基于生態(tài)補(bǔ)償?shù)牡颓饙彽馗脑炫c景觀生態(tài)設(shè)計(jì)

鐘學(xué)斌，劉成武，陳銳凱

（湖北科技學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 咸寧437100）

對(duì)于生態(tài)補(bǔ)償，國內(nèi)外至今沒有一個(gè)明確的定義[1]，目前一般把生態(tài)補(bǔ)償理解為一種資源環(huán)境保護(hù)的經(jīng)濟(jì)手段。20世紀(jì)五六十年代的以糧食為綱農(nóng)業(yè)政策下，南方低丘崗地地區(qū)坡地過度墾荒，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，水土流失成為主要的不穩(wěn)定因素，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國國土資源部加大了對(duì)這一類型區(qū)的資金投入，著力于土地整治和改造，以修復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高土地生產(chǎn)力。這種以土地整治的形式對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行的資金投入實(shí)際上可看作是一種生態(tài)補(bǔ)償措施。

景觀生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，是以景觀單元的空間結(jié)構(gòu)調(diào)整和重新構(gòu)建為基本手段，改善受脅迫或受損傷生態(tài)系統(tǒng)的功能，大幅度提高景觀系統(tǒng)的總體生產(chǎn)力和穩(wěn)定性，將人類活動(dòng)對(duì)景觀演化的影響導(dǎo)入正向的良性循環(huán)[2]。然而，如何抓住對(duì)景觀內(nèi)的生態(tài)流有控制意義的關(guān)鍵部位或戰(zhàn)略性組分，通過景觀斑塊的引入或改變，以最少用地和最佳格局來維護(hù)景觀生態(tài)過程的健康與安全，是當(dāng)前土地規(guī)劃、區(qū)域和景觀尺度生態(tài)建設(shè)所面臨的共同難題[3]。低丘崗地改造就是在小尺度的農(nóng)業(yè)景觀范圍內(nèi)，改變項(xiàng)目區(qū)內(nèi)原有的景觀格局，對(duì)項(xiàng)目區(qū)的農(nóng)業(yè)景觀進(jìn)行重新優(yōu)化和配置，形成新的景觀格局的過程。亞熱帶丘陵崗地在我國土地資源結(jié)構(gòu)中占有較大比重，本文以地處亞熱帶丘陵地區(qū)的紅安縣鹽店河村為例，對(duì)低丘崗地改造與景觀生態(tài)設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行實(shí)踐探索，以期為同類型區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)和規(guī)劃提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)與處理

1.1 研究區(qū)概況

湖北省紅安縣鹽店河土地整理項(xiàng)目區(qū)位于紅安縣七里坪鎮(zhèn)，倒水河上游，涉及七里坪鎮(zhèn)的兩個(gè)村：鹽店河村和羅畈沖村。地理位置為東經(jīng)114°36′3″—114°37′30″，北緯31°27′48″—31°29′8″。項(xiàng)目區(qū)面積為189km2。

1.2 數(shù)據(jù)與處理

數(shù)據(jù)來源：數(shù)據(jù)來源于2006年鹽店河村1∶2 000實(shí)測(cè)地形圖和土地利用現(xiàn)狀圖，自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料由七里坪鎮(zhèn)政府部門提供。

數(shù)據(jù)處理：（1）先將1∶2 000實(shí)測(cè)地形圖和土地利用現(xiàn)狀圖（AutoCAD 2007）進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，生成.dxf格式并導(dǎo)入GIS軟件平臺(tái)（Supermap deskpro 5.3），隨后在 Supermap deskpro 5.3 環(huán)境中完成2006年土地利用現(xiàn)狀圖圖斑屬性的錄入，其中地類代碼采用2007年《土地利用分類》國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類和編碼；（2）借助Supermap deskpro 5.3技術(shù)平臺(tái)完成景觀生態(tài)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的制圖，不同方案下的土地利用調(diào)整均通過圖斑屬性編輯來進(jìn)行，最后各自生成規(guī)劃專題圖。（3）將上述數(shù)據(jù)庫依次進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換生成shape格式文件并導(dǎo)出，借助ArcVeiw 3.2將shape文件轉(zhuǎn)換為grid格式，再運(yùn)用Fragstats 3.3計(jì)算空間格局指數(shù)。

2 研究方法

2.1 技術(shù)路線

以景觀生態(tài)優(yōu)化利用和提高土地生產(chǎn)功能為主要目的的低丘崗地改造項(xiàng)目區(qū)景觀生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的程序主要分為項(xiàng)目區(qū)景觀生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查、項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)與調(diào)整3方面[4]，詳細(xì)流程見圖1。

景觀生態(tài)調(diào)查就是在確定項(xiàng)目區(qū)范圍后，首先分析項(xiàng)目區(qū)土地利用的背景，包括自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況等。在此基礎(chǔ)上對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行實(shí)地踏勘和景觀生態(tài)調(diào)查，并進(jìn)一步分析區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題和生態(tài)約束因子。景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)首先對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行分區(qū)，依據(jù)項(xiàng)目區(qū)景觀生態(tài)存在的問題、解決途徑和可持續(xù)景觀體系建設(shè)的原則，將項(xiàng)目區(qū)分為保護(hù)區(qū)、整治區(qū)、恢復(fù)區(qū)和建設(shè)區(qū)。隨后，根據(jù)不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則編制兩個(gè)或多個(gè)方案，由于不同的設(shè)計(jì)方案和措施會(huì)帶來不同的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，因此需要對(duì)預(yù)選方案進(jìn)行分析比較，以選擇綜合效益好的方案。

圖1 景觀生態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)路線

2.2 景觀生態(tài)評(píng)價(jià)

2.2.1 景觀穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 景觀穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要是評(píng)價(jià)景觀生態(tài)系統(tǒng)在開發(fā)利用中維持自身特點(diǎn)的能力[5]。景觀類型穩(wěn)定程度的強(qiáng)弱既影響其利用現(xiàn)狀，又影響景觀生態(tài)系統(tǒng)的演變方向和未來利用程度。

景觀穩(wěn)定性包括景觀功能的穩(wěn)定性與空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，功能穩(wěn)定性是以景觀格局的空間異質(zhì)性為基礎(chǔ)，因此采用反映景觀異質(zhì)性的景觀均勻度、景觀破碎度等指標(biāo)來衡量，各指標(biāo)的計(jì)算方法和生態(tài)學(xué)意義參見參考文獻(xiàn)[6]。

指標(biāo)無量綱化。指標(biāo)體系中有正作用和負(fù)作用兩種類型的指標(biāo)，為了突出景觀的地域差異性，采取不同極差標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行處理：（1）對(duì)景觀穩(wěn)定性起正作用的指標(biāo)，這類指標(biāo)越大越好，采用Ai＝（Xi－Xi，min）／（Xi，max－Xi，min）進(jìn)行量化；（2）對(duì)景觀穩(wěn)定性起負(fù)作用的指標(biāo)，如景觀破碎度，該類指標(biāo)越小越好，則采用Ai＝（Xi，max－Xi）／（Xi，max－Xi，min）進(jìn)行量化。

指標(biāo)權(quán)重。采用均方差決策方法確定指標(biāo)的權(quán)重[7]，其思路是：設(shè)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的方案集為A＝｛A1，A2，…，An｝：指標(biāo)集為G＝｛G1，G2，…，Gm｝，評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)向量為W＝｛W1，W2，…，Wm｝T＞0，且滿足∑Wi＝1，方案集A對(duì)指標(biāo)集G的經(jīng)過無量綱化后的屬性距陣為Z＝（Zij）n×m，表示方案A對(duì)指標(biāo)集G的“屬性距陣”。以各評(píng)價(jià)指標(biāo)為隨機(jī)變量，各方案Ai在指標(biāo)Gi下的無量綱化的屬性值為該隨機(jī)變量的取值，求出這些隨機(jī)變量的均方差歸一化，其結(jié)果即為各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)這一方法計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重，求得景觀多樣性指數(shù)、景觀均勻度和景觀破碎度3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重分別為：0.33，0.33，0.34。

2.2.2 景觀生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià) 根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值理論[8]，每一類生態(tài)系統(tǒng)（景觀單位）均具有多種生態(tài)服務(wù)功能，Costanza等提出了17種功能[9]，其中包括生物有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)、水土保持、固定CO2和調(diào)節(jié)氣候等主要服務(wù)功能，因此每一類土地利用（生態(tài)系統(tǒng)）的生態(tài)服務(wù)功能中均體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)的功能。由于Costanza等人的估算是在全球尺度上進(jìn)行的，因此為了減少將此應(yīng)用于研究區(qū)所產(chǎn)生的誤差，本文使用謝高地等[10]的2007年中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)的平均值來進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)分區(qū)

根據(jù)研究區(qū)景觀生態(tài)格局和土地利用現(xiàn)狀（圖2—3），可將研究區(qū)分為保護(hù)區(qū)、恢復(fù)區(qū)、整治區(qū)和建設(shè)區(qū)4類（表1）。其中保護(hù)區(qū)主要為植被覆蓋較好的林地，恢復(fù)區(qū)為受人類活動(dòng)干擾的殘次林、荒草地，整治區(qū)為受人類過度開墾的水土流失較嚴(yán)重的坡旱地，建設(shè)區(qū)為居民點(diǎn)、農(nóng)田和緩坡經(jīng)濟(jì)林以及溝谷觀光生態(tài)區(qū)。

圖2 鹽店河村土地利用現(xiàn)狀

圖3 景觀生態(tài)分區(qū)

表1 鹽店河村景觀生態(tài)現(xiàn)狀與生態(tài)分區(qū)

3.2 景觀生態(tài)設(shè)計(jì)

目前國內(nèi)普遍開展的土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)主要以增加耕地為目標(biāo)，通過土地平整、未利用地的開發(fā)以及居民點(diǎn)的遷并來獲得新增耕地面積，建設(shè)資金主要用于土方工程、水利設(shè)施和道路等。

低丘崗地改造與平原地區(qū)的土地整理相比較具有新的特點(diǎn)，即：不再強(qiáng)調(diào)出地率鶴機(jī)械化作業(yè)，而是要恢復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)，重新構(gòu)建一個(gè)半自然的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)——一種景觀尺度的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。作為一種自然生態(tài)補(bǔ)償?shù)男问剑颓饙彽馗脑斓木坝^生態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則：（1）景觀總體生產(chǎn)力保持較高水平，維持較高的景觀生產(chǎn)力才能保證持續(xù)土地利用的經(jīng)濟(jì)可行性和生產(chǎn)力目標(biāo)，也保證了生態(tài)系統(tǒng)為人類提供持續(xù)穩(wěn)定的生態(tài)服務(wù)功能；（2）景觀生態(tài)穩(wěn)定性原則，維持景觀生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，尤其是農(nóng)業(yè)景觀生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定對(duì)于抗干擾能力的增強(qiáng)至關(guān)重要，如防止水土流失、病蟲害等；（3）生態(tài)修復(fù)原則，原有自然生態(tài)系統(tǒng)大多遭受人為破壞，景觀設(shè)計(jì)要通過引入新的景觀組分（斑塊、廊道）以改善景觀生態(tài)流，并對(duì)受損的部位進(jìn)行修復(fù)，或采用生態(tài)工程措施。

為了比較，本研究編制了兩套設(shè)計(jì)方案，方案1以目前一貫的土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)思路來組織設(shè)計(jì)（圖4），方案2依據(jù)上述生態(tài)補(bǔ)償?shù)囊?guī)劃設(shè)計(jì)原則，在景觀生態(tài)學(xué)格局與過程原理的指導(dǎo)下編制完成（圖5）。

圖4 方案1

圖5 方案2

3.3 方案比較

采用空間格局指數(shù)分析的方法，計(jì)算了項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀和兩套方案的景觀結(jié)構(gòu)變化和景觀異質(zhì)性特征（表2—3）。

方案1以增加耕地為目標(biāo)，完全不考慮生態(tài)分區(qū)的要求，而統(tǒng)一將區(qū)內(nèi)現(xiàn)有荒草地進(jìn)一步開發(fā)為旱地，雖未增加旱地斑塊數(shù)，但小塊變成了大塊，而其他地類均保持不變（表2）。該方案也考慮了水土流失加劇的問題，主要采用護(hù)坡和坡改梯工程來解決，但工程資金占較大比重。

方案2在以上生態(tài)分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，首先將整治區(qū)的坡頂旱地、坡麓旱地和荒草地均轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，使林地斑塊數(shù)增加，而坡腰旱地轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地或保留為旱地，因而旱地斑塊數(shù)量增加，但總面積減少，林地和園地斑塊數(shù)量和面積均增加，其結(jié)果是使景觀連通性大大增加，有利于生態(tài)流的進(jìn)行、系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)和信息交換量可大大提高。其次，恢復(fù)區(qū)原有景觀斑塊主要為灌草和殘次林，是經(jīng)常性干擾的結(jié)果，因此，在生態(tài)補(bǔ)償資金投入的情況下恢復(fù)為人工林地是有保障的。對(duì)于建設(shè)區(qū)的農(nóng)田和居民點(diǎn)，主要采用農(nóng)田水利工程，而保護(hù)區(qū)是小片林地可基本不動(dòng)。另外該方案除了進(jìn)行景觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整，還引入新的景觀組分（斑塊和廊道），即增加了山塘的數(shù)量以及截留溝渠和防護(hù)林。

表2 不同設(shè)計(jì)方案的鹽店河村景觀生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

表3 不同方案的鹽店河村景觀空間格局指數(shù)

采用景觀格局分析工具Fragstats 3.3，對(duì)項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀和兩套方案的景觀空間異質(zhì)性特征進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示（表3），現(xiàn)狀平均斑塊分維數(shù)最低，反映斑塊形狀規(guī)則，而景觀破碎度指數(shù)較大，說明人類土地利用對(duì)景觀干擾較大，使景觀單位面積斑塊數(shù)增大，如坡地過度開墾，林地被分割破碎化或退化為荒草地。方案1平均斑塊分維數(shù)變化較小，并未過多改變斑塊形狀，但由于土地利用類型的調(diào)整使景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均明顯減少，而破碎度指數(shù)幾乎沒有變化。方案2平均分維數(shù)有較大增加，反映調(diào)整后斑塊形狀趨于復(fù)雜化，由于引入了新的斑塊組分，使得景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均有較大幅度提高，而破碎度指數(shù)略有增大。采用上述無量綱化方法，首先對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后乘以各自權(quán)重并求和，分別計(jì)算了項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀和兩個(gè)不同方案的景觀穩(wěn)定性評(píng)價(jià)值（表4）。按評(píng)價(jià)結(jié)果并根據(jù)研究區(qū)實(shí)際，將景觀穩(wěn)定性分成3個(gè)等級(jí)[5，11]：穩(wěn)定（＞0.65）、亞穩(wěn)定（0.45～0.65）和不穩(wěn)定（＜0.45）。結(jié)果顯示，項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀生態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)值為0.54，處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，方案1對(duì)景觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整后，荒草地被開發(fā)利用，斑塊數(shù)量減少，生態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)值降低，變得不穩(wěn)定。方案2改善了景觀結(jié)構(gòu)并引入新的組分后，生態(tài)穩(wěn)定性有了較大提高，基本處在穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)上述生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的理論和計(jì)算方法，計(jì)算了項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀和兩個(gè)不同方案的生態(tài)服務(wù)價(jià)值量。結(jié)果顯示，項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量為109.24萬元／a，對(duì)現(xiàn)狀景觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整后，兩個(gè)方案的生態(tài)服務(wù)價(jià)值均得到提升，其中方案1的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值略有上升，為109.85萬元／a，而方案2有更大提升，達(dá)到139.65萬元／a。

通過方案的比較可以看出，方案2無論從景觀生態(tài)穩(wěn)定性還是生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量來看，均較方案1要高，因此，本研究區(qū)的景觀生態(tài)設(shè)計(jì)最終確定為方案2。

表4 不同方案的景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4 景觀生態(tài)工程設(shè)計(jì)

研究區(qū)為低丘崗地，坡地面積較大，生態(tài)流進(jìn)行較為迅速，尤其是水和養(yǎng)分的流動(dòng)過程。方案2作為最終方案，通過對(duì)植被的恢復(fù)使植被面積大大增加，對(duì)涵養(yǎng)水源和保土保肥意義重大。但由于農(nóng)地斑塊也占有較大比重，其抗干擾能力較差，因此必須引入新的景觀組分以維持其穩(wěn)定性，主要是引入防護(hù)林、布設(shè)截流溝蓄水和排水系統(tǒng)以及梯地改造工程（圖6—7）。

圖6 蓄水—灌排水工程設(shè)計(jì)（局部）

圖7 坡地改梯地工程措施設(shè)計(jì)

圖6中截流蓄水—排灌水工程的設(shè)計(jì)由截留溝、山塘和排水溝組成。截流溝沿等高線開挖，可根據(jù)資金情況采用硬化或防滲處理，截流溝主要功能是蓄積山林涵養(yǎng)的水源，同時(shí)在暴雨時(shí)攔截坡面徑流，減緩水土流失，溝截面可按梯形開挖：溝底寬0.5m、溝面寬1.2m、溝深1m，水深0.8m，設(shè)計(jì)流速0.45m／s，比降為0.001。截流溝與兩端的山塘相連，通過截流輸送使山塘的水量得以保證，兩者保持一種動(dòng)態(tài)平衡。灌排水溝與山塘相連，起著排水和灌溉的雙重作用。

圖7中梯地改造工程是坡地利用的主要方式[12]，根據(jù)本研究區(qū)的地形地質(zhì)和生物土壤的構(gòu)成，梯地設(shè)計(jì)采用生物籬技術(shù)，既可保持水土又可改善系統(tǒng)的生物流，因此，梯地護(hù)坡以灌草為主，坡高保持在1～1.5m，田埂寬保持在0.3m，坡比1∶0.5。梯田埂種植茶樹以維持坡面穩(wěn)定。梯田面種植經(jīng)濟(jì)作物或果木，本地區(qū)適宜發(fā)展油桐，一旦形成規(guī)模，既可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也可產(chǎn)生較高的生態(tài)效益。

4 討論

關(guān)于景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，不同學(xué)者采用了不同的指標(biāo)，主要有景觀多樣性、景觀優(yōu)勢(shì)度、景觀均勻度、景觀破碎度、聚集度指數(shù)、廊道連通度等指標(biāo)[13]，本研究對(duì)景觀穩(wěn)定性的評(píng)判，主要采用反映景觀異質(zhì)性的景觀均勻度、景觀破碎度以及景觀多樣性指數(shù)等指標(biāo)來衡量，同類研究中已有一定的進(jìn)展，但目前仍然有待進(jìn)一步深入和完善。

對(duì)于景觀生態(tài)系統(tǒng)功能的測(cè)算，本研究采用的是生態(tài)服務(wù)價(jià)值法，由于單位生態(tài)服務(wù)價(jià)值量選用謝高地等研究中的全國平均值，必然與本區(qū)域的實(shí)際狀況存在一定的差異，因此需要進(jìn)行單位價(jià)值量的校正，但作為相對(duì)價(jià)值量進(jìn)行方案比較，一定程度上也可以反映兩者差別。

南方低丘崗地改造主要在鎮(zhèn)政府和土地管理部門的指導(dǎo)下以村為行政單位劃分項(xiàng)目區(qū)并推行，主要考慮到村級(jí)行政單位相對(duì)獨(dú)立有利于資金分配以及施工組織，而改造過程中土地利用類型的轉(zhuǎn)變由村委統(tǒng)一協(xié)調(diào)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)村級(jí)尺度的景觀生態(tài)格局調(diào)整所引起的生態(tài)穩(wěn)定性狀態(tài)，因尺度較小其表現(xiàn)并不一定突出，但作為規(guī)劃的指導(dǎo)，具有一定的實(shí)際意義。本研究作為一種嘗試，需進(jìn)一步深入探討。

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