GIS 及层次分析法的南平凤山森林公园生态敏感性评价

邱雯，唐必成

（福建林业职业技术学院，福建 南平 353000）

随着人类活动范围的不断扩张，人类活动对自然生态产生的影响也随之增加，生态环境的稳定性必然受到人类活动的影响。所谓生态敏感性就是指人类活动干扰和自然环境变化程度的反应，一般来说生态敏感性越高，说明该区域对外界环境变化的反应越大，生态系统更容易受到破坏，更容易产生环境问题，反之，则稳定性越强［1］。通过生态敏感性评价，可以分析出需要优先进行生态环境建设的区域及保护策略，为后续开发建设和森林康养提供参考。

国内外对包括公园、湿地、景区、村镇等不同研究尺度的生态敏感性评价均有相关的研究，为当地的生态系统保护提供更加科学的指导。最早通过建立生态敏感性模型来评价生态适宜性由Mc Harg［2］在20 世纪60 年代提出。Woodwell［3］研究天然植物种群对电力辐射的敏感性。国外学者研究虽早，但主要侧重对单一因子生态敏感性研究。国内研究时间虽然很短，但是发展很快，国内学者主要侧重对整体生态敏感性评价的研究。欧阳志云等［4］通过分析生态环境敏感性因素，提出中国生态环境敏感性分区。沈刚［5］研究了浙江省安吉县的生态敏感性和生态适宜度。洪鸿加［6］运用遥感影像（RS）、地理信息系统（GIS）技术利用层次分析法(AHP)评价澳门特别行政区生态环境敏感性。李江荣［7］利用面向对象的分类方法确定景观类型,对雅鲁藏布大峡谷的生态敏感性进行评价和分析。魏柏浩［8］采用生态足迹模型对天山北坡城市群的生态足迹及生态承载力进行推算和综合生态敏感性评价。

在对国内外森林公园生态敏感性研究成果的基础上，选取南平凤山森林公园为研究对象，以GIS 技术为支持，构建南平凤山公园生态敏感性评价体系，对各单一生态因子进行分级评价，再利用层次分析法(AHP)，通过加权叠加分析得到研究区的生态敏感性综合评价。

1 研究区概况

南平凤山森林公园位于福建省南平市延平区西郊东经118°10'，北纬26°40'，属于中亚热带季风气候带，雨量充沛，气候温暖，平均温度19.4 ℃，面积共214.4 hm2。南平凤山森林公园境内大部分为闽北低山丘陵地形，四周群山连绵，沙溪横贯。园内西溪干流贯穿全境，流域内雨量丰沛，水资源丰富。土壤类型大致可分为三个土类，分别是红壤、黄壤和草甸土，从低到高分布，但以红壤为主。

南平凤山森林公园总面积214.4 hm2，属于中国东部湿润森林区，中亚热带阔叶林带，森林茂密，植被种类繁多。森林公园内的典型地带植被类型主要有常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林、针阔叶混交林、毛竹林、灌丛草坡等6 大类型。优势树种以衫木、马尾松为主，还有零星樟、楠、褚、闽粤栲等硬阔树种。常绿阔叶林多生长在海拔250～1200 m 的偏僻山区，树种繁多。其上层优势树种主要有壳斗科的丝栗栲和青冈栎、樟科的楠木、山茶科的木荷、金缕梅科的阿丁枫等。常绿针叶林以马尾松次生林为主。竹林分布范围很广，除毛竹外，还有绿竹、麻竹、福建酸竹、黄甜竹、苦竹、红壳竹等。

2 研究方法

2.1 数据来源

数据包括海拔、坡度、坡向、土地利用、植被覆盖率、水系、道路分布等。数据类型主要为栅格数据、矢量数据。其中海拔、坡度和坡向数据来自分辨率为30 m的DEM 数据，来源于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/）。土地利用类型数据来自2020 年南平市森林资源二类调查数据。植被覆盖率、水系分布和道路分布数据来自遥感影像数据为Landsat 卫星系列2022 年10 月的30 m 空间分辨率影像，来源于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/）。空间数据统一采用2000 国家大地坐标系统，1985 国家高程基准，重采样至30 m 分辨率的栅格数据。

2.2 选取敏感因子与等级划分

研究通过实地调研，提取对研究结果影响较大的各类生态要素和人类活动的影响因子，再依据有关森林公园生态敏感性研究相关文献[9-12]，最终选择海拔、坡度、坡向、植被覆盖度、土地利用类型、道路缓冲区、水域缓冲区这7 个生态因子作为主要指标，并对各生态因子进行分级和相应赋值（表1）。单因子生态敏感性分为5 个等级，分别赋值为1、2、3、4、5,对应代表着低敏感区、较低敏感区、中敏感区、较高敏感区和高敏感区[13]。

表1 生态敏感性评价因子分级标准Tab.1 Grading criteria for ecological sensitivity evaluation factors

2.3 评价因子权重确定

采取层次分析法构建各评价因子的对比矩阵，再通过比较各矩阵求得结果选出最佳，从而得出各评价因子的权重[14-15]（表2)。再对结果进行一致性检验，并通过一致性结果(CR=0.063,CR＜0.1)判断该判断矩阵一致性结果符合要求。

表2 层次分析法判断矩阵评分标准Tab.2 Hierarchical analysis method judgment matrix scoring criteria

2.4 空间叠加分析

利用ArcGIS10.5 软件空间分析模块中的加权叠加工具，利用层次分析法计算得出的敏感因子权重数值，再对各个单因子的权重进行加权叠加处理，最终得到南平凤山森林公园的生态敏感性综合评价分布区域图。综合生态敏感性分析数学公式参考文献[16]。

3 研究结果与讨论

3.1 单因子生态敏感性评价与分析

3.1.1 坡度分析

坡度会直接影响植被的生长和分布。坡度越大的区域，地方气候条件较差、水分和养分供应不足，难以支撑丰富的植被生长，生态敏感性就越弱[17]。由图可知，研究区域整体坡度较小，坡度变化较大的区域主要集中在森林公园中部和北部。由图1 可知，高敏感区、较高敏感区和低敏感区分布很小，分布面积由大到小依次是较低敏感区、中敏感区、低敏感区、较高敏感区和高敏感区，占比分别是60.2%、28.1%、6.3%、4.7%和0.7%。

图1 南平凤山森林公园各评价因子生态敏感性分级图Fig.1 Ecological sensitivity classification of each ecological factor in Nanping Fengshan Forest Park

3.1.2 海拔分析

通过对数字海拔数据DEM 进行分析可知，南平凤山森林公园虽然群山环绕，但山体海拔落差大。地势总体上由东向西方向倾斜。

由图1 可知，面积占比为23.2%的低敏感区分布在研究区右侧靠近公路和福建农林大学西芹校区附近。中度敏感区与较低敏感区分别占公园总面积的25.8%、31.8%，覆盖凤山森林公园的大部分区域。高敏感区、较高敏感区分别占比为0.5%和18.7%，主要集中在左侧边缘区域，面积较小。较低敏感区、低敏感区共占总面积的55%,可见该森林公园海拔为弱低度敏感。

3.1.3 坡向分析

坡向是影响植物接受时长和太阳辐射强度的重要因素[18-19]。就北半球而言，辐射收入从大到小依次是南坡、东南坡和西南坡、东坡与西坡及东北坡和西北坡、北坡[20]。研究区内坡向生态敏感性整体适中(图1)，其中生态敏感性高(正北)和较高(东北)的区域分别占比13.6%、24.9%，集中分布在研究区中部和南部；中度、较低和低敏感区分别占比21.8%、25.2%、14.5%，空间分布较为平均。

3.1.4 植被覆盖度分析

植被覆盖率通常是指森林面积占土地总面积之比[21]。植被覆盖度越高说明其生态稳定性越高，生态敏感性则越低。植被覆盖度根据归一化植被指数(NDVI)与相元二分模型进行估算[22]。

从图1 来看，高敏感区主要分布较广，主要分布于研究区北部和中部，呈现集中态势，占总面积的28.2%。较高敏感区与中度敏感区也主要分布在研究区北部和中部，分别占总面积的24.8%、6.6%。占比为16.5%的较低敏感区和占比为23.9%的低敏感区分布在研究区南部临近宁光高速区域。较高敏感区、高敏感区共占总面积的53%,可见该森林公园植被覆盖度为高度敏感。

3.1.5 水域缓冲区分析

凤山森林公园内部无河流、湖泊，主要选取了毗邻的闽江，水域缓冲区的划分为0～300、300～600、600～900、900～1200 和1200～1500 m。研究区内较低敏感性区域最大，占比高达31.6%，较高和中度区域次之，占比分别为24.6%、21.4%，低敏感性区域占比13.8%，高敏感区域占比分别为8.6%。

3.1.6 道路缓冲区分析

由图1 可知，各敏感区按占比由大到小排列依次为较低敏感区39.6%、低敏感区23.7%、中敏感区19.9%、较高敏感区9.8%和高敏感区7%。

较高敏感区分布在凤山森林公园的中部区域，较高敏感区为围绕在南三龙高铁、宁光高速、S 215 省道等道路网络周边1200 m 范围内的区域。低敏感区集中在道路网络周边300 m 范围内的区域内，主要分布在宁光高速和S 215 国道附近。较低敏感区和低敏感区一共占比63.3%,由此判定该南平凤山森林公园道路缓冲区处于低度敏感。

3.1.7 土地利用类型分析

研究区内的土地利用类型主要分为水域湿地、林地、草地、耕地裸地、人造地表5 类。面积占比78.7%较高敏感与和2.8%的高敏感区域分布相对集中，主要以林地、水域分布。中敏感、较低敏感与低敏感区分布比较零散，分别占总面积的7.7%、4.7%、6.1%。较高敏感区与高敏感区共占总面积的81.5%,由此可知该森林公园土地类型敏感度处于高度敏感。

3.2 综合敏感性分析

将综合评价结果按照自然断点法(natural breaks，NB)进行重分类，划分为5 个等级区域，即高敏感区、较高敏感区、中度敏感区、较低敏感区、低敏感区(图2)[23]。各级区域所占研究区的面积比例如表3 所示。研究区整体生态敏感性较高，生态敏感性等级由两侧向中部逐渐发散性升高。

图2 凤山森林公园生态敏感性综合评价区域分布Fig.2 Distribution of ecological sensitivity comprehensive evaluation areas in Fengshan Forest Park

表3 南平凤山森林公园生态敏感性综合评价结果Tab.3 Comprehensive evaluation results of ecological sensitivity of Nanping Fengshan Forest Park

由表3 和图2 可知，南平凤山森林公园的高敏感区和较高敏感区也称为重点保护区，主要集中在研究区的中部和东北部，主要以林地和湿地为主，占总面积的64.5%。该区域位于高海拔、陡坡区域，自然环境好，森林资源丰富。该区域是重点保护区，严禁开发。要做好生态修复工作，保护原生植被和原有物种，稳步提高植被覆盖率,增加生物多样性，为动植物提供生长、生存的空间，促进生态良性循环。

中敏感区也称为控制发展区，主要集中在研究区的北部和西南区域，占总面积的22.3%。该区域以山体的中坡和下坡为主，以天然林和人工林为主，植被覆盖度较高。该区域应作为控制发展区原生环境遭到了一定程度的破坏，该区域要坚持保护为主，适度开发，注重保护原生植物以及增加植物丰富度，加强对山脚、陡坡、河流缓冲带等地区的重点绿化。

低敏感和较低敏感区也称为生态建设区，主要集中研究区北部和东南区域，多为村庄、农田，占总面积的13.2%。该区域海拔低、坡度缓，植被单一，人为干扰较大。该区域宜进行合理适度的开发，可围绕生态保护、森林康养建设生态旅游区，建设植物观赏园、森林步道等特色生态景点，提升改感敏区的生态环境和生态稳定性。

4 结论

研究选取福建省南平市凤山森林公园为研究对象，选取海拔、坡度、坡向、植被覆盖度、水域缓冲区、道路缓冲区和土地利用类型7 个生态因子作为生态敏感性评价的指标，采用层次分析法，构建南平凤山公园生态敏感性评价体系，完成凤山森林公园最终的生态敏感性综合评价。探讨研究区的生态环境保护和森林康养等生态资源开发，主要结论如下：

(1)通过对单因子生态敏感性分析，南平凤山森林公园的弱度敏感因子为道路缓冲区、海拔；中度敏感因子为坡度和坡向；高度敏感因子为土地类型、水域缓冲区和植被覆盖度。

(2)南平凤山森林公园综合生态敏感度划分为高度敏感、较高度敏感、中度敏感、较低敏感、低敏感5个等级，面积占比分别为25.7%、38.8%、22.3%、3.6%、9.6%,生态敏感性主要集中在高度敏感和较高度敏感区，占比合计64.5%。因此，南平凤山森林公园综合生态敏感度属于高度敏感。