基于GIS的金庭镇生态敏感性评价

王婧妍 杨棠武* 赵 晖 陈佳秋 安树青,2

(1 南京大学常熟生态研究院（南大（常熟）研究院有限公司），江苏 苏州 215500；2 南京大学生命科学学院，江苏 南京 210023)

太湖是太湖流域及长三角的水源生命湖和生态调节平衡池，西山岛是太湖中最大的岛屿，关乎太湖生态系统健康安全的关键节点。太湖生态岛涵盖了金庭镇域范围的西山岛等27个太湖岛屿和水域，金庭镇的水环境综合整治将遵循《太湖生态岛发展规划》“坚持生态优先、绿色发展，不以牺牲环境为代价”的基本原则，打赢污染防治攻坚战。为谋求经济发展并落实生态环境保护，在制定区域保护规划、开发强度等科学决策时，可开展生态敏感性的分析评价（王延博等, 2021）。生态敏感性是指生态系统对外界干扰和环境变化响应的强弱程度（欧阳志云等, 2000），生态敏感性较高的区域生态系统较为脆弱，受外界影响时易失衡且自我恢复难度较大，进而引发其他生态环境问题，区域开发利用需更加谨慎。

生态敏感性的研究尺度从国家流域到市县范围均有涉及，有针对单一生态环境问题的研究，也有针对多项生态敏感因子的评价。评价指标的选取、分类标准、指标权重等尚无统一标准，针对特定的研究区域、不同的研究侧重点构建的评价体系具有特殊性（Boori et al., 2022; 赵欣等, 2022; 宋沛林等, 2023）。本文根据金庭镇地区的特点及现状条件，初步开展其生态敏感性研究，为金庭镇的水环境治理工程规划以及生态岛的建设提供参考。

1 研究区概况与研究数据

1.1 研究区概况

金庭镇（31°31′24″—31°11′24″N，120°10′42″—120°21′54″E）俗称洞庭西山，位于苏州市吴中区西部，地处太湖之中，四面环水，距苏州城区35 km。属典型的亚热带季风气候，受太湖水体调节，气候温和湿润，四季分明，雨量充沛，季风特征明显，无霜期长。金庭镇总面积为82.36 km2，分布标高1.5～336.6 m，有大小山峰41座，最高峰缥缈峰海拔336.6 m（图1）。金庭镇圩区片地形平坦，水力坡降小，水流速度缓慢；西山风景区为山区地形，降雨时水流速度快，流量大。

图1 金庭镇高程分布图Fig.1 Digital Elevation Map of Jinting Town

1.2 数据收集及处理

基础地形数据使用金庭镇1:5 000地形图，利用ArcGIS10.8软件生成数字高程模型后，分析可得坡度、地形起伏度等所需信息。遥感影像数据用于获取植被覆盖度及主要水系分布信息。收集的遥感影像数据为2022年10月10日的Sentinel-2A卫星影像（https://www.sentinel-hub.com/），云量1.5%，选择的Level-2A主要为经过大气校正的大气底层反射率数据（奚雪等, 2020）。Sentinel-2A卫星系统搭载有多光谱传感器，可展开可见光、近红外、短波红外、红边等13个波段的监测，对植被分辨具有巨大优势（王景发等, 2021）。利用波段运算可得到归一化植被指数NDVI（Marino, 2022），以及归一化差异水体指数NDWI，用于分析植被覆盖度及主要水系距离。基于NDWI数据，利用欧氏距离功能可获得距主要水系的距离（邹萍秀等, 2022）。

2 研究方法与因子提取

2.1 构建生态敏感性评价指标体系

通过资料查阅（王雨村等, 2015; 陈诚等,2009）及专家咨询，考虑数据的易获取性与可操作性（鲁敏等, 2022），基于研究区地形因子、植被覆盖情况、水系分布情况等自然条件，选取高程、坡度、地形起伏度、植被覆盖度以及主要水系距离5项指标构建评价体系，对金庭镇生态敏感性程度进行综合评价。

2.2 确定评价指标赋分及权重

参考相关文献资料（刘澜等, 2018; 李霞等,2019），经过专家咨询，制定各指标因子的评价标准及赋分（表1）。研究区的地形分布显示：大部分区域土地平坦，西北部区域地势较高，东北部矿坑区域高程较低，较高及较低的高程对应生态敏感程度较高，平坦区域的生态敏感性相对较低。同时，山地区域坡度较陡，参照水土保持要求，25°以上陡坡区域需采取水土保持措施防止造成水土流失，因此，将坡度大于25°的区域定义为生态敏感程度较高区域。地形起伏较大的区域生态敏感程度相对较高。

表1 生态敏感性评价因子及分级标准Table 1 Evaluation index and classification criteria of ecological sensitivity assessment

遥感图显示研究区森林绿地资源丰富，大部分区域覆盖植被，植被覆盖率高的区域生态敏感性等级较高。研究区水系众多，有百余条溪流河道，但现场勘察发现很多支流长度较短，属坑塘水面。通过NDWI提取水域后参照规划等筛选主要水系，通过计算与主要水体的距离进行水体缓冲敏感性分析，距主要水系距离越近，生态敏感性等级越高。

参考区域相关资料以及过往研究，植被覆盖度与主要水系距离的权重相对较高，为0.3；地形因子中高程与地形起伏度权重为0.1，坡度的权重相对较高，为0.2。通过多因子加权叠加可得金庭镇生态敏感性综合评价结果。

3 结果与分析

3.1 单因子敏感性评价与分析

3.1.1 地形因子敏感性分析 金庭镇高程、坡度以及地形起伏度敏感性评价，结果如图2a、2b、2c所示。山体区域高程较高，坡度较陡，地形起伏度较大，敏感程度较高。东北部矿坑区域高程较低，坡度也较陡，敏感性程度也相对较高。其他区域地势较为平坦，地形因子评价属低敏感区域。

图2 各评价因子生态敏感性评价Fig. 2 Evaluation results based on each index factor

3.1.2 植被覆盖敏感性分析 金庭镇森林资源丰富，山体区域多为生态林及茶果林，近年来开展了山水林田湖草系统治理，植被覆盖率进一步得到提升。NDVI单因子分析显示，金庭镇植被茂密、长势较好，计算得出金庭镇植被覆盖生态敏感性程度较高，极高敏感以及高敏感区域占比可达74%（图2d）。城镇区域植被覆盖度相对较低，多属低敏感区域。

3.1.3 水系分布敏感性分析 金庭镇水系众多，山区分布有多条泄洪沟且坡度相对较陡，存在一定的水土流失风险；但由于存在较多短小河流、断头浜等状况，此次研究水系分布仅利用主要水系进行计算。排除短小支流筛出主要水系后，可利用欧氏距离计算得到基于主要水系距离的生态敏感性程度（图2e）。主要水系多位于圩区、山麓区域及环太湖区域，水系周边区域生态敏感性程度较高，极高敏感及高敏感区域占比为29.9%。

3.2 综合敏感性分析

通过多因子加权叠加，计算可得金庭镇综合生态敏感性评价（图3，表2）：1）极高敏感区及高敏感区面积占比约35.52%，主要分布在西北部分西山风景区及东南部分石公片区域。西山地势较高、坡度较陡、起伏较大，且植被覆盖度高；石公山区域地势略有起伏，植被茂密。这些区域对开发建设极为敏感，过度的人为干扰可能对此区域生态系统带来严重破坏。

表2 金庭镇综合生态敏感性评价统计结果Table 2 Comprehensive ecological sensitivity assessment results

图3 金庭镇综合生态敏感性评价图Fig. 3 Comprehensive ecological sensitivity assessment of Jinting Town

2）中低敏感区域面积占比约54.27%，多分布在圩区及城镇区域，地势平坦起伏较低，植被覆盖相对较低，可以考虑在生态环境保护的前提下进行适当开发建设。

4 讨论

金庭镇山体区域生态敏感性最高，该片区域生态系统较为脆弱，应做好生态保护、保育工作，减小开发力度，引导推进退耕还林工作，避免对山体区域造成过大的压力，以自然恢复为主，辅以较低程度的人工措施推进生态系统的修复与保护。与此同时，圩区及城镇区域敏感性较低，这意味着在这些区域进行人类活动和开发的潜在影响相对较小。考虑到该区域存在诸如水系连通性弱、河流水质未达标等问题，需采取相应的水环境治理措施，推动圩区河道治理、强化城镇污水处理，因地制宜地开展河道疏浚、河道驳岸生态化改造、水生态修复等工程措施。

由于目前仅能获取地形数据及遥感影像数据，本文未对土地利用情况、道路分布、种质资源保护区分布、风景名胜区分布等其他可能影响生态敏感性的因子进行研究分析；此外，未能在此次评价中进行金庭镇生态敏感性在不同时间跨度内的变化情况分析，未来可对此进行深入探讨。

5 结论与建议

本文基于GIS针对金庭镇进行了生态敏感性综合评价，通过地形因子、植被覆盖及水系分布等自然条件分析，设置高程、坡度、地形起伏度、NDVI、主要水系距离5项指标，建立生态敏感性评价指标体系，计算分析各单因子敏感性评价，通过加权叠加得到金庭镇综合生态敏感性评价。结果表明：极高敏感区及高敏感区占比约35.52%，主要分布在山区；中低敏感区域占比约54.27%，多分布在圩区及城镇区域。

根据生态敏感性分布情况，提出以下区域治理措施：1）山区等地势较高、坡度较陡、地形起伏程度大且植被覆盖率高的区域生态敏感性较高，应做好生态保护保育工作，减小开发力度，通过较小力度的人工措施辅助生态系统的自然修复；2）圩区、城镇等地势平坦、植被覆盖率相对较低的区域多为中低敏感区，可开展一定的建设工程，推动圩区河道治理、强化城镇污水处理，因地制宜地开展河道疏浚、岸坡整治、水生态修复等建设。