萬 松，范祝連，鄧 雙，卞阿娜,2★

（1.福建農(nóng)林大學(xué)·園林學(xué)院，福建 福州350002；2.閩南師范大學(xué)·生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州363000）

在當(dāng)今城鎮(zhèn)化的快速推動下，城市空間擴(kuò)張速度隨之加快，生態(tài)環(huán)境問題面臨著巨大的挑戰(zhàn),環(huán)境污染、水土流失、土地荒漠化、熱島效應(yīng)等問題隨之而來[1]。生態(tài)環(huán)境作為人類社會可持續(xù)發(fā)展的必要前提，其問題的解決刻不容緩。生態(tài)環(huán)境敏感性是指區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)面對人類活動干擾以及自然環(huán)境變化所做出的反應(yīng)程度，是該區(qū)域遇到干擾時，其生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)問題的難易程度和可能性大小[2-3]。生態(tài)環(huán)境敏感性評價與分析可以識別出需要重點進(jìn)行生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)的區(qū)域，從而為城市的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)[4]。

目前國內(nèi)外對于生態(tài)環(huán)境敏感性的研究較多。在國外，生態(tài)敏感性研究起步較早，研究的區(qū)域尺度相對較大，研究對象也比較廣泛，但其主要是對單一的生態(tài)敏感性問題進(jìn)行研究[5-6]。國內(nèi)在其研究范圍上涵蓋了多個尺度，不僅對省域[7]、市域[8]、縣域[9]等尺度進(jìn)行研究，還對鄉(xiāng)鎮(zhèn)[10]、自然保護(hù)區(qū)[11]等區(qū)域進(jìn)行了生態(tài)敏感性研究。我國對生態(tài)環(huán)境敏感性的研究實現(xiàn)了從單一性向綜合性的轉(zhuǎn)變，研究的內(nèi)容結(jié)合了多個類型的生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行綜合評價[12]。生態(tài)敏感性研究被廣泛應(yīng)用于多個方面，其中包括了土地利用[13]、生態(tài)空間區(qū)劃[14]、生態(tài)安全格局的構(gòu)建[15]、城市增長邊界的劃定[16]等，并取得了較好的成果。在研究方法上，大多采用多因子加權(quán)疊加法來對其進(jìn)行綜合評價，但在評價指標(biāo)權(quán)重的確定上大多無法消除其所用方法的缺陷：舒波等[17]運用了層次分析法對樂山市進(jìn)行了生態(tài)敏感性評價，這使得因子權(quán)重的確定過于依賴主觀判斷；屈賽等[18]通過G1 法對AHP 進(jìn)行改進(jìn)來確定各因素權(quán)重，對廬山進(jìn)行生態(tài)敏感性評價，但其也受到了較強(qiáng)主觀因素的影響，導(dǎo)致結(jié)果有一定的誤差；李怡等[19]雖然運用變異系數(shù)法實現(xiàn)了指標(biāo)客觀賦權(quán)，對南昌市進(jìn)行了生態(tài)敏感性空間分異研究，但其也存在一定的弊端，缺乏一定的說服力。

閩侯縣作為福州市的山地生態(tài)縣，依山傍水，在2016 年被授予了“國家生態(tài)縣”榮譽稱號，至此閩侯縣力爭做“綠水青山就是金山銀山”的踐行者，故該區(qū)域的生態(tài)敏感性分析變得尤為重要。本研究以閩侯縣為研究區(qū)域，選取了具有特征性的評價因子來構(gòu)建科學(xué)合理的指標(biāo)評價體系。為使評價結(jié)果更加客觀可行，文章采用層次分析法與變異系數(shù)法相結(jié)合來確定評價因子權(quán)重，并結(jié)合評價結(jié)果對閩侯縣制定了生態(tài)環(huán)境保護(hù)和分區(qū)建設(shè)的方案，這為閩侯縣的可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)和參考，同時也為其他相似的山地城市提供借鑒。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

閩侯縣位于福建省福州市西南側(cè)（25°47′—26°36′ N，118°52′—119°25′ E），南鄰福清市，西鄰閩清、永泰縣，東北部與古田、羅源縣相連，總面積為2 136 km2。境內(nèi)地勢起伏大，西北高、東南低，有44 座海拔千米以上的山峰。閩侯縣林地資源優(yōu)越，水系發(fā)達(dá)，有閩江、烏龍江和大漳溪三大流域穿境而過，是“七山一水二分田”的縣。然而隨著城市的發(fā)展，閩侯境內(nèi)局部地區(qū)正面臨著植被破壞、水土流失、水環(huán)境污染等生態(tài)問題。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所涉及的數(shù)據(jù)（高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）以及土地利用）主要包含DEM 數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)，均來自于地理空間數(shù)據(jù)云。DEM 數(shù)據(jù)分辨率為30 m，用于獲取高程、坡度和坡向信息；遙感數(shù)據(jù)為Landsat 8 衛(wèi)星系列的2020 年4 月的30 m 空間分辨率的影像數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正等預(yù)處理，用于獲取研究區(qū)的植被覆蓋指數(shù)信息。土地利用數(shù)據(jù)來源于2020 年全球地表覆蓋數(shù)據(jù)(GlobeLand30)，分辨率為30 m，并通過該數(shù)據(jù)提取出相應(yīng)的水域數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 評價因子的選取與評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)具有開放性、復(fù)雜性和不確定性的特點[20]，研究的區(qū)域不同，其生態(tài)環(huán)境問題也不盡相同。生態(tài)環(huán)境問題一般是自然和人類活動共同作用的結(jié)果[21]。侯志華等[22]選取了坡度、土地利用、植被覆蓋指數(shù)、水體、生態(tài)保護(hù)區(qū)等因子來評價太原市的生態(tài)敏感性；張偉等[23]選取了高程、坡度、植被覆蓋、地質(zhì)災(zāi)害、河流水庫緩沖區(qū)等因子來評價山地城市谷城縣的生態(tài)敏感性。

閩侯縣作為一個典型的山地縣城，其地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，森林資源優(yōu)越，水資源豐富。結(jié)合閩侯縣的特點以及其面臨的環(huán)境問題，文章選取了對閩侯縣生態(tài)環(huán)境影響較大、代表性強(qiáng)的生態(tài)因素：高程、坡度、坡向、水域緩沖區(qū)、植被覆蓋指數(shù)（NDVI）以及土地利用。高程會造成生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)垂直分布現(xiàn)象；坡度影響了地質(zhì)的穩(wěn)定性，水土流失與土壤侵蝕的可易程度與之有關(guān)；坡向決定了坡地接受太陽輻射的強(qiáng)弱，影響植被的生長狀況；水域能夠起到調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)氣候、凈化環(huán)境的作用；植被能夠起到穩(wěn)固水土、凈化大氣的作用，同時也體現(xiàn)了物種多樣性；土地利用反映了人類活動干預(yù)自然環(huán)境所產(chǎn)生的結(jié)果。本研究將各因子敏感程度分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感以及極度敏感5 個等級并對其進(jìn)行賦值。參考相關(guān)研究成果[24-26]，建立起由選取的6 個生態(tài)因子組成的生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 評價指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

2.2.1 層次分析法確定權(quán)重

本方法根據(jù)相關(guān)專家9 分制打分原則，對每兩兩指標(biāo)判斷其相對重要性。用1～9 及其倒數(shù)，按每個敏感因子重要性進(jìn)行打分。然后將打分結(jié)果錄入yaahp軟件，并構(gòu)成各層判斷矩陣，得出判斷矩陣的一致性檢驗結(jié)果（CR=0.0277＜0.10），其一致性檢驗通過，最后得出各要素權(quán)重（表2）。

表2 層次分析法確定因子權(quán)重Tab.2 The factors weight value determined by AHP method

2.2.2 變異系數(shù)法確定權(quán)重

變異系數(shù)法是能夠反映數(shù)據(jù)差異程度的統(tǒng)計量，是一種客觀的賦權(quán)方法。它的原理是通過在評價體系中指標(biāo)取值的差異程度來確定該指標(biāo)的權(quán)重，一個指標(biāo)的變異系數(shù)越大，則其相應(yīng)的權(quán)數(shù)就越大[27]。變異系數(shù)法能夠反映因子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)問題。其公式為：

式（1）中bi表示因子權(quán)重，vi是評價因子的變異系數(shù)，si是評價因子的標(biāo)準(zhǔn)差，xˉ表示因子的平均值，根據(jù)上述公式推算得出權(quán)重(表3)。

表3 變異系數(shù)法確定因子權(quán)重Tab.3 The factors weight value determined by variance method

2.2.3 組合賦權(quán)法確定權(quán)重

層次分析法作為主觀賦權(quán)法，容易造成主觀上的過強(qiáng)偏好，會導(dǎo)致結(jié)果與實際不符；變異系數(shù)法作為客觀賦權(quán)法，其過于依賴實測數(shù)據(jù)，完全擺脫了決策者的經(jīng)驗知識[28-29]。為避免單一方法確定權(quán)重的不足，采用層次分析法以及變異系數(shù)法來共同確定各生態(tài)因子的權(quán)重，削弱專家的主觀偏好，使得出的權(quán)重更加科學(xué)?；谇叭讼嚓P(guān)研究[30-31]，采用乘法合成歸一法對層次分析法和變異系數(shù)法得出的權(quán)重進(jìn)行耦合，其公式為：

式（2）中wi表示組合權(quán)重，ai為層次分析法確定的權(quán)重，bi為變異系數(shù)法確定的權(quán)重，通過上述公式計算得到高程、坡度、坡向、水域、植被覆蓋指數(shù)（NDVI） 以及土地利用這6 個指標(biāo)的權(quán)重分別為0.0512、0.0879、0.0550、0.4515、0.2449、0.1095。

2.3 疊加分析

結(jié)合多個因子用加權(quán)疊加法，利用ArcGIS 10.2將每個因子按照組合賦權(quán)法確定的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)疊加，得到綜合性生態(tài)敏感性的評價結(jié)果，計算公式如下：

式（3）中S 表示敏感性綜合評價值，Wi表示指標(biāo)權(quán)重，Pi表示各因子得分。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子生態(tài)敏感性分析

3.1.1 高程生態(tài)敏感性

閩侯縣內(nèi)以山地丘陵為主，高程呈現(xiàn)出東北高、西南低的格局。該因子的高度敏感與極度敏感區(qū)占比13.23%，主要分布在縣內(nèi)北側(cè)以及西南側(cè)山區(qū)一帶。不敏感區(qū)主要分布在縣內(nèi)中部與東南部高程低的區(qū)域，包含南嶼鎮(zhèn)、上街鎮(zhèn)、南通鎮(zhèn)等片區(qū)，占總面積的40.15%，適合作為城市建設(shè)的首選區(qū)域（圖1a，表4）。

3.1.2 坡度生態(tài)敏感性

閩侯縣內(nèi)山體的坡度敏感性面積占比較均勻。敏感性強(qiáng)的區(qū)域（高度敏感和極度敏感）分布面積較大，占總面積的45.46%，主要分布在境內(nèi)南側(cè)以及北側(cè)高山一帶，其土壤易受雨水沖刷和侵蝕；不敏感區(qū)占比面積較小，為20.90%，主要分布在縣內(nèi)東南側(cè)一帶，其坡度平緩，都在5°以內(nèi)，適合城市開發(fā)建設(shè)以及農(nóng)耕（圖1b，表4）。

3.1.3 坡向生態(tài)敏感性

采用常用的8 個方向分類方法：正南、東南、正東、東北、正北、西北、正西、西南，還有平地這特殊一類。將這些坡向分為了5 類生態(tài)敏感區(qū)。該因子敏感性分布比較零散，其中高度敏感區(qū)與極度敏感區(qū)共占總面積的36.47%，輕度敏感及不敏感區(qū)域面積占比較大，占總面積的39.27%（圖1c，表4）。

3.1.4 水域生態(tài)敏感性

水域生態(tài)敏感性用水域緩沖區(qū)來表示，敏感性強(qiáng)弱與離水域的距離成反比。其高度敏感區(qū)與極度敏感區(qū)共占6.47%，中度敏感區(qū)占10.54%，不敏感區(qū)占總面積的71.01%。該研究區(qū)的水域除了閩江、大漳溪、烏龍江這三條河流外，還包含了面積較大的湖泊、水庫、坑塘等，且多分布在閩江周邊，敏感區(qū)域主要為河流及其周圍，故要加強(qiáng)其周邊緩沖區(qū)的防護(hù)（圖1d，表4）。

3.1.5 植被生態(tài)敏感性

NDVI 值與植被覆蓋度呈正相關(guān)關(guān)系，因此可側(cè)面看出閩侯縣的植被分布情況。閩侯縣的森林覆蓋率高，其中敏感度高的區(qū)域主要分布在閩侯縣的西南部與中北部，高度敏感區(qū)和極度敏感區(qū)共占總面積的70.03%，該區(qū)域?qū)俑呱矫芰值貛?，植被茂密，其對縣內(nèi)生態(tài)格局的穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用；敏感度低的區(qū)域主要在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其周圍，共占面積的17.20%，此區(qū)域也要適當(dāng)加強(qiáng)綠化建設(shè)（圖1e，表4）。

3.1.6 土地利用生態(tài)敏感性

閩侯縣的土地利用類型主要為林地、濕地、耕地、灌木草地、水體、建設(shè)用地等。由于境內(nèi)林地面積大，極度敏感區(qū)占了較大比例，為總面積的63.65%，該縣中度敏感區(qū)為草地以及灌木林，占總面積的7.42%；輕度敏感區(qū)為耕地，占總面積的21.93%，其與不敏感區(qū)共占28.25%，該范圍是人類活動較為頻繁的區(qū)域，但也要合理控制其區(qū)域的開發(fā)強(qiáng)度（圖1f，表4）。

表4 單因子敏感性分布面積Tab.4 The area of single factor sensitivity distribution

圖1 單因子敏感性分布圖Fig.1 Single factor sensitivity distribution

3.2 綜合生態(tài)敏感性分析

將選定的6 個生態(tài)因子用ArcGIS10.2 按照AHP-變異系數(shù)法對各因子確定的權(quán)重進(jìn)行疊加分析。采用自然間斷點分級法（Jenks）對疊加后的分析圖劃分為極度、高度、中度、輕度和不敏感這5 個敏感區(qū)域，得到綜合生態(tài)敏感性評價圖（圖2），并得出以下結(jié)果（表5）。

表5 綜合生態(tài)敏感性評價結(jié)果Tab.5 The result of comprehensive ecological sensitivity assessment

圖2 綜合生態(tài)敏感性分布圖Fig.2 Comprehensive ecological sensitivity distribution

由綜合敏感性圖可以看出：閩侯縣的總體生態(tài)敏感性較高，其中敏感性高的區(qū)域（極度敏感區(qū)和高度敏感區(qū)）占比為44.32%，主要分布于境內(nèi)江河水域、高山林地一帶，此處應(yīng)作為縣內(nèi)核心保護(hù)區(qū)域，禁止人類相關(guān)破壞性的建設(shè)活動；敏感性中等的區(qū)域（中度敏感區(qū)）占比為28.92%，主要分布于鄉(xiāng)鎮(zhèn)外圍，該區(qū)域也應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為主，以防止城市的無序擴(kuò)張；敏感性低的區(qū)域（輕度敏感區(qū)和不敏感區(qū)）占比為26.76%，主要分布于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地帶及其周邊，此處要適當(dāng)加強(qiáng)綠化建設(shè)，處理好人類活動與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

以山地生態(tài)城市閩侯縣為研究對象，選用了反映閩侯縣主要生態(tài)環(huán)境特征的評價因子，即高程、坡度、坡向、水域、植被覆蓋指數(shù)與土地利用，建立生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系，并借助GIS 技術(shù)，采用AHP-變異系數(shù)法來確定各評價因子的權(quán)重對其進(jìn)行生態(tài)敏感性評價，很好地消除了主客觀單一賦權(quán)方法的缺陷。研究結(jié)果得出閩侯縣的極度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)、不敏感區(qū)面積占比分別為10.52%、33.80%、28.92%、18.33%、8.43%，水域和植被是其最主要的敏感因子。

基于該研究得出的結(jié)果，本文為閩侯縣不同程度的敏感性區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展策略提出如下建議：1）敏感性高的區(qū)域：該區(qū)域集中分布于縣內(nèi)北部、南部山區(qū)以及江河流域，此處是最容易受到破壞的區(qū)域。該區(qū)域易發(fā)生水土流失、水環(huán)境污染等災(zāi)害，應(yīng)作為縣內(nèi)的核心保護(hù)區(qū)。對其要加強(qiáng)監(jiān)督管理，嚴(yán)格保護(hù)當(dāng)?shù)刂脖?，防止水體污染，做好災(zāi)害防護(hù)措施。可通過建立自然保護(hù)區(qū)來加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，發(fā)揮該區(qū)域的生態(tài)價值，禁止人類相關(guān)建設(shè)活動。2）敏感性中等的區(qū)域：該區(qū)域主要位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)外的灌木地、草地以及局部山地。該區(qū)域作為敏感性高的區(qū)域轉(zhuǎn)向敏感性低的區(qū)域的過渡地帶，能夠有效防止城市的無序擴(kuò)張與發(fā)展，對生態(tài)系統(tǒng)具有一定的緩沖和保護(hù)作用。該區(qū)域容易受到高強(qiáng)度的人類活動干擾而導(dǎo)致其生態(tài)功能退化，故此處應(yīng)限制人類開發(fā)強(qiáng)度，加強(qiáng)此處的生態(tài)保護(hù)。3）敏感性低的區(qū)域：主要位于南嶼鎮(zhèn)、南通鎮(zhèn)、青口鎮(zhèn)、祥謙鎮(zhèn)、荊溪鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)地帶及其周圍。該區(qū)域是人類集中進(jìn)行城市建設(shè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域，可承受一定強(qiáng)度的干擾，適合作為城市開發(fā)建設(shè)的首選區(qū)域。對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊即將廢棄的耕地應(yīng)當(dāng)進(jìn)行還林，適當(dāng)限制開墾強(qiáng)度和規(guī)模，提高生態(tài)效益。對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心要注重綠化建設(shè)，合理規(guī)劃建設(shè)公園綠地，提升綠化面積，改善人居環(huán)境；此外，要加大污水治理，加強(qiáng)雨天防洪排澇能力，保障人居安全。

4.2 討論

閩侯縣作為山水縣，其水環(huán)境污染、水土流失、山洪威脅等問題日益突出，因此縣內(nèi)水環(huán)境、植被為當(dāng)今生態(tài)保護(hù)與規(guī)劃的重點對象，旨在減少自然災(zāi)害的發(fā)生，降低整體生態(tài)敏感性。從縣內(nèi)綜合敏感性的研究結(jié)果來看，與水環(huán)境相關(guān)的水域和與水土流失、地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的植被敏感性最為突出，這是由于水域和植被覆蓋度指數(shù)因子的權(quán)重占比較大，分別為45.15%和24.49%，共占69.64%，很好地詮釋了水環(huán)境以及植被的重要性。通過此次生態(tài)敏感性評價結(jié)果與閩侯縣生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀對比發(fā)現(xiàn)，該結(jié)果基本吻合閩侯縣當(dāng)今生態(tài)環(huán)境發(fā)展的實際情況。

本次生態(tài)敏感性評價研究結(jié)合了水文學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域的相關(guān)知識，但由于研究區(qū)面積較大、生態(tài)環(huán)境復(fù)雜等原因，該評價必然還存在不足之處，大致分為以下兩點：1）在評價因子的選取上仍沒有考慮全面。由于數(shù)據(jù)的獲取以及復(fù)雜因子分析的難度，本研究只選取了具有一定代表性的6個生態(tài)敏感因子來構(gòu)建評價體系。生態(tài)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的綜合體，未考慮到氣候、土壤質(zhì)地、生物多樣性等因素的影響，所得出的結(jié)果無法具體到研究區(qū)更深層次的內(nèi)容。2）評價體系的分級標(biāo)準(zhǔn)仍存在一定的主觀性。國內(nèi)對生態(tài)敏感性評價體系還缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，望后期相關(guān)學(xué)者在研究當(dāng)中進(jìn)一步完善評價體系，以期得出更加科學(xué)、合理的評價結(jié)果。