基于AHP-GIS统计的溪洛渡镇生态敏感性空间评价

韩 丽，周炳江，明 亮，马长乐，罗 清，曹世睿

（西南林业大学园林园艺学院，昆明 650224）

随着城镇化的高速发展，人们对自然资源的不合理开发利用导致了自然生态、生境的破坏，生态敏感性极度增加，生态系统功能迅速衰减。为合理修复生态破坏的区域，加强生态保护，利用生态敏感性分析是重要的研究方法之一。生态敏感性是指在不损失或不降低环境质量的情况下，生态因子对外界压力或外界干扰适应的能力［1］，主要反映人类活动干扰和自然环境［2］变化对生态系统［3］的影响程度，可表明一个区域内发生生态环境问题的难易程度［4］、可能性大小以及它恢复的速度［5］。目前，国内外学者的关注点已转移到生态敏感性的综合评价［6］、损坏的生态环境的重新建设［7，8］、脆弱的生态环 境 的 科 学 管 理［9］、分 区［10，11］可 持 续 发 展 及 其 恢复［12］、指标体系的建立［13］等研究，研究元素也已发展到多因素综合研究［14］，其研究的结果被应用于地质学、生物学［15］、经济学、土地利用、可持续性研究、灾害管理以及气候变化等多个领域。

随着地理信息技术的发展，生态敏感性的评价方法与GIS 技术的紧密结合［16，17］，使数据收集更加全面，评价方法更加完善，评价结果更为可靠。就GIS 而言，其强大的空间计算能力是未来研究生态环境［18］、地质［19］等问题的主要技术和方向。本文基于卫星影像数据与现场调查数据，根据研究区的特点进行识别，以海拔、植物郁闭度、土壤侵蚀、地类、坡度、坡向、石漠化7 个因子借助GIS 空间分析功能，将7 个因子按不同的生态敏感性层次进行重分类，并利用层次分析法（AHP）确定指标权重，采用多因子加权叠加取最值法［20］对溪落渡镇的生态敏感性进行分析，得到研究区域生态敏感性等级分布。结合对数据的分析评估研究区域的生态保护重要性等级，为保护地区建设和生态环境提供科学的决策支持和依据。

1 研究区概况

溪洛渡镇位于云南省昭通市永善县，东邻团结乡，南接马楠乡，西靠务基乡，北隔金沙江与四川省雷波县相望。地理位置为东经103°63'、北纬28°23'，全镇总面积334.5 km2，境内地形是由东南向西北渐渐抬升，主要以木鱼山为主脉，由南向北分别向金沙江散播。海拔最高位于云荞村姜家山，高度为2 853 m，最低位于水田村火烧湾，高度为390 m，海拔高差接近2 463 m，属于一种典型的立体气候。年均气温17.6 ℃，年降雨量500～5 109 mm，年日照时数1 200～2 100 h。溪洛渡镇作为永善县政治、经济、文化交流中心，是金沙江流域生态建设的重要节点，也是世界第三大水电站——溪洛渡水电站所在地，大量的开发使溪洛渡生态系统遭到破坏，属地质灾害多发地带［21］。对溪洛渡镇进行生态敏感性研究，有助于确定金沙江流域环境发展趋势和考量生态稳定性，对该研究区域生态修复、可持续发展、合理开发和利用资源、促进研究区域生态稳定都具有现实意义。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及处理

本文对于生态敏感性分析所收集到的数据有：2018 年生长季（6—10 月）Landsat 30 m 遥感影像图、永善县2016 年二类资源调查矢量数据（数据来源：永善县林业局提供）、地形图、生态林保护规划图（2016 年）、2018 年云南省统计年鉴、云南省资源字典等资料。对上述收集到的数据进行地理配置、错误消除、空间校正等操作，保证数据形成标准化统一的生态敏感性因子地理信息数据库，使所有数据统一到西安-1980 坐标下，栅格大小为90 m×90 m。

2.2 研究方法

2.2.1 生态敏感性评价指标选取及体系构建 生态敏感性实质是对现状自然环境背景下潜在的生态问题进行明确的辨识，并将其落实到具体的区域空间［22］。本文中依据溪洛渡镇生态环境现状及其地形地貌特征，结合国内外学者对生态敏感性评价中使用的指标［10，23］，基于基础资料的可获取性和数据的可处理性，于2018 年夏季对研究区域进行实地踏勘，并从实地考察及收集的资料中挑选出影响溪落渡镇生态环境的关键因子。选取指标有海拔、植物郁闭度、土壤侵蚀、地类、坡度、坡向、石漠化。技术路线如图1 所示。

图1 技术路线

2.2.2 确定评价因子权重 本文对于评价因子权重的确定借助的是层次分析法（AHP）。层次分析法是一种整理和综合了人们主观判断的客观分析方法，能有效地将主观与客观、定性与定量分析结合的系统化、层次化的分析方法，而且操作较为简便。

1）建立递阶层次结构。应用AHP 分析决策问题时，首先要把问题条理化、层次化，构造出一个有层次的结构模型，这些层次可以分为3 类：最高层（目的层）、中间层（准则层）、最底层（方案层），每一层次中各元素所支配的元素一般不要超过9 个。

2）构建判断矩阵。

①准则层中的各准则在目标衡量中所占的比重并不一定相同，引用数字1～9 及其倒数作为标度来定义判断矩阵A=（aij）n×n（表1）。

②根据判断矩阵标度定义对7 个评价因子建立判断矩阵表，如表2 所示。

表1 判断矩阵标度定义

表2 判断矩阵

3）层次单排序计算。本文特征向量和特征值的计算采用方根法，其所求得的特征向量即为各参评因子的权重排序。具体计算步骤如下：

①A 元素根据行相乘得一个新的向量；

②新向量的每个分量开n 次方；

③所得向量经过归一化处理即为权重向量。

利用上述方法得出各评价因子权重。

3 结果与分析

3.1 敏感区重分类

根据《生态功能区划暂行规程》对各评价因子的敏感性进行等级划分，将溪洛渡镇生态敏感性划分为不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区和极度敏感区5 个等级［24］；对这5 个等级相对应的赋值为1、2、3、4、5，如表3 所示。

表3 生态敏感性等级划分

分析表3 中生态敏感区等级划分的标准及各因子中不同类别对生态敏感性的贡献值的不同，在了解溪洛渡镇生态环境的基础上，对溪洛渡镇中各评价因子的敏感性进行敏感等级划分，在ArcGIS 中建立统一字段的数据库，将矢量数据转为同分辨率的栅格数据，用Arctoolbox 的重采样（resample）工具处理DEM 数据，对生态敏感性不同评价因子进行现状分类，以便叠加分析确定溪洛渡镇生态敏感性等级。其重分类结果见图2。通过对7 个因子的现状与重分类敏感区两者之间进行比较可发现，石漠化、坡向、地类重分类的空间格局变化较为明显，而其他4个因子的空间分布却无明显变化。

3.2 权重分析

因各因子对生态敏感度重要性程度的不同，为表现溪落渡镇综合生态敏感性空间分布格局，本文通过层次分析法，采用1～9 及其倒数的标度方法，并结合专家打分法，得到各因子分别的权重［25］（表4）。结果显示，造成的生态敏感性较高的因子主要有石漠化、郁闭度、土壤侵蚀、海拔。

表4 生态敏感性各测定因子权重

3.3 生态敏感度叠加分析

运用ArcGIS 叠加工具对重分类敏感区进行加权叠加，建立加权叠加模型［26］，如以下公式：

公式中Sj表示第j 个栅格像元的综合生态敏感性评价值；Rij表示第i 个指标上第j 个栅格像元上的生态敏感性贡献值；Wj表示第j个指标的生态敏感性权重值；n 表示栅格像元个数。由此得到永善县溪洛渡镇生态敏感性等级空间分布图（图3），进而统计出不同等级的生态敏感区面积（表5）与生态敏感性分布情况。由图3 可以看出，溪洛渡镇生态敏感性总体趋势为南部、东南部以及西南部为高度敏感区以及中度敏感区分布较广的区域，北部及西部以轻度及中度敏感区分布为主，呈阶梯状，自北向南呈现敏感度递增趋势。

图2 生态敏感性测定因子重分类后的空间分布

图3 生态敏感性等级空间分布

由表5可知，永善县溪洛渡镇的不敏感区面积为8.25 hm2，所占比例为0.02%，轻度敏感区13 189.96 hm2，所占比例为39.30%，中度敏感区面积11 336.31 hm2，所占比例为33.80%，高度敏感区面积为9 017.01 hm2，所占比例为26.88%，极度敏感区总面积为19.5 hm2，占总面积的0.06%。由此可见，不同生态等级的面积为轻度敏感区>中度敏感区>高度敏感区>极度敏感区>不敏感区，极度敏感区及不敏感区面积可忽略不计。

表5 溪洛渡镇不同生态敏感等级面积统计

4 小结与讨论

本文以永善县溪洛渡镇的自然环境特征为基础，构建研究区域的评估指标体系，选取海拔、坡度、坡向、石漠化、植被郁闭度、土壤侵蚀以及地类7 个因子作为生态敏感性评价指标，经重分类结合各因子的权重，运用ArcGIS 加权叠加，对研究区进行生态敏感性评价分析，识别生态敏感程度高的区域，并针对其提出生态保护意见。

研究结果表明，研究区内轻度敏感区、中度敏感区及高度敏感区所占比例总和为99.92%，可见溪洛渡镇的总体生态敏感程度相对较高。层次分析法研究结果显示，造成的生态敏感性较高的因子主要有石漠化、郁闭度、土壤侵蚀、海拔。海拔高度决定海拔区域的温度，高海拔对于诸多的植物生长受到抑制，因此生态敏感性随着海拔的升高而增大；坡度增大，开发和保护的难度增大，一旦发生事故，修复的可能性极大降低；不同的郁闭度和石漠化决定着水土保持能力以及光照度，水土保持能力对于植物的生长发育起着决定性的作用。溪洛渡镇生态敏感性呈阶梯状，自北向南呈现敏感度递增趋势，南部、东南部以及西南部为高度敏感区以及中度敏感区分布较广的区域，北部沿金沙江区域多为轻度敏感区。对于研究区域内中、高度生态敏感区需注意合理调配资源，严禁或限制地域开发，建立保护区，以便更好地完善或修复生态系统，加强生态保护宣传，注重自然恢复为主、人工恢复为辅的原则。对于金沙江流域周边生态治理已采取合理的生态保护措施，靠近河岸带附近，虽多为轻度敏感区，但还是应建立缓冲带，并种植植物增加郁闭度，防止水土流失；在城镇内部，增加城市的绿化率；在高山地区，可采取退耕还林等措施对坡度较大、海拔较高、不适合种庄稼的农田进行修复；不断改进生态敏感度修复的措施；通过生态建设，改善研究区内生态环境，根据城市经济社会建设需要，引导城镇发展，合理开展环境建设与生态工程建设，使高度敏感区和中度敏感区的分布空间和分布规模不再增加，并做好积极的修复工作。

基于GIS 技术对生态敏感性的分析是以影响因子为导向、以地理讯息为目标确定生态敏感程度及生态问题的空间分析。地理信息系统可以处理多个空间标准，并为资源需求之间的分配提供工具，帮助决策者进行规划［27］，更加快速地提取生态与自然环境中的各种数据，获取其中存在的问题。将GIS 矢量叠加技术应用于小尺度的区域生态敏感性研究，可以使生态敏感性因子空间叠加分析变的高效、准确。在生态敏感性研究的发展历程中，其评价因子的选取逐渐由单一因子分析［28］发展至多因子结合分析［29］，本文通过选取7 个代表性因子，反映研究区域内的生态敏感性，但由于资料获取的困难性，多选择的为自然因子，对人为因子和外部干扰等因素变量较少，这可能对生态敏感性区划的结果造成一定的影响，并在因子权重分析中也存在主观性。这些问题在今后的研究中要继续补充和完善，本文结果为研究区域内土地资源的合理配置、有序的开发提供了重要的数据支撑与参考，同时也对研究区域内生态建设、保护以及开发具有借鉴意义。