河西地区生态敏感性演变格局及分区治理

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00083

摘要/Abstract

摘要：

生态敏感性是评估区域生态环境问题和实施生态功能区划的重要指标，可作为区域生态修复与分区治理的重要依据。以河西地区为例，首先针对沙漠化、水土流失、盐渍化、生境质量等生态问题，耦合空间距离指数模型构建生态敏感性评价体系，其次，运用格网编码法对河西地区生态敏感性波动强度及波动趋势进行分析，并结合地理探测器探明生态敏感性演变进程中主要驱动因子；最后，基于生态敏感性的时空演变特征进行生态治理分区。结果表明：（1）河西地区生态敏感性具有明显空间分异性，呈现西北高东南低的分布状况；（2）生态敏感性稳定区占主导地位，面积占比为46.54%；（3）生境质量敏感性对河西地区生态敏感性解释力最强；（4）河西地区可划分为优化治理区、管控治理区、长效治理区、综合治理区4个生态分区，分区面积占比分别为32.08%、27.80%、11.30%、28.82%，对于不同分区特征建议实施不同的生态治理策略。

关键词: 生态敏感性, 分区治理, 空间距离模型, 河西地区

Abstract:

Ecological sensitivity is an important indicator for evaluating regional ecological environmental issues and implementing ecological function zoning， which can provide important basis for regional ecological restoration and optimization management. This paper takes Hexi region as an example. First， aiming at ecological problems such as Desertification， water and soil loss， salinization， and habitat quality， the spatial distance index model is coupled to build an evaluation system of terrestrial ecological sensitivity. Secondly， the grid coding method is used to analyze the fluctuation intensity and trend of terrestrial ecological sensitivity in Hexi region， and the main driving factors in the evolution process of terrestrial ecological sensitivity are identified with geographical detectors； Finally， ecological governance zoning is carried out based on the spatiotemporal evolution characteristics of terrestrial ecological sensitivity. The results indicate that the sensitivity of terrestrial ecology in the Hexi region has significant spatial differentiation， showing a distribution pattern of high in the northwest and low in the southeast； The ecologically sensitive and stable area dominates， accounting for 46.54% of the total area； The sensitivity of habitat quality has the strongest explanatory power on the sensitivity of terrestrial ecology in the Hexi region； Based on the above characteristics， the Hexi region can be divided into four ecological zones： optimized governance zone， controlled governance zone， long-term governance zone， and comprehensive governance zone. The proportion of the zone area is 32.08%， 27.80%， 11.30%， and 28.82%， respectively. It is recommended to implement different ecological governance strategies for different zone characteristics.

Key words: ecological sensitivity, zone governance, spatial distance model, Hexi region

中图分类号:

F062.2

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图/表 8

图1 研究区位置

Fig.1 Overview of the study area

表1 生态敏感性指标体系

Table 1 Ecological sensitivity index system

一级指标	二级指标	敏感性
一级指标	二级指标	不敏感	轻度敏感	中度敏感	高度敏感	极敏感
沙漠化	相对湿润指数	(-0.4,+∞)	(-0.65,0.4]	(-0.8,-0.65]	(-0.95,-0.8]	（-∞,-0.95]
	冬春季风速>6 m·s^-1天数^[32]	(0,15]	(15,30]	(30,45]	(45,60]	(60,+∞)
	土壤含砂量	(0.0.4]	(0.4,0.51]	(0.51,0.63]	(0.63,0.76]	(0.76,1]
	冬春植被覆盖度	(0.7,1]	(0.5,0.7]	(0.3,0.5]	(0.15,0.3]	(0,0.15]
水土流失	R值	(0,25]	(25,100]	(100,400]	(400,600]	(600,+∞)
	土壤质地	石砾、沙	粗砂土、细砂土、黏土	面砂土、壤土	砂壤土、粉黏土、壤黏土	砂粉土、粉土
	地形起伏度	(0,20]	(20,50]	(50,100]	(100,300]	(300,+∞)
	植被覆盖度	(0.7,1]	(0.5,0.7]	(0.3,0.5]	(0.15,0.3]	(0,0.15]
盐渍化	蒸发量/降雨量	(0,1]	(1,3]	(3,10]	(10,15]	(15,+∞)
盐渍化	土壤盐渍化指数^[33]	(0,0.2]	(0.2,0.27]	(0.27,0.41]	(0.41,0.56]	(0.56,1]
生境质量	生境质量指数	(0.73,1]	(0.46,0.73]	(0.26,0.46]	(0.1,0.26]	(0,0.10]
生境质量	生长季植被覆度	(0.7,1]	(0.5,0.7]	(0.3,0.5]	(0.15,0.3]	(0,0.15]
分级赋值		1	3	5	7	9

表2 生态敏感性指标计算方式

Table 2 Calculation method of ecological sensitivity index

一级指标	二级指标	计算公式	解释说明
沙漠化	相对湿润指数	$M I = P - E T 0 E T 0$	式中：MI代表该地区相对湿润指数值，P代表年降水量，ET₀代表年潜在蒸散量，单位均为mm
	冬春季风速>6 m·s^-1天数	—	计算河西地区及周边气象站点12月至次年5月最大风速^[32]>6 m·s^-1的天数，进行IDW插值获得
	土壤含砂量	—	—
	冬春植被覆盖度	$F V C = N D V I - N D V I v N D V I s - N D V I v$	式中：FVC代表植被覆盖度，NDVI代表归一化植被指数，NDVI_v代表植被NDVI，NDVI_s表裸土NDVI，冬春季选取12月至次年5月
水土流失	R值	$R d = 0.067 P d 1.627$	式中： $R d$ 为多年平均降雨侵蚀力因子，单位为MJ·mm·hm^-2·h^-1； $P d$ 为多年平均降雨量，单位为mm
	土壤质地	—	依据《土壤质地分类标准》（2005年）分类定级
	地形起伏度	—	邻域分析计算地形起伏度
	植被覆盖度	用冬春植被覆盖度计算	研究期年均植被覆盖度
盐渍化	蒸发量/降雨量	蒸发量/降雨量	研究期蒸发量与降雨量年均值之比，单位均为mm
盐渍化	土壤盐渍化指数	$N D V I = b 2 - b 1 b 2 + b 1$ $S I = b 1 · b 3$ $S D I = (N D V I - 1) 2 + S I 2$	式中：NDVI代表归一化植被指数，SI为盐分指数，SDI为土壤盐渍化指数，b₁、b₂、b₃是MOD09A1中红波段(620~670 nm)、近红外波段(841~876 nm)、蓝波段(459~479 nm)的波段反射率，一般选取8—9月作为盐渍化指数观测时间较为合理^[33]
生境质量	生境质量指数	生境质量指数=A_bio·(Area_i ·α_i )/区域面积	A_bio为生境质量归一化指数，Area_i 为6类土地利用类型面积，α_i 为不同土地利用类型生境质量系数，根据《生态环境状况评价技术规范》（2015年）要求，耕地为0.11，林地为0.35，水域为0.28，草地为0.21，建筑用地为0.04，未利用地为0.01
生境质量	生长季植被覆盖度	公式同冬春植被覆盖度计算	选取研究期5—9月为生长季计算生长季植被覆盖度

表2 生态敏感性指标计算方式

Table 2 Calculation method of ecological sensitivity index

一级指标	二级指标	计算公式	解释说明
沙漠化	相对湿润指数	$M I = P - E T 0 E T 0$	式中：MI代表该地区相对湿润指数值，P代表年降水量，ET₀代表年潜在蒸散量，单位均为mm
	冬春季风速>6 m·s^-1天数	—	计算河西地区及周边气象站点12月至次年5月最大风速^[32]>6 m·s^-1的天数，进行IDW插值获得
	土壤含砂量	—	—
	冬春植被覆盖度	$F V C = N D V I - N D V I v N D V I s - N D V I v$	式中：FVC代表植被覆盖度，NDVI代表归一化植被指数，NDVI_v代表植被NDVI，NDVI_s表裸土NDVI，冬春季选取12月至次年5月
水土流失	R值	$R d = 0.067 P d 1.627$	式中： $R d$ 为多年平均降雨侵蚀力因子，单位为MJ·mm·hm^-2·h^-1； $P d$ 为多年平均降雨量，单位为mm
	土壤质地	—	依据《土壤质地分类标准》（2005年）分类定级
	地形起伏度	—	邻域分析计算地形起伏度
	植被覆盖度	用冬春植被覆盖度计算	研究期年均植被覆盖度
盐渍化	蒸发量/降雨量	蒸发量/降雨量	研究期蒸发量与降雨量年均值之比，单位均为mm
盐渍化	土壤盐渍化指数	$N D V I = b 2 - b 1 b 2 + b 1$ $S I = b 1 · b 3$ $S D I = (N D V I - 1) 2 + S I 2$	式中：NDVI代表归一化植被指数，SI为盐分指数，SDI为土壤盐渍化指数，b₁、b₂、b₃是MOD09A1中红波段(620~670 nm)、近红外波段(841~876 nm)、蓝波段(459~479 nm)的波段反射率，一般选取8—9月作为盐渍化指数观测时间较为合理^[33]
生境质量	生境质量指数	生境质量指数=A_bio·(Area_i ·α_i )/区域面积	A_bio为生境质量归一化指数，Area_i 为6类土地利用类型面积，α_i 为不同土地利用类型生境质量系数，根据《生态环境状况评价技术规范》（2015年）要求，耕地为0.11，林地为0.35，水域为0.28，草地为0.21，建筑用地为0.04，未利用地为0.01
生境质量	生长季植被覆盖度	公式同冬春植被覆盖度计算	选取研究期5—9月为生长季计算生长季植被覆盖度

图2 2000—2020年生态敏感性时空演变

Fig.2 Temporal and spatial evolution of terrestrial ecological sensitivity from 2000 to 2020

图3 生态敏感性指数、面积占比、面积转移和弦图

Fig.3 Terrestrial ecological sensitivity index， area proportion， area transfer， and chord chart

图4 生态敏感性波动强度、波动趋势分布及面积桑基图

Fig.4 Distribution of fluctuation intensity，trend of ecological sensitivity and Sankey map

表3 河西地区地理探测器结果

Table 3 Results of geographical detectors in the Hexi region

指标	年份					平均
指标	2000	2005	2010	2015	2020	平均
沙漠化	0.64^**	0.65^**	0.66^**	0.64^**	0.70^**	0.68^**
水土流失	0.07^**	0.08^**	0.05^**	0.07^**	0.14^**	0.05^**
盐渍化	0.68^**	0.73^**	0.69^**	0.72^**	0.76^**	0.70^**
生境质量	0.71^**	0.72^**	0.71^**	0.73^**	0.77^**	0.71^**
人类活动	0.00^*	0.00^**	0.02^**	0.04^**	0.04^**	0.02^**

图5 生态敏感性分区

Fig.5 Ecological sensitivity regionalization

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