全 文 ：中国生态农业学报 2013年 5月 第 21卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2013, 21(5): 628637


* 国家科技支撑计划课题(2012BAJ23B00)、国家自然科学基金项目(41001226)和矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室项
目(KLM201114, KLM201209)资助
** 通讯作者: 王新闯(1979—), 男, 博士, 讲师, 主要从事遥感在生态学中的应用研究。E-mail: wangxc_382@163.com
王世东(1978—), 男, 博士研究生, 副教授, 主要从事遥感与 GIS在土地方面的应用研究。E-mail: wsd0908@163.com
收稿日期: 20121012 接受日期: 20121225
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00628
基于 RS与 GIS的生态用地评价*
—以辽宁省大洼县为例
王世东 1,2,3 慎 利 1 王新闯 2,3**
(1. 北京师范大学资源学院 北京 100875; 2. 河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室
焦作 454000; 3. 河南理工大学测绘与国土信息工程学院 焦作 454000)
摘 要 生态用地评价是当前生态环境保护与土地利用规划领域重要的研究内容。本文根据研究区自然条件、
社会经济状况、土地利用特点和生态保护要求, 借助 RS和 GIS技术, 在建立基于生态服务功能的生态用地分
类体系的基础上, 从生态服务功能和生态敏感性 2 个方面选取合适的生态用地评价指标, 采用层次分析和专
家咨询相结合的方法确定评价因子权重, 合理划分评价单元, 采用指数和法对辽宁省大洼县生态用地进行了
定量评价。结果表明, 大洼县生态用地划分为禁止开发生态用地、限制开发生态用地和可适当开发生态用地 3
个类别。其中, 禁止开发生态用地面积为 14 695.97 hm2, 占生态用地总面积的 27.13%; 限制开发生态用地面
积为 25 185.49 hm2, 占生态用地总面积的 46.50%; 可适当开发生态用地面积为 14 281.84 hm2, 占生态用地总
面积的 26.37%。这 3 种生态用地类型有其自身特点, 在土地利用开发过程中应采取相应的生态保护措施。研
究结果将为区域生态用地保护、生态环境与人地关系的改善以及新一轮土地利用规划修编提供重要的数据参
考与科学依据。
关键词 生态用地 生态服务功能 生态敏感性 评估 辽宁省大洼县
中图分类号: X171 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)05-0628-10
Evaluation of ecological land based on RS and GIS: A case study of Dawa
County, Liaoning Province
WANG Shi-Dong1,2,3, SHEN Li1, WANG Xin-Chuang2,3
(1. College of Resources Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;
2. Key Laboratory of Mine Spatial Information Technologies of National Administration of Surveying, Mapping and
Geoinformation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China; 3. School of Surveying and Land Information Engineering,
Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)
Abstract With increasing calls for environmental quality in recent years, “ecological land” emerged as a specific term in
related government documents on land-use planning and environmental protection. This term was put forward to forge a
harmony among the development of natural resources, human society and ecosystem. Ecological land is a kind of land with
significant ecological services that are crucial for directly/indirectly protecting regional ecological environment and improving
regional man-land relationship. In land-use planning, ecological lands with significant eco-service functions were protected.
This avoided possible regional eco-environmental issues at certain levels of eco-security, protected regional eco-environments
and improved man-land relationship. As such, interests have grown in ecological land evaluations, argued as an important
phenomenon in the domain of ecological and environmental protection and land-use planning. Based on natural conditions,
socio-economic status, land-use characteristics and ecological protection requirements of the study area, a classification system
of ecological land according to eco-services was constructed. On the basis of the system, an ecological land evaluation index
system was established. The weights of the evaluation factors were calculated using the AHP (Analytic Hierarchy Process)
第 5期 王世东等: 基于 RS与 GIS的生态用地评价 629


approach and expert knowledge. The evaluation units were divided and then the ecological land of Dawa County was evaluated
using the weighted exponent approach based on RS and GIS. The results showed that the ecological land of Dawa County was
classified into three categories — forbidden land development, restricted land development and optimized land development.
The ecological land areas of forbidden development, restricted development and optimized development were 14 696 hm2,
25 185 hm2, and 14 282 hm2; accounting for 27.1%, 46.5% and 26.4% of the total ecological land respectively. Each of the three
types of ecological land had its unique characteristics that required protection by adopting corresponding measures. This study
will provide data-driven decision-making for regional ecological land protection, improve ecological environment, coordinate
man-land relationship and revise land-use planning.
Key words Ecological land; Ecosystem service function; Ecological sensitivity; Evaluation; Dawa County, Liaoning
Province
(Received Oct. 12, 2012; accepted Dec. 25, 2012)
近年来, 随着人类对生存环境质量要求的不断
提高, 为了实现“自然社会人类系统”的和谐发展,
一个具有特殊意义的词——“生态用地”被提出, 且
频繁出现在政府的国土规划和环境保护等相关文件
中。生态用地是区域中以提供生态服务功能为主的
土地利用类型 , 具有直接或间接保护区域生态环
境、改善区域人地关系的重要作用[1]。而且, 根据各
地区的自然环境和生态功能不同, 生态用地可有不
同的内涵及外延。
目前, 在国外生态用地还没有作为一项独立和
专门的类型被明确提出, 但在很多国家的土地分类
体系中已经渗透了生态用地的思想 [2]。如欧洲的土
地利用分类体系中有沼泽地、水体、森林和半自然
区等[3]; 日本的土地利用分类体系中有原野、森林、
水面等 [4]; 韩国的土地利用分类体系中有自然环境
保护地域、农林地域、准农林地域等[5]; 俄罗斯的土
地利用分类体系中有特别保护区、水资源土地、森
林资源土地等[6]。这些土地实际上都可列入生态用
地的范畴。另外, 联合国的土地利用分类体系中也
包含了森林和林地、内地水域、灌木群落、木本沼
泽、草地等生态用地的范畴 [7]。美国国家土地管理
局在西部 12个州实施的以自然保护区、国家森林、
国家公园等为主的国有土地利用规划, 实际上进行
的就是生态用地规划[8]。在国内, 生态用地一词最早
是由董雅文等[9]在 1999年提出的。2001年石元春院
士在考察宁夏回族自治区时再次提出了生态用地的
概念 , 认为生态用地主要是指具有较强的自我调
节、修复、维持和发展能力, 能通过维持自身生物
多样性、协调生态结构和功能, 从而对主体生态系
统的稳定性、高生产力及可持续发展起到支撑和保
育作用的土地[10]。随后国内很多学者从不同角度对
生态用地的概念和分类进行了研究 [1113]。近年来 ,
在对生态用地概念和分类研究的基础上, 不少学者
对生态用地评价进行了探讨。刘昕等[14]从生态环境、
生态敏感性、气候、土壤和地貌 5 个方面对江西省
生态用地保护的重要性进行了评价; 梅珍珍[15]从生
物多样性保护、水源涵养、水土保持、海岸与河岸
及道路防护 4 个方面对海南省陵水县生态用地的生
物多样性进行了评价; 李晓丽等[16]从数量指标、结
构指标和协调指标 3 个方面对长沙市城市生态用地
进行了定量分析与优化研究。总的来说, 生态用地
评价研究还处于初步阶段 , 缺乏全面系统的研究 ,
已有研究主要是针对特定区域建立评价指标体系进
行生态用地某一方面的定量评价 , 但推广性较差 ,
亟需建立一种具有广泛意义的生态用地评价指标体
系与评价模型。
总之 , 在土地利用开发过程中 , 应保证区域内
具有重要生态服务功能的生态用地, 这将在一定生
态安全水平上最大限度地避免可能发生的区域生态
环境问题, 对保护区域生态环境以及改善区域人地
关系具有重要意义, 而有效保护生态用地需要首先
对一定区域内的生态用地进行科学合理的评价。本
文根据研究区自然条件和社会经济条件以及生态保
护要求, 提出基于生态服务功能的生态用地分类体
系 , 尝试构建生态用地评价指标 , 并以辽宁省大洼
县为研究实例, 采用加权指数和法并借助 GIS 技术
对研究区的生态用地进行定量评价, 为当地的生态
用地保护、土地利用规划以及区域生态环境保护提
供科学依据。
1 研究区概况及资料来源
1.1 研究区概况
大洼县地处辽宁省西南部、盘锦市南部、辽东
湾北岸, 大辽河、辽河下游, 双台子河冲积的三角洲
上。东南及南部被大辽河环抱, 西濒渤海辽东湾, 北
与盘锦市兴隆台区、盘山县接壤。地处 121°48′~
122°21′E, 40°41′~41°09′N, 全区土地总面积 1 387 km2。
大洼县地势平坦, 低洼多水, 是由大辽河、辽河淤积
退海滩涂发育而形成的滨海平原。全区属温带大陆
性半湿润季风气候, 具有暖温带和中温带过度性特
630 中国生态农业学报 2013 第 21卷


征, 四季分明, 气候温和, 雨量集中, 光照充足。年
平均气温 9.3 ℃, 极端最高气温 32.7 ℃, 极端最低
气温23.8 ℃, 年平均降雨量 647.3 mm, 年平均无
霜期 208 d, 全年日照时数 2 816 h, 最大冻土深度
1.36 m, 冬季主导风向为东北风 , 夏季主导风向为
西南风。水资源丰富, 有大辽河、辽河、新开河及
双台子河流经境内, 注入渤海, 流域面积 1 527 km2,
海岸线长 68 km, 河岸线近 100 km。土壤属温带半
湿润地区黑褐色土地带, 以水稻土、草甸土、沼泽
土为主, 土地利用率高, 种类比较齐全。
1.2 资料来源与处理
本研究采用的原始数据主要有: 2010 年 9 月
Landsat TM遥感影像; 2010年 1︰100 000土地利用
现状图 ; 90 m 分辨率的 DEM(Digital Elevation
Model)。另外还有研究区气象、水文、土壤、植被
等自然状况资料和社会经济统计资料。其中, 选取
2010 年 9 月 20 日的 Landsat TM 影像共 3 景, 以
1︰100 000 地形图为基准进行几何纠正和配准, 在
ENVI 4.7 中进行图像镶嵌与裁剪, 采用以非监督分
类为主, 目视解译为辅的方法进行影像分类。在分
类过程中, 首先用 ISODATA 非监督分类方法把影
像自动分为 15 类, 然后合并成需要的 6 种地类(耕
地、建设用地、林地、湿地、水体、滩涂), 得到研
究区初步分类结果; 在此基础上, 进行分类后处理;
根据野外调查、GPS 数据、土地利用现状图及其他
相关资料 , 采用目视解译法修改混分和错分像元 ,
最终得到研究区土地利用分类结果; 然后根据同期
的地面资料和野外调查数据, 随机选取若干样本区,
利用 ENVI软件计算其分类混淆矩阵和 Kappa系数。
结果表明, 土地利用分类总体精度 87.4%, Kappa系
数为 0.81, 达到较好效果。另外, 对研究区的气象、
土壤等资料在 ArcGIS环境下进行栅格化处理, 并搜
集研究区其他自然状况资料和社会经济统计资料 ,
用于生态用地评价指标因子的分析。
2 生态用地的分类
近年来, 不少学者在对生态用地的概念和内涵
进行研究的基础上, 从生态建设与生态保护的角度
提出了生态用地的分类观点, 例如, 谢花林等[17]、陈
婧等[18]、王振健等[19]、赵丹等[20]都提出了相应的生
态用地分类体系。但这些分类体系还很不完善, 有
的用地类型界限不清 , 有的用地类型有重叠 , 有的
分类依据不明确 , 缺乏统一的分类标准 , 这将不利
于我国生态用地的保护以及生态环境的建设。
本文从生态环境保护角度出发, 以土地的主题
生态服务价值为依据, 并考虑与我国现行的《土地
利用现状分类》相衔接, 建立了一个基于生态系统
服务的土地分类体系。将大洼县土地划分为生产用
地和生态用地 2 个一级类: 其中, 生产用地划分为
耕地、园地、商服用地、工矿仓储用地、住宅用地、
公共管理与公共服务用地、特殊用地、交通运输用
地和其他生产用地共 9 个二级类; 生态用地划分为
林地、草地、水域、滩涂、湿地和其他生态用地共
6个二级类; 15个二级类下面又包含 58个三级类。
该分类体系体现了生态保护的意识和生态用地的思
想, 有利于协调社会经济发展与生态环境保护之间
的关系。
该分类体系是以我国现行的土地利用分类标准
为依据, 并与现行国家土地分类标准相衔接的具有
广泛意义的综合生态用地分类体系, 生态用地类型
划分较为全面。但由于本研究的基础数据采用的是
TM遥感影像, 因影像分辨率和分类精度的限制, 本
文把大洼县划分耕地、建设用地、林地、湿地、水
体、滩涂共 6 种土地利用类型, 根据建立的生态用
地分类体系, 其林地、湿地、水体、滩涂属于生态
用地 , 耕地和建设用地属于生产用地 , 本文只对其
中的生态用地进行评价。
在前面土地利用分类基础上, 经统计, 2010 年,
大洼县耕地面积 62 768.29 hm2, 建设用地面积
21 768.41 hm2, 林地面积 2 279.78 hm2, 水域面积
14 281.84 hm2, 湿地面积 14 695.97 hm2, 滩涂面积
22 905.71 hm2。因此, 本文只对研究区的林地、水域、
湿地和滩涂 4类生态用地进行评价。
3 生态用地评价方法
3.1 评价方法与技术流程
3.1.1 评价方法
生态用地评价方法采用加权指数和法, 各因子
的重要性赋予不同权重, 计算评价因子的综合分值,
对区域范围内生态用地的重要性进行评价, 评定各
评价单元生态建设与生态环境保护的重要性。
设每一评价单元有 n 个单因子加权评价指数,
则加权指数和可表示为:

1
n
j i i
i
R a b

  (1)
式中, Rj表示第 j个评价单元最后所得到的评价分数,
ai 表示该评价单元在第 i 个评价因子中所得到的分
值, bi表示第 i个评价因子所占的权重。在评价时, 首
先根据研究区自然和社会经济属性选定 n 个评价因
子并按照不同等级赋予其不同的权重(bi); 然后对于
每一评价因子, 分别按不同等级赋予其评价分数(ai);
最后将评价单元某一因子的权重与该单元相应等级
第 5期 王世东等: 基于 RS与 GIS的生态用地评价 631


因子指数相乘, 计算加权因子分数 aibi 并累加得到
评价单元最后的分数 Rj。加权指数和法充分考虑了
各影响因子的重要性, 并将各参评因子的影响程度
进行量化, 综合考虑了评价单元的指数。
3.1.2 评价技术流程
生态用地评价的总体技术流程为: 根据研究区
自然条件、社会经济状况、土地利用特点和生态保
护要求, 从生态服务功能和生态敏感性两个方面选
取生态用地评价指标, 采用层次分析和专家咨询相
结合的方法确定评价因子权重, 然后合理划分评价
单元, 最后采用加权指数和法对研究区的生态用地
重要性进行定量评价, 确定研究区的生态用地数量
和等级范围。生态用地评价主要包括以下 5 部分内
容: 评价单元的划分、评价指标的选择、权重的确
定、单元分值的计算和生态用地数量与等级范围的
确定。
3.2 评价单元划分
评价单元是进行生态用地评价的基本空间单位,
同一单元内土地的基本属性和特征应基本一致, 不
同单元间则有相对较大的差异。评价单元划分直接
影响生态用地评价工作量、评价结果精度与成果的
可应用性。生态用地评价是对土地现状的综合评价,
需要考虑评价单元的自然属性和空间属性。因此 ,
评价单元划分应遵循以下原则: (1)单元内部性质相
对均一或相近; (2)单元之间具有差异性, 能客观反
映出土地在一定时期和空间上的差异; (3)具有一定
可比性。
本文以研究区的土地覆盖类型、地形地貌、土
壤类型和社会经济状况等因素综合影响作为划分依
据, 并考虑已有遥感数据空间分辨率和方便计算机
操作等因素, 为保证各评价单元内部自然属性的同
质性以及单元之间空间属性的异质性, 合理确定了
生态用地评价的最小单元, 即 30 m×30 m的网格。
3.3 评价指标体系构建与权重确定
3.3.1 评价指标选取的原则
生态用地评价指标选取的原则主要体现在以下
几个方面: (1)因地制宜原则。不同区域的土地具有不
同的自然条件和社会经济条件, 在进行生态用地评
价过程中 , 不能完全照搬其他区域的评价指标 , 应
根据区域具体条件从评价指标选择、评价等级确定
等各方面建立具有评价区域特点的评价指标体系。
(2)主导因素原则。影响生态用地重要性的因素很多,
各因素对不同评价单元的影响程度不同, 因此在进
行生态用地评价过程中应选择其主导因素作为评价
的主要依据。(3)自然属性与社会属性相结合原则。
生态用地评价 , 一方面要考虑其自然属性 , 同时也
要考虑社会经济属性。(4)可操作性原则。选取的评
价因子应该是在现实中可获取的, 并有利于评价工
作的开展。
3.3.2 评价指标体系与分级标准
(1) 评价指标的选择
生态用地评价的目的是为生态环境保护提供科
学依据和数据支撑, 从而做到在生态约束条件下进
行土地利用活动。土地利用过程中的生态约束在某
种意义上反映了区域的生态环境保护要求, 代表着
区域生态保护价值和自然生态环境维持必要性, 主
要包括生态服务功能和生态敏感性两方面内容。也
可以说, 生态用地的生态服务功能价值越高或生态
敏感性越强 , 生态用地的重要性级别越高 , 在土地
利用过程中越应该重点保护。因此, 本文生态用地
评价指标主要从生态服务功能和生态敏感性两方面
来选取。
生态服务功能, 是指人类直接或间接从生态系
统获得的效益, 包括有机物生产、气候调节、营养
物质循环、涵养水源和保持生物多样性等。生态服
务功能价值可以反映一个区域生态环境状况的优劣
和整体生态效益。根据大洼县自然生态特征, 生态
用地评价指标中生态服务功能方面选取有机物生产
价值、气候调节价值、营养物质循环价值、涵养水
源价值和保持生物多样性价值共 6 个因素作为评价
因子[21]。
生态敏感性, 是指生态系统在现有生态环境背
景下, 对人类活动干扰与自然环境变化的反映程度,
即发生区域生态或环境问题的难易程度与可能性大
小。生态敏感性评价的本质是对现有自然环境背景下
的潜在生态环境问题进行辨识, 并将其落实到具体
的空间位置。某一评价单元的生态敏感性越高, 生态
用地的重要性越强, 越需要加强生态保护。根据大洼
县自然生态特征, 选取对生态系统结构与功能影响
较大的土地覆盖类型、土壤侵蚀模数、坡度、地质灾
害等 4个因子[21], 均以强弱或高低等级来表示。
(2) 评价因素等级标准的确定
根据评价因子的差异性、稳定性、因子最小相
关性等原则, 对生态用地评价建立相应的评价因素
等级标准。目前, 生态用地评价因素等级的划分没
有统一标准, 而且各研究区域的自然环境和社会经
济因素等都有较大差异, 建立统一的指标分级标准
非常困难。目前国内外相关研究文献中指标等级一
般划分为三级或四级, 本文考虑大洼县实际情况以
及相关数据计算结果, 主要采用定性方法将大洼县
生态用地评价指标的每个评价因子划分为 4个等级,
各等级对应分值分别为: 100、80、60、40。
632 中国生态农业学报 2013 第 21卷


生态服务功能指标: 每个指标的价值采用遥感
定量测算的方法计算得到 , 由于篇幅所限 , 本文未
列出具体计算过程; 然后根据每项指标的计算结果
并结合大洼县实际情况, 将结果数值划分为 4 个等
级, 并给各等级赋予相应分值。
生态敏感性指标: 地表覆盖类型划分为 4 个等
级的主要依据是大洼县的 4 种生态用地类型对生态
敏感性的反映程度; 土壤侵蚀模数的结果采用保持
水土价值计算过程中的中间结果(在生态服务价值
计算过程中会计算出土壤侵蚀模数), 根据土壤侵蚀
模数的数值结合大洼县实际, 划分为 4 个等级; 坡
度等级的划分主要采用从中国科学院计算机网络信
息中心下载的 DEM数据并在 ArcGIS环境下划分得
到; 地质灾害等级的划分主要依据大洼县地质灾害
防御规划和地质灾害分布图来划分, 4个等级的划分
也主要是参考防御规划来确定。
大洼县生态用地评价指标体系与分级标准见
表 1。

表 1 大洼县生态用地评价指标体系与分级标准
Table 1 Ecological land evaluation index system and grading standards in Dawa County
准则层
Criteria
指标层
Index
因子特征分级标准
Factor characteristics grade standard
评价因子对应分值
Corresponding score of evaluation factor
生态服务功能 有机物生产价值 Organic matter production value ≥0.05 100
Ecological service (104 Yuan·hm2) 0.04~0.05 80
function 0.03~0.04 60
≤0.03 40
气候调节价值 Climate regulation value ≥0.34 100
(104 Yuan·hm2) 0.20~0.34 80
0.15~0.20 60
≤0.15 40
营养物质循环价值 Nutrients recycling value ≥0.03 100
(104 Yuan·hm2) 0.02~0.03 80
0.01~0.02 60
≤0.01 40
涵养水源价值Water conservation value ≥0.40 100
(104 Yuan·hm2) 0.30~0.40 80
0.20~0.30 60
≤0.20 40
保持水土价值 Soil and water conservation value ≥0.20 100
(104 Yuan·hm2) 0.10~0.20 80
0~0.10 60
≤0 40
保持生物多样性价值Maintain biodiversity value ≥0.28 100
(104 Yuan·hm2) 0.25~0.28 80
0.20~0.25 60
≤0.20 40
生态敏感性 地表覆盖类型 Land cover type 湿地Wetland 100
Ecological sensitivity 水域Water 80
林地Woodland 60
滩涂 Shoal 40
土壤侵蚀模数 Soil erosion modulus ≥30 100
(t·km2·a1) 10~30 80
2~10 60
≤2 40
坡度 Slope (°) ≥3 100
2~3 80
1~2 60
≤1 40
地质灾害 Geological disaster 高易发区 High-prone area 100
中易发区Mid-prone area 80
低易发区 Low-prone area 60
不易发区 Less prone area 40

第 5期 王世东等: 基于 RS与 GIS的生态用地评价 633


3.3.3 权重确定
根据大洼县生态环境特征, 对生态用地评价影响
较大的是生态服务功能价值指标, 其次是生态敏感性
指标。在计算过程中, 要考虑评价指标的可修复性与可
替代性。评价指标的权重采用层次分析(Analytic Hier-
archy Process, AHP)与专家咨询相结合的方法确定, 即
通过两两比较评价指标构成矩阵, 计算判断矩阵的标
准化特征向量, 最后进行一致性检验; 其中, 各指标的
重要性程度采用专家咨询法来确定。采用层次分析法确
定大洼县生态用地评价因子权重的步骤如下。
(1) 构造判断矩阵
对评价因子间两两重要性进行比较与分析判
断。分析系统中各因子之间的关系, 建立系统的递
阶层次结构。比例标度检索表见表 2。
建立递阶层次结构后, 对同一层次各元素关于
上一层次中某一准则的重要性进行两两比较, 按他
们对于准则的相对重要性, 采用两两比较方法确定
其相应的权重, 按比例标度检索表对重要性程度赋
值。构造两两比较判断矩阵, 得到大洼县生态用地
评价因子的判断矩阵(表 3)。

表 2 评价因子比例标度检索表
Table 2 Retrieval table of proportion scale for evaluation factor
标度 Scale 含义Meaning
1 表示两个元素(i和 j)相比, 具有相同重要性 Two elements have the same importance
3 表示两个元素(i和 j)相比, 前者比后者稍重要 The former is slightly more important than the latter
5 表示两个元素(i和 j)相比, 前者比后者明显重要 The former is obviously more important than the latter
7 表示两个元素(i和 j)相比, 前者比后者极端重要 The former is extremely more important than the latter
2、4、6、8 表示上述相邻判断的中间值 Intermediate values of the above scales
若元素 i与元素 j的重要性质比为 cij, 则元素 j与元素 i的重要性质比为 1/cij。If the importance ratio of i to j is cij, that of j to i is 1/cij.

表 3 大洼县生态用地评价因子判断矩阵
Table 3 Judgment matrix of ecological land evaluation factor in Dawa County
指标
Index
有机物生
产价值(A1)
Organic
matter pro-
duction value
气候调节
价值(A2)
Climate
regulation
value
营养物质循
环价值(A3)
Nutrients
recycling
value
涵养水源
价值(A4)
Water
conservation
value
保持水土
价值(A5)
Soil and
water
conservation
value
保持生物
多样性价
值(A6)
Maintain
biodiversity
value
地表覆盖
类型(A7)
Land
cover
type
土壤侵蚀
模数(A8)
Soil
erosion
modulus
坡度
(A9)
Slope
地质灾害
(A10)
Geological
disaster
有机物生产价值(B1)
Organic matter production value
r11 r12 r13 r14 r15 r16 r17 r18 r19 r110
气候调节价值(B2)
Climate regulation value
r21 r22 r23 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r210
营养物质循环价值(B3)
Nutrients recycling value
r31 r32 r33 r34 r35 r36 r37 r38 r39 r310
涵养水源价值(B4)
Water conservation value
r41 r42 r43 r44 r45 r46 r47 r48 r49 r410
保持水土价值(B5)
Soil and water conservation value
r51 r52 r53 r54 r55 r56 r57 r58 r59 r510
保持生物多样性价值(B6)
Maintain biodiversity value
r61 r62 r63 r64 r65 r66 r67 r68 r69 r610
地表覆盖类型(B7)
Land cover type
r71 r72 r73 r74 r75 r76 r77 r78 r79 r710
土壤侵蚀模数(B8)
Soil erosion modulus
r81 r82 r83 r84 r85 r86 r87 r88 r89 r810
坡度(B9) Slope r91 r92 r93 r94 r95 r96 r97 r98 r99 r910
地质灾害(B10) Geological disaster r101 r102 r103 r104 r105 r106 r107 r108 r109 r1010

其中, BiAj=rij, 如果 rij>1, 则说明评价因子 Bi比
Aj重要; 如果 rij=1, 则说明评价因子 Bi与 Aj同等重
要; 如果 rij<1, 则说明评价因子 Aj比 Bi重要; 判断
矩阵对角线上的元素值均为 1。
(2) 计算评价因子权重
根据前面的判断矩阵, 由判断矩阵计算被比较
元素对于该准则的相对权重 , 然后采用方根法 , 即
将判断矩阵的各个列向量采用几何平均, 然后归一
化, 得到的列向量就是权重。具体步骤如下:
① 分别计算判断矩阵每一行元素的积 Mi, 公
式为:

1
n
i ij
j
M r

 (i, j=1, 2, …, n) (2)
式中, i为判断矩阵各列因子的编号, j为判断矩阵各
634 中国生态农业学报 2013 第 21卷


行因子的编号, n为判断矩阵行与列的因子总数。
② 分别计算各行元素乘积的 n 次方根值 iW ,
公式为:
ni iW M (i=1, 2, …, n) (3)
③ 对向量 1 2( , ,..., )TnW W W W 作归一化处理 ,
即求:

1
i
i n
i
i
W
W
W



(i=1, 2, …, n) (4)
式中, Wi即为所求各因子的权重系数。
④ 计算判断矩阵的最大特征值max, 公式为:
max
1
( )n i
ii
RW
nW


  (5)
式中, ( )iRW 为向量 RW的第 i个元素。
(3) 一致性检验
由于人们对事物各因素之间两两判断时, 不可
能做到判断的完全一致 , 存在一定偏差 , 这必然导
致特征值和特征向量也有偏差。为了避免判断矩阵
误差太大, 要验证其一致性, 在此引入 3个指标: 一
致性指标 CI、随机一致性指标 RCI和随机一致性比
例 CR。
对于单排序:
max
1
n
CI
n
   (6)
CICR
RI
 (7)
对于总排序:
1
1

m
i i
i
m
i i
i
a CI
CR
a RI





(8)
式中, n为判断矩阵的阶数。CI值越大, 判断矩阵的
完全一致性越差, 一般 CI≤0.10, 说明判断矩阵的
一致性可以接受 , 也说明层次单(总)排序的计算结
果具有满意的一致性 , 否则需对判断矩阵进行调
整。判断矩阵的维数 n越大, 判断的一致性越差, 应
放宽对高维判断矩阵一致性的要求, 可引入修正值
RI, 并取更为合理的 CR 来衡量判断矩阵一致性的
指标。修正值 RI的取值见表 4。
按上述方法最终得到大洼县生态用地评价因子
权重, 见表 5。

表 4 修正值 RI的取值
Table 4 Value of correction RI
矩阵阶数Matrix order 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RI 0.00 0.00 0.58 0.96 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.50

表 5 大洼县生态用地评价因子权重
Table 5 Weights of ecological land evaluation factors in Dawa County
准则层 Criteria 权重Weight 指标层 Index 权重Weight
生态服务功能 Ecological service function 0.612 7 有机物生产价值 Organic matter production value 0.097 1
气候调节价值 Climate regulation value 0.110 4
营养物质循环价值 Nutrients recycling value 0.094 4
涵养水源价值Water conservation value 0.106 9
保持水土价值 Soil and water conservation value 0.100 5
保持生物多样性价值Maintain biodiversity value 0.103 4
生态敏感性 Ecological sensitivity 0.387 4 地表覆盖类型 Land cover type 0.115 2
土壤侵蚀模数 Soil erosion modulus 0.094 3
坡度 Slope 0.087 3
地质灾害 Geological disaster 0.090 7

3.4 单元分值计算及分级标准
在评价指标选择及指标权重确定的基础上, 根
据公式(1)计算得到每个评价单元的重要性分值。利
用 ArcGIS 的空间叠加分析与栅格计算功能最终得
到研究区各评价单元的重要性分值, 根据分级标准
进行划分 , 共分为 3 个等级 : 禁止开发生态用地
(80适当开发生态用地(Si<60)。
4 结果与分析
4.1 生态用地面积计算
根据上述评价方法以及步骤 , 利用 ArcGIS 软
件 , 计算得出各评价单元生态用地重要性分值(介
于 49 到 82 之间), 并根据前面的分级标准进行等
级划分 , 最终得到大洼县生态用地评价结果(表 6、
图 1)。
第 5期 王世东等: 基于 RS与 GIS的生态用地评价 635



表 6 大洼县生态用地评价结果面积统计
Table 6 Area of ecological land evaluation in Dawa County
禁止开发生态用地
Forbidden development ecological land
限制开发生态用地
Restricted development ecological land
可适当开发生态用地
Optimized development ecological land
生态用地面积
Ecological land area
(hm2) 比例 Proportion (%) 面积 Area (hm2) 比例 Proportion (%) 面积 Area (hm2) 比例 Proportion (%) 面积 Area (hm2)
54 163.30 10.60 14 695.97 18.16 25 185.49 10.30 14 281.84

从表 6 可以看出 , 大洼县生态用地总面积为
54 163.30 hm2, 占大洼县土地总面积的 39.05%; 其
中, 禁止开发生态用地: 包括的土地类型主要为湿
地, 面积为 14 695.97 hm2, 占土地总面积的 10.60%;
限制开发生态用地: 包括的土地类型主要为滩涂和
林地 , 面积为 25 185.49 hm2, 占土地总面积的
18.16%; 可适当开发生态用地: 包括的土地类型主
要为水域, 面积为 14 281.84 hm2, 占土地总面积的
10.03%。

图 1 大洼县生态用地评价结果
Fig. 1 Result of ecological land evaluation in Dawa County

从以上数据可以看出, 大洼县生态用地总数量
占区域土地总面积的比重接近 40%, 这为大洼县生
态环境建设和生态环境保护提供了良好的基础条
件。但是, 近年来, 随着自然环境变化与社会经济的
快速发展 , 大洼县建设用地不断扩张 , 导致生态用
地数量在不断减少; 尤其, 在生态环境保护中起着
重要作用的湿地、滩涂和林地面积都有不同程度的
减少, 这严重威胁大洼县生态环境保护与生态环境
建设。因此, 需要采取严格的生态保护措施来保障
区域内具有重要生态服务功能的生态用地, 这将在
一定生态安全水平上最大限度地避免可能发生的区
域生态环境问题。
4.2 生态用地分级结果
从表 6 和图 1 可以看出, 大洼县生态用地分布
具有如下特征：
(1) 禁止开发生态用地 : 主要分布在大洼县西
部沿海地带 , 包括的土地类型主要为湿地 , 面积为
14 695.97 hm2, 占生态用地面积的 27.13%。该类型
生态用地在保护区域生态环境过程中具有非常重要
的生态服务功能, 并具有很高的生态敏感性。因此,
对该类型生态用地应采取严格的强制性生态保护措
施 , 禁止任何建设行为占用和破坏此类土地 , 严格
保持其原土地类型和自然生态风貌。
(2) 限制开发生态用地 : 主要分布在大洼县西
南部沿海地带以及县域内零星斑块内, 包括的土地
类型主要为滩涂和林地, 面积为 25 185.49 hm2, 占
生态用地面积的 46.50%, 该类生态用地是大洼县生
态用地中的主要类型。该类型生态用地在保护区域
生态环境过程中也具有重要的生态服务功能, 并具
有较高的生态敏感性。因此, 对该类型生态用地应
采取积极的生态保护措施, 在保证其生态服务功能
不被破坏的前提下 , 可以适当开发此类土地 , 而且
土地利用开发的方向应有利于生态环境的保护。
(3) 可适当开发生态用地 : 主要分布在大洼县
西南部、东部县边界地区以及中部部分地区, 包括
的土地类型主要为水域, 面积为 14 281.84 hm2, 占
生态用地面积的 26.37%。该类型生态用地在保护
区域生态环境过程中也发挥着重要的生态服务功
能, 同时具有较高的生态敏感性。对该类型生态用
地应采取有区别的生态保护措施, 因为, 水域中除
了大洼县域内的水库和河流, 还有较大部分的水产
养殖等人工水面, 对于水库和河流要采取严格的生
态保护措施 , 禁止任何的建设行为 ; 但是 , 对于水
产养殖等人工水面部分, 当土地资源承受强烈经济
活动与社会需求的时候, 可以在生态保护优先以及
636 中国生态农业学报 2013 第 21卷


严格遵守报批程序的前提下适当开发此类土地, 从
而为大洼县的社会经济发展提供发展空间, 缓和人
地矛盾。
5 讨论与结论
本文根据大洼县自然条件、社会经济状况、土
地利用特点和生态保护要求, 建立了基于生态服务
功能的新的生态用地分类体系。从生态服务功能和
生态敏感性两方面选取了适合大洼县的生态用地评
价指标, 采用层次分析和专家咨询相结合的方法确
定了评价因子权重, 在合理划分评价单元的基础上,
采用加权指数和法, 并借助 ArcGIS软件对大洼县生
态用地进行了定量评价, 确定研究区的生态用地面
积数量和等级范围, 最终将大洼县生态用地划分为
3个类别: 禁止开发生态用地、限制开发生态用地和
可适当开发生态用地。并根据每种生态用地特点提
出了相应的生态保护措施, 为土地利用规划制定提
供了重要的参考和依据。总之, 生态用地评价结果
将为区域生态用地的保护、生态环境与人地关系的
改善, 以及新一轮土地利用规划修编提供重要的数
据参考与科学依据。
本文为初步的研究取得的结果, 还存在很多不
足之处。因为, 生态用地的评价涉及自然和社会经
济等多方面的指标, 由于数据获取和量化困难等原
因, 本文生态用地评价指标只从生态服务功能和生
态敏感性两方面来选取, 而且评价因素等级标准的
划分也带有一定主观性。因此, 在后续研究中, 需要
对评价指标的选取和指标等级标准的划分进行改进,
以期建立更加科学合理的生态用地评价指标体系和
评价模型, 从而为生态用地评价和生态环境保护提
供理论体系与技术方法。
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

Faculty positions: Center for Agricultural Resource Research,
Chinese Academy of Sciences

The Center for Agricultural Resource Research (CARR), the Institute of Genetics and Developmental Biology (IGDB),
Chinese Academy of Sciences, invites applicants for several research group leader positions.
CARR is one of the research organizations in Chinese Academy of Sciences (CAS). We seek nominations and applica-
tions from individuals who have expertise and a record of accomplishment in research areas related to ecology, agro-hydrology,
agro-biology, crop genetics and breeding, and agro-informatics. The successful candidates for the research group leader posi-
tions will be expected particularly to farmland water transfer and development of water saving technologies, farmland related
groundwater management and hydrochemistry, hydrology, agricultural water resource management, remote sensing application
in agriculture, soil microbiology, agro-ecosystems, plant physiology of drought tolerance, and molecular genetics and breeding
to address fundamental and application agricultural questions.
The appointment of all positions will be at Principal Investigator (full professor) level. Candidates are expected to hold a
Ph.D. degree and postdoctoral experience. Start-up package will be accompanied by either the “One-Hundred Talents Program
of CAS” (minimal four-year postdoctoral required) or the “One-Thousand Youth Talents Program of China” (three-year post-
doctoral required). Very compatible salary, benefits, and research funding will be provided based on the qualifications of se-
lected candidates. More information about CARR can be found at http://www.sjziam.cas.cn.
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