基于GIS的海南省屯昌县土地生态敏感性分析

赵曦+楚东驰

摘要：以海南省屯昌县国土局、林业局、住建局等部门提供的空间数据为基础，选取6个指标因子构建评价指标体系。利用层次分析法确定各因子权重，结合GIS空间分析技术，分析屯昌县土地生态敏感性的空间分布情况。结果表明，屯昌县生态敏感性较高的地区所占比重大，且空间分布差异明显。研究结果可为屯昌县各部门用地规划协调提供一定的实证参考。

关键词：生态敏感性；GIS；屯昌县

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：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 countys land-use plan.

Key words： ecological sensitivity； GIS； Tunchang county

生态敏感性指生态系统对人类活动干扰和自然环境变化的反映程度，表征发生区域生态环境问题的难易程度和概率大小[1]。敏感性高的地区，对人类活动的抗干扰能力弱，生态系统容易遭受破坏，从而引起生态环境方面的问题。中国改革开放以来，随着经济的飞速发展，城市化发展速度惊人。但由于缺乏科学的理论指导和统一的发展规划以及有效的管理手段，使得生态系统遭受破坏，生物多样性锐减、水污染和大气污染等生态问题日益突出。进行生态敏感性分析，可以确定优先和适宜开发的地区以及不宜开发的地区，对处理好经济建设与生态环境保护之间的关系，实现社会经济的可持续发展具有十分重要的理论与实践意义。

国内外对生态敏感性的研究很多，有对单一对象的敏感性研究，如土壤沙漠化、侵蚀性的敏感性分析[2，3]、湿地生态敏感性分析[4]、水环境生态敏感性分析[5]等。也有对生态敏感性的综合性研究，但多以地区、省、市级的大尺度研究为主，如GIS支持下的黔中地区生态环境敏感性评估[6，7]、甘肃省生态环境敏感性评价及其空间分布[8]、池州市生态敏感区生态环境问题及其开发与保护[9-11]等。以县级小尺度生态敏感性的综合研究较少。本研究在县域尺度上，以海南省屯昌县各部门提供的空间数据为基础，建立评价模型，选取灾害易发程度、坡度、植被、水源保护区、水系廊道和生态保护区6个指标因子构建评价指标体系，综合分析屯昌县土地生态敏感性的分布情况，为屯昌县各部门规划用地的协调提供科学依据。

1 评价模型的建立

生态敏感性是指生态系统对人类活动干扰和自然环境变化的反映程度，即在同样的人类活动强度影响或外力作用下，各生态系统出现区域生态环境问题（如沙漠化、盐渍化、水土流失和酸雨）的概率。影响土地生态敏感性结果的因素很多，一方面，土地作为自然物，必然受到自然因素的影响，如地形地貌、水土涵养、植被覆盖等；另一方面，土地作为人类发展的重要资源之一，又受到社会政策的影响。因此，本研究在选取指标因子时，除了地形坡度、植被覆盖等自然因子外，也包括国家通过政策人为划定的保护区，如水源保护区、生态红线区等受主观因素影响的因子。从单一要素分析得到的单要素生态敏感性结果只能反映出该要素对区域的作用程度，不能综合地表现出区域的生态敏感性，需根据因子权重，结合GIS空间分析功能，叠加单因子生态敏感性结果，最终形成屯昌县土地生态敏感性的综合评价体系。区域土地生态敏感性评价模型具体如下：

其中，P为生态敏感性评价值；A为各指标的生态敏感性贡献值，W为各指标的生态敏感性权重。

1.1 数据来源与指标体系建立

本研究所用空间矢量数据（.shp格式）如灾害易发区分布图、生态红线区分布图、水源保护区分布图、土地利用现状图等均由屯昌县国土局、林业局和住建局等各部门提供。

生态敏感性通常是生态系统受到多因子共同作用而呈现出的抗干扰能力，往往需要定性和定量方法相结合进行评价[12]。根据指标因子的全面性、代表性、可比性和可获得性原则，本研究选取了灾害易发程度、坡度、水系廊道、水源保护区、植被和生态红线区6个指标因子。

灾害易发程度指自然灾害发生的概率大小，灾害高易发区具备地质災害发生的地质构造、地形地貌和气候条件，容易发生地质灾害，生态敏感性较高。

地形坡度是地表单元陡缓的程度，坡度较高的地区易引起水土流失、滑坡等自然灾害，相对地势平坦的地区来说，生态敏感性较高。

水系廊道指河流水系等线状或带状景观要素。距离河流水系近的地方，土壤遭水流侵蚀作用强，水土流失敏感性高。

水源保护区是国家对某些特别重要的水体加以特殊保护而划定的区域。本研究所用水源保护区数据由屯昌县水务局提供。水源保护区级别分一级和二级，一级水源保护区的生态敏感性高于二级。

植被在保护区域生物多样性、改善生态环境质量方面具有非常重要的作用。植被类型不同，其对土地的生态服务价值不同。原生植被比次生植被和人工植被易受干扰而变得不稳定，其生态敏感性更高。

生态红线区指为维护国家或区域生态安全和可持续发展，据生态系统完整性和连通性的保护需求，划定了需实施特殊保护的区域。本研究所用的生态红线区数据由海南省林业厅提供，分禁止红线区和限制红线区两类。禁止红线区生态敏感性高于限制红线区。

1.2 因子权重计算

因各指标因子对生态敏感性的影响程度不一致，所以需要根据其影响程度赋予相应的权重。权重是反映各因子重要程度的依据，本研究应用层次分析法来确定各因子的权重。

层次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是一种定性分析和定量分析相结合的系统分析方法，通过明确问题、建立层次分析结构模型，构造判断矩阵、求最大特征值及特征向量来确定权重，并通过一致性检验，从而得出可行的综合评价值，具有高度的逻辑性、系统性和实用性[13]。本研究利用层次分析法的排序原理，通过专家打分，在标度范围1～9，逐一比较两因子之间的相对重要程度，构建判断矩阵，求出判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，通过满意度检验，确定最终各因子权重。具体计算步骤如下：

将判断矩阵的每一列向量归一化：

则m=（m1，m2…mn）T为所求的特征根向量，即各因子的权重。

根据各因子对生态敏感度重要性程度不同，对各个因子分别赋予不同的等级值，敏感性等级按极敏感、高度敏感、中度敏感、轻度敏感和不敏感分别赋值为9、7、5、3、1；某一区域较高的等级值表示该因子对生态敏感性具有较高的影响程度。因子权重及分级标准见表1。

2 生态敏感性评价

2.1 研究区概况

屯昌县位于海南岛中部偏北，地处五指山北麓，南渡江南岸，总面积1 233.24 km2。全县为低山丘陵地带，地势呈南高北低，东西有山地，山地占全县总面积5%，丘陵占85%，其他地占10%。全县属热带季风气候，长夏无冬，四季变化不大，年平均气温23.1～23.6 ℃，高温多雨，干湿季分明。日照时间长，年日照1 900～2 100 h；雨水充分，年降水量1 960～ 2 400 mm；该区水能及矿产资源较为丰富，植被覆盖率较高。

2.2 模型应用

根据各部门提供的空间矢量数据，利用ArcGIS 10.1软件，通过缓冲、要素转栅格、重分类等工具对每个评价因子分别赋予相应的等级数值，得到各单因子生态敏感性分析图（图1）。

然后对各单因子敏感性分析图按表1中对应的权重，根据式1的计算公式，利用ArcGIS的栅格加权叠加功能进行加权叠加后，得到屯昌县土地生态敏感性综合分析图，结果见图2。

按照屯昌县敏感性评价的综合得分值，将屯昌县的敏感性程度分为5类：不敏感区（1.0～3.0）、轻度敏感区（3.1～5.0）、中度敏感区（5.1～6.0）和高度敏感区（6.1～7.0）和极敏感区（7.1～8.0）。各敏感性程度分布的面积以及占研究区的比例见表2。

3 结果与分析

从表2可以看出，屯昌县生态敏感性较高（高敏感和极敏感）的地区所占比重较大，高敏感地区分布面积达327.74 km2，极敏感地区分布面积3.62 km2，敏感性较高的地区分布总面积达377.42 km2，占整个研究区面积的30.17%。通过图2可以看出，屯昌县生态敏感性的分布情况与研究区的地形地貌分布规律呈较强的相关度。高敏感性地区主要分布在县域的西北、西南和东南部山地地区，即图2所示的A、B、C、D 4个区域。

导致县域土地生态敏感性高的主要因子不同。A区域生态敏感性高的主要原因是濒临南渡江，且位于坡度较高的山区地段，灾害易发程度高；B区生态敏感性高的主要原因是位于生态红线禁止区内，地表覆盖主要为生态敏感性高的林地等类型；C区生态敏感性高的主要原因是位于木色湖风景区，木色水库和雷公滩水库分布于此，是重要的水源保护区。同时周边分布大多以林地为主，属于禁止红线区范围；D区生态敏感性高的主要原因是地表覆盖主要为生态敏感性高的林地类型，且属于灾害易发程度高的地区，水系密布。敏感性较高的地区属于脆弱生态环境区，极易受到人为破坏，而且一旦破坏很难短时期恢复，因而县各部门对此类区域进行规划时，应以环境保护为主，严格管制土地的使用[14]。

屯昌县生态敏感性中等和较低的地区主要分布在县域中部的两条轴线上，如图2的L1和L2所示。该区坡度低，地势较为平坦，是城镇分布的主要地区。地表覆盖类型多以建设用地、耕地和草地为主，少林地，且灾害易发程度低。对于中敏感地区，可作为限制性发展的地区，在该区应以“在保护中开发，在开发中保护”为指导原则进行适度开发，避免对生态环境的破坏[15]。对于低敏感和不敏感地区，由于环境的抗干扰能力较高，可以作为经济建设发展的主要区域。但环境的承载力是有极限的，因此在大力发展经济建设的同时，也应注意环境的保护，走社会经济的可持续发展道路。

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