基于GIS的江西省南昌市生态环境敏感性评价研究

摘 要：以江西省南昌市为研究对象，选取高程、坡度、植被覆盖度（NDVI）、降水量、土地利用类型5个因子作为评价指标，采用地理信息系统技术和层次分析法进行生态敏感性综合分析。研究结果表明：在5个生态评价指标中，降水量对南昌市生态环境敏感性影响最大（权重为0.28），土地利用类型对南昌市生态敏感性影响最小（权重为0.12）；南昌市生态环境敏感性总体偏低，极高敏感区和高敏感区面积占南昌市总面积的13.91%，中敏感区面积占南昌市总面积的15.50%，低敏感区面积占南昌市总面积的31.22%，极低敏感区面积占南昌市总面积的39.37%；整体来看，南昌市生态敏感性综合分布呈现大而破碎化分布，中部地区生态敏感性偏低，西部和东部地区生态敏感性逐渐增加。

关键词：GIS；生态环境；敏感性评价；南昌市

中图分类号：X826 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）7-101-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.07.024

0 引言

改革开放以来，我国城镇化进程不断加快，1978年到2022年城镇化率由17.60%上升到65.22%。随着城市不断扩张，生态环境问题日益凸显，生态系统功能日益退化，生态空间不断被挤压，土地资源日益紧张，不利于社会的可持续发展［1-2］。为推进我国经济社会绿色化、低碳化高质量发展，提高我国国土空间质量，推进生态文明建设，有必要在此背景下进行深入的生态环境研究，为乡村振兴奠定坚实的生态基础［3-4］。而生态敏感性是评价生态系统稳定性的重要参考因素之一，其显示了生态系统对自然条件变化和对人类行为影响的敏感性，并且能够评估这些外部因素对生态环境可能造成的损害。通常来说，生态敏感性较高的系统，更易受外界因素的干扰而发生变化［5-6］ 。生态敏感性评价是一项关键措施，其通过综合分析各类生态因素来评估环境的稳定性。分析特定区域的生态敏感性，对制定生态环境方面的政策具有重要意义［7］。

在过去，生态环境评价一直都是大范围进行的。但是近年来，生态敏感性研究取得了显著进展，其研究重点已经从宏观层面逐渐转向中微观层面［8］，并且这一研究已经广泛应用于不同领域，如国土空间规划［9］、生态安全格局构建［10］、水生态安全评估［11］、保护区开发建设［12］等。吴金华等［13］首次利用变异系数法来确定评价指标权重，通过ArcGIS区域统计技术，对延安市土地环境的生态敏感性进行全面评估；杨艺苑等［14］利用AHP和AcrGIS平台对东川区进行生态敏感性分析与评价，为促进当地生态环境的持续发展提出一系列政策建议；倪梦静等［15］利用德尔菲法、层次分析法和加权叠加法对宁德市生态环境敏感性进行综合分析，并对已开发的沿海生态风景区提出保护与规划建议。

此研究以江西省南昌市为例，借助GIS分析技术，针对南昌市当前面临的生态环境挑战，选取一系列适宜的生态敏感性评价指标，旨在构建一个科学严谨的评价体系；应用层次分析法，确定各评价指标的权重；利用空间分析技术，对南昌市的生态敏感性、生态适宜性及其在空间上的分布进行综合评估。此研究结果可为南昌市未来的生态空间优化和城市规划提供参考。

1 研究区概况

南昌市地处江西省中部偏北，赣江、抚河下游，鄱阳湖西南岸，位于东经115°27′～116°35′、北纬28°10′～29°11′。地理位置优越，是中国唯一毗邻长江三角洲、珠江三角洲和闽南金三角的省会中心城市，是连接三大重要经济圈（长江三角洲、珠江三角洲、海峡西岸经济区）的省际交通廊道。南昌市自然环境优美，山环水绕，风光绮丽，丰富的自然环境资源孕育了良好的生态景观。截至2022年底，南昌市的常住居民达到653.81万人，同时该市的生产总值达到7 203.50亿元。随着社会的持续发展和城市化的稳步推进，如何有效地协调社会进步与生态环境保护、推动区域的持续发展，成为研究的重要课题。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究所需的数据资料包括：2022年土地利用数据（下载自中国科学院资源环境数据中心），分辨率为30 m的DEM数字高程数据（下载自地理空间数据云），2022年南昌市降水数据（分辨率为1 000 m），南昌市行政边界数据（下载自全国地理信息资源目录服务系统），Landsat 8 OLI遥感影像（下载自地理空间数据云），南昌市行政区划数据［采用审图号为 GS（2022）4308号的地图数据］。研究采用ENVI对Landsat影像进行分析，得到南昌市的用地数据，并据此计算植被指数。

2.2 研究方法

2.2.1 层次分析法

综合考量南昌市的生态现状，研究遵循科学性、定量与定性相结合的准则，采用层次分析法（AHP）构建一个全面的生态敏感性评价指标体系。针对南昌市的生态现状、社会经济状况和地理特征，通过实地考察、历史研究资料搜集及对遥感图像进行分析，该研究选择高程、坡度、植被覆盖度（以归一化植被指数NDVI表示）、降水量、土地利用类型等5个关键生态敏感性指标，形成了AHP层次分析法的指标层。这些指标被划分为5个不同的敏感度等级，每个等级分别赋予1、3、5、7、9的数值，并由专家进行敏感性评估。在完成一致性检验后，利用Matlab软件，根据层次分析法计算出各评价指标的权重（见表1）［16］。

2.2.2 综合指数模型

首先，通过ArcGIS软件的网格生成工具，设定150 m×150 m的网格尺寸，并将各评价因子的得分分配给每个网格单元。其次，根据生态评价指标体系对5个评价因子重新分类和分级，并赋予相应的数值。在此基础上，依据各因子的权重，运用Arc GIS的叠加分析工具，对这5个评价因子的数据进行综合叠加处理，从而生成南昌市综合生态敏感性分布图。最后，采用加权指数法，通过式（1）计算生态敏感性综合指数。

[Sj=i=18C（i，j）·Wi]                               （1）

式（1）中：i为评价指标；j为评价单元；Wi为评价指标i对应的权重值；Sj为评价单元j的生态敏感性指数；C（i，j）为评价单元j的评价指标i的得分。

2.3 空间统计分析与分级

根据南昌市的土地利用动态变化和生态环境特性，研究从生态和水环境等方面选取高程、坡度、植被覆盖度、降水量和土地利用类型5个评价因子，对南昌市的生态环境进行敏感性分析和评价。在参考生态环境相关规范和历史研究资料的基础上，采用层次分析法对各评价因素进行敏感性等级划分，对应极低敏感区、低敏感区、中敏感区、高敏感区和极高敏感区（详见表1）。

3 结果与分析

3.1 单因子生态敏感性分析与评价

3.1.1 高程敏感性分析

高程是评估生态敏感性的关键因素之一。一个区域的垂直生态分布主要是由高程的变化决定的，而高程的波动也会引起气候变化，进而影响生物种群的分布和生态环境的垂直分层。在南昌市，高程对生态敏感性的影响相对较小，极高敏感区和高敏感区主要集中在南昌市的西部和西北部，两者面积之和为301.92 km2，占南昌市总面积的4.20%；中敏感区分布在南昌市的西部、西北部及东南部，面积为72.01 km2，占南昌市总面积的1.00%；低敏感区、极低敏感区分布在南昌市的北部、中部和西南部边缘，两者面积之和为6 815.35 km2，占南昌市总面积的94.80%（结果见图1和表2）。

3.1.2 坡度敏感性分析

坡度是衡量地形倾斜程度的一个重要指标，其直接关系到地表物质和能量的流动。坡度的大小可以显著影响地表侵蚀过程，进而可能引发诸如水土流失等生态问题［17］。基于坡度因子的南昌市生态敏感地区主要呈集中式分布，极高敏感区和高敏感区多分布在南昌市的西部和西北部，两者面积之和为256.70 km2，占南昌市总面积的3.57%；中敏感区面积为149.40 km2，占南昌市总面积的2.08%，主要分布在南昌市的西北部和东南部；极低敏感区和低敏感区总面积为6 783.16 km2，占南昌市总面积的94.35%，分布相对集中，主要分布在南昌市的北部、中部和西南部（结果见图1和表2）。因此，在坡度方面，南昌市的生态敏感性表现为以极低敏感区为主，受坡度影响较小。

3.1.3 NDVI敏感性分析

植被覆盖度（NDVI）是反映地面植被长势的一个主要指标，能够反映植被生长、植被分布等状况［18］。从NDVI方面分析，生态极高敏感区和高敏感区总面积为1 001.30 km2，占南昌市总面积的13.92%，主要分布在赣江流域、鄱阳湖周边和青岚湖、军山湖周边区域；中敏感区面积为422.55 km2，占南昌市总面积的5.88%，主要分布在南昌市中心城区和湾里区一带；低敏感区和极低敏感区面积分别为988.30 km2和4 776.70 km2 ，呈现分散分布，分布在南昌市西部、北部和东南部，两者占南昌市总面积的80.20%（结果见图1和表2）。在植被覆盖度方面，南昌市在的生态敏感性较低。由此可以看出，南昌市的植被丰富。南昌市在后续的发展过程中，需要注重保护植被，提高生态环境质量。

3.1.4 降水量敏感性分析

降水影响土壤湿度，从而影响植物生长。降水量的稳定性是保障流域生态系统稳定的重要因素之一。根据评价结果可知，基于降水量因子的南昌市生态敏感性整体以低敏感为主。其中，极高敏感区和高敏感区两者面积之和为723.04 km2，占南昌市总面积的10.06%，主要分布在南昌市的西北部和东南部；中敏感区面积为2 187.20 km2，占南昌市总面积的30.42%，主要分布在南昌市东部；低敏感区和极低敏感区面积占比较大，两者面积之和为4 278.86 km2，占南昌市总面积的59.52%，主要分布在南昌市的中部和西部（结果见图1和表2）。

3.1.5 土地利用类型敏感性分析

土地利用类型主要受人类活动的影响。由分析可知，从土地利用类型方面分析，南昌市的生态敏感性以中高水平为主。南昌市的土地利用类型主要包括建设用地、裸地、耕地、草地、林地等。土地利用类型的极低敏感区（建设用地）和低敏感区（裸地）面积之和为1 031.32 km2，占南昌市总面积的14.35%，主要分布在南昌市中心城区、西北部与东南部；中敏感区（耕地、草地）面积为3 874.34 km2，占南昌市总面积的53.89%，分布较广，在南昌市呈分散分布；高敏感区（林地）和极高敏感区（河流、湖泊）面积之和为2 283.44 km2 ，占南昌市总面积的31.77%，主要分布在赣江流域、鄱阳湖周边和青岚湖、军山湖周边区域（结果见图1和表2）。

3.2 生态环境敏感性综合生态评价分析

综合南昌市的自然环境条件、社会经济状况，利用GIS平台，将高程、坡度、NDVI、降水量和土地利用类型5个评价因子及其相应的权重进行综合叠加分析，分析结果生成了南昌市的综合生态敏感性分布图（如图2所示），其综合生态评价指数的范围为1.00～7.56（见表3）。南昌市生态极低敏感区 （敏感指数为1.00～2.32） 面积较大，占南昌市总面积的39.37%，主要分布在南昌市中部和西北部，这些地区主要是人类集中活动区域；低敏感区（敏感指数为2.32～3.62）面积占南昌市总面积的31.22%，主要分布在南昌市的东部与东南部，西北部也有少量分布；中敏感区（敏感指数为3.62～4.94）面积占南昌市总面积的15.50%，部分集中在南昌市东南部，主要呈分散分布；高敏感区（敏感指数为4.94～6.25）和极高敏感区（敏感指数为6.25～7.56）面积分别占南昌市总面积的11.04%和2.87%，主要分布在南昌市西北部梅岭区域、东部鄱阳湖周边和青岚湖、军山湖周边区域。