内蒙古自治区敕勒川乳业开发区生态敏感性综合评价及分析

张正国，徐银健，刘利霞，祝顺万，吉晓奇，杨乾坤，邢建勋，戴 捷

（1.北京市京西林场管理处，北京 102300；2.中国林业科学研究院，a.生态保护与修复研究所；b.荒漠化研究所，北京 100091；3.内蒙古工业大学建筑学院，呼和浩特 010062）

随着科学技术与经济社会的快速发展，人类活动对生态环境的干扰范围及强度越来越大，加剧了区域生态环境的恶化，造成了水土流失、土地沙化等一系列的区域生态环境问题［1-3］。此类问题严重制约区域经济社会可持续发展，威胁人类赖以生存的环境。由于不同区域的生态环境和人类生产生活存在差异，各区域所面临的生态环境问题及生态敏感性也各不相同［4］。生态敏感性是指生态环境受到人类和自然环境的干扰，生态系统恢复过程所表现出的难易程度［5-14］。生态敏感性评价是研究人类对生态环境的干扰程度，找出人类活动引起的不同区域生态问题，这是生态保护建设与修复的基础，通过生态敏感性评价可为不同敏感区域制定相应的保护措施提供理论基础［15］。国内外的相关研究大多数以省、市、县等区域为主，针对城市边缘区域的生态敏感性评价研究涉及不多。

内蒙古自治区敕勒川乳业开发区紧邻呼和浩特市中心城区西边缘，区域内有小黑河、白石头沟、霍寨沟和乌素图沟4 条河流，并通过山体、林地、农田等自然开敞空间形成北部大青山前坡生态廊道、中部敕勒川生态廊道、南部大小黑河生态廊道3 条大型生态廊道。大小黑河与大青山南北相望，多条河流川流其间。因此，该研究区域具有重要生态保护价值与意义，亟待开展该研究区域的生态敏感性综合评价及分析。

本研究采用层次分析法［16］和GIS 空间分析［17］等方法对内蒙古自治区敕勒川乳业开发区进行生态敏感性综合评价与分析，以期为敕勒川乳业开发区生态环境保护建设与修复提供一定的理论依据。

1 研究区概况

内蒙古自治区敕勒川乳业开发区位于默川平原，温带大陆性气候，冬季长而寒冷，夏季短而炎热，寒暑变化剧烈，降水量少，蒸发量大，气候干燥且无霜期较短。开发区北侧山区降水量充沛（年均降水量＞800 mm），开发区内平均降水量接近500 mm，年均潜在蒸发量＞8 000 mm，靠近市区蒸发量显著升高，区域干旱程度由东南向西北呈递减趋势；开发区内90%以上地区坡度小于6°，地势整体较为平坦。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究中高程数据来源于地理空间数据云，并以该数据为基础计算研究区坡度、坡向分布，空间分辨率为30 m；依据三调数据土地分类结果及生态敏感性评估特性，将研究区土地利用类型分为城镇、农业用地、工业用地、生态用地和水域5 类；植被归一化指数（NDVI）数据来源于Landsat8 OLI 遥感影像，并基于谷歌地球云平台（Google earth engine，GEE）计算年最大NDVI。

2.2 层次分析法

层次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是做定量及定性分析的决策方法，具体步骤如下。

1）构建判断矩阵。各评价指标之间两两进行比较，给定其量化值1（同样重要）、3（较为重要）、5（较强重要）、7（强重要）、9（非常重要），按其重要程度评定等级，根据两两比较结果构成判断矩阵，该矩阵具有以下性质，具体计算式如下。

式中，i、j表示评价指标。

2）一致性检验。根据判断矩阵计算出每个评价因子的权重，为检验权重是否具有科学性，还需对判断矩阵进行一致性检验，具体计算式如下。

式中，λmax为最大特征值；A为判断矩阵；ω为特征向量；n为矩阵阶数；CI为一致性指标；CR为检验系数；RI为平均随机一致性指标（通过查表可得）。通常情况下，若CR＜0.1，则认为该判断矩阵通过一致性检验，且CR越接近于0，说明该判断矩阵质量越高；反之则说明该判断矩阵未通过一致性检验。

经计算得出特征值λmax= 5.0，CI= 0，根据RI表查到对应的RI为1.11，因此CR=CI/RI=0.0＜0.1，说明所构建的判断矩阵通过了一致性检验，因此得出各生态评价因子的权重是可用的。

2.3 GIS 空间分析方法

1）缓冲区分析。缓冲区分析可表示各地理要素间的空间近邻性及近邻程度。基于三调数据提取研究区水域、工业用地的空间分布，然后在ArcGIS 中对水域、工业用地建立多级缓冲区，进而对周围环境进行生态敏感性分析。

2）生态景观聚集度分析。景观聚集度指数（Aggregation index，AI）表示同一景观类型斑块间的连通性与聚集程度，取值为1～100，如果景观是由许多离散的小斑块组成，则聚集度取值越小，反之则聚集度取值越大，聚集度指数除了受斑块数量、均匀度的影响外，还受到斑块间相邻关系的影响。本研究基于三调数据提取研究区生态用地的空间分布，在Fragstates 4.2 软件中利用移动窗口法计算研究区生态用地景观聚合度，表征研究区生态景观的分布状况。

式中，AI为景观聚集度；gii为相应景观类型中相邻接斑块的数量，临界判定范围为100 m。

3）统计分析。对多个评价因子的生态敏感性分布进行不同敏感度区域的面积计算，得出不同敏感区域在研究区总面积中的占比，便于进行敏感性等级之间的相互对比。

4）叠加分析。叠加分析是通过叠加多层对象的空间特征和属性特征，从而产生新的空间特征和属性关系［18］。将5 个生态因子按照生态评价指标体系进行权重分类分级赋值后，根据各因子的权重，使用ArcGIS 的叠加分析功能对5 个对象数据进行叠加操作，得到研究区综合生态敏感性分布图。

2.4 生态敏感性评价因子的选取与分级

由于区域差异性的存在，需要根据当地的生态环境状况、社会经济条件与地形地貌等特点因地制宜地选取评价因子［19］。研究区地形起伏较小，主要产业为农业、畜牧业及工业。根据其土地利用状况及生态系统特点，从地貌环境、产业结构及生态环境等方面选取了土地利用、坡度、工业用地缓冲、水域缓冲、生态景观聚集度共5 个评价因子对研究区生态环境进行敏感性评价与分析，基于层次分析法计算各评价因子权重。依据各评价因子空间数据分布规律进行敏感性等级划分，将研究区生态敏感性分为5 个等级，极低敏感区用阿拉伯数字1 代表、低度敏感区用阿拉伯数字3 代表、中度敏感区用阿拉伯数字5 代表、高度敏感区用阿拉伯数字7 代表、极高敏感区用阿拉伯数字9 代表（表1）［20，21］。

表1 研究区生态敏感性评价指标体系

3 单因子生态敏感性分析与评价

3.1 水域缓冲敏感性分析

研究区处于中国干旱区，水域面积小，分布零散，但对改善区域环境至关重要。研究区中极低敏感区面积最大，为84.44 km2，占总面积的77.12%；低度敏感区面积为11.33 km2，占总面积的10.35%；中度敏感区、高度敏感区和极高敏感区的占比分别为4.82%、4.06%和3.65%，可见水域缓冲区对整个区域生态敏感性的影响较低，需在后期工程中增加水域缓冲区的影响范围及程度（表2、图1）。

图1 各评价因子生态敏感性分区

表2 研究区各评价因子敏感性评价分级

3.2 生态景观聚集度敏感性分析

研究区西部的生态用地面积分布大于东部地区，其中西南部景观聚集度指数最高，东北部最低。整体来看，研究区极低敏感区面积为84.17 km2，占总面积的76.87%；低度敏感区面积最小，为0.06 km2；极高敏感区面积为19.18 km2，占总面积的17.51%，在敏感性等级分布中排名第2，表明研究区生态用地建设较好，但区域分布不均衡，后续建设中仍需改善（表2、图1）。

3.3 土地利用敏感性分析

将工业用地、城镇、农业用地、生态用地、水域5种地类分别对应生态敏感性分析中的极低敏感区、低度敏感区、中度敏感区、高度敏感区和极高敏感区。结果表明，研究区农业用地面积最大，为47.05 km2，占总面积的42.97%；工业用地面积次之，为24.01 km2，占总面积的21.93%；水域面积最小，仅为0.61 km2，占总面积的0.55%（表2、图1）。

3.4 坡度敏感性分析

研究区地势较为平缓，90%以上地区坡度小于6°，处于极低、低敏感区范围内，其中极低敏感区面积为69.41 km2，占总面积的63.39%；低度敏感区面积为34.27 km2，占总面积的31.30%；极高敏感区面积为0.23 km2，占总面积的0.21%，主要分布于研究区西南部。大范围的农业、工业用地是研究区坡度平缓的主要原因，但也侧面说明该区域人为活动较频繁，不利于开展防风固沙、保护生物多样性等生态建设工作（表2、图1）。

3.5 工业用地缓冲敏感性分析

研究区工业用地面积较大且分布广泛，因而其500 m 以内缓冲区（极低、低度、中度、高度敏感区）几乎涵盖研究区全域，面积占比为96.55%，极高敏感区面积为3.78 km2，占总面积的3.45%，主要分布于研究区西南部（表2、图1）。

4 综合生态敏感性分析与评价

结合研究区的自然环境条件及人类活动的影响，在GIS 平台上将生态景观聚集度、坡度、工业用地缓冲、土地利用和水域缓冲5 个评价因子，根据其权重进行加权叠加分析，得出研究区生态环境敏感性分布，如图2 所示，其综合生态评价指数介于1.00～7.96（表3）。极高敏感区（敏感指数为5.07～7.96）占比最少，为4.52%，主要分布于研究区南部，可能与该区域人工开发程度较低有关；高度敏感区（敏感指数为3.95～5.07）、中度敏感区（敏感指数为2.91～3.95）和低度敏感区（敏感指数为1.87～2.91）分别占总面积的16.17%、22.73%和25.05%，高度、中度敏感区在西部分布偏多，低度敏感区在东部分布较多；研究区极低敏感区（敏感指数为1.00～1.87）占总面积的31.53%，其分布范围主要受工业用地影响，主要分布在研究区东北部。

图2 综合生态敏感性分区

表3 研究区综合生态敏感性评价分级

5 小结

本研究使用GIS 平台，选取了土地利用、坡度、工业用地缓冲、水域缓冲、生态景观聚集度共5 个评价因子对研究区生态环境进行敏感性评价与分析。结果表明，5 个评价因子中，工业用地缓冲评价因子对研究区生态环境敏感性的影响程度最高，水域缓冲影响程度最低，权重分别为0.36、0.04。工业用地缓冲敏感性分布趋势与研究区综合生态敏感性分布趋势大致相同。

根据综合生态敏感性评价结果，研究区南部、西南部生态敏感性最高，因此，建议重点在研究区南部与西南部进行生态保护工作；研究区中部及西北部零星分布少数极高敏感区；建议在该区域适当减少人为活动，避免对环境造成不可逆损害；研究区东部生态敏感性最低，该区域也是城镇、工业用地的主要分布区，建议在该区域适当增加生态用地，改善人居环境。