环鄱阳湖城市群生态保护重要性评价及其空间格局_张海铃.pdf

第 卷第期 年月水土保持通报 ，收稿日期：修回日期：资助项目：国家自然科学基金项目“环鄱阳湖城市群城镇化生态风险综合评价与预警研究”（）第一作者：张海铃（），女（汉族），河南省南阳市人，硕士研究生，研究方向为土地利用变化与规划。：。通信作者：叶长盛（），男（汉族），江西省抚州市人，教授，博士，主要从事城乡发展、土地资源利用与保护研究。：。环鄱阳湖城市群生态保护重要性评价及其空间格局张海铃，叶长盛（东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌 ）摘要：目的分析环鄱阳湖城市群生态保护重要区域的空间变化特征和空间聚集特征，为区域划定“三区三线”、合理规划国土空间提供基础依据，为促进大湖流域地区经济高质量发展和生态保护之间的协同发展提供理论参考。方法以环鄱阳湖城市群为例，年土地利用数据为基础，借助 模型、修正的通用土壤流失方程（）和 空间分析方法，选取水源涵养、土壤保持、生物多样性和水质净化等生态服务类型以及水土流失敏感性和水环境敏感性识别研究区生态保护重要区域，分析其空间变化特征。结果 ，年，研究区生态保护重要区域面积分别为 ，地类以林地和水域为主，呈现“两边高，中间低”分布特征；在 格网尺度下，环鄱阳湖城市群生态保护重要性在空间上显著聚集，高高聚集区主要分布在东西部山区等人为活动较少、生态保护良好的区域；低低聚集区主要分布在环鄱阳湖平原区，该区人类活动密集，经济发展的同时生态系统本身的某些功能与结构受损；年，生态保护重要性变化稳定区位于怀玉山区和鄱阳湖平原，增强区位于浮梁县、婺源县和鄱阳湖区，减弱区位于宜春市、萍乡市和鹰潭市。结论对于极重要和高度重要区域，稳定森林覆盖率和提升森林质量是首要任务，其次，应采取措施有效促进湿地恢复和自然保护区建设，以达到遏制生境退化的目的。对于中等重要、一般重要和不太重要区域，应处理好经济高质量发展和生态保护之间的关系，尤其是在人类活动较为密集的区域，应提高城市绿地覆盖率，在城市周边建立生态缓冲区，以此缓解生态空间生存压力。关键词：模型；生态保护重要性；空间自相关；环鄱阳湖城市群文献标识码：文章编号：（）中图分类号：文献参数：张海铃，叶长盛环鄱阳湖城市群生态保护重要性评价及其空间格局水土保持通报，（）：；，（）：，（，）：“”，（），（，），“”，（），；，：；生态文明建设的提出推动生态保护工作迈入新征程。年，全国生态功能区划 指出，基于生态敏感性和生态服务功能评价划分生态功能区，是科学开展生态保护工作的重要手段。年，资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）明确了生态保护重要性评价是开展农业生产适宜性评价和城镇建设适宜性评价的前提，其对于国土空间规划 编 制、国土空间开 发 保护 格 局 规 划 利 用 和“三区三线”划定具有重要的理论指导意义。以生态文明引领高质量发展是贯穿区域发展的主题，这也对生态保护工作提出了更高挑战与要求，开展生态保护重要性评价研究，不仅能为合理划分主体功能保护区提供依据，也能为生态保护红线和生态空间划定范围提供重要参考。生态保护重要性主要包括生态系统服务功能重要性评价和生态敏感性评价两部分内容，其中，生态服务功能重要性多是从水源涵养、土壤保持、防风固沙和生物多样性保护等方面展开研究，所用方法主要包 括 参 数 法、模 型 法和 定 量 指 标 评 估 法等；而生态敏感性研究多是从水土流失、土壤沙化和土壤石漠化角度展开分析，各地根据其现实情况选择不同的敏感性因子进行研究。目前国内对生态保护重要性评价主要从两个角度展开研究：少数学者主要是对某一区域的生态保护重要性及其空间分布特征进行研究，在此基础上探索生态系统服务功能与生态敏感性各指标之间 的相互关系；国内更多学者多是将生态保护重要性评价结果作为初步研究结果，在此基础上，开展如主导生态功能区划分、生态空间划定、生态安全格局构建 和生态保护红线划定等 相关研究，目的在于合理规划生态空间，保护生态功能重点区域，以提高区域整体生态承载能力，进而维护生态系统的完整性。整体来看，目前针对生态保护重要性的单一性研究较少，且多从生态系统服务重要性、价值评估等方面展开分析，同时较多研究也仅基于单一年份进行分析，针对生态保护重要性的多年份变化研究也较少。环鄱阳湖城市群是江西省生态保护先行区，随着近年来经济的快速发展，城市建设用地快速扩张，不合理的开发利用活动严重挤压了生态空间，破坏了生态系统结构的功能性和完整性，生态保护面临较大压力。本文主要借助 模型、修正的通用土壤流失方程（）和 空间分析方法识别环鄱阳湖城市群生态系统服务功能重要区和生态敏感区，在此基础上，基于最大值法确定生态保护重要区域，借助空间自相关分析方法中的 指数和 图探究研究区生态保护重要区域的空间变化特征和空间聚集特征，旨在为区域划定“三区三线”、合理规划国土空间提供基础依据，为促进大湖流域地区经济高质量发展和生态保护之间的协同发展提供理论参考。第期张海铃等：环鄱阳湖城市群生态保护重要性评价及其空间格局研究区概况依据 环鄱阳湖生态城市群规划（），环鄱阳湖城市群位于江西省北部，主要包括南昌、九江、景德镇、上饶、鹰潭、宜春、新余、萍乡等地级市全部行政辖区和抚州市临川区、东乡区、金溪县、崇仁县以及吉安市新干县、峡江县，面积 ，占全省土地总面积的 。该区地处亚热带季风区，地形多以平原、丘陵为主，土地利用类型以林地为主，生态公益林总面积约 。区内鄱阳湖作为中国第一大淡水湖，水网密集，水资源丰富，在调节长江水位和维护湖区生态平衡方面发挥了重要作用，对于维护长江中下游地区的生态安全具有重要意义。该区省级以上自然保护区共 处，重要水源涵养区总面积 ，二级以上生态廊道 条，是江西省生态安全保护的重要区域。年，环鄱阳湖城市群地区生产总值 元，占全省的 。认识环鄱阳湖城市群生态环境存在的主要问题，精准识别生态保护重要性区域，可为后续规划工作提供依据。数据来源与方法数据来源本文涉及到的数据包括环鄱阳湖城市群 ，年土地利用数据、降雨数据、数据、数据、土壤数据、潜在蒸散量数据和土壤可蚀性数据等。其中，江西省土地利用数据来自地理空间数据云；降雨数据来源于中国气象科学数据共享服务网和国家地球系统科学数据中心；数据采用中国科学院资源环境科学与数据中心提供的中国年度 植被指数（）空间分布数据集。数据来自地理空间数据云平台，空间分辨率为；土壤数据来源于联合国粮农组织（）和维也纳国际应用系统研究所（）构建的世界土壤数据库（）；潜在蒸散量数据和土壤可蚀性数据均来源于国家地球系统科学数据中心（表）。为了便于模型运算，本文将所有数据都统一为通用横轴墨卡托投影（投影），并重采样至 分辨率。表数据来源及其用途 数据类型数据用途数据格式数据来源土地利用数据土地利用类型矢量数据地理空间数据云降雨侵蚀力因子文本数据中国气象科学数据共享服务网气象数据多年平均降雨量栅格数据国家地球系统科学数据中心年潜在蒸散量 数据地形因子栅格数据地理空间数据云流域数据土壤数据土壤可蚀性因子栅格数据国家地球系统科学数据中心植物可利用水量栅格数据世界土壤数据库归一化植被指数数据植被覆盖度因子栅格数据中国科学院资源环境科学与数据中心研究方法生态系统服务功能重要性评价（）水源涵养服务。模型中的 模块是基于 和 等 提出的水量平衡估算方法，考虑到土地利用类型、土壤最大根系埋藏深度、年降水量、植物可利用水量（）、年潜在蒸散发以及流域等因素，计算得出研究区产水量。公式如下：（）（）式中：为土地利用类型在栅格上的年产水量（）；为栅格单元年降雨量（）；为土地利用类型在栅格上的年实际蒸散量（）。其中，考 虑到降雨量 年际 变化 较 大，故选取 ，的个年份各自临近的降雨量，以其平均值代替年降雨量数据；年潜在蒸散发量根据国家地球系统科学数据中心提供的逐月潜在蒸散发数据计算得到；土壤最大根系埋藏深度和植被蒸散系数主要参考他人文献和 模型官方手册得到 ；数据通过计算土壤中沙粒、粉粒、黏粒以及有机碳的 含 量（）得 到，公 式 如 下，流 域 数 据 通 过 水文分析模块，利用 数据提取获得。（）水土保持通报第 卷（）土壤保持服务。土壤保持主要是为了减少侵蚀，防止养分流失，以达到防止区域生态退化的目的 。基于修正的通用土壤流失方程（）是目前应用最为广泛的遥感定量模型，主要通过计算土壤潜在侵蚀量与土壤实际侵蚀量之差，得出研究区土壤保持能力 。（）（）式中：为土壤保持量，其中为降雨量侵蚀因子；为土壤可蚀性因子；为地形因子；为植被覆盖因子；为水土保持措施因子，各因子计算方法见表。表土壤保持服务各因子计算方法 因子因子含义计算方法降雨量侵蚀因子见公式（）（）土壤可蚀性因子数据由国家地球系统科学数据中心提供 地形因子根据 生态保护红线划定指南，利用 数据，计算地形起伏度，获得地形因子栅格图植被覆盖因子见公式（）（）水土保持措施因子参考陆建忠等的研究，对值进行赋值 （）（）式中：为改进的傅里叶指数；为第月降雨量；为年降雨量，分别取值为 和 。.（）（）（）（）（）式中：为植被覆盖度（）；为归一 化 植 被 指数值。（）生物多样性服务。生物多样性保护是生态保护的目标之一，江西省境内森林覆盖率较高，湿地资源 丰 富，物 种 多 样，故 本 文 基 于 模 型 模块评估研究区生物多样性分布特征及其生态系统健康状况。公式如下：（）（）式中：为 类型中栅格的生境质量；为 类型中栅格所受胁迫水平；表示 类型的生境适宜性；为半饱和参数，通常为 最大值的一半，本文取值，值取值为。参考前人研究及 模型官方手册，对各土地利用类型的最大影响距离、权重以及威胁因子的敏感性赋值（表）。（）水质净化服务。模型的水质净化模块基本原理是，通过研究植被和土壤对径流中氮磷污染物的清除能力来估算其水质净化能力，氮磷输出量越高，其水质净化服务能力越差 。考虑到氮磷输出的空间分布特征较为一致，故本文仅考虑以单位面积氮输出衡量研究区水质净化服务功能。公式如下：（）式中：是栅格的污染负荷值；是栅格的输出系数；是栅格的水文敏感性分值，该模块所需的部分数据，如年降雨量、潜在蒸散发量和流域数据等已在产水模块进行收集，各地类氮磷负荷系数、植被去除效率以及氮磷滞留临界距离等参数，主要 参 考 鄱 阳 湖 流 域 区 他 人 的 相 关 研 究 和 模型官方手册得到，经多次验证，确定流域累积阈值取值为 ，参数默认为。表威胁因子权重及各土地利用类型对威胁因子的敏感性 威胁因子耕 地建设用地最大影响距离 权 重 衰退类型线性线性耕 地 林 地 敏感性草 地 水 域 建设用地未利用地 综上所述，得出各模型结果，基于叠加分析和自然断点法将生态系统服务功能重要性结果分为类，由低到高分别表示不太重要、一般重要、中等重要、高度重要、极重要。生态敏感性评价敏感性程度越高的区域，越容易受到破坏。故针对生态敏感的区域，应更加注重对生态环境的保护，尽可能减少人类活动轨迹。同时将各结果按自然断点法分为级，由低到高分别表示不太敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感和极度敏感。（）水环境敏感性。鄱阳湖作为中国境内第一大淡水湖，湖区生物多样性丰富，但其地处平原，人类第期张海铃等：环鄱阳湖城市群生态保护重要性评价及其空间格局干扰活动也较为强烈，经济的发展和城市用地的扩张在一定程度上影响了水域环境的生态系统结构与功能，故本文参考相关研究 ，结合环鄱阳湖城市群实际情况，对水域进行多环缓冲区分析，将水体本身赋值为极度敏感区，距水体 为高度敏感区，距水体 为中度敏感区，距水体 为一般敏感区，大于 为不太敏感区。（）水土流失敏感性。江西省森林覆盖率居全国第二，但由于地势多山地丘陵和人类前期不合理的利用导致其水土流失问题依然存在。以 年环境保护部印发的 生态保护红线划定指南 为依据，进行水土流失敏感性评价，公式如下：（）式中：为水土流失敏感性指数；为降雨侵蚀力；为土壤可蚀性；为坡长坡度；为植被覆盖度。其中，计算方式与土壤保持服务一致，主要是基于 ，年各个年份的月降雨量和年降雨量数据进行计算，用 ，年的归一化植被指数数据进行计算。空间自相关分析空间自相关分析主要用于衡量事物空间变