基于生态系统健康的国土空间生态修复分区——以长江中游城市群为例
曾晨(1986- ),女,湖北武汉人,博士,教授,博士生导师,研究方向为土地利用与可持续发展。E-mail: zengchen@igsnrr.ac.cn |
收稿日期: 2021-05-24
修回日期: 2022-07-06
网络出版日期: 2022-12-28
基金资助
国家自然科学基金项目(42171262)
华中农业大学自主创新基金项目(2662021JC002)
Research on land-space ecological restoration zoning based on ecosystem health: A case study of the urban agglomeration in the middle reaches along the Yangtze River
Received date: 2021-05-24
Revised date: 2022-07-06
Online published: 2022-12-28
高强度社会经济活动造成了河湖湿地萎缩、景观破碎化与生物多样性减少等生态问题,实施国土空间生态修复成为生态环境治理的必然途径。以长江中游城市群为研究区,基于网格单元构建“生态系统活力—生态系统组织力—生态系统弹性—生态系统服务力”(VORS)模型,评价2010年和2020年的生态系统健康水平。通过自然断点法和智能化修正等方法,自下而上地开展国土空间生态修复分区,并提出相应的生态修复措施。研究结果表明:2010—2020年长江中游城市群耕地面积有所减少,建设用地扩张明显;生态系统健康状况较为稳定,但是存在明显的空间差异;生态系统活力和服务力提升明显,生态系统组织力和生态系统弹性呈下降趋势。根据分区结果,将研究区划分为生态系统保育区、生态系统提升区、生态系统缓冲圈、生态系统改良圈和生态系统重塑圈“两区三圈”的修复区域,并提出生态修复对策。
曾晨 , 程轶皎 , 吕天宇 . 基于生态系统健康的国土空间生态修复分区——以长江中游城市群为例[J]. 自然资源学报, 2022 , 37(12) : 3118 -3135 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20221207
High-intensity social and economic activities have caused ecological problems such as shrinking rivers, lakes and wetlands, landscape fragmentation and biodiversity loss. Therefore, the implementation of territorial space ecological restoration has become an inevitable way to realizing eco-environmental governance. In this study, we have established grid-based "Vigor-Organization-Resilience-Service" (VORS) model to evaluate ecosystem health in the middle reaches along the Yangtze River in 2010 and 2020. Based on the natural breakpoint method and intelligent correction approach, the bottom-up territorial space ecological restoration zoning was carried out, and the corresponding ecological restoration measures were proposed. The results have shown that from 2010 to 2020, the cultivated land area in the urban agglomeration in the middle reaches along the Yangtze River decreased, whereas the built-up land expanded greatly. The ecosystem health status was relatively stable, but there was obvious spatial heterogeneity. The vigor and service values improved greatly, whereas the organization and resilience values showed a downward trend. Based on the assessment result, the study area was divided into "two areas and three circles", namely, the ecosystem conservation area, the ecosystem improvement area, the ecosystem buffer circle, the ecosystem improvement circle and ecosystem remolding circle. The ecological restoration countermeasures for each area and circle were proposed.
表1 2010—2020年土地利用变化情况Table 1 Land use changes from 2010 to 2020 |
地类 | 耕地 | 林地 | 草地 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
面积/104 km2 | 占比/% | 面积/104 km2 | 占比/% | 面积/104 km2 | 占比/% | |||
2010年 | 12.60 | 38.70 | 15.87 | 48.74 | 0.78 | 2.40 | ||
2020年 | 12.11 | 37.22 | 15.70 | 48.25 | 0.73 | 2.24 | ||
变化 | -0.49 | -1.48 | -0.17 | -0.49 | -0.05 | -0.16 | ||
地类 | 水域 | 建设用地 | 未利用地 | |||||
面积/104 km2 | 占比/% | 面积/104 km2 | 占比/% | 面积/104 km2 | 占比/% | |||
2010年 | 2.20 | 6.76 | 0.90 | 2.76 | 0.21 | 0.64 | ||
2020年 | 2.30 | 7.07 | 1.51 | 4.64 | 0.19 | 0.58 | ||
变化 | 0.10 | 0.31 | 0.61 | 1.88 | -0.02 | -0.06 |
注:建设用地包括城镇用地、农村居民点、其他建设用地。 |
表2 生态系统健康评价指标体系Table 2 Ecosystem health evaluation index system |
目标层 | 准则层 | 指标层 | 说明 |
---|---|---|---|
生态系统健康评价 | 生态系统活力 | NDVI | NDVI∈ [-1, 1]。生态系统活力V指根据营养循环和生产力所提供的能量,以归一化植被指数(NDVI)计算。NDVI可以准确反映地表植被覆盖状况[14⇓-16] |
生态系统 组织力 | SHDI | SHDI≥ 0。香农多样性指数,反映景观异质性,对景观各拼块类型非均衡分布状况较为敏感。值增大,说明各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布[17,18] | |
AI | AI∈ (0, 100]。聚集度指数,考察每一种景观类型斑块间的连通性。值越小,景观越离散[1,19] | ||
IJI | IJI∈ (0, 100]。散布与并列指数,IJI值越大,表明不同斑块交替出现的规律越明显,集聚度较低[20] | ||
CONTAG | CONTAG∈ (0, 100]。蔓延度指数,描述景观里不同斑块类型的团聚程度或延展趋势。值越大,表明景观中的某种优势拼块类型形成了良好的连接[14,21] | ||
PAFRAC | PAFRAC∈ [1, 2]。周长—面积分形维数,反映不同空间尺度性状的复杂性。越接近1,代表越有规律,受到人为干扰严重;越接近2,代表形状越复杂,受到人为干扰越小[20] | ||
生态系统弹性 | 生态弹性度 | 根据不同土地利用类型对生态恢复力的贡献和作用,赋以不同级别的生态弹性值,用各类型占比和相应弹性值综合计算区域的生态系统恢复力[14,21] | |
生态系统 服务力 | 供给服务价值 | 人类从生态系统和自然资产中直接或间接享受的的食物供给、水资源供给等供给类功能的价值 | |
调节服务价值 | 人类从生态系统和自然资产中直接或间接享受的的气体调节、气候调节、水文调节、土壤调节等调节类功能的价值 | ||
文化服务价值 | 人类从生态系统和自然资产中直接或间接享受的的文化与娱乐、景观美学、自然遗产和生物多样性等文化服务类功能的价值 |
表4 生态系统健康状况与修复方向Table 4 Ecosystem health status and restoration direction |
修复区 (网格数占比/%) | 健康状况 | 生态系统特征 | 建议修复方向 |
---|---|---|---|
生态系统重塑圈 (22.96) | 差 | 生态系统损害和破坏严重、已丧失自我恢复能力 | 直接进行主动积极的人为干预,生态系统重建或重塑[3] |
生态系统改良圈 (15.42) | 较差 | 生态用地被占用、生态系统退化或损害较严重 | 辅以必要的人工措施,侧重生态改良或重构[36] |
生态系统缓冲圈 (14.83) | 一般 | 生态系统不太稳定、较为脆弱 | 辅以生态设计、设置生态缓冲区保护与修复区,给自然恢复创造环境[3,32] |
生态系统提升区 (17.16) | 较好 | 有一定生态要素基础、生态系统轻度退化 | 发挥生态系统的自然恢复力,优化生态空间格局[5] |
生态系统保育区 (28.64) | 良好 | 生态基底丰厚、生态系统现状良好 | 自然做功为主,让生态系统自我演化发展,约束人类对生态空间的负面干扰[37,38] |
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