江西省南昌市生态敏感性空间分异研究

李 怡 赵小敏 郭 熙 丁 徽 易 丹 匡丽花

(江西农业大学 国土资源与环境学院/江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，南昌 330045)

随着我国社会经济的快速发展，城镇空间不断扩张，人类活动对自然环境的影响日益加深，并由此引发了一系列的生态问题。近年来，生态文明建设被纳入“五位一体”总布局，“像对待生命一样对待生态环境”[1]的理念日渐深入人心。落实生态环境建设和保护成为当前重点，而进行生态敏感性评价是目前较为认可的一种有效方法[2]。生态敏感性是指某地区出现生态问题的可能性和可能程度，以此分析人类活动容易引发的生态后果[3]。生态敏感性评价是对当前自然环境下的潜在生态问题进行辨析，并把各类问题匹配到具体空间区域上的过程[4]。常见的生态问题包括土壤侵蚀、土地沙化、草场退化、水患灾害、物种多样性丧失等。上述生态问题的存在使得土壤侵蚀敏感性、水生态敏感性、生境敏感性等成为生态敏感性评价的主要内容。通过生态敏感性评价，可以清晰地把握区域生态敏感性的空间分异规律，有针对性的指导各地区进行不同程度的开发利用和保护，从而为政府制定相关规划和生态保护策略提供科学依据[5-6]。

国内外对生态敏感性的研究在不断深入，研究领域已从单类生态问题的敏感性分析推进到生态敏感性综合评价[7-12]，涵盖了国家[13-14]、流域[15-16]、省域[17-18]、市县域[9-10]、自然保护区[19]等多种尺度，研究日渐精细；已有成果被应用于生态功能区划[20]、土地利用[21]、规划编制[22]、自然保护区划定[23]、生态保护红线划定[24]等方面，取得了较好的成绩。目前的评价方法以权重法或最大值法为主[25-27]，运用AHP层次分析法、德尔菲法等方法确定指标权重，根据加权求和结果或最大值计算生态敏感性综合指数，依照分级标准评定生态敏感性等级，最终完成生态敏感性评价。既有研究在一定程度上丰富了生态敏感性评价的内涵，使得研究更加立体化，然而在研究方法上多采用AHP法、德尔菲法，在指标权重的确定上具有较强的主观性，本研究拟通过变异系数法[28]确定因素权重以提高研究的客观性和科学性。南昌市隶属江西省，是鄱阳湖生态经济区乃至全省的中心城市。南昌市依山傍水，具有丰富的自然资源和良好的生态环境基础，先后被评为国家园林城市、国家森林城市和水生态文明试点城市。随着2016年江西省被列入国家生态文明试验区，南昌市更加坚定的走上“生态立市，绿色发展”之路，区域生态敏感性分析变得极为重要且愈发迫切。因此，本研究拟以南昌市为研究区域，立足南昌市实际情况，建立单一类型与多类型综合生态敏感性评价相结合的指标体系，以ArcGIS 10.2为平台，采用木桶原理、变异系数法和加权评分模型，对南昌市的生态敏感性进行综合评价，并基于研究结果，分析南昌市生态敏感性的空间分异规律，针对不同等级的生态敏感区提出不同程度的开发利用和保护建议，以期为政府制定国土空间规划和生态保护策略提供科学依据，也为其他相似区域提供实践参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

南昌市位于江西省中北部，赣江与抚河的下游，鄱阳湖平原的西南侧，经纬度范围在115°27′ E～116°35′ E，28°10′ N～29°11′ N，西枕梅岭，赣江穿城而过，西北高东南低，平均海拔仅25 m。南昌市依山傍水，河湖密布，是全国省会城市中水域面积占比最大的城市，水域和林地面积分别占土地总面积的20.75%与13.77%，丰富的水资源和林地资源影响着整个南昌市的生态环境状况。南昌属亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，年平均气温17.0～17.7 ℃，年降雨量1 600～1 700 mm。南昌市下辖3县6区，总面积7 402 km2，2018年南昌市户籍531.88 万人，城镇化率55.38%，地区生产总值达5 274.67 亿元。

1.2 数据来源与整理

研究数据主要包括：1)气象数据源于南昌市及其周边13 个气象站点1981—2010 年的累年日降水量资料，下载自中国科学院资源环境科学数据中心(http:∥www.resdc.cn)；2)土壤数据源于中国科学院南京土壤研究所提供的1∶100 万土壤类型数据；3)DEM(Digital Elevation Model)数据源自地理空间数据云(http:∥www.gscloud.cn)，空间分辨率30 m，用于坡度提取；4)植被覆盖数据提取自2014 年遥感影像解译数据；5)土地利用数据提取自江西省2014 年1∶50万土地利用缩编数据，来源于原江西省国土资源厅，土地利用分类参照《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2007)并结合南昌市现状，划分为耕地、园地、林地、草地、其他农用地、水域和建设用地7 种类型[29]；6)地质灾害数据提取自江西省地质灾害易发性分区图，来源于江西省国土勘测规划院。所有空间数据统一采用Xian_1980_GK_Zone_20坐标系，利用ArcGIS中的网格创建工具生成100 m×100 m格网作为本研究的评价单元，共723 831 个。

2 研究方法与数据处理

2.1 研究方法

2.1.1变异系数法

变异系数法是运用评价指标指数确定权重的客观赋权方法。这种方法以指标取值的差异大小衡量指标权重，可以较好地体现生态敏感性评价结果的空间分异特征，降低主观因素的影响，相较于主观赋权法，其科学性、客观性和可信度均更高[28]。本研究假设各指标的分值变动对生态敏感性的影响程度和幅度是一致的，采用变异系数法确定指标权重，计算公式如下：

(1)

2.1.2木桶原理

在南昌市生态敏感性分析的过程中，可将木桶的最大容量比作生态敏感性的高低，而制约南昌市生态环境的关键因子取决于生态敏感性最高的因子，而非最低的[30]。本研究将木桶原理引入南昌市生境敏感性和水生态敏感性分析过程，以解决多指标评价时指标的综合适用性问题。

2.1.3加权叠加法

采用加权叠加法将各评价单元的4 个一级指标敏感性指数加权求和，求出各评价单元综合生态敏感性指数，能够合理的反映南昌市生态敏感性的综合分异规律。计算公式如下：

(2)

式中：F为综合生态敏感性指数；Wj为j指标权重；Cj为j指标敏感性指数；j为指标个数。

利用自然断点法[21]将南昌市综合生态敏感性指数分为4 级，并绘制南昌市生态敏感性评价结果图。

2.2 数据处理

生态敏感性指标选择应综合考虑研究区的尺度和复杂性[31]，并遵循客观性、相关性、可比性、资料易获取性等指标选取原则。本研究基于南昌市当前存在的水土流失、地质灾害、洪涝灾害等生态问题，以及减少人为干扰、加强生物栖息地保护的生态需求，按照指标选取原则，选取土壤侵蚀、生境、地质灾害和水生态4 个一级指标及包括降雨侵蚀力、土壤质地、坡度等在内的8 个二级指标建立评价指标体系(表1)。考虑到不同地区对不同生态问题的敏感性程度各异，在前人研究的基础上[21]，将各指标的生态敏感性划分为高度敏感、中度敏感、轻度敏感和不敏感4 个等级，分别赋值4、3、2、1。

2.2.1土壤侵蚀敏感性评价

土壤侵蚀是引发土地资源退化、湖库泥沙淤积等现象的主要因素之一，影响了区域生态系统的稳定性。南昌市的土壤侵蚀以水力侵蚀为主，结合南昌市的实际情况并参考相关规程，采用降雨侵蚀力、土壤质地、坡度和植被覆盖度为评价指标[32]。降雨侵蚀力的计算采用周伏建等[33]提出的R值计算公式；土壤质地参考吴克宁等[34]对土壤质地分类的研究，采用卡庆斯基制分类；坡度的分级标准参考李益敏等[36]对星云湖流域的生态敏感性评价；植被覆盖度采用NDVI算法求得。根据各单因子的分级和赋值，基于ArcGIS10.2平台计算土壤侵蚀敏感性指数，公式如下：

(3)

式中：Sj为j评价单元的土壤侵蚀敏感性指数；Ci为第i项指标的敏感性值。

2.2.2生境敏感性评价

生境是指生物栖息繁衍的环境，良好的生境状况有利于生物多样性的保护，推动人与自然和谐相处。生境敏感性主要体现在生物种类丰富度和人类活动对生境的影响程度两方面。结合翟端强等[25]、李益敏等[36]的研究结果，采用自然保护区级别和土地利用类型作为南昌市生境敏感性评价的二级指标并确定分级标准，依据木桶原理[30]计算生境敏感性指数。

2.2.3地质灾害敏感性评价

南昌市属亚热带季风性湿润气候，降雨丰富且集中，夏季多暴雨，在坡度较大的地区易发生山体滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害；同时，受人类工程活动等因素的影响，南昌市部分地区还存在岩溶地面塌陷和采矿地面塌陷等地质灾害。将地质灾害敏感性纳入评价指标体系，有利于规避生态风险，维系生态系统稳定。参考相关文献[21]，选取地灾易发性为二级指标，分级标准见表1。

2.2.4水生态敏感性评价

水体具有蓄洪防旱、调节气候、保护生物多样性等多种生态功能，拥有极高的生态服务价值。南昌市内含两河八湖，水系发达，水域面积达20.75%，加之其气候特征的影响，春、夏两季易发生洪涝灾害。随着人口的增加和城市不断扩张，人类活动对水体的干扰日益强烈，参照参考文献 [21]，选取距水域距离作为二级指标。已有研究[37]表明不同面积的水体对生态环境的影响程度不同。参考昌盛[38]等的研究将面积大于100 hm2的水体划分为大中型水体，其余的划分为小型水体，结合已有研究[21,25]和南昌市实际情况，分别以500和50 m为一级缓冲单元进行缓冲区分析，分级标准见表1，并采用木桶原理[30]计算水生态敏感性指数。

3 结果与分析

3.1 单因子敏感性评价

3.1.1土壤侵蚀敏感性分析

本研究运用协同克里金插值法得到研究区的降雨侵蚀力均高于400 (J·cm)/(m2·h)，自西北向东南成递增趋势，结果见图1(a)。结合南昌市土壤质地空间分布图(图1(b))可知，土壤质地空间分异明显，以重壤为主，主要分布在南昌市的西北部和东南部；其次为粘土和中壤，主要分布在南昌市的中部。基于DEM数据提取研究区坡度，结果见图1(c)，受地形影响，南昌市的坡度仅西北部梅岭山区较大，其余各地均较小。经NDVI算法求得研究区植被覆盖度如图1(d)所示，植被覆盖度在南昌市东部水域和中部城镇村建设区呈低值分布，高值区主要分布在西部和北部。综合分析4 个二级指标得到研究区土壤侵蚀敏感性空间分布结果，如图1(e)所示，南昌市土壤侵蚀敏感性总体不高，以不敏感和轻度敏感为主，面积分别为3 498.20、2 671.79 km2，分别占南昌市总面积的48.59%和37.11%。不敏感区主要分布在地形平坦的东南部土壤质地以重壤为主，稳定性好，不易受侵蚀。轻度敏感区主要分布在南昌市中部，这些地区坡度较小，土壤质地以中壤和粘土为主，稳定性较重壤稍差。中度敏感区主要位于南昌市的东北部和西北部，占南昌市总面积的13.37%，这些地区坡度范围在15°～25°，土壤质地以轻壤为主，稳定性较差，易发生地表径流侵蚀。高度敏感区占比最低，仅占南昌市总面积的0.93%，零散分布于南昌市的西北侧和东南侧，土壤质地主要为砂壤，稳定性差，极易受侵蚀。

图1 土壤侵蚀敏感性分析结果Fig.1 Soil erosion sensitivity analysis results

3.1.2生境敏感性分析

结合南昌市自然保护区分布图(图2(a))可知，自然保护区主要分布在南昌北侧，含国家级和省级2 个级别。分析研究区土地利用现状图(图2(b))可知，土地利用类型主要为耕地，占南昌市总面积的54.25%；其次为水域，达20.75%，主要分布在南昌市东部；林地面积占比达13.77%，主要位于西北侧和东南侧；建设用地主要分布在南昌市中部，比重达10.2%；占比最小的园地和其他农用地零星分布于南昌市域。采用木桶原理综合分析2 个二级指标，得到生境敏感性空间分布结果见图2(c)。生境高度敏感区主要分布在东西两侧，面积达2 686.59 km2，占全市总面积的37.32%。高度敏感区内含有鄱阳湖国家级自然保护区、青岚湖省级自然保护区等，主要的土地利用类型为林地和水域。中度敏感区面积为3 678.68 km2，面积占比达51.10%，散布在整个南昌市范围内，草地和耕地是其主要的用地类型。轻度敏感区和不敏感区仅占南昌市总面积的11.59%，土地利用类型主要为建设用地，物种丰富度最低。

图2 自然保护区级别、土地利用类型和生境敏感性分析结果Fig.2 Natural reserve level,land use type and habitat sensitivity analysis results

3.1.3地质灾害敏感性分析

本研究根据南昌市地质灾害易发性分区数据，绘制南昌市地质灾害敏感性空间分布图，结果见图3。南昌市地质灾害易发区总面积达888.33 km2，占全市总面积的12.34%，分布较集中。其中，高度敏感区面积为103.94 km2，面积占比达1.44%，主要分布在南昌市南侧，属采空塌陷区，地质灾害隐患极大；中度敏感区面积为478.32 km2，面积占比为6.64%，主要分布在南昌市的西北侧和东南角，坡度较大，受外力作用易发生地质灾害；轻度敏感区占比4.25%，主要分布在山区。

图3 地质灾害敏感性分析结果Fig.3 Geological hazard sensitivity analysis results results

3.1.4水生态敏感性分析

本研究采用划分缓冲区的方法分析人类活动对水生态的影响，结果见图4。高度敏感区面积为2 833.65 km2，占全市总面积的39.36%，主要是大中型水体500 m以内的缓冲区和小型水体50 m以内的缓冲区，该范围内生物物种数量丰富，易发生洪涝灾害且极易受人类活动的干扰。中度敏感区面积为828.03 km2，面积占比为11.50%，主要位于距南昌市大中型水体500～1 000 m的缓冲区和小型水体50～100 m的缓冲区范围内；轻度敏感区面积占比仅6.72%，不敏感区面积最大，达3 053.98 km2，占全市总面积的42.42%。

图4 水生态敏感性分析结果Fig.4 Water ecological sensitivity analysis results

表2 南昌市单因子生态敏感性评价结果Table 2 Single ecological sensitivity assessment results of Nanchang

3.2 综合敏感性评价

基于ArcGIS10.2平台，将4 个一级指标的评价结果加权叠加，采用自然断点法将南昌市划分为高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区和不敏感区4 个区域，得到南昌市生态敏感性综合评价结果(图5、表3)。南昌市高度敏感区面积最大，达3 152.68 km2，占全市总面积的43.79%；中度敏感区面积1 048.58 km2，所占比例达14.56%；轻度敏感区面积1 059.82 km2，所占比例达14.72%；不敏感区面积1 938.50 km2，所占比例26.93%。

表3 南昌市生态敏感性分级结果Table 3 Classification results of the ecological sensitivity in Nanchang

图5 南昌市生态敏感性分级结果Fig.5 Classification results of the ecological sensitivity in Nanchang

南昌市综合生态敏感性评价结果空间分异明显。高度敏感区占比最大，分布范围最广，主要分布在南昌市的东部、中部和西北部，林地和水域是其主要的土地利用类型。该范围内河湖密布，含有多个国家级和省级自然保护区，是南昌市物种最丰富的区域；同时，部分地区存在极大的土壤侵蚀、洪涝灾害和地质灾害隐患，稳定性差、极易受人类不合理活动的干扰，一经破坏难以恢复。中度敏感区紧邻高度敏感区分布，对高度敏感区的生态保护起着缓冲过渡的作用。该范围内地形坡度较大，主要在 15°～25°，仍存在较大的土壤侵蚀和地质灾害隐患，受人类不合理活动干扰时较易产生生态问题。轻度敏感区主要分布在中度敏感区的四周以及南昌市的东南角，该范围内的主要用地类型为林地和耕地，坡度主要在6°～15°。不敏感区主要分布在南昌市的中西部，建设用地和耕地是其主要的土地利用类型，人类主要的生产生活区都分布于此。

4 讨论与结论

4.1 讨论

4.1.1评价结果的合理性分析

1)将评价结果与南昌市的实际情况进行对比发现，南昌市极具生态价值的水体、坡度较大的林地、极不稳定的地质灾害高易发区以及物种丰富的自然保护区均划入了高度敏感区范围；远离水体、不受洪涝灾害影响的区域，无地质灾害的区域，非自然保护区等区域都在不敏感区范围内，评价结果与南昌市的现实生态状况相吻合。

2)将评价结果的高度敏感区与江西省生态环境厅公布的南昌市生态保护红线划定成果进行对比分析，结果见图6，本研究结果与生态保护红线划定成果在空间分布上具有一定的相似性。南昌市生态红线的划定主要从水源涵养、水土保持、生物多样性维护和水土流失敏感性4 个角度进行，共划定了1 595.97 km2；本研究除考虑上述生态要素外，还将同人类活动密切相关的水生态敏感性和地质灾害易发性纳入了评价体系，划分出高度敏感区3 152.68 km2，详实的反映了南昌市各地区主要的生态问题，明晰了南昌市生态敏感性的空间分异特征，评价结果细致合理。

图6 评价结果对比分析Fig.6 Comparative analysis of evaluation results

4.1.2生态保护的措施与建议

1)对于高度敏感区，应禁止开发建设活动，采取最严格的生态保护措施，严禁围湖造田、陡坡开荒、滥捕滥伐等行为；应提高森林覆盖率，加强对南昌市西北山区的保护；加强赣江、抚河等流域的堤防建设，疏通河道，积极防治洪涝灾害，加大采空塌陷区的治理力度，从而提高生态系统的稳定性和多样性。

2)对于中度敏感区，应以控制发展为主，妥善处理好开发与保护的关系，严格控制高强度的开发利用活动，加大退耕还林力度和水土流失的治理力度，维护生态系统的整体稳定；结合当地特色可以因地制宜的种植经济林以及发展生态旅游业，推动南昌市的经济发展。

3)对于轻度敏感区和不敏感区，这两类区域生态系统较稳定，对抗外界干扰的能力较强，应大力支持其进行合理的开发建设活动。在农业生产上，应严格保护永久基本农田，在保证耕地数量不减、质量不降的前提下可以适宜的发展生态农业，助推南昌市的绿色发展；在不威胁生态安全的前提下，应当大力发展第二和第三产业，有序的开展各类生产建设活动，提高城镇绿地率，打造生态宜居的人居空间，实现区域的可持续发展。

4.1.3研究的优点与不足

1)本研究以100 m×100 m格网为评价单元，共划分了723 831个，评价单元的大小与研究尺度相适应，能够详实的反映研究区具体情况。基于研究区河湖密布的区域特征，将水生态敏感性纳入评价指标体系，综合考虑自然和人文两方面因素建立了适用于南昌市的指标体系。变异系数法赋权降低了主观因素的干扰，引入木桶原理辨识出影响南昌市生态敏感性的关键因子，有效解决了指标的综合适用性问题。将生态敏感性评价结果与生态保护红线划定成果加以对比，验证了评价结果的合理性与适用性。本研究明晰了南昌市生态敏感性空间分异特征，可为南昌市生态空间管护与国土空间优化配置提供合理依据，对其他相似地区的生态管护实践也具有实践参考意义。

2)受现有研究资料的限制，未能将南昌市存在的酸雨敏感性问题考虑在内，评价指标体系仍有待进一步完善。变异系数法计算权重虽减少了人为干扰，突出了指标值间的差异，但其自身也存在一定弊端，本研究基于各指标的分值变动对生态敏感性的影响幅度一致的前提下运用该方法，后续应对变异系数法自身弊端的破除加以探讨。研究结果也仅能反映南昌市静态的生态敏感性状况，接下来应丰富数据来源，继续收集时间序列数据，不断丰富完善现有研究成果，深入探索南昌市生态敏感性的时空演变规律，从而为南昌市建立长效的生态保护机制提供科学依据，给我国同类型城市的国土空间优化配置提供有力借鉴。

4.2 结论

1)土壤侵蚀以不敏感和轻度敏感为主，高度敏感区和中度敏感区主要分布在南昌市的西北部，与土壤侵蚀现状有很好的对应关系。

2)生境敏感性以高度敏感和中度敏感为主，林地和水域是其土地利用的主要类型；不敏感和轻度敏感区主要集中在南昌市的中部。

3)地质灾害敏感性以不敏感为主，其次是轻度敏感、中度敏感和少量的高度敏感区，在南昌市的西北侧和东南侧呈集中片状分布。

4)水生态敏感性以不敏感为主，高度敏感次之；南昌市的中东部地区河湖密布，高度敏感区主要分布于此；轻度和中度敏感区主要环高度敏感区分布。

5)南昌市综合生态敏感性以高度敏感为主，分布范围广、占比高，主要分布在南昌市的东部、中部以及西北部地区；其次为不敏感区，主要分布在南昌市的中西部地区；中度敏感区和轻度敏感区紧邻高度敏感区呈带状和片状分布。

本研究结果可为南昌市各地区的国土空间开发与优化配置提供合理依据，并为相似地形地貌区的生态文明建设实践提供应用参考。