市域国土空间生态系统恢复力评价研究

作者: 蔡磊

0 引言

生态系统恢复力是指生态系统在受到外界干扰或破坏后,能够通过自身的维持和调节,使其系统结构、生态功能等得到恢复的能力。生态系统恢复力不仅是评估区域环境健康和可持续发展的重要指标,在维持理想生态系统状态方面也扮演着至关重要的角色,良好的生态系统恢复能力更是实现区域可持续发展的根本前提[1-2]

国外对生态系统恢复力的研究,是从弹性概念内涵的深入拓展开始的。弹性观点起源于20世纪60至70年代初的生态学,主要关注研究对象为群体间(如捕食者与猎物)的相互作用及其对生态稳定性理论反应的探讨[3-4]。进入20世纪70年代后,HOLLING5在生态学领域研究中首次引人了恢复力的概念,用来帮助理解生态系统的稳定性情况,并定义恢复力为系统在面对状态变量、驱动因素和参数变化时,依然能够维持其持续存在的能力。随后,诸多专家学者逐步深入地研究恢复力,并将其应用扩展到多个生态系统的研究[6]。

国内生态系统恢复力研究方面,学者从不同需求和不同系统等角度人手开展了不少研究。例如,刘焱序等以汪清县森林地区为研究对象,从恢复力的角度评价了该地区的土地生态适应性;张正昱等8运用OWA方法,对长江经济带的国土空间恢复力的脆弱性进行了评价与模拟。随着城市化进程的发展和自然环境的不断变化,国家高度重视国土空间生态修复工作,提出编制国土空间生态修复规划,作为国土空间总体规划的专项规划,并颁发相关文件明确要求生态恢复力与生态脆弱性评价等应作为识别生态修复重点区域与项目安排的基础。研究以广东省云浮市为对象,旨在探讨该市国土空间生态系统的恢复能力。通过评估云浮市生态系统恢复能力,为提供科学依据和政策建议打下基础,以促进生态环境的可持续发展。

1研究地区概况与数据来源

1.1 研究区概况

广东省云浮市与肇庆、佛山、江门、阳江、茂名接壤,与广西梧州毗邻,地处广东省中西部,西江中游以南,具有突出的区位优势。云浮市的地形地貌以山区和丘陵为主,市域国土空间总面积 市域国土空间生态系统恢复力评价研究0 山区地形占总土地面积的 60.5% ,丘陵地貌则占30.7% ,因此被视为典型的山区城市。云浮市气候类型为亚热带季风气候,年均气温在 市域国土空间生态系统恢复力评价研究1 左右,降水量丰富,平均年降水量在 1600mm 左右。水文方面,全市河流众多,以西江、罗定江、新兴江、南山河四大水系为主,水资源总量达到75.89亿 市域国土空间生态系统恢复力评价研究2 ,多年平均水资源量达到62.2亿 市域国土空间生态系统恢复力评价研究2 。植物和植被资源丰富,共有201科813属1884种,其中,蕨类植物37科69属189种,裸子植物3科3属5种,裸子植物是构成云浮市植被与用材林的主要植物。

1.2数据来源与处理

地形地貌分析所采用的数字高程模型(DEM)数据,源自地理空间数据云平台,并通过ArcGIS分析功能计算了地形的起伏度与坡度。气候条件分析所需的年均气温、年均蒸发量及年均降水量数据,则取自中国科学院地理科学与资源研究所《2020年中国气象要素年度空间差值数据集》,并利用ArcGIS进行了空间插值处理。此外,植被覆盖度情况选用归一化植被指数NDVI进行表征,同样来源于地理空间数据云平台。关于地质灾害数据,则基于广东省云浮市的地质灾害风险调查评价成果。生境质量指数及其他相关指标的评估则以国土空间土地利用变更数据为基础,按照不同的方式、方法进行深入分析得到,该数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心的数据平台。

2 研究方法

2.1评价指标体系

研究在国土空间总体规划的背景下,探讨生态系统恢复力的评价,以市域国土空间为研究对象,结合云浮市的实际情况及相关研究,选择从地形地貌、气候条件、生物多样性和环境胁迫4个维度构建指标评价体系(见表1)。地形地貌准则层选择地形起伏度、高程2项评价指标;气候条件准则层选择了年均气温、年均蒸发量、年均降水量3项评价指标;生物多样性准则层挑选植被覆盖度、生境质量指数、辛普森多样性指数及景观分离度指数4项评价指标;在环境胁迫准则层,选取地质灾害、离城镇距离及离公路距离3项评价指标。

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表1云浮市生态系统恢复力综合评价指标体系

2.2 权重赋值

为实现主观与客观的有机统一,并使权重赋值方法更为合理,研究采用主客观相结合的策略。其中,利用基于改进的AHP方法计算主观权重,运用熵权法计算客观权重。综合权重计算的公式如下:

市域国土空间生态系统恢复力评价研究5

式(1)中: 市域国土空间生态系统恢复力评价研究6 为综合权重值; 市域国土空间生态系统恢复力评价研究7 为基于改进的AHP法计算的主观权重值; 市域国土空间生态系统恢复力评价研究8 为使用熵权法计算的客观权重值。



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2.3 指标计算

对生态系统恢复力进行评价时,首先对相关指标因子进行数据处理,并运用ArcGIS空间分析技术将这些因素统一重采样至 100m 的分辨率。在此基础上,通过归一化处理,将各项指标因子的值,从低到高采用自然断点法划分为5个等级,分别代表低等级恢复力、较低等级恢复力、中等级恢复力、较高等级恢复力及高等级恢复力。云浮市生态系统综合恢复力的评价结果由单指标的等级评估结果经过加权求和后得到,并利用自然断点法划分为同样的5个等级。

2.3.1 地形地貌

地形地貌是评估生态系统恢复力的重要影响因素,不同的生态系统对不同的地形地貌具有不同的适应性,在抵抗相关干扰时具备的恢复能力也不尽相同。根据研究区域的情况,选择地形的起伏度和高程2个指标。

2.3.2 气候条件

气候条件直接影响生态系统功能和植物生长,是生态系统恢复力的关键因素之一,主要选取年均气温、年均降水量和年均蒸发量。年均气温反映了区域的热量条件,影响植物的生长周期和生物多样性;年均降水量则直接关系到水分供应,是植被覆盖和土壤湿度的重要指标;年均蒸发量则反映了水分损失的程度,影响土壤水分的保持和生态系统的水分平衡。

2.3.3 生物多样性

2.3.3.1 植被覆盖度

植被覆盖度是衡量一个地区植被生长程度的指标,生态系统的生物多样性、土壤保护和水分保持能力越强,植被也就越丰富,其在地面上所占的面积比例也就越高。研究采用遥感估算的方式对植被覆盖度进行估算,并结合已有研究成果,选择植被指数NDVI作为其近似估算的依据9,计算公式见式(2)。

N D V I=(N I R-R)/(N I R+R)

式(2)中:NIR代表远红外波段; R 代表红外波段。NDVI计算通过提取Landsat卫星影像、辐射校正及大气校正等操作测算植被覆盖度。

2.3.3.2 生境质量指数

生境是指特定生物种群所依赖的环境,为生物种群提供了生存、繁衍和发展所必需的条件。而生境质量则体现了该环境能够为个体或种群的持续存续与繁殖提供适宜条件的能力[10]。生境质量指数的高低与生物多样性之间存在密切的正相关关系,即区域内生态系统的生境质量越高,则代表着区域内生存的物种数量更多,生物种类更多样,生态系统结构越复杂,抗干扰能力越强。研究结合已有相关研究,选取InVEST模型来计算生境质量指数,输人威胁因子和敏感性等参数,参考模型使用指南和相关学者研究成果,得到云浮市威胁因子表和威胁因子敏感性表(见表2和表3)。

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表2威胁因子属性表

2.3.3.3辛普森多样性指数

该指数作为一种定量指标,通过以计算随机抽取的两个个体分属不同种类的概率来评估群落中物种的丰富程度,旨在反映某一特定区域内的物种多样性水平[。该指数能够有效地反映生物多样性,较高的辛普森指数表明生态系统中的物种较丰富且均匀分布,代表着较强的生态稳定性和较好的生态功能。

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表3威胁因子敏感性表

2.3.3.4 景观分离度指数

景观分离度指数是衡量不同景观类型中斑块之间的相对分散程度,可以用来衡量生态系统中栖息地的破碎化程度。较高的分离度通常意味着景观斑块的分布较为分散,直接影响物种栖息地的分布。这会使物种的迁徙和基因交流受到限制,并可作为逆向的生物多样性水平指标。

2.3.4 环境胁迫

综合考虑自然和人为因素,选取地质灾害、离城镇距离和离公路距离等表征环境胁迫影响,环境胁迫越严重代表生态系统可具备的恢复能力越弱。其中,地质灾害因子直接反映了自然环境中的突发性胁迫,造成生态系统结构和功能的破坏,影响生态系统的恢复能力。离城镇距离因子和离公路距离因子则体现了人类活动对生态系统的压力,限制物种迁移和生态系统重建的机会,影响生态系统的自我恢复能力。

3结果与分析

经过数据处理与归一标准化,计算得到云浮市生态系统的单因子评价结果如图1所示。分析单因子评价情况可知,云浮市地形地貌评价因子明显呈现出空间异质性,地形平缓地区的生态恢复力高,山区或地形起伏较大地区恢复力较低;年均气温和年均降水量呈现出生态系统恢复力从西北部到东南部的逐渐增强的特征,较符合云浮市气候情况,雨水丰沛和温度适宜都能有效提高生态系统的恢复力;在生物多样性因子方面,生境质量、辛普森多样性和景观分离度指数都呈现城镇及村落附近的生态恢复力低,林地等其他山区生态恢复力增强的特征;在环境胁迫方面,地质灾害影响主要集中在云浮市西部区域,相对应的东南部的生态恢复力则较高。

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图1单因子评价结果

运用主客观结合的权重方法,将以上各项单因子数据进行综合处理评价,并运用自然断点法将评价结果从低到高分成5个等级,评价结果如图2所示。综合评价结果显示,云浮市具备高生态恢复力的区域面积 市域国土空间生态系统恢复力评价研究12 ,主要分布在云浮市东南部,涵盖新兴县大部分区域,并涉及罗定市围底镇、船步镇部分区域,占总面积的 15.22% ;较高生态恢复力区域面积 市域国土空间生态系统恢复力评价研究13 ,主要分布在云浮市西北部和北部,涵盖云城区、罗定市和郁南县大部分地区,占总面积的 30.53% ;生态系统恢复力低的区域面积 市域国土空间生态系统恢复力评价研究14 ,占总面积的 7.43% ,经分析发现,这些区域基本围绕着城镇、村落和交通公路分布,说明人类活动和建设用地发展对自然生态系统的影响较大,导致该区域的生态系统恢复能力较差综合来看,云浮市生态系统恢复力整体较好,中等及以上恢复力区域面积为 市域国土空间生态系统恢复力评价研究15 ,占总面积的73.68% ,尤其以新兴县南部的生态系统恢复力水平最高,分布集聚程度也最高。



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