生态系统脆弱性即生态系统的脆弱程度，是指特定时空尺度中生态系统相对于外界干扰所具有的敏感反应和恢复能力^[1]，是区域生态系统的固有属性在受到干扰作用下的表现，是自然属性和人类活动行为共同作用的结果^{[2, 3]}。主要由沙漠化脆弱性、土壤侵蚀脆弱性、石漠化脆弱性、盐渍化等要素构成，根据不同区域的实际情况选择不同要素等级指标来反映，其评价结果是诊断区域环境问题、识别关键脆弱环境因子的重要手段，也是生态环境整治的重要依据^{[4, 5]}。

若尔盖县是中国三大湿地之一，是长江上游的重要水源涵养区和水土保持区，是四川盆地和长江干流的重要生态屏障^[6]。近半个世纪以来，由于人类活动和自然因素的双重作用，生态环境日益恶化，资源过度开采，水土流失、草场沙化日趋严重。目前，针对生态脆弱性的研究主要集中于两方面，一方面是理论方法研究，包括基于情景分析法、生态模型模拟法等的预测性评价方法，基于模糊数学、多因素指数、层次分析、遥感及地理信息系统(geographic information system, GIS)评价法等的现状评价方法。另一方面是区域评价应用研究，然而，当前研究主要集中于青藏高原高原生态功能区、长江黄河沿线河流生态功能区、湖泊生态功能区、平原生态功能区等，但针对若尔盖县这类湿地生态功能重要地区却鲜有研究。因此，本文基于遥感与地理信息技术对2010年、2014年若尔盖县生态脆弱性进行研究分析，对保护湿地及区域生态安全具有重要意义。

1 研究区概况

若尔盖县位于青藏高原东部边缘地带，地处阿坝藏族羌族自治州北部，地理位置介于东经102°08′~103°39′、北纬32°56′~34°19′之间，总面积10 436.58 km²，平均海拔3 500 m以上，如图 1所示。黄河与长江分水岭将其划为东西两部，区域气候属高原寒温带湿润季风气候，常年无夏，气温较低，年平均气温1.1℃，年降水量较为充沛，约为650 mm。

按照国务院印发的《全国主体功能区规划》，若尔盖县属于重点开发区若尔盖草原湿地生态功能区。拥有若尔盖湿地国家级自然保护区，主要保护对象为高寒沼泽湿地生态系统和黑颈鹤等珍稀动植物。该县不仅是中国生物多样性关键地区和世界高山带物种最丰富的地区之一，也是黄河上游重要的水源涵养区。但该区域生态系统异常脆弱，一旦破坏后极难恢复。

2 数据来源

沙漠化脆弱性计算数据主要来自中国科学院遥感与数字地球研究所1:10万土地利用遥感监测数据、美国国家航空航天局的MODIS13Q1数据集产品。

冻融侵蚀脆弱性计算数据主要来自国家气象信息中心近十年降水观测数据、中国科学院南京土壤研究所1:100万全国土壤数据、四川省测绘地理信息局的90 m分辨率的数字高程模型(digital elevation model，DEM)数据。

水力侵蚀脆弱性计算数据主要基于上述两方面数据。

3 技术方法

生态脆弱性在评价过程中采用多因素主导分析法。多因素主导分析法即通过不同因素显著性水平来衡量因素对变量的影响^[7]。根据《省级主体功能区域划分技术规程(试用)》及若尔盖县实地调研与资料分析，其区域生态系统主要受土壤侵蚀(水力侵蚀和冻融侵蚀)和沙漠化等因素影响。为此，本文采用生态脆弱性算法。计算方法为：

$ \begin{array}{l} \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\rm{生态系统脆弱性 = }}\\ {\rm{max(沙漠化脆弱性, 土壤侵蚀脆弱性)}} \end{array} $

(1)

3.1 沙漠化脆弱性

沙漠化脆弱性一般由风蚀地或流沙面积占该地区面积的百分比(根据研究区域地表覆盖数据提取)和植被覆盖度综合确定^[8]。

3.2 土壤侵蚀脆弱性

若尔盖县土壤侵蚀主要包括水力侵蚀和冻融侵蚀，因此该地区的土壤侵蚀脆弱性计算方法为：

$ \begin{array}{l} \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\rm{土壤侵蚀脆弱性 = }}\\ {\rm{max(水力侵蚀脆弱性, 冻融侵蚀脆弱性)}} \end{array} $

(2)

水力侵蚀脆弱性采用齐述华等^[9]修正后的月模式方程。

1) 降雨侵蚀力因子。参照第一次全国水利普查采用的Richardson日降雨侵蚀力模型方法来计算若尔盖县的降雨侵蚀力^[10]。

2) 土壤可蚀性因子。采用Williams等^[11]在EPIC(erosion-productivity impact calculator)模型中的估算方法计算土壤可蚀性因子值。

3) 坡长坡度因子。RULSE(revised universal soil loss equation)模型中的坡度因子公式是通过大量实验得到的经验公式，但是其只适用于坡度小于15°的缓坡，考虑到若尔盖县坡度大于15°的区域较大，所以陡坡则采用国内研究者所用的坡度公式来计算^[8]。

4) 地表植被覆盖因子根据文献[10]来计算。

5) 土壤保持措施因子。水土保持措施因子是指采取水保措施以后的土壤流失量与顺坡种植时的土壤流失量的比值。

冻融侵蚀是高寒地区由于温度变化导致土体或岩石中的水分发生相变，体积发生变化，以及由于土壤或岩石不同矿物的差异胀缩，造成土体或岩石的机械破坏，并在重力等作用下被搬运、迁移、堆积的整个过程。根据第一次全国水利普查冻融侵蚀评价方法和国内外相关文献^[9-11]，若尔盖县冻融侵蚀脆弱性评价体系主要包括气温年较差、坡度、植被盖度、太阳辐射、年降水量等几个评价内容。

为了消除不同量纲之间的差异性和数据级不同产生的影响，需要对各指标进行数据标准化处理^[11-13]。

参照第一次全国水利普查冻融侵蚀评价方法以及该地区国内外冻融侵蚀相关研究^[9-13]中的指标体系以及体系中各个指标的相对权重，采用层次分析法确定了若尔盖县冻融侵蚀评价体系权重。气温年较差、坡度、植被盖度、年降水量和太阳辐射等5个指标的权重分别为0.20、0.28、0.16、0.12和0.24。

3.3 生态系统脆弱性

基于GIS软件对上述求得的沙漠化脆弱性、土壤侵蚀脆弱性(水力侵蚀脆弱性和冻融侵蚀脆弱性)等级求最大值，得到最终的若尔盖县生态系统脆弱性等级空间分布结果。

4 结果与分析

根据上述算法计算得出若尔盖县生态脆弱性空间分布如图 2所示。

图 2结果表明，2010-2014年，若尔盖县生态系统脆弱性总体上呈现减小趋势，2010年该县的生态系统脆弱性平均值为1.74，而2014年的生态系统脆弱性平均值为1.64，且不脆弱区域占有较大比重，面积分别为5 540.50 km²、5 839.13 km²，分别占全县面积的53.76%、56.66%，主要分布于该县的中部以及西南部地区。脆弱地区零散分布于该县的东南部与北部。而一般脆弱、较脆弱和脆弱区面积百分比分别减小0.62%、1.33%、1.13%。总体上，2010-2014年，若尔盖县的生态系统脆弱性逐步减少，且大小呈现东大西低的趋势，这主要是受地形、降水、植被覆盖等因素的影响，北部和东部山区山高谷深，地形陡峭、破碎，水土流失严重，而中部和西南部地势平坦，多草地、湿地分布，植被覆盖好，水土流失强度较小，因此若尔盖县的生态系统脆弱性自西向东呈现增加趋势。

为深入分析生态系统脆弱性与其他相关因素的关系，本文从坡度、海拔、土地利用类型几个方面对其相关性进行了分析，结果如图 3和图 4所示。

若尔盖县生态系统脆弱性空间分布格局与地形和土地利用类型呈现较大相关性，并具有一定规律，结果发现，若尔盖县作为草原湿地区，生态系统脆弱性随着坡度的增大而增大，其主要原因是坡度越大，水蚀、冻融侵蚀物质输移的距离越远，输移的物质也越多。而且，坡度较大的地区在降水和重力的综合作用下，水土流失强度会大大提高，极大地破坏了地区生态环境；随着海拔的升高呈现先减小后增加的趋势，在3 400~3 600 m海拔，其值达到最小，主要原因在于若尔盖县的地貌类型随着海拔的升高由低矮丘陵、高原转变为山地，植被盖度增大，生物多样性增加，土壤保持能力强，因此水土流失强度较小。此外，低海拔地区人类活动影响显著(过度放牧、乱砍滥伐)，而随着海拔的升高，人类活动影响减弱，因而生态系统脆弱性随之减小。但是随着海拔的进一步升高，地形陡峻，坡度加大，地形影响成为主导因子，水蚀和冻融侵蚀灾害加剧，因此生态系统脆弱性呈现随海拔升高而增加的趋势；未利用地的生态系统脆弱性最大，原因在于未利用地(沙地、裸土地、裸岩地)的植被覆盖度较低，受水力侵蚀、冻融侵蚀以及沙漠化影响显著，而且林地和灌木林地的生态系统脆弱性大于草地的，主要原因在于林地多位于山区，地形破碎度较大，地势陡峻，而草地多分布于起伏度较小的低矮丘陵、高原，相比于草地，疏林地等部分林地的水土流失状况更为强烈，因此, 总体上林地的生态系统脆弱性值略大于草地。

5 结束语

本文基于遥感和地理信息技术，采用多因素主导分析法对若尔盖县2010年、2014年的生态系统脆弱性进行了监测分析。研究结果表明，若尔盖县生态系统脆弱性主要受沙漠化与土壤侵蚀影响较大，且脆弱性值较小，几年间呈现减小趋势；其值呈现东高西低的趋势，这主要是受地形、降水、植被等因素的影响，北部和东部山区山高谷深，地形陡峭、破碎，水土流失严重，而中部和西南部地形起伏较小，草地、湿地广布，水土流失强度大；生态系统的脆弱性与海拔、坡度、土地利用类型具有一定的相关性。随海拔升高，其值先降后升，并随着坡度增加而增加，未利用地的生态系统脆弱性最大。