摘 要 選取空間、生態(tài)、干擾3個(gè)指標(biāo)10個(gè)因子構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用綜合權(quán)重法,以云南省昆明市主城區(qū)為例進(jìn)行生態(tài)敏感性分析和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:昆明市主城區(qū)整體生態(tài)敏感性處于中等偏高水平,主要受到地形地貌的影響,其中極低敏感性面積45 557.64 hm2,比例為14.13%;低敏感性區(qū)域面積68 048.91 hm2,比例為21.11%;中敏感性區(qū)域87 968.16 hm2,占比為27.29%;高敏感區(qū)域面積78 704.46 hm2,占比為24.42%;極高敏感區(qū)域面積為42 047.37 hm2,占比13.04%,生態(tài)敏感性性評(píng)價(jià)的結(jié)果可為當(dāng)?shù)亻_(kāi)發(fā)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)提供參考。
關(guān)鍵詞 生態(tài)敏感性;GIS 綜合權(quán)重法;云南省昆明市主城區(qū)
中圖分類(lèi)號(hào):X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.05.018
生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對(duì)區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境變化和人類(lèi)活動(dòng)干擾的敏感程度,反映了生態(tài)系統(tǒng)遭到自然或人為因素干擾時(shí)發(fā)生生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的難易程度和概率大小[1],目前國(guó)內(nèi)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)主要集中在構(gòu)建指標(biāo)體,并且研究呈現(xiàn)多元化趨勢(shì),例如基于GIS技術(shù)研究城市尺度的生態(tài)敏感性[2];張寒等采用以農(nóng)村為研究尺度,對(duì)山東省濰坊市蔡家溝村進(jìn)行生態(tài)敏感性進(jìn)行分析研究[3];曾澤南等以區(qū)域內(nèi)流域?yàn)檠芯砍叨?,選高程坡度、水域等因子對(duì)西毛里湖流域進(jìn)行生態(tài)敏感性評(píng)[4];楊澤鵬以自然保護(hù)區(qū)為研究尺度,對(duì)云南大圍山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)[5]等。本研究以昆明市主城區(qū)為研究對(duì)象,選取高程、坡度、坡向等10個(gè)因子構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,以綜合權(quán)重法和ArcGis的空間加權(quán)疊加分析,通過(guò)科學(xué)合理的方法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行生態(tài)敏感性評(píng)價(jià),可以為區(qū)域的生態(tài)環(huán)境治理和開(kāi)發(fā)建設(shè)提供參考。
1" 材料與方法
1.1" 研究區(qū)概況
昆明市為云南省的省會(huì),也是西南地區(qū)的中心城市之一,其經(jīng)緯度范圍為:東經(jīng)102°10′~103°40′,北緯24°23′~26°33′;南北長(zhǎng)237.50 km,東西寬152 km,總面積21 012.54 km2,大部分地區(qū)海拔在1 500~2 800 m;年均降水量975.3 mm,降雨量分配不平衡,5—10月為雨季,降雨隨著海拔升高而增加;屬北緯低緯度亞熱帶高原季風(fēng)氣候,日照長(zhǎng)、霜期短,年平均氣溫15 ℃左右,氣候溫和;自然資源豐富,有眾多湖泊,較大湖泊有滇池、陽(yáng)宗海等,為長(zhǎng)江、珠江、紅河三大流域的分水嶺地帶,但隨著旅游項(xiàng)目的發(fā)展,研究區(qū)內(nèi)生態(tài)保護(hù)受到一定的壓力。
1.2" 數(shù)據(jù)來(lái)源和處理
數(shù)字高程模型來(lái)源于使用高精度的商業(yè)衛(wèi)星立體存檔或編程變軌拍攝的數(shù)據(jù);降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心,時(shí)間為2010—2020年;植被覆蓋數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云,時(shí)間為2000—2020年;河流水系和道路數(shù)據(jù)來(lái)源于Open Street Map;土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的全球土地覆蓋圖(FROM-GLC10 2017);本研究使用的坐標(biāo)系為:WGS_1984_UTM_Zone_48N。
1.3" 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)研究方法
首先根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況和文獻(xiàn)研究選取評(píng)價(jià)因子并對(duì)其分級(jí),其次計(jì)算單因子的權(quán)重,然后在ArcGis中對(duì)單因子進(jìn)行疊加分析得到綜合生態(tài)敏感性結(jié)果。
1.3.1" 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取
根據(jù)昆明市主城區(qū)的生態(tài)條件選取三大指標(biāo)10個(gè)因子進(jìn)行生態(tài)敏感性評(píng)價(jià),具體分級(jí)的因子和分級(jí)情況如表1所示。
1.3.2" 因子權(quán)重的確定
因子權(quán)重采用綜合權(quán)重法,首先用層次分析法確定主觀權(quán)重,再用熵權(quán)法確定客觀權(quán)重,然后根據(jù)最小信息熵原理結(jié)合拉格朗日中值定理求出綜合權(quán)重[6]。
采用層次分析法計(jì)算出因子的主觀權(quán)重,首先依照公式(1)構(gòu)建判斷矩陣:
層次分析法計(jì)算出的權(quán)重分別為:高程0.015、坡度0.031、坡向0.041、地形起伏度0.067、自然河流緩沖0.030、水庫(kù)湖泊緩沖0.097、植被覆蓋度0.070、降雨量0.152、土地利用類(lèi)型0.149、道路緩沖0.347,一致性檢驗(yàn)如表2,CR<0.1時(shí),一致性檢驗(yàn)通過(guò)。
其次用熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重。熵權(quán)法是一種確定指標(biāo)權(quán)重的客觀的多屬性決策方法,其基本原理是通過(guò)計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的信息熵來(lái)反映其在評(píng)估中的重要性,信息熵越小,說(shuō)明該指標(biāo)的信息集中度越高,相對(duì)的重要性也越高,從而賦予更大的權(quán)重,熵權(quán)法計(jì)算權(quán)如公式(4):
式中,xij為為第i行第j列指標(biāo);rij為決策矩陣第i行第j列指標(biāo);fij為第i行第j列指標(biāo)的貢獻(xiàn)度Hi為第i行第j列指標(biāo)的貢獻(xiàn)總量;μi為客觀權(quán)重。
將生態(tài)敏感性單因子經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理根據(jù)公式(1)行計(jì)算得到的權(quán)重分別為:高程0.098、坡度0.096、坡向0.092、地形起伏度0.097、自然河流緩沖0.111、水庫(kù)湖泊緩沖0.105、植被覆蓋度0.101、降雨量0.096、土地利用類(lèi)型0.098、道路緩沖0.106。
最后用綜合權(quán)重法計(jì)算綜合權(quán)重,既可以中和人為因素的主觀性,也可平衡數(shù)據(jù)的差異性;根據(jù)最小信息熵原理和拉格朗日中值定理,利用計(jì)算到的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重,計(jì)算方法見(jiàn)公式(5)、(6)、(7)。
其中φi為主管權(quán)重,μi為客觀權(quán)重,ωi為綜合權(quán)重;綜合權(quán)重法計(jì)算出的綜合權(quán)重為:高程0.066、坡度0.077、坡向0.082、地形起伏度0.096、自然河流緩沖0.081、水庫(kù)湖泊緩沖0.110、植被覆蓋度0.098、降雨量0.122、土地利用類(lèi)型0.123、道路緩沖0.146。
1.3.3" 構(gòu)建生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)模型
在得到10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重及單因子評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上,利用ArcGIS軟件進(jìn)行加權(quán)疊加和重分類(lèi)得到昆明市主城區(qū)的生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)分析結(jié)果。疊加公式為公式(8):
式中:SSi 為評(píng)價(jià)單元生態(tài)敏感性結(jié)果;Wi 為第 [i] (=1,2,3,…,n) 個(gè)因子的權(quán)重值;[fi]為第i(=1,2,3,…,n) 個(gè)因子的生態(tài)敏感性指數(shù)。
2" 結(jié)果與分析
2.1" 單因子生態(tài)敏感性分析
2.1.1" 高程因子
在高程因子中,高程是地形特征中的重要指標(biāo)之一,海拔越高,植物多樣性降低,生態(tài)敏感性越高。研究區(qū)總體地勢(shì)北高南低,由北向南逐漸降低,中部隆起,東西兩側(cè)較低,最低處海拔1 708 m,最高處海拔2 785 m;極低敏感區(qū)域面積99 875.97 hm2,占全區(qū)域面積的30.90%;低敏感區(qū)域面積85 558.04 hm2,占全區(qū)域面積的26.47%;中敏感區(qū)域面積75 584.68 hm2,占全區(qū)域面積的23.38%;高敏感區(qū)域面積48 297.01 hm2,占全區(qū)域面積的14.94%;極高敏感區(qū)域面積13 911.24 hm2,占全區(qū)域面積的4.30%(見(jiàn)表3)。極低敏感性占據(jù)主導(dǎo)地位,主要分布在研究區(qū)的中部、南部等地區(qū),包括滇池及其東部、陽(yáng)宗海、官渡區(qū)西南大部分地區(qū)、盤(pán)龍區(qū)南部、西山區(qū)東部等地。
2.1.2" 坡度因子
坡度對(duì)自然環(huán)境影響體現(xiàn)在地表徑流速率、土壤含水量等方面,坡度越大造成的影響越大,敏感性也越高[7]。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積126 711.68 hm2,占全區(qū)域面積的39.23%;低敏感區(qū)域面積73 883.66 hm2,占全區(qū)域面積的22.87%;中敏感區(qū)域面積60 280.24 hm2,占全區(qū)域面積的18.66%;高敏感區(qū)域面積43 131.67 hm2,占全區(qū)域面積的13.35%;極高敏感區(qū)域面積18 999.63 hm2,占全區(qū)域面積的5.88%(見(jiàn)表3)。極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位,其主要分布于研究區(qū)中部,東部和東北部零散分布。
2.1.3" 坡向因子
坡向直接影響光照條件從而影響了植被的生長(zhǎng),在北半球,坡向的陰坡為北坡,為最差;陽(yáng)坡是正南,為最好[8],半陰坡為東北,半陽(yáng)坡為東南,生態(tài)敏感性劃分見(jiàn)表1。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積96 211.24 hm2,占全區(qū)域面積的29.79%;低敏感區(qū)域面積73 255.38 hm2,占全區(qū)域面積的22.68%;中敏感區(qū)域面積64 714.04 hm2,占全區(qū)域面積的20.03%;高敏感區(qū)域面積68 539.84 hm2,占全區(qū)域面積的21.22%;極高敏感區(qū)域面積20 286.38 %,占全區(qū)域面積的6.28hm2(見(jiàn)表3)。極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位,其主要分布于滇池,低敏感、中敏感和高敏感區(qū)域占比差異較小。
2.1.4" 起伏度因子
起伏度為高程最大值和最小值之差,起伏度越高生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性增加,從而增加其對(duì)環(huán)境變化的敏感性。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積118 635.41 hm2,占全區(qū)域面積的36.46%;低敏感區(qū)域面積87 384.36 hm2,占全區(qū)域面積的26.86%;中敏感區(qū)域面積71 282.87 hm2,占全區(qū)域面積的21.91%;高敏感區(qū)域面積37 100.48 hm2,占全區(qū)域面積的11.40%;極高敏感區(qū)域面積10 952.62 hm2,占全區(qū)域面積的3.37%(見(jiàn)表3)。極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位,主要分布在中部、東部和東北部大部分區(qū)域的低海拔區(qū)域。
2.1.5" 自然河流緩沖因子
在自然河流因子中,距離水域越遠(yuǎn),生態(tài)敏感性程度越低;距離水域越近,人類(lèi)活動(dòng)頻繁,則敏感性程度越高。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積325 732.56 hm2,占全區(qū)域面積的99.41%;低敏感區(qū)域面積771.83 hm2,占全區(qū)域面積的0.24%;中敏感區(qū)域面積577.91 hm2,占全區(qū)域面積的0.18%;高敏感區(qū)域面積384.54 hm2,占全區(qū)域面積的0.12%;極高敏感區(qū)域面積192.78 hm2,占全區(qū)域面積的0.06%;極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位(見(jiàn)表3)。
2.1.6" 水庫(kù)湖泊緩沖因子
研究區(qū)水庫(kù)湖泊包括大型水域如滇池、陽(yáng)宗海、松華壩水庫(kù)、金殿水庫(kù)和盤(pán)龍江支流等,距離其越近生態(tài)敏感性越高,且其緩沖區(qū)范圍不宜設(shè)置過(guò)小以免影響人造設(shè)施如堤壩的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考場(chǎng)地的游覽熱度、實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上設(shè)置,參考相關(guān)研究設(shè)置緩沖范圍[9],因而將其和自然河流區(qū)分開(kāi)分析其生態(tài)敏感性。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積150 906.69 hm2,占全區(qū)域面積的46.07%;低敏感區(qū)域面積35 991.99 hm2,占全區(qū)域面積的10.99%;中敏感區(qū)域面積31 919.4 hm2,占全區(qū)域面積的9.75%;高敏感區(qū)域面積34 910.01 hm2,占全區(qū)域面積的10.66%;極高敏感區(qū)域面積73 814.22 hm2,占全區(qū)域面積的22.54%;極低敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位(見(jiàn)表3)。
2.1.7" 植被覆蓋度因子
植被覆蓋度(NDVI)越高的區(qū)域,說(shuō)明森林資源越豐富,生物多樣性程度越高,生態(tài)敏感性越高。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積18 050.05 hm2,占全區(qū)域面積的5.49%;低敏感區(qū)域面積36 884.33 hm2,占全區(qū)域面積的11.22%;中敏感區(qū)域面積52 430.04 hm2,占全區(qū)域面積的15.94%;高敏感區(qū)域面積98 104.00 hm2,占全區(qū)域面積的29.84%;極高敏感區(qū)域面積123 352.41 hm2,占全區(qū)域面積的37.51%(見(jiàn)表3)。極高敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位,研究因獨(dú)特氣候和地質(zhì)條件而適合植物生長(zhǎng),總體上植被覆蓋度較高。
2.1.8" 降雨量因子
降雨量的變化影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能,降雨量的極端變化會(huì)增加生態(tài)系統(tǒng)的敏感性。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積34 502.40 hm2,占全區(qū)域面積的10.54%;低敏感區(qū)域面積64 115.28 hm2,占全區(qū)域面積的19.59%;中敏感區(qū)域面積122 895.81 hm2,占全區(qū)域面積的37.54%;高敏感區(qū)域面積85 969.26 hm2,占全區(qū)域面積的26.26%;極高敏感區(qū)域面積19 880.55 hm2,占全區(qū)域面積的6.07%(見(jiàn)表3)。中敏感性占據(jù)主導(dǎo)地位;研究區(qū)降雨量不充沛,降雨量較高的地方和海拔較高的西部山區(qū)、滇池一帶重合;降雨量較少的地方主要在東部、北部區(qū)域。
2.1.9" 土地利用類(lèi)型因子
用地類(lèi)型反映人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾程度,不同的土地利用類(lèi)型對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響不同。土地利用類(lèi)型是了解人類(lèi)活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境之間復(fù)雜相互作用的關(guān)鍵信息來(lái)源,一般而言,草地、林地、水域?yàn)楦呙舾袇^(qū),濕地建設(shè)價(jià)值較高但是易受人類(lèi)活動(dòng)影響;耕地和其他用地為一般敏感區(qū),建設(shè)用地劃為不敏感區(qū),受人類(lèi)活動(dòng)影響最小[10]。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際狀況將用地類(lèi)型生態(tài)敏感性分級(jí)(見(jiàn)表3),其中極低敏感區(qū)域面積9 437.45 hm2,占全區(qū)域面積的2.75%;低敏感區(qū)域面積45 903.19 hm2,占全區(qū)域面積的13.37%;中敏感區(qū)域面積103 664.18 hm2,占全區(qū)域面積的30.18%;高敏感區(qū)域面積23 118.80 hm2,占全區(qū)域面積的6.73%;極高敏感區(qū)域面積161 322.41 hm2,占全區(qū)域面積的46.97%。極高敏感性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)地位,其主要在東部、西部和北部海拔高的區(qū)域。
2.1.10" 道路緩沖因子
距離道路越近,人類(lèi)活動(dòng)反應(yīng)程度越大,因而生態(tài)敏感性程度越高[11]。研究區(qū)中極低敏感區(qū)域面積225 526.32 hm2,占全區(qū)域面積的68.86%;低敏感區(qū)域面積33 729.57 hm2,占全區(qū)域面積的10.30%;中敏感區(qū)域面積19 729.26 hm2,占全區(qū)域面積的6.02%;高敏感區(qū)域面積28 318.23 hm2,占全區(qū)域面積的8.65%;極高敏感區(qū)域面積20 229.21 hm2,占全區(qū)域面積的6.18%(見(jiàn)表3)。極低敏感性占據(jù)主導(dǎo)地位,主要分布在中部平坦區(qū)域。
2.2" 綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)
將10個(gè)因子在ArcGis中進(jìn)行疊加分析,得到生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)值,然后利用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行重分類(lèi),將生態(tài)敏感性從低到高分成五類(lèi),即極低、低、中、高和極高敏感性(見(jiàn)圖2)。
1)極低敏感性面積45 557.64 hm2,比例為14.13%,其主要分布于南部滇池區(qū)域,東北部和北部區(qū)域也有集中分布區(qū)域,土地類(lèi)型較多為水域、裸地、冰雪,低海拔、坡度低、較多平地,植被覆蓋度低,這些區(qū)域幾乎沒(méi)有人類(lèi)活動(dòng)。
2)低敏感性區(qū)域面積68 048.91 hm2,比例為21.11%,其零散分布于除了水域之外的低海拔區(qū)域和平地,也和道路的分布有較多重合,人類(lèi)活動(dòng)較少。
3)中敏感性區(qū)域87 968.16 hm2,比例為27.29%,其分布于除了水域之外的低海拔區(qū)域、平地,也和中部地區(qū)建設(shè)用地的分布有較多重合,這些區(qū)域植被覆蓋度高,且分布著草地、耕地,人類(lèi)活動(dòng)較為頻繁。
4)高敏感區(qū)域面積78 704.46 hm2,比例為24.42%,分布較為零散,主要分布于海拔較高的山谷,這些區(qū)域植被覆蓋度高,用地類(lèi)型為林地、灌叢、自然河流,人類(lèi)活動(dòng)較少。
5)極高敏感區(qū)域面積為42 047.37 hm2,比例為13.04%,在高海拔的東部、西部和北部山地,分布較為集中,這些區(qū)域植被覆蓋度較高,用地類(lèi)型為林地,幾乎無(wú)人類(lèi)活動(dòng)。
3" 結(jié)論
根據(jù)綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果,高程因子對(duì)生態(tài)敏感性影響程度最高,權(quán)重為0.144,道路因子對(duì)生態(tài)敏感性影響程度最低,權(quán)重為0.066;在昆明市主城區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果圖中可以看到其分布趨勢(shì)與高程、坡度、起伏度和植被覆蓋度等因子生態(tài)敏感性分布基本重合。
昆明市主城區(qū)整體處于生態(tài)敏感性中等偏高水平,中度和高度敏感區(qū)域面積16 6672.6 hm2,占總區(qū)域面積的51.71%,主要受到地形地貌和植被覆蓋度等因素的影響,這些區(qū)域生態(tài)環(huán)境較為脆弱,應(yīng)該受到嚴(yán)格保護(hù),盡量禁止不合理的開(kāi)發(fā)建設(shè);中等敏感性區(qū)域分布零散且和道路分布較為沖重合,此區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)較為頻繁,不宜進(jìn)行大規(guī)模的建設(shè)活動(dòng),嚴(yán)格生態(tài)準(zhǔn)入;極低和低敏感區(qū)域和水庫(kù)湖泊及低海拔的平地較為重合,此類(lèi)區(qū)域?qū)ν饨绺蓴_的抵抗能力較強(qiáng),且內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定此區(qū)域可進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng),但是需要對(duì)水域進(jìn)行謹(jǐn)慎的治理和保護(hù)。
參考文獻(xiàn):
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(責(zé)任編輯:敬廷桃)
收稿日期:2024-10-15
作者簡(jiǎn)介:姚建麗(1998—),在讀碩士,研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)。E-mail:2260802809@qq.com。