單勇兵,李志江,馬曉冬

(徐州師范大學城市與環(huán)境學院,江蘇徐州221116)

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,人類活動對自然環(huán)境的影響范圍和強度在不斷加大,這對自然生態(tài)環(huán)境已有的結構和功能必定產(chǎn)生巨大影響。進行區(qū)域生態(tài)敏感性評價分析,是合理評價人與自然生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的綜合性指標,也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、保護和管理的基礎。所謂生態(tài)敏感性(ecological sensitivity)是指生態(tài)系統(tǒng)在遇到人類活動干擾時,生態(tài)環(huán)境對外界壓力的靈敏程度,是生態(tài)系統(tǒng)的一種重要屬性,說明產(chǎn)生生態(tài)失衡與生態(tài)環(huán)境問題的可能性大小[1-2]。

目前國內(nèi)對生態(tài)系統(tǒng)敏感性的研究日益重視,已從單一生態(tài)敏感性問題發(fā)展到生態(tài)敏感性綜合評價,取得了不少成果,但大部分集中在大尺度范圍的研究[2-5],對小尺度范圍的綜合研究相對較少;生態(tài)敏感性評價方法往往采用多因子加權疊加算法[6-10],而對于其他的計算方法較少涉及。本文采用取最大值的方法進行生態(tài)敏感性綜合評價,對徐州地區(qū)進行生態(tài)敏感性分析,以期為研究區(qū)的開發(fā)建設和生態(tài)環(huán)境規(guī)劃與保護提供參考。

1 研究區(qū)概況

徐州隸屬江蘇省 ,位于 116°22′-118°40′E 、33°43′-34°58′N 之間 ,總面積 11 040.9 km2。地處黃淮海平原的南部,長江流域與黃河流域過渡地帶。屬暖溫帶濕潤性季風氣候,四季分明。境內(nèi)河流縱橫交錯,湖沼、水庫星羅棋布,故黃河斜穿東西,京杭大運河由西北向東南斜穿而過,東有沂、沭諸水及駱馬湖,西有夏興、大沙河及微山湖。地貌以平原為主,中部和東部存在少數(shù)低山丘陵,既有洪積、沖積平原,亦有剝蝕平原。

2 研究方法

2.1 評價因子的選取

影響生態(tài)敏感性的因子很多,如地形、植被、土壤、地質(zhì)、水系等,但在不同區(qū)域影響因子的選擇亦有差異。

根據(jù)徐州地區(qū)的環(huán)境本底特征,選取了自然生態(tài)、災害風險、生態(tài)服務作為生態(tài)敏感性分析的一級影響因素,每一級影響因素又包含若干具體的敏感性因子。自然生態(tài)因素包括水體、坡度、土壤與植被3個因子,災害風險包括塌陷風險、地震風險、滯洪風險3個因子,生態(tài)服務主要是自然保護區(qū)類別。

2.2 因子敏感性等級的劃分

根據(jù)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在遇到外界活動干擾時發(fā)生生態(tài)失衡和生態(tài)環(huán)境問題的可能性大小,將每個敏感性因子按影響程度劃分為極高敏感、高敏感、中敏感、低敏感和非敏感5個等級;為了運算的方便,分別賦值9,7,5,3,1(表1)。

表1 生態(tài)因子及其類別與等級體系

(1)自然生態(tài)各因子敏感性等級的劃分。水體對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活有著極其重要的影響,且徐州又屬于資源型地域城市,所以,使得境內(nèi)水體因子的生態(tài)敏感性等級較高;徐州境內(nèi)丘陵崗地大部分由石灰?guī)r組成,在這些巖石上發(fā)育的土壤,其厚度多在10 cm以下,易于發(fā)生水土流失和土壤侵蝕,利用徐州地區(qū)數(shù)字高程模型生成坡度圖,以坡度 5°、15°、25°為界限,相應劃分為非敏感區(qū)、低生態(tài)敏感區(qū)、中敏感區(qū)及高生態(tài)敏感區(qū);土壤與植被敏感性等級的劃分主要是根據(jù)土壤的理化性質(zhì)、地貌條件等分析其植被生長的限制性因素,將無限制宜農(nóng)耕地化為非敏感區(qū),有限制宜農(nóng)耕地劃分為低敏感區(qū),將宜林用地劃為中敏感區(qū),宜林宜牧用地劃為高敏感區(qū)。

(2)災害風險各因子敏感性等級的劃分。徐州地區(qū)塌陷風險主要是煤礦采空塌陷。由于采煤塌陷地會引發(fā)不可預知的環(huán)境問題,總體上生態(tài)敏感性較高。根據(jù)采煤塌陷危害程度,將未穩(wěn)沉采空區(qū)劃為高敏感區(qū),穩(wěn)沉采空區(qū)劃為極高敏感區(qū);徐州處于多條斷裂帶穿越的地震風險區(qū),但由于地震災害的重現(xiàn)期較長,不確定性較多,故將地震風險的敏感性總體等級劃得較低。將有活動斷裂帶穿越的高風險地震劃為低敏感區(qū),將有隱藏斷裂帶穿越的低風險地震區(qū)劃為非敏感區(qū)。區(qū)域內(nèi)的防洪主要是防御沂沭泗流域可能發(fā)生的特大洪水,依徐州市的防洪規(guī)劃滯洪區(qū)分為極重災區(qū)、腹部重災區(qū)和邊緣重災區(qū),將極重災區(qū)劃為高敏感區(qū),腹部重災區(qū)劃為中敏感區(qū),邊緣重災區(qū)劃為低敏感區(qū)。

(3)自然保護區(qū)為人類生存提供一定生態(tài)服務功能、具有直接或間接生態(tài)系統(tǒng)效益的區(qū)域,依行政管理級別可分為國家級、省級、市級和縣級等,根據(jù)保護區(qū)的管理級別將省級自然保護區(qū)、市級自然保護區(qū)、縣級自然保護區(qū)分別劃分為高敏感區(qū)、中敏感區(qū)和低敏感區(qū)。

2.3 評價方法

運用GIS技術對地形、水系、土壤與植被、塌陷風險、地震風險、洪水風險和自然保護區(qū)各個敏感性因子的矢量圖形經(jīng)過配準形成統(tǒng)一坐標系,同時建立相關屬性數(shù)據(jù)庫。運用GIS的空間分析功能分別對這些限制性的因素作單因子的評價,由于研究區(qū)各因子的生態(tài)敏感性存在一定程度上的差異,多個因子進行加權求和的評價方法在一定程度上將導致單因子評價結果之間抵消或放大,同時權重的確定具有主觀性,從而影響區(qū)域綜合生態(tài)敏感性的評價結果;所以采用因子加權疊置的方法進行評價不太適合;因此,本文選用影響某地因子的最大值方法,來確定該地區(qū)的生態(tài)敏感性綜合指數(shù)[11],計算公式為：DES=max(Di),i=1,2,3,4,5,式中 ：DES——生態(tài)綜合敏感性指數(shù);Di——第i個因子的敏感性指數(shù)。

3 評價結果與分析

在ArcGIS 9.2軟件的支持下,首先對各個生態(tài)敏感性單因子矢量圖形進行配準,然后運用其空間分析模塊逐個將各單因子生態(tài)敏感性分級的空間單元相互疊置,將單因子生態(tài)敏感性指數(shù)的最大值賦予疊置后的空間單元,作為其生態(tài)敏感性等級屬性,得到基于自然生態(tài)因子、災害風險因子和生態(tài)服務3個一級影響因素的生態(tài)敏感性空間分布特征及其差異。

3.1 自然生態(tài)因子生態(tài)敏感性

自然生態(tài)因子生態(tài)敏感性是研究區(qū)內(nèi)水系、坡度和土壤與植被3個單因子共同作用的結果。對疊置后的屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,可以得出具有極高敏感區(qū)面積為228.3 km2,占區(qū)域總面積的2.07%;高敏感區(qū)面積為1 407.3 km2,占12.75%;中敏感區(qū)面積為837.8 km2,占7.59%;低敏感區(qū)面積為3 997.8 km2,占 36.20%;非敏感區(qū)面積為4 571.0 km2,占41.40%(圖1,表2)。中敏感區(qū)主要分布于沿故黃河和大沙河沿線及徐州市區(qū)附近丘陵和賈汪部分丘陵崗地;極高和高敏感區(qū)分布在微山湖、駱馬湖及京杭大運河沿線。

圖1 基于自然生態(tài)因子的生態(tài)敏感性等級分布

表2 生態(tài)敏感性分析結果及相關指數(shù)

3.2 災害風險因子生態(tài)敏感性

災害風險因子生態(tài)敏感性是研究區(qū)內(nèi)塌陷、地震和滯洪3個單因子共同作用的結果。對疊置后的屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,可以得出具有極高敏感區(qū)面積為74.0 km2,占區(qū)域總面積的0.67%;高敏感區(qū)面積為170.4 km2,占1.54%;中敏感區(qū)面積為99.9 km2,占0.91%;低敏感區(qū)面積為 1 137.0 km2,占10.30%;非敏感區(qū)面積為9 558.3 km2,占86.58%。中敏感區(qū)主要分布于新沂市大部分地區(qū)、邳蒼泄洪道一部分及銅山縣、賈汪煤礦穩(wěn)沉塌陷區(qū);極高和高敏感區(qū)分布在賈汪和銅山縣煤礦未穩(wěn)沉塌陷區(qū)(圖2)。

3.3 生態(tài)服務因子生態(tài)敏感性

經(jīng)過對生態(tài)服務因子進行空間統(tǒng)計分析,基于生態(tài)服務因子的高敏感區(qū)面積為162.6 km2,占區(qū)域總面積的1.47%;中敏感區(qū)面積為517.5 km,占4.69%;低敏感區(qū)面積為7.6 km2,占0.07%。中敏感區(qū)主要分布銅山縣圣人窩自然保護區(qū),高敏感區(qū)分布在微山湖濕地自然保護區(qū)和新沂馬陵山自然保護區(qū)(圖3)。

圖2 基于災害風險因子的生態(tài)敏感性等級分布

圖3 基于生態(tài)服務因子的生態(tài)敏感性分析結果

3.4 綜合生態(tài)敏感性

將基于自然生態(tài)、災害風險和生態(tài)服務3個一級影響因素的生態(tài)敏感性空間分布經(jīng)過疊置再取最大值,可獲得徐州地區(qū)綜合生態(tài)敏感性的空間分異圖(圖4)。經(jīng)過對疊置后的屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,非敏感區(qū)3 748.3 km2,占區(qū)域總面積的33.94%,主要分布于睢寧、邳州、銅山縣東部和北部;低敏感區(qū)面積為4 296.9 km2,占38.91%,主要分布在新沂市、邳州西北部、豐縣、沛縣;中敏感區(qū)面積為1 088.1 km2,占9.85%,分布于新沂河沿線滯洪區(qū)、微山湖濕地緩沖帶;高敏感區(qū)面積為 1 608.4 km2,占 14.56%,主要分布于故黃河、大沙河和京杭大運河沿線、馬陵山自然保護區(qū)、微山湖濕地自然保護區(qū)及區(qū)域中部和賈汪丘陵地帶;極高敏感區(qū)面積為 301.8 km,占2.73%,主要分布在微山湖、駱馬湖沿線及銅山縣和賈汪煤礦塌陷區(qū)。非敏感區(qū)與低敏感區(qū)兩者之和占研究區(qū)面積的72.85%,表明徐州地區(qū)的生態(tài)敏感性總體上較低。

4 結論

極高與高生態(tài)敏感區(qū)屬于脆弱生態(tài)環(huán)境區(qū),系統(tǒng)穩(wěn)定性極差,極易受到人為破壞,而且一旦破壞很難恢復,此類區(qū)域應該重點保護;中生態(tài)敏感區(qū)屬于較為脆弱的生態(tài)環(huán)境區(qū),對外界的干擾活動具有一定的抵抗能力,較易遭受人為干擾,造成生態(tài)系統(tǒng)的擾動和不穩(wěn)定,此類區(qū)域可以作為控制發(fā)展區(qū)或過渡區(qū),宜于在科學指導下進行適度的開發(fā)利用;低生態(tài)敏感區(qū)與非生態(tài)敏感區(qū),生態(tài)敏感性較低,系統(tǒng)穩(wěn)定性較好,外部的干擾對生態(tài)環(huán)境的影響不大,可作為適宜開發(fā)區(qū),進行強度較大的開發(fā)利用[11]。因此,可作強度較大的開發(fā)利用的面積為8 045.2 km2,占研究區(qū)面積的72.85%;可在指導下進行適度的開發(fā)利用的面積為1 088.1 km2,占9.85%;而作為重點保護的面積為1 910.2 km2,占17.29%。

本研究中采用GIS技術將多生態(tài)敏感性因子通過空間矢量疊置方法取最大值確定區(qū)域敏感性,操作方法簡單、運算高效;避免了柵格疊加操作復雜、運算效率低的缺點。影響生態(tài)敏感性的因子很多,在分析生態(tài)敏感性時,應根據(jù)研究區(qū)環(huán)境特征選擇主要的影響因子。本文根據(jù)徐州的環(huán)境本底特征選擇了3個一級因子共7個單因子對該地區(qū)生態(tài)敏感性進行分析,結果可作為該地區(qū)的開發(fā)建設和環(huán)境規(guī)劃與保護的依據(jù)。

[1] 楊志峰,徐俏,何孟常,等.城市生態(tài)敏感性分析[J].中國環(huán)境科學,2002,22(4)：360-364.

[2] 歐陽志云,王效科,苗鴻.中國生態(tài)環(huán)境敏感性及其區(qū)域差異規(guī)律研究[J].生態(tài)學報,2000,20(1)：9-12.

[3] 劉康,歐陽志云,王效科,等.甘肅省生態(tài)環(huán)境敏感性評價及其空間分布[J].生態(tài)學報,2003,23(12)：2711-2718.

[4] 谷花云,安裕倫.貴州省生態(tài)系統(tǒng)對酸沉降的相對敏感性[J].貴州師范大學學報：自然科學版,2003,21(4)：88-91.

[5] 賀秋華,張丹,陳朝猛,等.GIS支持下的黔中地區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性評估[J].生態(tài)學雜志,2007,26(3)：413-417.

[6] Xiong Ying,Zeng Guangming,Chen Guiqiu,et al.Combining AHP with GIS in synthetic evaluation of ecoenvironment quality：A case study of Hunan Province,China[J].Ecological Modeling,2007,209：97-109.

[7] 閔婕.基于GIS技術與AHP研究生態(tài)環(huán)境敏感度分區(qū)[J].重慶師范大學學報：自然科學版,2006,23(4)：76-80.

[8] 趙曉慧,嚴力蛟.生態(tài)敏感性的灰色關聯(lián)投影評價模型及其應用[J].浙江大學學報：農(nóng)業(yè)與生命科學版,2006,32(3)：341-345.

[9] Zhang Mingwu,Jin Haijiang,Cai Desuo,et al.The comparative study on theecological sensitivity analysis in Huixian karst wetland,China[J].Procedia Environmental Sciences,2010,2：386-398.

[10] 韓貴鋒,趙珂,袁興中,等.基于空間分析的山地生態(tài)敏感性評價：以四川省萬源市為例[J].山地學報,2008,26(5)：531-537.

[11] 尹海偉,徐建剛,陳昌勇,等.基于GIS的吳江東部地區(qū)生態(tài)敏感性分析[J].地理科學,2006,26(1)：64-68.