林漳河

（福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，福州 350003）

由生態(tài)環(huán)境的相關(guān)概念可知，人類活動(dòng)與自然環(huán)境的相互作用影響著生態(tài)系統(tǒng)，而生態(tài)系統(tǒng)的變化對(duì)人類活動(dòng)也具有反饋?zhàn)饔肹1]。因此，人類健康的生產(chǎn)生活方式、適宜的生居住環(huán)境離不開(kāi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。隨著全球化進(jìn)程的加快，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)正處于高速發(fā)展時(shí)期，城市高速發(fā)展給我們帶來(lái)的生活便利，帶來(lái)了繁榮的經(jīng)濟(jì)，同時(shí)，過(guò)度的開(kāi)發(fā)也給生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在本質(zhì)進(jìn)行干擾，加重其惡化[2]，地表環(huán)境的破壞、大氣污染、水污染、土地退化、森林覆蓋率下降等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)所要承受的壓力越來(lái)也大，尤其是以沿海城市生態(tài)系統(tǒng)更為嚴(yán)重。世界上約有三分之一的人口居住在距離海冰60 km以內(nèi)的范圍，因此，沿海城市是人口密集區(qū)，人類活動(dòng)相對(duì)比較頻繁，城市開(kāi)發(fā)力度大，工業(yè)開(kāi)發(fā)密集?；仡櫄v史，沿海地區(qū)開(kāi)發(fā)基本上都是開(kāi)發(fā)一片、污染一片，干擾當(dāng)?shù)鼐坝^格局和生態(tài)系統(tǒng)，沒(méi)有協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的發(fā)展，往往更加在注重經(jīng)濟(jì)上增長(zhǎng)，忽視了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，這種不可持續(xù)的發(fā)展模式造成了嚴(yán)重的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題。因此，如何在開(kāi)發(fā)沿海區(qū)的同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，可持續(xù)發(fā)展的保證，是人口環(huán)境居住舒適度的重要指標(biāo)。本次研究綜合運(yùn)用GIS（地理信息系統(tǒng)英文Geographic information system的簡(jiǎn)稱）和RS（遙感英文Remote sensing的簡(jiǎn)稱）技術(shù)對(duì)霞浦縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，可以定量化分析霞浦縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，能為霞浦縣生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)及生態(tài)建設(shè)提供重要的依據(jù)。基于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，可以劃定霞浦縣的生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣度等級(jí)較差的區(qū)域?yàn)槊舾袇^(qū)，進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，形成良好的生態(tài)環(huán)境保護(hù)體系。為其他相似研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供參考模型、提供技術(shù)路線。十九大提出，要全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，因此，對(duì)沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)是響應(yīng)國(guó)家政策的重要舉措，可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)霞浦縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量合理健康發(fā)展，對(duì)霞浦縣生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義[3-10]。

1 研究區(qū)概況

霞浦縣，福建省寧德市轄縣，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的沿海經(jīng)濟(jì)開(kāi)放縣，是閩東最古老的縣城，也是閩東文化中心，位居臺(tái)灣海峽西北岸，地處福建省東北部，轄有2街道12鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝?3萬(wàn)。霞浦山海資源豐富，海域占全省海域面積的21.76%?，F(xiàn)有耕地面積1.8萬(wàn)hm2，占陸地面積的12%；林地面積9.93萬(wàn)hm2，森林覆蓋率36%。近年來(lái)，霞浦縣近海水質(zhì)基本保持穩(wěn)定，城市空氣質(zhì)量尚屬清潔水平，生態(tài)環(huán)境總體上保持在較好狀態(tài)[11]。但是人類活動(dòng)的加劇、粗放型的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式尚未變動(dòng)，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)造成了壓力，如養(yǎng)殖污染的增多，人為水土流失，局部環(huán)境破壞嚴(yán)重，森林遭受破壞、生物多樣性銳減等生態(tài)問(wèn)題。發(fā)展沿海經(jīng)濟(jì)是富民強(qiáng)國(guó)的重要措施，因此，對(duì)于沿海開(kāi)發(fā)帶來(lái)的破壞，需要加強(qiáng)保護(hù)，這是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

2 數(shù)據(jù)處理和土地利用專題信息提取

2.1 數(shù)據(jù)收集及處理

研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)采用Landsat 8影像，拍攝時(shí)間均為2017年3月1日，影像云量較少，研究區(qū)內(nèi)基本無(wú)云覆蓋，影像質(zhì)量好，可以滿足研究需要。運(yùn)用ENVI軟件對(duì)研究區(qū)Landsat 8影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正、鑲嵌、裁剪等處理后得到研究區(qū)所需的遙感影像數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1）。

研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)在地理空間數(shù)據(jù)云上下載，影像分辨率為30m。運(yùn)用ENVI軟件對(duì)研究區(qū)影像進(jìn)行鑲嵌、裁剪處理，并通過(guò)處理后的DEM數(shù)據(jù)提取高程和坡度。

研究區(qū)其它數(shù)據(jù)包括霞浦縣森林資源檔案的2016年林業(yè)基本圖、行政邊界圖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界圖、人口密度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等統(tǒng)計(jì)資料。

2.2 土地利用專題信息提取

土地利用和生態(tài)環(huán)境存在著相互制約的作用，因此，本研究根據(jù)國(guó)土資源部劃分的土地分類系統(tǒng)，考慮到研究區(qū)區(qū)域范圍較小，結(jié)合研究目的，將該系統(tǒng)的土地利用類型確定為林地、耕地、建筑用地、水域、未利用地。本研究使用SVM模型（支持向量機(jī)）對(duì)遙感圖像分類，得到初步結(jié)果，對(duì)初步的分類結(jié)果進(jìn)行聚類、過(guò)濾處理、分類統(tǒng)計(jì)等操作，得到滿足后續(xù)生態(tài)環(huán)境研究需要的分類結(jié)果（見(jiàn)圖2）:林地面積101135.52 hm2，占總面積的68.15%；耕地面積24274.89 hm2，占總面積的16.36%；建筑用地面積16561.62 hm2，占總面積的11.16%；未利用地面積4556.88 hm2，占總面積的3.07%；水域面積1871.64hm2，占總面積的1.26%?？芍计挚h的土地利用類型以林地為主，建筑用地與未利用地的占比也比較大。

3 指標(biāo)體系的設(shè)置和確定

3.1 指標(biāo)體系的設(shè)置

指標(biāo)是評(píng)價(jià)的基本尺度和衡量標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)有其特殊性，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)和制約因素不同，研究區(qū)所處的背景不同，則評(píng)價(jià)的方法和所選擇的指標(biāo)體系也就不同。基于GIS和RS技術(shù)，結(jié)合實(shí)地考察情況，查閱霞浦縣相關(guān)文獻(xiàn)、年鑒等資料，閱讀相關(guān)學(xué)者對(duì)于沿海地區(qū)相關(guān)指標(biāo)體系情況，從社會(huì)因子、植被因子、地表因子、地形因子四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行因子的選取，選取人口密度、城市擴(kuò)張強(qiáng)度、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)、植被覆蓋度、地表溫度、水體指數(shù)、高程、坡度8個(gè)參考因子來(lái)評(píng)估霞浦縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量情況。建立了如表1的霞浦縣生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

圖1 影像圖

圖2 研究區(qū)土地利用類型圖

表1 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)框架

3.1.1 人口密度

生態(tài)環(huán)境的壓力主要來(lái)源于人類的生產(chǎn)活動(dòng)與自然災(zāi)害，人類和自然都能促使景觀格局發(fā)生相應(yīng)的變化。首先是城市化進(jìn)程伴隨著人口的擴(kuò)張，而人口的增長(zhǎng)對(duì)土地資源、水資源、能源森林資源的需求上升，會(huì)加劇對(duì)這些資源的開(kāi)發(fā)，因此，沿海城市發(fā)展過(guò)程中人口的迅速增長(zhǎng)是生態(tài)環(huán)境所承受的主要壓力，可以選擇人口壓力作為生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)。人口密度代表著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的活躍程度，區(qū)域人口越密集，區(qū)域經(jīng)濟(jì)活躍度起伏越大，進(jìn)而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量就會(huì)受到強(qiáng)烈的干擾，甚至破壞。

3.1.2 城市擴(kuò)張強(qiáng)度

人口的增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極大擴(kuò)大了城市用地需求，城市用地的擴(kuò)張會(huì)給生態(tài)環(huán)境施加壓力，促使生態(tài)環(huán)境格局發(fā)生改變。霞浦縣生態(tài)環(huán)境受外界的干擾強(qiáng)度可以用人口密度和城市擴(kuò)張強(qiáng)度來(lái)表示。

3.1.3 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)

參考石斌[13]，對(duì)蘭州新區(qū)的生態(tài)環(huán)境研究，本文選擇了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。土地利用景觀存在相對(duì)穩(wěn)定性，沒(méi)有絕對(duì)穩(wěn)定性，也就是景觀其實(shí)經(jīng)常變化的，其只會(huì)在一定的時(shí)期內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。景觀由不同的要素的構(gòu)成，要素不同、要素的空間組合不同、空間組合的配置不同等都會(huì)影響景觀的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而人類是景觀的一種組成成分，一種復(fù)雜并對(duì)景觀具有非常強(qiáng)改造能力的干擾要素。土地利用景觀是人類活動(dòng)作用于自然環(huán)境的主要途徑之一，反映著人為因素和自然因素的綜合效應(yīng)，不同的土地景觀類型在維護(hù)不同的土地景觀類型在維護(hù)生物多樣性、保護(hù)物種、完善整體結(jié)構(gòu)和功能、促進(jìn)景觀結(jié)構(gòu)自然演替等方面的作用是有差別的，同時(shí)，其對(duì)于外界干擾的抵抗能力也不同[14]。

3.1.4 植被覆蓋度

植被覆蓋度在一定統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)，植被在地面上的垂直投影面積占該統(tǒng)計(jì)區(qū)面積的比例，作為影響生態(tài)環(huán)境變化的重要指標(biāo)[15]，在植被變化監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)、干旱、沙塵暴等自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣候和水土保持等諸多研究領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[16]。植被覆蓋度這一指標(biāo)在研究水文、生態(tài)、植被覆蓋情況等都具有重要意義，可以作為描述生態(tài)環(huán)境變化的基礎(chǔ)指標(biāo)數(shù)據(jù)，植被覆蓋度的大小嚴(yán)重影響著區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化。植被覆蓋度在生態(tài)環(huán)境調(diào)查中具有廣泛的應(yīng)用，可以初步擬定植被覆蓋度作為生態(tài)環(huán)境的指標(biāo)。

3.1.5 地表溫度（城市熱島效應(yīng)）

本研究基于地表溫度來(lái)研究霞浦縣的城市熱島效應(yīng)，地表溫度是地表能量（熱量）平衡的表現(xiàn)形式，其蘊(yùn)含了非常豐富的地學(xué)信息，直接影響著大氣、海、陸之間的潛熱交換，可作為生態(tài)環(huán)境分析的重要指標(biāo)[17]。城市熱島效應(yīng)是指一種由于城市建筑及人類活動(dòng)導(dǎo)致熱量在城區(qū)空間范圍內(nèi)聚集的現(xiàn)象，是城市氣候最顯著的特征之一[18]。伴隨著城市化進(jìn)程的加劇，城市熱島的強(qiáng)度也會(huì)加強(qiáng)，而熱島的強(qiáng)度與下墊面性質(zhì)，植被覆蓋度的情況，人口等又密切相關(guān)，這些必定會(huì)影響城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，影響著城市生態(tài)環(huán)境。

3.1.6 水體指數(shù)

水是自然界生命的源泉，對(duì)維持生物體的正常生理活動(dòng)有著重要的意義，對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)具有重要意義，是反映生態(tài)環(huán)境中水源涵養(yǎng)量的一個(gè)重要指數(shù)。霞浦縣是沿海城市，水域分布較廣，因此選用水體指數(shù)作為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的因子。

3.1.7 地形地貌（高程和坡度）

地形地勢(shì)特征影響著自然地理環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)，影響著氣候、河流流向、植被、土壤、地質(zhì)災(zāi)害、對(duì)人類生產(chǎn)生活也有著重要的影響。霞浦縣是典型的山海結(jié)合的地形地貌，研究初步選用高程和坡度來(lái)參與生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)。海拔反映了地表的起伏狀態(tài)，影響著植被種類的分布，影響著溫度、濕度的變化以及大氣的流通，是生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中的重要因素。坡度通常是指坡面的垂直高度和水平距離的比值，影響著地表物質(zhì)流動(dòng)和能量強(qiáng)度，是制約生態(tài)環(huán)境的重要因子。因此研究選用高程和坡度兩個(gè)地形地貌因子作為生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)。不同的地形因子對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響不同，高程越大，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量更穩(wěn)定，這兩者是正向關(guān)系，坡度越大，容易造成水土流失等不利的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，坡度和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。

3.2 指標(biāo)體系的確定

指標(biāo)權(quán)重處理是一項(xiàng)及其重要的工作，指標(biāo)權(quán)重的確定表明了各個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的不同影響程度，獲取指標(biāo)權(quán)重的方法有很多。本次研究采用熵權(quán)法來(lái)獲取指標(biāo)權(quán)重。通過(guò)遙感影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、土地利用信息數(shù)據(jù)及其它統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS 10.2、ENVI軟件提取生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)專題信息，根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算了各指標(biāo)的信息熵和熵權(quán)值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2所示。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

本研究采用熵權(quán)法確定8個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，用ArcGIS 10.2統(tǒng)計(jì)分析工具計(jì)算出霞浦縣的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量平均值，生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)平均值為0.6682，參考《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，依據(jù)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的相關(guān)研究，將霞浦縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量劃分為5個(gè)級(jí)別（具體分布詳見(jiàn)圖3），劃分的生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)閾值范圍和含義見(jiàn)表格3所示。霞浦縣的總體生態(tài)環(huán)境綜合質(zhì)量等級(jí)為良，生態(tài)結(jié)構(gòu)相對(duì)比較合理，穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)自身功能和自我恢復(fù)能力較強(qiáng)。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表3 評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)等級(jí)圖

5 結(jié)語(yǔ)

研究基于GIS、RS等信息技術(shù)，對(duì)霞浦縣生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，評(píng)價(jià)結(jié)果比較貼合實(shí)際，在一定程度上驗(yàn)證了評(píng)價(jià)方法和模型的科學(xué)性和適用性，評(píng)價(jià)結(jié)果能夠?yàn)榻窈笙计挚h生態(tài)環(huán)境規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)模型構(gòu)建大多基于歷史數(shù)據(jù)、人文數(shù)據(jù)，可獲性較差，而本文選擇的指標(biāo)大多數(shù)可運(yùn)用GIS、RS技術(shù)進(jìn)行獲取，能夠更加快速與準(zhǔn)確。但由于作者水平有限，在某些數(shù)據(jù)、指標(biāo)的選擇上還不盡完善，本文在研究過(guò)程中存在的主要不足之處，應(yīng)該注意的問(wèn)題主要有:

①生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的選擇應(yīng)該是多方位的，多角度的，生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)不僅包括自然生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)，也包括社會(huì)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)，但是由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的可獲性比較難，資料受到限制，本文沒(méi)有將社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)納入評(píng)價(jià)體系。社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的加入是今后區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量值得探討的問(wèn)題。

②以后的研究中將更多結(jié)合GIS、RS、GPS等先進(jìn)的信息技術(shù)，特別是對(duì)沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查，可擴(kuò)大研究范圍與信息的采集，文章以霞浦縣為例驗(yàn)證了沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境的初步研究成果，今后將進(jìn)一步充實(shí)沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，不斷修正評(píng)價(jià)模型。