CESI和GeoSoS-FLUS方法的渭河流域生态敏感性时空特征及预测分析
作者： 王文佳 王利
摘要 ［目的］评估渭河流域的生态敏感性，揭示人类活动对其生态系统的影响，并预测未来生态敏感性的变化。［方法］以渭河流域为研究区进行综合生态敏感性分析，选取景观生态风险敏感性指数、生物多样性敏感性指数、水土流失敏感性指数作为研究指标，构建综合生态敏感性指数（CESI）对渭河流域20年来的生态状况进行评价，并利用GeoSoS-FLUS进行模拟与预测。［结果］渭河流域2000—2020年生态敏感性变化较大，其中极度敏感的区域总面积整体呈下降趋势。渭河流域生态敏感性高的区域大多集中在西部、北部以及东部的小片区域。GeoSoS-FLUS模拟预测表明，2030年低敏感区和较低敏感区变化较小，且这些区域大多属于自然保护地带，距离人类活动区较远，变化不明显；中度、重度敏感区面积相比2020年有所减少，极度敏感区面积有所增加。［结论］20年间渭河流域的生态情况发生了很大改善。
关键词 生态敏感性；时空特征；CESI；GeoSoS-FLUS；渭河流域
中图分类号 X 321 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）01-0051-06
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.012
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Spatiotemporal Characteristics and Predictive Analysis of Ecological Sensitivity in the Weihe River Basin Using CESI and GeoSoS-FLUS Methods
WANG Wen-jia，WANG Li
（Liaoning Normal University， Dalian， Liaoning 116029）
Abstract ［Objective］ To evaluate the ecological sensitivity of the Weihe River Basin， reveal the impact of human activities on its ecosystem， and predict future changes in ecological sensitivity.［Method］A comprehensive ecological sensitivity analysis was conducted in the Weihe River Basin， selecting landscape ecological risk sensitivity index， biodiversity sensitivity index and soil erosion sensitivity index as research indicators，a comprehensive ecological sensitivity index（CESI） was constructed to evaluate the ecological status of the Weihe River Basin over the past 20 years， and GeoSoS-FLUS were used for simulation and prediction.［Result］The ecological sensitivity of the Weihe River Basin had undergone significant changes from 2000 to 2020， with the total area of extremely sensitive areas was decreased. The areas with high ecological sensitivity in the Weihe River Basin were mostly concentrated in the west， north and small areas in east.The simulation and prediction of cellular automaton showed that the changes in low sensitivity areas and lower sensitivity areas will be relatively small by 2030， and most of these areas belong to nature reserves， which are far away from human activity areas and have not undergone significant changes;The area of moderately and severely sensitive areas may decrease compared to 2020， while the area of extremely sensitive areas may increase.［Conclusion］The ecological situation in the Weihe River Basin has greatly improved over the past 20 years.
Key words Ecological sensitivity;Spatiotemporal characteristics;CESI;GeoSoS-FLUS;Weihe River Basin
作者简介 王文佳（1997—），男，甘肃天水人，硕士研究生，研究方向：生态敏感性与生态环境变化。*通信作者，教授，博士，博士生导师，从事GIS应用和国土空间发展规划研究。
21世纪以来，社会快速发展，但人们生存的自然生态环境因此遭到了严重破坏，由于各类自然灾害频发，人们对自然环境的保护也更加重视。生态敏感性是针对某区域生态环境脆弱度的一种可视化表示，是指生态系统在受到自然环境和人类活动的制约时，对各种不利因素的敏感程度。它既能反映环境失衡的敏感性，又能识别生态系统内各种影响因子的内在关系［1］。生态敏感性研究始于20世纪60年代，欧阳志云等［2］于2000年首先提出了中国生态敏感区的概念，并对中国的生态敏感区进行了划分，突出了各生态敏感区的特点。近年来随着地理信息系统（GIS）与遥感的快速发展，可以更精确地识别和评估生态敏感区域，为生态保护和修复提供科学依据。例如，通过遥感影像分析，可以监测土地覆盖变化、植被覆盖度和水体分布等关键生态指标；利用GIS方法，可以全面分析土地、气候和人类活动对生态敏感性的影响；通过对生态模型的模拟，可以预测生态系统未来的变化趋势。对比国内外对生态敏感性的研究发现，生态敏感性评价的区域多种多样，方法也是各不相同。结合国内外研究方法，使用较多的是利用层次分析法或者专家打分法对生态环境中不同的生态指标进行赋值［3］，如坡度、高程、坡向、植被覆盖度、道路、水系等，研究范围多集中于自然保护区与省（区、市），但尚未形成统一标准，由于生态敏感性的变化受到多种多样的因素影响以及不同时期环保政策的影响，因此对于生态变化的预测与模拟较为困难。
渭河流域作为中国西北地区重要的生态屏障和经济发展区，其生态敏感性研究对于区域可持续发展具有重要意义［4］。渭河流域生态敏感性是指该流域内生态环境现状对所遭受的各类影响所表现出的抗干扰能力以及生态恢复能力。因此，研究渭河流域的生态敏感性，对于制定有效的生态保护策略和可持续发展规划至关重要。笔者以渭河流域作为研究区，选取景观生态风险敏感性指数、水土流失敏感性指数、生物多样性敏感性指数来构建综合生态敏感性指数（CESI），对2000—2020年渭河流域整体生态状况进行探究，并结合GeoSoS-FLUS对渭河流域2030年的生态敏感性进行模拟预测，以期为生态环境保护工作提供理论依据。
1 资料与方法
1.1 研究区概况
渭河发源于甘肃省渭源县，经过甘肃与陕西，至潼关县流入黄河（图1）。干流全长818 km，流域面积13.4万km2。渭河流域是华夏文明的重要发源地之一，也是我国西北地区重要的农业基地，作为黄河的最大支流，渭河流域整体处于西高东低的地势，且处于黄河流域水土流失最严重的地区之一，随着经济的快速发展和人口的不断增长以及环境的破坏，导致水土流失严重，土壤受到严重侵蚀，水土流失面积达到了10.4万km 使流域内生态环境遭到进一步破坏，荒漠化加重，且流域内土地利用变化也受到影响，多年来流域内大面积耕地、草地以及各类林草地转换成建设用地，这也造成了生态环境的退化。
1.2 数据来源
该研究所使用的数据包括：①渭河流域2000、2010、2020年30 m土地利用数据。②渭河流域省（市、县）行政区划数据。③渭河流域2000—2020年逐年NDVI数据。④渭河流域水系湖泊数据。⑤渭河流域各级道路数据。⑥30 m渭河流域数字高程数据。⑦1∶100万中国土壤数据集。①～⑦的数据均来源于国家冰川冻土沙漠科学数据中心（http：//www.ncdc.ac.cn）。⑧中国陆地年降水量频率分布参数数据集，来源于资源环境科学数据注册与出版系统。
1.3 研究方法
该研究基于格网尺度，选取1 000 m×1 000 m的网格单元，最终将所有数据统一为1 000 m×1 000 m的网格尺度。选取景观生态风险敏感性指数、生物多样性敏感性指数、水土流失敏感性指数作为指标因子，构建综合生态敏感性模型。技术路线如图1所示。
1.3.1
景观生态风险敏感性指数。景观生态风险敏感性指数可以反映研究区域内各类景观在保持生态稳定性方面的能力，它综合考虑了景观结构、功能以及人类活动对生态系统的影响，其目的在于识别和量化生态系统中存在的各种风险因素，从而为生态保护和管理提供科学依据。
景观生态风险敏感性评价有效地揭示了景观结构对生态过程和功能的影响。深入分析不同景观要素、景观生态风险的时空差异和区域构成，可以更好地了解和预测潜在生态风险的变化趋势、时空分布和特征。俞孔坚［5］在哈佛大学景观生态学家Forman指出景观生态规划方法的基础上提出了景观安全格局理论。该理论满足了生态安全研究中对生态过程进行合理调控的理论要求，成为对生态空间格局发展进行科学指导的有效途径［6-7］。臧淑英等［8］研究发现土地利用覆被变化对各类景观生态空间均存在显著影响，并且与生态风险密切相关。该研究利用2000、2010、2020年3期渭河流域土地利用覆被数据进行分析，公式如下：
EIR= N i=1S kiS kE i×F i（1）
E i=a× FN i+b× FD i+c× DO i（2）
式中： EIR 为景观生态风险敏感性指数；N为景观类型数量；S ki是第k个网格单元中第i类景观的面积；S k为第k个网格单元的总面积；E i为景观干扰度指数；F i为景观脆弱度指数； FN i为景观破碎度指数， FD i为景观类型分离度指数， DO i为景观类型优势度指数，a、b、c为三者权重，且a+b+c= 根据相关研究确定a、b、c 分别为0.5、0.3、0.2［9］；在优势度的计算中根据相关参考文献确定相对盖度的权重为0.6，相对密度的权重为0.4［10］。