基于SRP模型的红壤丘陵区生态脆弱性评价

陆晴 廖佳婧 胡慧敏

摘 要：本研究选取赣南地区作为研究区，利用“敏感度- 恢复力- 压力度”模型（SRP 模型）选取12 个指标构建评价指标体系；运用层次分析法确定权重，结合ArcGIS10.2 空间分析法从时空尺度、地类尺度、区县尺度对赣南地区生态环境状况进行分析探讨。研究结论如下：（1）时间维度上，赣南地区微度脆弱、轻度脆弱面积占比达65% 以上，2000—2010 年中度脆弱、重度脆弱、极度脆弱区面积呈不同幅度增加，增加幅度分别为10.03%、15.98% 和53.02%；2010—2020 年微度脆弱、轻度脆弱区面积不断增加，增加幅度分别为32.95% 和7.99%。（2）空间分布格局上，赣南地区生态脆弱性整体空间分布态势呈中部高四周低，东北高西南低，重度脆弱、极度脆弱集中分布在中部人口密集、经济发达的城市建成区；微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱主要分布在经济落后、农业为主的周边地区。（3）区县尺度上，重度脆弱、极度脆弱的区县数量在减少，微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱的区县数量在增加；地类尺度上，2000—2020 年建设用地的生态脆弱性指数值最高，林地最低。

关键词：赣南地区；SRP 模型；生态脆弱性

中图分类号：Q148 文献标志码：A 文章编号：2095-1329（2023）03-0100-06

近十年来，随着社会经济高速发展和城市化进程加快，世界范围的生态建设和环境矛盾问题不断突出，人类所处生存环境的脆弱性正逐渐增强[1-2]，如何科学评估区域生态脆弱性成为了研究热题。生态脆弱性是指在一定时间范围内，特定区域下生态系统在受到外部影响时所显示出来的敏感应变度和恢复能力[3-5]，是生态系统内部的自然属性，具有地域性、典型性以及客观性特点。采用不同的方法对生态脆弱性进行全面评估，并且深入地探索它们在时间和空间上的差异，这将为我们制定更加科学合理的区域可持续发展规划提供重要参考。

国内诸多学者以生态系统脆弱性为对象开展了广泛的研究，积累了大量研究经验，最早是1989 年牛文元[6] 识别生态脆弱区域。随着研究的深入，评估生态脆弱性的模型和方法日益增多，当前常用的评价模型有“压力- 状态-响应”模型[7]、“暴露度- 敏感度- 恢复力”模型[8]、“敏感度- 恢复力- 压力度”模型[9-10]、物元模型[11]、最小累积阻力模型（MSR）[12] 等。评价方法包括综合指数法[13]、灰色关联度分析法[14]、景观生态学模型[15]、集对分析法[16]等，根据评价对象的差异，实际选取的模型与方法有所不同。目前，我国生态脆弱性的研究取得了一定的成果。王让会[17] 等人基于景观生态理论，从不同角度选取生态综合性敏感因子对塔里木河流域进行生态恢复力分析；解雪峰[7] 等人基于PSR 模型和生态安全度模型构建评价指标体系，揭示了东阳江流域生态脆弱性空间分布规律；陈群利[16] 等人采用SPA 方法，选取影响水土流失最密切因素构建指标体系，对毕节地区进行生态脆弱性分级，其研究结果为喀斯特地区生态建设提供理论借鉴。国内对脆弱性研究主要集中在流域及干旱地区，对丘陵地带的研究较少。

赣南地区是典型的丘陵地区，地貌起伏较大，境内水系众多。近年來由于稀土开采、城市建设等人为活动，致使赣南地区土层流失、水体污染等生态问题十分严重。本研究选取赣南地区作为研究区，研究不同尺度的赣南地区脆弱性，并提出相关建议。本文研究结果将对江西省赣南地区生态系统保护和生态文明建设、改善城市生态环境、提高区域生态系统服务质量具有重要意义。

1 区域概况

赣南地区（24°29′—27°09′N，113°54′—116°38′E）位于江西省南部，赣江上游，主要由3 个市辖区、13 个县、2 个县级市组成，总面积39 379.64 km2，占江西省总面积的23.6%。地区属亚热带季风性气候，气候温暖，雨量充裕，年均气温19.8°，年均降雨量1 605mm。研究区域内地势复杂，地形以山地、丘陵为主，呈四周高中间低，南部高北部低的走势。由于地质构造等原因，赣南地区土地利用类型地域性强，以林地为主，2020 年林地面积29 213.02 km2，耕地面积4 381.37km2，园地面积1 308.89km2，草地面积614.67 km2。根据第七次人口普查数据，赣州市常住人口为897 万人，城镇化率达55%。2020 年赣南地区进入到一个高速发展阶段，地区生产总值（GDP）3 645.2 亿元，比上年增长4.2%。

2 数据来源及预处理

本研究采用的DEM 数据、归一化植被指数、土地利用数据、社会经济数据等来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn/）。采用ArcGIS10.2 对数据进行投影和裁剪等预处理，基于DEM 影像，应用3DAnalyst 工具中的坡度和表面分析工具分别计算坡度和地形起伏度。通过创建渔网工具，将研究区划分为3 km×3km 的格网分割土地利用数据后导入fragstats4.3 软件计算景观破碎度和景观多样性指数，再通过克里金插值法得到整个研究区的景观指数分布。年均降水、年均气温等来自国家地球科学数据中心（http：//loess.geodata.cn）数据集的中国逐年降水量数据和逐年平均气温数据。为了确保选取数据在处理过程的可操作性，预先对数据进行重采样处理，选择空间分辨率为30 m 的栅格形式。

3 研究方法

3.1 SRP 模型

SRP（sensitivity-resilience-pressure）模型是根据生态系统结构内涵建立的模型，能够很好地反映外界诸多因素与生态系统脆弱性之间关系，是一种比较合理、客观的评价模型，已被广泛用于评估区域生态系统脆弱性[18-19]。SRP 模型结构相对全面地包含了影响生态系统脆弱性的基本要素，包括生态敏感性、生态恢复力和生态压力度3个分量。其中，生态敏感性是生态系统受外界影响时的敏感应变程度，生态恢复力是生态系统的自我复原能力，生态压力度是生态系统对外界的压力强度。

3.2 评价指标选取和权重确定

结合赣南地区生态脆弱性实际状况和数据可获得性，本研究依据SRP 模型从三个方面选取12 个评价指标用以构建评价体系。评价指标的性质与地区脆弱性的影响强度有着密切关系，主要分为两种性质：一种是正向指标，指标值越大，生态脆弱性越强；另一种是负向指标，指标值越小，生态脆弱性越弱。生态敏感性目标层，在地形地貌因素层上选取高程、坡度、地形起伏度3 个因子，在景观因素层上选取土地利用类型、景观破碎度、景观多样性指数3 个因子，在水热气候因素层上选取地表温度、年平均气温、年平均降水3 个指标。生态恢复力目标层选取归一化植被指数（NDVI）1 个指标。生态恢复力选取GDP、人口密度２个评价指标。

本研究采用层次分析法进行权重赋值[20-21]，层次分析法既能对定性指标分析，又能对定量指标计算，可以更加全面准确地确定指标权重，是通过建立一个判断矩阵，并对指标进行比较，进而确定各指标权重。判断矩阵一致性CR ＜ 0.1，结果检验性较好，可以将其确定为指标最后权重。各指标权重如表1。

3.5 生态脆弱性分级

为了更直观、准确地分析赣南地区生态脆弱性空间分布特征，需对计算得出的生态脆弱性指数进行划分等级。由于数据分类方法很多，客观的分级对研究结果可靠性十分重要。本研究采用自然间断法进行分级，自然间断法是依据数据本身自然分组，把数据中相近的数值划分一组，划分的组别间存在较大差异，是一种十分客观的方法。在参考相关文献对生态脆弱性分级标准[25-27] 和咨询专家的基础上，结合赣南地区实际生态脆弱性指数，利用自然间断点法将研究区2000 年、2010 年、2020 年生态脆弱性指数划分为5 个不同等级，具体的脆弱性程度划分结果如表3 所示。

4 结果与分析

4.1 赣南地区生态脆弱性时间变化分析

根据综合指数法计算得出赣南地区生态脆弱性指数，利用自然间断法对其进行分级，通过ArcGIS10.2 分别计算出赣南地区2000 年、2010 年、2020 年3 个时期生态脆弱性面积占比及其面积变化（表4）。

2000—2010 年，研究区轻度脆弱区面积占比最大，但呈下降的趋势，面积减少921.70 km2；其次是中度脆弱、重度脆弱，面积呈小幅度增加，分别增加1 100.70 km2，840.23 km2；微度脆弱区面积变化明显，呈急剧减少，下降幅度达35%；极度脆弱区面积占比仅8%，但变化幅度最大，面积增加1 101.84 km2。究其原因，可能是因为赣南地区稀土开采，大量矿区非法开采，岩石裸漏，地表植被和水体遭到严重破环，因矿区开采造成区域性生态破环的面积由2000 年的32 hm2 达到2010 年的153 hm2。

2010—2020 年赣南地区生态脆弱性整体表现出波动上升的趋势。微度脆弱区、轻度脆弱区面积占比最大且两者面积呈波动上升的趋势，分别增加1318.77 km2、1068.70 km2，增加幅度分别为32.95%、7.99%；中度脆弱区、重度脆弱区、极度脆弱区面积大幅度减少，分别减少60.30 km2、983.94 km2 和1 222.49 km2，減少幅度分别为0.49%、16.14% 和38.44%。这样的变化主要得益于赣南地区重视生态保护修复和污染防治。对赣江经济带进行保护，实施山水林田湖草一体生态修复，大力开展废弃矿山修复治理，持续推进低质低效林改造，大力发展绿色经济、绿色有机农业，这些措施对研究区的生态环境起到了一定的改善作用。

4.2 赣南地区生态脆弱性空间变化分析

为了更好了解研究区的生态环境空间变化特征，利用ArcGIS10.2 软件，选取赣南地区2000 年、2010 年、2020年三个时期生态脆弱性指数绘制生态脆弱性空间分布图（图2）。从图2 可以看出，赣南地区生态脆弱性空间分布差异明显，呈聚集性分布特征，整体空间分布态势呈中部高四周低，东北高西南低。研究区以轻度、中度脆弱区为主，面积占比达65% 以上，集中分布在崇义县、上犹县、全南县、龙南县、定南县、安远县、大余县等地区。这些地区以山地、丘陵为主，海拔较高、地形起伏大，林业发展为主、植被覆盖度高，人口密度较小、生态系统稳定，对外界干扰具有一定抵抗能力，并且可以恢复到以前的状态。研究区中度脆弱区主要分布在南康区、信丰县、寻乌县、会昌县、赣县区等地区。这些地区位于山区和城市建成区的过渡地带，相对于西南部的高海拔山地，地形以低丘陵为主，人口和GDP相对密集。开发斜坡发展农业和种植业，造成水土流失严重，生态环境遭受破环加强，生态系统较不稳定，所承受外界压力度达到阈值，对外界干扰表现敏感，自我恢复能力较弱。重度脆弱、极度脆弱区集中分布在于都县、瑞金市、宁都县、章贡区、石城县、兴国县等地区。这些地区人口密度大、经济活动频繁，城镇化水平高，植被覆盖率少，生态系统极不稳定，生态系统结构和功能严重退化。

4.3 赣南地区区县尺度生态环境脆弱性分析

2000—2020 年赣南地区生态脆弱性程度整体有降低的趋势，整个区域生态环境处于良好水平。其中，2010—2020 年生态脆弱程度下降最为明显，除寻乌县1 个地区生态脆弱性水平上升，其余地区均呈不同程度下降。变化最为明显的是南康区、赣县区、信丰县、宁都县、于都县、兴国县、石城县等7 个地区，微度脆弱区、轻度脆弱区、中度脆弱区面积分别共增加156.53 km2、217.78km2、101.83 km2、549.59 km2、182.13 km2、499.41 km2、145.17 km2，其余地区生态脆弱性程度呈波动下降，变化幅度较小（图3）。这种变化主要原因是南康区、赣县区等7 个区县采取了一系列退耕还林、退化林修复、木材储备林等重点生态工程建设，生态文明建设取得一定成效，整个赣南地区森林覆盖率达76%；寻乌县四周山地较多，经济发展落后，废弃矿山环境修护工程进展缓慢，生态环境相对较差。

4.4 赣南地区不同地类尺度生态脆弱性分析

为了分析赣南地区不同地类生态脆弱性指数，借助ArcGIS10.2 分区统计工具，分别计算不同土地利用类型生态脆弱性指数（表5）。从图4 可以看出，赣南地区林地面积最大，2000—2020 年林地面积在急剧地减少，共减少373.19 km2。随着城市化进程加快，建设用地每年都在增加，共增加230.94 km2；其他地类面积波动变化。从地类角度来看，2000—2020 年各地类生态脆弱性指数存在明显差异，其中建设用地的脆弱性指数最高，林地最低，这说明由于人类活动密集，对生态环境的干扰越强烈，生态脆弱性越强。从时间角度来看，2000—2010 年期间耕地、林地、草地呈小幅度上升；2010—2020 年期间，各土地利用类型指数均有所下降，建设用地生态脆弱性指数变化最为明显。

5 结论与不足

5.1 结论

本文选取江西省赣南地区为研究区，基于2000—2020 年的高程、气象、社会经济等数据构建评价指标体系，采用层次分析法赋值权重，通过综合指数法得出2000 年、2010 年、2020 年赣南地区生态脆弱性指数，最后利用ArcGIS10.2 得出赣南地区生态脆弱性时空分布特征，研究结论如下：

（1）时间维度上，2000—2020 年赣南地区生态脆弱性总体呈先增强、再减弱的态势，微度脆弱区、轻度脆弱区、中度脆弱区面积占比达75% 以上，说明赣南地区生态脆弱性总体上处于良好的状态。2000—2010 年中度脆弱区、重度脆弱区、极度脆弱区的面积增幅分别达10.03%、15.98%、53.02%，微度脆弱、轻度脆弱区面积增幅分别达32.95%、7.99%。

（2）空间分布格局上，赣南地区生态脆弱性分布存在地域性，呈聚集性分布特征，整体空间分布态势呈中部高四周低、东北高西南低、由西南向东北加剧的趋势。赣南地区西南部地势较高，以山地为主，自然条件好，人类活动干预少，生态脆弱性较低，生态系统结构比较稳定；东北部人口密集，城市化水平高，生态脆弱性以重度脆弱、极度脆弱为主，生态恢复能力较差，生态系统结构不稳定。

（3）区县尺度上，2000—2020 年赣南地区重度脆弱、极度脆弱的区县数量减少，微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱的区县数量增加。地类尺度上，不同地类的生态脆弱性存在明显差异，建设用地的生态脆弱性指数值最高，林地最低。因此，城市建设用地管控十分重要，要严格控制建设用地边界无序扩张，禁止乱占耕地、草地。

5.2 不足

（1）各地区的自然生态环境具有独特性，地区间土地利用存在明显差异，影响生态脆弱性的内部因素较多且关系较复杂。在选取指标过程中，考虑到数据的可获取性和难以量化等原因，部分指标并未采用，这对后期的研究结论可能造成一定的偏差，后续研究需进一步完善评价指标体系以减少对研究结果的影响。

（2）本文仅对研究区生态脆弱性进行评价，并未做深层次生态脆弱性驱动力分析，以致未能明确揭示赣南地区在多重因素下生态脆弱性的变化规律，后续研究需对影响因子做进一步的相关性分析。

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