基于RS与GIS的洞庭湖区生态承载力时空评价

张 猛，秦建新，符 静

（1.湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 410000）

1 研究区概况

洞庭湖区地处长江中游荆江南岸，跨湘、鄂2省，囊括长江中下游的弱势生态区域，本研究选择的范围位于湖南省行政区内的洞庭湖区，为环绕洞庭湖水域的丘陵和冲击平原地区，地处湖南省东北部涉及益阳市、岳阳市和常德市，共包括8个县级单位、4个县级市以及7个区。湖区产业基础较好，内外交通便利，生态资源独特，城镇分布密集，具备潜在的发展空间。研究区域面积3.2万km2，占湖南省面积的15%；研究区人口1 147.72万，占全省的16.05%；GDP总量为3 858.34亿元，占全省的比例为19.62%。

2 研究方法及生态承载力计算

2.1 生态足迹方法简介

生态足迹指特定区域内一定人口的自然资源消费、能源消费和吸纳这些消费产生的废弃物所需要的生态生产性土地面积（包括陆地和水域），表明人类社会发展对环境造成的生态负荷。生态足迹越大，对环境的破坏越大。生态足迹方法的核心思想是通过比较一个地区的的生态承载力需求和供给的差距，来判断该地区可持续发展的状况。生态足迹分析法用生物生产性土地的概念代表自然资本，并为各类自然资本在全球尺度上的比较提供了一个统一的度量标准，即全球gha，利用这一均衡后的面积单位度量生态足迹和生态承载力，实现了不同地区、不同类型土地的生态足迹与生态承载力的可加与可比性。

生态承载力模型：

其中，ECC为区域总的生态承载力；N为总人口数；ecc为人均生态承载力；aj为实际人均占有的第j类生物生产土地的面积；rj为均衡因子；yj为产量因子。总生态承载力为各类土地生态承载力之和。生态承载力模型的来源及具体使用方法可参考相关文献。

2.2 基础数据来源及处理

以1993年、2000年、2008年3期Landsat TM 遥感影像（分辨率为30 m）为数据源，数据获取均为枯水期（11月至第2年2月），参照生态足迹模型的生物生产土地分类，将以上3期土地利用/覆被数据划分为6种主要类型：水域、草地、耕地、林地、建设用地和未利用地，利用遥感影像处理软件ENVI4.8,对遥感影像进行预处理和人机交互解译，并通过ArcGIS软件获得3期比例尺为1︰50万的洞庭湖区土地利用/覆被类型图，并进行了野外抽样验证，3期土地利用数据分类总体精度达到90%。为了便于对跨年度的生态承载力数值进行对比。在生态承载力的计算中，均衡因子和产量因子是影响计算结果的2个关键因素。本文统一采用Wachernagel在《国家生态足迹》报告中公布的中国各类土地生态承载力的“均衡因子”和“产量因子”。均衡因子表示不同区域不同类型土地潜在的生产力之比，均衡因子分别取值为：水域0.2、草地0.5、耕地2.8、林地1.1、建设用地2.8。产量因子即某个国家或地区某类土地的平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率。产量因子分别取：水域1.0、草地0.19、耕地1.66、林地0.91、建设用地1.66。未利用地因其生产力极低，故均衡因子和产量因子均赋值为0。社会经济数据主要来源于《湖南省统计年鉴》，主要是人口数据。

2.3 生态承载力计算

根据3期洞庭湖区土地利用/覆被类型图，结合生态承载模型计算出湖区3 a的人均生态承载力如表1。

表1 洞庭湖区人均生态承载力/gha

生态承载力绝对值：将洞庭湖区土地利用图的属性表与生态足迹的均衡因子、产量因子、土地利用类型相关联，得到 3期基于图斑尺度的洞庭湖区生态承载力空间分布图，如图1所示。由于每个图斑包含土地类型和对应的生态因子属性，并无行政区划属性，计算时未考虑图斑面积大小的影响，因此每个土地利用图斑的值为均衡因子和产量因子之积，称为“生态承载力绝对值”，用于表示生态承载力在图斑尺度上由于土地利用变化所导致的区域差异。

湖区各市、县总生态承载力值：将洞庭湖区行政区划图与生态承载力绝对值图相叠加，并按行政单元统计各市、县总生态承载力值以及人均生态承载力值，制作各市、县总生态承载力及人均生态承载力空间分布图（图2、图3）用于分析其占整个研究区生态承载力的比重及其变化。

图1 洞庭湖区生态承载力（绝对值）空间分布图

图2 洞庭湖区各县、市总生态承载力空间分布图/gha

图3 洞庭湖区各县、市人均生态承载力空间分布图/gha

3 洞庭湖区生态承载力时空分析

3.1 洞庭湖区生态承载力时间分析

表1表明，洞庭湖区人均生态承载力整体呈下降趋势。从图1也可以看出，随着时间的推移，在近15 a间整个洞庭湖区生态承载力（绝对值）色度呈变淡趋势，说明湖区及其内部大部分地区的生态承载力呈下降趋势。2000年人均生态承载力与1993年相比降低了10.8%，2008年与2000年相比降低了8.6%。由此可以看出，洞庭湖区人均生态承载力在1993～2000年这一时期的变化较2000～2008年这一时期大，因耕地生态承载力的比例最高，耕地面积的减少导致了生态承载力的下降。1998年洪水以后，整个洞庭湖区实施“退田还湖，退耕还林”的国家政策，减轻了湖区湿地资源的压力，湿地生态环境在一定程度上得到恢复，对保护湖区生态环境起到了非常积极的作用。

比较1993～2008年湖区各县、市总生态承载力以及人均生态承载力变化情况，湖区大部分县、市都有不同程度的下降，其中下降幅度较大的是岳阳市、常德市、安乡县、津市市、澧县、临澧县、南县，下降幅度较小甚至出现正增长的有华容县、岳阳县、临湘市、汨罗市、湘阴县。

3.2 洞庭湖区生态承载力空间动态分析

利用GIS空间分析技术，基于图斑对研究区生态承载力的整体以及基于县域对研究区各县域生态承载力，两级空间尺度较全面地分析湖区内部生态承载力的分布状况和变化规律。

3.2.1 基于图斑尺度的区域生态承载力空间分析

由图斑尺度的生态承载力（绝对值）空间分布图（图1）可以看出，洞庭湖区生态承载力表现为较不均匀的分布状态，整体呈四周高、中间低的“盆地形”，并呈现东西两侧明显的变化。由于洞庭湖的存在，水体及泥沙滩地相对较多，故研究区中间部分的生态承载力相对较小，洞庭湖四周多耕地及林地，从而生态承载力较研究区中部大，各市区内部生态承载力也呈不均匀分布。

洞庭湖区生态承载力的空间分布与各县、市的土地利用方式以及土地生产力具有明显的空间关联性，呈现耕地和建设用地相对集中的地区生态承载力较高，林地次之，水域和草地又次之，未利用地最低的分布规律。如1993年总生态承载力最高的常德市，其水域、耕地、林地、建设用地、草地、未利用地的面积分别为：129.07 km2，1 132.18 km2，553.39 km2，116.65 km2，410.61 km2，337.12 km2，因未利用地的产量因子和均衡因子均为0可以忽略不计，其耕地面积和建设用地面积占其他4种土地类型面积和的53.53%，相对于总生态承载力最低的临湘市，其耕地面积和建设用地面积占其他5种土地类型面积的3.44%。

3.2.2 基于县级行政区的生态承载力空间分析

从洞庭湖区各县、市总生态承载力（图2）、人均生态承载力（图3）等指标的空间分布图可以看出各相关指标的空间分布格局。

图2显示，洞庭湖区各市、县总生态承载力的空间分布不均匀，各县之间没有明显的过渡带。常德市的总生态承载力比较高，津市市的总生态承载力较低，湖区中间大部分县、市总生态承载力相对稳定。由于各县、市所管辖的土地面积大小无规律可循，因此无法通过比较总生态承载力的大小说明各县、市之间生态承载力状况的等级或优劣。

临澧县、安乡县、沅江市等县、市的人均生态承载力明显较高，尤其是安乡县（图3）。岳阳市、临湘市、常德市、益阳市等县、市的人均生态承载力较低，尤其是岳阳市。相对而言，人口稠密的县、市人均生态承载力较小。

4 结 语

本文基于生态足迹方法，利用遥感与GIS技术实现了生态承载力定量评价，描述洞庭湖区生态承载力的空间分布格局，弥补了传统生态足迹方法仅用社会统计数据计算生态承载力的缺陷，以及在生态承载力空间格局分析方面的不足。通过分析湖区的动态变化和空间分异情况，对研究区的生态环境保护和经济可持续发展战略有一定的指导作用。

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