左江流域生态脆弱性评价

夏 飞 汤传勇

（广西国土资源规划院，广西 南宁 530022）

随着人类社会经济的发展，生态环境问题日益突出，各国逐渐开展生态脆弱性研究。生态脆弱性的概念最早起源于美国学者Clements将Econtone（生态过渡带）术语引入生态学的研究[1]。1989年，在布达佩斯召开的第七届SCOPE会议上重新确认了生态过渡区的概念，之后脆弱生态环境领域的研究日益活跃[2]。国内生态脆弱性研究较晚，1991年朱震达较早开展生态脆弱性研究。他根据联合国环境署关于土地荒漠化的评估研究，提出在中国北方农牧交错地区存在一条地跨半湿润、半干旱和干旱区域的生态脆弱带[3]。随后杨勤业、赵跃龙、蔡运龙、李克让、欧阳志云和刘国华等纷纷开展生态脆弱性研究，在概念、内容和评价方法上逐渐形成共识[4-5]。目前随着3S技术的飞速发展，生态脆弱性研究相对于之前学者的研究都有了一定的进步，在研究方法上也进行了革新。

左江流域地处我国西南喀斯特地区的南缘地带，是珠江水系郁江的支流，国内流域面积2.016 km×104 km，属于南亚热带季风气候区；区内碳酸盐岩地层分布广泛，喀斯特地貌类型占流域面积的66%以上，地形地貌破碎。自然环境的过渡性和易变性，使这一区域具有典型的亚热带喀斯特生态脆弱性特征，环境变异敏感度高，环境容量低，稳定性差。长期以来，由于人们对自然环境的利用、开发、导致环境被严重的破坏。自然环境出现越来越退化的状态。自然环境在过度过程中发生一定的改变，使得左江流域这一地区的环境变异越来越频繁，环境能够承受的破坏越来越低，形成典型的亚热带喀斯特地貌。本文依据自然因素和人为因素对左江流域的生态情况进行分析。

1 评价因子选择及其标准化

不同地区由于当地的经济发展水平不一样，社会发展步伐不一致、自然环境的变化不同，导致其生态环境形成不同，表现出来的形式也不一样。因此，实际流经的区域是一个复杂多变的系统，是由经济、环境、社会共同决定的。是自然因素和人文因素共同的产物。所以，在对左江流域进行评价时，需要根据其生态环境的特征，将综合性的评价与区域性的评价相结合，分析能够影响左江流域的环境因素，从而得出对左江流域最有影响力的指标进行综合性评价。

1.1 自然因子的选择

生态脆弱性取决于自然因子对地表物质运动能力的影响，根据主导性和易获性原则，提出左江流域生态环境自然因子评价指标：坡度、地形粗糙度长度、降水、土壤和植被覆盖因子。

1.1.1 坡度。坡度对生态环境有重要影响，不同坡度下的生态环境对外力作用响应的强弱不同。左江流域地形区域差异显著，由于受边缘山脉十万大山、大青山、西大明山、四方岭的影响，地势西面略高，向东倾斜，四面山岳环绕，中部被左江及其支流切割，形成错综分布的丘陵谷底和岩溶谷底。根据左江流域地形与坡度特点，将坡度和生态脆弱性关系划分为5级（表1）。

1.1.2 地形粗糙度长度。地形粗糙度长度地形粗糙度长度是由于地形起伏而产生的，被应用于许多山区地域的相关研究，在此引入生态脆弱性研究。地形粗糙度长度使用Smith-Carson 方程表示：

其中，Z0H为因地形起伏产生的地形粗糙度长度，△H 为距离L范围内的海拔高程差。

在ArcGIS的Spatial Analyst模块支持下，利用数字高程模型DEM（90m×90m），采用Focal函数分别计算3×3窗口的最大高程值和最小高程值，通过公式（1）进行栅格运算求出左江流域地形粗糙度长度，得出其分布图。将地形粗糙度长度和生态脆弱性的关系划分为5级（表1）。

1.1.3 年均降雨量。左江流域处于亚热带，受季风气候影响湿热多雨，年均降水量1 281.6mm-2 024.5mm。降雨量充沛，但时空分布不均，常以暴雨形式集中于夏季，6月-8月降水量占全年降雨量的48.8%-50%。利用左江流域及其周边气象监测站的多年降雨量资料，通过GIS空间插值运算得出左江流域年均降水分布图。将降水因子和生态脆弱性的关系划分为5级（表1）。

1.1.4 土壤可蚀性K值。土壤质地对风化过程、风化产物、土壤类型及其抗侵蚀能力都有重要影响。左江流域土壤类型多样，按照第二次土壤普查的分类标准，左江流域土壤主要有水稻土、砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、紫色土、石灰土、红粘土、粗骨土、砂姜黑土、山地草甸土、潮土、滨海盐土、新积土、硅质白粉土和火山灰土等类型。土壤质地特别是A层质地区域差异较大，从而对生态脆弱性产生不同影响。通过对左江流域主要土类A（腐殖质层）、B（淀积层）层土壤采样调查和资料统计分析，计算各类土壤可蚀性K 值（土壤侵蚀因子，主要由自身的理化特性决定）。根据不同土壤可蚀性K值差异，将左江流域各主要土壤类型K值与生态脆弱性关系划分为5级（表1）。

1.1.5 植被指数。左江流域植被类型多样复杂，同类植被种类繁多，同科植被种类也非常之多，主要植被由林地、灌木丛、各种草类构成。植被指数是反映地表植被覆盖状况的有效指标之一。当植被覆盖度在25%～80%之间时，NDVI随植被覆盖量呈线性增加，因此利用植被指数NDVI可以有效测定植被覆盖程度。采用RE影像（5m×5m）（2012年10月）校正拼接成全流域遥感影像，结合土地利用现状图，确定植被覆盖因子对生态脆弱性的影响度，对不同分类的植被指数进行分级赋值，制作植被覆盖图。根据植被指数的不同，将左江流域植被指数与生态脆弱性关系划分为5级（表1）。

图1 坡度分级

图2 地形粗糙度长度分级

图3 降水分级

图4 土壤可蚀性K值分级

图5 植被指数分级

图6 人口密度分级

图7 垦殖指数分级

图8 公路密度分级

图9 左江流域生态脆弱性评价

1.2 人文因子的选择

通过对左江流域的实际调查发现，左江流域的生态环境受到极大破坏的原因，主要是因为人口的不断增多、对耕地的不断开采、逐渐增多的公路建设等等，这些极具破坏性的活动使得当地的生态环境越来越脆弱。

1.2.1 人口密度。单位面积土地上居住的人口数。它是表示区域人口密集程度的指标，通常以每平方千米或每公顷内的常住人口为计算单位。左江流域平均人口密度为116人/km2，属于人口密集区，由于喀斯特地貌特征典型，所以在地形地貌方面比较零碎，生态环境能够承受的破坏越来越低，人口容量逐渐减少。加之由于经济的不断发展，人类对于土地资源的开采越来越多，对于森林滥砍滥伐，使得当地的地表植被遭到严重的破坏，造成极为严重的水土流失。将人口密度和生态脆弱性的关系划分为5级（表1）。

1.2.2 垦殖指数。指一国或一地区已开垦种植的耕地面积占土地总面积的百分比，是衡量一个地区土地资源开发利用程度的指标。左江流域是典型的喀斯特地貌，能进行耕地的土地非常少。但是随着人口的不断增多，人们对于土地的分配由于自身利益的问题所以产生较多的矛盾，因此为了自身利益问题，逐渐开发了丘陵甚至江河源头地区的坡耕地，导致环境受到很大的破坏，水土流失较为严重。垦殖指数较好地反映垦殖对生态环境的干扰。根据左江流域情况，将垦殖指数和生态脆弱性的关系划分5级（表1）。

1.2.3 公路密度。指每平方公里的公路里程数。今年来，随着经济的全球发展化，广西北部湾开发区的建设和中国—东盟自由贸易区的建设，促进了左江流域公路的开发。但是同时也严重影响了该地区的地理形貌，使得该区域发生公路沿线崩滑坡等自然灾害，公路两边的森里草地也受到不同程度的破坏和较大干扰公路密度较好地反映了这一现象，从而把公路密度和生态脆弱性的关系分为5级（表1）。

目前，国内关于评价因子的分级并没有严格标准，所以本文结合左江流域的生态环境特点，得到左江流域生态脆弱性评价等级和指标（表1）。

2 综合评价的实现

2.1 评价因子权重的确定和评价方法

左江流域生态脆弱性评价是综合考虑生态环境自然因子和人文因子基础上的综合评价，采用层次分析法（AHP）求出每个评价因子的权重（表1），其CR=0.051＜0.1，具有满意的一致性。

采用加权求和的评价方法进行左江流域生态脆弱性综合评价，如公式（2）所示。

式中，F 为评价指数， ri为评价因子，bi为评价因子权重。

2.2 基于GIS的评价实现

左江流域生态脆弱性评价通过GIS的空间叠合分析来实现。在ARCGIS软件中将各原始评价因子单要素栅格化，生成单因子要素栅格图，根据量化分级结果（表1）进行栅格标准化处理。根据各评价因子的权重值，运用“Raster Calculator”进行栅格叠加运算，然后运用Natural Breaks方法分级得到生态脆弱性评价图（图9）。

3 评价结果分析

“微度脆弱区”，主要分布在左江和黑水河上游的喀斯特谷地以及江州区北部的西大明山区域，面积达3 040.80km2，占流域总面积的15.08%，在该类型区内土壤类型主要为覆盖较厚的红壤，砂页岩层较薄，坡度较小，地势平缓，植被覆盖度高，生态系统较稳定，抗干扰能力较强。

“轻度脆弱区”，主要分布左江流域中上游的各县（区）以及耕种条件较好的喀斯特岩溶区，面积5 576.93km2，占流域总面积的27.66%。在该类型区内坡度不大，降雨充沛，生态环境处于相对稳定状态，地表物质的风蚀和水蚀作用很轻，生态系统处于平衡状态。

“中度脆弱区”，主要分布于十万大山北部，龙州县、大新县和天等县的中北部，面积5 153.73km2，占流域总面积的25.56%。该类型区坡度较陡，土壤薄，保水性差，并存在着人为的作用。虽然这种区域在生态环境上受到了一定的破坏，但产生的破坏力不足以影响到生态系统。面对这种破坏生态系统有一定的自我恢复能力。

“强度脆弱区”，主要分布在西大明山和四方岭之间，左江和明江流域石漠化严重的喀斯特岩溶地区，横贯整个流域的中部，面积3 756.24km2，占流域总面积的18.63%。该类型区海拔较高，生态环境比较恶劣，加上长期以来受到人为的一些破坏，使得该地区水土流失的情况较为严重。而该地区自我恢复能力比较弱，因此该地区的生态环境基本处于退化状态。

表1 左江流域生态脆弱性评价等级和权重

“极度脆弱区”，主要分布于崇左—扶绥峰林石山区、龙罗—罗白孤峰石山台地和砂页岩低山丘陵区、龙津喀斯特盆地，即左江、明江、响水河和汪庄河流域的岩石裸露度高的石漠化地区，面积2 632.76km2，占流域总面积13.06%。该类型区地层由灰岩和砂页岩构成，土层薄，保水性差，植被覆盖度低，加之人为干扰强，造成人为作用下的水蚀和沟蚀等侵蚀加速，生态环境退化严重。

左江流域生态脆弱性评价图在一定程度上反映了左江流域生态脆弱性的空间分布特征。从图中可以看出，左江流域生态环境基本上处于良好状态，“微度脆弱”和“轻度脆弱”的类型区面积占流域总面积的42.75%，“强度脆弱”和“极度脆弱”的类型区面积占31.69%，在这些地区，人类不合理的资源开发利用极易加剧区域的生态脆弱性，导致石漠化和水土流失等生态环境问题的凸显。

结语

左江流域生态脆弱性评价是自然因子和人文因子的综合评价。通过引入RS、GIS和AHP技术，使得出的结果更加客观，更加让人信服。鉴于左江流域地域环境特征较为明显，产生变异的可能性较高，环境能承受的破坏日益降低，稳定性差等特点，因此提出以下建议：在进行环境开发利用之前，必须对该生态环境作出价值评估和保护规划，对于一些脆弱地区或承受破坏比较脆弱的地区开发资源时须谨慎，特别是喀斯特岩溶地区开展生态农业和观光农业；要加大生态环境建设力度，实行退耕还林还草，减少坡耕地的开采，治理水土流失；对极度脆弱区建立生态文明保护区，并列入国家安全建设治理工程计划内，以此确保生态环境和社会经济的可持续发展。

[1]高洪文.生态交错带(Ecotone)理论研究进展[J].生态学杂志,1994,13(1):32-38.

[2]王让会,游先祥.西部干早内陆河流域脆弱生态环境研究进展[J].地球科学进展,2000(l):39-44.

[3]朱震达.土地荒漠化问题研究现状与展望[J].地理研究,1994,13(1):104-111.

[4]杨勤业,张镜铿.中国的环境脆弱形势和危机区域[J].地理研究,1992,11(4):1-9.

[5]赵跃龙,刘燕华.中国脆弱生态环境分布及其与贫困的关系[J].地球科学进展,1996,(3):245-249.