基于GIS的肃州区土地生态敏感性评价.pdf

国土与自然资源研究36TERRITORY&NATURALRESOURCESSTUDY文章编号：10 0 3-7 8 5 3(2 0 2 3)0 5-0 0 3 6-0 5基金项目：国家社科基金西部项目（10 XJY031);甘肃省教育科学十三五规划课题(GS2020GHB4637)。基于 GIS 的肃州区土地生态敏感性评价赵文婷，程文仕*，吉雄娟（甘肃农业大学管理学院，兰州7 3 0 0 7 0）摘要：开展土地生态敏感性评价可以揭示土地环境敏感程度的空间分异状况，反应研究区域土地问题的严重程度。本文以酒泉市肃州区为研究对象，选取高程、坡度、土地利用类型、道路、水域、植被覆盖度6 个影响因子作为土地敏感性评价因子，运用GIS空间分析技术在单因子评价的基础上，采用变异系数法确定各因子权重，再利用空间叠加分析功能进行多因子综合评价，对土地生态环境敏感性进行综合分析，按生态环境敏感度高低划分为不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、重度敏感区。结果表明，肃州区土地生态环境敏感性空间分异明显，总体处于轻度与中度偏低水平，轻度敏感区占总面积的6 3.8 9%，中度敏感区占总面积的34.35%，不敏感区占总面积的1.3 4%，重度敏感区仅占总面积的0.42%，并在此基础上针对不同土地生态敏感性区域提出差别性的用地管控策略，为更好地保护和改善生态环境、开展国土空间规划编制提供了重要的依据和参考。关键词：土地生态敏感性；GIS空间分析；变异系数法；肃州区中图分类号：P208;X826doi:10.16202/ki.tnrs.2023.05.008Evaluation of Land Ecological Sensitivity inSuzhou District Based on GISZhao Wenting,Cheng Wenshit,Ji Xiongjuan(School of management,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)Abstract:The evaluation of land ecological sensitivity can revealthe spatial differentiation of land environmental sensitivity andreflect the severity of land problems in the study area.Selection ofJiuquan City,this paper takes the state as the research object,elevation,slope,land use type,road,water,vegetation coveragesix factors as land sensitivity evaluation factors,using the GISspatial analysis technology on the basis of single factor evaluation,variation coefficient method is used to determine the factorweights,reuse spatial overlay analysis function in multi-factorcomprehensive evaluation.The sensitivity of land ecologicalenvironment was comprehensively analyzed and classified intoinsensitive area,mild sensitive area,moderate sensitive area andsevere sensitive area according to the sensitivity of ecologicalenvironment.The results show that,the spatial sensitivity of landecological environment in Suzhou District is obviously different,which is generally at the mild and moderate low level.The mildsensitive area accounts for 63.89%of the total area,the moderatesensitive area accounts for 34.35%,the insensitive area accountsfor 1.34%,and the severe sensitive area only accounts for 0.42%.2023No.5On this basis,differentiated land use management and controlstrategies are proposed for different ecologically sensitive areas ofland,which provides important basis and reference for betterprotection and improvement of ecological environment anddevelopment of territorial space planning.Key words:land ecological sensitivity;GIS spatial analysis;coefficient of variation method;Suzhou District0引言随着全球生态环境问题日益突出，生态安全问题已经上升至国家的战略高度。因此，生态敏感性评价分析对维护国家生态安全和推动区域可持续发展具有战略性意义。生态敏感性反映着区域内生态系统在遇到干扰时，发生生态环境问题的难易程度和可能性的大小,并用来表征外界干扰可能造成的后果。土地生态敏感性主要指区域内土地生态系统中各种生态过程，在外界干扰下,对各种不良影响的敏感程度 2 。土地生态敏感程度较低的区域，说明其土地生态系统与环境具有较好的稳定性，区域内环境的变化对其影响不大；土地生态敏感程度较高的地区，极易受到外界干扰和影响，更容易产生较多的生态环境问题，这样的区域是保护、优先修复的重点区域 3 。对于土地荒漠化、水土流失等土地生态环境问题十分严重的区域，开展土地生态敏感性评价可以揭示土地环境敏感程度的空间分异状况,反应研究区域土地问题的严重程度，对当地是否适宜开发和国土空间规划具有十分重要的意义 4。近年来，土地生态环境敏感性的研究受到国内外文献标识码：A学者的普遍关注，并在土地生态敏感性的分析与评价方面进行了大量的探索。在研究方法上，主要以基于GIS的单因子叠加法为主，单因子评价与多因子综合评价相结合的研究较少 5 。单因子评价如以土地利用类型为主要研究因子 6,利用数学、统计等研究方法建立模型,从人文、自然等角度为生态敏感性研究提供了指标分析依据。单因子与多因子综合评价如取土地利用类型、坡度、水环境、植被覆盖度、人口密度5 个敏感因子,采用单因子评价分析与多因子综合评价分析相结合的方法，利用GIS分析和层次分析法对研究区土地生态敏感性进行评价，为后期研究者确定指标体系提供了方向。在研究的对象上，主要对于河流水域8、自然保护区 9、省市县域等进行研究 10-14 ;基于区域某一特定的生态问题进行研究，主要是水土流失 15 、土壤沙化 16 、盐渍化 17 等；基于生态环境敏感性目的的研究，主要是采用生态敏感性评价结果进行区域发展规划 18 、进行自然生态空间分区管制以及生态安全格局构建与优化 19 等，为国土空间规划提供参考。肃州区人地矛盾日益凸显，土壤次生盐渍化、土壤沙化和荒漠化等土地退化胁迫日益加剧,进一步加剧了生态退化。为此,本文在对肃州区进行调查研究的基础上，选取土地生态敏感性评价指标,利用GIS空间分析技术,充分考虑生态环境敏感性的影响因素，建立肃州区生态环境敏感性评价赵文婷等基于GIS的肃州区土地生态敏感性评价指标体系，对影响该区域的主要生态因子进行单因子评级和生态敏感性综合评价，明确区域土地环境敏感程度的空间分异状况，确定生态环境敏感区域，并提出差异化的区域管护策略，为肃州区生态环境建设和保护、国土空间规划编制提供科学依据。1研究区概况肃州区(9 8 2 0 9 9 18 E,39103 9 59N)位于甘肃省河西走廊,是酒泉市政治、文化中心。位于祁连山北麓，河西走廊西段，东接张掖地区高台县、肃南裕固族自治县明花乡，南依祁连山与肃南县相连，西望雄关与嘉峪关毗邻，北抵金塔夹山与金塔县相连。海拔高度在13 4 0 2 2 0 0 m之间，境域东西长10 4 km，南北宽8 4 km，总面积为3 3 5 3 km。处于西风环流影响区，属于典型的温带大陆性干旱气候，日照长，积温高，气候干燥，干旱少雨，四季分明，昼夜温差大，蒸发量远大于降水量，水资源严重短缺。虽地域广阔，但可供生产生活使用的绿洲盆地面积小。区域内大部分植被稀疏或无植被覆盖，夏热冬寒，自然风蚀、水蚀严重，生态环境脆弱。2数据与研究方法2.1数据来源该研究所需要的基础数据来源主要包括RS与GIS地理信息数据、土地利用类型数据以及调研数据等三大方面。RS数据来源于（中国科学院资源环境科学数据中心http:/)2021年分辨率为3 0 m的Landset8遥感影像；GIS地理信息数据来源于（地理空间数据云http:/）肃州区数字高程模型(DEM);土地利用现状数据来源于肃州区“三调”数据库。2.2 研究方法结合肃州区的土地生态环境问题以及获取到的数据资料,选择评价影响因子,运用ArcGIS空间分析功能对各单因子生态敏感性进行评价,并运用ArcGIS不敏感地形地貌高程(m)坡度()人类活动土地利用类型道路缓冲区(m)自然条件水域缓冲区(m)NDVI分级指数表2 变异系数法确定因子权重评价因子权重高程坡度土地利用类型道路水域植被归一化指数平均值8.38标准差6.56变异系数0.78归一化权重0.1337单因子叠加分析采用多因子综合评价法对土地生态敏感性进行综合评价。确定土地生态环境敏感性的等级和分布。2.2.1生态因子选取与等级划分依据有关土地生态环境敏感性分析方面的研究 2 0-2 11,并结合肃州区土地生态系统的实际情况和数据，按照主导因素原则、资料可获取性原则、空间差异性等原则，选择高程、坡度、土地利用类型、道路、水体及植被归一化指数(NDVI)6个因子作为土地生态环境敏感性的评价指标，并对各生态因子进行分级和相应赋值。根据敏感性的程度,将单因子生态敏感性分为4个等级，分别赋值为1、3、5、7,对应代表着不敏感、轻度敏感、中度敏感和重度敏感，见表1。2.2.2评价因子权重的确定根据已有生态敏感性的研究成果，大多数均采用层次分析法来确定权重，这种方法由专家打分来确定，具有一定的主观性。为了避免这一问题使评价因子权重更加客观,本文采用变异系数法来确定各个因子的权重 。利用 ArcGIS 统计功能得出5 项因子的均值和标准差，从而计算变异系数,用各因子变异系数占因子变异系数和的比重来确定各因子的权重。计算公式如下：S/XW=22(s-X)i=1i=1式中，W为评价因子权重；为变异系数；S为标准差；X为均值；i为因子数，见表2。2.2.3空间叠加分析GIS空间分析方法是将筛选出的影响生态环境的各评价因子空间叠加，从宏观上展示研究区域的生态敏感性的等级分布状况，能够有效地展示各因子对生态环境的综合影响程度 2 。因此本文利用ArcGIS 10.2软件空间分析中的加权叠加工具，对已生成的各因子表1生态敏感性评价因子分级标准级别生态因子轻度敏感1 3121 4451 4451 5710337未利用地建设用地农用地、园地3 0002.0003.000400300400 17，该区域主要为祁连山构造侵蚀高中山区，山势陡峻，悬崖深谷，切割较深，山体裸露，相对高差大于10 0 0 m，坡度敏感性较强，见图2。3.1.3土地利用类型敏感性分析结合各种分类标准和肃州区生态环境，总结出肃州区未利用地、建设用地对生态环境的影响程度最低，对肃州区生态环境影响程度最强的是草地、林地和湿地区域,农用地和园地的敏感性程度则位于中等。从土地利用类型敏感性分级图可以看出，肃州区整体上的土地利用生态环境处于重度敏感，占总面积的4 1.4 6%，赵文婷等基于GIS的肃州区土地生态敏感性评价(2)重要的湿地之一。湿地内动植物资源丰富，因此生态敏感性强。中度敏感区主要分布在肃州区北部，占总面积的2 9.4 8%，这些区域主要为农用地分布区，因此生态敏感性较强。轻度敏感占总面积的2 2.0 9%，主要分布在东洞镇和三洞镇东侧，区域内沙地、裸土地面积较大，因此生态敏感性较低。不敏感占总面积的6.9 6%，主要分布在北部建筑密集区，建设用地受外界环境影响的程度低，故为不敏感，见图3。3.1.4道路缓冲区敏感性分析道路能够反映区域内的活动情况，肃州区农村道路及建设用地道路密集，距离道路越近，人类活动反应程度越大，因而生态敏感性程度越高。因此道路进行缓冲时,道路距离 5 0 0 m的为重度敏感区域，由于肃州区道路多且分布广，从而人类在道路的活动范围大且密集。根据道路生态环境敏感性分级可以看出，肃州区道路敏感性呈重度敏感，占总面积的8 0.9 9%，见图4。3.1.5水域缓冲区分析根据肃州区大部分水域进行GIS缓冲区分析得到不同缓冲距离的水环境，由水环境距离河流水域的远近可以明显看出，距离水域越远，生态敏感性程度越低；距离水域越近,则敏感性程度越高。距离水域5 0 m以内的区域为重度敏感区，占总面积的7.4 1%,这些区域因距水资源近，水资源更充足，人类活动频繁，对环境的扰动较大,因此敏感性高；距离河流3 0 0 m以外的区域为不敏感区，占总面积的8 0.0 3%，这些区域远离河流水域,不能满足生产供给和生活的需求，人类活动对其影响较小，因此水环境的生态敏感性低，见图5。3.1.6植被覆盖敏感性分析肃州区的植被覆盖敏感性类型较为复杂，中部及西南部分区域为重度地区，占总面积的2 2.8 4%，这些区域的生物物种繁多，平原北部一带，植被以芦草、冰草、草和抗碱性草甸植物为主,其次有白刺和少量的罗布麻等,树种主要有白杨树、红柳等。南部的祁连山区一带，受气候影响，植被主要以针茅、苔草、蒿草、泡泡草为主。若这些区域的自然植被遭到破坏，生物多样性就会降低，从而引发一系列的生态问题，因此生态敏感性高。中度敏感区占总面积的4 1.5 6%，主要分布在肃州区北部,该区为荒漠化盐生草甸类型。该类型主要分布在海拔13 4 0 13 8 0 m的上、下黄泥堡地形平坦一带，主要植被为白刺、冰草、草、骆驼刺、鸡爪芦、盐爪爪等。轻度敏感区占总面积的3 4.9 3%，主要分布在东南部区域，该区域主要分布地类为草地且分布面积大，植被较单一，不易出现生态问题，因此生态敏感性低,见图6。南部主要分布在清水镇、丰乐镇及下河清镇，这些区域草原和森林分布面积大，生态敏感性强。北部主要分布在三墩镇、银达镇、黄泥堡乡及西洞镇部分区域，这些区域由于湿地分布较广，主要位于肃州区城区北侧,如北部花城湖国家湿地公园（银达镇），属于河西走廊最赵文婷等基于GIS的肃州区土地生态敏感性评价 39十2.125酒泉经费酒身酒泉东湖佳金佛特银图例行政区不敏感轻度敏感中度敏感重度敏感图1高程敏感性分析清水银清水楼图例门行政区不敏感爱轻度敏感中度敏感重度敏感图2 坡度敏感性分析图例行政区赚不敏感轻度敏感中度敏感重度敏感图3 土地利用类型敏感性分析25125酒泉经酒泉经费酒泉经图例行政区不敏感轻度敏感中度敏感重度敏感图4 道路敏感性分析3.2土地生态环境敏感性综合评价结果分析综合肃州区各生态因子的敏感性分析，利用GIS空间分析技术，将肃州区综合生态环境划分为不敏感、轻度敏感、中度敏感和重度敏感4 个等级，结果表明：（1)不敏感区总面积4 9 6 3.6 6 hm，占总面积的1.34%，分布面积较少，主要分布在三墩镇、银达镇、清水镇东北部小部分区域，这些区域植被覆盖度略低且人为活动影响较小，生态环境较为稳定。(2)轻度敏感区总面积2 2 2 7 11.11hm，占总面积的6 3.8 9%，分布面积最多，主要分布在银达镇、三墩镇、黄泥堡乡、下河清镇及清水镇。这些区域受肃州区自然地理环境的影响，区域内地势低平，且绿洲农业发展较好，农用地主要以耕地为主，且耕地均为水浇地，主要为坡度在2 5 以下的梯田或平地，因此受人类活动影响小，稳定性良好。（3)中度敏感区总面积10 6 3 8 3.6 8 hm，占总面积的3 4.3 5%，分布面积较多，主要分布在北部银达镇、三墩镇、西洞镇、泉湖镇和铧尖镇。这些区域水域范围广且湿地分布较多，湿地内动植物资源丰富，湿地景观多样；东南部区域，如清水镇、丰乐镇、金佛寺镇东南部地区也为中度敏感区，这些区域东南部靠近祁连山，受地形地势影响较大且均有河流水系对区域生态图例行政区不敏感轻度敏感中度敏感重度敏感图5 水域敏感性分析环境进行影响，因此，总体上呈现中度敏感。（4)重度敏感区总面积8 3 5.9 8 hm，占总面积的0.42%,分布面积最少，主要分布在西南东南部边界靠近祁连山区域。该区域因依祁连山，地势高亢，河谷深切，山体走向大体为北西南东向，地势为区域最高，且受河流影响明显，生态敏感性等级最高。(5)在空间上，肃州区的土地生态环境综合敏感性空间分布的总体特征与6 个单因子敏感性的空间分布特征有较高的吻合性,见图7。4结论与讨论肃州区土地生态环境敏感性轻度偏高，重度敏感区占总面积的0.4 2%，中度敏感区占总面积的3 4.3 5%，轻度敏感区占总面积的6 3.8 9%，不敏感区占总面积的1.34%，以轻度敏感性和中度敏感性区域为主。根据生态敏感性评价结果，为更好地保护和改善肃州区的土地生态环境，需要在不同生态敏感性区域实施差异化的管控策略：（1)不敏感区占地面积最少，区域生态系统受人类活动影响小，应进一步完善优化内部以及周边的生态环境，并对区域内未利用地在生态保护的原则下进行适度的开发利用，继续提高生态稳定性。(2)轻度敏感区占地面积最大，多集中在地势平图例行政区不敏感覆轻度敏感中度敏感重度敏感图6 植被覆盖度敏感性分析1刘康,欧阳志云,王效科.甘肃省生态环境敏感性评价及其空间分布 J.生态学报，2 0 0 3，2 3（12）：2 7 11-2 7 18.40果园镇西峰西润镇总兼上坝银东河下河清银金佛文馆丰乐银清水银图例广门行政区不做感轻度敏感中度敏感重度敏感图7 肃州区综合敏感性分析缓区域。应以生态环境保护为主，一方面坚持节约集约用地，加大高标准农田建设力度，改良土壤、培肥地力，提高土壤的保水保摘能力，充分发挥丝绸之路“粮食主产区”和“制种基地”的优势，另一方面应节约用水、重视生态修复与重建，扩大生态用地空间，改善植被的立地条件，提高植被覆盖率。(3)中度敏感性区域主要分布在水域集中区，占地面积较大，这些区域内水资源丰富，光热条件较好，但由于属于生态敏感性较高的地区，应以水源涵养和生物多样性保护为主，加大水土保持、湿地生态环境恢复、土壤次生盐渍化防治力度，加强水土保持林和水源涵养林等生态公益林的建设与恢复，提高植被覆盖率，保护生态系统的完整性。(4)重度敏感区在肃州区东南部,南依祁连山，山体多为土质结构，应加强植树造林，对山体及其植被进行保护和管理，严禁开山采石和毁林开荒等人为破坏现象，维护山地生态系统和山地景观的完整性。重度敏感区作为生态治理与修复的核心区域，虽占比面积小，但不容忽视，应结合肃州区自然环境现状和自然适宜性，优先进行生态保护与修复，除了进行生态保护与建设外，不得从事其他任何建设活动。相对于传统的依据土地适宜性和土地自然条件对区域土地利用进行规划的方法来说，根据区域土地的生态敏感性评价的结果，进行差异化的分区管护建议更具有客观性和实际意义 2 4 ,有利用突破国土空间规划单一的思维定式。本文针对肃州区土地的生态敏感性程度划分不同区域，分析得出适应每个分区的管护建议与模式,有针对性的提出管护的措施，为不同生态敏感性的区域提供合理的指引，但本文仅对研究区的土地生态环境敏感性进行探索，还未对生态安全格局进行深人研究，今后应继续深人探索，在生态敏感性评价和生态安全格局优化的基础上，建立符合不同区域情况的差别性管控措施，为更好地保护和改善生态环境、开展国土空间规划编制提供了重要的依据和参考。参考文献：赵文婷等基于GIS的肃州区土地生态敏感性评价012.35银达银黄记绘乡2韩贵锋,赵珂,袁兴中,等.基于空间分析的山地生态敏感性评价 J.山地学报，2 0 0 8,2 6(5)：5 3 1-5 3 7.3梁留科,张运生，方明.中国土地生态安全理论研究初探 J.云南农业大学学报，2 0 0 5，2 0（6）：8 2 9-8 3 4.4杨月圆,王金亮,杨丙丰，等.云南省土地生态敏感性评价.生态学报,2 0 0 8,2 8(5):4 5-5 2.5张浪,贺中华,夏传花,等.基于GIS的喀斯特地区生态环境敏感性评价 J.贵州科学，2 0 2 1，3 9（2)：2 2 5 3-2 2 6 0.6李荣彪,洪汉烈,强泰,等.喀斯特生态环境敏感性评价指标分级方法研究 J.中国岩溶，2 0 0 9,2 8(1)：1-7.7 袁领兄,李坤,范舒欣,等.基于GIS 的太原市土地生态敏感性评价 J.中国城市林业，2 0 2 1，19(3)：19-2 4.8潘竞虎,董晓峰.基于GIS的黑河流域生态环境敏感性评价与分区 J.自然资源学报，2 0 0 6（2)：2 6 7-2 7 3.9宋晓龙，李晓文，白军红，等.黄河三角洲国家级自然保护区生态敏感性评价 J.生态学报，2 0 0 9,2 9（9)：4 8 3 6-4 8 4 6.10李淑芳,马俊杰,唐升义,等.基于GIS的宝鸡市土地生态环境敏感性评价 J.水土保持通报，2 0 0 9,2 9(4)：1-5.11杨新华，王侃,杨雪玲，等.基于GIS的慈溪市土壤侵蚀敏感性评价 J.水土保持通报，2 0 16,3 6(4)：1-6.12李军,曹明明,邱海军,等.基于GIS的西安市土地生态环境敏感性评价研究 J.西北大学学报，2 0 14,4 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