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        內(nèi)蒙古自治區(qū)敕勒川乳業(yè)開發(fā)區(qū)生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)及分析

        2023-12-20 13:50:26張正國(guó)徐銀健劉利霞祝順萬吉曉奇楊乾坤邢建勛
        湖北畜牧獸醫(yī) 2023年11期
        關(guān)鍵詞:區(qū)域生態(tài)評(píng)價(jià)

        張正國(guó),徐銀健,劉利霞,祝順萬,吉曉奇,楊乾坤,邢建勛,戴 捷

        (1.北京市京西林場(chǎng)管理處,北京 102300;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,a.生態(tài)保護(hù)與修復(fù)研究所;b.荒漠化研究所,北京 100091;3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院,呼和浩特 010062)

        隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾范圍及強(qiáng)度越來越大,加劇了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惡化,造成了水土流失、土地沙化等一系列的區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題[1-3]。此類問題嚴(yán)重制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,威脅人類賴以生存的環(huán)境。由于不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和人類生產(chǎn)生活存在差異,各區(qū)域所面臨的生態(tài)環(huán)境問題及生態(tài)敏感性也各不相同[4]。生態(tài)敏感性是指生態(tài)環(huán)境受到人類和自然環(huán)境的干擾,生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程所表現(xiàn)出的難易程度[5-14]。生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)是研究人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾程度,找出人類活動(dòng)引起的不同區(qū)域生態(tài)問題,這是生態(tài)保護(hù)建設(shè)與修復(fù)的基礎(chǔ),通過生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)可為不同敏感區(qū)域制定相應(yīng)的保護(hù)措施提供理論基礎(chǔ)[15]。國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究大多數(shù)以省、市、縣等區(qū)域?yàn)橹?,針?duì)城市邊緣區(qū)域的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)研究涉及不多。

        內(nèi)蒙古自治區(qū)敕勒川乳業(yè)開發(fā)區(qū)緊鄰呼和浩特市中心城區(qū)西邊緣,區(qū)域內(nèi)有小黑河、白石頭溝、霍寨溝和烏素圖溝4 條河流,并通過山體、林地、農(nóng)田等自然開敞空間形成北部大青山前坡生態(tài)廊道、中部敕勒川生態(tài)廊道、南部大小黑河生態(tài)廊道3 條大型生態(tài)廊道。大小黑河與大青山南北相望,多條河流川流其間。因此,該研究區(qū)域具有重要生態(tài)保護(hù)價(jià)值與意義,亟待開展該研究區(qū)域的生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)及分析。

        本研究采用層次分析法[16]和GIS 空間分析[17]等方法對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)敕勒川乳業(yè)開發(fā)區(qū)進(jìn)行生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)與分析,以期為敕勒川乳業(yè)開發(fā)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)與修復(fù)提供一定的理論依據(jù)。

        1 研究區(qū)概況

        內(nèi)蒙古自治區(qū)敕勒川乳業(yè)開發(fā)區(qū)位于默川平原,溫帶大陸性氣候,冬季長(zhǎng)而寒冷,夏季短而炎熱,寒暑變化劇烈,降水量少,蒸發(fā)量大,氣候干燥且無霜期較短。開發(fā)區(qū)北側(cè)山區(qū)降水量充沛(年均降水量>800 mm),開發(fā)區(qū)內(nèi)平均降水量接近500 mm,年均潛在蒸發(fā)量>8 000 mm,靠近市區(qū)蒸發(fā)量顯著升高,區(qū)域干旱程度由東南向西北呈遞減趨勢(shì);開發(fā)區(qū)內(nèi)90%以上地區(qū)坡度小于6°,地勢(shì)整體較為平坦。

        2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)來源

        本研究中高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云,并以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算研究區(qū)坡度、坡向分布,空間分辨率為30 m;依據(jù)三調(diào)數(shù)據(jù)土地分類結(jié)果及生態(tài)敏感性評(píng)估特性,將研究區(qū)土地利用類型分為城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)用地、工業(yè)用地、生態(tài)用地和水域5 類;植被歸一化指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)來源于Landsat8 OLI 遙感影像,并基于谷歌地球云平臺(tái)(Google earth engine,GEE)計(jì)算年最大NDVI。

        2.2 層次分析法

        層次分析法(Analytic hierarchy process,AHP)是做定量及定性分析的決策方法,具體步驟如下。

        1)構(gòu)建判斷矩陣。各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間兩兩進(jìn)行比較,給定其量化值1(同樣重要)、3(較為重要)、5(較強(qiáng)重要)、7(強(qiáng)重要)、9(非常重要),按其重要程度評(píng)定等級(jí),根據(jù)兩兩比較結(jié)果構(gòu)成判斷矩陣,該矩陣具有以下性質(zhì),具體計(jì)算式如下。

        式中,i、j表示評(píng)價(jià)指標(biāo)。

        2)一致性檢驗(yàn)。根據(jù)判斷矩陣計(jì)算出每個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重,為檢驗(yàn)權(quán)重是否具有科學(xué)性,還需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),具體計(jì)算式如下。

        式中,λmax為最大特征值;A為判斷矩陣;ω為特征向量;n為矩陣階數(shù);CI為一致性指標(biāo);CR為檢驗(yàn)系數(shù);RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(通過查表可得)。通常情況下,若CR<0.1,則認(rèn)為該判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn),且CR越接近于0,說明該判斷矩陣質(zhì)量越高;反之則說明該判斷矩陣未通過一致性檢驗(yàn)。

        經(jīng)計(jì)算得出特征值λmax= 5.0,CI= 0,根據(jù)RI表查到對(duì)應(yīng)的RI為1.11,因此CR=CI/RI=0.0<0.1,說明所構(gòu)建的判斷矩陣通過了一致性檢驗(yàn),因此得出各生態(tài)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重是可用的。

        2.3 GIS 空間分析方法

        1)緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)分析可表示各地理要素間的空間近鄰性及近鄰程度。基于三調(diào)數(shù)據(jù)提取研究區(qū)水域、工業(yè)用地的空間分布,然后在ArcGIS 中對(duì)水域、工業(yè)用地建立多級(jí)緩沖區(qū),進(jìn)而對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行生態(tài)敏感性分析。

        2)生態(tài)景觀聚集度分析。景觀聚集度指數(shù)(Aggregation index,AI)表示同一景觀類型斑塊間的連通性與聚集程度,取值為1~100,如果景觀是由許多離散的小斑塊組成,則聚集度取值越小,反之則聚集度取值越大,聚集度指數(shù)除了受斑塊數(shù)量、均勻度的影響外,還受到斑塊間相鄰關(guān)系的影響。本研究基于三調(diào)數(shù)據(jù)提取研究區(qū)生態(tài)用地的空間分布,在Fragstates 4.2 軟件中利用移動(dòng)窗口法計(jì)算研究區(qū)生態(tài)用地景觀聚合度,表征研究區(qū)生態(tài)景觀的分布狀況。

        式中,AI為景觀聚集度;gii為相應(yīng)景觀類型中相鄰接斑塊的數(shù)量,臨界判定范圍為100 m。

        3)統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)因子的生態(tài)敏感性分布進(jìn)行不同敏感度區(qū)域的面積計(jì)算,得出不同敏感區(qū)域在研究區(qū)總面積中的占比,便于進(jìn)行敏感性等級(jí)之間的相互對(duì)比。

        4)疊加分析。疊加分析是通過疊加多層對(duì)象的空間特征和屬性特征,從而產(chǎn)生新的空間特征和屬性關(guān)系[18]。將5 個(gè)生態(tài)因子按照生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行權(quán)重分類分級(jí)賦值后,根據(jù)各因子的權(quán)重,使用ArcGIS 的疊加分析功能對(duì)5 個(gè)對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加操作,得到研究區(qū)綜合生態(tài)敏感性分布圖。

        2.4 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)因子的選取與分級(jí)

        由于區(qū)域差異性的存在,需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件與地形地貌等特點(diǎn)因地制宜地選取評(píng)價(jià)因子[19]。研究區(qū)地形起伏較小,主要產(chǎn)業(yè)為農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)及工業(yè)。根據(jù)其土地利用狀況及生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn),從地貌環(huán)境、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及生態(tài)環(huán)境等方面選取了土地利用、坡度、工業(yè)用地緩沖、水域緩沖、生態(tài)景觀聚集度共5 個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行敏感性評(píng)價(jià)與分析,基于層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)因子權(quán)重。依據(jù)各評(píng)價(jià)因子空間數(shù)據(jù)分布規(guī)律進(jìn)行敏感性等級(jí)劃分,將研究區(qū)生態(tài)敏感性分為5 個(gè)等級(jí),極低敏感區(qū)用阿拉伯?dāng)?shù)字1 代表、低度敏感區(qū)用阿拉伯?dāng)?shù)字3 代表、中度敏感區(qū)用阿拉伯?dāng)?shù)字5 代表、高度敏感區(qū)用阿拉伯?dāng)?shù)字7 代表、極高敏感區(qū)用阿拉伯?dāng)?shù)字9 代表(表1)[20,21]。

        表1 研究區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

        3 單因子生態(tài)敏感性分析與評(píng)價(jià)

        3.1 水域緩沖敏感性分析

        研究區(qū)處于中國(guó)干旱區(qū),水域面積小,分布零散,但對(duì)改善區(qū)域環(huán)境至關(guān)重要。研究區(qū)中極低敏感區(qū)面積最大,為84.44 km2,占總面積的77.12%;低度敏感區(qū)面積為11.33 km2,占總面積的10.35%;中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)和極高敏感區(qū)的占比分別為4.82%、4.06%和3.65%,可見水域緩沖區(qū)對(duì)整個(gè)區(qū)域生態(tài)敏感性的影響較低,需在后期工程中增加水域緩沖區(qū)的影響范圍及程度(表2、圖1)。

        圖1 各評(píng)價(jià)因子生態(tài)敏感性分區(qū)

        表2 研究區(qū)各評(píng)價(jià)因子敏感性評(píng)價(jià)分級(jí)

        3.2 生態(tài)景觀聚集度敏感性分析

        研究區(qū)西部的生態(tài)用地面積分布大于東部地區(qū),其中西南部景觀聚集度指數(shù)最高,東北部最低。整體來看,研究區(qū)極低敏感區(qū)面積為84.17 km2,占總面積的76.87%;低度敏感區(qū)面積最小,為0.06 km2;極高敏感區(qū)面積為19.18 km2,占總面積的17.51%,在敏感性等級(jí)分布中排名第2,表明研究區(qū)生態(tài)用地建設(shè)較好,但區(qū)域分布不均衡,后續(xù)建設(shè)中仍需改善(表2、圖1)。

        3.3 土地利用敏感性分析

        將工業(yè)用地、城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)用地、生態(tài)用地、水域5種地類分別對(duì)應(yīng)生態(tài)敏感性分析中的極低敏感區(qū)、低度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)和極高敏感區(qū)。結(jié)果表明,研究區(qū)農(nóng)業(yè)用地面積最大,為47.05 km2,占總面積的42.97%;工業(yè)用地面積次之,為24.01 km2,占總面積的21.93%;水域面積最小,僅為0.61 km2,占總面積的0.55%(表2、圖1)。

        3.4 坡度敏感性分析

        研究區(qū)地勢(shì)較為平緩,90%以上地區(qū)坡度小于6°,處于極低、低敏感區(qū)范圍內(nèi),其中極低敏感區(qū)面積為69.41 km2,占總面積的63.39%;低度敏感區(qū)面積為34.27 km2,占總面積的31.30%;極高敏感區(qū)面積為0.23 km2,占總面積的0.21%,主要分布于研究區(qū)西南部。大范圍的農(nóng)業(yè)、工業(yè)用地是研究區(qū)坡度平緩的主要原因,但也側(cè)面說明該區(qū)域人為活動(dòng)較頻繁,不利于開展防風(fēng)固沙、保護(hù)生物多樣性等生態(tài)建設(shè)工作(表2、圖1)。

        3.5 工業(yè)用地緩沖敏感性分析

        研究區(qū)工業(yè)用地面積較大且分布廣泛,因而其500 m 以內(nèi)緩沖區(qū)(極低、低度、中度、高度敏感區(qū))幾乎涵蓋研究區(qū)全域,面積占比為96.55%,極高敏感區(qū)面積為3.78 km2,占總面積的3.45%,主要分布于研究區(qū)西南部(表2、圖1)。

        4 綜合生態(tài)敏感性分析與評(píng)價(jià)

        結(jié)合研究區(qū)的自然環(huán)境條件及人類活動(dòng)的影響,在GIS 平臺(tái)上將生態(tài)景觀聚集度、坡度、工業(yè)用地緩沖、土地利用和水域緩沖5 個(gè)評(píng)價(jià)因子,根據(jù)其權(quán)重進(jìn)行加權(quán)疊加分析,得出研究區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性分布,如圖2 所示,其綜合生態(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)介于1.00~7.96(表3)。極高敏感區(qū)(敏感指數(shù)為5.07~7.96)占比最少,為4.52%,主要分布于研究區(qū)南部,可能與該區(qū)域人工開發(fā)程度較低有關(guān);高度敏感區(qū)(敏感指數(shù)為3.95~5.07)、中度敏感區(qū)(敏感指數(shù)為2.91~3.95)和低度敏感區(qū)(敏感指數(shù)為1.87~2.91)分別占總面積的16.17%、22.73%和25.05%,高度、中度敏感區(qū)在西部分布偏多,低度敏感區(qū)在東部分布較多;研究區(qū)極低敏感區(qū)(敏感指數(shù)為1.00~1.87)占總面積的31.53%,其分布范圍主要受工業(yè)用地影響,主要分布在研究區(qū)東北部。

        圖2 綜合生態(tài)敏感性分區(qū)

        表3 研究區(qū)綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)分級(jí)

        5 小結(jié)

        本研究使用GIS 平臺(tái),選取了土地利用、坡度、工業(yè)用地緩沖、水域緩沖、生態(tài)景觀聚集度共5 個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行敏感性評(píng)價(jià)與分析。結(jié)果表明,5 個(gè)評(píng)價(jià)因子中,工業(yè)用地緩沖評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性的影響程度最高,水域緩沖影響程度最低,權(quán)重分別為0.36、0.04。工業(yè)用地緩沖敏感性分布趨勢(shì)與研究區(qū)綜合生態(tài)敏感性分布趨勢(shì)大致相同。

        根據(jù)綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果,研究區(qū)南部、西南部生態(tài)敏感性最高,因此,建議重點(diǎn)在研究區(qū)南部與西南部進(jìn)行生態(tài)保護(hù)工作;研究區(qū)中部及西北部零星分布少數(shù)極高敏感區(qū);建議在該區(qū)域適當(dāng)減少人為活動(dòng),避免對(duì)環(huán)境造成不可逆損害;研究區(qū)東部生態(tài)敏感性最低,該區(qū)域也是城鎮(zhèn)、工業(yè)用地的主要分布區(qū),建議在該區(qū)域適當(dāng)增加生態(tài)用地,改善人居環(huán)境。

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