萬 松，范祝連，鄧 雙，卞阿娜,2★

（1.福建農(nóng)林大學(xué)·園林學(xué)院，福建 福州350002；2.閩南師范大學(xué)·生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州363000）

在當今城鎮(zhèn)化的快速推動下，城市空間擴張速度隨之加快，生態(tài)環(huán)境問題面臨著巨大的挑戰(zhàn),環(huán)境污染、水土流失、土地荒漠化、熱島效應(yīng)等問題隨之而來[1]。生態(tài)環(huán)境作為人類社會可持續(xù)發(fā)展的必要前提，其問題的解決刻不容緩。生態(tài)環(huán)境敏感性是指區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)面對人類活動干擾以及自然環(huán)境變化所做出的反應(yīng)程度，是該區(qū)域遇到干擾時，其生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)問題的難易程度和可能性大小[2-3]。生態(tài)環(huán)境敏感性評價與分析可以識別出需要重點進行生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)的區(qū)域，從而為城市的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)[4]。

目前國內(nèi)外對于生態(tài)環(huán)境敏感性的研究較多。在國外，生態(tài)敏感性研究起步較早，研究的區(qū)域尺度相對較大，研究對象也比較廣泛，但其主要是對單一的生態(tài)敏感性問題進行研究[5-6]。國內(nèi)在其研究范圍上涵蓋了多個尺度，不僅對省域[7]、市域[8]、縣域[9]等尺度進行研究，還對鄉(xiāng)鎮(zhèn)[10]、自然保護區(qū)[11]等區(qū)域進行了生態(tài)敏感性研究。我國對生態(tài)環(huán)境敏感性的研究實現(xiàn)了從單一性向綜合性的轉(zhuǎn)變，研究的內(nèi)容結(jié)合了多個類型的生態(tài)環(huán)境問題進行綜合評價[12]。生態(tài)敏感性研究被廣泛應(yīng)用于多個方面，其中包括了土地利用[13]、生態(tài)空間區(qū)劃[14]、生態(tài)安全格局的構(gòu)建[15]、城市增長邊界的劃定[16]等，并取得了較好的成果。在研究方法上，大多采用多因子加權(quán)疊加法來對其進行綜合評價，但在評價指標權(quán)重的確定上大多無法消除其所用方法的缺陷：舒波等[17]運用了層次分析法對樂山市進行了生態(tài)敏感性評價，這使得因子權(quán)重的確定過于依賴主觀判斷；屈賽等[18]通過G1 法對AHP 進行改進來確定各因素權(quán)重，對廬山進行生態(tài)敏感性評價，但其也受到了較強主觀因素的影響，導(dǎo)致結(jié)果有一定的誤差；李怡等[19]雖然運用變異系數(shù)法實現(xiàn)了指標客觀賦權(quán)，對南昌市進行了生態(tài)敏感性空間分異研究，但其也存在一定的弊端，缺乏一定的說服力。

閩侯縣作為福州市的山地生態(tài)縣，依山傍水，在2016 年被授予了“國家生態(tài)縣”榮譽稱號，至此閩侯縣力爭做“綠水青山就是金山銀山”的踐行者，故該區(qū)域的生態(tài)敏感性分析變得尤為重要。本研究以閩侯縣為研究區(qū)域，選取了具有特征性的評價因子來構(gòu)建科學(xué)合理的指標評價體系。為使評價結(jié)果更加客觀可行，文章采用層次分析法與變異系數(shù)法相結(jié)合來確定評價因子權(quán)重，并結(jié)合評價結(jié)果對閩侯縣制定了生態(tài)環(huán)境保護和分區(qū)建設(shè)的方案，這為閩侯縣的可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)和參考，同時也為其他相似的山地城市提供借鑒。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

閩侯縣位于福建省福州市西南側(cè)（25°47′—26°36′ N，118°52′—119°25′ E），南鄰福清市，西鄰閩清、永泰縣，東北部與古田、羅源縣相連，總面積為2 136 km2。境內(nèi)地勢起伏大，西北高、東南低，有44 座海拔千米以上的山峰。閩侯縣林地資源優(yōu)越，水系發(fā)達，有閩江、烏龍江和大漳溪三大流域穿境而過，是“七山一水二分田”的縣。然而隨著城市的發(fā)展，閩侯境內(nèi)局部地區(qū)正面臨著植被破壞、水土流失、水環(huán)境污染等生態(tài)問題。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所涉及的數(shù)據(jù)（高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）以及土地利用）主要包含DEM 數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)，均來自于地理空間數(shù)據(jù)云。DEM 數(shù)據(jù)分辨率為30 m，用于獲取高程、坡度和坡向信息；遙感數(shù)據(jù)為Landsat 8 衛(wèi)星系列的2020 年4 月的30 m 空間分辨率的影像數(shù)據(jù)，并對其進行輻射定標、大氣校正等預(yù)處理，用于獲取研究區(qū)的植被覆蓋指數(shù)信息。土地利用數(shù)據(jù)來源于2020 年全球地表覆蓋數(shù)據(jù)(GlobeLand30)，分辨率為30 m，并通過該數(shù)據(jù)提取出相應(yīng)的水域數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 評價因子的選取與評價指標體系的構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)具有開放性、復(fù)雜性和不確定性的特點[20]，研究的區(qū)域不同，其生態(tài)環(huán)境問題也不盡相同。生態(tài)環(huán)境問題一般是自然和人類活動共同作用的結(jié)果[21]。侯志華等[22]選取了坡度、土地利用、植被覆蓋指數(shù)、水體、生態(tài)保護區(qū)等因子來評價太原市的生態(tài)敏感性；張偉等[23]選取了高程、坡度、植被覆蓋、地質(zhì)災(zāi)害、河流水庫緩沖區(qū)等因子來評價山地城市谷城縣的生態(tài)敏感性。

閩侯縣作為一個典型的山地縣城，其地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，森林資源優(yōu)越，水資源豐富。結(jié)合閩侯縣的特點以及其面臨的環(huán)境問題，文章選取了對閩侯縣生態(tài)環(huán)境影響較大、代表性強的生態(tài)因素：高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）以及土地利用。高程會造成生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)垂直分布現(xiàn)象；坡度影響了地質(zhì)的穩(wěn)定性，水土流失與土壤侵蝕的可易程度與之有關(guān)；坡向決定了坡地接受太陽輻射的強弱，影響植被的生長狀況；水域能夠起到調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)氣候、凈化環(huán)境的作用；植被能夠起到穩(wěn)固水土、凈化大氣的作用，同時也體現(xiàn)了物種多樣性；土地利用反映了人類活動干預(yù)自然環(huán)境所產(chǎn)生的結(jié)果。本研究將各因子敏感程度分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感以及極度敏感5 個等級并對其進行賦值。參考相關(guān)研究成果[24-26]，建立起由選取的6 個生態(tài)因子組成的生態(tài)敏感性評價指標體系（表1）。

表1 評價指標體系Tab.1 Evaluation index system

2.2 指標權(quán)重的確定

2.2.1 層次分析法確定權(quán)重

本方法根據(jù)相關(guān)專家9 分制打分原則，對每兩兩指標判斷其相對重要性。用1～9 及其倒數(shù)，按每個敏感因子重要性進行打分。然后將打分結(jié)果錄入yaahp軟件，并構(gòu)成各層判斷矩陣，得出判斷矩陣的一致性檢驗結(jié)果（CR=0.0277＜0.10），其一致性檢驗通過，最后得出各要素權(quán)重（表2）。

表2 層次分析法確定因子權(quán)重Tab.2 The factors weight value determined by AHP method

2.2.2 變異系數(shù)法確定權(quán)重

變異系數(shù)法是能夠反映數(shù)據(jù)差異程度的統(tǒng)計量，是一種客觀的賦權(quán)方法。它的原理是通過在評價體系中指標取值的差異程度來確定該指標的權(quán)重，一個指標的變異系數(shù)越大，則其相應(yīng)的權(quán)數(shù)就越大[27]。變異系數(shù)法能夠反映因子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)問題。其公式為：

式（1）中bi表示因子權(quán)重，vi是評價因子的變異系數(shù)，si是評價因子的標準差，xˉ表示因子的平均值，根據(jù)上述公式推算得出權(quán)重(表3)。

表3 變異系數(shù)法確定因子權(quán)重Tab.3 The factors weight value determined by variance method

2.2.3 組合賦權(quán)法確定權(quán)重

層次分析法作為主觀賦權(quán)法，容易造成主觀上的過強偏好，會導(dǎo)致結(jié)果與實際不符；變異系數(shù)法作為客觀賦權(quán)法，其過于依賴實測數(shù)據(jù)，完全擺脫了決策者的經(jīng)驗知識[28-29]。為避免單一方法確定權(quán)重的不足，采用層次分析法以及變異系數(shù)法來共同確定各生態(tài)因子的權(quán)重，削弱專家的主觀偏好，使得出的權(quán)重更加科學(xué)。基于前人相關(guān)研究[30-31]，采用乘法合成歸一法對層次分析法和變異系數(shù)法得出的權(quán)重進行耦合，其公式為：

式（2）中wi表示組合權(quán)重，ai為層次分析法確定的權(quán)重，bi為變異系數(shù)法確定的權(quán)重，通過上述公式計算得到高程、坡度、坡向、水域、植被覆蓋指數(shù)（NDVI） 以及土地利用這6 個指標的權(quán)重分別為0.0512、0.0879、0.0550、0.4515、0.2449、0.1095。

2.3 疊加分析

結(jié)合多個因子用加權(quán)疊加法，利用ArcGIS 10.2將每個因子按照組合賦權(quán)法確定的權(quán)重進行加權(quán)疊加，得到綜合性生態(tài)敏感性的評價結(jié)果，計算公式如下：

式（3）中S 表示敏感性綜合評價值，Wi表示指標權(quán)重，Pi表示各因子得分。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子生態(tài)敏感性分析

3.1.1 高程生態(tài)敏感性

閩侯縣內(nèi)以山地丘陵為主，高程呈現(xiàn)出東北高、西南低的格局。該因子的高度敏感與極度敏感區(qū)占比13.23%，主要分布在縣內(nèi)北側(cè)以及西南側(cè)山區(qū)一帶。不敏感區(qū)主要分布在縣內(nèi)中部與東南部高程低的區(qū)域，包含南嶼鎮(zhèn)、上街鎮(zhèn)、南通鎮(zhèn)等片區(qū)，占總面積的40.15%，適合作為城市建設(shè)的首選區(qū)域（圖1a，表4）。

3.1.2 坡度生態(tài)敏感性

閩侯縣內(nèi)山體的坡度敏感性面積占比較均勻。敏感性強的區(qū)域（高度敏感和極度敏感）分布面積較大，占總面積的45.46%，主要分布在境內(nèi)南側(cè)以及北側(cè)高山一帶，其土壤易受雨水沖刷和侵蝕；不敏感區(qū)占比面積較小，為20.90%，主要分布在縣內(nèi)東南側(cè)一帶，其坡度平緩，都在5°以內(nèi)，適合城市開發(fā)建設(shè)以及農(nóng)耕（圖1b，表4）。

3.1.3 坡向生態(tài)敏感性

采用常用的8 個方向分類方法：正南、東南、正東、東北、正北、西北、正西、西南，還有平地這特殊一類。將這些坡向分為了5 類生態(tài)敏感區(qū)。該因子敏感性分布比較零散，其中高度敏感區(qū)與極度敏感區(qū)共占總面積的36.47%，輕度敏感及不敏感區(qū)域面積占比較大，占總面積的39.27%（圖1c，表4）。

3.1.4 水域生態(tài)敏感性

水域生態(tài)敏感性用水域緩沖區(qū)來表示，敏感性強弱與離水域的距離成反比。其高度敏感區(qū)與極度敏感區(qū)共占6.47%，中度敏感區(qū)占10.54%，不敏感區(qū)占總面積的71.01%。該研究區(qū)的水域除了閩江、大漳溪、烏龍江這三條河流外，還包含了面積較大的湖泊、水庫、坑塘等，且多分布在閩江周邊，敏感區(qū)域主要為河流及其周圍，故要加強其周邊緩沖區(qū)的防護（圖1d，表4）。

3.1.5 植被生態(tài)敏感性

NDVI 值與植被覆蓋度呈正相關(guān)關(guān)系，因此可側(cè)面看出閩侯縣的植被分布情況。閩侯縣的森林覆蓋率高，其中敏感度高的區(qū)域主要分布在閩侯縣的西南部與中北部，高度敏感區(qū)和極度敏感區(qū)共占總面積的70.03%，該區(qū)域?qū)俑呱矫芰值貛?，植被茂密，其對縣內(nèi)生態(tài)格局的穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用；敏感度低的區(qū)域主要在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其周圍，共占面積的17.20%，此區(qū)域也要適當加強綠化建設(shè)（圖1e，表4）。

3.1.6 土地利用生態(tài)敏感性

閩侯縣的土地利用類型主要為林地、濕地、耕地、灌木草地、水體、建設(shè)用地等。由于境內(nèi)林地面積大，極度敏感區(qū)占了較大比例，為總面積的63.65%，該縣中度敏感區(qū)為草地以及灌木林，占總面積的7.42%；輕度敏感區(qū)為耕地，占總面積的21.93%，其與不敏感區(qū)共占28.25%，該范圍是人類活動較為頻繁的區(qū)域，但也要合理控制其區(qū)域的開發(fā)強度（圖1f，表4）。

表4 單因子敏感性分布面積Tab.4 The area of single factor sensitivity distribution

圖1 單因子敏感性分布圖Fig.1 Single factor sensitivity distribution

3.2 綜合生態(tài)敏感性分析

將選定的6 個生態(tài)因子用ArcGIS10.2 按照AHP-變異系數(shù)法對各因子確定的權(quán)重進行疊加分析。采用自然間斷點分級法（Jenks）對疊加后的分析圖劃分為極度、高度、中度、輕度和不敏感這5 個敏感區(qū)域，得到綜合生態(tài)敏感性評價圖（圖2），并得出以下結(jié)果（表5）。

表5 綜合生態(tài)敏感性評價結(jié)果Tab.5 The result of comprehensive ecological sensitivity assessment

圖2 綜合生態(tài)敏感性分布圖Fig.2 Comprehensive ecological sensitivity distribution

由綜合敏感性圖可以看出：閩侯縣的總體生態(tài)敏感性較高，其中敏感性高的區(qū)域（極度敏感區(qū)和高度敏感區(qū)）占比為44.32%，主要分布于境內(nèi)江河水域、高山林地一帶，此處應(yīng)作為縣內(nèi)核心保護區(qū)域，禁止人類相關(guān)破壞性的建設(shè)活動；敏感性中等的區(qū)域（中度敏感區(qū)）占比為28.92%，主要分布于鄉(xiāng)鎮(zhèn)外圍，該區(qū)域也應(yīng)以生態(tài)保護為主，以防止城市的無序擴張；敏感性低的區(qū)域（輕度敏感區(qū)和不敏感區(qū)）占比為26.76%，主要分布于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地帶及其周邊，此處要適當加強綠化建設(shè)，處理好人類活動與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

以山地生態(tài)城市閩侯縣為研究對象，選用了反映閩侯縣主要生態(tài)環(huán)境特征的評價因子，即高程、坡度、坡向、水域、植被覆蓋指數(shù)與土地利用，建立生態(tài)敏感性評價指標體系，并借助GIS 技術(shù)，采用AHP-變異系數(shù)法來確定各評價因子的權(quán)重對其進行生態(tài)敏感性評價，很好地消除了主客觀單一賦權(quán)方法的缺陷。研究結(jié)果得出閩侯縣的極度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)、不敏感區(qū)面積占比分別為10.52%、33.80%、28.92%、18.33%、8.43%，水域和植被是其最主要的敏感因子。

基于該研究得出的結(jié)果，本文為閩侯縣不同程度的敏感性區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展策略提出如下建議：1）敏感性高的區(qū)域：該區(qū)域集中分布于縣內(nèi)北部、南部山區(qū)以及江河流域，此處是最容易受到破壞的區(qū)域。該區(qū)域易發(fā)生水土流失、水環(huán)境污染等災(zāi)害，應(yīng)作為縣內(nèi)的核心保護區(qū)。對其要加強監(jiān)督管理，嚴格保護當?shù)刂脖?，防止水體污染，做好災(zāi)害防護措施?？赏ㄟ^建立自然保護區(qū)來加強生態(tài)保護，發(fā)揮該區(qū)域的生態(tài)價值，禁止人類相關(guān)建設(shè)活動。2）敏感性中等的區(qū)域：該區(qū)域主要位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)外的灌木地、草地以及局部山地。該區(qū)域作為敏感性高的區(qū)域轉(zhuǎn)向敏感性低的區(qū)域的過渡地帶，能夠有效防止城市的無序擴張與發(fā)展，對生態(tài)系統(tǒng)具有一定的緩沖和保護作用。該區(qū)域容易受到高強度的人類活動干擾而導(dǎo)致其生態(tài)功能退化，故此處應(yīng)限制人類開發(fā)強度，加強此處的生態(tài)保護。3）敏感性低的區(qū)域：主要位于南嶼鎮(zhèn)、南通鎮(zhèn)、青口鎮(zhèn)、祥謙鎮(zhèn)、荊溪鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)地帶及其周圍。該區(qū)域是人類集中進行城市建設(shè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域，可承受一定強度的干擾，適合作為城市開發(fā)建設(shè)的首選區(qū)域。對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊即將廢棄的耕地應(yīng)當進行還林，適當限制開墾強度和規(guī)模，提高生態(tài)效益。對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心要注重綠化建設(shè)，合理規(guī)劃建設(shè)公園綠地，提升綠化面積，改善人居環(huán)境；此外，要加大污水治理，加強雨天防洪排澇能力，保障人居安全。

4.2 討論

閩侯縣作為山水縣，其水環(huán)境污染、水土流失、山洪威脅等問題日益突出，因此縣內(nèi)水環(huán)境、植被為當今生態(tài)保護與規(guī)劃的重點對象，旨在減少自然災(zāi)害的發(fā)生，降低整體生態(tài)敏感性。從縣內(nèi)綜合敏感性的研究結(jié)果來看，與水環(huán)境相關(guān)的水域和與水土流失、地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的植被敏感性最為突出，這是由于水域和植被覆蓋度指數(shù)因子的權(quán)重占比較大，分別為45.15%和24.49%，共占69.64%，很好地詮釋了水環(huán)境以及植被的重要性。通過此次生態(tài)敏感性評價結(jié)果與閩侯縣生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀對比發(fā)現(xiàn)，該結(jié)果基本吻合閩侯縣當今生態(tài)環(huán)境發(fā)展的實際情況。

本次生態(tài)敏感性評價研究結(jié)合了水文學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域的相關(guān)知識，但由于研究區(qū)面積較大、生態(tài)環(huán)境復(fù)雜等原因，該評價必然還存在不足之處，大致分為以下兩點：1）在評價因子的選取上仍沒有考慮全面。由于數(shù)據(jù)的獲取以及復(fù)雜因子分析的難度，本研究只選取了具有一定代表性的6個生態(tài)敏感因子來構(gòu)建評價體系。生態(tài)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的綜合體，未考慮到氣候、土壤質(zhì)地、生物多樣性等因素的影響，所得出的結(jié)果無法具體到研究區(qū)更深層次的內(nèi)容。2）評價體系的分級標準仍存在一定的主觀性。國內(nèi)對生態(tài)敏感性評價體系還缺乏統(tǒng)一的標準，望后期相關(guān)學(xué)者在研究當中進一步完善評價體系，以期得出更加科學(xué)、合理的評價結(jié)果。