重庆市生态环境敏感性评价方法研究

杨春华， 雷 波， 李 剑， 郑 莉， 刘建辉， 朱康文

（1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆市环境保护局，重庆 401147）

重庆市生态环境敏感性评价方法研究

杨春华1*， 雷 波1， 李 剑2， 郑 莉1， 刘建辉1， 朱康文1

（1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆市环境保护局，重庆 401147）

2015年5月中华人民共和国环境保护部发布了 《生态保护红线划定技术指南》（以下简称 《指南》），用以指导全国生态保护红线划定工作。本文就 《指南》中生态敏感性评价方面进行了研究，根据数据精度及数据获取情况对某些指标进行了优化，使评价结果更符合重庆实际。评价结果根据实际情况，结合管理需求进行了灵活运用。运用结果得到了各部门的充分认可，对重庆市生态红线划定工作起到重要的支撑作用。

生态保护红线；生态敏感性；重庆市

生态敏感区是指对外界干扰和环境变化反应敏感，易于发生生态退化的区域。根据中华人民共和国环境保护部 《生态保护红线划定技术指南》，水土流失敏感区、土地沙化敏感区、石漠化敏感区等是我国主要的陆地生态敏感区类型。根据重庆市实际情况，本文仅对水土流失敏感区和石漠化敏感区的评价方法进行研究。水土流失是指人类对土地的利用，特别是对水土资源不合理的开发和经营，使土壤的覆盖物遭受破坏，裸露的土壤受水力冲蚀，流失量大于母质层育化成土壤的量，土壤流失由表土流失、心土流失而至母质流失，最终使岩石暴露[1]。本文主要研究水力侵蚀型水土流失。石漠化是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，地表植被遭受破坏，导致土壤严重流失，基岩大面积裸露或砾石堆积的土地退化现象，也是岩溶地区土地退化的极端形式[2]。

1 研究区域概况

重庆市幅员面积8.24×104km2，位于中国内陆西南部，东经105°17′～110°11′，北纬28°11′～32°13′，处于青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，中国经济发达的东部地区与资源富集的西部地区的结合部。地质地貌复杂，山地、丘陵众多，环境异质性高；年平均气温18℃左右，日照总时数1 000～1 200 h，年降雨量1 000～1 450 mm，气候温和，属中亚热带季风性湿润气候，具有夏热冬暖、雨量充沛、湿润多阴、无霜期长等特点；溪河纵横，水系发达。优越的地理位置和复杂的自然条件，孕育了丰富的生物物种资源。市域内陡峻的山地和复杂多变的自然环境，成为第四纪冰川时期生物的优良避难所，孑遗生物较多，珍稀、濒危和特有生物种类也较为丰富。

2 研究方法及数据来源

本文依据 《指南》中的方法进行相应的研究。《指南》选取了降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长和地表植被覆盖度4个指标进行水土流失敏感性评价；石漠化敏感性评价选取碳酸岩出露面积百分比、地形坡度、植被覆盖度3个指标进行。需要说明的是，上述各参数因评价范围、区域特色等差异不宜原封移植于重庆这一特殊区域，因此某些参数在获取过程中并未完全依照 《指南》中的方法，而是做了相应的调整和优化，以使评价结果更符合重庆实际。

其中，水土流失敏感性评价方法见公式 （1）：

式中：SSi为i空间单元水土流失敏感性指数，Ri为降雨侵蚀力，Ki为土壤可蚀性，LSi为坡长坡度，Ci为地表植被覆盖度。

石漠化敏感性评价方法见公式 （2）：

式中：Si为i评价单元石漠化敏感性指数；Di、Pi、Ci分别为i评价单元内碳酸岩出露面积百分比、地形坡度和植被覆盖度。

2.1 降雨侵蚀力R

降雨侵蚀力因子R反映了降雨引起土壤分离和搬运的动力大小[3]。《指南》推荐使用王万忠等[4]利用降水资料计算的中国100多个城市的R值，采用内插法，用地理信息系统绘制R值分布图。诚然，这种方法对于全国尺度的研究可能有较好的结果，但在更小范围的区域尺度上则不宜使用，需要寻求适合重庆地区的降雨侵蚀力参数。在查阅文献资料基础之上，本研究采用了周伏建等[5]的研究成果，采用适合南方地区的年R值进行计算获取 （公式3）。

式中：R表示年侵蚀力[j·cm/（m2·h）]，Pi为1～12月多年月平均降雨量 （mm）。

Pi数据通过搜集重庆市气象局辖区内雨量观测点资料，利用公式 （3）计算出每个站点的降雨侵蚀力，在ArcGIS中对全市34个站点进行空间插值，从而获取全市降雨侵蚀力空间分布数据。由于获取的降雨侵蚀力数据在空间上是连续分布的，需对其进行再分类 （ReClass）处理。在ArcMap软件中利用自然断点法（Natural Breaks）将降雨侵蚀力分成5个等级，分类标准及等级值见表1。

表1 重庆市降雨侵蚀力等级划分标准Table 1 Grading standard for rainfall erosion force in Chongqing

2.2 土壤可蚀性K

土壤可蚀性是一种十分复杂的土壤特性，它反映土壤在雨滴击溅、径流冲刷或者两者共同作用下，被分散、搬运的难易程度。如果从侵蚀发生过程的基本原理考虑，土壤可蚀性应被看作在单位外营力或侵蚀力作用下，土壤或其剖面发生变化的程度。

《指南》介绍了用雷诺图表示土壤可蚀性K指标的方法。本研究采用通用土壤流失方程 （USLE）求取该指标。计算方法见公式 （4）[6]：

式中：ms为土壤粗砂含量，msilt为土壤粉砂含量，mc为土壤粘粒含量，orgC为有机碳含量。获取的土壤可蚀性数据K要用于下一步的评价需要进行重分类处理 （ReClass）。在ArcMap中同样采用自然断点法（Natural Breaks）将其重分类为5级，即不敏感 （0）、轻度敏感 （0，0.18]、中度敏感 （0.18，0.25]、高度敏感 （0.25，0.29]和极敏感 （＞0.29），并对其敏感程度分别赋予分值为1，3，5，7，9。

2.3 坡度坡长LS

大尺度分析中坡度坡长因子LS的计算比较复杂。本研究应用地形起伏度，即地面一定距离范围内最大高差，代替坡度坡长LS指标。采用的基础数据源于重庆市地理信息中心提供的DEM （数据精度1∶50 000）。分别采用3×3、5×5、7×7、9×9共4种分析窗口计算地形起伏度LS指标。空间分析统计结果表明，7×7分析窗口的评价结果最符合重庆市情况，因此地形起伏度LS的计算基于7×7窗口进行。为便于下一步的评价工作，同样对地形起伏度LS指标按照表2进行重分类处理。

表2 重庆市地形起伏度敏感性分级标准Table 2 Grading standard for terrain rolling sensitivity in Chongqing

2.4 植被覆盖度C

地表植被覆盖是水土流失的一个重要影响因子。本研究基于NDVI（植被归一化指数）获取植被覆盖度C指标。NDVI是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子，被认为是监测区域或全球植被和生态环境变化的有效指标，它是一个无量纲指标，与植被覆盖度之间有着非常紧密的联系，但本质上两者并不完全等同。一般情况下，NDVI值越大，则地表植被覆盖度就越大；NDVI值越小，则地表植被覆盖度也就越小[7]。

因此，通过分析典型样区的NDVI值，实现NDVI值向植被覆盖度的转换。具体步骤如下：（1）选取一定数量完全没有植被覆盖的典型区域 （如建筑密集区等），统计每一区域的NDVI值，将其平均值作为无植被覆盖区域的标准NDVI值，并定义其植被覆盖度为0；（2）通过野外实地调查，选取一系列植被覆盖度非常高的区域 （如原始森林），统计出样本内平均NDVI值，作为植被全覆盖区的标准值，并定义其植被覆盖度为1。至此，获取到两种极端植被覆盖状态下的NDVI值；（3）对介于两者间的地物，按照公式5计算其植被覆盖度[7]。

式中：NDVIveg为完全植被覆盖地表所贡献的信息，NDVIsoil为无植被覆盖地表所贡献的信息。

NDVI数据通过2000年至2010年逐旬MODIS数据计算获取。通过分别计算11年共396旬MODIS数据，求取各旬NDVI值后，再求取平均值并作为全市最终NDVI值，进而求取全市植被覆盖度C数据。按照表3的分级标准同样对其进行重分类处理。

表3 重庆市植被覆盖度分级标准Table 3 Grading standard for vegetation coverage in Chongqing

2.5 碳酸岩出露面积百分比D

碳酸岩出露面积百分比D是指地表一定范围内碳酸岩出露面积的比例，这个数据需要国土或相关部门实地调查或者利用高精遥感数据提取，是一项费时费力的基础工作。理论上讲，在其他同等条件下，碳酸岩分布多的区域其潜在出露的机率也大，两者具有非常强的相关性。因此在碳酸岩出露面积比例数据缺乏的情况下，可以用碳酸岩空间分布数据进行替代。提取出全市碳酸岩空间分布数据，并将其按照100 m×100 m的范围逐个对每个网格进行统计，得到每个网格内碳酸岩分布的面积比，最后利用自然断点法 （Natural Breaks）形成的分级标准 （表4）对其进行重分类处理。

表4 重庆市碳酸岩出露面积比例分级标准Table 4 Grading standard for ratios of carbonate rock distribution area in Chongqing

2.6 地形坡度P

地表坡度是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度 （h）和水平距离 （l）的比叫作坡度 （或叫作坡比）。本研究利用全市1∶50 000 DEM数据提取地表坡度值，然后利用自然断点法 （Natural Breaks）形成的分级标准 （表5）对其进行再分类处理。

表5 重庆市坡度分级标准Table 5 Grading standard for slope in Chongqing

3 结果与分析

3.1 水土流失敏感性评价

根据公式 （1）获取重庆市水土流失敏感性评价结果，见图1。

图1表明，全市水土流失空间分布差异明显，渝东北和渝东南是水土流失最敏感的区域，渝西则是水土流失相对较弱的区域。

图1 重庆市水土流失敏感性评价结果Fig.1 Sensitivity assessment of soil erosion in Chongqing

为进一步分析全市水土流失程度，将全市水土流失敏感性综合评价结果在ArcGIS中按照自然断点法（Natural Breaks）形成的分级标准 （表6）进行敏感性等级分类，结果见图2，统计结果见表7。

表6 重庆市水土流失敏感性评价分级标准Table 6 Grading standard for sensitivity of soil erosion in Chongqing

表7 重庆市水土流失综合评价敏感性等级空间统计Table 7 Spatial statistics for the integrated sensitivity grade of soil erosion in Chongqing

图2 重庆市水土流失敏感性评价等级空间分布Fig.2 Spatial distribution of sensitivity grade of soil erosion in Chongqing

图2显示全市水土流失主要集中在 “不敏感”“轻度敏感”和 “中度敏感”3个等级。表7表明，这3个等级占了全市总面积的71.3%，水土流失最严重的 “极敏感”等级占了全市总面积的12.6%；空间分布上，“极敏感”区主要分布在渝东北的城口、开州和渝东南的秀山、酉阳等区县。

3.2 石漠化敏感性评价

根据公式 （2）获取重庆市石漠化敏感性评价结果 （图3）。图3表明全市石漠化敏感性的空间分布差异同样比较明显，石漠化敏感性主要出现在渝东北和渝东南区域。

为进一步分析全市石漠化敏感性的敏感程度，将石漠化敏感性评价结果在ArcGIS中按照自然断点法（Natural Breaks）形成的分级标准 （表8）进行敏感性等级分类，结果见图4，统计结果见表9。

图4和表9表明，重庆市石漠化主要为 “轻度敏感”，占全市约43%；“高度敏感”和 “极敏感”共占15.4%，空间上主要分布在渝东北的城口、巫溪、巫山和渝东南的彭水、酉阳、秀山等县。

图3 重庆市石漠化敏感性评价结果Fig.3 Assessment of stony desertification sensitivity in Chongqing

图4 重庆市石漠化敏感性评价等级空间分布Fig.4 Spatial distribution of stony desertification sensitivity grade in Chongqing

表8 重庆市石漠化敏感性评价分级标准Table 8 Grading standard for stony desertification sensitivity assessment in Chongqing

表9 重庆市石漠化敏感性评价等级统计结果Table 9 Assessment result of stony desertification sensitivity in Chongqing

4 讨论

（1）各指标参数不能完全拘泥于 《指南》。本研究主要依据国家 《指南》规定的指标和方法开展相关研究工作，但对于其中某些指标的数据处理则未按照 《指南》完全统一。一方面，《指南》在全国生态红线划定中发挥着统一指导的作用，它对数据的总体精度要求相对较低，而且某些指标在全国范围这种尺度上比较合适，但在省级尺度上就显得过粗；另一方面则主要是因为一些参数按照 《指南》的要求无法搜集到。因此研究过程中根据重庆市数据搜集情况，最大程度地对指标进行了精度方面的提升和优化，使其评价结果更接地气，更符合重庆市实际情况。

（2）生态红线划定方法一定程度上要充分考虑管理诉求。客观说来，本项研究一定程度上需要与管理相协调。生态红线要 “科学划定”，这是生态红线立足的前提，因此国家制定了统一的 《指南》来保证其划定的科学性。生态红线划定的最终目标是要实现 “管得住”的要求。因此，生态红线的空间分布及面积比例等需要根据区域实际，在充分调研各方意见的基础上最终确定出来。因而对于科学评价的结果如何灵活运用也是一门艺术，如分级数量及其标准值的界定就需要充分听取管理部门的意见灵活确定，这样才能最大程度地扫清生态红线的管理障碍，形成红线保护的合力。

（3）一些 “点”状、“线”状要素值得考虑。水土流失敏感性和石漠化敏感性均是针对生态红线“面”状保护的需求，但这种 “面”要素并不能完全承载生态保护红线的全部，“点”“线”要素有时候更值得关注。比如河流滨岸带、三峡库区以山脊线为界的生态屏障带等线状要素，一些重要水库周边一定距离缓冲带形成的点状要素等也具备了生态敏感性的内涵，也是值得重点关注的，可适当纳入红线保护范围。

5 结论

本文在国家 《指南》的基础上，通过优化各指标参数，完成了重庆市生态敏感性评价方法的研究。研究结果得到了各部门的充分认可，对于全市生态红线的划定具有重要支撑作用。主要结论如下：

（1）重庆市水土流失空间分布差异明显。渝东北和渝东南是全市水土流失最敏感的区域，渝西则是水土流失相对较弱的区域。全市水土流失主要集中在 “不敏感”“轻度敏感”和 “中度敏感”3个等级，共占全市总面积的71.3%；水土流失最严重的 “极敏感”区占全市12.6%，空间上主要分布在渝东北的城口、开州和渝东南的秀山、酉阳等区县。

（2）重庆市石漠化敏感性空间分布差异同样较明显。渝东北和渝东南同样是全市石漠化敏感性的重要分布区域。重庆市石漠化主要为 “轻度敏感”，占全市约43%；“高度敏感”和 “极敏感”共占15.4%，空间上主要分布在渝东北的城口、巫溪、巫山和渝东南的彭水、酉阳、秀山等区县。

（3）重庆市生态红线保护的重点区域是渝东北、渝东南。水土流失敏感性和石漠化敏感性分析结果均表明渝东北、渝东南是全市生态环境敏感性分布的主要区域，在水源涵养、土壤保持及生物多样性维护等方面承担了更多的生态功能，应是全市生态红线划定的重点区域。

[1]王一志.浅谈水土流失与土壤侵蚀及其有关概念的界定[J].工程科技，2016（3）：256.

[2]王世杰，李阳兵，李瑞玲.喀斯特石漠化的形成背景、演化与治理[J].第四纪研究，2003，23（6）：657-666.

[3]吴昌广，林德生，周志翔，等.三峡库区降水量的空间插值方法及时空分布[J].长江流域资源与环境，2010，19（7）：752-758.

[4]王万忠，焦菊英.中国的土壤侵蚀因子定量评价研究[J].水土保持通报，1996，16（5）：1-20.

[5]周伏建，陈明华，林福兴，等.福建省降雨侵蚀力指标R值[J].水土保持学报，1995，9（1）：13-18.

[6]胡胜，曹明明，刘琪，等.不同视角下InVEST模型的土壤保持功能对比[J].地理研究，2014，33（12）：2393-2406.

[7]杨春华，雷波，王业春，等.基于TM的重庆市主城区热岛效应及其影响因子分析[J].应用基础与工程科学学报，2014，22（2）：227-238.

责任编辑：肖 萍

Evaluation Method of Eco-environment Sensitivity in Chongqing

YANG Chunhua1*,LEI Bo1,LI Jian2,ZHENG Li1,LIU Jianhui1,ZHU Kangwen1
（1.Chongqing Academy of Environmental Science,Chongqing 401147,China;2.Chongqing Municipal Environmental Protection Bureau,Chongqing 401147,China）

In May,2015,to guide the national delineation of ecological redline,Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China published the Technical Guideline for Delineation of Ecological Red Line (hereinafter referred to as Guideline.This paper attempts to interpret the content of ecological sensitivity evaluation in the Guideline.In accordance with data accuracy and data acquisition,some indicators are optimized to make the results more accordant with the actual situation in Chongqing.Based on the actual situation,the evaluation results, combined with management requirements,are applied flexibly.The application results are fully recognized by all departments.And the application results are also strongly supportive to the delineation of ecological red line in Chongqing.

ecological protection red line;ecological sensitivity;Chongqing

X171.1

：A

：2096-2347（2017）02-0019-09

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.02.03

2017-04-09

重庆市环境保护局重大科技项目 “重庆市生态功能红线划定”

杨春华 （1979-），男，重庆忠县人，高级工程师，主要从事RS与GIS在生态环境保护中的应用研究。E-mail：Yang-chh@163.com