生态系统恢复力理论在甘肃省国土空间生态修复规划编制中的应用.pdf
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1、第3 0卷 第4期2 0 2 3年7月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s(C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s(B e i j i n g);P e k i n g U n i v e r s i t y)V o l.3 0 N o.4J u l.2 0 2 3h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4
2、)收稿日期:2 0 2 2 0 8 0 7;修回日期:2 0 2 2 0 9 1 6基金项目:国家自然科学基金项目(4 1 9 7 1 1 9 5);甘肃省科技计划软科学专项(2 1 C X 6 Z A 0 3 5)作者简介:毛 龙(1 9 8 6),男,硕士研究生,工程师,交通运输与规划专业。E-m a i l:m a o l o n g 2 0 0 4 1 2 6.c o m*通信作者简介:冯永忠(1 9 6 3),男,教授级高级工程师,博士生导师,主要从事自然资源政策、生态修复、规划评估研究工作。E-m a i l:f e n g y o n g z h o n g 6 3 1 6 3.
3、c o mD O I:1 0.1 3 7 4 5/j.e s f.s f.2 0 2 3.2.4 8生态系统恢复力理论在甘肃省国土空间生态修复规划编制中的应用毛 龙1,汪胜兰2,3,邱晓峄1,陶卓琳1,冯永忠1,2,*,黄银洲21.甘肃省自然资源厅,甘肃 兰州 7 3 0 0 0 02.兰州大学 资源环境学院,甘肃 兰州 7 3 0 0 0 03.湖北文理学院 资源环境与旅游学院,湖北 襄阳 4 4 1 0 5 3MA O L o ng1,WA N G S h e ngl a n 2,3,Q I U X i a oyi1,T A O Z h u o l i n1,F E N G Y o ngz
4、 h o ng1,2,*,HUA N G Y i n z h o u21.D epa r t m e n t of N a t u r a l R e s o u r c e s of G a n s u P r o v i n c e,L a n z h o u 7 3 0 0 0 0,C h i n a2.C o l l e g e o f E a r t h&E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s,L a n z h o u U n i v e r s i t y,L a n z h o u 7 3 0 0 0 0,C h i n a3.C o
5、 l l e g e o f R e s o u r c e a n d T o u r i s m,H u b e i U n i v e r s i t y o f A r t s a n d S c i e n c e,X i a n g y a n g 4 4 1 0 5 3,C h i n aM A O L o n g,WA N G S h e n g l a n,Q I U X i a o y i,e t a l.E v a l u a t i o n o f e c o l o g i c a l r e s i l i e n c e i n t e r r e s t r i
6、 a l e c o s y s t e m s i n G a n s u,C h i n aa n e m p i r i c a l s t u d y.E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s,2 0 2 3,3 0(4):5 0 4-5 1 3A b s t r a c t:W i t h t h e f u l l i mpl e m e n t a t i o n o f e c o sys t e m r e s t o r a t i o n pr ogr a m i n C h i n a,t h e e v a l u a t i
7、 o n o f e c o l ogi c a l r e s i l i e n c e h a s b e c o m e a n i n t egr a l pa r t o f t h e r egi o n a l r e s t o r a t i o n e f f o r t s.D u e t o d i v e r s e t e r r a i n c o n d i t i o n s a t pr o v i n c i a l l e v e l i t i s e x t r e m e ly i mpo r t a n t f o r e a c h pr o
8、 v i n c e t o b u i l d r egi o n a l r e s i l i e n c e m o d e l s a n d c h o o s e s u i t a b l e e v a l u a t i o n m e t h o d s t o e v a l u a t e t h e r e s i l i e n c e m o d e l s.T a k i ng t h e e x a mpl e o f G a n s u P r o v i n c e w h i c h h a s t h e h igh e s t t e r r a
9、i n d i v e r s i ty i n t h e c o u n t ry,b a s e d o n c l i m a t e,v ege t a t i o n a n d l a n d u s e d a t a f o r 8 7 c o u n t i e s,u s i ng F r ags t a t s,A r c G I S a n d G e o d a s o f t w a r e s,t h i s pape r e v a l u a t e s e c o l ogi c a l r e s i l i e n c e i n G a n s u
10、t e r r e s t r i a l e c o sys t e m s a s a w h o l e a n d i n e c o sys t e m s o f f i v e r egi o n s w i t h d i f f e r e n t t e r r a i n ty pe s,a n d d i s c u s s e s t h e d i f f e r e n c e i n r egi o n a l e c o l ogi c a l r e s i l i e n c e a n d i t s i n f l u e n c i ng f a c
11、 t o r s.G a n s u P r o v i n c e h a s a n a v e r age r e s i l i e n c e i n d e x s c o r e o f 0.4 5 a n d i s r a t e d“a v e r age”i n o v e r a l l e c o l ogi c a l r e s i l i e n c e,w h e r e r e s i l i e n c e i n d i c a t o r s(e c o l ogi c a l r e s i l i e n c e i n t e n s i ty/
12、l i m i t,e c o l ogi c a l r e s i l i e n c e i n d e x)s h o w t r e n d s o f d e c r e a s i ng e c o l ogi c a l r e s i l i e n c e f r o m t h e s o u t h e a s t t o n o r t h w e s t.T h e c a l c u l a t e d v a l u e o f M o r a ns I i s 0.9 5 a n d o b v i o u s spa t i a l c l u s t e
13、r i ng o f h igh-h igh a n d l o w-l o w r e s i l i e n cy a r e a s i s d e t e c t e d;h igh-h igh c l u s t e r s a r e m a i n ly i n t h e s o u t h e a s t a n d l o w-l o w c l u s t e r s m a i n ly i n t h e n o r t h w e s t o f G a n s u.T h e s e r e s u l t s,c o m b i n e d w i t h t
14、h e s ug ge s t i o n s pu t f o r w a r d i n t h i s pape r o n e c o sys t e m r e s t o r a t i o n f o r d i f f e r e n t t e r r a i n ty pe s,pr o v i d e a f r a m e o f r e f e r e n c e f o r d e c i s i o n-m a k i ng i n t h e r egi o n a l t e r r e s t r i a l spa t i a l pl a n n i n
15、g a n d e c o l ogi c a l r e s t o r a t i o n i n G a n s u.K e y w o r d s:e c o sys t e m;r e s i l i e n c e;spa t i a l d i f f e r e n t i a t i o n;e c o l ogi c a l r e s t o r a t i o n;G a n s u摘 要:随着国土空间生态修复在我国全面展开,生态恢复力的评价成为指导地方生态修复措施的重要前提和支撑。省域层面上,由于各省包含的地域类型多样,准确构建评价模型、合理选择评价方法极其重要。以地
16、域类型最丰富的甘肃省为例,基于甘肃省8 7个县域生态系统指标数据,综合运用F r a g s t a t s、A r c G I S及毛 龙,汪胜兰,邱晓峄,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)5 0 5 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)G e o d a软件,对甘肃省全域及不同区域单元生态系统恢复力水平进行评价与分析,并对其空间分异特征及影响因素进行了深入探讨。
17、结果表明:甘肃省生态恢复力指数均值为0.4 5,生态恢复力水平总体处于“一般”等级,地理分布上呈现出自东南向西北逐步降低的空间特征;甘肃省生态恢复力莫兰指数(M o r a ns I)为0.9 5,反映甘肃省生态恢复力有非常显著的空间正相关性,且呈现明显的高 高集聚与低 低集聚两极分化的空间集聚特征,高 高集聚主要出现在甘肃东南部,而低 低集聚主要出现在甘肃西北部区域。研究揭示了甘肃省当前生态系统恢复力水平及区域空间差异,并针对不同生态区域单位分别提出生态修复建议,以期为区域国土空间规划及生态修复相关工作开展提供决策参考。关键词:生态系统;恢复力;空间分异;生态修复;甘肃中图分类号:X 1 7
18、 1.4;P 9 6 2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-2 3 2 1(2 0 2 3)0 4-0 5 0 4-0 0 1 00 引言随着我国经济发展的转型,生态保护近年来逐渐提升到前所未有的高度,全面开展生态建设成为我国近期和未来很长一段时间的战略重任1-2。生态保护的高效开展需要依托科学的生态系统评估,其中恢复力作为指示生态系统特性的重要指标,得到前所未有的重视3-4。2 0 2 1年5月,自然资源部颁布的 省级国土空间生态修复规划编制技术规程(试行)5中,就明确要求“针对不同类型生态系统特点,坚持定性与定量相结合,探索评估不同区域生态系统恢复力水平,作为人工参与生态修复程度的
19、重要基础”。恢复力(R e s i l i e n c e)在生态学上用来表征生态系统在受到外界因素扰动之后进行自我调节、自我修复以及抵抗外界干扰,并保持其组织结构和生产力的能力6-1 0。该术语因暗含了生态系统的自我修复能力而在确定生态修复方案中被广泛使用,大量研究亦将其应用于乡村、城市、生态经济区以及特殊地域类型区的评价之中1 1-1 5。然而,省域尺度上由于地域广袤,包含的生态系统类型多样,且省内不同区域的自然特性和人类干扰差异较大,目前应用很少。也就是说,目前恢复力理论的应用在省域国土空间层面的指导存在缺失。基于以上情况,本文以地域类型最丰富的甘肃省为例,采用F r a g s t a
20、 t s和A r c G I S软件的栅格移动窗口法,构建由强度与限度加权叠加的综合恢复力指数模型,然后采用莫兰指数(M o r a ns I),评价了甘肃省的生态恢复力空间分异特征与格局,并在考虑甘肃省不同生态单元自然环境、生态本底的多样性与复杂性基础上提出了对应的生态修复建议。该研究为甘肃省的国土空间生态分区修复提供了科学依据,有助于进一步探讨生态系统恢复力这一指标在大空间尺度下的实际应用并促进宏观区域生态修复政策的制定。1 区域概况甘肃省位于我国西北地区,黄河中上游区域。地理位置在北纬3 2 1 1 至4 2 5 7、东经9 2 1 3 至1 0 8 4 6 之间,总面积4 2.5 8万
21、k m2,地处黄土高原、青藏高原和内蒙古高原3大高原的交汇地带。省域轮廓似哑铃形,整体呈西北 东南走向,东西延伸达1 6 5 5 k m,南北宽5 3 0 k m,并有几个近南北向狭窄的蜂腰地带。境内地形复杂,山脉纵横交错,海拔相差悬殊,高山、盆地、平川、沙漠和戈壁等兼而有之,是山地型高原地貌。气候呈现出自东南温暖多雨区向西北内陆干旱少雨区过渡特征,省内气候的地区差异十分显著1 6。1.1 土地利用现状如图1,甘肃省土地总面积4 2.5 8万k m2,其中农用地占比为4 3.5 5%,建设用地占2.1 4%,城镇村及工矿用地占1.8 8%,交通运输用地占0.2 1%,水域及水利设施用地占0.0
22、 9%。全省土地利用率为4 5.4 9%,未 利 用 的 土 地 占 全 省 总 土 地 面 积 的5 4.3 1%,包括沙漠、裸地、冰川及永久积雪、盐碱地、沼泽等,呈现出土地广袤、类型多样、未利用土地占比高的特点1 7。1.2 生态环境现状经过多年的生态修复与治理,甘肃省生态已有了较大的改观,但生态安全仍面临森林生态系统质量不高、水土流失较为严重、土地沙漠化和土壤盐碱化造成的土地退化严峻、生物多样性保护压力大、水环境总体达标但仍需要进行整体提升、城乡人居环境较为脆弱且人地矛盾尤为突出以及生态保护修复机制尚不完善等多重考验。5 0 6 毛 龙,汪胜兰,邱晓峄,等/地学前缘(E a r t h
23、S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)图1 2 0 2 0年甘肃省土地利用类型现状图(数据来源:G l o b e L a n d 3 0数据库)F i g.1 L a n d u s e t y p e s i n G a n s u i n 2 0 2 0(f r o m G l o b e l L a n d 3 0 d a t a b a s e)2 研究方法
24、与数据来源考虑到省域尺度下生态系统类型与特征复杂多样,生态恢复力评价既要体现横向可比性,又要兼顾数据客观可靠性,本研究引入由强度与限度加权叠加的综合恢复力指数模型。该模型可有效解决已有生态恢复力研究中单一指标评价(强度或限度)、评价单元局限于行政区域以及主成分分析等方法的模糊性问题,从而突出景观多样性、植被覆盖率、土地利用类型等关键指标的重要性。2.1 生态恢复力评价模型参考国内学者刘晓平等1 8的生态系统弹性力研究模型,对生态系统恢复力指数进行测度,方法如下:生态系统恢复力指数E的计算公式1 9为E=E C Or e s(1)式中:为调节系数(一般取值0.0 11 0);为生态系统恢复强度系
25、数;E C Or e s为生态系统恢复限度。生态系统恢复强度系数 的计算公式为=HVc1c2(2)式中:H为景观多样性指数;V为归一化植被指数;c1为年气温变化率;c2为年降水变化率。生态系统恢复限度(E C Or e s)的计算公式为E C Or e s=Hmi=1Si(3)式中:m为该区域土地利用类型数量;Si为土地利用类型i的恢复力分值。2.1.1 景观多样性指数H景观多样性是指一定时空范围内景观生态系统类型的丰富性及景观要素在空间结构、功能机制和时间动态等方面的多样化和复杂性。本研究中景观多样性指数计算主要依赖于像元大小、地貌尺度、土地利用分类等。运用G I S将土地利用现状图栅格处理
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