榆林地區生態系統彈性力評價分析

劉曉平,李 鵬，*,任宗萍,苗滋耀,張 軍,劉曉君,李占斌,,王 添

1 西安理工大學, 西北旱區生態水利工程國家重點實驗室培育基地,西安 710048 2 榆林高新技術產業園區管理委員會環境保護局,榆林 719000 3 中國科學院水利部,水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室,楊凌 712200

榆林地區生態系統彈性力評價分析

劉曉平1,李 鵬1，*,任宗萍1,苗滋耀2,張 軍1,劉曉君3,李占斌1,3,王 添1

1 西安理工大學, 西北旱區生態水利工程國家重點實驗室培育基地,西安 710048 2 榆林高新技術產業園區管理委員會環境保護局,榆林 719000 3 中國科學院水利部,水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室,楊凌 712200

區域生態系統的彈性力研究是目前生態環境健康評價的重要指標,它反映了生態系統在偏離平衡狀態后恢復到初始狀態的自我調節和自我恢復的能力。以陜西省榆林市1區11縣的生態系統各項指標現狀為研究依據,綜合運用了Fragstats和ArcGIS軟件對榆林地區生態系統彈性力的各項參數進行計算,評價和分析了12個縣(區)生態系統彈性力的時空演變與分布特征。結果表明：1995—2010年榆林地區生態系統彈性力呈平穩上升趨勢,生態系統的自我調節能力和抗干擾能力不斷增強。1995年榆林地區生態系統彈性力值低于0.4的地域面積所占比例為100%,截至2010年該數值降至41.45%,且主要集中在北部風沙草灘區。整體而言,榆林地區生態系統彈性力呈現南高北低的格局,大于0.6的區域主要集中在清澗、吳堡、綏德和米脂四縣。研究揭示了榆林地區生態系統彈性力的發展變化趨勢,以期為研究區的生態健康診斷與可持續發展決策提供參考。

榆林地區；生態系統；彈性力；彈性強度系數；彈性限度

“彈性力”一詞最早由Holling[1]引入到生態學的研究當中,被定義為生態系統承受外界干擾并保持靜止狀態的能力[2]。而后,部分學者[3- 4]對于彈性力的定義更傾向于穩定性的概念,即系統經外界干擾后在一定時間內恢復穩定狀態的能力。隨著區域可持續發展研究的不斷深入,生態系統彈性力的定義也得到豐富和發展,生態系統具有自我調節和自我恢復能力的觀點也逐步得到廣大學者的認同[5- 6]。其中,Walker[7]和Takehiro[8]等人認為生態系統在一定時間內保持原有結構、特性不變的抗干擾能力就是生態系統彈性力。而高吉喜[9]、王文婕[10]等人認為生態系統在偏離平衡狀態以后恢復到初始狀態的自我調節能力就是彈性力。可以說,生態系統彈性力包含了彈性強度系數和彈性限度兩個方面,即生態系統彈性力的高低與彈性范圍[11- 12]。

國內外關于生態系統彈性力的研究方法較多[13- 14],如淺水湖泊模型[15]和牧場模型[16]。2011年, López[17]等人提出功能與狀態的轉換模型(SFSTM),定義了生態系統彈性限度與彈性力間的相關關系；2013年,Guillermo[18]等人以生態系統的水分利用效率來表征其彈性強度；Stephen[19]等人則依據物種性狀特征構造了“響應—效果”框架模型來評價其彈性力。在國內,高吉喜[1]、張寶秀[11]等人以特定區域與時段內的生態系統彈性強度系數不變為前提,通過彈性限度反映研究區生態系統彈性力的大小；而王云霞[20]等人則以主成分分析法來確定指標權重,采用目標分層法構建了生態系統彈性力指標體系。

可見,生態系統彈性力在特定區域內的研究成效顯著。為解決現階段彈性力研究中存在的地域局限性和主成分分析等方法的模糊性,本文基于生態系統的動態特性[17],以彈性強度系數與彈性限度為基礎,引入調節系數[21]建立生態系統彈性力模型。研究以1995—2010年榆林1區11縣的生態環境變化為依據,綜合分析生態系統彈性力在不同空間尺度上的動態演變特征,在考慮不同縣(區)間環境變量和物種豐富度的復雜性與不確定性的基礎上[22],評價和預測榆林地區生態系統的發展方向,從而為區域生態建設與保護提供科學依據,以期實現生態、社會和經濟的協調發展目標。

1 研究區概況

榆林市地處陜西省最北部,毛烏素沙漠南緣,東經107°28—111°15,北緯36°57—39°34,與甘寧蒙晉4省接壤。榆林市下轄榆陽區與神木、府谷、定邊、靖邊、橫山、佳縣、米脂、吳堡、綏德、清澗、子洲1區11縣(圖1),東西長385km,南北寬263km,總土地面積43578 km2。榆林北部為風沙草灘區,南部為黃土丘陵溝壑區,分別占總土地面積的42%和58%。該地區晝夜溫差大,最高溫度38.9℃,最低溫度-24℃,多年平均降雨量435.4mm,屬典型的中溫帶半干旱大陸性季風氣候。全市水資源總量32.29億m3,人均占有量僅為979m3[23],屬水資源貧乏地區之一。

圖1 榆林市行政區劃圖Fig.1 Administrative map of Yulin city

2 研究方法

2.1 分析方法

2.1.1 生態系統彈性力計算

綜合生態系統彈性強度系數與彈性限度因素,建立生態系統彈性力模型[21]：

E=λ·μ·ECOres

(1)

式中,E為生態系統彈性力；λ為調節系數[16](一般取0.01)；μ為生態系統彈性強度系數；ECOres為生態系統彈性限度。

根據彈性強度系數和彈性限度的決定因素與自身性質確定計算公式[9,11-21]：

(2)

(3)

式中,μ為生態系統彈性強度系數；H為景觀多樣性指數；V為植被指數；c1為年氣溫變率；c2為年降水變率；ECOres為生態系統彈性限度；Pi為土地類型i的面積覆蓋百分比；Si為土地類型i的彈性分值。

2.1.2 景觀多樣性指數計算

景觀多樣性指數反映了研究區內景觀類型的多樣化程度及其比例變化[24- 25]。指數越高,景觀類型的多樣性越大,生態系統彈性力也就越大[26]。

該指數主要依賴于像元大小、地貌尺度和土地利用分類。運用ArcGIS軟件將土地利用圖柵格化,再經景觀指數計算軟件Fragstats3.3[27]計算可得,公式為[26,28-29]：

(4)

式中,H為景觀多樣性指數(Shannon)；Pi為景觀類型i所占比例；n為研究區內景觀類型數目。

2.1.3 植被指數計算

植被指數可通過定量監測來反映地表植被覆蓋程度與生長活力,目前國內外應用最廣的是歸一化植被指數(NDVI),計算公式為[30]：

(5)

式中,NIR為近紅外波段(0.841—0.876μm)；Red為可見光的紅光波段(0.62—0.67μm)；NDVI值介于-1—1間,0以下表示非植被覆蓋區。

NDVI數據采用最大值合成(MVC)方法進行預處理,實現對氣溶膠和太陽高度角等影響因素的大氣校正、輻射校正以及幾何校正[31- 32],表達式如下[30]：

(6)

式中,NDVI為歸一化植被指數；NDVIj為一定時段內的所有植被指數。

2.1.4 年降水變率C1和年氣溫變率C2計算

年降水變率指降水量的年際變化,分為降水絕對變率和降水相對變率。通常來說,降水變率代指降水相對變率,即降水絕對變率與多年平均降水量的百分比,公式為[33]：

(7)

式中,C1為研究區多年平均降水相對變率；Ri為第i年某時段內實際降水量；R為同時段內歷年平均降水量。

年氣溫變率是指氣溫的年際變化,以年際氣溫的相對變率來表示,公式為：

(8)

式中,C2為研究區多年平均氣溫相對變率；Ti為第i年某時段內溫度；T為同時段內歷年平均氣溫。

2.2 數據來源與處理

榆林市土地利用圖來源于中國科學院地理科學與資源研究所的1∶10萬土地利用數據(1995年、2000年、2005年和2010年共4期),用于計算景觀多樣性指數。

為客觀反映景觀多樣性指數的可操作性,建立以一級土地利用類型分類為標準的GIS數據庫,包括耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地六類。以ArcGIS系統中Spatial Analyst分析模塊為支撐,進行土地利用類型矢量數據的柵格轉換。

NDVI數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站(http://www.gscloud.cn),MODIS[34]中國區域NDVI植被指數產品是由MOD(MYD)09GA經過反演、拼接、切割、投影轉換、單位換算等過程加工而成。坐標系為EPSG4326(WGS84),空間分辨率為1km,用于計算榆林地區植被指數。所選數據資料時段為1995年、2000年、2005年和2010年。

降雨量和氣溫變化數據來源于榆林市氣象局,選取1972—2001年連續30a的數據序列,用于計算榆林市年降水變率和年氣溫變率。

3 結果與分析

3.1 生態系統彈性強度系數分析

3.1.1 土地利用及景觀多樣性指數分析

以1995年、2000年、2005年和2010年榆林地區30×30m的柵格土地利用圖作為景觀類型分布計算的數據源(圖2)。

圖2 1995、2000、2005和2010年榆林地區土地利用圖Fig.2 The map of land use of Yulin City in 1995,2000,2005 and 2010

由圖2可知1995—2010年榆林各縣(區)土地利用情況。

總體來看,榆林地區草地所占比例最大,其次為耕地。其中耕地與水域面積多年來呈下降趨勢,而林地與建設用地隨著年際變化不斷增長,草地面積變化幅度較小而保持穩定,未利用土地自2000年后呈下降趨勢,未利用土地主要轉化為建設用地與林地,退耕還林政策的實施和經濟的快速發展是2000年以來不同土地景觀面積轉化的較大原因[35]。

榆林地區南6縣與北部6縣相比,南6縣耕地面積所占比例最大,其次為草地,其中耕地面積比例的歷年均值為53.12%、51.82%、49.97%和46.62%,而北部6縣耕地面積比例為37.02%、36.62%、34.84%和34.55%。可見,15年間南北兩區耕地面積均呈下降趨勢,南6縣耕地面積比例下降6.5%,較北6縣(3.74%)降幅大。

以土地利用分類為基礎,分別計算榆林市各縣(區)景觀多樣性指數,如表1所示。

由表1可知,1995—2010年榆林地區景觀多樣性指數總體呈上升趨勢,生態系統彈性力不斷增強。其中1995—2000年間增幅最大,這可能得益于20世紀90年代年西北地區三北防護林第一階段工程建設[36]。

從各縣(區)情況來看,15年間景觀多樣性指數均值最高的是靖邊縣(1.25),最低為米脂縣(0.77)。從增長幅度來看,府谷縣增幅最大(17.7%),米脂縣次之(13.4%),增幅最小為靖邊縣(4.0%)。可見,府谷、米脂兩縣景觀多樣性指數盡管均值較低,但增幅空間較大,生態系統彈性力不斷增強；而靖邊縣指數均值雖高,但由于近年來天然氣等資源的不斷開采利用,生態環境退化[37],景觀多樣性指數增幅最低。

表1 榆林地區歷年景觀多樣性指數計算結果

從南北兩區歷年景觀多樣性指數均值的對比情況可知,北6縣的指數均值整體大于南6縣,即僅從景觀多樣性角度來看,北部6縣較南6縣的生態系統彈性力強。

3.1.2 植被指數分析

經整理計算,可得榆林市1995 —2010年NDVI值的計算結果(圖3)。

1995—2010年來榆林地區植被指數整體呈起伏上升態勢,年際變化顯著。

從各縣(區)情況來看,1995—2000年部分地域的植被指數呈下降趨勢,其中年均值降幅最大的為吳堡縣(0.16),最小為榆陽區(0.02)；2000—2010年植被指數整體回升,但后5a增幅明顯變小,這與陳賽賽、孫艷玲等人[38]基于2000、2005、2010年和2013年四期NDVI數據的三北防護林工程區植被景觀格局變化研究相一致。從15年來植被指數的整體變化來看,年均值增幅最大的為橫山縣(0.53),其次為府谷縣(0.38),增幅最小的為定邊縣(0.29)。

從南北兩區的對比情況來看,南6縣歷年植被指數均值大于北部6縣,且東部植被優于西部,但其植被增幅較之略小。

3.1.3 年降水變率C1和年氣溫變率C2分析

本文以榆林地區近30年的降水與氣溫變化數據為基礎,通過多年平均相對變率公式進行計算,結果如表2所示。

由上表可知,榆林地區降雨波動較為集中,且隨著地域緯度降低,各縣(區)降雨量自北向南逐步增大。同時,結合近30年的氣溫變化情況來看,各縣(區)年平均氣溫顯著上升,且南6縣氣溫均值高于北部6縣,這與陳隆勛[39]等人對中國氣溫與降水變化的研究結果相一致。

榆林各縣(區)年降水變率最大的為吳堡縣(0.14),最小為佳縣(0.048)；年氣溫相對變率最大的為定邊縣(0.201),最小為綏德縣(0.149),這與李琰[40]等人關于榆林市1980—2006年的氣溫變化趨勢分析相一致。

再從南北兩區情況看,北部6縣的年降水變率和年氣溫變率普遍較南6縣大,這主要與南北兩區的地理特征有關。

3.1.4 生態系統彈性強度系數結果分析

由公式2可得榆林地區生態系統彈性強度系數分布圖,如圖4所示。

表2 榆林地區降水和氣溫變化率

縣(區)Counties(district)降水C1precipitation/mm氣溫Temperature/C2最大值Maximum/mm最小值Minimum/mm均值Means/mm年變率RateChanges/%最大值Maximum/℃最小值Minimum/℃均值Means/℃年變率Ratechanges/%北6縣府谷縣678.4227.7407.95.610.88.39.318.7神木縣646.5233.1404.07.210.67.38.719.4榆陽區568.7254.8372.87.610.07.28.417.8橫山縣516.9211.4353.75.610.47.88.918.1靖邊縣569.8210.2384.17.19.97.18.319.7定邊縣520.9179.9307.26.910.07.08.320.1南6縣佳縣576.3235.7390.14.811.79.210.216.0米脂縣692.6268.3422.46.010.58.19.116.3子洲縣655.0248.7435.64.910.78.29.419.0綏德縣628.0277.6431.95.211.38.89.914.9吳堡縣658.3277.1441.014.012.97.010.618.1清澗縣702.9247.3489.94.911.08.79.816.5榆林地區Yulinprefecture6.617.9

從各縣(區)來看,彈性強度系數年均值增幅最大的為綏德縣(39.36—105.18),其次為清澗縣(33.83—96.95),增幅最小的為米脂縣(37.10—60.74),其中吳堡縣的生態系統彈性強度系數值呈現負增長(34.53—30.55)。南北兩區相比,南6縣歷年彈性強度系數較北部6縣大,且增幅也顯著大于北部6縣。

圖4 榆林地區生態系統彈性強度系數分布圖Fig.4 The map of intensity coefficient of ecosystem resilience of Yulin Prefecture

圖4中將生態系統彈性強度系數按照數值范圍進行5級劃分,即1級范圍0—20,2級20—40,3級40—60,4級60—80,5級為80以上。表3為榆林地區生態系統彈性強度系數的等級劃分與面域比。

表3 榆林地區生態系統彈性強度系數的等級劃分與面域比

從歷年生態系統彈性強度系數各等級面域比的變化趨勢來看,2000年榆林地區2級面域較1995年增加10.69個百分點,而3級面域下降0.11個百分點；2005年2級和3級面域較2000年分別增加11.78和61.98個百分點,4級與5級面域首次出現；2010年4級和5級面域較2005年分別增加31.91和11.3個百分點,增速放緩。

由圖可知,榆林地區生態系統彈性強度系數隨年際變化不斷增強,其中,2000—2005年間彈性強度系數增長最快,2005—2010年增長幅度變緩,表明榆林地區生態系統自我調節和抗干擾能力增強,系統穩定度增大。

整體來看,榆林地區生態系統彈性強度系數逐年平穩上升,表明榆林地區生態系統自我調節和抗干擾能力增強,系統穩定度增大。其中,增長速度最快的區間為2000—2005年,但自2005年后,增幅逐漸變緩,這可能與后續年間榆林地區資源濫采、生態環境的可持續發展受到制約有關[41]。

3.2 生態系統彈性限度分析

在表征研究區生態系統彈性限度時,可根據該地區不同土地利用類型的恢復能力大小建立指數模型(公式3)進行計算,即對各土地利用類型賦以不同的彈性分值,然后加權求和得其生態系統彈性限度值。

3.2.1 彈性分值分析

根據不同土地類型對生態系統的恢復程度不同,對六大地類賦以不同的彈性分值,彈性分值的確定參考了有關學者和專家的研究[42],并結合研究區生態環境的基本特征,得如下結果,如表4所示。

3.2.2 生態系統彈性限度結果分析

在彈性限度的各項計算指標中,景觀多樣性指數H見表1,土地利用類型面積百分比Pi及彈性分值Si見圖2和表4。計算可得研究區歷年生態系統彈性限度,如表5所示。

由表5可知,15年間榆林地區生態系統彈性限度穩定增長,但自2005年以后增幅放緩。

其中,歷年生態系統彈性限度增長最大的是吳堡縣(0.099),最小為榆陽區(0.021)。這主要與草地地類面積的百分比變化有關(表5),其中吳堡縣草地面積增長率為11.9%,居各地之首,而榆陽區降幅最大(5.78%),且在1995—2000年和2000—2010年兩個時段內,榆陽區草地面積變化呈現先增長后下降的趨勢,這與該區彈性限度的歷年變化相一致,可見草地面積百分比變化對彈性限度的影響較大。

表4 不同土地利用類型的彈性分值

表5 榆林地區歷年生態系統彈性限度

將歷年北部6縣與南6縣的生態系統彈性限度均值相比,北部6縣高于南6縣,這與南北兩區的景觀多樣性指數均值變化相一致。此外,就彈性限度增幅來看,南6縣增幅為北6縣的1.82倍,可見南6縣生態系統的抗干擾能力不斷增強。

3.3 生態系統彈性力分析

利用ArcGIS中的Raster calculator進行計算,再經Reclassify工具重新分類后可得榆林地區生態系統彈性力分布圖(圖5)。

結合彈性力模型(公式1)的各項指標計算結果,可知1995、2000、2005和2010年榆林地區生態系統彈性力范圍,即0.09—0.28、0.01—0.31、0.04—0.67、0.08—0.69。可見,15年間研究區生態系統彈性力總體呈增長趨勢,且后期增速變緩。

從各縣(區)情況來看,清澗縣與綏德縣部分地域生態系統彈性力較大,最大可達0.68和0.69,可恢復性強；而吳堡縣和米脂縣大部,定邊縣和府谷縣的局部地帶生態系統彈性力小,最小為0.01,生態系統脆弱,自我調節能力和可恢復性差。

再從南北兩區的統計數據來看,南6縣生態系統彈性力普遍高于北部6縣,且差距隨年際變化逐漸增大。

圖5 榆林地區歷年生態系統彈性力分布圖Fig.5 The map of resilience of ecosystem resilience of Yulin Prefecture

圖5將生態系統系統彈性力μ按照數值范圍(0—0.8)進行4級劃分,即1級范圍0—0.2,2級0.2—0.4,3級0.4—0.6,4級0.60—0.8。表6為榆林地區生態系統彈性力的等級劃分與面域比。

表6 榆林地區生態系統彈性力的等級劃分與面域比

由圖5和表6可知,1995和2000年榆林地區生態系統彈性力值均低于0.4,等級劃分為1級和2級,2005和2010年分別有86.23%和41.45%的彈性力值低于0.4,2010年榆林地區3級以上地域面域比首次超過50%,其中4級地域所占比例為3%,可見,研究區生態系統的抗干擾能力不斷增強。

從歷年生態系統彈性力各等級面域比的變化趨勢來看,2000年榆林地區2級面域較1995年下降0.02個百分點,基本持平；2005年2級面域較2000年增加78.04個百分點,3級與4級面域首次出現；2010年3級和4級面域較2005年分別增加42和2.78個百分點,增速放緩。整體來看,榆林地區生態系統彈性力呈逐年平穩上升趨勢,其中,增長速度最快的區間為2000—2005年,但自2005年后,增速逐漸放緩。

從歷年彈性力等級的面域范圍變化來看,3級及以上地域的擴展發生在2000年以后,且主要集中于南6縣。而北部6縣當中,從2005年來看僅府谷和神木兩縣的南部、靖邊與定邊兩縣的北部局部地域達3級標準,其中所占比例最大的為府谷縣(30%),其次為靖邊縣(13.5%),比例最小的為橫山縣(6%)。與此相比,南6縣中按3級標準地域所占比例由高到低排列分別為子洲縣(24.6%)、清澗縣(23.4%)、綏德縣(20.4%)、米脂縣(18.1%)、吳堡縣(14%)和佳縣(8.7%),普遍較北6縣大。這一結果表明,北部6縣整體生態環境的穩定性差,生態系統恢復力較弱,抵御外界干擾的能力低。因此,需進一步加強對當地風沙草灘區的保護與建設。

2005—2010年的5年間,北部6縣生態系統彈性力增長緩慢,除府谷縣于2010年有82.8%的地域達到3級標準外,其余各縣(區)達到3級標準的面域比均未超過60%,與此相比,南部佳縣、子洲、米脂、綏德、吳堡和清澗6縣大部分地域的生態系統彈性力等級于2010年基本達到3級標準,分別為92.2%、92.6%、87.1%、84.9%、83.5%和79.7%。而彈性力等級達到4級的地域主要分布在清澗、吳堡、綏德和米脂四縣,其中面域比最大的為清澗縣,達19.7%,最小的為佳縣,為3.8%。這一結果表明,南6縣所處地域的生態環境恢復力強,穩定性較好,抵御外界干擾的能力強。

就影響生態系統彈性力動態演變的驅動力因素來看,植被指數較景觀多樣性指數的影響作用顯著。盡管榆林地區北部6縣景觀類型豐富,多樣性指數高于南6縣,但其植被的生長狀況與主要土地利用類型(如草地)均劣于南6縣,加之南北兩區的整體地形格局因素的影響,榆林地區生態系統彈性力呈現南高北低的格局。

4 結論

(1)運用Fragstats和ArcGIS軟件進行數據處理和獲取彈性力各項指標值,可以提高榆林地區生態系統彈性力分析評價的可操作性和實用性。

(2)榆林地區生態系統彈性力隨年際變化呈增長趨勢,生態系統的自我調節和抗干擾能力逐年增強,發展向好,但其增長趨勢自2005年起逐漸減緩,這主要與研究區的經濟發展和植被生長變化相關。2005年以來,榆林作為中國能源重化工基地,資源不斷開采,嚴重破壞了部分地區植被生長狀態,從而形成其生態系統彈性力增長減緩的現狀。

(3)榆林地區生態系統彈性力呈現南高北低的差異變化,總體來講,其差異主要同南北兩區的地域環境有關。北6縣多為風沙草灘區,生態環境脆弱,生態系統可恢復性較弱,而南6縣多為丘陵溝壑區,生態環境較好,生態系統的彈性力較強。

從南北兩區的動態演變來看,南6縣生態系統彈性力增幅顯著大于北6縣,這主要同兩地的經濟發展水平相關。北6縣較南6縣自然資源豐富,經濟發達,但其經濟高速發展的背后卻是以生態環境破壞為代價,這亦體現在南北兩區生態系統彈性力的變化對比上。

(4)結合榆林地區生態系統彈性力的地域演變特征及研究區經濟發展特點,如何保持該地區生態系統的健康可持續發展,制定合理的生態保護綱要,正確引導其經濟發展方向就顯得尤為重要。對于經濟發展迅速的北部地區,應在保持經濟優勢的同時進一步帶動南部地區發展,同時避免盲目發展形成環境的次生破壞,從而建立健康穩定的生態經濟發展新格局。

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Evaluation of ecosystem resilience in Yulin, China

LIU Xiaoping1, LI Peng1,*, REN Zongping1, MIAO Ziyao2, ZHANG Jun1, LIU Xiaojun3, LI Zhanbin1,3, WANG Tian1

1StateKeyLaboratoryBaseofEco-hydraulicEngineeringinAridArea,Xi′anUniversityofTechnology,Xi′an710048,China2EnvironmentalprotectionagencyofmanagementcommitteeofYulinhi-techzone,Yulin719000,China3StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDry-landFarmingontheLoessPlateau,InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling712100,China

Ecosystem resilience is one of the hot topics in regional ecosystem health assessments. As an important indicator, it has attracted widespread attention. Ecosystem resilience refers to the self-regulation capacity of an ecosystem to restore itself to its initial state after deviation from the equilibrium state. The elastic strength coefficient and the elastic limit are two main components of ecosystem resilience, representing the level of the elastic force and elastic range, respectively. Based on the ecosystem indicators(such as landscape diversity index, vegetation Index, precipitation variability, temperature variability, flexible scores, the percentage of land use types) of Yulin City (Shanxi Province, China), Fragstats and ArcGIS software were applied to calculate the various parameters of the ecosystem resilience system in Yulin, including evaluating and analyzing the spatial and temporal characteristics of ecosystem resilience in twelve counties (districts) of the Yulin region. The results indicated that from 1995 to 2010, there was a steady upward trend in ecosystem resilience in the Yulin region. The self-regulation and self-healing ability of ecosystems had strengthened over time. From 2000 to 2005, ecosystem resilience increased rapidly, but the growth rate of resilience slowed after 2005. To facilitate the ecosystem resilience variation study, resilience, in accordance with its value range, was divided into four grades: level 1 (range of 0 to 0.2), level 2 (0.2 to 0.4), level 3 (0.4 to 0.6), and level 4 (0.6 to 0.8). In 1995, 100% of the area had ecosystem resilience less than 0.4 (level 2 or lower), but it dropped to 41.45% in 2010 (mainly concentrated in the wind sandy and grass shoal areas of northern Yulin). For the different counties, after 2000, there was an increase in the area with ecosystem resilience levels greater than 0.4 (level 3 and higher). Before 2000, in the Jiaxian, Zizhou, Mizhi, Suide, Wubu, and Qingjian counties in southern Yulin, 92.2%, 92.6%, 87.1%, 84.9%, 83.5%, and 79.7% of the total area had ecosystem resilience values greater than 0.4, respectively. In contrast, none of the remaining counties (except for Fugu County in northern Yulin) exceeded an area of 60% for the same value. In addition, areas with ecosystem resilience levels higher than 0.6 (level 4), were mainly concentrated in the southern region of Yulin (e.g., Qingjian, Wubu, Mizhi, and Suide counties). Therefore, when the value of ecosystem resilience maintained steady growth in the Yulin region, we found that the value was higher in the southern area than in the northern area. Each year, this gap between areas gradually increased. This study on the elastic strength coefficient and the elastic limit revealed the development and changing trends of ecosystem resilience in Yulin City, and provides a reference for the ecosystem health and sustainable development in the study area.

Yulin Prefecture; ecosystem; resilience; elastic strength coefficient; elastic limit

國家自然科學基金重點資助項目(41330858)；國家自然科學基金(41471226，51609196)；陜西水利科技計劃資助項目(2014slkj- 11,2014slkj- 13)

2016- 01- 12;

2016- 05- 26

10.5846/stxb201601120071

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lipeng74@163.com

劉曉平,李鵬,任宗萍,苗滋耀,張軍,劉曉君,李占斌,王添.榆林地區生態系統彈性力評價分析.生態學報,2016,36(22):7479- 7491.

Liu X P, Li P, Ren Z P, Miao Z Y, Zhang J, Liu X J, Li Z B, Wang T.Evaluation of ecosystem resilience in Yulin, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7479- 7491.