市域國(guó)土空間生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)研究

0 引言

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力是指生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾或破壞后，能夠通過(guò)自身的維持和調(diào)節(jié)，使其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能等得到恢復(fù)的能力。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力不僅是評(píng)估區(qū)域環(huán)境健康和可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，在維持理想生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)方面也扮演著至關(guān)重要的角色，良好的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力更是實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的根本前提[1-2]

國(guó)外對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的研究，是從彈性概念內(nèi)涵的深入拓展開始的。彈性觀點(diǎn)起源于20世紀(jì)60至70年代初的生態(tài)學(xué)，主要關(guān)注研究對(duì)象為群體間（如捕食者與獵物）的相互作用及其對(duì)生態(tài)穩(wěn)定性理論反應(yīng)的探討[3-4]。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，HOLLING5在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究中首次引人了恢復(fù)力的概念，用來(lái)幫助理解生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性情況，并定義恢復(fù)力為系統(tǒng)在面對(duì)狀態(tài)變量、驅(qū)動(dòng)因素和參數(shù)變化時(shí)，依然能夠維持其持續(xù)存在的能力。隨后，諸多專家學(xué)者逐步深入地研究恢復(fù)力，并將其應(yīng)用擴(kuò)展到多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的研究[6]。

國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力研究方面，學(xué)者從不同需求和不同系統(tǒng)等角度人手開展了不少研究。例如，劉焱序等以汪清縣森林地區(qū)為研究對(duì)象，從恢復(fù)力的角度評(píng)價(jià)了該地區(qū)的土地生態(tài)適應(yīng)性；張正昱等8運(yùn)用OWA方法，對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的國(guó)土空間恢復(fù)力的脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià)與模擬。隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展和自然環(huán)境的不斷變化，國(guó)家高度重視國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)工作，提出編制國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃，作為國(guó)土空間總體規(guī)劃的專項(xiàng)規(guī)劃，并頒發(fā)相關(guān)文件明確要求生態(tài)恢復(fù)力與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)等應(yīng)作為識(shí)別生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域與項(xiàng)目安排的基礎(chǔ)。研究以廣東省云浮市為對(duì)象，旨在探討該市國(guó)土空間生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力。通過(guò)評(píng)估云浮市生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力，為提供科學(xué)依據(jù)和政策建議打下基礎(chǔ)，以促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1研究地區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

廣東省云浮市與肇慶、佛山、江門、陽(yáng)江、茂名接壤，與廣西梧州毗鄰，地處廣東省中西部，西江中游以南，具有突出的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。云浮市的地形地貌以山區(qū)和丘陵為主，市域國(guó)土空間總面積 山區(qū)地形占總土地面積的 60.5% ，丘陵地貌則占30.7% ，因此被視為典型的山區(qū)城市。云浮市氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫在 左右，降水量豐富，平均年降水量在 1600mm 左右。水文方面，全市河流眾多，以西江、羅定江、新興江、南山河四大水系為主，水資源總量達(dá)到75.89億 ，多年平均水資源量達(dá)到62.2億 。植物和植被資源豐富，共有201科813屬1884種，其中，蕨類植物37科69屬189種，裸子植物3科3屬5種，裸子植物是構(gòu)成云浮市植被與用材林的主要植物。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

地形地貌分析所采用的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，源自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，并通過(guò)ArcGIS分析功能計(jì)算了地形的起伏度與坡度。氣候條件分析所需的年均氣溫、年均蒸發(fā)量及年均降水量數(shù)據(jù)，則取自中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所《2020年中國(guó)氣象要素年度空間差值數(shù)據(jù)集》，并利用ArcGIS進(jìn)行了空間插值處理。此外，植被覆蓋度情況選用歸一化植被指數(shù)NDVI進(jìn)行表征，同樣來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)。關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，則基于廣東省云浮市的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)成果。生境質(zhì)量指數(shù)及其他相關(guān)指標(biāo)的評(píng)估則以國(guó)土空間土地利用變更數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照不同的方式、方法進(jìn)行深入分析得到，該數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2 研究方法

2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

研究在國(guó)土空間總體規(guī)劃的背景下，探討生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的評(píng)價(jià)，以市域國(guó)土空間為研究對(duì)象，結(jié)合云浮市的實(shí)際情況及相關(guān)研究，選擇從地形地貌、氣候條件、生物多樣性和環(huán)境脅迫4個(gè)維度構(gòu)建指標(biāo)評(píng)價(jià)體系（見表1）。地形地貌準(zhǔn)則層選擇地形起伏度、高程2項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)；氣候條件準(zhǔn)則層選擇了年均氣溫、年均蒸發(fā)量、年均降水量3項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)；生物多樣性準(zhǔn)則層挑選植被覆蓋度、生境質(zhì)量指數(shù)、辛普森多樣性指數(shù)及景觀分離度指數(shù)4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)；在環(huán)境脅迫準(zhǔn)則層，選取地質(zhì)災(zāi)害、離城鎮(zhèn)距離及離公路距離3項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 權(quán)重賦值

為實(shí)現(xiàn)主觀與客觀的有機(jī)統(tǒng)一，并使權(quán)重賦值方法更為合理，研究采用主客觀相結(jié)合的策略。其中，利用基于改進(jìn)的AHP方法計(jì)算主觀權(quán)重，運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重。綜合權(quán)重計(jì)算的公式如下：

式（1）中： 為綜合權(quán)重值； 為基于改進(jìn)的AHP法計(jì)算的主觀權(quán)重值； 為使用熵權(quán)法計(jì)算的客觀權(quán)重值。

2.3 指標(biāo)計(jì)算

對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，首先對(duì)相關(guān)指標(biāo)因子進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并運(yùn)用ArcGIS空間分析技術(shù)將這些因素統(tǒng)一重采樣至 100m 的分辨率。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)歸一化處理，將各項(xiàng)指標(biāo)因子的值，從低到高采用自然斷點(diǎn)法劃分為5個(gè)等級(jí)，分別代表低等級(jí)恢復(fù)力、較低等級(jí)恢復(fù)力、中等級(jí)恢復(fù)力、較高等級(jí)恢復(fù)力及高等級(jí)恢復(fù)力。云浮市生態(tài)系統(tǒng)綜合恢復(fù)力的評(píng)價(jià)結(jié)果由單指標(biāo)的等級(jí)評(píng)估結(jié)果經(jīng)過(guò)加權(quán)求和后得到，并利用自然斷點(diǎn)法劃分為同樣的5個(gè)等級(jí)。

2.3.1 地形地貌

地形地貌是評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的重要影響因素，不同的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)不同的地形地貌具有不同的適應(yīng)性，在抵抗相關(guān)干擾時(shí)具備的恢復(fù)能力也不盡相同。根據(jù)研究區(qū)域的情況，選擇地形的起伏度和高程2個(gè)指標(biāo)。

2.3.2 氣候條件

氣候條件直接影響生態(tài)系統(tǒng)功能和植物生長(zhǎng)，是生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的關(guān)鍵因素之一，主要選取年均氣溫、年均降水量和年均蒸發(fā)量。年均氣溫反映了區(qū)域的熱量條件，影響植物的生長(zhǎng)周期和生物多樣性；年均降水量則直接關(guān)系到水分供應(yīng)，是植被覆蓋和土壤濕度的重要指標(biāo)；年均蒸發(fā)量則反映了水分損失的程度，影響土壤水分的保持和生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡。

2.3.3 生物多樣性

2.3.3.1 植被覆蓋度

植被覆蓋度是衡量一個(gè)地區(qū)植被生長(zhǎng)程度的指標(biāo)，生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性、土壤保護(hù)和水分保持能力越強(qiáng)，植被也就越豐富，其在地面上所占的面積比例也就越高。研究采用遙感估算的方式對(duì)植被覆蓋度進(jìn)行估算，并結(jié)合已有研究成果，選擇植被指數(shù)NDVI作為其近似估算的依據(jù)9，計(jì)算公式見式（2）。

N D V I=（N I R-R）/（N I R+R）

式（2）中：NIR代表遠(yuǎn)紅外波段； R 代表紅外波段。NDVI計(jì)算通過(guò)提取Landsat衛(wèi)星影像、輻射校正及大氣校正等操作測(cè)算植被覆蓋度。

2.3.3.2 生境質(zhì)量指數(shù)

生境是指特定生物種群所依賴的環(huán)境，為生物種群提供了生存、繁衍和發(fā)展所必需的條件。而生境質(zhì)量則體現(xiàn)了該環(huán)境能夠?yàn)閭€(gè)體或種群的持續(xù)存續(xù)與繁殖提供適宜條件的能力[10]。生境質(zhì)量指數(shù)的高低與生物多樣性之間存在密切的正相關(guān)關(guān)系，即區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的生境質(zhì)量越高，則代表著區(qū)域內(nèi)生存的物種數(shù)量更多，生物種類更多樣，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，抗干擾能力越強(qiáng)。研究結(jié)合已有相關(guān)研究，選取InVEST模型來(lái)計(jì)算生境質(zhì)量指數(shù)，輸人威脅因子和敏感性等參數(shù)，參考模型使用指南和相關(guān)學(xué)者研究成果，得到云浮市威脅因子表和威脅因子敏感性表（見表2和表3）。

2.3.3.3辛普森多樣性指數(shù)

該指數(shù)作為一種定量指標(biāo)，通過(guò)以計(jì)算隨機(jī)抽取的兩個(gè)個(gè)體分屬不同種類的概率來(lái)評(píng)估群落中物種的豐富程度，旨在反映某一特定區(qū)域內(nèi)的物種多樣性水平[。該指數(shù)能夠有效地反映生物多樣性，較高的辛普森指數(shù)表明生態(tài)系統(tǒng)中的物種較豐富且均勻分布，代表著較強(qiáng)的生態(tài)穩(wěn)定性和較好的生態(tài)功能。

2.3.3.4 景觀分離度指數(shù)

景觀分離度指數(shù)是衡量不同景觀類型中斑塊之間的相對(duì)分散程度，可以用來(lái)衡量生態(tài)系統(tǒng)中棲息地的破碎化程度。較高的分離度通常意味著景觀斑塊的分布較為分散，直接影響物種棲息地的分布。這會(huì)使物種的遷徙和基因交流受到限制，并可作為逆向的生物多樣性水平指標(biāo)。

2.3.4 環(huán)境脅迫

綜合考慮自然和人為因素，選取地質(zhì)災(zāi)害、離城鎮(zhèn)距離和離公路距離等表征環(huán)境脅迫影響，環(huán)境脅迫越嚴(yán)重代表生態(tài)系統(tǒng)可具備的恢復(fù)能力越弱。其中，地質(zhì)災(zāi)害因子直接反映了自然環(huán)境中的突發(fā)性脅迫，造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的破壞，影響生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力。離城鎮(zhèn)距離因子和離公路距離因子則體現(xiàn)了人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力，限制物種遷移和生態(tài)系統(tǒng)重建的機(jī)會(huì)，影響生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力。

3結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理與歸一標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算得到云浮市生態(tài)系統(tǒng)的單因子評(píng)價(jià)結(jié)果如圖1所示。分析單因子評(píng)價(jià)情況可知，云浮市地形地貌評(píng)價(jià)因子明顯呈現(xiàn)出空間異質(zhì)性，地形平緩地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)力高，山區(qū)或地形起伏較大地區(qū)恢復(fù)力較低；年均氣溫和年均降水量呈現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力從西北部到東南部的逐漸增強(qiáng)的特征，較符合云浮市氣候情況，雨水豐沛和溫度適宜都能有效提高生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力；在生物多樣性因子方面，生境質(zhì)量、辛普森多樣性和景觀分離度指數(shù)都呈現(xiàn)城鎮(zhèn)及村落附近的生態(tài)恢復(fù)力低，林地等其他山區(qū)生態(tài)恢復(fù)力增強(qiáng)的特征；在環(huán)境脅迫方面，地質(zhì)災(zāi)害影響主要集中在云浮市西部區(qū)域，相對(duì)應(yīng)的東南部的生態(tài)恢復(fù)力則較高。

運(yùn)用主客觀結(jié)合的權(quán)重方法，將以上各項(xiàng)單因子數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理評(píng)價(jià)，并運(yùn)用自然斷點(diǎn)法將評(píng)價(jià)結(jié)果從低到高分成5個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，云浮市具備高生態(tài)恢復(fù)力的區(qū)域面積 ，主要分布在云浮市東南部，涵蓋新興縣大部分區(qū)域，并涉及羅定市圍底鎮(zhèn)、船步鎮(zhèn)部分區(qū)域，占總面積的 15.22% ；較高生態(tài)恢復(fù)力區(qū)域面積 ，主要分布在云浮市西北部和北部，涵蓋云城區(qū)、羅定市和郁南縣大部分地區(qū)，占總面積的 30.53% ；生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力低的區(qū)域面積 ，占總面積的 7.43% ，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域基本圍繞著城鎮(zhèn)、村落和交通公路分布，說(shuō)明人類活動(dòng)和建設(shè)用地發(fā)展對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響較大，導(dǎo)致該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力較差綜合來(lái)看，云浮市生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力整體較好，中等及以上恢復(fù)力區(qū)域面積為 ，占總面積的73.68% ，尤其以新興縣南部的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力水平最高，分布集聚程度也最高。

4結(jié)論與討論

研究基于國(guó)土空間規(guī)劃背景，以全域生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)為目的，在結(jié)合相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮影響生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的各種因素，從地形地貌、氣候氣象、生物多樣性和環(huán)境脅迫4個(gè)方面構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，并利用基于改進(jìn)的AHP法和熵權(quán)法相結(jié)合的方法對(duì)云浮市進(jìn)行國(guó)土空間生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評(píng)價(jià)研究。

結(jié)果顯示，云浮市國(guó)土空間生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力總體恢復(fù)力水平較好，恢復(fù)力高及恢復(fù)力較高等級(jí)的區(qū)域面積占比達(dá)到整個(gè)云浮市國(guó)土空間的一半左右。在空間分布上，云浮市生態(tài)系統(tǒng)的綜合恢復(fù)力呈現(xiàn)城鎮(zhèn)區(qū)域面積較低，其他區(qū)域呈現(xiàn)從西北部往東南部逐漸增強(qiáng)的特征。經(jīng)分析，人類活動(dòng)是影響生態(tài)系統(tǒng)綜合恢復(fù)力的第一重要因素，城鎮(zhèn)發(fā)展和人類出行等活動(dòng)將會(huì)逐漸侵占自然生態(tài)空間，直接造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的破壞。在排除人為因素的影響后，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力等級(jí)越高的地區(qū)，生物多樣性越豐富，氣候越適宜，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，抵御干擾的能力越強(qiáng)。研究成果可以在一定程度上為云浮市國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)工作提供依據(jù)，為區(qū)域自然修復(fù)或人工修復(fù)方式的選擇提供參考。但受數(shù)據(jù)資料獲取的限制性、評(píng)價(jià)的主觀性、數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和評(píng)價(jià)角度的全面性等的影響，未來(lái)在更全面的評(píng)價(jià)體系與評(píng)價(jià)方法上還有待進(jìn)行更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊庚，曹銀貴，羅古拜，等.生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，60（3）：508-513.

[2]顧康康.生態(tài)承載力的概念及其研究方法[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（2）：389-396.

[3]李湘梅，肖人彬，王慧麗，等.社會(huì)一生態(tài)系統(tǒng)彈性概念分析及評(píng)價(jià)綜述[J.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，30（6）：681-687.

[4]韓文友，周珉羽，羅蓉.縣域尺度下的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2022，42（18）：86-90.

[5]HOLLING C S. Resilience and stability of ecological systems[J]. Annual Review of Ecology andSystematics，1973（4）：1-23.

[6]劉昱，張汝正.縣域尺度下生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)研究：以德昌縣為例[J.資源與人居環(huán)境，2023（3）：43-51.

[7]劉焱序，王仰麟，彭建，等.耦合恢復(fù)力的林區(qū)土地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)：以吉林省汪清縣為例[J].地理學(xué)報(bào)，2015，70（3）：476-487.

[8]張正昱，金貴，郭柏樞，等.基于多準(zhǔn)則決策的長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間脆弱性與恢復(fù)力研究[J].自然資源學(xué)報(bào)，2020，35（1）：95-105.

[9]孟凡迪，周智，張貴軍，等.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需與生態(tài)恢復(fù)力的國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)：以京津冀為例[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2023，31（9） ： 1496-1510.

[10]李亞楠，多玲花，張明.基于CA-Markov和InVEST模型的土地利用格局與生境質(zhì)量時(shí)空演變及預(yù)測(cè)：以江西省南昌市為例[J.水土保持研究，2022，29（2）：345-354.

[11]伽光，林文鵬，徐潤(rùn)澆，等.基于遙感的SDG15.1.2生物多樣性指標(biāo)計(jì)算與分析：以長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)為例[J].環(huán)境科學(xué)研究，2022，35（4）：1025-1036.