基于VSD模型的区域生态脆弱性评价——以延边朝鲜族自治州为例

张 启， 李明玉

(延边大学理学院地理系，吉林 延吉 133002)

近年来，不断发展的经济水平和日益增长的人口数量所带来的矛盾与日俱增，生态环境和社会经济发展之间的矛盾尤为明显。陆地表面约1/2～1/3的面积已经被人类利用开发，而这个面积还在不断的扩大[1-2]。同时，由于人口、环境、资源和发展之间的关系越来越复杂，人类活动对环境变化的影响越来越受到重视，相关领域学者不再一味研究自然因素[3]。随着生态研究逐渐发展，诸多与生态脆弱性相关的研究与课题都不得不牵涉到生态脆弱性的评价，因此，关于生态脆弱性的研究与评价不仅是当前环境资源与地理学领域的重要课题之一，也是未来实现区域生态可持续发展的重要因素[4-5]。

生态脆弱性用以评价人类活动变化和自然环境变化对生态系统造成的负面干扰程度[6-8]。近些年来，国内学者对于脆弱性研究的方法各不相同，其中包括景观格局法[9]、PSR模型分析法[10]等等，但是这些评价方法几乎都仅考虑了单一暴露源，这样对于一个社会—经济—生态复合型生态系统具有很大局限性。为能有效考虑到自然因素和人为因素对生态环境的影响，本文评价延边朝鲜族自治州生态脆弱性采用了Polsky等提出的基于“暴露—敏感—适应”的Vulnerability Scoping Diagram(VSD)组织评价模型[11]。该模型通过暴露程度、敏感性和适应潜力3个维度来分解研究脆弱性，创新地使用圈层式数据组织方法逐级递进、细化各项指标，用“方面层—指标层—参数层”高效并清晰地组织、评价数据，受到生态脆弱性研究领域较广泛的认可[11-13]。

延边朝鲜族自治州(以下简称延边州)位于我国东北部，由于地处长白山区，生态条件优越，旅游资源旺盛，加上近年来城市发展较快，使得该区域生态脆弱性表现出较强的典型性和复杂性。鉴于此，本文以延边州为案例，采用VSD模型，不但可以检验模型的实用性，还可以对延边州生态系统脆弱性进行综合评价，揭示生态脆弱诱因，为延边州“十三五”规划中生态文明先行示范区建设具体实施提供理论依据、技术支撑和布局参考。作为“一带一路”的北线前沿地区，延边州经济建设即将进入飞速发展期。但需要注意的是，在经济建设快速发展的同时，做好生态建设防护工作是必不可少的，如何识别生态脆弱区以及对生态脆弱区进行科学规划建设是未来延边州可持续发展所面临的巨大挑战。

1 研究区

延边州位于吉林省东部，首府为延吉市，地处中、俄、朝3国交界且相邻日本海，包括延吉、图们、敦化、珲春、龙井、和龙、汪清和安图8县市(图1)。全州面积约为4.33×104km2，占吉林省面积的23.11%。

延边地处中纬度大陆东岸近海地带,属于温带大陆性湿润、半湿润季风气候区。延边州山地多，平原少。其山地占延边总面积的54.8%，整体地势西高东低，以珲春一带最低。全州林地面积所占比重非常高，约占81.7%。但随着城市化进程的加快，近年来建设用地所占比重不断增长(图2)。森林覆盖率为74%,含有多种微量元素的优质矿泉水泉眼20多处,储量十分可观。本地区具有特有的人文地理环境、良好的自然景观和丰富的旅游资源[14]。截至2015年，延边州总人口约213.6万，其中，朝鲜族77.4万，占全州总人口的36.24%，占全国总朝鲜族人口的43.18%；地区生产总值为858.84亿元，仅占全省生产总值的6.09%；人均GDP为4.01万元，约占全国人均GDP的4/5。

图1 研究区

图2 研究区土地利用

2 研究方法与数据来源

针对不同的表征和内涵，VSD模型将生态脆弱性分解为暴露度、敏感性和适应能力[1,11-12]。暴露度是反映受外界胁迫或干扰程度大小的参数，自然因素和人为因素都会改变暴露程度的大小，暴露程度高意味着对于生态环境的干扰十分敏感。因此，暴露度与脆弱性成正比关系，前者越高，系统的脆弱性越高。研究区暴露源主要体现在自然气候条件和

人口密度与产业分布；敏感性是反映被暴露的单元容易受到胁迫的正面或负面影响的程度大小的参数，受自然和人文双重因素双重耦合影响。其值越高，受到暴露的生态系统所遭受破坏的可能性及破坏程度越高，生态脆弱性越高。研究区敏感源主要体现在生态系统条件、土地利用格局和地貌特征等方面；适应能力是反映系统内部自调节能力或受外界介入后的恢复能力大小的参数，主要体现在社会经济与政策层面。适应能力越强，系统越有可能恢复回原有状态，脆弱性越低。本研究区的适应能力主要通过社会经济能力及社会保障能力来体现[11,15]；基于VSD模型以上3个维度的基础，本文生态脆弱性评价采用以下公式：

(1)

式中，Z分别表示生态脆弱性或暴露度、敏感性与适应能力；Wi为指标i的权重值，Pi为第i个指标的评价结果，n为指标数。

本研究以VSD模型的3个维度为基础，综合考虑前人的研究成果[16-17]与延边州实地情况，构建了由3个层级、14个指标的评价体系来综合评价延边生态脆弱性(表1)。

表1 生态系统脆弱性评价指标体系Table 1 Assessment index system of ecosystem vulnerability

在评价体系中，采用5级制来评价单项指标，根据指标不同的指向及内涵进行区分，非脆弱、一般脆弱、较脆弱、很脆弱与极脆弱分别用1、2、3、4、5来表示。各项指标的等级划分与正负指向均是根据生态脆弱性领域已有研究成果与延边州生态领域专家打分所确定，其中，指向为“*”的(C6和C7)，代表土地利用类型的原始性越好、地貌条件越好，则脆弱性越低。数据来源如下：B1、B2、B6、B7均来自《2016延边统计年鉴》，其中B1和B2部分数据来源于国家气象科学数据共享服务平台；B5和B3中的C6来自于地理空间数据云网站中的GDEMDEM 30 M分辨率数字高程数据与研究区30 M分辨率全景TM影像并通过人工解译获得的30 M分辨率土地利用现状图；B4和B3中的C7均来自中国科学院资源环境科学数据中心。

本研究采用层次分析法(AHP)确定要素和指标的权重，层次分析通过Yaahp10.1(www.jeffzhang.cn)软件进行[18]。其根据各个要素间的重要程度进行两两比较，采用1～9标度法进行打分，以此构建判断矩阵并得出结果。经检验，本次研究判断一致性为0.017 6，所得到的权重结果通过了一致性检验(CR<0.1)，可信度高。具体权重见表1。

3 研究结果

3.1 暴露度、敏感性与适应能力

延边朝鲜族自治州的首府延吉市是全州政治、经济、文化与对外交往的中心，人口和产业高度密集，人类开发建设强度比较大，经济发展水平比较高，暴露度自然最高。东部地区是除延吉外各项经济指标比较不错的敦化地区，暴露度也较高。延边州东北部与南部地区人类活动较少，生态系统多为山地，人口和产业都比较稀疏，气候条件比较优越，暴露度较小(图3)。敏感性相对来说比较复杂及多样化，中部和西北部较发达的城市整体敏感性高，西南部也出现一些敏感性高值区，东部整体敏感性偏低，但也存在个别敏感性较高的斑块(图3)。延吉、敦化和珲春都属于相对发达地区，这也体现在适应能力评价中，延边州东部、中部、西北部适应能力均较高，社会经济、保障能力和居民环保意识较强。

图3 暴露度、敏感性和适应能力评价

3.2 生态脆弱性

基于适应能力与生态脆弱性呈负相关，暴露度与敏感性与生态脆弱性呈正相关的前提，通过相关空间分析可以得到最终的生态脆弱性评价结果。结果表明，延边州生态脆弱性可分为5级，分别为非脆弱区(18.61%)、一般脆弱区(25.18%)、较脆弱区(25.55%)、很脆弱区(21.43%)和极脆弱区(9.23%)(图4，表2)，生态脆弱性格局呈现出“西南高、东北低”的显著特点。从结果中不难发现，研究区大部分地区处于一般脆弱区和较脆弱区，约1/5地区为非脆弱区，仅有9.23%地区为极脆弱区，相对比重较少。可见，延边地区生态系统脆弱性情况总体看较为良好，但仍有30.66%的地区处于很脆弱区和极脆弱区，低强度脆弱区随时可能向高强度脆弱区转变，对此地区的生态系统保护需要持之以恒、防患于未然。

图4 延边州生态脆弱性综合评价

城市非脆弱区一般脆弱区较脆弱区很脆弱区极脆弱区总计和龙市面积/103km20.511.201.881.210.275.06占该市比重/%10.0423.6637.1223.805.38100.00占该区比重/%6.3110.9917.0112.996.8311.70图们市面积/103km20.290.350.190.160.151.14占该市比重/%25.9430.4116.9113.8512.88100.00占该区比重/%3.673.181.751.703.692.64安图县面积/103km20.481.112.392.031.447.45占该市比重/%6.4314.9732.1027.2219.28100.00占该区比重/%5.9510.2421.6521.8736.0417.23延吉市面积/103km20.080.200.520.520.401.72占该市比重/%4.4311.6530.4030.2423.30100.00占该区比重/%0.951.844.735.6110.053.98珲春市面积/103km23.150.870.630.350.085.09占该市比重/%61.9917.2112.246.971.59100.00占该区比重/%39.188.045.643.822.0311.77汪清县面积/103km21.523.962.090.990.248.80占该市比重/%17.2444.9623.7411.282.78100.00占该区比重/%18.8436.3218.9210.706.1220.35敦化市面积/103km21.852.902.803.360.8711.78占该市比重/%15.7224.6123.7928.557.34100.00占该区比重/%23.0026.6125.3736.2621.7027.24龙井市面积/103km20.170.300.550.650.542.21占该市比重/%7.6913.7124.6529.5324.42100.00占该区比重/%2.102.784.937.0413.545.11合计面积/103km28.0510.8911.059.273.9943.25比重/%18.6125.1825.5521.439.23100.00

3.3 生态脆弱性分区与土地利用的空间叠加关系

剖析生态脆弱性和土地利用的空间关系，有助于找出何种因素导致的脆弱性以及确定人文与自然因素对于脆弱性的影响大小(表3)。结果表明,延边高达48%的林地处于非脆弱区和一般脆弱区内，极脆弱区仅占6%；草地和耕地类似，都是很脆弱区占比高，分别为49%和33%，极脆弱区次之，低强度脆弱区占比不高。但是因为延边耕地面积比例大，占总土地利用类型面积的14%左右，因此属于耕地类型的高强度脆弱区面积很大；湿地的各项分区比例比较平均，比较明显的是极脆弱区所占比例最小，只有11%；裸地和建设用地的极脆弱区比例均达到30%以上，其中，建设用地中34%的区域都属于高脆弱性，这在各项用地类型中的极脆弱区占比是最高的，同时还有23%的区域处在很脆弱区内，这说明延边建设用地的利用对生态脆弱性的影响很大，下文将继续分析建设用地与生态脆弱性分区的空间耦合关系。需要说明的是，尽管裸地的极脆弱区所占比例高达65%，但考虑到裸地的所占比例太小，暂且不作分析。

表3 土地利用与生态脆弱性空间叠加关系Table 3 Spatial superposition between classification of land use and ecological vulnerability

3.4 生态脆弱性分区与建设用地类型的空间叠加关系

延边建设用地中极脆弱区所占比例是6种用地类型中最高的，高达34%，这说明人为开发利用对于该区域生态脆弱性的影响举足轻重。因此，进一步分析不同建设用地类型在生态脆弱性分区内的空间分布情况，有利于改善因人类活动所导致的生态脆弱性问题(表4)。结果表明：城镇用地中高达61%的面积分布在很脆弱区与极脆弱区，这在不同等级脆弱区的空间分布格局与建设用地大体相似。交通用地较为平均地分布在各个脆弱区内。延边地区采矿场主要分布在很脆弱区和极脆弱区，虽然采矿厂面积小、数量少，但是也有超过一半的面积分布在高强度脆弱区。总体上看，城乡居住用地和工业用地占据了延边建设用地面积的79%，且城乡居住用地和工业用地中38%的面积分布在极脆弱区，这表明居住用地和工业用地的人为开发是改良延边生态脆弱性问题的主导因素。

总的来看，延边的建设用地有过半比例都分布在高强度脆弱区内，这一方面说明了一些建设用地因自然条件恶劣所以分布在脆弱的区域中，另一方面说明了一些人为因素已经并且正在导致原有并不脆弱区的区域向脆弱区转变。后者以安图和延吉为例，人为开发利用强度的不断提高使得该区域城市建成区与建成区周围的脆弱性高居不下，原本良好的生态空间不断地被正在扩张的建设空间所吞占，由此导致暴露度增大，敏感性增大，脆弱性随之增大[19-20]。虽然目前一些人口规模、经济总量较小的城市尚未呈现出脆弱，但是以珲春为例，随着经济和时代不断发展，珲春作为中国“一带一路”战略向东的新起点，人为开发利用强度必然不断增强，随之带来的就是脆弱性同步增强。延边59%的耕地面积处在很脆弱区和极脆弱区中，虽然国内其它地区大部分耕地的脆弱性都比较高，但是如何保护好农业用地的生态环境问题依然会成为延边生态脆弱性问题的新挑战。而在建设用地中，面对城乡居住用地和工业用地如此高的高强度脆弱区比例，则需要合理引导人口与产业疏散、积极开展生态修复，将生态破坏降到最小。

表4 不同建设用地类型在生态脆弱性分区内的空间分布Table 4 Spatial distribution of different types of construction land within ecological vulnerability zones

4 结果分析

4.1 5种不同类型区的城市分布

和龙市地处延边州南部，生态脆弱性分区特点与延边整体吻合，中等强度脆弱区占据最大比例，非脆弱区与极脆弱区相对偏少；图们市虽然是延边州面积最小的城市，但该区域生态条件较为良好，非脆弱区与一般脆弱区占据了50%以上的空间，极脆弱区在5类分区中所占比例最小；安图县大多数地区都处于中等强度及中等强度以上脆弱，该地区近年来发展迅速，各项经济指标逐年递增，人口也越来越密集，极度脆弱区占比高达19%；延吉市是延边州经济、文化、人口的中心城市，因此人类开发利用强度比较大，较脆弱区与极脆弱区占比达到54%，需要在大力发展经济的前提下，时刻注意生态脆弱性的问题；珲春市是延边州生态脆弱性中最为优良的，单单非脆弱区比重就高达62%，这与该地区人口稀疏、自然条件优越和独特的地理位置有着密不可分的关系；汪清县一般脆弱区的面积占该市面积的45%，极脆弱区占该市面积的3%，仅次于珲春市，这说明该市的脆弱性情况还是比较好的；龙井市的5类分区和延边州整体趋势相同，属于“中等强度高，两极强度低”。值得一提的是，敦化市作为整个吉林省面积最大的县级市，非脆弱区占15%，极脆弱区仅占7%。

4.2 5种不同类型区的空间分布与建议策略

极脆弱区主要分布在延边州中部、西南部和西北部，其中，分布最为集中的是西南部的安图市；中部的延吉市、龙井市和西北部的敦化市极脆弱区分布占极脆弱区总面积的比例均大于10%，较为明显。由于暴露度和敏感性均较高，中部延吉市与西南部安图市出现了一些脆弱斑块，高强度的人类开发利用破坏了地表植被并严重干扰了原生生态系统。对该类地区，应合理地引导人口与产业向脆弱性低的地区转移，重点关注生态产业，加强对林地和农地的保护，优化土地利用格局，限制城镇的无序扩张[21]。该区域脆弱性如此高的原因可分为人为诱因与自然诱因，自然诱因为主的区域要加强生态建设和努力发展生态农业与林业以减轻脆弱性，人为诱因为主的区域需要限制过大规模开发建设，改造生态环境，加强环境治理。

相比极脆弱区，很脆弱区分布相对扩散，这一区域主要分布在极脆弱区的外围，中部的图们市最少，占很脆弱区的1.70%，敦化市最多，占36.26%，这也是敦化5类分区中占比最高的分区，该区域内分布着大量的耕地与湿地。这一地区的开发强度相比极脆弱区来说偏低，所以相应的暴露度、敏感性和脆弱性均稍低。但是正因如此，随着延边州的飞速发展，处在极脆弱区外围的很脆弱区难免成为未来开发建设的重点，开发强度的不断提高会导致该区域逐渐向极脆弱区转变。因此，该区域需要控制人口、产业聚集，改善该区域耕地与湿地的生态环境，并加强生态环境治理，避免过渡为极脆弱区。

较脆弱区的分布比很脆弱区更加分散，敦化、汪清和安图3市占较脆弱区总面积的65%，延吉市的较脆弱区面积占该市总面积的30%，是该市各区占比最高的一项。该区域用地类型大多数为林地和耕地，复杂的地形条件加上过去10年内耕地面积不断增加、不断向建设用地转换导致了脆弱性随之增长。与此同时，生态系统关联性带来的影响将不断加深，它会让该区域逐渐向周围的极脆弱区和很脆弱区转变。这类脆弱区具有一定的可占用性，但绝非属于优先建设区，因人类开发利用和生产建设的占用要避开生态功能区，让该区域高效发挥本身特有的农业经济、净化空气和提供水源等作用。

一般脆弱区夹杂于较脆弱区和脆弱区之间，北部的汪清和敦化占比较多，分别占一般脆弱区总面积的36%和26%。这类区域开发强度偏低，人地关系比较和谐，适合进行一些具备一定规模的开发建设。在建设用地面积中，一般脆弱区所占比例是最低的，因此该区域可以作为优化建设的带头区域，承接高强度脆弱区的人口与产业转移。加大力度推进一般脆弱区域内城市发展，吸引并整合该区域人口和产业，避免过高强度的人口和产业涌向非脆弱区。

非脆弱区主要分布在延边州的最东部珲春市，珲春市非脆弱区面积占延边州非脆弱区总面积的39%，占该市总面积的62%。一方面是因为该区域地形较为平缓、资源丰富、水土光热条件优越，不仅拥有水源涵养和水土保持等生态价值，还是许多重要的野生动物栖息地。另一方面，该区域的低人口密度与滞后的产业发展使得该区域暴露程度较低。该地区适宜开发建设，但作为延边州生态脆弱性保护的最底线，应坚决禁止对本区域内生态功能区的开发破坏。因此，未来需要坚持点状开发，合理确定城镇边界和规模；坚持生态开发，确保不破坏该区域原有的健康生态系统。

5 结论

1) 基于理论出发，本文运用VSD模型并结合GIS空间分析方法评价了延边州生态脆弱区及其分布。最终将延边州生态脆弱性分为5级，分别为非脆弱区(18.61%)、一般脆弱区(25.18%)、较脆弱区(25.55%)、很脆弱区(21.43%)和极脆弱区(9.23%)，低强度脆弱占比明显高于高强度脆弱占比。其中,珲春市的非脆弱区面积无论是在非脆弱区总面积还是该市总面积中占比都最高，生态脆弱性最为优良；龙井和延吉的极脆弱区面积占该市总面积比例排在前2位，安图的极脆弱区面积占极脆弱区总面积最高，比例高达36.04%。从原因来看，部分地区植被状况、地形条件较差是延边因自然因素所导致的脆弱性的原因所在；人为因素导致的脆弱性主要因为人类高强度的利用开发及部分区域的适应能力无法与其暴露度相匹配所导致的脆弱。高强度脆弱区相对集中，低强度脆弱区相对扩散。

2) 基于实践出发，本文将生态脆弱性评价结果与土地利用进行空间叠加分析，从而揭示脆弱性高低的诱因；然后进一步分析建设用地对于生态脆弱性高低的影响程度，从而得到改良脆弱性的一些相关建议策略。非脆弱区适宜开发，但要坚持点状开发、生态开发，注意不能破坏生态功能区；一般脆弱区可以作为优化建设区，加大城市发展力度，承接人口和产业；很脆弱区是未来开发建设的重点、较脆弱区分布着大量耕地，该区域需要控制人口、产业聚集，改善该区域耕地与湿地的生态环境；极脆弱区应以强化生态建设、疏散人口和产业转移为主。

本文采用VSD模型对延边州地区进行了脆弱性评价，在该区域生态脆弱性研究基础上进行了一定的补充。但是目前尚未考虑该区域脆弱性的时空演变，仅分析了一个时间点。同时，本文的指标选取主要参考前人研究以及专家打分，具有一定的主观性，这是接下来进一步需要解决的问题。