摘 要 在分析青南地區(qū)典型縣城瑪多縣生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用“3S”技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，結(jié)合SRP模型，構(gòu)建生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合主成分分析法，確定權(quán)重，進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并將計(jì)算結(jié)果劃分為微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、高度脆弱和極度脆弱5個(gè)等級(jí)。結(jié)果表明：瑪多縣土地生態(tài)脆弱度以中度脆弱為主，中度以上面積比例達(dá)61.07%。

關(guān)鍵詞 生態(tài)脆弱性；GIS；SRP模型；主成分分析法；青海省瑪多縣

中圖分類(lèi)號(hào)：F062.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-890X（2016）10-025-04

知網(wǎng)出版網(wǎng)址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.s.20160422.1541.036.html 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-4-22 15：41：47

土地生態(tài)脆弱性的研究是在生態(tài)脆弱性研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所黃河清較早闡述了土地脆弱性，在此基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者的研究逐步形成了一個(gè)較為普遍的認(rèn)識(shí)：土地生態(tài)脆弱性是一定時(shí)間、空間條件下，土地生態(tài)系統(tǒng)在面臨外界壓力或干擾下所表現(xiàn)出的可承受能力和可能性反應(yīng)[l]。而土地生態(tài)系統(tǒng)的所表現(xiàn)出的可承受能力與其自身結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，一旦外界壓力或干擾超過(guò)了其所能承受的能力范圍，就會(huì)導(dǎo)致脆弱性的惡果。

三江源地區(qū)位于我國(guó)的西北部，青海省南部，平均海拔3500～4800 m，是青藏高原的腹地，是長(zhǎng)江、黃河和瀾滄江的源頭匯水區(qū)；三江源地區(qū)也是我國(guó)面積最大的自然保護(hù)區(qū)和世界高海拔地區(qū)生物多樣性最集中的自然保護(hù)區(qū)，因此不論是對(duì)青海省自身，還是對(duì)全國(guó)甚至是世界，三江源地區(qū)都具有極重要的生態(tài)戰(zhàn)略地位[2]?，敹嗫h是三江源海拔最高的地區(qū)，其生態(tài)具有典型代表性。本文以該縣作為研究對(duì)象，使用“生態(tài)敏感性—生態(tài)彈性—生態(tài)壓力度（SRP）”概念模型作為基本框架，通過(guò)主成分分析確定權(quán)重，進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

瑪多縣位于北緯33°50′～35°40′，東經(jīng)96°50′～99°20′，青海省果洛藏族自治州西北部，青海省南部，平均海拔在4200 m以上，全縣總面積25253 km2。年平均氣溫-4.1℃，除5—9月外，各月平均氣溫在-3.0℃以下?，敹喔咴滋烊丈鋸?qiáng)，地面接受熱量多，升溫快，散熱量大，溫度急劇下降，氣溫日差較大，年平均達(dá)14.0℃。全年無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期。全縣大風(fēng)日數(shù)多，從11月至次年4月最為頻繁，占年大風(fēng)日數(shù)的70%～85%。全縣年均降水量303.9 mm，但年際變化大，最多年份434.8 mm，最少年份84.0 mm。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文數(shù)字高程模型來(lái)自于地理空間數(shù)據(jù)云，并在此基礎(chǔ)上提取出海拔、坡度數(shù)據(jù)；土壤數(shù)據(jù)由土壤類(lèi)型數(shù)據(jù)提??；土地?cái)?shù)據(jù)結(jié)合Landsat衛(wèi)星影像的不同波段合成獲?。唤邓?、溫度、積溫類(lèi)氣象數(shù)據(jù)通過(guò)氣象站多年（2004—2013）數(shù)據(jù)求平均，再利用克里金插值得到柵格數(shù)據(jù)；植被凈初級(jí)生產(chǎn)力數(shù)據(jù)使用MOD17A3產(chǎn)品（2004—2013年）獲得；土壤侵蝕數(shù)據(jù)利用 RUSLE模型計(jì)算得到；人口密度、GDP密度和載畜量密度數(shù)據(jù)參考青海省統(tǒng)計(jì)年鑒，并進(jìn)行柵格化。

植被覆蓋度通過(guò)歸一化植被指數(shù)（NDVI）求平均計(jì)算得到，公式如下：

式中，NDVImin、NDVImax代表NDVI的最小值和最大值。研究過(guò)程中所有數(shù)據(jù)均柵格化為1 km。

1.3研究方法

1.3.1 指標(biāo)選擇

基于SRP 模型，結(jié)合瑪多縣實(shí)際情況選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。SRP模型是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的內(nèi)涵設(shè)計(jì)建立的，從三方面表現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性：（1）生態(tài)敏感性，揭示受到外界影響時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的難易程度和可能性大小[3]，包括高程、坡度、地表粗糙度、植被覆蓋度、土壤類(lèi)型、土壤侵蝕強(qiáng)度、年降水量、年均氣溫；（2）生態(tài)彈性，與敏感性相對(duì)，它表示當(dāng)受到外界的干擾并造成破壞后，生態(tài)系統(tǒng)自身能夠恢復(fù)到原始狀態(tài)的能力特性，包括植物凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）、≥0℃積溫；（3）生態(tài)壓力度，表示危及生物個(gè)體或種群的生長(zhǎng)及生殖、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的外界干擾及其所產(chǎn)生的生理效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)，包括人口密度、GDP密度、單位面積載畜量[4]。

1.3.2 權(quán)重確定

本文依據(jù)主成分分析法確定各指標(biāo)權(quán)重。首先在GIS平臺(tái)下采用級(jí)差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，再使用GRID模塊的PRINCOMP函數(shù)完成主成分分析，主成分如表1。

前6項(xiàng)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)95.73%，僅有4.27%信息缺失，能夠涵蓋全部指標(biāo)信息。使用各指標(biāo)相對(duì)于主成分的特征向量，采用數(shù)學(xué)方法結(jié)合各指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率確定權(quán)重[5]。

1.3.3 綜合計(jì)算

將瑪多縣土地生態(tài)系統(tǒng)敏感性、彈性和壓力度所涵蓋的全部指標(biāo)綜合，使用加權(quán)指數(shù)方法計(jì)算生態(tài)環(huán)境脆弱度（Eco-environment Vulnerability Index），公式如下：

式中，EVI為生態(tài)脆弱度指數(shù)，Pi為第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，wi為第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。該方法目前應(yīng)用廣泛，且操作簡(jiǎn)單，有較強(qiáng)說(shuō)服力。EVI大，表明土地生態(tài)脆弱度指數(shù)大；EVI小，表明土地生態(tài)脆弱度指數(shù)小，系統(tǒng)穩(wěn)定。

2結(jié)果與分析

2.1瑪多縣土地生態(tài)脆弱度結(jié)果與分級(jí)

對(duì)計(jì)算結(jié)果的輸出使用30 m×30 m的GRID格式刪格數(shù)據(jù)[6]，根據(jù)脆弱度計(jì)算結(jié)果和瑪多縣的自然地理特征，使用自然間斷點(diǎn)方法將瑪多縣土地生態(tài)脆弱性劃分為微度脆弱（0.1622～0.3419）、輕度脆弱（0.3419～0.3975）、中度脆弱（0.3975～0.4467）、高度脆弱（0.4467～0.5001）和極度脆弱（0.5001～0.7076）5個(gè)等級(jí)，并統(tǒng)計(jì)面積（如圖1）。結(jié)果顯示，瑪多縣土地生態(tài)脆弱度指數(shù)在0.1622～0.7076，平均值在0.3404～0.4833。

2.2瑪多縣土地生態(tài)脆弱度分析

2.2.1 脆弱度空間分布特征

瑪多縣中度脆弱級(jí)別以上的區(qū)域達(dá)到61.07%，表明整個(gè)區(qū)域脆弱度偏高；全縣生態(tài)脆弱度自西北至東南呈現(xiàn)出帶狀的分布；西北區(qū)域普遍脆弱度較高，東北少部分區(qū)域和東南部分地區(qū)脆弱度較低。

從局部看，通常海拔高度高、坡度較大、地表粗糙的地區(qū)，脆弱度級(jí)別較高；植被覆蓋度較高的區(qū)域，通常植被凈初級(jí)生產(chǎn)力也較高，而植被凈初級(jí)生產(chǎn)力正是地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中其他生物成員生存和繁衍的物質(zhì)基礎(chǔ)，故脆弱度級(jí)別較低；河流、湖泊周?chē)貏?shì)起伏，坡度變化大，侵蝕能力較強(qiáng)，脆弱性表現(xiàn)明顯。

2.2.2 成因分析

瑪多縣為高寒高海拔地區(qū)，自然條件惡劣。海拔高度是基礎(chǔ)條件，進(jìn)而導(dǎo)致溫度、積溫低，降水少，而坡度和粗糙度等容易造成脆弱性的指標(biāo)偏高，且全縣土壤凍融侵蝕范圍較廣，使得很多植被無(wú)法生存，土地覆被類(lèi)型以草地為主，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，敏感性強(qiáng)而彈性弱，即瑪多縣土地自身的生態(tài)環(huán)境脆弱性較高。

由于自然條件限制，傳統(tǒng)以耕作為主的生產(chǎn)方式并不適用，因此畜牧業(yè)是瑪多縣的主要產(chǎn)業(yè)。畜牧業(yè)的基礎(chǔ)是草場(chǎng)，瑪多縣的土地又以草場(chǎng)為主，因此牛羊等草食性家畜對(duì)生態(tài)的影響要超過(guò)人的影響。所以載畜量的合理與否對(duì)當(dāng)?shù)夭莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)脆弱度具有十分重要的影響。由于瑪多縣本身環(huán)境脆弱，相較于其他地區(qū)，同樣程度的人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地生態(tài)造成的影響效果更明顯，因此人口密度高的區(qū)域脆弱度級(jí)別高。

2.2.3 瑪多縣地區(qū)特點(diǎn)

全縣EVI計(jì)算結(jié)果均大于0.16，與類(lèi)似方法計(jì)算的不同地區(qū)EVI水平相當(dāng)。但就具體指標(biāo)實(shí)際水平比較，瑪多縣各項(xiàng)指標(biāo)、特別是生態(tài)壓力度指標(biāo)水平明顯低于其他地區(qū)，甚至差距百倍以上。這說(shuō)明在瑪多縣，土地生態(tài)的脆弱性是絕對(duì)的，而微度脆弱只是相對(duì)的。這根源于瑪多縣所處的自然地理環(huán)境，瑪多縣是青海省海拔最高縣，全縣平均海拔4500 m以上，高海拔導(dǎo)致高寒缺氧，自然條件十分惡劣，是國(guó)內(nèi)人類(lèi)生存環(huán)境最?lèi)毫拥牡貐^(qū)之一，即使對(duì)植被而言，生長(zhǎng)也較困難，因此即使沒(méi)有人類(lèi)活動(dòng)干擾，該區(qū)域的土地生態(tài)脆弱性表現(xiàn)也極其明顯。

3結(jié)論

本文選取具有典型代表性的瑪多縣為對(duì)象，通過(guò)SRP模型選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用“3S”技術(shù)和主成分分析法計(jì)算結(jié)果、劃分等級(jí)，并輸出結(jié)果。

全縣EVI達(dá)到中度級(jí)別以上的區(qū)域達(dá)61.07%，且EVI最大值0.7076，最小值0.1622，平均值0.3404～0.4833，全縣土地生態(tài)脆弱性水平較高。

在縣域內(nèi)人為因素對(duì)土地生態(tài)脆弱性有顯著影響。畜牧業(yè)是瑪多縣支柱產(chǎn)業(yè)，也是對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)影響范圍最廣的生產(chǎn)方式，所以，合理控制載畜量對(duì)當(dāng)?shù)赝恋厣鷳B(tài)具有重要意義。

土地生態(tài)脆弱性是一個(gè)相對(duì)的概念，這一結(jié)論來(lái)自于與其他采用相同方法研究不同區(qū)域脆弱性的研究成果相比較，即極度脆弱或微度脆弱都是針對(duì)具體的研究區(qū)域而言的，同一地點(diǎn)在研究范圍不同時(shí)，其脆弱性有可能改變。如瑪多縣人口密度小于1，這與東部地區(qū)差距在百倍甚至千倍以上，生態(tài)壓力度指標(biāo)絕對(duì)數(shù)值的偏低說(shuō)明瑪多縣土地承載有限，從側(cè)面證明了其土地生態(tài)的脆弱性。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）