基于空間距離指數(shù)的衡陽(yáng)縣生態(tài)敏感性綜合評(píng)價(jià)及時(shí)空演變分析

駱宇傲，唐麗玄，呂梓陽(yáng)

（南華大學(xué)松霖建筑與設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001）

隨著城市化進(jìn)程的加快和人口規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境問題日益突出。生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)是一種定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)干擾的敏感程度的方法，對(duì)于科學(xué)地進(jìn)行生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。衡陽(yáng)縣隸屬于湖南省衡陽(yáng)市，位于衡陽(yáng)市西北部，地處湘江中游。衡陽(yáng)縣是一個(gè)山區(qū)縣，也是一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)縣，擁有豐富的自然資源和優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人口的增加，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快，大量的廢水和垃圾排放對(duì)當(dāng)?shù)氐乃?、土壤和空氣造成?yán)重污染。這不僅影響當(dāng)?shù)鼐用窠】岛蜕a(chǎn)生活，也破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)，使得很多動(dòng)植物失去棲息地。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式單一和過(guò)度使用化肥農(nóng)藥使得土地退化嚴(yán)重，同時(shí)給當(dāng)?shù)厮磶?lái)污染風(fēng)險(xiǎn)。亂砍濫伐和非法采礦等行為導(dǎo)致大面積森林破壞，破壞生態(tài)平衡，使得當(dāng)?shù)厮亮魇Ц訃?yán)重，增加災(zāi)害發(fā)生率。因此，有必要開展區(qū)域生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)[1-2]。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，衡陽(yáng)縣礦產(chǎn)資源開采規(guī)模擴(kuò)大，山體被挖得千瘡百孔，水土流失、風(fēng)沙侵襲等問題令當(dāng)?shù)鼐用窨嗖豢把?，?yán)重影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)。本文以衡陽(yáng)縣為研究區(qū)，開展生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，從土地荒漠化、水土流失、滑坡災(zāi)害和凍融侵蝕四個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)2000—2020年各生態(tài)敏感程度的面積變化，分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境的總體變化。研究數(shù)據(jù)主要有4 個(gè)來(lái)源。一是衡陽(yáng)縣地圖數(shù)據(jù)，包括衡陽(yáng)縣的邊界數(shù)據(jù)、土地利用和覆蓋數(shù)據(jù)、植被覆蓋數(shù)據(jù)、水資源數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心。二是氣象數(shù)據(jù)，包括歷史氣象數(shù)據(jù)和未來(lái)氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。歷史氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，未來(lái)氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)模型模擬獲取。三是經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)，包括衡陽(yáng)縣的人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)衡陽(yáng)縣統(tǒng)計(jì)局獲取。四是環(huán)境數(shù)據(jù)，如水質(zhì)數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)通過(guò)衡陽(yáng)市生態(tài)環(huán)境局衡陽(yáng)縣分局獲取。數(shù)據(jù)需要進(jìn)行清洗和預(yù)處理，確保準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，數(shù)據(jù)需要進(jìn)行時(shí)空分析，以便明確時(shí)空演變特征。其間，根據(jù)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，得出綜合生態(tài)敏感性指數(shù)。

2 研究方法

2.1 土地荒漠化敏感性指數(shù)

土地荒漠化是干旱天氣、人類活動(dòng)等因素綜合作用的結(jié)果。衡陽(yáng)縣沙漠化土地面積較大，占可利用土地的18.5%。為了明確土地荒漠化敏感性指數(shù)（LDSI），利用歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)，采用式（1）近似計(jì)算植被覆蓋度。

式中：VFC為植被覆蓋度；NDVI為所求像元?dú)w一化植被指數(shù)；NDVImax和NDVImin分別表示研究區(qū)歸一化植被指數(shù)的最大值和最小值。

2.2 水土流失敏感性指數(shù)

水土流失敏感性指數(shù)（SESI）是用來(lái)評(píng)價(jià)區(qū)域水土流失易發(fā)性的綜合指標(biāo)，通常由多個(gè)評(píng)價(jià)因子組成，包括降雨、坡度、土壤類型、植被覆蓋度等。這些因子對(duì)水土流失的影響不同，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)重分配。一般來(lái)說(shuō)，權(quán)重分配需要結(jié)合實(shí)地調(diào)查和專家判斷，較為科學(xué)可靠的方法是層次分析法（定量分析）。研究區(qū)不同土地利用類型的人工措施因子權(quán)重（P值）如表1所示。通過(guò)對(duì)各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重分配，根據(jù)式（2）計(jì)算每個(gè)區(qū)域的水土流失敏感性指數(shù)。指數(shù)越高，說(shuō)明該區(qū)域的水土流失風(fēng)險(xiǎn)越大。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將不同區(qū)域的指數(shù)進(jìn)行比較分析，以確定重點(diǎn)防治區(qū)，采取相應(yīng)的防治措施。

表1 研究區(qū)不同土地利用類型的P 值

式中：R為降水侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；LS為坡度坡長(zhǎng)因子；C為地表覆蓋因子；P為人工措施因子。

2.3 滑坡災(zāi)害敏感性指數(shù)

采用層次分析法，綜合考慮坡度、高程、土地利用類型、年均降水量、植被覆蓋和人類活動(dòng)六個(gè)因素對(duì)滑坡災(zāi)害敏感性的影響。通過(guò)計(jì)算滑坡災(zāi)害敏感性指數(shù)（LSI），評(píng)價(jià)不同區(qū)域的滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度。本研究結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)置這些因子的權(quán)重。坡度權(quán)重取0.1，高程權(quán)重取0.2，土地利用類型權(quán)重取0.3，年均降水量權(quán)重取0.1，植被覆蓋權(quán)重取0.1，人類活動(dòng)權(quán)重取0.2。層次分析法可以將不同因素的影響程度進(jìn)行比較和權(quán)重分配，最終得出每個(gè)區(qū)域的滑坡災(zāi)害敏感性指數(shù)。指數(shù)越高，該區(qū)域滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大。

2.4 凍融侵蝕敏感性指數(shù)

凍融侵蝕是指溫度變化導(dǎo)致土壤或巖石中的水分發(fā)生結(jié)冰和融化，從而引起體積的擴(kuò)大和收縮，導(dǎo)致土壤或者巖石的機(jī)械破壞。這種破壞過(guò)程可能會(huì)使土壤或巖石表面形成裂縫、凸起、坑洞等地貌形態(tài)，在重力等作用下被搬運(yùn)和改變位置。

2.5 綜合生態(tài)敏感性指數(shù)

生態(tài)環(huán)境受到多種因素的影響，單一評(píng)價(jià)指標(biāo)難以全面反映各因素對(duì)區(qū)域的影響，因此要采用綜合評(píng)價(jià)方法來(lái)更加準(zhǔn)確地評(píng)估生態(tài)環(huán)境狀況。綜合不同的評(píng)價(jià)因素，通過(guò)式（3）計(jì)算可以得到綜合生態(tài)敏感性指數(shù)（CISI）。它可以反映不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境的脆弱程度。該指數(shù)越小，生態(tài)敏感性越高，生態(tài)環(huán)境越脆弱[3-5]。

式中：LDSI為土地荒漠化敏感性指數(shù)；SESI為水土流失敏感性指數(shù)；LSI為滑坡災(zāi)害敏感性指數(shù)；FESI為凍融侵蝕敏感性指數(shù)；LDSImax、SESImax、LSImax、FESImax分別表示4 個(gè)指數(shù)的最大值。

3 結(jié)果與分析

3.1 單指標(biāo)生態(tài)敏感性時(shí)空演變特征

研究區(qū)土地荒漠化敏感性由邊緣向中心遞減，最大值出現(xiàn)在衡陽(yáng)縣東北部和西南部，最小值出現(xiàn)在中心區(qū)域，2000—2020年逐漸遞增。水土流失程度較低，重度和極度敏感區(qū)分布在界牌鎮(zhèn)、岣嶁鄉(xiāng)和井頭鎮(zhèn)等地。整體上升幅度不大，但界牌鎮(zhèn)和岣嶁鄉(xiāng)等重度和極度敏感區(qū)敏感性降低，杉橋鎮(zhèn)有所增強(qiáng)?；聻?zāi)害敏感區(qū)主要集中在衡陽(yáng)縣西南部和西北部，2000—2020年逐漸下降。凍融侵蝕極度和重度敏感區(qū)主要分布在界牌鎮(zhèn)和井頭鎮(zhèn)附近，中部地區(qū)較低或不敏感。2000—2020年平均值逐漸下降，但下降程度較低，大部分地區(qū)凍融侵蝕敏感性有所下降。

3.2 綜合生態(tài)敏感性時(shí)空演變特征

衡陽(yáng)縣綜合生態(tài)敏感性在空間上呈現(xiàn)出由邊緣向中心遞減的趨勢(shì)。其中，幕阜山地區(qū)的生態(tài)敏感性較高，而極度敏感區(qū)主要分布在西南地區(qū)和東北地區(qū)。不敏感區(qū)集中在衡陽(yáng)縣中心城區(qū)及周圍區(qū)域。綜合生態(tài)敏感性指數(shù)先下降后增加，生態(tài)環(huán)境整體呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。2000—2020年，衡陽(yáng)縣各生態(tài)敏感性等級(jí)的面積如表2所示。

表2 各年各敏感性等級(jí)面積

3.3 小結(jié)

衡陽(yáng)縣的綜合生態(tài)敏感性評(píng)估結(jié)果為輕度敏感，生態(tài)敏感性自邊緣向中心城區(qū)遞減。低敏感區(qū)域管控應(yīng)遵守“統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)監(jiān)測(cè)”的原則，高敏感聚集區(qū)應(yīng)劃分為嚴(yán)格保護(hù)區(qū)。本文選取土地荒漠化、水土流失、滑坡災(zāi)害和凍融侵蝕進(jìn)行衡陽(yáng)縣的綜合生態(tài)敏感性評(píng)估。評(píng)價(jià)不同因素對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響時(shí)，各種評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性和可靠性存在差異，需要在實(shí)踐中持續(xù)完善和驗(yàn)證。此外，研究尺度較小，可能無(wú)法覆蓋區(qū)域內(nèi)所有生態(tài)環(huán)境變化的因素，也無(wú)法全面反映生態(tài)環(huán)境變化的整體情況。因此，今后應(yīng)進(jìn)一步完善各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)估方法，提高評(píng)估結(jié)果的可靠性和精度。另外，還需要在更大的空間尺度上進(jìn)行研究，以全面反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境，并綜合考慮不同因素的相互作用，使得研究結(jié)果更具科學(xué)性。

4 結(jié)論

2000—2020年，衡陽(yáng)縣的綜合生態(tài)敏感性有所上升，相比2000年，2020年重度敏感區(qū)域明顯增多。其間，土地荒漠化無(wú)明顯變化區(qū)域最多，分布在集兵鎮(zhèn)、岣嶁鄉(xiāng)、金溪鎮(zhèn)；水土流失程度較低，重度和極度敏感區(qū)分布在界牌鎮(zhèn)、岣嶁鄉(xiāng)和井頭鎮(zhèn)等地；滑坡災(zāi)害敏感區(qū)主要集中在衡陽(yáng)縣西南部和西北部，面積逐漸下降。凍融侵蝕敏感區(qū)主要分布在長(zhǎng)安鄉(xiāng)、演陂鎮(zhèn)、板市鄉(xiāng)等地，庫(kù)宗橋鎮(zhèn)、金蘭鎮(zhèn)出現(xiàn)明顯減少。未來(lái)，衡陽(yáng)縣應(yīng)更加注重可持續(xù)發(fā)展，切實(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。