全 文 :第 33卷 第 6期 生 态 科 学 33(6): 1135−1141
2014 年 11 月 Ecological Science Nov. 2014
收稿日期: 2014-05-07; 修订日期: 2014-05-12
基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973 计划)课题“人为干预下喀斯特山地石漠化的演变机制与调控”(2012CB723202); 2012 年贵州省国际科际合
作计划“不同生态恢复措施干预下喀斯特石漠化演变及调控研究”(黔科合外 G 字[2012]7022 号)
作者简介: 刘智慧(1988—), 女, 贵州黔南人, 硕士研究生, 研究方向为地理信息系统与遥感, E-mail: liuzhihui1013@163.com
*通信作者: 周忠发(1969—), 男, 博士生导师, 研究方向为 GIS 与遥感、喀斯特资源与环境, E-mail: fa6897@163.com
刘智慧, 周忠发, 郭宾. 贵州省重点生态功能区生态敏感性评价[J]. 生态科学, 2014, 33(6): 1135−1141.
LIU Zhihui, ZHOU Zhongfa, GUO Bin. Ecological sensitivity evaluation of significant eco-function areas in Guizhou Province[J].
Ecological Science, 2014, 33(6): 1135−1141.
贵州省重点生态功能区生态敏感性评价
刘智慧 1,2, 周忠发 1,2,*, 郭宾 1,2
1. 贵州师范大学中国南方喀斯特研究院, 贵阳 550001
2. 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地,贵阳 550001
【摘要】针对重点生态功能区的生态重要性, 利用地形、地貌、气候等数据和生态环境状况, 运用层次分析方法, 选
择荔波县为研究区, 在 GIS 空间叠加技术的支持下对其进行生态敏感性评价。结果表明: 荔波生态敏感性较高, 其中
不敏感区域面积最小 , 仅占 8.76%, 轻度和中度敏感地区面积总和约占区域总面积 1/2, 二者比例分别为 25.63%、
26.13%, 高度敏感地区占区域总面积的 21.15%; 极度敏感区面积较大, 占总面积的 18.33%; 荔波生态敏感性在很大程
度上与石漠化相关。总体上, 研究区内生态环境虽然良好, 但在敏感性高的区域易产生生态环境问题, 是生态环境恢
复与保护的重点地区。
关键词:重点生态功能区; 生态敏感性; 石漠化; 水土流失; 荔波县
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2014.06.016 中图分类号:Q14 文献标识码:A 文章编号:1008-8873(2014)06-1135-07
Ecological sensitivity evaluation of significant eco-function areas in Guizhou
Province
LIU Zhihui1,2, ZHOU Zhongfa1,2,*, GUO Bin1,2
1. Institute of South China Karst, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China
2. The State Key Laboratory Incubation Base for Karst Mountain Ecology Environment of Guizhou Province, Guiyang 550001,
China
Abstract: We investigated the ecological importance of significant eco-function areas, using the initial information on terrain
data and ecological environment, etc, applying to Analytic Hierarchy Process (AHP), with the support of GIS space technology
to evaluate ecological sensitivity of Libo County. The results showed that Libo was high ecological sensitivity of the area, in
which the smallest non-sensitive regions brinh only 8.76%; slight and moderate sensitive area being about 1/2, in which the
percentages were 25.63% and 26.13% respectively. Highly sensitive areas accounted for 21.15% of the total area, and the
extremely sensitive area was larger, accounting for 18.33%. Libo ecological sensitivity was largely associated with the rocky
desertification. As a whole, it was a good ecological environment of the study area, but high sensitive areas had ecological
environment problems easily, and they are the key area of ecological environment recovery and protection.
Key words: significant eco-function areas; ecological sensitivity; rocky desertification; water and soil loss; Libo County
1136 生 态 科 学 33 卷
1 前言
水土流失、石漠化、生物多样性受损等生态环
境问题日益受到关注, 这些生态环境问题也是造成
生态环境敏感的重要生态因子。生态环境敏感性是
指生态系统对人类活动干扰和自然环境变化的敏
感程度, 即生态系统在遇到干扰时, 出现生态环境
问题概率的大小, 其实质是在不考虑人类活动影响
的前提下, 评价具体的生态过程在自然状态下产生
潜在的区域生态环境问题(水土流失、盐渍化、石
漠化、酸雨等)的可能性大小[1–2]。在自然状况下, 各
种生态过程维持着一种相对稳定的耦合关系, 保证
着生态系统的相对稳定, 而当外界干扰超过一定限
度时, 这种耦合关系将被打破, 某些生态过程会趁
机膨胀, 导致严重的生态环境问题[2]。生态敏感性
评价实质上是对现状自然环境背景下潜在的生态
环境问题进行明确的辨识, 并将其落实到具体的空
间区域[3]。
目前, 国内外对生态环境敏感性的研究都比较
重视, 取得了一些成果, 且主要集中在单个生态环
境问题的研究和省级、地区尺度[1], 但对于重点生态
功能区的专项研究较少。重点生态功能区是指在保
持流域、区域生态平衡, 防止和减轻自然灾害, 确保
国家和地区生态安全方面具有重要作用的区域。重
点生态功能区对于维系区域、流域社会经济持续稳
定发展, 保障国家生态安全和民族的繁衍具有重要
意义[4]。因此, 本文选取贵州省重点生态功能区荔波
县作为研究区, 对其生态环境敏感性进行综合评价,
研究结果对于分析区域生态系统的稳定性,确定生
态系统保护的重点, 维护区域或流域的生态安全具
有指导作用。
2 研究区概况
荔波县位于贵州省南部, 珠江流域上游, 处于
贵州高原向广西丘陵过渡地带, 地处东经 107°37′—
108°18′, 北纬 25°7′ — 25°39′ 之间 , 全县总面积
2415.45 km2, 占全省总面积的 1.35%。荔波地处贵州
高原东南端破碎地段, 地势北高南低, 地形起伏较
大, 高差较为明显, 山地、丘陵面积大, 平坝地面积
少。东北隅最高海拔月亮山次峰 1468 m, 最低海拔
打狗河出境处 300 m, 县城海拔 428 m, 平均海拔
758.8 m。荔波县属中亚热带湿润季风气候区, 由于
地理纬度低, 境内地形山峦起伏, 河谷深切, 地形
地貌复杂, 气候类型多样, 具有亚热带高原山地季
风湿润气候特征, 年平均降水量为 1211.9 mm, 80%
的降水量集中在 4—9 月; 降水量最多月份为 6 月,
降水量最少月份为 12 月。全县土壤主要为山地黄棕
壤、黄壤、红壤、石灰土、紫色土、潮土、水稻土,
共 7 个土类, 县内分布面积最大、范围最广的土壤
类型是石灰土土类。
荔波县虽属省级重点生态功能区, 但从2011年
起, 其已被纳入国家重点生态功能区政策范围 ,
享受国家重点生态功能区中央财政转移支付[5]。荔
波县不仅是革命老区、国家扶贫开发重点县、世
界自然遗产地, 也是国家批准的全国岩溶地区石
漠化综合治理试点县和国家层面的“桂黔滇喀斯
特石漠化防治生态功能区”。同时荔波县是珠江上
游的重要生态屏障, 拥有被誉为“绿宝石”的特殊
喀斯特原始森林生态系统, 以及众多濒危、特有和
保护动植物和其赖以生存的栖息地 [6], 承担着保
护世界自然遗产地资源的原真性、生态完整性和
生物多样性的任务, 担负着保障珠江流域生态屏
障安全的重大责任, 生态保护与建设和石漠化防
治的重要性显著。
荔波县的茂兰国家级自然保护区、“中国南方喀
斯特”世界自然遗产地、荔波樟江风景名胜区、兰
鼎山省级森林公园以及荔波水厂作为重要水源地保
护区被列入禁止开发区域名录(表 1、图 1)。禁止开
发区面积约达区域国土总面积的 1/3, 保护范围广、
任务重、耗资大,其中世界自然遗产地的保护更是重
中之重。荔波的世界自然遗产地是世界上唯一分布
集中, 原生性强, 相对稳定的喀斯特森林,是我国亚
热带地区惟一保持着自然生态平衡的喀斯特森林生
态系统, 区内植被覆盖良好, 动物物种也极为丰富。
尽管荔波生态本底条件较好, 但其生态环境问题仍
有加重趋势, 水土流失和石漠化现象严重[7]。
表 1 荔波县禁止开发区名录
Tab. 1 The list of forbidden zone in Libo County
名称 类型 级别 面积/km2
茂兰自然保护区 自然保护区 国家级 212.85
“中国南方喀斯特”
荔波世界自然遗产地 世界自然遗产 世界级 730.16
漳江风景名胜区 风景名胜区 国家级 118.80
兰鼎山森林公园 森林公园 省级 35.03
荔波水厂 重要水源 — —
6 期 刘智慧, 等. 贵州省重点生态功能区生态敏感性评价 1137
图 1 荔波县禁止开发区分布
Fig. 1 Distribution of forbidden zone in Libo County
3 研究方法
3.1 生态因子的选择及分级
影响生态敏感性的因子很多, 如海拔、坡度、
植被、土壤、地质等, 但在不同区域影响因子亦不
同[8]。根据研究区的生态环境特点, 结合研究的重点
与客观条件, 尤其是荔波作为重点生态功能区所面
临的生态环境问题, 经过对诸多因素进行综合分析,
主要选择自然环境方面共 12 项指标作为荔波县生
态敏感性分析的评价因子。以各评价因子对生态环
境的影响方式和作用程度对其进行分级, 将单个生
态因子的敏感程度分为 5 个等级, 依次为极度敏感
区、高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区和不敏
感区(表 2)。
3.2 权重的确定
运用专家咨询法, 邀请相关专家对各生态因子
中两两因子的相对重要性做出评价, 再得出各个评
价因子的权重值(表 3)。
4 结果与分析
4.1 生态环境问题敏感性评价
单因子生态敏感性分析往往只反映了某一因子
的作用, 而区域生态敏感性具有综合性, 是多因子
共同作用的结果。对于特定区域而言, 生态环境敏
感性会以某个突出生态环境问题来体现。因此, 敏
感性评价应明确研究区内可能发生的主要生态环境
问题类型及可能性, 内容包括沙漠化敏感性、盐渍
化敏感性、冻融敏感性、水土流失敏感性、酸雨敏
感性、石漠化敏感性等[9]。在单因子分级基础上, 对
影响某个生态环境问题的因子进行赋值, 计算其敏
感性指数(表 4)。计算方法见公式(1)[2]:
( ),
1
n
j ii j
i
SS C W
=
=∑ (1)
式中, SSj 为 j 空间单元某生态环境问题敏感性指数;
C(i,j)为 j空间单元 i因子敏感性等级值; Wi为 i因子影
响该生态环境问题的权重; n 为因子个数。
1138 生 态 科 学 33 卷
表 2 单因子生态敏感性分级
Tab. 2 Classification of single-factor sensitivity
分级指标 不敏感 轻度敏感 中度敏感 高度敏感 极度敏感
高程/m 320—550 550—780 780—1010 1010—1240 1240—1480
坡度/° <5 5—15 15—25 25—35 >35
植被覆盖度/% >75 60—75 45—60 30—45 <30
降雨量/mm 1300—1400 1100—1200 1000—1100 800—1000 <800
平均土厚/cm >20 15—20 10—15 5—10 <5
水土流失状况 无 微度、轻度 中度 强烈 极强烈
岩性 灰岩与白云岩互层、 白云岩
灰岩、碳酸盐
岩夹碎屑岩
白云岩、灰岩与白云岩
互层、碳酸盐岩夹碎屑岩
灰岩、灰岩与白云岩互层、
碳酸盐岩夹碎屑岩
石灰岩、灰岩与
白云岩互层
地貌类型 溶蚀盆地、峰丛洼地 缓坡 丘陵 峰林谷地 漏斗、盲谷、溶洞
土壤类型 水稻土、紫色土 黄壤、潮土 黄红壤 红壤、红色石灰土 石灰土
土地利用类型 裸岩石砾地、建设用地 灌木林地、天然草地 人工草地、疏林地 旱地、人工园地 水田、水域、有林地
石漠化等级 无 潜在 轻度 中度 强度、极强度
植被类型 水域、水稻 灌丛、阔叶林、 针阔混交林
草丛、高山植被、
一年两熟作物 一年一熟作物 无植被覆盖
赋值 1 2 3 4 5
表 3 单因子敏感性评价指标
Tab. 3 Single-factor sensitivity assessment index
目标层 A 准则层 B 要素层 C 指标层 D 数据来源 权重
高程 DEM 数据 0.053 地质
岩性 地质图 0.174
坡度 DEM 数据 0.174
地貌
地貌类型 DEM 数据 0.078
植被覆盖度 RS+GIS+监测数据 0.065
植被
植被类型 调查数据 0.045
气候 降雨量 监测数据 0.060
平均土厚 调查数据 0.070
土壤
土壤类型 土壤类型分布图 0.049
水土流失状况 水土流失分级图 0.080
土地利用 RS+GIS+监测数据 0.072
单
因
子
敏
感
性
评
价
指
标
自然环境
生态表征
石漠化等级 石漠化分级图 0.080
对荔波而言, 最突出的生态环境问题是水土流
失和石漠化。影响研究区水土流失敏感性的因子主
要有水土流失现状、高程、坡度、地貌类型、植被
类型、平均土厚、降雨量、土壤类型; 石漠化敏感
性主要受石漠化等级、土地利用、岩性、植被覆盖
度影响。根据上述公式, 利用地理信息系统软件的
空间叠加分析功能, 生成该生态环境问题的敏感性
评价图(图 2)。
4.2 生态环境敏感性综合评价
综合考虑各类评价因子, 将栅格数据格式的各
评价因子进行重分类, 再结合各因子的权重值, 通
过 ArcGIS 的空间叠加分析功能对所有生态因子进
行加权叠加分析, 得出区域生态敏感性综合得分。
最后将叠加分析图的分值进行重分类, 得到荔波县
生态环境综合敏感性分级图(图 3)。生态环境综合敏
感性公式为[10]:
( )( )
1
n
i k i
i
S W C k
=
= ×∑ (2)
式中: i为评价单元编号, k为评价因子编号, n为评价
因子总数, Si为第 i 个评价单元的综合值, Wk为第 k
个评价因子的权重, Ci(k)为第 i 个评价单元的第 k 个
评价因子敏感性评价值。
6 期 刘智慧, 等. 贵州省重点生态功能区生态敏感性评价 1139
表 4 生态环境敏感性评价指数
Tab. 4 Ecological environment sensitivity assessment index
生态环境问题 指标 权重 不敏感评价值 轻度敏感评价值 中度敏感评价值 高度敏感评价值 极度敏感评价值
高程 0.053 0.053 0.106 0.159 0.212 0.265
坡度 0.174 0.174 0.348 0.522 0.696 0.870
地貌类型 0.078 0.078 0.156 0.234 0.312 0.390
植被类型 0.045 0.045 0.090 0.135 0.180 0.225
降雨量 0.060 0.060 0.120 0.180 0.240 0.300
平均土厚 0.070 0.070 0.140 0.210 0.280 0.350
土壤类型 0.049 0.049 0.098 0.147 0.196 0.245
水
土
流
失
水土流失等级 0.080 0.080 0.160 0.240 0.320 0.400
水土流失敏感性指数 0.609 0.609 1.218 1.827 2.436 3.045
岩性 0.174 0.174 0.028 0.042 0.056 0.070
植被覆盖度 0.065 0.065 0.130 0.195 0.260 0.325
土地利用 0.072 0.072 0.144 0.216 0.288 0.360
石
漠
化
石漠化等级 0.080 0.080 0.010 0.014 0.019 0.024
石漠化敏感性指数 0.391 0.391 0.311 0.467 0.623 0.779
表 5 荔波县生态敏感性分级
Tab. 5 Classification of Libo County ecological sensitivity
敏感性等级 敏感性指数分级 赋值 面积/km2 面积百分比/% 定义
不敏感 <1.5 1 211.67 8.76 生态环境基本稳定, 在自然条件和人类活动的干扰下不容易产生生态环境问题。
轻度敏感 1.5—2 2 618.99 25.63 生态环境基本稳定, 但在自然条件和人类活动的干扰下可能会产生轻度的生态环境问题。
中度敏感 2—2.5 3 631.20 26.13 生态环境较稳定, 但在自然和人力作用下可能破坏其原有生境, 造成较大程度的生态环境问题。
高度敏感 2.5—3 4 510.91 21.15 生态环境脆弱, 在自然和人为作用下容易出现生态环境问题或加重已有的生态环境问题。
极度敏感 >3 5 442.68 18.33
生态环境脆弱, 在自然和人为作用下容易出现生态环境问
题或加重已有的生态环境问题。出现生态环境问题的概率
和程度高于高度敏感区。
图 2(a) 荔波县水土流失敏感性评价
Fig. 2(a) Water and soil loss sensitivity evaluation of Libo
County
图 2(b) 荔波县石漠化敏感性评价
Fig. 2(b) Rocky desertification sensitivity evaluation of
Libo County
1140 生 态 科 学 33 卷
图 3 荔波县生态环境综合敏感性分级
Fig. 3 Distribution of Libo County ecological environment integrated sensitivity
根据公式(2), 运用 GIS 空间叠加分析法, 并采
用表 5 的分级标准, 得到荔波生态环境综合敏感性
分级情况(表 5)。
4 讨论与结论
4.1 水土流失敏感性分析
在影响荔波县水土流失敏感性的因子中 , 坡
度、地貌类型和水土流失等级是主要影响因子, 三
个因子关联性强。水土流失等级是区域水土流失程
度和分布的体现, 是区域生态环境本底条件的重要
方面。坡度和地貌类型的组合则为水土流失的发生
提供了现实可能, 山高坡陡, 地形起伏大, 为土壤
侵蚀提供了势能。其次, 植被类型、土壤类型、平
均土厚、降雨量和高程也是影响区域水土流失的重
要因子。植被和土壤是相互影响、互相作用的两个
因子, 土壤类型决定了植被类型, 植被类型要适应
土壤类型, 植被可以固土, 土壤则是植被生长的基
础。土层厚度在一定程度上反映了区域土壤可流失
量, 加之降雨的冲刷, 土层越薄, 水土流失敏感性
越高。高程这一因子反映了人类活动可影响范围,
海拔低的地方往往是人类活动比较剧烈的区域, 水
土流失敏感性较高。
荔波水土流失敏感性分布总体上比较零散。其
中, 不敏感区域较为集中的分布在县域西北部和樟
江河岸; 中度敏感性区域主要分布在樟江两岸的高
山上, 呈条带状; 轻度和高度敏感性区域散布整个
县域, 轻度敏感性区域分布在地势较为低平的地区,
高度敏感性区域分布在相对较高的山地地区; 极度
敏感性区域面积小, 对整个区域水土流失敏感性影
响小。
4.2 石漠化敏感性分析
石漠化敏感性主要受石漠化等级、土地利用、
岩性、植被覆盖度影响。石漠化等级也是区域本底
条件的重要方面, 反映了区域石漠化现状, 石漠化
等级高的区域生态环境现状较差, 但趋于稳定, 敏
感性低, 反之石漠化等级低的区域一旦遭受破坏,
生态环境变差, 敏感性高; 碳酸盐岩的存在是石漠
化发生的基础[11], 而荔波该种岩类广布, 地表与地
下喀斯特地貌均有发育, 所以碳酸盐岩分布的区域
石漠化敏感性高; 土地利用类型是人类活动方式和
程度的表现, 水田、旱地、人工园(林)地等人类作用
强度较大的区域敏感性偏高; 植被覆盖越好, 发生
石漠化的可能性就低, 石漠化敏感性则低。
荔波石漠化敏感性分布较为集中连片。不敏感
区主要分布在县域东北、东部的非喀斯特地区和樟
江流域; 轻度敏感区大部分布在世界自然遗产地内;
中度和高度敏感区夹杂分布在樟江两岸的高山区;
极度敏感区主要分布在县域西部和南部边缘。
6 期 刘智慧, 等. 贵州省重点生态功能区生态敏感性评价 1141
4.4 生态敏感性评价
生态环境敏感性评价是根据区域主要生态环境
问题及其形成机制, 通过分析各主要生态环境问题
敏感性的主导因素, 评价特定生态环境问题敏感性
及其空间分布特征, 对区域主要生态环境问题的敏
感性进行综合评价, 明确特定生态环境问题可能发
生的地区范围与可能程度以及区域生态环境敏感性
的总体区域分异规律[12]。通过荔波目前面临的主要
生态环境问题——石漠化和水土流失, 以及生态恢
复与保护的要求, 共选取12项指标进行生态敏感性
评价, 结果表明:
(1) 荔波中度敏感区域面积最大, 占区域总面
积的 26.13%, 其次为轻度敏感区, 占区域总面积的
25.63%, 二者面积相当, 共占区域面积约一半。中度
和轻度敏感区生态环境较稳定, 但受自然和人力作
用影响, 是不同程度水土流失和石漠化的高发区;
极度和高度敏感区分别占总面积的 18.33%、21.15%,
该区域生态环境脆弱, 形势严峻; 荔波不敏感区域
面积最小, 仅为区域的 8.76%, 生态环境基本稳定,
生态良好。
(2) 荔波世界自然遗产地内的生态敏感性等级
较高, 多为高度敏感区, 极度敏感区零星散布其中。
世界自然遗产地内虽植被覆盖良好, 但多为石上森
林, 土层浅薄, 一旦遭遇自然力或人为活动影响土
被迅速退化, 极容易转换为极强度石漠化地区, 生
态十分敏感。
(3) 荔波生态敏感性在很大程度上与石漠化等
级相关。生态不敏感地区主要与非喀斯特地区对应;
轻度和中度敏感地区主要对应中度和高度石漠化
地区, 高度和极度敏感地区与轻度和潜在石漠化地
区基本对应。石漠化等级较高的地区生态环境基
本稳定, 而潜在和轻度石漠化地区只要受人为因
素的过度影响就会加重其等级, 从而造成生态环
境的恶化。
(4) 荔波的禁止开发区, 尤其是世界自然遗产
地内拥有珍贵的原生森林植被以及多种珍稀动物,
生物多样性丰富, 而这一区域正是荔波生态环境敏
感性较高的地区, 保护生物多样性和保护世界自然
遗产地的本质和目的是一致的。鉴于荔波是多种珍
稀动植物的栖息地, 其环境与生物繁衍息息相关,
同样生物物种的稳定性也影响着生态环境的稳定性
和原真性, 因而荔波生态环境敏感性较高, 保护面
积大、任务重。
总之, 荔波目前生态环境良好, 但生态环境的
敏感性普遍偏高, 生态不稳定, 高度和极度敏感区
域是今后生态恢复和保护的重点区域。以评价结果
为参考, 可以根据不同的敏感程度来制定荔波县相
应的保护措施对喀斯特世界自然遗产地进行保护,
尤其是生态敏感性高的区域, 甄别出主要影响因子,
可以尝试从该主要影响因子着手改善生态环境, 降
低生态敏感程度。
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