據(jù)《生態(tài)保護紅線劃定技術指南》劃分NDVI 生態(tài)敏感性等級。宜春市是江西省重點林區(qū)之一，全市森林覆蓋率為52.8%，植被種類較為豐富，總體屬于較高的生態(tài)敏感性。高度敏感和極度敏感區(qū)域占比分別約為21.25%和33.07%，極度敏感區(qū)域大多集中分布在宜春市的銅鼓縣、萬載縣、宜豐縣、奉新縣以及靖安縣，這部分區(qū)域的NDVI 指數(shù)屬于0.6～1.0，區(qū)域內植被生長較好，物種豐富度較高，在這種區(qū)域應注重保護生物多樣性等，防止產生生態(tài)環(huán)境問題；NDVI 指數(shù)在0.4～0.6 的中度敏感區(qū)域占比為14.92%，在此區(qū)域應在注重城市開發(fā)的同時避免過度開發(fā)給區(qū)域造成破壞；NDVI 指數(shù)在0.2 以下的不敏感區(qū)域以及在0.2～0.4 的輕度敏感區(qū)域，占比分別約為13.06%和17.70%，此區(qū)域對人類活動的抗干擾能力較強，較為廣泛地分布在宜春市高安市、樟樹市、豐城市。綜上，經過NDVI 敏感性分析，宜春市在城市化發(fā)展過程中，應在高安市、樟樹市、豐城市大力發(fā)展相關產業(yè)的同時加強綠色植被建設。在銅鼓縣、萬載縣、宜豐縣、奉新縣以及靖安縣應以生態(tài)保護優(yōu)先，可開發(fā)當?shù)厣鷳B(tài)旅游等綠色產業(yè)帶動當?shù)亟洕l(fā)展。NDVI 生態(tài)敏感性分布結果如圖5所示，各區(qū)域占比見表5。

圖5 NDVI生態(tài)敏感性

3.2 多因子生態(tài)敏感性綜合分析

3.2.1 宜春市全域評價結果

結合高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)、NDVI 5個指標，在ArcGIS 軟件中根據(jù)層級分析法得到的各指標權重進行加權疊加分析，利用自然間斷法劃分5 個等級，得到宜春市綜合生態(tài)敏感性評價指數(shù)的區(qū)間介于1～4.81 之間（見表6），平均值為2.73。其中，宜春市不敏感區(qū)域生態(tài)敏感性評價指數(shù)介于1～1.85之間，占宜春市面積約15.11%；輕度敏感區(qū)域生態(tài)敏感性評價指數(shù)介于1.86～2.49 之間，占宜春市面積約20.55%；中度敏感區(qū)域生態(tài)敏感性評價指數(shù)介于2.49～3.01 之間，占宜春市面積約27.28%；高度敏感區(qū)域生態(tài)敏感性評價指數(shù)介于3.01～3.60 之間，占宜春市面積約26.33%；極度敏感區(qū)域生態(tài)敏感性評價指數(shù)介于3.60～4.81 之間，占宜春市面積約10.73%。宜春市生態(tài)敏感性分布圖見圖6。

圖6 宜春市生態(tài)環(huán)境綜合生態(tài)敏感性分布

表6 宜春市生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評價分級

3.2.2 按行政區(qū)劃統(tǒng)計評價結果

通過對宜春市各縣（市）不同程度等級生態(tài)敏感性區(qū)域占各縣（市）地域面積的百分比及其綜合生態(tài)敏感性指數(shù)情況進行統(tǒng)計（表7），可以得到以下結果。

表7 各縣（市）生態(tài)敏感性

各縣（市）的平均生態(tài)敏感指數(shù)由低到高為：樟樹市、豐城市、高安市、上高縣、袁州區(qū)、奉新縣、萬載縣、宜豐縣、靖安縣、銅鼓縣。各縣（市）的平均生態(tài)敏感指數(shù)大于宜春市平均生態(tài)敏感指數(shù)的有5 個，分別為奉新縣、萬載縣、宜豐縣、靖安縣、銅鼓縣；各縣（市）的平均生態(tài)敏感指數(shù)小于宜春市平均生態(tài)敏感指數(shù)的有5 個，分別為樟樹市、豐城市、高安市、上高縣、袁州區(qū)。整體分布與現(xiàn)實情況相一致，能夠很好地體現(xiàn)宜春市生態(tài)敏感性的分布特點。

宜春市不敏感區(qū)域在高安市、樟樹市、豐城市占比較高；輕度敏感分布區(qū)域與不敏感區(qū)域較為一致；中度敏感分布較為零散；高度敏感區(qū)域大部分集中分布在萬載縣、銅鼓縣、宜豐縣、奉新縣、靖安縣，少部分零散分布在袁州區(qū)、上高縣、高安市、樟樹市、豐城市；極度敏感區(qū)域大部分集中分布在萬載縣、銅鼓縣、宜豐縣、奉新縣、靖安縣的水系網絡周邊。

宜春市各縣（市）中樟樹市、豐城市、高安市其不敏感區(qū)域和輕度敏感區(qū)域占轄區(qū)面積分別為70.99%、59.05%、56.01%，占比均大于50%，其生態(tài)安全較為穩(wěn)定，抗人類干擾能力較強；銅鼓縣、靖安縣、宜豐縣、奉新縣、萬載縣其高度敏感區(qū)域和極度敏感區(qū)域占轄區(qū)面積分別為79.61%、69.73%、52.51%、50.34%、48.86%，占比大于或接近于50%，其植被覆蓋度較高，水系網絡較為發(fā)達，綜合生態(tài)敏感性程度較高，在城市化開發(fā)利用應優(yōu)先保證當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結論與討論

本文選取高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)和NDVI指數(shù)5個生態(tài)敏感性評價因子構成宜春市生態(tài)敏感性評價體系。利用層次分析法以及GIS相關技術，對5個評價因子進行了單因子生態(tài)敏感性分析以及宜春市綜合生態(tài)敏感性分析。區(qū)別于同類型研究，本文在劃分因子權重時使用了加權平均的方法對專家打分進行了處理，使得數(shù)據(jù)結果在專家的主觀打分和客觀知識背景下更具科學性；此外本文在單因子生態(tài)敏感性分析以及宜春市綜合生態(tài)敏感性分析方面都對具體縣市進行了完整分析，使得相關結論具有針對性。本文相關研究結論如下：

1）根據(jù)專家打分以及層次分析法結果，水域緩沖區(qū)以及NDVI 指標對生態(tài)敏感性影響程度較高，權重分別為31.34%和39.10%。坡向指標對生態(tài)敏感性影響程度最低，權重為6.88%。在宜春市生態(tài)環(huán)境綜合生態(tài)敏感性分布圖中可以看到其分布趨勢與水域緩沖區(qū)以及NDVI 2個因子生態(tài)敏感性分布基本一致。

2）根據(jù)單因子生態(tài)敏感性分析可以得出：從高程、坡度坡向3 個地形因子的生態(tài)敏感性分析來看，宜春市總體海拔較低，地勢較為平緩，有利于城市化建設；從水域緩沖區(qū)生態(tài)敏感性分析來看，宜春市水資源較為豐富，適宜人類居住，但是抵抗干擾能力不強，需要注重水資源的利用與保護；從NDVI 生態(tài)敏感性分析來看，宜春市植被生長較好，植被覆蓋度較高，證明宜春市整體生態(tài)環(huán)境較好，在城市化開發(fā)利用時候，需要注重森林植被保護，防止過度開發(fā)。

3）根據(jù)多因子生態(tài)敏感性分析綜合分析可以得出：①宜春市綜合生態(tài)敏感性評價指數(shù)的區(qū)間介于1～4.81 之間，平均值為2.73；②宜春市中度敏感區(qū)域占比最高為27.28%，極度敏感區(qū)域占比最低為10.73%；③宜春市各縣（市）中樟樹市、豐城市、高安市其生態(tài)安全較為穩(wěn)定，抗人類干擾能力較強，綜合生態(tài)敏感性程度較低。上高縣、袁州區(qū)綜合生態(tài)敏感性程度適中。銅鼓縣、靖安縣、宜豐縣、奉新縣、萬載縣其植被覆蓋度較高，水系網絡較為發(fā)達，綜合生態(tài)敏感性程度較高，應保護其生態(tài)景觀[13]。

宜春市各種自然資源都較為豐富，“宜春這十年”系列主題之經濟發(fā)展專題新聞發(fā)布會表明宜春市全市常住人口城鎮(zhèn)化率由2012年的40.65%提高至2021年的57.38%，正處在城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的時期。根據(jù)本文的研究結果，宜春市在未來城市化發(fā)展建設中，應避免過度開發(fā)造成對水資源以及森林植被資源的破壞，在生態(tài)敏感性低的地區(qū)加強城市建設，在生態(tài)敏感性高的地區(qū)加強生態(tài)保護，合理規(guī)劃利用資源，維護當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，促進宜春市在城市化道路上的可持續(xù)發(fā)展。