基于GIS的金庭鎮生態敏感性評價

王婧妍 楊棠武* 趙 暉 陳佳秋 安樹青,2

(1 南京大學常熟生態研究院（南大（常熟）研究院有限公司），江蘇 蘇州 215500；2 南京大學生命科學學院，江蘇 南京 210023)

太湖是太湖流域及長三角的水源生命湖和生態調節平衡池，西山島是太湖中最大的島嶼，關乎太湖生態系統健康安全的關鍵節點。太湖生態島涵蓋了金庭鎮域范圍的西山島等27個太湖島嶼和水域，金庭鎮的水環境綜合整治將遵循《太湖生態島發展規劃》“堅持生態優先、綠色發展，不以犧牲環境為代價”的基本原則，打贏污染防治攻堅戰。為謀求經濟發展并落實生態環境保護，在制定區域保護規劃、開發強度等科學決策時，可開展生態敏感性的分析評價（王延博等, 2021）。生態敏感性是指生態系統對外界干擾和環境變化響應的強弱程度（歐陽志云等, 2000），生態敏感性較高的區域生態系統較為脆弱，受外界影響時易失衡且自我恢復難度較大，進而引發其他生態環境問題，區域開發利用需更加謹慎。

生態敏感性的研究尺度從國家流域到市縣范圍均有涉及，有針對單一生態環境問題的研究，也有針對多項生態敏感因子的評價。評價指標的選取、分類標準、指標權重等尚無統一標準，針對特定的研究區域、不同的研究側重點構建的評價體系具有特殊性（Boori et al., 2022; 趙欣等, 2022; 宋沛林等, 2023）。本文根據金庭鎮地區的特點及現狀條件，初步開展其生態敏感性研究，為金庭鎮的水環境治理工程規劃以及生態島的建設提供參考。

1 研究區概況與研究數據

1.1 研究區概況

金庭鎮（31°31′24″—31°11′24″N，120°10′42″—120°21′54″E）俗稱洞庭西山，位于蘇州市吳中區西部，地處太湖之中，四面環水，距蘇州城區35 km。屬典型的亞熱帶季風氣候，受太湖水體調節，氣候溫和濕潤，四季分明，雨量充沛，季風特征明顯，無霜期長。金庭鎮總面積為82.36 km2，分布標高1.5～336.6 m，有大小山峰41座，最高峰縹緲峰海拔336.6 m（圖1）。金庭鎮圩區片地形平坦，水力坡降小，水流速度緩慢；西山風景區為山區地形，降雨時水流速度快，流量大。

圖1 金庭鎮高程分布圖Fig.1 Digital Elevation Map of Jinting Town

1.2 數據收集及處理

基礎地形數據使用金庭鎮1:5 000地形圖，利用ArcGIS10.8軟件生成數字高程模型后，分析可得坡度、地形起伏度等所需信息。遙感影像數據用于獲取植被覆蓋度及主要水系分布信息。收集的遙感影像數據為2022年10月10日的Sentinel-2A衛星影像（https://www.sentinel-hub.com/），云量1.5%，選擇的Level-2A主要為經過大氣校正的大氣底層反射率數據（奚雪等, 2020）。Sentinel-2A衛星系統搭載有多光譜傳感器，可展開可見光、近紅外、短波紅外、紅邊等13個波段的監測，對植被分辨具有巨大優勢（王景發等, 2021）。利用波段運算可得到歸一化植被指數NDVI（Marino, 2022），以及歸一化差異水體指數NDWI，用于分析植被覆蓋度及主要水系距離?；贜DWI數據，利用歐氏距離功能可獲得距主要水系的距離（鄒萍秀等, 2022）。

2 研究方法與因子提取

2.1 構建生態敏感性評價指標體系

通過資料查閱（王雨村等, 2015; 陳誠等,2009）及專家咨詢，考慮數據的易獲取性與可操作性（魯敏等, 2022），基于研究區地形因子、植被覆蓋情況、水系分布情況等自然條件，選取高程、坡度、地形起伏度、植被覆蓋度以及主要水系距離5項指標構建評價體系，對金庭鎮生態敏感性程度進行綜合評價。

2.2 確定評價指標賦分及權重

參考相關文獻資料（劉瀾等, 2018; 李霞等,2019），經過專家咨詢，制定各指標因子的評價標準及賦分（表1）。研究區的地形分布顯示：大部分區域土地平坦，西北部區域地勢較高，東北部礦坑區域高程較低，較高及較低的高程對應生態敏感程度較高，平坦區域的生態敏感性相對較低。同時，山地區域坡度較陡，參照水土保持要求，25°以上陡坡區域需采取水土保持措施防止造成水土流失，因此，將坡度大于25°的區域定義為生態敏感程度較高區域。地形起伏較大的區域生態敏感程度相對較高。

表1 生態敏感性評價因子及分級標準Table 1 Evaluation index and classification criteria of ecological sensitivity assessment

遙感圖顯示研究區森林綠地資源豐富，大部分區域覆蓋植被，植被覆蓋率高的區域生態敏感性等級較高。研究區水系眾多，有百余條溪流河道，但現場勘察發現很多支流長度較短，屬坑塘水面。通過NDWI提取水域后參照規劃等篩選主要水系，通過計算與主要水體的距離進行水體緩沖敏感性分析，距主要水系距離越近，生態敏感性等級越高。

參考區域相關資料以及過往研究，植被覆蓋度與主要水系距離的權重相對較高，為0.3；地形因子中高程與地形起伏度權重為0.1，坡度的權重相對較高，為0.2。通過多因子加權疊加可得金庭鎮生態敏感性綜合評價結果。

3 結果與分析

3.1 單因子敏感性評價與分析

3.1.1 地形因子敏感性分析 金庭鎮高程、坡度以及地形起伏度敏感性評價，結果如圖2a、2b、2c所示。山體區域高程較高，坡度較陡，地形起伏度較大，敏感程度較高。東北部礦坑區域高程較低，坡度也較陡，敏感性程度也相對較高。其他區域地勢較為平坦，地形因子評價屬低敏感區域。

圖2 各評價因子生態敏感性評價Fig. 2 Evaluation results based on each index factor

3.1.2 植被覆蓋敏感性分析 金庭鎮森林資源豐富，山體區域多為生態林及茶果林，近年來開展了山水林田湖草系統治理，植被覆蓋率進一步得到提升。NDVI單因子分析顯示，金庭鎮植被茂密、長勢較好，計算得出金庭鎮植被覆蓋生態敏感性程度較高，極高敏感以及高敏感區域占比可達74%（圖2d）。城鎮區域植被覆蓋度相對較低，多屬低敏感區域。

3.1.3 水系分布敏感性分析 金庭鎮水系眾多，山區分布有多條泄洪溝且坡度相對較陡，存在一定的水土流失風險；但由于存在較多短小河流、斷頭浜等狀況，此次研究水系分布僅利用主要水系進行計算。排除短小支流篩出主要水系后，可利用歐氏距離計算得到基于主要水系距離的生態敏感性程度（圖2e）。主要水系多位于圩區、山麓區域及環太湖區域，水系周邊區域生態敏感性程度較高，極高敏感及高敏感區域占比為29.9%。

3.2 綜合敏感性分析

通過多因子加權疊加，計算可得金庭鎮綜合生態敏感性評價（圖3，表2）：1）極高敏感區及高敏感區面積占比約35.52%，主要分布在西北部分西山風景區及東南部分石公片區域。西山地勢較高、坡度較陡、起伏較大，且植被覆蓋度高；石公山區域地勢略有起伏，植被茂密。這些區域對開發建設極為敏感，過度的人為干擾可能對此區域生態系統帶來嚴重破壞。

表2 金庭鎮綜合生態敏感性評價統計結果Table 2 Comprehensive ecological sensitivity assessment results

圖3 金庭鎮綜合生態敏感性評價圖Fig. 3 Comprehensive ecological sensitivity assessment of Jinting Town

2）中低敏感區域面積占比約54.27%，多分布在圩區及城鎮區域，地勢平坦起伏較低，植被覆蓋相對較低，可以考慮在生態環境保護的前提下進行適當開發建設。

4 討論

金庭鎮山體區域生態敏感性最高，該片區域生態系統較為脆弱，應做好生態保護、保育工作，減小開發力度，引導推進退耕還林工作，避免對山體區域造成過大的壓力，以自然恢復為主，輔以較低程度的人工措施推進生態系統的修復與保護。與此同時，圩區及城鎮區域敏感性較低，這意味著在這些區域進行人類活動和開發的潛在影響相對較小?？紤]到該區域存在諸如水系連通性弱、河流水質未達標等問題，需采取相應的水環境治理措施，推動圩區河道治理、強化城鎮污水處理，因地制宜地開展河道疏浚、河道駁岸生態化改造、水生態修復等工程措施。

由于目前僅能獲取地形數據及遙感影像數據，本文未對土地利用情況、道路分布、種質資源保護區分布、風景名勝區分布等其他可能影響生態敏感性的因子進行研究分析；此外，未能在此次評價中進行金庭鎮生態敏感性在不同時間跨度內的變化情況分析，未來可對此進行深入探討。

5 結論與建議

本文基于GIS針對金庭鎮進行了生態敏感性綜合評價，通過地形因子、植被覆蓋及水系分布等自然條件分析，設置高程、坡度、地形起伏度、NDVI、主要水系距離5項指標，建立生態敏感性評價指標體系，計算分析各單因子敏感性評價，通過加權疊加得到金庭鎮綜合生態敏感性評價。結果表明：極高敏感區及高敏感區占比約35.52%，主要分布在山區；中低敏感區域占比約54.27%，多分布在圩區及城鎮區域。

根據生態敏感性分布情況，提出以下區域治理措施：1）山區等地勢較高、坡度較陡、地形起伏程度大且植被覆蓋率高的區域生態敏感性較高，應做好生態保護保育工作，減小開發力度，通過較小力度的人工措施輔助生態系統的自然修復；2）圩區、城鎮等地勢平坦、植被覆蓋率相對較低的區域多為中低敏感區，可開展一定的建設工程，推動圩區河道治理、強化城鎮污水處理，因地制宜地開展河道疏浚、岸坡整治、水生態修復等建設。