摘 要： 作者應(yīng)用3S技術(shù)對(duì)廣西邊境地區(qū)8個(gè)縣市區(qū)的TM影像進(jìn)行解譯分類及統(tǒng)計(jì)，以DEM為源數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度分析生成坡度專題圖，并對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)單元的影像分類結(jié)果進(jìn)行采點(diǎn)抽樣檢查，確定了廣西邊境地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)因子和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過評(píng)價(jià)得出那坡縣、龍州縣、憑祥市、東興市、防城區(qū)為中度脆弱區(qū)，靖西縣、寧明縣為重度脆弱區(qū)，大新縣為極度脆弱區(qū)的結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞： 廣西邊境地區(qū) 生態(tài)環(huán)境脆弱性 AHP 3S
　　
　　隨著廣西邊境地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口基數(shù)的不斷攀升，其生態(tài)環(huán)境的壓力進(jìn)一步加大，生態(tài)環(huán)境的自我修復(fù)及承載能力逐年下降，制約了該區(qū)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。對(duì)該區(qū)域進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)研究，可揭示該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱因子，準(zhǔn)確把握該區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱程度。因此，對(duì)廣西邊境地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使該區(qū)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)兩者之間找到平衡點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)廣西邊境地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展和邊疆地區(qū)的安寧與穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　1.研究區(qū)概況
　　廣西邊境地區(qū)指廣西與越南接壤的8個(gè)縣市區(qū)（那坡縣、靖西縣、大新縣、龍州縣、寧明縣、憑祥市、東興市、防城區(qū)），其地理位置為21°32′48″—22°23′30″N，105°32′34″—108°1′30″E，位于廣西西南部，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。研究區(qū)總面積為18036.8km2，該區(qū)山地多，平地少，喀斯特地貌廣布，成土慢、土層薄、植被生長(zhǎng)緩慢且群落結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。該區(qū)總?cè)丝?51.46萬(wàn)，其中農(nóng)業(yè)人口占199.65萬(wàn)，農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诘?9.4%，該區(qū)以農(nóng)業(yè)為主，對(duì)土地的依賴度高，且宜耕地資源不足，人均耕地面積少，石漠化較嚴(yán)重，抗自然災(zāi)害能力低，生態(tài)環(huán)境壓力大，生態(tài)環(huán)境脆弱性明顯。
　　2.研究方法
　　2.1數(shù)據(jù)來(lái)源
　　本研究的數(shù)據(jù)來(lái)源包括：各縣市區(qū)1：5萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)，國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)提供的LandSat7ETM影像數(shù)據(jù)與GDEM數(shù)據(jù)、廣西統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，各縣市區(qū)的統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，等等。
　　2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)的選定與指標(biāo)體系的建立
　　廣西邊境地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)是根據(jù)選定的指標(biāo)因子，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)的方法評(píng)定該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度。由于該區(qū)域內(nèi)部的生態(tài)類型復(fù)雜多樣，生態(tài)環(huán)境脆弱性的主導(dǎo)因子亦各不相同，生態(tài)環(huán)境脆弱性特征不盡相同，所選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)就有所不同，因此生態(tài)環(huán)境脆弱度的評(píng)價(jià)，需要根據(jù)區(qū)域特征和主要脆弱性因子，兼顧可操作性，選取關(guān)鍵性因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)因子，再通過專家咨詢、權(quán)重判讀、遙感影像解譯、GIS分析等方法給各指標(biāo)屬性賦值，然后運(yùn)用層次分析法、加權(quán)平均綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)每個(gè)研究單元的生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，制訂適合本研究區(qū)域的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)體系是科學(xué)評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境脆弱性的基礎(chǔ)。我們從研究區(qū)的自然、人文兩方面因素出發(fā)，選擇坡度、森林覆蓋率、降水量、石漠化程度、農(nóng)業(yè)人口密度、人均耕地面積、恩格爾系數(shù)7項(xiàng)因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)因子，并構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。
　　2.2.1自然指標(biāo)因子。
　　2.2.1.1坡度。在山地丘陵地區(qū)，坡度是影響環(huán)境脆弱度的重要因素之一。隨著坡度的增大，坡面上的土壤穩(wěn)定性降低，降水時(shí)，坡面徑流加快，水土流失加劇。當(dāng)坡度增大到一定程度時(shí)，很難形成連續(xù)的土壤植被。我國(guó)1991年頒布的《中華人民共和國(guó)水土保持法》規(guī)定：禁止在25°以上陡坡地開墾種植農(nóng)作物。因此我們選擇坡度≥25°的坡地面積比率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。這一數(shù)據(jù)主要利用ARCGIS中的3DAnalyst模塊對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)單元的DEM進(jìn)行坡度計(jì)算分析，然后統(tǒng)計(jì)出坡度≥25°的坡地面積比率。
　　2.2.1.2森林覆蓋率。植被在維系生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)平衡中具有重要作用：一方面有涵養(yǎng)水源作用，保證有限的水資源得以利用，另一方面可以降低土壤侵蝕強(qiáng)度，加速風(fēng)化成土過程。由于廣西邊境大部地區(qū)屬喀斯特地貌，是雙層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，難以截留降水，成土慢、土層薄、土被不連續(xù)等因素，植被生長(zhǎng)緩慢，適生樹種少，群落結(jié)構(gòu)亦簡(jiǎn)單，本地區(qū)植被覆蓋率較低。一旦森林覆蓋率低，生態(tài)系統(tǒng)抵御外界的干擾和自我調(diào)控及恢復(fù)能力將降低［１］，森林覆蓋率與生態(tài)環(huán)境脆弱強(qiáng)度有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此選擇森林覆蓋率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。森林覆蓋率的數(shù)據(jù)主要使用ERDAS IMAGINE軟件對(duì)研究區(qū)的TM影像進(jìn)行解譯分類，并利用GPS技術(shù)的RTK儀器到實(shí)地采點(diǎn)抽樣檢核解譯分類結(jié)果的準(zhǔn)確度。
　　2.2.1.3降水量。水主要通過降水量、降水穩(wěn)定性、蒸發(fā)與降水關(guān)系對(duì)環(huán)境的影響、徑流變率等因素影響生態(tài)環(huán)境的脆弱度。為了操作方便、簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)工作，堅(jiān)持重點(diǎn)性、可比性、可操作性原則，本文選擇各縣氣象局的降水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)。
　　2.2.1.4石漠化程度。石漠化是指巖溶石山區(qū)巖石裸露，具有類似荒漠景觀的土地退化過程。石漠化的加劇，導(dǎo)致土地涵養(yǎng)水源能力下降，人畜飲水困難，可利用耕地面積減少，土壤肥力下降，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低下［２］，石漠化是生態(tài)環(huán)境惡化的標(biāo)志之一。本次評(píng)價(jià)通過遙感影像解譯得出該區(qū)石漠化程度面積比率，根據(jù)石漠化面積比率分為很低、較低、一般、較高、很高五個(gè)等級(jí)，分別賦予不同的分值，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以描述該區(qū)生態(tài)環(huán)境的脆弱度。
　　2.2.2人文指標(biāo)因子。
　　2.2.2.1農(nóng)業(yè)人口密度。農(nóng)業(yè)人口密度指單位面積上的平均農(nóng)業(yè)人口數(shù)。在農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)人口密度可真實(shí)地反映散居在土地上并依賴土地生活的人口密度。在土地生產(chǎn)力相同的前提下，農(nóng)業(yè)人口密度大的地區(qū)，相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境脆弱度就會(huì)加強(qiáng)。
　　2.2.2.2人均耕地面積。廣西邊境地區(qū)宜耕地資源不足，土壤肥力差，人口承載力低。隨著人口增長(zhǎng)，92%以上的農(nóng)業(yè)人口都用柴草作為燃料，導(dǎo)致負(fù)荷壓力過大，長(zhǎng)期的亂砍濫伐和在坡度大于25°的陡坡開荒種糧，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，使該區(qū)的生態(tài)環(huán)境日趨惡化，陷入了“過度開墾—土壤退化—經(jīng)濟(jì)貧困”的惡性循環(huán)。因此，人均耕地面積與脆弱度有很好的負(fù)相關(guān)性。
　　2.2.2.3恩格爾系數(shù)。恩格爾系數(shù)是指食品支出總額占個(gè)人消費(fèi)支出總額的比重。19世紀(jì)德國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家恩格爾根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化得出一個(gè)規(guī)律：一個(gè)家庭收入越少，家庭收入中（或總支出中）用來(lái)購(gòu)買食物的支出所占的比例就越大。恩格爾系數(shù)越大，農(nóng)業(yè)人口對(duì)土地的依賴越大，相應(yīng)的環(huán)境脆弱度也就越高，因此恩格爾系數(shù)是很有說(shuō)服力的評(píng)價(jià)因子之一。
　　2.2.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
　　由于目前對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱度分級(jí)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本次評(píng)價(jià)主要根據(jù)綜合評(píng)價(jià)單元的分值確定每項(xiàng)指標(biāo)的脆弱度等級(jí)，把評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為潛在脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、重度脆弱、極度脆弱五個(gè)脆弱性等級(jí)。各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。
　　2.2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)制作、分析及標(biāo)準(zhǔn)化處理。
　　2.2.4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)制作、分析流程。根據(jù)在評(píng)價(jià)體系中選定的評(píng)價(jià)指標(biāo)因子，制作相關(guān)的森林覆蓋率、坡度、年均降水量、石漠化等專題圖。然后利用GIS的空間分析功能將評(píng)價(jià)因子的專題圖信息和年鑒資料等屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析進(jìn)而得出評(píng)價(jià)結(jié)果。為了使專題圖數(shù)據(jù)之間具有良好的空間重合性，將各專題數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換，采用統(tǒng)一的坐標(biāo)系和投影系統(tǒng)，投影系統(tǒng)為等積割圓錐投影，即采用全國(guó)統(tǒng)一的中央經(jīng)線105°E，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線分別為19°N和41°N，橢球體為KRASOVSKY橢球體。數(shù)據(jù)處理操作步驟見圖1。
　　2.2.4.2評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理
　　根據(jù)DEM提取坡度統(tǒng)計(jì)結(jié)果、影像圖解譯專題統(tǒng)計(jì)圖和相關(guān)屬性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出各評(píng)價(jià)單元的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。見表2。
　　
　　資料來(lái)源：國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)提供的2010年的Landsat-7影像數(shù)據(jù)和30m分辨率的GDEM數(shù)據(jù)、研究區(qū)各縣市區(qū)2010年統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)等。
　　由于指標(biāo)體系中各指標(biāo)采用不同的量綱，這給綜合評(píng)價(jià)帶來(lái)許多困難。為此，需要將不同量綱的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過適當(dāng)?shù)淖儞Q，化為無(wú)量綱的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。我們采用線性比例變換法將各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。其計(jì)算公式及計(jì)算過程如下：
　　先計(jì)算最好最差值
　　最終標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果見表3。
　　2.3評(píng)價(jià)模型的建立
　　2.3.1確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。
　　我們采用層次分析（AHP）法確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，AHP（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱為AHP）法是美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家Thomas L.Satty教授于20世紀(jì)70年代提出的一種系統(tǒng)分析方法［３］，它是把一個(gè)復(fù)雜問題表示為層次結(jié)構(gòu)，通過判斷，對(duì)備選方案的優(yōu)劣進(jìn)行排序。是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的綜合評(píng)判方法，已在國(guó)內(nèi)外社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本次評(píng)價(jià)按照評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定的層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)AHP要求，結(jié)合專家打分，構(gòu)成判斷矩陣，得出評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。賦值結(jié)果見表4。
　　2.3.2使用加權(quán)平均法，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量。
　　根據(jù)評(píng)價(jià)體系具體情況，將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，使用比較常用并且實(shí)用的多指標(biāo)加權(quán)平均綜合評(píng)價(jià)法，求出各評(píng)價(jià)單元的加權(quán)平均值。計(jì)算結(jié)果見表5。
　　2.4基于ArcGIS的等級(jí)劃分
　　采用ArcMap工具，輸入廣西邊境地區(qū)綜合評(píng)價(jià)分值的屬性數(shù)據(jù)，按照加權(quán)平均原則，在ArcCatalog中將存儲(chǔ)綜合評(píng)價(jià)分值的數(shù)據(jù)項(xiàng)，對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行子類劃分，得出廣西邊境地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度分級(jí)圖，見圖2。
　　2.5評(píng)價(jià)結(jié)果分析
　　廣西邊境地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度分級(jí)結(jié)果圖表明：廣西邊境地區(qū)8個(gè)評(píng)價(jià)單元中，潛在脆弱區(qū)0個(gè)，輕度脆弱區(qū)0個(gè)，中度脆弱區(qū)5個(gè)，重度脆弱區(qū)2個(gè)，極度脆弱區(qū)1個(gè)。
　　2.5.1潛在脆弱區(qū)、輕度脆弱區(qū)的缺失，主要是廣西邊境地區(qū)的森林植被條件較差，覆蓋率普遍偏低，該區(qū)的農(nóng)業(yè)人口比重大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，農(nóng)民收入偏低，92%家庭是以柴草作為燃料，恩格爾系數(shù)大，農(nóng)業(yè)人口密度大，人均耕地面積偏低。坡度大于25°的坡地比重大，導(dǎo)致水土流失較嚴(yán)重，石漠化程度較高。因此，潛在脆弱區(qū)、輕度脆弱區(qū)的缺失是符合實(shí)際的。
　　2.5.2中度脆弱區(qū)，包括那坡、龍州、憑祥、東興、防城5個(gè)縣市區(qū)，面積8192km２，占研究區(qū)總面積的45.42%。這5縣市區(qū)在廣西邊境地區(qū)中屬于自然生態(tài)環(huán)境較好的5縣區(qū)，農(nóng)民的人均收入在邊境地區(qū)來(lái)說(shuō)是比較高的，而且森林覆蓋率較高，人均耕地面積雖然偏少，但農(nóng)業(yè)人口密度僅為102人/km２，在廣西邊境地區(qū)屬中等水平。同時(shí)5縣區(qū)的地表起伏較大，坡度大于25°的坡地比重較大，導(dǎo)致土層淺薄，土地生產(chǎn)力低下，對(duì)環(huán)境的潛在危害大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)較慢，屬生態(tài)環(huán)境中度脆弱區(qū)。
　　2.5.3重度脆弱區(qū)，包括靖西、寧明2個(gè)縣，面積7120km２，占總面積的39.38%。這兩縣的成土條件較差，坡度大于25°的坡地比重達(dá)35%，尤其是靖西縣，達(dá)到38%，森林覆蓋率低，只有25.7%，生物多樣性減少，農(nóng)業(yè)人口密度大，靖西縣高達(dá)174人/km２，生態(tài)環(huán)境承載力較大。
　　2.5.4極度脆弱區(qū)，包括大新縣，該縣坡度大于25°的坡地比重達(dá)32%，年均降水量1100mm，水土流失嚴(yán)重，而且森林覆蓋率嚴(yán)重偏低，僅為13.2%，農(nóng)業(yè)人口密度高達(dá)118.174人/km２，坡地的過度墾殖，石漠化加劇，通過對(duì)2003年及2009年該縣的ETM影像進(jìn)行疊置分析發(fā)現(xiàn)該縣石漠化程度在這時(shí)間段呈不斷遞增的態(tài)勢(shì)，因此該縣屬于極度脆弱區(qū)是符合實(shí)際的。
　　3.結(jié)語(yǔ)
　　我們以廣西邊境地區(qū)8個(gè)縣市區(qū)為研究對(duì)象，通過選取影響該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度因子建立生態(tài)環(huán)境脆弱度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用3S技術(shù)對(duì)現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工分析，運(yùn)用層次分析法量化各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，然后應(yīng)用加權(quán)平均法劃分脆弱度等級(jí)，并將結(jié)果在ArcGIS中運(yùn)算體現(xiàn)出來(lái)。利用本次評(píng)價(jià)方法對(duì)該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，劃分為潛在脆弱區(qū)、輕度脆弱區(qū)、中度脆弱區(qū)、重度脆弱區(qū)和極度脆弱區(qū)等5個(gè)等級(jí)。通過利用測(cè)繪儀器RTK進(jìn)行實(shí)地采點(diǎn)抽樣調(diào)查，其結(jié)果基本符合廣西邊境地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱的實(shí)際情況。由此可見，該評(píng)價(jià)方法是合理和可操作的。同時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果可為廣西邊境地區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。
　　
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　　基金項(xiàng)目：廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（合同編號(hào)：桂科自0991276）資助。
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文