山西省晋北地区生态环境敏感性评价

唐洁;荣月静;杜世勋

【摘 要】本文通过对晋北地区实证研究,利用遥感和地理信息系统技术,定量分析晋北地区土地沙化、水土流失等生态环境敏感程度和空间分布特征. 【期刊名称】《环境与可持续发展》 【年(卷),期】2017(042)004 【总页数】3页(P204-206)

【关键词】生态环境敏感性;土地沙化;水土流失;山西省晋北地区 【作 者】唐洁;荣月静;杜世勋

【作者单位】山西省生态环境研究中心,山西 030024;山西省生态环境研究中心,山西 030024;山西省生态环境研究中心,山西 030024 【正文语种】中 文 【中图分类】X21

生态敏感性评价是在不考虑人类活动影响的前提下，得出生态过程在自然状况下潜在的产生生态环境问题的可能性大小，对于生态脆弱区/敏感区保护提供重要的依据。国外对生态敏感性的研究较早，多集中于大区域、大尺度范围。我国学者对生态敏感性研究已从单一到综合，为区域生态防护和防灾减灾决策提供了科学依据。 根据《全国生态脆弱区保护规划纲要》，山西省范围内涉及的生态脆弱区为“北方农牧交错生态脆弱区”，在山西省行政范围内主要涉及晋北地区大同市、朔州市、忻州市、吕梁市4个市的30个县区。国土面积约为5.114万km2，约占山西省

国土面积的32.61%。研究区主要为年降水量300～450毫米、干燥度1.0～2.0北方干旱半干旱草原区，是山西省的生态环境脆弱及敏感区。其特殊的气候条件和地理位置，使之成为我国主要的生态脆弱类型之一“北方农牧交错生态脆弱区”。同时晋北地区是我国黄土高原的重要组成部分，是山西省能源、矿产等资源的集中分布区，人类活动对生态系统的干扰非常剧烈，土壤受人类活动的影响最为显著。 遥感数据：覆盖山西的2000-2010年MODIS13Q1数据，来源于美国国家航空航天局(NASA)的EOS/MODIS数据产品，空间分辨率为250m，时间分辨率为16d。由于MODIS/NDVI产品经过水、云、重气溶胶等处理，保证了数据质量，加之较高的空间分辨率，被广泛应用于区域植被覆盖变化研究。高程数据：山西省数字高程模型(DEM)，分辨率为30m，来源于中国科学院地理科学与资源研究所。气象数据：由山西省气象局提供，包括山西省所有109个气象站点2001-2010年气象数据。用arcgis10.0软件的Spatial Analyst模块对气象数据进行插值处理，获得与NDVI一致的气象栅格数据，并截取处研究区范围气象数据，满足研究需要。土壤属性数据：土壤数据为1：100万栅格数据，数据分辨率为1km，为全国第二次土地调查成果，来源于中国科学研究院南京土壤研究所网站。

本文利用RS和GIS技术，在借鉴已有的研究成果的基础上，根据国家环境保护部发布的《生态保护红线划定技术指南》，选择研究区内比较突出的水土流失、土地沙化两个生态环境敏感问题，开展生态环境敏感性评价，分析研究区的生态环境敏感性程度及其空间分布情况。

根据国家环境保护部《生态保护红线划定技术指南》的要求，并结合山西省实际情况，选取降水侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长和地表植被覆盖等评价指标，并根据山西省的实际对分级评价标准作相应的调整。公式如下：

式中：SSi为i空间单元水土流失敏感性指数，评价因子包括降水侵蚀力因子(Ri)、土壤可蚀性(Ki)、坡长坡度(LSi)、地表植被覆盖(Ci)。

土地沙化敏感性评价模型的建立，即综合分析多项评价因子的整体状况、各因子的空间差异性。综合指数包括因子属性及其权重系数，用以实现土地沙化敏感性的定量化评价。

式中，Ej为j空间单元土地沙化敏感性评价综合指数；C(i，j)为j空间单元第i个因素重要性等级值；W(i，j)为影响土地沙化敏感性因子的权重。

单个生态环境问题的敏感性评价，只能反映该区域单一因子的环境敏感程度，无法综合反映研究区生态敏感性的空间变异特征。采用多因素综合评价模型能够更好的反映评价区生态敏感性的空间分布特征。生态敏感性综合评价就是综合考虑水土流失敏感性、土地沙化敏感性等要素来评价外力作用下生态环境的敏感程度。公式如下：

式中：Pi为某栅格生态敏感性评价值；A水土流失i和A水土沙化i分别为水土流失敏感性值和土地沙化敏感性值，W水土流失i和W水土沙化i分别为水土流失敏感性权重和土地沙化敏感性权重。

根据国家环境保护部《生态保护红线划定技术指南》的要求，并结合山西省实际情况，选取降水侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长和地表植被覆盖等评价指标，指标对应的敏感性等级见表1。

根据国家环保总局《生态功能区划暂行规程》的要求并结合研究区的实际情况开展土地沙化敏感性评价。本次评价主要选取植被覆盖度、土壤可蚀性、坡度、大风日数和湿润指数5个因子作为土地沙化敏感性的评价指标。由于不同影响因素之间影响强度不同，因此，在构建模型应用层次分析法(AHP)计算出各要素权重，经构建专家判断矩阵、层次单排序及各因子一致性检验赋予不同权重，见表2，并植被覆盖度、土壤可蚀性、坡度、大风日数和湿润指数各划分五个等级进行赋值，赋值越高，表明土地沙化敏感性越强，分级标准见表3。

在ArcGIS中制备所需要的各项因子图层，评价结果采用自然断裂法，将水土流失

与土地沙化敏感性评价结果分为五个等级，即极敏感、高度敏感、中等敏感、轻度敏感和不敏感，得到山西省水土流失与土地沙化敏感性评价结果图。

评价结果显示，山西省晋北地区水土流失以不敏感、轻度敏感为主，所占比例分别为30.96%、35.58%；其次为中度、高度敏感，所占比例分别为17.02%、12.20%；极敏感区占4.24%。空间上水土流失敏感性分布自西南向东北敏感性等级逐步下降。其中，高度敏感、极敏感区域主要集中分布于研究区西南部吕梁山以西至黄河沿岸临县、兴县、保德县、河曲县、偏关县区域，该区域是以梁峁状丘陵为主，地形起伏，淘壑纵横．土质疏松，植被稀少，区域降水量小，且雨量集中，造成区域干旱缺水，是我省土壤侵蚀最强烈的区域，侵蚀模数10000-20000t/(km2·a)；中度敏感、轻度敏感区域位于极敏感及高度敏感区域的周边区域，包括忻州市大部县区，朔州市右玉县、平鲁区、朔城区、山阴县西部、应县南部，大同市浑源县南部、广灵县南部、灵丘县等区域。不敏感区域主要集中分布于恒山以北、洪涛山以东广大区域及忻定盆地。

评价结果显示，山西省晋北地区土地沙化以高度敏感和中度敏感为主，所占比例分别为28.13%、27.36%；其次为轻度敏感、不敏感，所占比例分别为19.49%、16.41%；极敏感区占8.61%。空间上以恒山、吕梁山为界，西北部土地沙化敏感性程度较高，东南部土地沙化敏感性程度较低。其中，高度敏感和极敏感区域主要分布于研究区西北部，包括临县西部、兴县西部、保德县、河曲县、偏关县以及五寨县、神池县、朔城区、平鲁区、右玉县、左云县新荣区、南郊区、阳高县、天镇县等，该区域地势波状起伏，坡度缓和，土质疏松，多系沙黄土组成，气候干燥，风大沙多，植被稀少，矿藏资源丰富，左云、平鲁是采矿业集中区域，以风蚀为主，水蚀也很严重，水蚀模数5000-8000t/(km2·a)。中度敏感、轻度敏感区域位于极敏感、高度敏感区域的周边区域。不敏感区主要以恒山、五台山、吕梁山山脉及周边区域，区域海拔高，植被覆盖度相对较高，降水量相对较多的区域。

由于山西省晋北地区属于“北方农牧交错生态脆弱区”，以北方干旱半干旱草原区为主，荒漠化是该区域面临的主要生态环境问题。因此，最终确定土地沙化敏感性因子权重设为0.7，水土流失敏感性因子权重设为0.3，计算研究区生态环境综合敏感性值，然后采用自然断裂法将分为5级，绘制出山西晋北区域生态环境敏感性综合评(省略)。

由评价图与表4可知，山西省晋北地区生态环境综合敏感性以轻度敏感、不敏感为主，所占比例分别为25.67%、24.20%；其次为高度敏感、中度敏感区，所占比例为22.02%、15.45%；极敏感区面积占12.67%。研究区生态环境敏感性综合评价结果空间分布与单因子水土流失、土地沙化敏感性评价结果空间分布特征基本一致。其中，极敏感和高度敏感区位于研究区西北部，分布在临县、兴县、保德县等区域，以及平鲁区、右玉县、左云县、河曲县、神池县、朔城区；中度敏感区域位于极敏感、高度敏感区域的周边区域；轻度敏感和不敏感区主要位于研究区的东南部的恒山、吕梁山以东区域，分布在五台县、代县、原平市、宁武县、繁峙县南部、应县及浑源县东南部，该区域植被覆盖度相对较高，降水量相对较多的区域。 (1)山西省晋北地区属于“北方农牧交错生态脆弱区”，以北方干旱半干旱草原区为主，荒漠化是该区域面临的主要生态环境问题。由于自然环境不利因素影响和现代人为活动强烈干扰，使得晋北地区水土流失与土地沙化日益严峻。

(2)研究区的水土流失以不敏感、轻度敏感为主，两者所占比例总计达到66.54%；敏感性等级高的区域集中分布在研究区西南部吕梁山以西至黄河沿岸临县、兴县、保德县、河曲县、偏关县区域。研究区的土地沙化以高度敏感和中度敏感为主，两者所占比例总计达到55.49%；空间上以恒山、吕梁山为界，西北部土地沙化敏感性程度较高，东南部土地沙化敏感性程度较低。研究区生态环境综合敏感性是以轻度敏感、不敏感为主，两者所占比例总计达到49.87%。敏感性高的区域位于研究

区西北部，分布在临县、兴县、保德县等区域，以及平鲁区、右玉县、左云县、河曲县、神池县、朔城区。