內蒙古自治區敕勒川乳業開發區生態敏感性綜合評價及分析

張正國，徐銀健，劉利霞，祝順萬，吉曉奇，楊乾坤，邢建勛，戴 捷

（1.北京市京西林場管理處，北京 102300；2.中國林業科學研究院，a.生態保護與修復研究所；b.荒漠化研究所，北京 100091；3.內蒙古工業大學建筑學院，呼和浩特 010062）

隨著科學技術與經濟社會的快速發展，人類活動對生態環境的干擾范圍及強度越來越大，加劇了區域生態環境的惡化，造成了水土流失、土地沙化等一系列的區域生態環境問題［1-3］。此類問題嚴重制約區域經濟社會可持續發展，威脅人類賴以生存的環境。由于不同區域的生態環境和人類生產生活存在差異，各區域所面臨的生態環境問題及生態敏感性也各不相同［4］。生態敏感性是指生態環境受到人類和自然環境的干擾，生態系統恢復過程所表現出的難易程度［5-14］。生態敏感性評價是研究人類對生態環境的干擾程度，找出人類活動引起的不同區域生態問題，這是生態保護建設與修復的基礎，通過生態敏感性評價可為不同敏感區域制定相應的保護措施提供理論基礎［15］。國內外的相關研究大多數以省、市、縣等區域為主，針對城市邊緣區域的生態敏感性評價研究涉及不多。

內蒙古自治區敕勒川乳業開發區緊鄰呼和浩特市中心城區西邊緣，區域內有小黑河、白石頭溝、霍寨溝和烏素圖溝4 條河流，并通過山體、林地、農田等自然開敞空間形成北部大青山前坡生態廊道、中部敕勒川生態廊道、南部大小黑河生態廊道3 條大型生態廊道。大小黑河與大青山南北相望，多條河流川流其間。因此，該研究區域具有重要生態保護價值與意義，亟待開展該研究區域的生態敏感性綜合評價及分析。

本研究采用層次分析法［16］和GIS 空間分析［17］等方法對內蒙古自治區敕勒川乳業開發區進行生態敏感性綜合評價與分析，以期為敕勒川乳業開發區生態環境保護建設與修復提供一定的理論依據。

1 研究區概況

內蒙古自治區敕勒川乳業開發區位于默川平原，溫帶大陸性氣候，冬季長而寒冷，夏季短而炎熱，寒暑變化劇烈，降水量少，蒸發量大，氣候干燥且無霜期較短。開發區北側山區降水量充沛（年均降水量＞800 mm），開發區內平均降水量接近500 mm，年均潛在蒸發量＞8 000 mm，靠近市區蒸發量顯著升高，區域干旱程度由東南向西北呈遞減趨勢；開發區內90%以上地區坡度小于6°，地勢整體較為平坦。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究中高程數據來源于地理空間數據云，并以該數據為基礎計算研究區坡度、坡向分布，空間分辨率為30 m；依據三調數據土地分類結果及生態敏感性評估特性，將研究區土地利用類型分為城鎮、農業用地、工業用地、生態用地和水域5 類；植被歸一化指數（NDVI）數據來源于Landsat8 OLI 遙感影像，并基于谷歌地球云平臺（Google earth engine，GEE）計算年最大NDVI。

2.2 層次分析法

層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是做定量及定性分析的決策方法，具體步驟如下。

1）構建判斷矩陣。各評價指標之間兩兩進行比較，給定其量化值1（同樣重要）、3（較為重要）、5（較強重要）、7（強重要）、9（非常重要），按其重要程度評定等級，根據兩兩比較結果構成判斷矩陣，該矩陣具有以下性質，具體計算式如下。

式中，i、j表示評價指標。

2）一致性檢驗。根據判斷矩陣計算出每個評價因子的權重，為檢驗權重是否具有科學性，還需對判斷矩陣進行一致性檢驗，具體計算式如下。

式中，λmax為最大特征值；A為判斷矩陣；ω為特征向量；n為矩陣階數；CI為一致性指標；CR為檢驗系數；RI為平均隨機一致性指標（通過查表可得）。通常情況下，若CR＜0.1，則認為該判斷矩陣通過一致性檢驗，且CR越接近于0，說明該判斷矩陣質量越高；反之則說明該判斷矩陣未通過一致性檢驗。

經計算得出特征值λmax= 5.0，CI= 0，根據RI表查到對應的RI為1.11，因此CR=CI/RI=0.0＜0.1，說明所構建的判斷矩陣通過了一致性檢驗，因此得出各生態評價因子的權重是可用的。

2.3 GIS 空間分析方法

1）緩沖區分析。緩沖區分析可表示各地理要素間的空間近鄰性及近鄰程度?；谌{數據提取研究區水域、工業用地的空間分布，然后在ArcGIS 中對水域、工業用地建立多級緩沖區，進而對周圍環境進行生態敏感性分析。

2）生態景觀聚集度分析。景觀聚集度指數（Aggregation index，AI）表示同一景觀類型斑塊間的連通性與聚集程度，取值為1～100，如果景觀是由許多離散的小斑塊組成，則聚集度取值越小，反之則聚集度取值越大，聚集度指數除了受斑塊數量、均勻度的影響外，還受到斑塊間相鄰關系的影響。本研究基于三調數據提取研究區生態用地的空間分布，在Fragstates 4.2 軟件中利用移動窗口法計算研究區生態用地景觀聚合度，表征研究區生態景觀的分布狀況。

式中，AI為景觀聚集度；gii為相應景觀類型中相鄰接斑塊的數量，臨界判定范圍為100 m。

3）統計分析。對多個評價因子的生態敏感性分布進行不同敏感度區域的面積計算，得出不同敏感區域在研究區總面積中的占比，便于進行敏感性等級之間的相互對比。

4）疊加分析。疊加分析是通過疊加多層對象的空間特征和屬性特征，從而產生新的空間特征和屬性關系［18］。將5 個生態因子按照生態評價指標體系進行權重分類分級賦值后，根據各因子的權重，使用ArcGIS 的疊加分析功能對5 個對象數據進行疊加操作，得到研究區綜合生態敏感性分布圖。

2.4 生態敏感性評價因子的選取與分級

由于區域差異性的存在，需要根據當地的生態環境狀況、社會經濟條件與地形地貌等特點因地制宜地選取評價因子［19］。研究區地形起伏較小，主要產業為農業、畜牧業及工業。根據其土地利用狀況及生態系統特點，從地貌環境、產業結構及生態環境等方面選取了土地利用、坡度、工業用地緩沖、水域緩沖、生態景觀聚集度共5 個評價因子對研究區生態環境進行敏感性評價與分析，基于層次分析法計算各評價因子權重。依據各評價因子空間數據分布規律進行敏感性等級劃分，將研究區生態敏感性分為5 個等級，極低敏感區用阿拉伯數字1 代表、低度敏感區用阿拉伯數字3 代表、中度敏感區用阿拉伯數字5 代表、高度敏感區用阿拉伯數字7 代表、極高敏感區用阿拉伯數字9 代表（表1）［20，21］。

表1 研究區生態敏感性評價指標體系

3 單因子生態敏感性分析與評價

3.1 水域緩沖敏感性分析

研究區處于中國干旱區，水域面積小，分布零散，但對改善區域環境至關重要。研究區中極低敏感區面積最大，為84.44 km2，占總面積的77.12%；低度敏感區面積為11.33 km2，占總面積的10.35%；中度敏感區、高度敏感區和極高敏感區的占比分別為4.82%、4.06%和3.65%，可見水域緩沖區對整個區域生態敏感性的影響較低，需在后期工程中增加水域緩沖區的影響范圍及程度（表2、圖1）。

圖1 各評價因子生態敏感性分區

表2 研究區各評價因子敏感性評價分級

3.2 生態景觀聚集度敏感性分析

研究區西部的生態用地面積分布大于東部地區，其中西南部景觀聚集度指數最高，東北部最低。整體來看，研究區極低敏感區面積為84.17 km2，占總面積的76.87%；低度敏感區面積最小，為0.06 km2；極高敏感區面積為19.18 km2，占總面積的17.51%，在敏感性等級分布中排名第2，表明研究區生態用地建設較好，但區域分布不均衡，后續建設中仍需改善（表2、圖1）。

3.3 土地利用敏感性分析

將工業用地、城鎮、農業用地、生態用地、水域5種地類分別對應生態敏感性分析中的極低敏感區、低度敏感區、中度敏感區、高度敏感區和極高敏感區。結果表明，研究區農業用地面積最大，為47.05 km2，占總面積的42.97%；工業用地面積次之，為24.01 km2，占總面積的21.93%；水域面積最小，僅為0.61 km2，占總面積的0.55%（表2、圖1）。

3.4 坡度敏感性分析

研究區地勢較為平緩，90%以上地區坡度小于6°，處于極低、低敏感區范圍內，其中極低敏感區面積為69.41 km2，占總面積的63.39%；低度敏感區面積為34.27 km2，占總面積的31.30%；極高敏感區面積為0.23 km2，占總面積的0.21%，主要分布于研究區西南部。大范圍的農業、工業用地是研究區坡度平緩的主要原因，但也側面說明該區域人為活動較頻繁，不利于開展防風固沙、保護生物多樣性等生態建設工作（表2、圖1）。

3.5 工業用地緩沖敏感性分析

研究區工業用地面積較大且分布廣泛，因而其500 m 以內緩沖區（極低、低度、中度、高度敏感區）幾乎涵蓋研究區全域，面積占比為96.55%，極高敏感區面積為3.78 km2，占總面積的3.45%，主要分布于研究區西南部（表2、圖1）。

4 綜合生態敏感性分析與評價

結合研究區的自然環境條件及人類活動的影響，在GIS 平臺上將生態景觀聚集度、坡度、工業用地緩沖、土地利用和水域緩沖5 個評價因子，根據其權重進行加權疊加分析，得出研究區生態環境敏感性分布，如圖2 所示，其綜合生態評價指數介于1.00～7.96（表3）。極高敏感區（敏感指數為5.07～7.96）占比最少，為4.52%，主要分布于研究區南部，可能與該區域人工開發程度較低有關；高度敏感區（敏感指數為3.95～5.07）、中度敏感區（敏感指數為2.91～3.95）和低度敏感區（敏感指數為1.87～2.91）分別占總面積的16.17%、22.73%和25.05%，高度、中度敏感區在西部分布偏多，低度敏感區在東部分布較多；研究區極低敏感區（敏感指數為1.00～1.87）占總面積的31.53%，其分布范圍主要受工業用地影響，主要分布在研究區東北部。

圖2 綜合生態敏感性分區

表3 研究區綜合生態敏感性評價分級

5 小結

本研究使用GIS 平臺，選取了土地利用、坡度、工業用地緩沖、水域緩沖、生態景觀聚集度共5 個評價因子對研究區生態環境進行敏感性評價與分析。結果表明，5 個評價因子中，工業用地緩沖評價因子對研究區生態環境敏感性的影響程度最高，水域緩沖影響程度最低，權重分別為0.36、0.04。工業用地緩沖敏感性分布趨勢與研究區綜合生態敏感性分布趨勢大致相同。

根據綜合生態敏感性評價結果，研究區南部、西南部生態敏感性最高，因此，建議重點在研究區南部與西南部進行生態保護工作；研究區中部及西北部零星分布少數極高敏感區；建議在該區域適當減少人為活動，避免對環境造成不可逆損害；研究區東部生態敏感性最低，該區域也是城鎮、工業用地的主要分布區，建議在該區域適當增加生態用地，改善人居環境。