基于层次分析法的伊金霍洛旗生态脆弱性评价

发布时间：2019-05-18

　　摘要: 以内蒙古伊金霍洛旗区域为研究对象，基于层次分析法，进行生态脆弱性评价。利用 SRTM 30m 分辨率的 DEM 数据和 2017 年 7 月份 landsat 8 遥感影像得到海拔、坡度、植被盖度、土壤侵蚀模数 4 个评价指标，采用层次分析法确定因子权重，并计算出生态脆弱性指数，确定生态脆弱性分区。结果显示: 一般区域面积占比 6. 78% ，主要分布在中部和南部的水源聚集区域; 低度脆弱区域面积占比 68. 53% ，主要分布在东部，南部，东北部，中部偏西区域的大部分; 中度脆弱区域面积占比 24. 29% ，主要分布在伊金霍洛旗北部，西部和东北部少部分区域; 重度脆弱区域面积仅占 0. 4% 。生态脆弱区域在雨季应注意防范水土流失和山洪灾害，旱季应注意防风固沙和寒潮冻害等。

　　关键词: 层次分析; 生态脆弱; 评价; 分区; 伊金霍洛旗

　　生态脆弱性表现为生态系统及其组成要素面对内外扰动时易受损、自身恢复与再生能力差[1]。生态脆弱性的概念，由 Timmerman[2]在 20 世纪 70 年代首次提出。此后，牛文元[3]通过生态过渡带的研究，认为生态脆弱带是生产力下降和资源破坏的地带。王介勇等[4]提出生态脆弱性是生态系统对外界做出可能性响应。IPCC[5]认为生态脆弱性的研究内容包括系统变化的评估，及其变化造成的影响，系统响应变化的敏感性评价和适应性评价。生态脆弱性评价是在区域层次上对生态环境的脆弱程度做出定量或者半定量的分析、描绘和鉴定[6]，分型生态环境的脆弱性状况。国内外学者提出很多生态脆弱性评价方法[7 - 11]，Polsky 等[12]提出“暴露—敏感—适 应”的 VSD 评 价 整 合 模 型。乔 青等[13]提出“敏感—弹性—压力”模型。付博等[14]结合生态健康理论和景观生态学，提 出“压 力—状态—相应”的 PSR 模型。这一系列模型各具特色，但没有形成统一的标准。由于不同生态系统生态脆弱性原因不同，选择指标评价也不同，确定指标权重方法有层次分析法[15]，主成 分 分 析 法，熵 权法[16]。定量研究评价方法主要有综合指数法、灰色聚类分析法、景观生态学法，物元可拓法以及集对分析法等。预测方法主要用 3S 技术，进行整合处理[17]。不同方法之间各有利弊，评价方法自身的适用性是影响研究结果的一个重要因素。受到气候变化和人类活动双重驱动力的作用，我国尤其是西部地区的各类生态系统存在着不同程度的退化，严重制约着社会经济的可持续发展，其中，生态过渡区和植被交错区( 即农牧、林牧、农林等复合交错带) 是目前生态环境问题较突出，环境监管力度薄弱的地区。伊金霍洛旗地处鄂尔多斯高原东南部、毛乌素沙地东北边缘，位于北方农牧交错带，在全国生态功能区划中属于重要的防风固沙和土壤保持区，是我国北方生态屏障的主要地区之一，对于保障我国的生态安全和生态平衡至关重要。对伊金霍洛旗进行生态脆脆弱性评价，明确生态环境的脆弱性特征，有助于科学识别生态系统脆弱性的成因机制及其变化规律，明确生态保护和生态恢复的方向，防范重大生态风险。

　　1 研究区概况

　　伊金霍 洛 旗 位 于 北 纬 38° 56' ～ 39° 49'，东 经 108°58' ～ 110°25'之间，地处鄂尔多斯高原东南部、毛乌素沙地东北边缘，位于北方农牧交错带，属于典型的温带大陆性 气 候，多年平均降水量 300 ～ 400mm，东部为丘陵沟壑区，中西部地势较平坦，是我国重要的防风固沙和土壤保持区。截至 2013 年，全旗总面积 5 600km2 ，辖 7 个镇 138 个行政村，常驻人口近 23 万，其中户籍人口 16. 4 万( 少数民族人口 1. 1 万人，占全旗总人口的 6. 7% ) ，全旗完成地区生产总值 646 亿元，城镇居民人均可支配收入达到 37 582元，农牧民人均现金收入达到 12 828 元，全旗植被覆盖度达到 87% ，森林覆盖率达到 39% ，境内有 8 条较大河流、21 个大小湖泊、7 座水库。

　　2 评价指标选取和评价方法

　　2. 1 评价指标及数据来源

　　在对研究区自然因素和经济社会对生态脆弱性作用分析的基础上，选取海拔、坡度、植被盖度、土壤侵蚀模数 4 个评价指标，对伊金霍洛旗生态脆弱性进 行 综 合 评 价。其 中，海 拔、坡 度 数 据 来 自 SRTM 30m 分辨率的 DEM 数据，植被盖度以 2017 年 7 月份 landsat 8 遥感影像的近红外和红外波段数据反演得到，土壤侵蚀模数来自中科院成都山地灾害与环境研究所，栅格大小均为 30m × 30m。对以上自然因素指标采用分级赋值( 表 1) 。

　　2. 2 评价方法

　　采用层次分析法确定各因子权重，首先对各个基础指标基于研究区的实际情况两两比较其重要性，使用 1—9 标度构造出判断矩阵，数值越大则重要性越大，之后计算判断矩阵的特征向量与最大特征根，并进行一致性检验，通过检验得到的特征向量经归一化即为权重向量。结果如表 2 所示。

　　将各个指标加权求和，逐层计算得到生态脆弱性指数，计算公式为: evi = ∑i = 1 ai × Pi 式中: evi 为脆弱性指数; ai 为各评价指标的权重; Pi 为各评价指标标准化得分。

　　3 结果与分析

　　3. 1 指标评价

　　各项指标评价如图 1 所示。伊金霍洛旗地势呈西南坡度低，东北坡度高，中部梁滩相间。海拔是影响生态脆弱性的一个重要指标，往往影响着气温，降雨，土壤等因子，进而影响生态脆弱性，本文通过对海拔进行分区，来评价伊金霍洛旗的生态脆弱性程度。东北部的河川水域区域坡度较陡，坡度影响侵蚀状况，该区域所对应的指标赋值大，生态脆弱性程度略高。土壤侵蚀模数是表征土壤侵蚀强度的指标，反映某区域单位时间内侵蚀强度的大小，侵蚀强度越小，抗侵蚀程度就越高，脆弱性指数也会较低。伊金霍洛旗整体侵蚀强度较低，中部零星区域和东北部区域侵蚀强度大。植被盖度是反映一个区域植被密度和植物进行光合作用面积的大小。通过对植被盖度的评价，得出在区域中部和南部植被盖度较好，多为草地，林地，远离建设用地。位于东北部和北部的建设用地植被盖度较差。植被盖度对于生态脆弱性评价的贡献值高，植被盖度好的区域，有着适宜植物生长的良好的气候因子、土壤因子、地形因子，反映出一个良好的生态环境，生态脆弱性低。

　　3. 2 生态脆弱性

　　利用加权求和公式方法计算出脆弱性指数，并且使评价结果更为直观，根据脆弱性指数反映的状况，从低到高分 4 级，得出生态脆弱性空间分级( 图 2、表 3) 。 1) 一般区域。生态脆弱性评价中最好的区域，占 6. 78% 。主要分布在中部和南部的水源聚集区域。这些区域海拔低，地势平坦，植被盖度较高，土壤侵蚀程度低，水土保持功能好，生态系统稳定良好，无明显脆弱。 2) 脆 弱 区 域。抵 抗 能 力 较 强 的 区 域，占 68. 53%。东部，南部，东北部，中部偏西区域的大部分属于低度脆弱区域。该区域海拔相对较低，坡度较小，植被覆盖好，土壤侵蚀状况良好，并且靠近水源聚集区域，整体生态环境良好，生态系统脆弱性较低。

　　3) 中度 脆 弱 区 域。抵抗能力低的区域，占 24. 29% ，主要分布在北部，西部和东北部少部分区域。此区域中建设用地少，人口密度小，海拔高，坡度陡，植被盖度低，水土流失严重，生态环境脆弱度高，不利于生产生活，生态环境恢复能力差，稳定性低，应及早的对于生态环境进行保护和规划治理，维护生态安全。 4) 重度脆弱区域。面积仅占 0. 4% ，主要零星分布在在东北部纳林陶亥镇。重度脆弱区域远离水源，气候干旱，水土流失强烈，海拔高，坡度陡，植被覆盖程度很低，生态系统脆弱性极高，生态系统破坏后难以自然恢复，且容易造成扩散损失，须在该区域加强监管保护，防止其生态环境的恶化，做到治理保护同步进行。

　　4 结论与讨论

　　1) 伊金霍洛旗大部分为低度脆弱至中度脆弱区域。在中部和南部的水源聚集区域，海拔低，植被盖度较高，生态系统稳定良好，脆弱性指数低。北部大部分面积属于中度脆弱区域，重度脆弱区域占比很低，主要集中在东北部纳林陶亥镇。

　　2) 在半干旱区荒漠草原过渡带，伊金霍洛旗属于生态状况稍好的地区，这与当地重视生态保护和建设有关。但该区域年内和年际干湿程度极不均匀，降水多集中于 7—9 月，故生态脆弱区域在雨季应注意防范水土流失和山洪灾害，旱季应注意防风固沙和寒潮冻害等，以减少人民生活和生态环境的双重损失。

　　3) 生态脆弱性评价的指标方法目前尚无统一规范，因此不同学者在不同地区选取的指标有一定差异，研究结果不具有空间上的可比性; 但是在同一区域内的不同时期之间的比较是可以获得的，通过不同时期的比较可以较好地分析区域内生态脆弱度的变化趋势及其变化原因，也为区域生态建设效益评估提供一定参考。文中随时间变化而变化的指标只有植被盖度和土壤侵蚀模数，如果有更多数据可以加一个不同时期的比较。

　　参考文献:

　　[1] 蒙吉 军，张彦儒，周 平. 中国北方农牧交错带生态脆弱性评价———以鄂 尔 多 斯 市 为 例[J]. 中 国 沙 漠，2010，30 ( 4 ) : 850 - 856.

　　[2] Timmerman P. Vulnerability，resilience and the collapse of society: a review of model and possible climatic applications[M]. Toronto，Canada: Institute for Environmental Studies，University of Toronto，1981.

　　[3] 牛文元. 生态环境脆弱带 ECOTONE 的基础判定[J]. 生态学报，1989，9( 2) : 97 - 105.

　　[4] 王介勇，赵庚星，王祥峰，等. 论我国生态环境脆弱性及其评估[J]. 山东农业科学，2004( 2) : 9 - 11.

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