孙佩 易洁伟 康全国 张驰 王雯雯 袁知洋

(湖北省地质科学院研究院，湖北 武汉 430000)

引言

在全球化经济快速发展的大背景下，人地矛盾日渐突出，社会经济与生态环境的和谐发展是全球面临的共同挑战[1]。为了促进经济增长与生态保护协同发展，通过生态敏感性分析合理评价人地关系是重要的研究方法之一[2]，可为区域生态环境预防、保护和环境规划、管理等提供理论基础和科学依据[3，4]。

生态环境敏感性是指生态系统对区域内自然和人类活动干扰的敏感程度，其反映区域生态系统在同样干扰强度或外力作用下，各类生态系统出现区域生态环境问题可能性的大小，并用来表征外界干扰可能造成的后果[5]。敏感性越高的区域生态系统越脆弱，可表征该区域是生态环境保护和管理的重点，也是人类活动被禁止或受限制的区域。近年来，大量学者对生态敏感性进行了多角度、不同尺度的研究。在单一环境要素方面有地质环境敏感性研究[6，7]、盐渍化的动态敏感性[8]、湿地敏感性评价[9，10]、矿区敏感性[11]、公园生态敏感性[12]、旅游生态敏感性[13，14]等。不同尺度上有市/县级、省域、流域以及国家级等[3]，如曹建军等对上海城市生态敏感性分析[15]，莫斌等对重庆市土壤侵蚀敏感性评价[16]，刘康等对甘肃省生态环境敏感性的评价及空间分布的研究[5]，刘春霞等对三峡库区重庆段生态与环境敏感性综合评价[17]，林涓涓等对流域生态敏感性评价[18]，王效科等对中国水土流失敏感性分布规律及其区划研究[19]，刘军会等对中国生态环境敏感区[20]等。而对市/县一级尺度的研究虽存在但尚不多见[21]，且研究方法与指标体系的选择还处于探索阶段，并没有统一的标准[2]，对生态环境敏感性的认知关乎区域的高质量可持续发展。因此，本文以武当山旅游经济特区为实验对象，研究区县级生态敏感性评价指标及武当山旅游经济特区生态敏感性的空间分布。

武当山旅游经济特区是一座以旅游开发为主的生态型城市，不合理的旅游开发将影响区域的可持续发展。为此，本文收集了武当山旅游经济特区的相关资料，对不确定的变化部分进行实地调查后，在借鉴相关研究成果的基础上，选取能够突显武当山旅游经济特区生态敏感性的6种因子：高程、坡度、坡向、水体、植被覆盖度和土地利用类型；通过层次分析法进行剖析，并基于GIS空间分析中的加权叠加以及重分类等功能对生态环境的敏感性进行综合评价与分析，定性、定量的划分出不同等级的生态环境敏感区，为武当山生态环境的保护与合理的开发利用提供了生态学基础[5]，为研究区城市化的发展，保护规划方案的制定与决策以及管理等方面提供相应的科学依据[3]，让绿水青山就是金山银山的理念在武当山旅游经济特区生态旅游的发展中得到更好的践行。

1 研究区概况及数据

1.1 研究区概况

武当山旅游经济特区位于E110°57′42″～111°13′52″，N32°23′～32°34′58″，地处湖北省十堰市丹江口市，属大巴山东段，东临丹江口市丁家营镇与丹江口市城区相接，东界南河，南界军店河、马南河，达丹江口市官山镇，西界堵河，北界汉江，面向亚洲第一大人工湖，南水北调中线工程水源地——丹江口水库。武当山辖30个行政村、2个社区居委会、1个农队、122个村(居)民小组。全县土地总面积达29108.01hm2，以季风性湿润气候(高山气候)为主，最高海拔约1612m，地形呈西南高东北低。

1.2 基础数据及数据预处理

1.2.1 基础数据

本文采用30m×30m分辨率的数字高程数据(Digital Elevation Model，DEM)，云雾干扰量<5%的Landset8/OLI遥感影像(Path125/Row037)，2020年土地变更调查数据成果，以及行政区划矢量数据。其中，DEM数据用来计算高程、坡度、坡向和水域缓冲区，是本文开展研究区域生态敏感性分析的主要数据源。Landset8/OLI影像的成像时间为2021年3月7日，主要用来提取研究区的植被覆盖度。

1.2.2 数据预处理

对地理空间数据云网站上下载的DEM数据进行投影，投影坐标为CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_37；利用ArcGIS 10.2的空间分析模块功能分别计算高程、坡度、坡向和水体缓冲区。地理空间数据云网站上的Landsat-8数据已完成系统的辐射校正和几何校正，且精度较高。因此，按照云量较少(本文选取的影像云量在5%以下)、质量最好等要求选择实验所需的Landsat8/OLI影像。利用该遥感影像，进行NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)指数的计算[22]，并根据研究区内的整体植被覆盖情况，以NDVI指数0、0.1、0.25、0.35作为分界点近似估算植被覆盖度。

NDVI=(NIR-Red)/(NIR+Red)

(1)

式中，Red和NIR分别是红光和近红外波段，其各自对应于Landsa8/OLI影像中的第4和第5波段。

2 研究方法

2.1 评价因子的选择与分级

在不同区域，地形、水系、植被、土地利用等因子对其生态敏感性的影响程度亦不相同。本文主要考虑研究区的自然条件，结合相关文献，将每个因子的生态敏感性，依其影响程度划分为极低敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极高敏感5个等级，并依次赋值1、3、5、7、9，如表1所示[4]。

表1 研究区单因子及综合因子的生态敏感性

2.2 评价因子权重的确定

权重值的大小表示对生态敏感性的影响的程度，因此获得研究区精确的生态敏感性关键在于各个因子权重的准确性、有效性。AHP于20世纪70年代初被提出，在各个领域中得到广泛应用，是一种能够定量、定性解决多因子复杂问题的决策分析方法[2]，在一定程度上有助于提高研究区分析结果的精确度。因此，本文采取层次分析法计算每个因子的权重值。

构建两两因子之间的判断矩阵，并根据影响因子的相对重要性评判1～9的标度[2]，然后通过比较得出最佳结果后进行一致性检验，若CR<0.1则证明符合一致性检验[23]，公式：

(2)

(3)

式中，λmax为矩阵的最大特征根；CI为一致性指标；RI为平均随机的一致性指标，RI与判断矩阵的阶数有关，一般情况下，矩阵阶数越大，则出现一致性随机偏离的可能性也越大；CR为一致性比率；n为项目数；如果CR<0.1，则认为该判断矩阵通过一致性检验，否则不具有满意一致性。最终根据判断矩阵和算术平均法，计算得出各因子的权重系数，见表2。

表2 各生态因子的权重

2.3 综合生态敏感性指数的计算

对参与评价的各生态敏感性因子赋予相应的权重值后，利用公式(4)进行综合生态敏感性指数的计算：

(4)

式中，P为生态敏感性指数；n为评价指标总数；i为评价指标编号；Wi为各指标的权重，见表2；Ai为各评价指标的生态敏感性贡献值；i=1，3，5，7，9，分别对应极低敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极高敏感5个等级。

3 生态敏感性结果及空间分析

3.1 生态敏感性单因子分析

3.1.1 高程生态敏感性

随着海拔高度的改变，气温与降水随之发生变化，且海拔越高，生物多样性越简单，导致生态敏感性也会越高[24]。因此，生态敏感性具有随着海拔高度的增加而增加的特征。武当山旅游经济特区的地势走向为西南高东北低，大部分地区分布在200～800m，最高的山峰天柱峰海拔1612m。据图1a可知，区内高程敏感性大致呈现出由西北向东南增加的趋势，与实际情况相符。并且以轻度敏感性为主，由表3可知，面积为14321.38hm2，占研究区总面积的49.20%，主要分布在武当山的中部以及东部地区；其次是中度敏感区域占研究区比重为22.19%，面积约6457.85hm2，主要分布在西南地区。极低敏感区主要分布在西北部的水库、坑塘与河流，建设用地和耕地与园地覆盖区，面积约5467.62hm2，占研究区总面积的18.78%。高度以及极高敏感区战研究区比重较小，仅9.83%，面积共约2861.16hm2，主要分布在武当山的西南部。

图1 各单因子及综合性生态敏感性分布图

表3 各生态敏感性因子及综合生态敏感性评价结果表

3.1.2 坡度生态敏感性分析

一般而言，坡度越大，对生态系统的影响越大，生态敏感值也会越高[24]。受武当山山地地貌影响，坡度整体偏大，因此，研究区的坡度敏感性以中度敏感区为主，面积约9876.40hm2，占研究区总面积的34.04%，主要分布在武当山的中部以及北部地区。极度敏感区分布在西南方向，海拔高，坡度陡，起伏大，面积约442.71hm2，只占全区总面积的1.53%。轻度与高度敏感区面积分别为6494.75hm2、7355.17hm2，占研究区的比重分别为22.38%、25.35%，其中，轻度敏感区主要分布于研究区的中北部地区，高度敏感区主要分布于中南部地区。极低敏感区主要分布在武当山的西北地区，海拔低，坡度和缓，占研究区总面积的16.71%，面积约4848.98hm2，见图1b、表3。

3.1.3 坡向生态敏感性分析

不同坡向接收的太阳辐射量以及时长差异显著，会影响植被的生长情况。对于北半球而言，东坡、东南坡、南坡和西南坡所吸收辐射量相对较多，而西和西北方向相对较少[25]。该研究区以中、高度敏感区为主，占研究区面积的比重差异不大，分别为26.91%、28.09%，面积约为7831.96hm2、8176.40hm2，除了北部丹江口水库附近，其他地方几乎都有分布。

极低与极高敏感区占研究区比重差别也不大，分别为11.15%、13.44%，面积约5940.26hm2、3913.55hm2，其中极低敏感区主要分布在丹江口水库附近，主要为平面和南面，光照更加充足，极高敏感区的分布比较分散，由于该坡向为所接受的太阳辐射相对较少，间接影响了植被的生长情况，使得植被覆盖度较低[24]。轻度敏感区面积约5940.26hm2，占研究区总面积的20.41%，除了北部丹江口水库附近分布较少，其他地方都有零散的分布，见图1c、表3。

3.1.4 植被覆盖度敏感性分析

植被覆盖度是指示区域生态环境是否发生变化的重要因素，该指标数值越高表明植被生长状况越好，群落越丰富[25-27]。目前研究区内植被因子的生态敏感性总体上以轻度和中度为主，分别占研究区总面积的36.56%、48.86%，面积约10642.54hm2、14222.96hm2，其中轻度敏感区土地利用类型以建设用地为主，中度敏感区广泛分布着林地。极低敏感区占研究区的13.96%，面积约为4063.55hm2，主要为水库、坑塘与河流分布，高度以及极高敏感区仅占研究区的0.61%，见图1d、表3。

3.1.5 水体生态敏感性分析

丹江口水库是我国南水北调中线工程源头，武当山位于丹江口水库以南，因此水资源较为丰富。而科学研究表明，距离水域越近，适合物种生存的条件越优良，生态敏感度也越高。

结合研究区的尺度，对武当山旅游经济特区的水体缓冲区分别以80m、160m、320m、640m为分界点，在水体缓冲区大于640m的区域为极低敏感区，面积约17565.84hm2，占研究区比重的60.35%，轻度敏感面积约5455.61hm2，占研究区比重的18.74%，主要分布在320～640m缓冲区以内的地区，中度敏感区占研究区比重的10.50%，面积约3056.87hm2，主要分布在160～320m缓冲区以内的地区，高度敏感区与极高敏感区所占研究区比重都不大，分别为5.55%、4.86%，面积分别为1615.58hm2与1414.11hm2，主要分布在160m缓冲区以内的地区，见图1e、表3。

3.1.6 土地利用类型敏感性分析

城市化的加速发展导致土地利用变化明显，在城市化开发建设过程中，不同的土地利用结构对大气圈、水圈、生物圈等生态系统的稳定性产生一定的影响，而土地利用不合理，不仅会造成一定程度的人地矛盾，也会增加生态系统环境的敏感性。目前武当山旅游经济特区的土地利用生态敏感性总体上很高，极高敏感区以林地为主，所占比重最大，达到了77.40%，面积约22528.25hm2，主要集中在南部及东部地区。

水库、坑塘与河流为高度敏感区，面积约2399.50hm2，占研究区总面积的8.24%。极低、轻度、中度敏感区分别占研究区总面积的3.68%、9.68%、1.00%，面积分别为1071.18hm2、2817.12hm2、291.96hm2，分布在武当山西北部地区的土地类型主要是建设用地、耕地与园地以及未利用地与其他土地，见图1f和表3。

3.2 区域生态敏感性综合评价

研究区生态敏感性综合评价结果见图1g、表3。可以看出，武当山旅游经济特区整体上以轻、中度敏感区为主，两者共占研究区总面积的73.49%，主要分布在武当山南部山区以及东部地区，该地区广泛分布着大面积的林地，植被覆盖度也以轻、中敏感性为主。高度敏感区面积约6737.83hm2，占研究区总面积的23.15%，主要分布在武当山的南部地区，海拔高度在200～800m，以林地为主。极低与极高敏感区所占研究区比重都很小，分别为2.98%、0.39%，面积共约981.18hm2，并且极低敏感区以水域为主，主要是水库、坑塘与河流，海拔在200m以下。

4 结语

本研究将GIS空间分析与层次分析法相结合，实现了武当山旅游经济特区生态敏感性的综合评价，揭示了整个研究区生态敏感性的空间格局。总体来看，研究区生态敏感性偏低，以轻、中度敏感区为主，主要分布在武当山南部山区以及东部地区。

生态敏感性的分析成果还可用于确定研究区生态保护的重点区域，避免土地生态资源的开发过程中可能产生的土地问题，如果进行深入的研究，还可以应用于各项工程建设的项目论证、生态旅游的保护规划方案的制定与决策之中，对区域发展策略具有积极的指导意义等，使生态保护与经济发展不断的良性循环。