【《基于随机森林模型的生态安全评价结果分析案例》6900字】

基于随机森林模型的生态安全评价结果分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27786基于随机森林模型的生态安全评价结果分析案例 1153671.1生态安全格局分析 1194421.1.1湘乡市生态安全整体性分析 1131801.1.2乡镇生态安全水平分析 5163011.1.3村庄生态安全水平分析 131.1生态安全格局分析随机森林模型经过训练学习检验精度后，得到训练好的随机森林生态安全评价模型，把湘乡市生态安全评价指标数据共786750个待测点输入模型，输出评价结果，并导入ArcGIS10.2软件中进行分析。1.1.1湘乡市生态安全整体性分析（1）湘乡市整体生态安全状况采用GIS空间分析工具对湘乡市不同生态安全水平的栅格进行统计分析，发现湘乡市生态安全水平空间格局具有空间分布不均的特点（图4-1），整体呈现西、北部地区生态安全水平高于东、南部地区，山区高于城区。表4-1湘乡市生态安全等级栅格统计Table4-1RasterstatisticsofecologicalsafetylevelinXiangxiangCity安全等级生态安全状况栅格数量百分比1极安全140111.78%2较安全11628611.78%3中等安全19090121.26%4一般安全13411217.05%5不安全33144042.13%整个县域范围内处于极安全水平的栅格有14011个，仅占总量的1.78%（表4-1），主要位于水府庙国家级湿地公园和市级生态红线范围内的林地。这些区域生态环境基本未受干扰，具有相对完整的生态系统结构，生物丰富度高，功能性强，自然灾害少，生态安全性高，与随机森林生态安全评价结果相符合。较安全水平的栅格数量为116286个，占比11.78%，主要位于湘乡市生态保护红线范围内和褒忠山林场、东山林场等生态用地中，这些区域生态环境质量较好，较少受到破坏，人口稀疏、城镇化水平低，人类活动和自然灾害干扰小，且一般干扰下可恢复，具有较高的生态安全性。整体来说，湘乡市生态安全处于极安全和较安全水平的栅格较少，总共占全湘乡市的16.56%，因此，湘乡市急需开展生态文明建设，对生态用地进行保护和修复，提高区域整体生态安全水平。湘乡市中低生态安全水平的栅格数量为656453个，占据总体栅格数量的83.44%，从整体上看，湘乡市生态安全水平处于中低水平。其中，湘乡市中等安全水平的栅格数量为190901个，占比21.26%，主要分布于公益林、少量水域和一些自然条件较好的耕地中。这部分地区生态环境受到一定破坏，恢复能力有限，无法承受外界较大干扰，自然灾害发生较少，生态安全性属中等水平。一般安全水平的栅格数量为134112个，占比17.05%，主要分布在普通林地、一般耕地和部分建设用地中。处于这一水平的地区生态环境受到较大破坏，受外界干扰后恢复困难，自然灾害多发，生态环境较差。不安全水平的栅格数量为331440个，占比42.13%，主要分布在河网和交通路网密集、城镇化水平高以及自然灾害频发的地区。这些地区极易受到外界较强干扰，生态环境受到严重破坏，难以恢复与重建，自然灾害频发，生态环境恶劣，生态安全水平低。图4-1湘乡市生态安全等级评价结果Fig.4-1EvaluationresultsofecologicalsafetyinXiangxiangCity（2）湘乡市各土地利用类型生态安全状况统计湘乡市各生态安全水平中的土地利用类型如图4-2，可以发现处于湘乡市极安全级别的土地利用类型以林地、水域和草地为主，分别占极安全水平栅格的46.27%和48.53%。较安全级别同样以林地为主，耕地和园地次之（湘乡市园地面积较少，仅占土地总面积的1.32%，因此以下研究中主要以分析耕地为主），两者共占较安全级别总量的93.5%。建设用地生态安全水平较低，大部分为不安全级别，占全部建设用地栅格总量的71.31%。结果表明土地利用类型的分布与生态安全水平格局具有一定的相关性，林地、水域、草地等生态用地生态安全水平较高，这些土地利用类型区生物种类较为丰富，生态环境相对稳定；而耕地和建设用地生态安全水平普遍较低，这些土地利用类型上人类活动频繁，生态系统易受到干扰且难以自行恢复。此外，从图4-2中可以看出，前四个生态安全水平中耕地比例较少，大部分的耕地分布于生态安全水平最低区域中。从耕地分布特征来看，湘乡市耕地集中分布于县域东部、中部地区的涟水两岸，该地区河流与交通网络分布密集，靠近城市区域，人口密度较大，这在一定程度上有利于农业耕作。但另一方面，由于人类工程活动频繁，对耕地这一人工—自然复合生态系统造成干扰较大，难以依靠自身生态恢复力进行生态修复，因此湘乡市耕地整体上处于生态安全水平较低的状态。与此同时，林地大部分处于中等安全等级区，占全部林地的42.84%。湘乡市属典型的低山丘陵区，各类林地中，除公益林、生态保护红线范围内的大片林地之外，以与耕地交错分布的小片林地为主。这部分林地与耕地、住宅用地、交通用地等用地有一定交集，分布有农村农产品产区或经济林产区，人类活动较频繁，外界对该生态系统具有一定的干扰，生态安全状况处中等安全水平。图4-2湘乡市不同生态安全等级土地利用类型构成Fig.4-2CompositionoflandusetypeswithdifferentecologicalsecuritylevelsinXiangxiangCity（3）湘乡市生态安全评价结果检验以湘乡市现有的各类生态红线对比基于随机森林模型测算的生态安全评价结果进行验证。对比结果发现生态安全评价结果图中的极安全等级区与湘乡市水府庙国家湿地公园、湘乡市生态红线范围基本重合（图4-3），这些区域具有较高生态价值，物种丰富，安全等级高；较安全等级区基于分布于湘乡市大片水土保持林，中等安全区与湘乡市公益林、水库水域范围较一致，安全等较高；一般安全区与大部分林地和耕地一致，安全等级中等；不安全区与城区和交通网络密集区建设用地、未利用地和耕地基本吻合，这些区域人类活动密集，干扰较强，安全等级低。经对比可以表明随机森林模型评价结果具有合理性，且前文中也表明随机森林模型具有较高的评判精度，因此，随机森林模型可适用于低山丘陵区生态安全评价研究。图4-3湘乡市生态红线范围Fig.4-3EcologicalredlineofXiangxiangCity1.1.2乡镇生态安全水平分析（1）湘乡市各乡镇整体生态安全状况采用ArcGIS空间分析工具提取各个乡镇生态安全评价结果栅格图层，统计分析各乡镇生态安全水平，汇总为表4-2。表4-2中是不包含林场、渔场、水库等区划的所有乡镇栅格的生态安全状况，可以发现各乡镇之间各生态安全等级的栅格数量和占比情况差异较大。整体上看，各乡镇极安全水平的栅格数和百分比数值都较低，不安全水平所占栅格百分比均为各乡镇最高，均高于30%。

表4-2湘乡市各乡镇生态安全等级栅格统计（不包含林场、水库等）Table4-2RasterstatisticsofecologicalsecuritylevelofeachtownshipinXiangxiangCity(excludingforestfarms,reservoirs,etc.)乡镇极安全较安全中等安全一般安全不安全栅格数百分比栅格数百分比栅格数百分比栅格数百分比栅格数百分比毛田镇44639.96%922020.58%855119.08%495211.05%1762139.33%棋梓镇24391.41%965917.47%1292723.39%1056119.11%1968935.62%东山街道3653.07%176911.86%157613.24%175911.78%643551.06%金石镇9242.89%587918.41%761923.86%406312.73%1344242.10%金薮乡11182.80%922023.10%789619.78%437210.95%1731443.37%月山镇8671.47%1337022.67%1367223.18%818913.88%2288338.80%山枣镇5481.37%620415.55%638816.01%770219.30%1905647.76%育缎乡3621.05%714620.81%856421.94%361910.54%1465242.66%潭市镇4930.98%668313.22%1403927.77%1057820.93%1875737.11%龙洞镇2710.90%21377.09%899429.85%394313.09%1478149.06%白田镇3340.80%521312.55%879521.18%977823.55%1740641.92%泉塘镇2640.67%406810.31%757919.21%435411.03%2319458.78%虞唐镇1540.44%631618.20%881825.41%649118.70%1292737.25%翻江镇1220.23%714413.40%1544928.98%1247723.40%1811833.99%东郊乡780.22%15281.22%544715.03%538411.85%2381065.69%栗山镇180.07%300510.90%739226.81%606622.00%1108740.22%梅桥镇200.04%599111.08%1886331.87%1116520.64%1805233.37%壶天镇240.04%32345.82%1864433.55%1165920.98%2201139.61%中沙镇70.03%446217.04%843832.22%548820.95%779529.76%新湘路街道00.00%00.00%30.10%1163.84%290396.06%望春门街道00.00%00.00%331.05%36311.60%273487.35%昆仑桥街道00.00%10.02%711.63%4299.86%384888.48%（2）湘乡市较高生态安全等级乡镇由表4-2可知，极安全水平栅格主要分布在毛田镇和棋梓镇（图4-4），两镇栅格数量和百分比均高于湘乡市其他乡镇（图4-5），其中毛田镇较安全级别栅格占镇域栅格总量9.96%，是湘乡市乡镇极安全水平占比最高的乡镇。毛田镇和棋梓镇极安全水平栅格最多，其原因主要是水府庙国家湿地公园坐落于两镇国土空间范围内，毛田镇北部、棋梓镇南部的极安全水平区域基本处于湿地公园范围内。湿地公园土地利用类型以水域和草地居多，其内生物种类较多，土地利用类型单一，生态保护措施较其他生态用地更为全面，具有相对较高的生态安全性。毛田镇中高等生态安全水平栅格占比49.62%，镇域内土地利用类型以林地和水域为主，是湘乡市乡镇生态安全水平最高的乡镇。图4-4毛田镇、棋梓镇生态安全等级评价结果Fig.4-4EvaluationresultsofecologicalsafetylevelinMaoTianandQiziTown除最高生态安全水平区域之外，湘乡市较安全水平栅格主要分布在月山镇、棋梓镇、毛田镇和金薮乡四个乡镇（图4-4、图4-6）。其中，金薮乡较安全水平栅格占镇域栅格总量的23.10%，湘乡市乡镇生态较安全水平占比最高。月山镇有13370个较安全级别栅格，是湘乡市乡镇生态较安全水平栅格总量最多的乡镇。综合极安全和较安全水平栅格来看，毛田镇、月山镇、育缎乡、金薮乡、棋梓镇和金石镇这六个乡镇处于相对较高生态安全水平，栅格占比超过20%。这些乡镇地处低山丘陵区，土地利用类型以林地和耕地居多，人类活动与自然灾害干扰较少，生态环境相对安全稳定。图4-5湘乡市各乡镇各生态安全级别百分比Fig.4-5PercentageofecologicalsecuritylevelofeachtownshipinXiangxiangCity图4-6月山镇、金薮乡生态安全等级评价结果Fig.4-6ResultsofecologicalsafetyevaluationofYueShanTownandJinShuTown（3）湘乡市中等生态安全等级乡镇（a）（b）（c）图4-7湘乡市中等生态安全水平乡镇（注：a表示壶天镇、梅桥镇、中沙镇；b表示金石镇、育缎乡、潭市镇；c表示虞唐镇、翻江镇）Fig.4-7TownswithmediumecologicalsecuritylevelinXiangxiangCity(Note:areferstoHutianTown,MeiqiaotownandZhongshatown;BreferstoJinshiTown,YuxianTownshipandTanshitown;CstandsforYutangtownandFanjiangtown)湘乡市中等安全水平栅格主要分布在梅桥镇、壶天镇和中沙镇（图4-7），其中，梅桥镇中等安全级别栅格占镇域栅格总量31.87%，是湘乡市乡镇中等生态安全水平占比最高的乡镇。整体来说，湘乡市中高等生态安全水平栅格占比超过40%的乡镇有毛田镇、棋梓镇、金石镇、金薮乡、月山镇、育缎乡、潭市镇、虞唐镇、翻江镇、梅桥镇和中沙镇，超过全部乡镇半数，除前六个高生态安全等级乡镇，其余6个乡镇均属中等安全水平乡镇。（4）湘乡市低生态安全等级乡镇湘乡市一般安全和不安全级别栅格主要分布在主城区（图4-8），其中新湘路街道、昆仑桥街道和望春门街道这三个街道以城镇建设用地为主，生态安全性低，低等安全级别栅格占比均高于98%，东山街道区划内包含东台山国家森林保护公园，生态用地比例高于其他街道，低安全级别栅格相对较少。图4-8湘乡市主城区生态安全等级评价结果Fig.4-8EvaluationresultsofecologicalsafetylevelinmainurbanareaofXiangxiangCity图4-9东郊乡、泉塘镇生态安全等级评价结果Fig.4-9EvaluationresultsofecologicalsafetylevelinDongjiaoandQuantangtown东郊乡和泉塘镇是湘乡市除街道外生态安全水平最低的乡镇（图4-9），低等生态安全级别占比超过68%。东郊乡和泉塘镇是湘乡市近郊乡镇，经济较其他乡镇比较发达，交通网络和河网分布更为密集，居住人口较多，建设用地和耕地占比较大，林地等生态用地太少。因而两镇受干扰程度高，生态系统结构不稳定，遭到破坏后恢复能力差，难以满足镇域生态需求。除上述乡镇外，还有白田镇、栗山镇、龙洞镇和山枣镇四个镇生态安全水平较低（图4-10），这些乡镇林地和耕地占比较多，但生态安全水平仍然不高。其中，龙洞镇与上述东郊乡、泉塘镇类似，临近湘乡市区，受干扰程度较高，生态安全水平低。此外，白田镇地质灾害核密度较大，历史自然灾害发生较多，山枣镇和栗山镇次之。滑坡、泥石流、崩塌等自然灾害的发生易使生态系统遭到严重破坏，造成生态安全问题，对村民生活、生产形成严重影响，降低了生态安全水平。（a）（b）图4-10湘乡市中等生态安全水平乡镇（注：a表示白田镇、栗山镇、龙洞镇；b表示山枣镇）Fig.4-10TownswithmediumecologicalsecuritylevelinXiangxiangCity(Note:areferstoBaitianTown,LishantownandLongdongtown;Bmeansshanzaotown)总体而言，湘乡市生态安全性相对较高的乡镇主要分布于湘乡市四周低山丘陵区，包括毛田镇、棋梓镇、月山镇、中沙镇和梅桥镇等乡镇，这些乡镇林地、水域等生态用地较多，交通路网和河网相对较少，自然灾害发生频率低，生态环境较为稳定。而主城区的四个街道和东郊乡、泉塘镇等一些城郊乡镇经济和交通较为发达，建设用地较多，生态安全性较低。所以，目前湘乡市面临的现状问题是经济水平较高的城市区域和乡镇的生态安全水平较低，不能维持本区域的生态需求，即经济发展与生态环境保护产生了矛盾。基于此，亟需采取措施解决生态用地不足、人类活动与自然灾害干扰较多地区的生态安全问题。1.1.3村庄生态安全水平分析“全面推进乡村振兴，完善新型城镇化战略”是我国“十四五”时期的主要目标。完成乡村全面振兴目标，需要掌握乡村各种基本情况。“青山绿水就是金山银山”，发展产业要在生态环境健康的基础上才能蓬勃发展，不被恶劣环境拖后腿。因此，本研究从村级这一小尺度分析生态安全水平，为发展乡村振兴战略做好生态环境研究，优化村庄国土空间利用布局。湘乡市共有308个行政村（不包含林场、渔场等），对湘乡市生态安全水平分村级区域进行统计分析，全部结果见附录表3，村庄生态安全类型分类见图4-11、表4-4。湘乡市高低等生态安全村占比最少，主要集中在中等生态安全村和临界生态安全村，占湘乡市全体村庄的90.90%。表4-4湘乡市村庄生态安全类型统计Table4-4StatisticsofvillageecologicalsecuritytypesinXiangxiangCity村庄生态安全类型数量百分比高等生态安全村113.57%中等生态安全村11035.71%临界生态安全村17055.19%低等生态安全村175.52%图4-11湘乡市村庄生态安全类型分布图Fig.4-11DistributionofvillageecologicalsecuritytypesinXiangxiangCity（1）湘乡市高等生态安全村表4-3所示是湘乡市行政村中高安全水平栅格占比超过50%以上的村庄，包括长城村、酒铺村、农林村、礼睦村、石冲村、西冲村、公略村、花石村、吉长村、水府新村和普安村11个行政村，占全体村庄数量的3.57%。按照中高安全水平栅格占比值划分村庄生态安全类型，上述11个村属于高安全村。其中，长城村中高安全水平栅格占比高达83.43%，生态安全水平显著高于其他村庄。见图4-12，村域内栅格安全水平主要集中在较安全和中等安全级别，一般安全和不安全级别栅格较少。长城村属潭市镇，土地利用类型以林地为主，在湘乡市公益林范围内，村域内生态安全水平较低区域主要是住宅用地、交通道路用地和采矿用地。这类村庄生态价值高，具有作为开发生态旅游型村庄的自然潜力，但同时也在一定程度上限制了村庄建设用地规模的发展。因此，在推进乡村发展的过程中，应积极采取生态环境保护措施，同时应重点对上述生态安全水平较低区域进行生态修复或整治，以提高村域生态安全整体水平，为发展乡村振兴产业打下夯实基础。表4-3湘乡市村级高等生态安全等级栅格统计Table4-3RasterstatisticsofvillagehigherlevelofecologicalsafetyinXiangxiangCity行政村极安全较安全中等安全一般安全不安全中高安全水平栅格占比长城村354444185116874583.43%酒铺村25170149464692945058.72%农林村4256030931728286555.19%礼睦村24204630452184209051.48%石冲村9626341485996265053.62%西冲村1104636571332289052.70%公略村2125632221812225052.45%花石村95323427241668424050.61%吉长村88315823491100441550.36%水府新村56187224121060325050.17%普安村4214672035352399050.03%图4-12长城村生态安全等级评价结果Fig.4-12EvaluationresultsofecologicalsafetyintheChangchengVillage（2）湘乡市中等生态安全村湘乡市中等生态安全村有110个（具体村庄对应生态安全类型见附表4），占比高达35.71%。这类型村域内栅格安全水平主要集中在较安全和中等安全级别，一般安全和不安全级别栅格相对较少，土地利用类型以林地为主，村域内生态安全水平较低区域主要是建设用地区。这类村庄具有较多的生态用地同时也具有一定数量的建设用地，能够进行较为均衡的发展。因此，这类村庄在发展过程中应注意适度开发，保障生态红线区、生态用地区不被过度开发，注重生态环境保护，在满足村庄自身发展需求的同时要维持村域生态安全整体水平，稳步推进乡村振兴事业。（3）湘乡市临界生态安全村湘乡市属于临界生态安全类型的村庄最多，共170个，占比高达55.19%。这类村庄村域内栅格生态安全水平主要集中在一般安全和中等安全级别，土地利用类型以耕地、建设用地及少量林地为主，村域内生态安全水平较低区域主要是建设用地和耕地。这类村庄一般已具备满足其自身发展所需要的建设用地规模，具有发展产业的潜力。因此，这类村庄发展过程中应限制建设用地的扩张，挖掘现有建设用地的利用潜力，盘活闲置土地，保障耕地不被占用，加强生态用地保护，使村庄脱离临界生态安全状态。（4）湘乡市低等生态安全村低等生态安全村17个，占比5.52%。表4-5中所示是湘乡市村级行政区生态安全水平栅格集中处于低等水平的居委会、社区与村庄，包括1个社区、8个居委会以及8个行政村。其中，北正街居委会、东风路居委会、壕塘社区居民委员会、昆仑桥居委会和南正街居委会的全部生态安全水平栅格均处于不安全水平。这些