基于GIS的桂林市区生态敏感性分析

胡金龙　王金叶　罗楠

摘要：以桂林市区的生态敏感性问题为研究对象，选取坡度、高程、水域、植被覆盖指数（NDVI）、土地利用类型5个敏感性因子，利用层次分析法（AHP）确定敏感性因子权重，结合GIS空间分析技术，得到桂林市区生态敏感性的空间分布。结果表明，桂林市区生态敏感性总体较高，区域差异比较明显；高度敏感区、中度敏感区、低度敏感区和不敏感区分别占研究区总面积的16.7%、31.0%、27.8%和24.5%。对桂林市区生态敏感性进行分析，并提出分区保护与建设的建议，为桂林市区生态环境保护和产业经济布局提供参考。

关键词：生态敏感性；空间分析；GIS；桂林市区

中图分类号：X171.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）07-1561-04

随着社会经济的快速发展，生态环境问题日益突出，进行生态敏感性分析，制定生态环境保护规划，指导区域社会经济建设是目前世界各国和地区面对日益严重的生态环境问题普遍采用的战略[1]。桂林作为国家旅游综合改革试验区，经济和社会加速发展，人地矛盾日益尖锐，综合评价桂林市区生态敏感性对于桂林市区环境保护规划和产业布局具有重要参考价值。

目前，国内对生态敏感性研究主要集中在以下两个方面：一是单一生态敏感性问题的研究，如土壤盐渍化敏感性分析、水土流失敏感性分析、生态系统对酸沉降敏感性分析等[2-4]；二是基于单一生态敏感性评价的生态敏感性的综合性研究，如北京市域生态敏感性综合评价、徐州生态敏感性分析、万泉河流域生态敏感性分析、阜康市生态敏感性评价研究等[5-8]。研究尺度上以流域、地区等大尺度居多，以县级或镇级的小尺度的研究较少[9，10]。关于生态敏感性的综合性研究不多，关于城市生态敏感性的研究则更少，目前对桂林市区生态敏感性评价的研究尚未见报道。以桂林市区生态敏感性作为研究对象，选择有区域代表性的5个生态因子，利用层次分析法（AHP）和GIS空间分析技术对桂林市区生态敏感性进行综合评价，探讨各敏感分区保护与建设的对策。

1 研究区概况

桂林市位于广西东北部，南岭山系的西南端，地势北高南低，平均海拔150 m，为典型的喀斯特岩溶地貌，是中国历史文化名城和国际著名的风景旅游城市，辖 5 个城区12个县，全市土地面积27 800 km2。行政区地处东经109°36′-111°29′、北纬24°15′-26°23′。研究的范围主要选取桂林市区，其处于南北向岩溶盆地内的漓江河谷阶地和峰林平原之上，包括秀峰、叠彩、象山、七星、雁山五区，总面积约560 km2。

2 资料收集与方法

2.1 资料收集与处理

采用的资料有桂林市区2006年9月TM遥感影像、桂林市1∶5万地形图、桂林市区30 m×30 m DEM数据（NASA 2009）、桂林市区2006年1∶1万土地利用现状图以及行政区划图。利用ERDAS 9.2遥感图像处理软件对2006年TM遥感影像进行处理，获得土地利用类型、植被覆盖指数、水域等数据。利用ArcGIS 9.3对DEM数据进行处理，提取高程、坡度数据。

2.2 研究方法

首先根据研究区实际情况，选取生态敏感性评价因子构建评价体系，然后对各因子进行提取计算，并分级赋值，完成单因子生态敏感性评价；通过层次分析法获得各因子权重，最后对各单因子生态敏感性进行空间叠加分析，完成生态敏感性综合评价。

2.2.1 评价因子的选取与等级划分 参考相关研究结果[11，12]，结合桂林市区的生态环境特点，遵循综合性、代表性与可操作性的原则，最终选取坡度、高程、水域、植被覆盖指数（NDVI）、土地利用类型5个生态因子作为敏感性分析的主要因子。各因子敏感性划分为4个等级，按高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感分别赋值为7、5、3、1，具体分级标准见表1。

2.2.2 评价因子权重的确定 各单因子在评价中对生态敏感性的影响程度不同，应该具有不同的权重。采用层次分析法（AHP）确定各因子生态敏感性权重，为减小指标之间的相关性，AHP只包括目标层和指标层。目标层为综合生态敏感性，指标层为选取的5个生态因子。然后利用专家打分法构造判断矩阵，计算各生态敏感性评价因子的权重。坡度、高程、水域、植被覆盖指数（NDVI）、土地利用类型权重值分别为0.206 2、0.147 6、0.211 7、0.187 7、0.246 8。

2.2.3 空间叠加分析 利用ArcGIS 9.3的空间分析（Spatial analysis）模块对5个单因子生态敏感性图层进行空间加权叠加，计算出生态敏感性综合得分，并获得综合生态敏感性图。生态敏感性数学模型[7]见公式（1）。

式中，i为评价单元编号，k为评价因子编号，n为评价因子总数，Si为第i个评价单元的综合值，Wk为第k个评价因子的权重，Ci（k）为第i个评价单元的第k个评价因子敏感性评价值。

3 结果与分析

3.1 单因子生态敏感性分析

3.1.1 坡度生态敏感性分析 坡度是影响生态敏感性的重要因子，与区域内的水土流失紧密相连，坡度越大水土流失越严重，生态系统就越脆弱，生态敏感度越高。研究区坡度因子的总体敏感度不高，坡度大于25°的面积为5 189.2 hm2，占总面积的9.3%，属高度敏感区，主要分布在桂林市东南、西北部郊区的山体；坡度在15°～25°的面积为7 008.1 hm2，占总面积的12.5%，属中度敏感区，主要分布在东南、西北部邻近高敏感区的区域；低度敏感和不敏感区域分别占总面积的30.3%和47.9%，广泛分布于研究区内（表2，图1a）。

3.1.2 高程生态敏感性分析 研究区属典型的喀斯特地貌景观，基于高程因子的生态敏感性总体较低。高度敏感和中度敏感区分别占总面积的4.0%和13.7%，主要分布在北部、南部的郊区山体；低度敏感区占总面积的33.6%，主要分布在北部、南部郊区及中心城区的低山地带；不敏感区占总面积的48.7%，广泛分布于桂林市区的平坦地区（表2，图1b）。

3.1.3 水域生态敏感性分析 桂林中心城区水系发达，连通性好，但郊区水体破碎化严重，水域面积较小，基于水域因子的生态敏感性总体较低。高度敏感和中度敏感面积总计9 451.1 hm2，占研究区面积的16.9%，主要分布在中心城区，主要为重要河流、水库及其周围200 m的范围，一般河流、湖泊及其周围50 m范围；低度敏感区总面积8 437.8 hm2，占研究区的15.1%，主要为重要河流、水库200～500 m缓冲区及一般水域50～100 m缓冲区；不敏感区总面积38 093.0 hm2，占研究区的68.1%，主要为建设用地、林地、耕地等远离水域的地区（表2，图1c）。

3.1.4 植被覆盖生态敏感性分析 研究区山林面积大，植被覆盖率高，基于植被覆盖的生态敏感性总体较高。高度敏感和中度敏感区占研究区总面积的63.4%，主要为城市郊区的山林、平坦地带的林木和果树。低度敏感区占研究区的26.9%，主要为城市郊区的耕地和草地；不敏感区占研究区的9.7%，主要包括水域和建设用地等无植被覆盖的区域（表2，图1d）。

3.1.5 土地利用的生态敏感性分析 桂林市区的土地利用类型主要有林地、耕地、水域、草地、建设用地、未利用地等，其中林地面积占53.9%，具有较高的生态服务价值。桂林市区土地利用生态敏感性总体较高，高度敏感区和中度敏感区面积合计35 521.7 hm2，占研究区总面积的63.4%，主要分布在桂林市区内林木覆盖度较高的山体以及贯穿市区的两江四湖环城水系，郊区的水库、湖泊，主要是林地和水域，对于改善城市生态环境、维护区域生态安全具有关键的作用。低度敏感区占总面积的23.1%，主要为桂林郊区的耕地，不敏感区占研究区总面积的13.5%，主要集中分布于中心城区、郊区镇村的大量居民点以及零星分布的未利用土地（表2，图1e）。

3.2 生态敏感性综合评价

在GIS技术的支持下，将5个单生态敏感性因子进行叠加，获得桂林市区综合生态敏感性空间分布图（图1f），并对属性数据进行统计分析。结果表明，研究区综合生态敏感性较高，总的分布规律为东北、西南部郊区地带敏感性高，中心城区敏感性低。高度敏感区面积为9 356.0 hm2，占研究区总面积的16.7%，主要分布在东北、西南部山区以及漓江两岸的部分区域，其坡度较大，地势较高，植被覆盖率高，土地利用类型多为有林地和灌木林地。中度敏感区面积为17 352.8 hm2，占研究区总面积的31.0%，主要分布在城市东北、西南部及城市中心区，为市区内重要河流、湖泊、水库以及郊区低山地带；低度敏感区面积为15 542.6 hm2，占研究区总面积的27.8%，主要为耕地、部分低覆盖度林地和果园；不敏感区面积为13 730.4 hm2，占研究区总面积的24.5%，主要为中心城区的居民、商业、工业等建设用地以及部分地势平坦的耕地（表2）。

4 不同生态敏感区用地策略

4.1 高度生态敏感区

高度生态敏感区属脆弱生态环境区，生态系统稳定性差，极易受到人为干扰，而且一旦破坏短期很难恢复，此类区域应作为重点保护区。区域内应当禁止开发建设活动，严禁乱垦滥伐、过度放牧等有损生态环境的活动，保持原生生态系统的完整性，避免人为干扰；加大桂林郊区荒山造林、退耕还林、石漠化山体治理的力度，减少水土流失，提高森林覆盖率，恢复与保护原生植被，提高生态系统的多样性和稳定性，促进生态系统良性循环；在保护优先的前提下适度开展生态旅游，以不破坏保护对象为原则，严格实施生态旅游管理。

4.2 中度生态敏感区

中度生态敏感区属于生态环境较为脆弱的区域，虽对外界的干扰活动具有一定的抵抗能力，但较易遭受人为的干扰，从而造成生态系统的扰动与不稳定，此类区域应作为控制发展区。在中度敏感区开发中要正确处理开发与保护的关系，遵循“在保护中开发，在开发中保护”的原则，避免对生态环境的破坏。合理规划布局区域内的水系河网，理清搞活河湖水系，加强水域、水生态、水质的保护，合理适度利用岸线及滨水空间，并以主要水系河网为骨架构建区域性生态廊道；加大封山育林、退耕还林力度，积极发展经果林、风景林、防护林，提高区域森林覆盖率，促进生态产业的发展，适度发展乡村旅游，以旅游资源优势促进当地经济发展。

4.3 低度生态敏感区和不敏感区

低度生态敏感区和不敏感区系统稳定性较好，敏感性较低，承受外界干扰的能力较强，对生态环境的影响不大，适合较大强度的开发建设，可作为适宜发展区。在区域开发过程中，统筹优化土地利用结构和布局，尽量不占或少占耕地，注重人工与自然环境的协调发展，严格控制“三废”。对于低度敏感区，应严格保护基本农田，加强河流、湖泊、废弃地等的绿化建设，恢复和维持水系湖泊的自然形态，提高区域生物多样性。对于生态不敏感地区，应发展循环经济，建设生态示范区、生态城镇，努力改善人居环境，完善城市可持续发展的重要基础设施，实现社会经济健康可持续发展。

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