全 文 ：基于 RS和 GIS的珠江三角洲生态环境
脆弱性综合评价*
徐庆勇1,2 摇 黄摇 玫1**摇 刘洪升1 摇 闫慧敏1
( 1中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室, 北京 100101; 2北京市地质工程设计研究院, 北
京 100505)
摘摇 要摇 使用空间主成分分析法构建评价指标体系,采用层次分析法确定指标权重,结合遥
感数据和地理信息系统软件,对珠江三角洲 2004—2008 年生态环境脆弱性进行了综合评价
并对脆弱性成因进行分析.结果表明: 生态环境极度和重度脆弱区主要分布在珠江三角洲中
部,占整个研究区面积的 34. 0% ;生态环境中度脆弱区主要分布在珠江三角洲东部,占
25郾 5% ;生态环境轻度和微度脆弱区主要分布在珠江三角洲西部,分别占 28. 7%和 11. 8% .
中度和轻度脆弱区占整个研究区面积的 54. 2% ,表明珠江三角洲大部分区域的生态环境属中
度和轻度脆弱.影响珠江三角洲生态环境脆弱性的自然因素主要有海拔高度、大暴雨日数、水
土流失比率、易涝耕地面积比率、归一化植被指数、景观多样性指数,人为因素主要有人口密
度、单位面积废水排放量、单位面积废气排放量、土地利用变化、化肥施用强度、农药使用强
度、万人机动车拥有量、环保投资指数. 极度和重度脆弱区的主要特征是海拔低、洪涝灾害发
生频率高、易涝耕地面积多、植被破坏严重、污染强度大和环保投资指数小等.
关键词摇 生态环境摇 脆弱性摇 遥感摇 地理信息系统摇 珠江三角洲
*国家科技支撑计划项目(2008BAK50B01)、中国科学院对外合作重点项目(GJHZ05)和国家自然科学基金面上项目(31070393)资助.
**通讯作者. E鄄mail: huangm@ igsnrr. ac. cn
2011鄄03鄄31 收稿,2011鄄07鄄28 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)11-2987-09摇 中图分类号摇 X822摇 文献标识码摇 A
Integrated assessment of eco鄄environmental vulnerability in Pearl River Delta based on RS and
GIS. XU Qing鄄yong1,2, HUANG Mei1, LIU Hong鄄sheng1,YAN Hui鄄min1 (1Key Laboratory of Eco鄄
system Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Re鄄
search, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2Beijing Geology Engineering Design
Research Institute, Beijing 100505, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(11): 2987-2995.
Abstract: Based on the remote sensing data and with the help of geographic information system, an
integrated assessment was conducted on the eco鄄environmental vulnerability of Pearl River Delta in
2004-2008. Spatial principal component analysis was used to generate the evaluation indicators,
and analytic hierarchy process (AHP) was applied to determine the weights of the evaluation fac鄄
tors. The reasons causing the vulnerability of the eco鄄environment in Pearl River Delta were dis鄄
cussed. In the study area, its middle part was the most vulnerable region, occupying 34. 0% of the
total, eastern part was the moderately vulnerable region, accounting for 25. 5% , and western part
was the lightly and slightly vulnerable areas, accounting for 28. 7 and 11. 8% , respectively. Total鄄
ly, the moderately and lightly vulnerable areas occupied 54. 2% , indicating that a majority of the
Delta was under moderate and light vulnerability. The natural factors affecting the eco鄄environmen鄄
tal vulnerability of the Delta were altitude, heavy rain days, water and soil erosion rate, flooded in鄄
field rate, normalized difference vegetation index (NDVI) and landscape diversity index, whereas
the human factors were population density, waste discharge per unit area, exhaust emission per unit
area, land use change, chemical fertilization intensity, pesticide application intensity, amount of
motor vehicles possessed by ten thousands people, and index of environmental protection invest鄄
ment. The main characteristics of the extremely and heavily vulnerable regions were low altitude,
high frequency of flood disaster, large flooded infield, serious vegetation degradation, high pollution
level and low environment protection investment index.
Key words: eco鄄environment; vulnerability; remote sensing; GIS; Pearl River Delta.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 11 月摇 第 22 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2011,22(11): 2987-2995
摇 摇 在全球变化的背景下,随着自然灾害增多、生物
多样性减少和水土流失加剧等一系列生态环境问题
的日益突出,生态环境脆弱性研究越发引起学术界
关注. 生态环境脆弱性( eco鄄environmental vulnera鄄
bility)指当生态环境的退化程度超过了利用当前社
会经济和技术水平能使其恢复的程度时,生态环境
所呈现的状态[1] . 迄今,国内外对生态环境脆弱性
进行了广泛而深入的研究,获得了许多重要的研究
成果[1-4] .其中,生态环境脆弱性评价是脆弱性研究
的一项重要内容,已成为该领域的重中之重. 在评
价方法方面,形成了模糊判定法[5]、主成分分析
法[6]、密切值法[7]等评价方法;评价区域涉及到青
藏高原[8]、岩溶石漠化区[9]、岛屿[10]、吉林西部[11]
等区域.随着计算机技术的发展,遥感(RS)数据和
地理信息系统(GIS)软件开始应用于生态环境脆弱
性评价. RS 技术的运用,解决了信息获取难的问
题,并且利用 RS 技术获得的数据经济、快捷、实时,
弥补了传统调查手段的不足;GIS 具有强大的空间
信息处理、分析、存贮和管理功能. RS 与 GIS 相结
合能够实现较大宏观尺度上的生态环境脆弱性评
价,并突破了传统的以县、市或其他行政单元为评价
单元的局限,使研究区域更大、研究结果更精细,且
结果可通过可视化图的形式表达出来[12] . 总体来
看,生态环境脆弱性评价方法日益多样,评价区域日
益广泛,评价手段日益先进. 然而,由于生态环境系
统囊括自然、经济和社会体系,复杂庞大,在脆弱性
评估中存在一些局限,如在评价指标选取过程中,因
为追求评价指标体系完备而不断提出新指标,使指
标种类和数目过多,导致实际评价工作困难;评价因
子的筛选缺乏科学有效的方法;指标的选取偏向自
然,人为作用的指标偏少. 评价区域主要涉及农牧
交错带、山地平原过渡带、沙漠和绿洲边缘带等,对
于人口密集、社会经济发达的海岸带生态环境脆弱
性的综合评价研究尚不多见.
海岸带对于人类社会和经济的发展至关重要,
该类地区的陆海两类经济荟萃、生产力内外双向辐
射,是社会经济地域中的“黄金地带冶, 全球经济财
富大部分产生于此[13] . 三角洲作为海岸带的重要
组成部分,是物质循环和能量循环最频繁的地区,同
时也是灾害较多、生态脆弱的地带.随着全球变化的
加速和人类活动的加剧,三角洲的脆弱性也越来越
受到人们的重视.珠江三角洲是我国经济最发达、经
济增长速度最快的地区之一. 1984—2004 年珠江三
角洲地区国内生产总值(GDP)以年均 20%左右的
速度高速增长[14],带动广东省由落后的农业大省转
变为我国位列第一的经济大省,2008 年 GDP 达到
32105. 88 亿元[15],在占全国 0. 4%的国土面积上创
造了全国近 10%的 GDP. 在全球气候变化的背景
下,随着工业化和城市化的进程,该区域出现了一系
列生态环境问题,如海平面上升[16]、洪涝规模和频
率增加、水体污染[17]和土壤重金属污染加剧、植被
面积减少、物种多样性降低[18]、海岸带蚀退[19]等.
珠江三角洲的生态环境具有脆弱性和不稳定性[18],
脆弱的生态环境阻碍经济的可持续发展. 生态环境
脆弱性评价目的是为维持系统的持续发展、减轻外
部胁迫对系统的不利影响以及为退化系统的综合整
治提供策略依据[20],因此有必要对该区域的生态环
境脆弱性进行评价. 本文结合 RS 和 GIS,以分辨率
250 m 的像元作为评价单元,定量评价了珠江三角
洲生态环境脆弱性,并分析其成因, 以期为该地区
生态环境建设和治理提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
珠江三角 洲 位 于 广 东 省 东 部 沿 海 地 区
(21毅17忆—23毅55忆 N,111毅59忆—115毅25忆 E),濒临南
海、毗邻港澳、与东南亚地区隔海相望,地理位置优
越.行政上包括广州、深圳、珠海、东莞、中山、江门、
佛山、惠州市区、惠东县、博罗县、肇庆市区、高要市、
四会市等 30 个市县(区),陆地总面积 41698 km2,
占广东省国土面积的 23. 2% (图 1).户籍人口总数
为 2398. 63 万(2003 年),是我国人口最稠密的地区
之一.珠江三角洲属南亚热带季风气候,春季阴雨连
绵,夏季高温多雨,秋季台风入侵频繁,冬季温暖少
雨.年均气温 21. 9 益,年均降水量 1800 ~ 2200 mm,
降水集中在 4—9 月,具有降雨量大、暴雨多等特点.
图 1摇 研究区位置示意图
Fig. 1摇 Sketch map of the distribution of study area.
8892 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
地带性土壤主要为发育于砂岩、页岩和花岗岩母质
上的赤红壤和红壤[21] . 河网发育,港口众多,交通
便利,工农业产值高.
1郾 2摇 评价指标的选取
本文根据珠江三角洲的生态环境问题和脆弱性
特征,从导致区域生态环境脆弱的自然因素和人为
因素出发,兼顾可操作性和数据的可获取性,选取如
下关键性因素用于脆弱性评价.
1郾 2郾 1 自然因素摇 1)海平面上升. 海平面变化是导
致海岸带生态脆弱性的重要因素之一[22-23] .珠江三
角洲海平面上升趋势非常明显,带来的脆弱性后果
也非常严重[24] .海平面上升将使洪涝灾害的频率增
加、范围扩大[25],咸潮入侵加剧,土壤侵蚀和水域污
染加重,生态环境恶化. 珠江三角洲地势低平且软
土分布广泛、厚度大,地面极易沉降[16],而地面沉降
是海平面上升的原因之一,因此该地区对海平面的
变化尤为敏感和脆弱. 海拔高度反映了该地区的地
表起伏状况,并从相对变化的角度反映了海平面的
变化,故选择海拔高度作为海平面上升因素的评价
指标.
2)洪涝灾害. 珠江三角洲位于西江、北江和东
江下游交汇处,毗邻南海,是遭受台风袭击的重灾
区[26],台风带来大量降水;同时三角洲受低纬度热
带天气系统和中高纬度天气系统的交替影响,强对
流天气常引起暴雨[27],因此该区域洪涝灾害频发.
本文选择大暴雨日数作为洪涝灾害所致生态环境脆
弱性的评价因子.
3)水土流失.水土流失一直是广东省面临的严
重问题之一[28] .水土流失导致土地退化、水体污染、
海岸带蚀退和洪涝灾害加剧. 水土流失是脆弱生态
环境的特征之一[29],本文选择水土流失面积比率
(即水土流失面积占市级行政区总面积的比值)来
表现这一脆弱性特征.
4)易涝耕地.珠江三角洲地势低平、河汊纵横、
暴雨频发,存在大面积的易涝耕地.易涝耕地是当地
气候状况、地质地貌状况和农业基础设施状况的综
合反映,其面积的大小一定程度上表征了当地生态
环境的脆弱性程度. 本文选择易涝耕地面积的比率
(易涝耕地面积占县级行政区总面积的比值)作为
评价指标.
5)植被状况. 珠江三角洲原有植被破坏较
大[30],存在显著的热岛效应. 植被通过选择性吸收
和反射太阳辐射能、调节潜热和显热的交换、调节城
市空气、降低污染等影响着城市环境的各种自然过
程[31-34],岳文泽等[35]研究表明,陆地表面温度与归
一化植被指数(NDVI)在空间变化上总体具有相反
趋势,因此本文选择 NDVI 作为生态环境脆弱性评
价的一个高度综合指标.
6)生物多样性.珠江三角洲是我国南亚热带最
大的冲积平原,自然条件优越,保存有较好的生物多
样性资源,但由于“三废冶污染和人类对植被的破
坏,动植物数量和种类骤减,使生物多样性(生物多
样性的多寡表征当地的生态环境状况)降低. 景观
多样性是生物多样性的重要组成部分,在较大的时
空尺度上,景观多样性构成了其他层次生物多样性
的背景,并制约着这些层次生物多样性的时空格
局及其变化过程[36] .本文采用景观多样性指数[37]
( H =- 移
m
i = 1
P i lnP i ,式中:P i为景观类型 i 所占的面
积比例;m 为景观类型的数目)表征研究区生物多
样性状况.
1郾 2郾 2 人为因素摇 1)人口. 珠江三角洲是我国人口
密度最大的地区之一. 庞大的人口使消费性污染迅
速发展,生活污水、生活垃圾排放量猛增,导致该地
区生态环境脆弱性加剧. Jensen 等[38]研究表明,多
环芳烃(polycyclicaromatic hydrocarbons,PAHs)残留
浓度与人口密度呈正相关. 因此,本文选择人口密
度指标反映人口对环境的影响.
2)“三废冶污染.珠江三角洲高速的工业化和城
市化带来了严重的“三废冶污染. 城镇星罗棋布,工
业发达,导致工业废水、废气和固体废弃物大量排
放,使该地区的生态环境受到严重污染,大气污染严
重,酸雨频率居高不下. 2008 年《广东省环境质量公
报》 [39]显示,江门、广州、深圳、佛山均属于重酸雨
区,水体污染严重. 2009 年《中国海洋环境质量公
报》 [40]显示,珠江口海域已被列为全国污染最严重
的海域之一,流经三角洲各市中心城市的河流或河
段的水质污染严重,水质类别大部分为吁级或大于
吁级[41] . 研究区土壤重金属污染严重. 对广州市近
郊污灌区的普查结果表明,在所有调查点的土壤中,
镉、铅、汞、锌等重金属含量均超过广东省土壤背景
值, 镉含量平均达 2. 1 mg·kg-1,最高达 640 mg·
kg-1 [42] . “三废冶污染加剧了该地区生态环境脆弱
性. 故本文选择单位面积废水排放量、废气排放量、
固废排放量作为评价指标.
3)土地利用变化.珠江三角洲土地利用变化较
大.快速的城市化使城市以前所未有的规模和速度
扩展,城市建设用地大增,耕地锐减,1980—2000 年
989211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐庆勇等: 基于 RS和 GIS的珠江三角洲生态环境脆弱性综合评价摇 摇 摇 摇 摇
耕地面积由 96. 8伊104 hm2减至 63. 7伊104 hm2 [42] .建
设用地增加,蓄水能力降低,使洪涝灾害发生的可能
性增加;大规模的高层建筑建设、地下空间的开拓诱
发地面沉降.故本文选取 2005 与 1985 年土地利用
等级之差作为土地利用变化的评价指标.
4)农业面源污染.广东省化肥年均施用量约 16
kg·hm-2,农药年均使用量为 0. 12 kg·hm-2,化肥
和农药的使用量位居世界前列[43] .农业面源污染正
不断加剧区域生态环境恶化,使之趋向脆弱. 因此,
本文选择化肥施用强度(单位面积的化肥用量)、农
药使用强度(单位面积的农药使用量)作为评价指
标.
5)机动车尾气污染. 随着机动车的大量增加,
尾气污染对珠江三角洲城市空气污染的分担率越来
越高.根据《珠江三角洲空气质量管理计划中期回
顾研究报告》 [44],2003 年该地区机动车排放的挥发
性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)和
氮氧化物(NOx)已分别占各类污染源排放总量的
71%和 58% , VOCs和 NOx是光化学烟雾形成的重
要前体物[44] .光化学烟雾污染使生态环境的脆弱性
增加.故本文选择万人机动车拥有量反映机动车尾
气污染对生态环境脆弱性的影响.
6)环境保护投资指数. 环境保护投资包括环境
污染治理投资和环境管理与污染防治科技投入两部
分.环境保护投资尤其是直接用于污水、垃圾治理和
生态建设的投资不足,环境保护基础设施建设滞后,
环境与社会经济发展之间的不平衡性就会逐渐凸
现. 环境保护投资的多少在很大程度上影响生态环
境的脆弱性程度. 本文选择环保投资指数(城市环
境保护投资占城市 GDP的百分比)作为评价指标.
1郾 3摇 数据来源
研究区 1985 和 2005 年土地利用栅格图以及
2005 年人口密度栅格图均由中国科学院资源环境
科学数据中心提供; 2005 年归一化植被指数
(NDVI)和海拔高度栅格图由地球系统科学数据共
享网(www. geodata. cn)提供;1981—2000 年研究区
日降水量数据由国家气象局提供;景观多样性指数
源于 1 颐 100 万中国植被图[45];2004—2008 年研究
区单位面积废水排放量、废气排放量、固体废物产生
量、环保投资指数、化肥施用强度、农药使用强度、易
涝耕地面积比率和水土流失面积比率均来自文献
[46].
1郾 4摇 数据整理
首先将属性数据转化为空间数据. 对于无 X、Y
坐标的属性数据,在 ArcGIS中将属性数据信息输入
研究区行政区划矢量图的属性表,实现属性数据的
空间化;对于有 X、Y坐标的属性数据,使用 Add XY
Data方法实现空间化. 然后将矢量图转换成栅格
图,栅格大小为 250 m伊250 m,使用统一的 Krasovsky
椭球体坐标和 Albers投影.
1郾 5摇 评价指标体系构建方法
为消除初选各指标间的相关性,提高评价精度,
使用主成分分析法对评价指标进行分析. 主成分分
析法是运用统计分析原理将原来众多具有一定相关
性的指标重新组合成一组新的相互无关的综合指
标,而原指标所包含的大量信息仍能得到体现的一
种统计方法[47-48] .空间主成分分析是在 GIS 软件的
支持下,在 ArcINFO 的 GRID 模块中使用 PRIN鄄
COMP函数,通过将原始空间轴旋转,将相关的多变
量空间数据转化为少数不相关的综合指标[11] .本文
使用空间主成分分析方法筛选初选指标,将相关系
数逸0. 8 的指标去掉一个,从而构建评价指标体系.
1郾 6摇 指标量化分级方法
评价指标确定以后,无法直接用它们进行评价,
必须按照一定的标准分成几个等级,以消除指标间
量纲的影响. 根据各评价指标特征,采用 3 种分级
方法:1)根据数据的统计特征,采用聚类分析方法
分级;2)参照有关文件并结合聚类分析方法分级;
3)参照相关文献分级.
聚类分析( cluster analysis)是根据事物本身的
特性研究分类问题的一种多元统计方法,基本思想
是根据样品或指标之间的距离或相似系数进行分
类[48] .本研究采用 R鄄型聚类分析的最短距离法将
指标分类,使用欧氏距离公式计算各指标两两数值
间的距离,将距离较短的数值归为一类.这一计算过
程使用软件 SPSS完成.
采用第一种方法分级的指标有:海拔高度、大暴
雨日数、水土流失比率、易涝耕地面积比率、NDVI、
景观多样性指数、人口密度、单位面积废水排放量、
单位面积废气排放量、化肥施用强度、农药使用强
度、万人机动车拥有量.
环保投资指数采用第二种分级方法,依据我国
环境保护部 2008 年印发的《“十一五冶国家环境保
护模范城市考核指标及其实施细则(修订)》 [49]规
定,环保模范城市的环保投资指数必须逸1. 7. 因此
本文将环保投资指数<1. 7 的区域归为一类,逸1. 7
的区域通过聚类分析方法进行分级.
土地利用变化指标采用第 3 种分级方法,首先
0992 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
参照黄方等[11]的土地利用分级标准,把内陆水体、
近海湿地、河湖滩地、沼泽地分为第 1 级,有林地为
为第 2 级,中覆盖度草地、灌木林、疏林地分为第 3
级,低覆盖度草地、旱地、水浇地、水田分为第 4 级,
城镇建设用地、农村聚落、裸岩、裸地分为第 5 级.然
后将 1985 和 2005 年两期土地利用数据进行比较,
根据土地利用变化差,建立土地利用变化指数. 2005
年比 1985 年土地利用级别低 3 级以上的像元定义
为土地利用变化指数为 1(如土地利用级别从 1985
年的第 5 级变为 2005 年的第 1 或第 2 级,或从 1985
年的第 4 级变为 2005 年的第 1 级),低 1 级或 2 级
的像元定义为土地利用变化指数为 2,没有变化的
土地利用变化指数为 3,高 1 级或 2 级的像元定义
为土地利用变化指数为 4,高 3 级以上的定义为土
地利用变化指数为 5,生态环境脆弱度随着土地利
用变化指数的增加而增加.
1郾 7摇 脆弱性指数计算及脆弱度分类方法
参照文献[8]的脆弱生态环境定量评价方法,
计算研究区每个栅格的脆弱性指数 ( EVI),公式
如下:
EVI =移
n
i = 1
w i f i (2)
式中:w i为评价指标 i 的权重;f i为评价指标 i 的等
级. EVI是各影响因子综合作用于生态环境的结
果,它使生态环境脆弱性以数值形式表示,具体而明
确,数值由小到大表示生态环境脆弱程度由轻到重.
w i通过层次分析法确定. 层次分析法是一种定
性与定量相结合的多目标决策分析方法,基本原理
是:将一个复杂问题看成一个系统,根据系统内部因
素之间的隶属关系,将一个复杂问题的各种要素转
化为有条理的有序层次,并以同一层次的各种要素
按照上一层要素为准则,构造判断矩阵,进行两两判
断比较,计算出各要素的权重[50],并进行一致性检
验,当随机一致性比率(CR)<0. 1 时,判断矩阵具有
满意的一致性,否则就需要调整,直至达到满意的一
致性为止.使用 Excel软件进行层次分析,计算各评
价指标权重[51] .
在 GIS 软件支持下,使用式(2)计算每个栅格
的 EVI,得到一系列连续数值. 采用自然断点法
(natural breaks classification)将 EVI 分成 5 类,分别
为微度、轻度、中度、重度和极度脆弱 5 个脆弱性等
级.自然断点法是一种根据数值统计分布规律分级
和分类的统计方法,它能使类与类之间的不同最大
化[6] .
2摇 结果与分析
2郾 1摇 珠江三角洲生态环境脆弱性评价指标的筛选
研究区单位面积废气排放量与单位面积固体废
物产生量的相关系数为 0. 83,去掉单位面积固体废
物产生量,最终确定 14 个相互独立的指标.其中,自
然因素指标包括海拔高度、大暴雨日数、水土流失比
率、易涝耕地面积比率、NDVI、景观多样性指数;人
为因素指标包括人口密度、单位面积废水排放量、单
位面积废气排放量、土地利用变化、化肥施用强度、
农药使用强度、万人拥有机动车量、环保投资指数.
2郾 2摇 珠江三角洲生态环境脆弱性评价指标的量化
分级和权重
根据上述量化分级方法,依据参评指标对生态
环境脆弱性的正向影响程度,从低到高分为 5 级并
赋值,从 1 至 5 分别为微度、轻度、中度、重度和极度
脆弱.由表 1 可以看出,海拔高度越高、大暴雨日数
越少、水土流失比率和易涝耕地面积比率越低的区
域受气象灾害影响的可能性越小,因此脆弱性指数
越低;NDVI和景观多样性指数高的区域代表植被
状况较好、生物多样性较强,因此生态脆弱性越低.
从人为因素来看,人口密度越小、单位面积废水
和废气的排放越少、化肥和农药的使用强度越小、万
人机动车的拥有量越少,区域脆弱性越小;人为增加
植被覆盖越多(土地利用变化指数越低)和环保投
资指数越高,区域脆弱性越小.
珠江三角洲生态环境脆弱性评价指标中,海拔
高度和环保投资指数的权重最大,为 0. 17,其次为
大暴雨日数和人口密度,权重为 0. 12,景观多样性
指数的权重最小,为 0. 01(表 1).
2郾 3摇 珠江三角洲生态环境脆弱性指数和脆弱度的
分布
珠江三角洲生态环境脆弱性指数值在 1. 6 ~
4郾 3,平均值为 3. 02. 根据自然断点法,将脆弱性指
数分成 5 级:1. 6 ~ 2. 6、2. 6 ~ 2. 9、2. 9 ~ 3. 2、3. 2 ~
3. 6 和 3. 6 ~ 4. 3,分别代表微度、轻度、中度、重度和
极度脆弱.由图 2 可以看出,珠江三角洲生态环境脆
弱性总体呈现中部重、东西部轻的特征;极度和重度
脆弱区主要分布在中部;中度脆弱区主要分布在东
部;轻度和微度脆弱区主要分布在西部.
摇 摇 研究区轻度脆弱区 (28. 7% )和中度脆弱区
(25. 5% ) 面积占珠江三角洲总面积的一半以
上 (54. 2% ),微度、重度和极度脆弱区面积分别占
199211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐庆勇等: 基于 RS和 GIS的珠江三角洲生态环境脆弱性综合评价摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 珠江三角洲生态环境脆弱性评价指标的分级和权重
Table 1摇 Classifications and weights of eco鄄environmental vulnerability factors in Pearl River Delta
评价指标
Evaluation index
评价等级摇 Evaluation level
摇 1 2 3 4 5
权 重
Weight
海拔高度
Altitude (m)
>596. 4 356. 6 ~ 596. 4 189. 3 ~ 356. 6 66. 6 ~ 189. 3 <66. 6 0. 17
大暴雨日数
Days of heavy rain (d·a-1)
<53. 5 53. 5 ~ 54. 0 54. 0 ~ 54. 7 54. 7 ~ 55. 4 >55. 4 0. 12
水土流失比率
Water and soil erosion rate (% )
<0. 3 0. 3 ~ 1. 1 1. 1 ~ 2. 5 2. 5 ~ 3. 7 >3. 7 0. 08
易涝耕地面积比率
Flooded infield area rate (% )
<20. 8 20. 8 ~ 40. 8 40. 8 ~ 54. 2 54. 2 ~ 68. 9 >68. 9 0. 04
归一化差分植被指数
NDVI
>0. 44 0. 39 ~ 0. 44 0. 34 ~ 0. 39 0. 28 ~ 0. 34 <0. 28 0. 05
景观多样性指数
Landscape diversity index
>515. 3 309. 3 ~ 515. 3 157. 1 ~ 309. 3 55. 7 ~ 157. 1 <55. 7 0. 01
人口密度
Population density (person·km-2)
<706. 2 706. 2 ~ 2439. 7 2439. 7 ~ 5521. 5 5521. 5 ~ 11235. 7 >11235郾 7 0. 12
单位面积废水排放量
Discharge of waste per unit area
(伊102 t·km-2)
<51. 8 51. 8 ~ 200. 4 200. 4 ~ 467. 1 467. 1 ~ 666. 3 >666. 3 0. 08
单位面积废气排放量
Gas emissions per unit area
(伊104 kg·km-2)
<3. 49 3. 49 ~ 18. 06 18. 06 ~ 62. 37 62. 37 ~ 82. 11 >82. 11 0. 08
土地利用变化指数
Land use change index
摇 1 2 3 4 摇 5 0. 04
化肥施用强度
Intensity of chemical fertilizer application
(kg·km-2)
<35. 4 35. 4 ~ 46. 2 46. 2 ~ 60. 7 60. 7 ~ 84. 5 >84. 5 0. 02
农药使用强度
Intensity of pesticide application
(kg·km-2)
<1. 4 1. 4 ~ 2. 6 2. 6 ~ 4. 1 4. 1 ~ 6. 4 >6. 4 0. 02
万人拥有机动车量
Amounts of motor vehicles possessed by
ten thousands people
<14. 5 14. 5 ~ 19. 5 19. 5 ~ 24. 6 24. 6 ~ 30. 5 >30. 5 0. 02
环保投资指数
Index of the environmental protection
investment
>2. 30 2. 08 ~ 2. 30 1. 75 ~ 2. 08 1. 70 ~ 1. 75 <1. 70 0. 17
图 2摇 珠江三角洲生态环境脆弱度的空间分布
Fig. 2摇 Spatial distribution of the eco鄄environmental vulnerabili鄄
ty in Pearl River Delta.
玉:微度脆弱 Slight vulnerability; 域:轻度脆弱 Light vulnerability;
芋:中度脆弱 Moderate vulnerability; 郁:重度脆弱 Heavy vulnerabili鄄
ty; 吁:极度脆弱 Extremely vulnerability.
11郾 8% 、18. 0%和 16. 0% (表 2).说明珠江三角洲大
部分区域的生态环境脆弱性属轻度和中度水平.
2郾 4摇 珠江三角洲生态环境脆弱性成因
自然因素是脆弱生态环境形成的内因,人为因
素是外因、触发性因子.珠江三角洲中部的生态脆弱
性属于极度或重度水平,导致其脆弱性的主要自然
因素为:海拔低,大部分地区小于 66. 6 m;大暴雨日
数多,大部分地区年均多于 54 d;NDVI 值小,小于
0. 34;易涝耕地面积比率高,大部分地区不低于
40郾 8% . 导致其脆弱性的主要人为因素为:1)污染
较严重. 工业废水、废气排放量多,农业化肥、农药
使用强度大,万人机动车拥有量高. 大部分地区
2004—2008 年年均废水排放量不少于 200. 4 伊102
t·km-2,废气排放量不少于 18. 0伊104 kg·km-2; 化
肥施用量不少于 46. 2 kg·km-2,农药使用量不少于
2. 6 kg·km-2; 万人机动车拥有量不少于 19. 5 辆.
2)土地利用变化大. 1985—2005 年该地区大部分
土地由湿地和林地变为低覆盖度草地和城镇建设用
地. 城镇建设用地增加,导致产生大量不透水层,使
2992 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 2摇 珠江三角洲生态环境脆弱度等级的分布面积及所占比例
Table 2摇 Area and proportion for various eco鄄environmental vulnerability levels in Pearl River Delta
脆弱性等级
Vulnerability level
生态环境脆弱性指数
EVI
栅格数
Grid number
面积 Area
(伊104 km2)
百分比
Percentage
微度脆弱 Slight vulnerability 1. 6 ~ 2. 6 78993 0. 49 11. 8
轻度脆弱 Light vulnerability 2. 6 ~ 2. 9 191277 1. 20 28. 7
中度脆弱 Moderate vulnerability 2. 9 ~ 3. 2 170261 1. 06 25. 5
重度脆弱 Heavy vulnerability 3. 2 ~ 3. 6 120090 0. 75 18. 0
极度脆弱 Extreme vulnerabilily 3. 6 ~ 4. 3 106547 0. 67 16. 0
产水量增加,大大降低流域的蓄水能力. 3)环保投
资指数低.大部分地区环保投资指数小于 1. 75.
珠江三角洲西部的生态脆弱性属轻度或微度水
平,导致其脆弱程度较轻的主要自然因素为:该区较
少发生大暴雨;NDVI 值较高,大部分地区不小于
0郾 34;易涝耕地面积比率低,大部分地区低于
40郾 8% . 主要人为因素为:该区污染相对较轻,
2004—2008 年年均废水排放量少于 200. 4伊102 t·
km-2,废气排放量少于 18. 0伊104 kg·km-2,化肥施
用量少于 46. 2 kg·km-2,农药使用量少于 2. 6 kg·
km-2; 万人机动车拥有量少于 19. 5 辆;土地利用类
型大多为有林地,水土流失少,土壤肥力高;环保投
资指数相对较高,大部分地区环保投资指数不小于
1. 75.
3摇 结摇 摇 论
在自然因素和人为因素的叠加影响下,珠江三
角洲生态环境脆弱性大体呈现中部重、东西部轻的
特征.极度和重度脆弱区主要分布在珠江三角洲中
部,分别占整个研究区面积的 16. 0%和 18. 0% ;中
度脆弱区主要分布在东部,占 25. 5% ; 轻度和微度
脆弱区主要分布在西部,分别占 28. 7%和 11. 8% .
中度和轻度脆弱区占整个研究区面积的 54. 2% .
总体来看,珠江三角洲大部分区域的生态环境
属中度和轻度脆弱. 极度和重度脆弱区的主要特征
是海拔低、洪涝灾害发生频率大、易涝耕地面积多、
植被破坏严重、污染强度大和环保投资指数小.珠江
三角洲生态环境脆弱性主要受自然因素影响,但人
为因素也不容忽视. 为了珠江三角洲整个区域的平
衡发展,建议在极度和重度脆弱区,进一步修建和完
善各种防洪基础设施,增加植被覆盖度,改善环境质
量,减缓目前生态环境十分脆弱的态势.在中度脆弱
区,应着力减少由于快速城市化和高速工业化所带
来的人类对资源环境的干扰和破坏,防止生态环境
向高一级脆弱类型转化.在轻度和微度脆弱区,要处
理好资源开发与环境保护的关系,防止对生态环境
造成破坏.
本研究结果具有一定的不确定性.这种不确定
性源于:1)属性数据的空间化,将属性数据如气象
数据、社会经济数据等转换为空间数据会影响评价
结果的精确性;2)在评价指标选取方面,可能具有
片面性,致使评价指标体系中信息覆盖不全,影响评
价结果的科学性;3)在指标权重的确定方面不可避
免地带有一定的主观性,影响评价结果的准确度.
探索一种更科学、更完善的定量评价海岸带经济高
度发达地区生态环境脆弱性的方法是理论发展和实
践应用的需要.
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作者简介摇 徐庆勇,女,1975 年生,硕士.主要从事生态环境
脆弱性研究. E鄄mail: xuqingyong1234@ yahoo. cn
责任编辑摇 杨摇 弘
599211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐庆勇等: 基于 RS和 GIS的珠江三角洲生态环境脆弱性综合评价摇 摇 摇 摇 摇