韋寶婧,胡希軍,張亞麗,湯 佳,康 鵬,李芮芝,劉路云
基于“重要性-脆弱性-服務(wù)價值”的國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)管控
韋寶婧1,2,3,4,胡希軍1,2,3※,張亞麗1,2,3,湯佳1,2,3,康鵬4,5,李芮芝1,2,3,劉路云1,2,3
(1. 中南林業(yè)科技大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院,長沙 410004; 2.中南林業(yè)科技大學(xué)城鄉(xiāng)景觀生態(tài)研究所,長沙 410004; 3. 湖南省自然保護(hù)地風(fēng)景資源大數(shù)據(jù)工程技術(shù)研究中心,長沙 410004; 4. 南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室,長沙 410004; 5. 中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,長沙 410004)
國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)是維護(hù)國家生態(tài)安全格局的重要保障,科學(xué)劃定與管控保護(hù)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)對維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能與可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。該研究以福建上杭縣作為典型研究案例區(qū),在綜合生態(tài)系統(tǒng)完整性、系統(tǒng)性與生態(tài)效益的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了“重要性-脆弱性-服務(wù)價值”(I-F-V)的多維生態(tài)系統(tǒng)測度框架,進(jìn)而分析了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的多維特征、測度因子間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系,運(yùn)用空間聚類(分組分析)劃定了生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間,并基于各分區(qū)的空間分異性及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征,提出分區(qū)管控措施。結(jié)果表明:1)上杭縣生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性,整體上呈現(xiàn)重要性較高、脆弱性程度低、服務(wù)價值較高的空間分異格局;2)上杭縣各生態(tài)系統(tǒng)測度因子間協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系并存,綜合重要性、脆弱性和服務(wù)價值之間均為協(xié)同關(guān)系,生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)區(qū)域可能存在高度重疊;3)上杭縣可劃分為III-I-V(中等重要-一般脆弱-極高價值)、III-III-V(中等重要-中等脆弱-極高價值)、III-II-V(中等重要-較為脆弱-極高價值)、III-III-IV(中等重要-中等脆弱-較高價值)、II-III-I(較為重要-中等脆弱-低價值)和IV-I-I(高度重要- 一般脆弱-低價值)6個分區(qū),其中,III-I-V和III-II-V兩個分區(qū)面積較大,是區(qū)域發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)功能基底,各分區(qū)所在的土地覆被類型構(gòu)成也存在明顯的空間異質(zhì)性,林地、灌叢、耕地和園地屬于優(yōu)勢土地覆被類型;4)依據(jù)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)措施將研究區(qū)進(jìn)一步劃分為生態(tài)保護(hù)區(qū)(生態(tài)保育區(qū)、綠色發(fā)展區(qū)、適度開發(fā)區(qū))和生態(tài)修復(fù)區(qū)(生態(tài)修復(fù)區(qū)、保護(hù)修復(fù)統(tǒng)籌發(fā)展區(qū))。研究結(jié)果可為區(qū)域國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃與建設(shè)、生態(tài)安全格局維護(hù)提供較為科學(xué)、全面的研究思路和實(shí)踐借鑒。
國土空間;生態(tài)保護(hù)修復(fù)與管控;生態(tài)系統(tǒng)測度;空間分區(qū);上杭縣
快速城鎮(zhèn)化建設(shè)導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化、景觀破碎化和生態(tài)系統(tǒng)功能退化,一定程度上限制了生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。生態(tài)保護(hù)修復(fù)已被視為有效緩解城鎮(zhèn)化建設(shè)對生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響的重要途徑[3-4]?!吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》和國家發(fā)展改革委、自然資源部均提出了“統(tǒng)籌山水林田湖草一體化保護(hù)和修復(fù),合理劃定國土空間生態(tài)修復(fù)區(qū)域,提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性”的生態(tài)修復(fù)指導(dǎo)思想與戰(zhàn)略方針,國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)已成為一項(xiàng)國家戰(zhàn)略工程[5]。山水林田湖草作為相互依存的生態(tài)系統(tǒng),如何從生態(tài)系統(tǒng)整體性、均衡性出發(fā),識別并合理劃定生態(tài)保護(hù)修復(fù)空間、構(gòu)建國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局是當(dāng)前國土生態(tài)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃的首要任務(wù)[6],也是區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要基石[7]。
近年來,國內(nèi)外學(xué)者們在基于國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)與管控研究方面取得了一定的進(jìn)展,如李紅舉等[8]結(jié)合中國山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程實(shí)踐,以生態(tài)問題和修復(fù)工程為重點(diǎn),研究建立了統(tǒng)一的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)體系;宇振榮等[9]則在該標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上,在河南省南太行山地區(qū)開展了基于礦山、水環(huán)境、土地整治與污染、科技創(chuàng)新工程等綜合性生態(tài)修復(fù)研究與實(shí)踐,體現(xiàn)了生態(tài)修復(fù)的系統(tǒng)性和整體性;王志芳等[10]的研究更進(jìn)一步,基于“山水林田湖草生命共同體”從自然地位、修復(fù)途徑、預(yù)期功能3個角度為國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)的“整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理”提供理論與方法指導(dǎo);王文靜等[11]在北京市開展了基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估和生態(tài)問題評估的國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù),進(jìn)而構(gòu)建系統(tǒng)的生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間識別方法,探索了國土空間系統(tǒng)修復(fù)和整體保護(hù)路徑。雖然部分學(xué)者開展了生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間識別及分區(qū)管控研究,但多基于生態(tài)安全[12]、生態(tài)風(fēng)險[13]和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[14]等識別生態(tài)保護(hù)與修復(fù)分區(qū),且多集中在單一維度[15],并未綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)的全局系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)完整性和生態(tài)效益,導(dǎo)致對區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善和全域生態(tài)修復(fù)管控成效并不顯著[7,16]。國土空間具有顯著的多生態(tài)系統(tǒng)集成的特征,首先,準(zhǔn)確定位不同區(qū)域內(nèi)生態(tài)功能及其相關(guān)的重要生態(tài)系統(tǒng)功能有助于在確定優(yōu)先級的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌生態(tài)保護(hù)修復(fù)[17];其次,推動與落實(shí)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作也需要有機(jī)整合生態(tài)補(bǔ)償[18]、科學(xué)評估保護(hù)及修復(fù)成本和統(tǒng)籌社會經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境需求等[19]相關(guān)工作,評估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是很有必要的;再者,生態(tài)受損可能會導(dǎo)致多種生態(tài)系統(tǒng)功能退化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的衰退[20]。因此亟需構(gòu)建綜合重要生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)受損及生態(tài)效益的多維生態(tài)系統(tǒng)測度體系對生態(tài)保護(hù)修復(fù)進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)和合理管控。
科學(xué)劃定生態(tài)保護(hù)與修復(fù)區(qū)、準(zhǔn)確識別每個區(qū)的生態(tài)問題是實(shí)現(xiàn)國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的關(guān)鍵問題[21]。目前研究多利用生態(tài)系統(tǒng)的空間分布特征來確定關(guān)鍵問題或優(yōu)先保護(hù)修復(fù)區(qū)域[22-23],生態(tài)保護(hù)紅線的劃定代表了這一理念的應(yīng)用[24]。在空間分區(qū)閾值的依據(jù)上多運(yùn)用自然斷點(diǎn)法、經(jīng)驗(yàn)賦值法、K-means空間聚類等[25]方法,多僅聚焦在數(shù)值的聚類與分類上,未考慮各因子的空間分布情況,部分學(xué)者基于系統(tǒng)性和連續(xù)性保護(hù)的原則運(yùn)用多因子空間疊加、相交等[12, 26]方式劃定生態(tài)保護(hù)修復(fù)空間,雖關(guān)注了生態(tài)系統(tǒng)重要性、生態(tài)問題突出的聚集區(qū)域空間分布問題,但其邊界確定多為主觀判定,缺乏客觀依據(jù)。而空間聚類中的分組分析(Grouping Analysis)則利用非監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)方法來確定數(shù)據(jù)的自然分組,根據(jù)要素屬性和可選的空間或時態(tài)約束對要素進(jìn)行分組,可確保各組緊湊、連續(xù)或鄰近[27],彌補(bǔ)了K-means等算法未關(guān)注柵格空間鄰近、緊湊等缺陷,有利于在生態(tài)保護(hù)修復(fù)建設(shè)實(shí)踐中各分區(qū)的成片建設(shè)與管理。此外,了解多種生態(tài)系統(tǒng)測度因子之間的相互關(guān)系及其驅(qū)動機(jī)制將提高生態(tài)系統(tǒng)管理能力[28],有利于制定土地利用、空間規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)修復(fù)管理政策[29]。
綜上,國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間識別研究主要基于生態(tài)系統(tǒng)重要性、生態(tài)系統(tǒng)脆弱性或生態(tài)問題單一或兩個維度進(jìn)行分析,并未關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效益,故本研究以生態(tài)系統(tǒng)重要性、脆弱性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為切入點(diǎn),識別國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間,對維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、國土空間管控與優(yōu)化提供新的視角和有益的嘗試。福建省上杭縣是國家級商品糧基地,被劃入福建省重要水源涵養(yǎng)與生態(tài)保育區(qū),近年來城鎮(zhèn)化建設(shè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及礦山開采等活動使上杭縣生態(tài)系統(tǒng)功能退化、自然災(zāi)害易發(fā)、頻發(fā),迫切需要開展國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工作。本文基于研究區(qū)重要生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)受損區(qū)和生態(tài)效益,從生態(tài)系統(tǒng)“重要性-脆弱性-服務(wù)價值”3個維度建立了生態(tài)系統(tǒng)多維測度框架,識別了測度因子、維度間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系,明確了生態(tài)保護(hù)與修復(fù)空間分區(qū),并針對空間格局與內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征提出了管控措施。以期為確定生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)先保護(hù)與修復(fù)順序和合理利用區(qū)域土地資源等國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃工作提供科學(xué)參考。
上杭縣隸屬福建省龍巖市(116°15′50″~116°56′47″E,24°46′02″~25°27′47″N,圖1),位于福建省西南部,龍巖市區(qū)中西部,總面積約2 879 km2。境內(nèi)多山地,丘陵起伏,高丘低山,以高丘為主,水網(wǎng)密度,氣候溫暖濕潤,雨量充沛,降水相對集中,洪澇災(zāi)害、滑坡等災(zāi)害頻發(fā)。境內(nèi)原生植被為中亞熱帶常綠闊葉林,森林覆蓋率高達(dá)75.1%,梅花山國家自然保護(hù)區(qū)被譽(yù)為“回歸荒漠帶上的綠色翡翠”“動植物資源基因庫”,是境內(nèi)相對保存較好的成片原生植被。上杭縣歷史悠久,傳統(tǒng)村落、文物古跡保存完好,歷史文化旅游資源豐富。
圖1 上杭縣地形地貌
1.2.1 “I-F-V”多維生態(tài)系統(tǒng)測度
綜合考慮重要生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)受損和整合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益等方面因素,本研究從生態(tài)系統(tǒng)重要性、脆弱性和服務(wù)價值3個維度(I-F-V)對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了多維測度(圖2)。綜合上杭縣生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際和特征,生態(tài)系統(tǒng)重要性選取水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性和文化多樣性評價指標(biāo),生態(tài)系統(tǒng)脆弱性選取土壤侵蝕、水質(zhì)污染、洪澇災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害評價指標(biāo),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值則基于土地利用情況、糧食價格等計算各生態(tài)系統(tǒng)的單位面積價值當(dāng)量,具體計算方法見表1。將綜合生態(tài)系統(tǒng)重要性、綜合脆弱性和綜合服務(wù)價值等權(quán)疊加,并運(yùn)用自然斷點(diǎn)法劃分為I、II、III、IV、V五個等級。此外,生態(tài)系統(tǒng)重要性和脆弱性評估主要基于2019年數(shù)據(jù)進(jìn)行測度。
圖2 “I-F-V”多維生態(tài)系統(tǒng)測度框架
表1 生態(tài)系統(tǒng)測度因子計算方法
1.2.2 測度因子相關(guān)性
生態(tài)系統(tǒng)測度因子間和各維度間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系對國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)與管控提供理論依據(jù)和決策支持。借助R Studio平臺,基于皮爾森(Pearson)雙變量相關(guān)性[29]分別計算各維度內(nèi)測度因子和各維度兩兩之間的相關(guān)系數(shù),分析其權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系。
1.2.3 空間分組分析
基于綜合生態(tài)系統(tǒng)重要性、脆弱性和服務(wù)價值結(jié)果,借助ArcGIS平臺的Mapping Clusters工具箱的Grouping Analysis工具進(jìn)行分組分析。該方法需主觀確定分區(qū)數(shù)量,而最佳分區(qū)數(shù)量直接影響生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的實(shí)施、成本控制、管理協(xié)調(diào)等,故本研究借鑒前人研究,擬將研究區(qū)分為2-15個區(qū),借助Fragstats軟件在landscape級別上分別計算14分區(qū)結(jié)果的蔓延度指數(shù)(CONTAG)和斑塊結(jié)合度指數(shù)(COHESION),進(jìn)而確定最佳聚類分區(qū)數(shù)[38]。其中,COHESION常被用來衡量斑塊類型間的連通性,CONTAG描述的是景觀中不同斑塊類型的團(tuán)聚程度或延展趨勢。
本研究土地覆被數(shù)據(jù)基于Landsat數(shù)據(jù)在Google Earth Engine(GEE)平臺運(yùn)用隨機(jī)森林分類法[39-40]將上杭縣土地覆被解譯為林地、耕地、園地、灌叢、水域、人造地表、裸露地表7類,解譯總體精度均在0.90以上,滿足研究需求;歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)在GEE平臺基于Landsat遙感數(shù)據(jù)計算;氣象數(shù)據(jù)通過ArcGIS平臺與上杭縣DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同克里金插值(地形校正)方法獲得30 m空間分辨率數(shù)據(jù)集;土壤類型和植被蒸散發(fā)數(shù)據(jù)均重采樣為30 m分辨率。交通、水系、地質(zhì)數(shù)據(jù)上杭縣國土與自然資源局。社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),《上杭縣統(tǒng)計年鑒》《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。
2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)重要性分析
由圖3可知,上杭縣水源涵養(yǎng)和土壤保持功能重要性不突出,水源涵養(yǎng)高度、極為重要區(qū)面積僅占縣域總面積的0.03%;土壤保持高度、極為重要區(qū)多沿河流呈帶狀分布,在城區(qū)分布較為密集。上杭縣森林覆蓋率高,生態(tài)基底較好,生物多樣性極為重要區(qū)占縣域總面積88.21%,生物多樣性較低區(qū)域多為人造地表和耕地,受城鎮(zhèn)化建設(shè)影響較大,生境退化程度高。上杭縣文化多樣性組團(tuán)特征明顯,整體上形成了“兩核五心”的空間分布格局。
圖3 上杭縣生態(tài)系統(tǒng)重要性測度因子空間分布
由圖4可知,上杭縣生態(tài)系統(tǒng)功能極為重要區(qū)面積占比較少,僅占縣域總面積2.86%,主要分布在白砂、南陽、古田、中都和縣城等區(qū)域;高度重要區(qū)呈“島嶼式”分布,形成7個非連續(xù)片區(qū),主要涉及十多個鄉(xiāng)鎮(zhèn),中等重要區(qū)多分布在高度重要島嶼外圍并相互聯(lián)系,面積占縣域總面積15.62%。
圖4 上杭縣生態(tài)系統(tǒng)綜合重要性空間分布
2.1.2 生態(tài)系統(tǒng)脆弱性分析
由圖5可知,土壤侵蝕以一般脆弱為主,占縣域總面積99.98%,高度、極為脆弱區(qū)零星分布在縣城、廬豐、藍(lán)溪和舊縣等地。上杭縣水質(zhì)污染風(fēng)險相對較低,以一般風(fēng)險為主,占全縣總面積91.69%,風(fēng)險水區(qū)多集中在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)、廠礦等區(qū)域,主要受地形、降雨、居民生活和生產(chǎn)開發(fā)等綜合因素影響,水質(zhì)污染嚴(yán)重。紫金山礦山2010年銅酸水泄露事件給汀江下游生態(tài)環(huán)境、飲用水安全等造成了嚴(yán)重影響。洪澇災(zāi)害極為風(fēng)險區(qū)主要集中分布在汀江和黃潭河中下游,占縣域總面積1.86%。上杭縣地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),中等、高度和極為危險區(qū)占縣域總面積42.51%,其中高度、極為危險區(qū)呈局部集中、團(tuán)狀分散式分布,與區(qū)域山地丘陵、礦產(chǎn)開采等因素密切相關(guān)。由圖6可知,上杭縣生態(tài)系統(tǒng)脆弱程度整體較低,一般、較為脆弱區(qū)占縣域總面積81.9%,多為林地、灌叢;高度、極為脆弱區(qū)分別占全縣總面積1.34%、3.55%,是生態(tài)修復(fù)關(guān)注的重點(diǎn),呈兩條帶狀空間,其中一條分布在汀江中游(湖洋-臨城-廬豐),另一條則分布在黃潭河下游區(qū)(稔田-藍(lán)溪),紫金山礦山也為極為脆弱區(qū)。中等脆弱區(qū)主要分布在城鎮(zhèn)用地、耕地和礦山開采區(qū),不加節(jié)制地開發(fā)建設(shè)和礦山開采活動帶來的潛在生態(tài)環(huán)境惡化須得到關(guān)注和重視。
圖5 上杭縣生態(tài)系統(tǒng)脆弱性測度因子空間分布
圖6 上杭縣生態(tài)系統(tǒng)綜合脆弱性空間分布
2.1.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值
上杭縣2000-2019年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值呈持續(xù)增加趨勢,從2000年的554.4億元增加到了2019年的2 217.56億元(表3);2000-2019年間林地生態(tài)系統(tǒng)的價值始終最高,其次是灌叢,水域面積雖小,但其服務(wù)價值相對較高,說明需重點(diǎn)關(guān)注林地、灌叢和水域等自然生態(tài)系統(tǒng)。整體來看(圖7),較高、極高價值區(qū)占縣域總面積63.91%,而低、較低價值占全縣面積26.64%,主要分布在汀江和黃潭河濱水帶,臨城鎮(zhèn)面積最大、分布最廣,多為人造地表和耕地。
圖7 上杭縣綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布
2.1.4 生態(tài)系統(tǒng)測度相關(guān)性分析
由圖8可知,各生態(tài)系統(tǒng)重要性評估因子之間協(xié)同與權(quán)衡并存,其中生物多樣性與土壤保持、水源涵養(yǎng)和文化多樣性均為權(quán)衡關(guān)系,與水源涵養(yǎng)權(quán)衡關(guān)系最強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.3,主要原因?yàn)樯锒鄻有愿叩膮^(qū)域多為林地和灌叢,而其余功能較高區(qū)域多分布在城鎮(zhèn)、水域周邊,與上杭縣山地丘陵地貌特征相吻合,可能會導(dǎo)致未來生態(tài)保護(hù)修復(fù)空間識別存在空間分異,有必要進(jìn)行針對性地識別和管控;水源涵養(yǎng)與土壤保持、文化多樣性,土壤保持與文化多樣性均為協(xié)同效應(yīng),但相關(guān)性不強(qiáng)。各生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評估因子之間主要為協(xié)同關(guān)系,但相關(guān)性均不高,地質(zhì)災(zāi)害與水質(zhì)污染、洪澇災(zāi)害相關(guān)性較高,表明在未來生態(tài)風(fēng)險管理中需對地質(zhì)災(zāi)害多加關(guān)注,實(shí)施協(xié)同管理對策。整體上,綜合生態(tài)系統(tǒng)重要性、脆弱性和服務(wù)價值兩兩之間均為正相關(guān),說明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)重要、生態(tài)效益較高的區(qū)域也正在經(jīng)歷較多的生態(tài)損害;其中重要性維度與脆弱性維度相關(guān)系數(shù)較高,表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)區(qū)域可能存在重疊。
表3 上杭縣不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值
圖8 生態(tài)系統(tǒng)測度因子及維度相關(guān)性分析
2.2.1 生態(tài)保護(hù)修復(fù)空間分區(qū)劃定
根據(jù)不同分組分析結(jié)果的CONTAG和COHESION指數(shù)計算結(jié)果(圖9)可知,當(dāng)分區(qū)數(shù)為6或7組時兩指數(shù)相交,是研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn),表明在該分區(qū)下研究區(qū)各分區(qū)間的團(tuán)聚程度和連通性最強(qiáng),有利于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、健康發(fā)展。便于生態(tài)保護(hù)修復(fù)成規(guī)模、片區(qū)實(shí)施管理,最佳分區(qū)數(shù)確定為6。
圖9 不同分區(qū)數(shù)下的景觀指數(shù)對比
統(tǒng)計各分區(qū)內(nèi)不同程度的生態(tài)系統(tǒng)重要性、脆弱性和服務(wù)價值的面積占研究區(qū)總面積的比例(單位%),并繪制為分區(qū)聚類玫瑰圖,表現(xiàn)各分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)測度在各維度的強(qiáng)弱情況,也指示了各分區(qū)的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)特征(圖10)。各維度下面積占比最大的類型為主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)特征,各分區(qū)以重要性I、脆弱性F和服務(wù)價值V維度的主導(dǎo)特征命名,因此,上杭縣劃分為III-I-V(中等重要-一般脆弱-極高價值)、III-III-V(中等重要-中等脆弱-極高價值)、III-II-V(中等重要-較為脆弱-極高價值)、III-III-IV(中等重要-中等脆弱-較高價值)、II-III-I(較為重要-中等脆弱-低價值)和IV-I-I(高度重要-一般脆弱-低價值)六個生態(tài)保護(hù)修復(fù)空間。
圖10 各分區(qū)“重要性-脆弱性-服務(wù)價值”(I-F-V)生態(tài)系統(tǒng)測度結(jié)構(gòu)
2.2.2 生態(tài)保護(hù)修復(fù)分區(qū)特征
根據(jù)各分區(qū)面積、空間分布及土地覆被類型構(gòu)成進(jìn)行生態(tài)保護(hù)修復(fù)分區(qū)特征分析。在所有分區(qū)中,III-I-V、III-II-V面積較大,分別占縣域總面積32.15%和43.55%,是區(qū)域發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)功能基底。各分區(qū)在空間上呈現(xiàn)明顯的集聚、組團(tuán)布局,不同生態(tài)保護(hù)修復(fù)分區(qū)所在的土地覆被類型構(gòu)成也存在明顯的空間異質(zhì)性,但整體來看,林地、灌叢、耕地和園地在各分區(qū)均為優(yōu)勢地類(表4)。結(jié)合上杭縣其他各地理要素分布,各區(qū)特征如下:
1)III-I-V。中等重要性、一般脆弱和極高價值面積占比最大,分別占縣域總面積17.75%、16.47%和9.39%,土地覆被類型主要為林地和灌叢,其次為園地,受人類活動干擾較少。值得注意的是,該區(qū)域分布著縣域24.74%的人造地表,說明該區(qū)域城鎮(zhèn)化建設(shè)對生態(tài)系統(tǒng)功能的負(fù)面影響相對不顯著。
2)III-III-V。中等重要、中等脆弱和極高價值面積占比最大,分別占縣域總面積3.09%、4.54%和4.3%,基本為林地,說明該區(qū)域林地生態(tài)功能較好,但存在一定的生態(tài)環(huán)境問題,如山地多滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。此外,該區(qū)內(nèi)的采礦活動導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱。
3)III-II-V。中等重要、較為脆弱和極高價值面積占比最大,分別占縣域總面積29.17%、22.8%和38.86%,主要土地覆被類型為林地,是研究區(qū)內(nèi)重要的生態(tài)系統(tǒng)功能區(qū)。作為研究區(qū)的生態(tài)基底,形成了三條組團(tuán)條帶,即南陽-通賢-才溪組團(tuán)、步云-古田-蛟洋-白砂-臨城組團(tuán)和溪口-太拔-藍(lán)溪-中都組團(tuán)。
4)III-III-IV。中等重要、中等脆弱和高價值面積占比最大,分別占縣域總面積1.26%、1.74%和0.91%。該區(qū)域林地、灌叢和園地面積相對占比較多,處于自然與人工生態(tài)系統(tǒng)交錯帶區(qū),受人為干擾相對較大。
5)II-III-I。較為重要、中等脆弱和低價值面積占比最大,分別占縣域總面積3.69%、6.3%和7.43%。以耕地、灌叢和人造地表為主,其中人造地表面積占研究區(qū)總面積的56.84%,是研究區(qū)內(nèi)受城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)和人類生產(chǎn)活動影響最大的區(qū)域,也是生態(tài)修復(fù)關(guān)注的重要區(qū)域。
6)IV-I-I。高度重要、一般脆弱和低價值面積占比最大,分別占縣域總面積2.35%、3.08%和2.46%。主要分布在城鎮(zhèn)周邊的耕地、園地和灌叢區(qū)域,這些區(qū)域?qū)儆谌?地交錯帶地區(qū),文化與生物多樣性較高,又多分布在低山丘陵地區(qū),生態(tài)風(fēng)險較低,但因靠近城鎮(zhèn),服務(wù)價值不高,同時其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,但又處于生態(tài)流交換的重要區(qū)域,是保護(hù)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域。
表4 上杭縣各分區(qū)土地覆被類型面積占比
根據(jù)上杭縣“十四五”規(guī)劃和2035綱要規(guī)劃目標(biāo),結(jié)合上杭縣生態(tài)系統(tǒng)重要性、脆弱性和服務(wù)價值空間分布特征,有必要針對各生態(tài)保護(hù)修復(fù)分區(qū)特征及空間分布(圖11)采取差異化的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)管理政策和環(huán)境保護(hù)、修復(fù)措施,并根據(jù)保護(hù)與修復(fù)措施將研究區(qū)進(jìn)一步劃分為生態(tài)保護(hù)區(qū)(生態(tài)保育區(qū)、綠色發(fā)展區(qū)、適度開發(fā)區(qū))和生態(tài)修復(fù)區(qū)(生態(tài)修復(fù)區(qū)、保護(hù)修復(fù)統(tǒng)籌發(fā)展區(qū)),具體管控策略與措施如下:
2.3.1 生態(tài)保護(hù)分區(qū)管控
1)“生態(tài)保育”型
III-I-V和III-III-V區(qū)幾乎均分布在山地地區(qū),該區(qū)域生態(tài)基底良好、生物多樣性高、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高,管控措施應(yīng)以生態(tài)保育為主。作為區(qū)域發(fā)展的生態(tài)屏障,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)山體與林地的保育,嚴(yán)格限制破壞性建設(shè)活動,禁止在重要林地、山體空間(西普陀、摩陀寨、雙髻山等)開發(fā)建設(shè),必要時可在局部地區(qū)實(shí)施封山育林等生態(tài)恢復(fù)工程;上杭縣在山地地區(qū)開發(fā)了較多的梯田和經(jīng)濟(jì)林(以柑橘和茶園為主),山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注居民點(diǎn)周邊的裸露山體和災(zāi)害易發(fā)區(qū)域,實(shí)施生態(tài)固坡、護(hù)坡護(hù)溝等工程措施;梅花山國家自然保護(hù)區(qū)、上杭國家森林公園等重要自然保護(hù)地均分布在該區(qū)域內(nèi),這些區(qū)域應(yīng)以自然恢復(fù)為主要生態(tài)保育措施,合理規(guī)劃、建設(shè)生態(tài)緩沖區(qū),協(xié)同發(fā)展生態(tài)旅游,實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
2)“綠色發(fā)展”型
III-II-V區(qū)生境質(zhì)量較高、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值極高、地形相對較緩,適合一定的城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)和生產(chǎn)活動開展,生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱,管控措施應(yīng)以綠色發(fā)展為主。該區(qū)為廣袤的山林,但基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、采礦及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對生態(tài)環(huán)境破壞相對比較嚴(yán)重,須嚴(yán)格控制基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的破壞,秉持“低影響”開發(fā)建設(shè)理念,制定生態(tài)評估與可行性分析策略,提升區(qū)域生態(tài)效益及環(huán)境承載力;該區(qū)面積占比最大,作為生態(tài)基質(zhì)應(yīng)關(guān)注其景觀連通性,劃定源地、生態(tài)-經(jīng)濟(jì)廊道,加強(qiáng)林地與水體間的連通性,形成更加復(fù)合的區(qū)域藍(lán)綠空間,實(shí)現(xiàn)區(qū)域物質(zhì)、能量交換的流通性;此外,該區(qū)多分布在城鎮(zhèn)居民點(diǎn)周邊,發(fā)揮著生態(tài)交錯帶安全屏障的作用,須加強(qiáng)控制城鎮(zhèn)發(fā)展建設(shè)邊界等措施,確保實(shí)現(xiàn)區(qū)域綠色發(fā)展。
3)“保護(hù)本底,適度開發(fā)”型
IV-I-I區(qū)生態(tài)本底較好,生態(tài)脆弱性一般,但其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值不高,具備一定的生態(tài)潛力,管控措施主要以“保護(hù)本底,適度開發(fā)”為主。在保護(hù)生態(tài)本底的基礎(chǔ)上,充分利用區(qū)域自然資源適度開發(fā)建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施,開展丘陵特色生態(tài)農(nóng)業(yè)觀光,提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;該區(qū)文化多樣性較高,應(yīng)發(fā)揮其旅游資源優(yōu)勢,以“古田會議”、“蛟洋暴動”、“才溪調(diào)查”、“星星之火可以燎原”等紅色文化為主線,將自然與歷史文化景區(qū)串聯(lián)起來,打造區(qū)域生態(tài)旅游經(jīng)濟(jì)圈,提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)價值。
圖11 上杭縣生態(tài)保護(hù)與修復(fù)管控分區(qū)
2.3.2 生態(tài)修復(fù)分區(qū)管控
1)“生態(tài)修復(fù)”型
III-III-IV區(qū)是面積最小的分區(qū),該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差,易受外界自然和人為干擾影響,管控措施應(yīng)以生態(tài)修復(fù)為主。嚴(yán)格控制挖山伐林、林地復(fù)墾等活動,并積極推進(jìn)林下經(jīng)濟(jì),將裸露的園地地表進(jìn)行覆蓋,增強(qiáng)其水土保持能力;灌叢區(qū)域多為城鎮(zhèn)與林地之間的過渡帶,可增加城鎮(zhèn)與自然山林之間的防護(hù)綠化帶,提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力。
2)“生態(tài)保護(hù)與修復(fù),統(tǒng)籌發(fā)展”型
II-III-I區(qū)幾乎均分布在汀江和黃潭河流經(jīng)的城鎮(zhèn)及其周邊區(qū)域,城鎮(zhèn)化程度高,是人類生產(chǎn)、生活活動最活躍的區(qū)域,管控措施應(yīng)以“生態(tài)保護(hù)修復(fù),統(tǒng)籌發(fā)展”為主。該區(qū)處于河谷地帶,洪澇災(zāi)害、水質(zhì)污染等生態(tài)環(huán)境問題較為突出,在保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上“見縫插綠”合理規(guī)劃防洪緩沖帶等以提高生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力和凈化能力;積極推行清潔生產(chǎn)、發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì),對區(qū)域內(nèi)可能造成環(huán)境污染的企業(yè)、工廠進(jìn)行綜合治理,統(tǒng)籌環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展,典型案例即對上杭縣最大的礦區(qū)(紫金山金礦)采取礦山修復(fù)、礦山復(fù)綠等生態(tài)修復(fù)措施,踐行“金山銀山”與“綠水青山”的綠色發(fā)展觀;該區(qū)分布著縣域62.2%的耕地,是重要的糧食生產(chǎn)區(qū),未來應(yīng)繼續(xù)大力推廣生態(tài)農(nóng)業(yè),減少化肥、農(nóng)藥等使用量,降低農(nóng)業(yè)污染;同時,切實(shí)保護(hù)基本農(nóng)田,加強(qiáng)農(nóng)田整治、防護(hù)林建設(shè)等生態(tài)工程,建立復(fù)合農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng);此外,須嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)模、人口規(guī)模、產(chǎn)業(yè)布局,減少生活和生產(chǎn)污染,以保障區(qū)域生態(tài)安全。
基于多維生態(tài)系統(tǒng)綜合測度框架識別生態(tài)保護(hù)與修復(fù)分區(qū)是維護(hù)國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)的關(guān)鍵步驟。“I-F-V”的多維生態(tài)系統(tǒng)測度旨在識別區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)受損區(qū)以及整合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益,在綜合考慮了生態(tài)系統(tǒng)的整體性和系統(tǒng)性的同時,還強(qiáng)調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效益和發(fā)展機(jī)會的統(tǒng)籌,有效地評估了生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力和可持續(xù)性以及它們所支持的經(jīng)濟(jì)活動和人類福祉[41],可廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)測度與生態(tài)保護(hù)修復(fù)研究與實(shí)踐中??臻g聚類分組是多維生態(tài)系統(tǒng)測度因子的組合,能夠有效地表征多種生態(tài)系統(tǒng)測度因子的空間集聚特征和區(qū)域主導(dǎo)測度因子,同時通過分析其內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及與其他地理信息的關(guān)系可揭示不同分區(qū)測度因子的組合規(guī)律[38],為開展國土空間規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)、山水林田湖草沙綜合治理等工作提供理論與基礎(chǔ)方法,同時對開展生態(tài)保護(hù)修復(fù)與建設(shè)管理具有重要指導(dǎo)意義。
在分組分析中,分區(qū)數(shù)量需人為設(shè)定,具有較強(qiáng)的主觀性。本研究為避免這一不足,依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理,選取了CONTAG和CONHESION指數(shù)客觀劃定了研究區(qū)最佳聚類分區(qū)數(shù)量。同時,分組分析彌補(bǔ)了K-means等聚類方法對空間鄰近關(guān)系分析的缺陷,確保在空間屬性和空間分布上均能得到更好地聚類和分組。綜合景觀生態(tài)學(xué)原理和分組分析的方法可為今后分區(qū)劃定研究提供一定的方法借鑒。
本研究探討了各生態(tài)系統(tǒng)測度因子之間的協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系,對于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理具有一定的指導(dǎo)意義,但由于生態(tài)保護(hù)修復(fù)分區(qū)空間異質(zhì)性較高,故在生態(tài)保護(hù)修復(fù)分區(qū)管控中未能全面考慮權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系對生態(tài)系統(tǒng)的影響,也是本研究的不足之處。此外,本研究屬于靜態(tài)研究,缺乏動態(tài)演變特征以及對內(nèi)在驅(qū)動的挖掘,在今后的研究中,有待進(jìn)一步深入探討長時間序列多維生態(tài)系統(tǒng)測度及生態(tài)保護(hù)修復(fù)時空分異規(guī)律。
1)上杭縣生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性,整體上生態(tài)系統(tǒng)重要性較高、脆弱程度較低,具有較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。空間分布上,高度重要區(qū)域形成了七個“島嶼式”組團(tuán),是生態(tài)保護(hù)的重要區(qū)域;生態(tài)系統(tǒng)較脆弱區(qū)呈兩條帶狀空間,是生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低區(qū)多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)、道路等人造地表、裸露地表和耕地。
2)上杭縣各生態(tài)系統(tǒng)測度因子間協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系并存,但各維度間均為協(xié)同關(guān)系。生物多樣性與其他重要性因子權(quán)衡關(guān)系十分顯著,各脆弱性因子之間均為協(xié)同關(guān)系,但相關(guān)性不高,這均與上杭縣典型山地丘陵區(qū)的地貌特征有關(guān)。
3)上杭縣可劃分為III-I-V(中等重要-一般脆弱-極高價值)、III-III-V(中等重要-中等脆弱-極高價值)、III-II-V(中等重要-較為脆弱-極高價值)、III-III-IV(中等重要-中等脆弱-較高價值)、II-III-I(較為重要-中等脆弱-低價值)和IV-I-I(高度重要-一般脆弱-低價值)6個生態(tài)保護(hù)修復(fù)空間,其空間布局與內(nèi)部結(jié)構(gòu)分異明顯;針對各分區(qū)特征及與其他要素的關(guān)系提出相應(yīng)的開發(fā)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)修復(fù)管控措施,進(jìn)一步將研究區(qū)劃分為生態(tài)保護(hù)區(qū)(生態(tài)保育區(qū)、綠色發(fā)展區(qū)、適度開發(fā)區(qū))和生態(tài)修復(fù)區(qū)(生態(tài)修復(fù)區(qū)、保護(hù)修復(fù)統(tǒng)籌發(fā)展區(qū))。
[1] Peng J, Liu Y, Corstanje R, et al. Promoting sustainable landscape pattern for landscape sustainability[J]. Landscape Ecology, 2021, 36(7): 1839-1844.
[2] Fisher J C, Bicknell J E, Irvine K N, et al. Exploring how urban nature is associated with human wellbeing in a neotropical city[J]. Landscape and Urban Planning, 2021, 212: 104119.
[3] Dong J, Jiang H, Gu T, et al. Sustainable landscape pattern: A landscape approach to serving spatial planning[J]. Landscape Ecology, 2021,37: 1-12.
[4] Aronson J, Goodwin N, Orlando L, et al. A world of possibilities: six restoration strategies to support the United Nation's Decade on Ecosystem Restoration[J]. Restoration Ecology, 2020, 28(4): 730-736.
[5] 韋寶婧,蘇杰,胡希軍,等.基于“HY-LM”的生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)綜合識別研究[J].生態(tài)學(xué)報,2022,42(7):2995-3009.
Wei Baojing, Su Jie, Hu Xijun, et al. Comprehensive identification of eco-corridors and eco-nodes based on principle of hydrological analysis and Linkage Mapper[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(7): 2995-3009.(in Chinese with English abstract)
[6] Turkelboom F, Leone M, Jacobs S, et al. When we cannot have it all: Ecosystem services trade-offs in the context of spatial planning[J]. Ecosystem Services, 2018, 29: 566-578.
[7] Zhang C, Fang S. Identifying and zoning key areas of ecological restoration for territory in resource-based cities: A case study of huangshi city, china[J]. Sustainability, 2021, 13(7): 3931.
[8] 李紅舉,宇振榮,梁軍,等. 統(tǒng)一山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究[J]. 生態(tài)學(xué)報,2019,39(23):8771-8779.
Li Hongju, Yu Zhenrong, Liang jun, et al. Study on the unified standard system of ecological protection and rehabilitation of mountain-river-forest-farmland-lake-grass[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(23): 8771-8779. (in Chinese with English abstract)
[9] 宇振榮,楊新民,陳雅杰. 河南省南太行地區(qū)山水林田湖草生態(tài)保護(hù)與修復(fù)[J]. 生態(tài)學(xué)報,2019,39(23):8886-8895.
Yu Zhenrong, Yang Xinmin, Chen Yajie. Ecological protection and restoration of mountains-rivers-forests- farmlands-lakes-grasslands in Nantaihang area, Henan Province: Integrated landscape management[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(23): 8886-8895. (in Chinese with English abstract)
[10] 王志芳,高世昌,苗利梅,等.國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)范式研究[J].中國土地科學(xué),2020,34(3):1-8.
Wang Zhifang, Gao Shichang, Miao Limei, et al. Paradigm research for territorial ecological protection and restoration[J]. China Land Science, 2020,34(3):1-8. (in Chinese with English abstract)
[11] 王文靜,逯非,歐陽志云.國土空間生態(tài)修復(fù)與保護(hù)空間識別:以北京市為例[J].生態(tài)學(xué)報,2022,42(6):2074-2085.
Wang Wenjing, Lu Fei, Ouyang Zhiyun. Spatial identification of territory space ecological conservation and restoration: A case study of Beijing[J]. Acta Ecologica Sinica,2022,42(6):2074-2085. (in Chinese with English abstract)
[12] Gao L, Ma C, Wang Q, et al. Sustainable use zoning of land resources considering ecological and geological problems in Pearl River Delta Economic Zone, China[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 1-14.
[13] Gong J, Cao E, Xie Y, et al. Integrating ecosystem services and landscape ecological risk into adaptive management: Insights from a western mountain-basin area, China[J]. Journal of Environmental Management, 2021, 281: 111817.
[14] 劉林,雷冬梅,冉玉菊,等.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的滇池流域關(guān)鍵性生態(tài)用地識別[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2021,37(11):277-284.
Liu Lin, Lei Dongmei, Ran Yuju, et al. Identification of critical ecological land in Dianchi Watershed based on the perspective of ecosystem service function[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(11): 277-284. (in Chinese with English abstract)
[15] Luan C, Liu R, Peng S, et al. Improving integrated environmental zoning from the perspective of logic scoring of preference and comparative advantage: A case study of Liangjiang New Area, China[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 325: 129350.
[16] 田雅楠,張夢晗,許蕩飛,等.基于“源-匯”理論的生態(tài)型市域景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建[J].生態(tài)學(xué)報,2019,39(7):2311-2321.
Tian Yanan, Zhang Menghan, Xu Dangfei, et al. Landscape ecological security patterns in an ecological city, based on source-sink theory[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(7): 2311-2321. (in Chinese with English abstract)
[17] Liu Y, Li T, Zhao W, et al. Landscape functional zoning at a county level based on ecosystem services bundle: Methods comparison and management indication[J]. Journal of Environmental Management, 2019, 249: 109315.
[18] 李欣欣,任茜,余向克,等.生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析及生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先區(qū)域研究:以四川省生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域?yàn)槔齕J].中國水土保持,2022(4):33-37,7.
Li Xinxin, Ren Qian, Yu Xiangke, et al, Ecosystem service value in ecological protection red line area and priority areas of ecological compensation: taking the red line area of ecological protection in Sichuan province as an example[J]. Soil and Water Conservation in China, 2022(4):33-37,7. (in Chinese with English abstract)
[19] 王晨旭,劉焱序,于超月,等.國土空間生態(tài)修復(fù)布局研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2021,40(11):1925-1941.
Wang Chenxu, Liu Yanxu, Yu Chaoyue, et al. Research progress on the arrangement of territorial ecological restoration[J]. Progress in Geography, 2021,40(11):1925-1941. (in Chinese with English abstract)
[20] Wortley L, Hero J M, Howes M. Evaluating ecological restoration success: A review of the literature[J]. Restoration Ecology, 2013, 21(5): 537-543.
[21] Wang X H, Zhang X, Mou X J, et al. Discussion on the Planning of land spatial ecological restoration[J]. Environment Protection Engineering, 2019, 47: 36-38.
[22] Licheng L I U, Chunfang L I U, Chuan W, et al. Supply and demand matching of ecosystem services in loess hilly region: A case study of Lanzhou[J]. Progress in Chemistry, 2019, 74(9): 1921.
[23] Liu L, Zhang H, Gao Y, et al. Hotspot identification and interaction analyses of the provisioning of multiple ecosystem services: Case study of Shaanxi Province, China[J]. Ecological Indicators, 2019, 107: 105566.
[24] Gao J. How China will protect one-quarter of its land[J]. Nature, 2019, 569(7755): 457-458.
[25] Yue C, Ye J. Research on improved YOLOv3 fire detection based on enlarged feature map resolution and cluster analysis[C]// Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021, 1757(1): 012094.
[26] 周子康,劉殿鋒.基于多元國土空間整治情景模擬的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分區(qū)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2021,37(22):262-270.
Zhou Zikang, Liu Dianfeng. Zoning of the ecosystem service functions under multiple land consolidation scenarios[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 262-270. (in Chinese with English abstract)
[27] 湛東升,張文忠,孟斌,等.北京城市居住和就業(yè)空間類型區(qū)分析[J].地理科學(xué),2017,37(3):356-366.
Zhan Dongsheng, Zhang Wenzhong, Meng Bin et al. Spatial Structure of Urban Residence and Employment in Beijing[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(3): 356-366. (in Chinese with English abstract)
[28] Darvishi A, Yousefi M, Dinan N M, et al. Assessing levels, trade-offs and synergies of landscape services in the Iranian province of Qazvin: Towards sustainable landscapes[J]. Landscape Ecology, 2022, 37(1): 305-327.
[29] Lyu R, Clarke K C, Zhang J, et al. Spatial correlations among ecosystem services and their socio-ecological driving factors: A case study in the city belt along the Yellow River in Ningxia, China[J]. Applied Geography, 2019, 108: 64-73.
[30] 包玉斌,李婷,柳輝,等.基于InVEST模型的陜北黃土高原水源涵養(yǎng)功能時空變化[J].地理研究,2016,35(4):664-676.
Bao Yubin, Li Ting, Liu Hui, et al. Spatial and temporal changes of water conservation of Loess Plateau in northern Shaanxi province by InVEST model[J]. Geographical Research, 2016,35(4):664-676. (in Chinese with English abstract)
[31] 胡曉倩,李忠武,陳佳,等.南方紅壤丘陵區(qū)退耕還林還草工程土壤保持效應(yīng)評估[J].水土保持學(xué)報,2020,34(6):95-100.
Hu Xiaoqian, Li Zhongwu, Chen Jia, et al. Soil conservation benefits of the Grain for Green Program in the hilly red soil region of southern China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2020,34(6):95-100. (in Chinese with English abstract)
[32] 楊文仙,李石華,彭雙云,等.顧及地形起伏的InVEST模型的生物多樣性重要區(qū)識別:以云南省為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2021,32(12):4339-4348.
Yang Wenxian, Li Shihua, Peng Shuangyun, et al. Identification of important biodiversity areas by InVEST model considering opographic relief: A case study of Yunan Province, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2021,32(12):4339-4348. (in Chinese with English abstract)
[33] 張建,雷剛,漆良華.南水北調(diào)中線水源區(qū)丹江口市域景觀格局變化及氮磷凈化能力[J].生態(tài)學(xué)報,2021,41(6):2261-2271.
Zhang Jian, Lei Gang, Qi Lianghua. Change of landscape pattern and nitrogen and phosphorus removal in Danjiangkou City,the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(6): 2261-2271. (in Chinese with English abstract)
[34] 胡春華,周文斌,肖化云,等.鄱陽湖富營養(yǎng)化現(xiàn)狀及其正態(tài)分布特征分析[J].人民長江,2010,41(19):64-68.
Hu Chuanhua, Zhou Wenbin, Xiao Huayun, et al. Eutrophication state and normal distribution features of Poyang lake[J]. Yangtze River, 2010,41(19):64-68. (in Chinese with English abstract)
[35] 王穎,王強(qiáng)國.基于GIS技術(shù)的海綿城市內(nèi)澇災(zāi)害數(shù)值可視化研究[J].災(zāi)害學(xué),2020,35(2):70-74.
Wang Ying, Wang Qiangguo. Study on numerical visualization of waterlogging disaster in sponge city based on GIS technology[J]. Journal of Catastrophology, 2020,35(2):70-74. (in Chinese with English abstract)
[36] 鄧越,周廷剛,蔣衛(wèi)國.都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性及潛在影響評估[J].災(zāi)害學(xué),2016,31(2):196-199,212.
Deng Yue, Zhou Tinggang, Jiang Weiguo. Assessment of geological disaster hazard and potential impact in Dujiangyan City[J]. Journal of Catastrophology, 2016,31(2):196-199,212. (in Chinese with English abstract)
[37] 安國強(qiáng),黃海浩,劉沼,等.中國土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究進(jìn)展[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2022,36(1):28-37.
An Guoqiang, Huang Haihao, Liu Zhao, et al. Research progress on land use and ecosystem service value assessment in China[J]. Journal of University of Jinan (Science and Technology), 2022,36(1):28-37. (in Chinese with English abstract)
[38] 彭立,鄧偉,黃佩,等.四川盆地多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)景觀指數(shù)評價與服務(wù)簇識別[J].生態(tài)學(xué)報,2021,41(23):9328-9340.
Peng Li, Deng Wei, Huang Pei, et al. Evaluation of multiple ecosystem services landscape index and identification of ecosystem services bundles in Sichuan Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021,41(23):9328-9340. (in Chinese with English abstract)
[39] 于新洋,趙庚星,常春艷,等.隨機(jī)森林遙感信息提取研究進(jìn)展及應(yīng)用展望[J].遙感信息,2019,34(2):8-14.
Yu Xinyang, Zhao Gengxing, Chang Chunyan, et al. Random forest classifier in remote sensing information extraction: A review of applications and future development[J]. Remote Sensing Information, 2019,34(2):8-14. (in Chinese with English abstract)
[40] 李恒凱,王利娟,肖松松. 基于多源數(shù)據(jù)的南方丘陵山地土地利用隨機(jī)森林分類[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2021,37(7):244-251.
Li Hengkai, Wang Lijuan, Xiao Songsong. Random forest classification of land use in hilly and mountainous areas of southern China using multi-source remote sensing data[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(7): 244-251. (in Chinese with English abstract)
[41] Ouyang Z, Song C, Zheng H, et al. Using gross ecosystem product (GEP) to value nature in decision making[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, 117(25): 14593-14601.
Ecological protection, restoration and management of territorial space using “Importance, Fragility, Ecosystem service value”
Wei Baojing1,2,3,4, Hu Xijun1,2,3※, Zhang Yali1,2,3, Tang Jia1,2,3, Kang Peng4,5, Li Ruizhi1,2,3, Liu Luyun1,2,3
(1.,,410004,; 2.,,410004,; 3.410004,; 4.,410004,; 5.,,410004,)
Ecological protection and restoration of territorial space can be one of the most important schemes to maintain the national patterns of ecological security. It is a high demand to scientifically zone and manage the key areas for the protection and restoration, particularly for the regional ecosystem function and sustainable development. Taking Shanghang County in Fujian Province of China as a typical study area, this study aims to construct a multi-dimensional ecosystem measurement framework of “Ecosystem Importance-Ecosystem Fragility-Ecosystem service value” using an integrated ecosystem integrity, system, and benefits. Multi-dimensional characteristics of the regional ecosystem were then analyzed to determine the relationship of trade-offs and synergy between the measure factors. At last, the spatial clustering method (Grouping analysis) was used to delineate the ecological protection and restoration space. The zoning management and control strategies were also proposed using the spatial heterogeneity and ecosystem structure characteristics of each zone. The results showed that: 1) There was the strong spatial heterogeneity in the ecosystem, indicating a spatial differentiation ecosystem pattern with the high importance, low fragility, and high service value. 2) There were the synergistic and tradeoff relationships among all ecosystem measure factors. All synergistic relationships were found in the comprehensive importance, fragility, and service value. As such, the high overlap was triggered between the ecosystem conservation and restoration areas. 3) An optimal number of clusters was determined as six, according to the CONTAG and COHESION indexes with different number of clusters. There were also the strongest cohesion degree and connectivity among groups, which were conducive to the stable and healthy development of the ecosystem. Six zonings were divided into: the III-I-V (Importance level III- Fragility level I-Value V), III-III-V (Importance level III- Fragility level III-Value V), III-II-V (Importance level III- Fragility level II-Value V), III-III-IV (Importance level III- Fragility level III-Value IV), II-III-I(Importance level II- Fragility level III-Value I), and IV-I-I (Importance level IV- Fragility level I-Value I). Among them, the zoning of III-I-V and III-II-V shared the large areas with the ecosystem functional bases for the regional development. The outstanding spatial heterogeneity was found in the composition of land cover types in each zoning. Particularly, the forest, shrub, cropland, and garden were the dominant land cover types. 4) A targeted and differentiated management was proposed for the environmental protection and restoration measures, according to the spatial distribution and internal structure of each zoning. After that, the study area was further divided into the ecological protection area (Ecological conservation, green development, and moderate development area), and ecological restoration area (ecological restoration, protection and restoration coordinated development area). Furthermore, the multi-dimensional ecosystem measurement “I-F-V” can be expected to identify the important ecosystems, the damaged areas of ecosystems, and integrate ecosystem services benefits. An emphasis was also made on the coordination of ecosystem protection and restoration costs, together with the development opportunities, when considering the integrity and systematism of ecosystems. Therefore, an effective assessment was achieved in the resilience and sustainability of ecosystems and economic activities, as well as the human well-being they support. Some recommendations can be also widely used in the ecosystem measurement, the ecological conservation and restoration. The findings can provide the insightful ideas and practical reference for the decision making on the protection, restoration, and ecological security pattern of territorial space.
territorial space; ecological protection, restoration and management; ecosystem measurement; spatial division; Shanghang County
10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.027
F301.2; TP79
A
1002-6819(2022)-19-0249-10
韋寶婧,胡希軍,張亞麗,等. 基于“重要性-脆弱性-服務(wù)價值”的國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)管控[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2022,38(19):249-258.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.027 http://www.tcsae.org
Wei Baojing, Hu Xijun, Zhang Yali, et al. Ecological protection, restoration and management of territorial space using “Importance, Fragility, Ecosystem service value”[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(19): 249-258. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2022.19.027 http://www.tcsae.org
2022-07-23
2022-09-27
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31901363);湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CX20200701);湖南省高校“雙一流”建設(shè)項(xiàng)目(湘教通[2018]469號)
韋寶婧,博士,研究方向?yàn)榫坝^生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)保護(hù)與修復(fù)。Email:984319667@qq.com
胡希軍,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)榫坝^生態(tài)規(guī)劃、大地景觀修復(fù)與生態(tài)規(guī)劃。Email:120795043@qq.com