基于GIS 的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價研究
——以羅定市國土空間總體規(guī)劃為例

● 黎 誠,熊曦柳,李建華

（1.廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510290；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642；3.廣東省土地開發(fā)整治中心，廣東 廣州 510635）

生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價可以總體反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量現(xiàn)狀和可持續(xù)發(fā)展能力，是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、組織、活力、恢復(fù)力、完整性等方面的綜合反映[1-2]。定性、定量地開展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)狀況分析，正確評價生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量，有助于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、生態(tài)格局構(gòu)建等工作的開展。研究小組基于GIS 的信息技術(shù)[3-4]，以羅定市國土空間總體規(guī)劃工作為基礎(chǔ)，對羅定市的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量綜合評價進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

羅定市位于廣東省西部粵桂兩省交接處，全市總面積2 327.5 km2。東面廣東省云浮市云安區(qū)，西接廣西壯族自治區(qū)梧州市岑溪市，東南依廣東省陽江市陽春市，西南與廣東省茂名市信宜市接壤，北靠廣東省云浮市郁南縣，市內(nèi)下轄4 個街道，17 個鎮(zhèn)和1 個農(nóng)場，常住人口93.69 萬人[5]?？傮w地形呈中間低、四周高。羅定市為亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，年均氣溫在20°C 左右，年均降水量在1 400 mm 左右。每年雨季一般為4 月-9 月，降水量大，多有暴雨發(fā)生。自然植被以常綠闊葉林為主，中部和南部分布有熱帶作物。

1.2 數(shù)據(jù)源及處理

數(shù)據(jù)來源及用途如表1 所示。以GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000 為統(tǒng)一坐標(biāo)系。

表1 數(shù)據(jù)來源及用途表

1.3 研究方法

1.3.1 綜合評價法

研究小組運用GIS 技術(shù)，將4 個一級指標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量劃分為5 個等級（優(yōu)、良、一般、較差和差），并且分別賦值（5～1）。運用多因子線性指標(biāo)函數(shù)法[6]來構(gòu)建羅定市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價模型。

公式（1）中，EQk表示第k個柵格像元的綜合生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價值；Cjk表示第j指標(biāo)上第k個柵格像元上的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量貢獻(xiàn)值；n表示柵格像元個數(shù)。

2 指標(biāo)體系的構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，對其質(zhì)量進(jìn)行綜合評價必須選擇多層次、針對性強(qiáng)的指標(biāo)體系[7]。

羅定市以糧食生產(chǎn)為主，研究小組結(jié)合羅定市國家級農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的定位，從羅定市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、服務(wù)能力、脅迫、恢復(fù)能力等4 個方面來構(gòu)建羅定市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)體系，之后采用綜合評價法對該市生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量

2.1.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性

地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量主要體現(xiàn)為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度。羅定市地處北回歸線南側(cè)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量不穩(wěn)定，易發(fā)生洪澇災(zāi)害，溫、光、熱地域差異明顯，干旱及“倒春寒”災(zāi)害較多，是廣東省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)和多發(fā)地區(qū)之一。

羅定市地質(zhì)災(zāi)害分布范圍較廣，災(zāi)點較多，幾乎遍及全市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、場、街道，災(zāi)害體規(guī)模以小型為主，但威脅、危害性較大。地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，羅定市以崩塌、滑坡、地面塌陷等3 類突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害類型為主，主要分布在船步鎮(zhèn)、分界鎮(zhèn)、附城鎮(zhèn)、龍灣鎮(zhèn)、羅鏡鎮(zhèn)、榃濱鎮(zhèn)等6 個鎮(zhèn)。研究小組結(jié)合羅定市實際及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率，對生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的影響進(jìn)行分級（見表2）。

2.1.2 土壤侵蝕強(qiáng)度

土壤侵蝕強(qiáng)度是指評價單元或地塊上發(fā)生的土壤侵蝕模數(shù)的高低程度，以其來表示羅定市土壤環(huán)境質(zhì)量[8]。土壤侵蝕越嚴(yán)重，土壤環(huán)境質(zhì)量越低。羅定市大部分土壤偏酸性且耕層淺薄，土壤質(zhì)地呈砂壤至中壤土，土壤中有機(jī)質(zhì)和其他養(yǎng)分積累低。土壤侵蝕強(qiáng)度通過RUSLE 模型來表征。

公式（2）中，A表示年平均單位面積上土壤侵蝕量（t/hm2·a）；R表示降雨侵蝕力因子[MJ·mm/（hm2·h·a）]；降雨強(qiáng)度和持續(xù)時間越小，該值越??；K表示土壤可蝕性因子，羅定市土壤分為南方山地草甸土、黃壤、紅壤、赤紅壤、紫色土、紅色石灰土、黑色石灰土等7個土類；L、S分別表示坡長、坡度因子；C表示植被覆蓋因子；P表示水土保持措施因子。

參照《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007），研究小組將羅定市土壤侵蝕劃分為5個等級（微度、輕度、中度、強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈）。結(jié)合土壤侵蝕強(qiáng)度對生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)的影響力，可知生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量呈正相關(guān)。土壤侵蝕強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 羅定市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價指標(biāo)體系表

2.1.3 景觀格局指數(shù)

景觀格局主要指空間格局，景觀斑塊越大越完整就越有利于大型動植物的生存和繁衍，生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量就越高[9]。研究小組選取景觀多樣性指數(shù)（香農(nóng)多樣性指數(shù)）、景觀邊緣破碎度（景觀邊緣密度）和景觀脆弱度（面積加權(quán)平均形狀指數(shù)、平均斑塊分維數(shù)倒數(shù)）來評價羅定市景觀格局生態(tài)質(zhì)量。針對單個景觀系統(tǒng)，土地利用類型越豐富，破碎化程度越高，香農(nóng)多樣性指數(shù)也越高。當(dāng)景觀受到人為擾動的強(qiáng)度越大，景觀邊緣密度越大，邊界破碎性越大，景觀邊緣脆弱度也越大。采用自然段點法，結(jié)合羅定市的實際情況和景觀格局對生態(tài)的影響程度進(jìn)行分級（見表2）。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力指數(shù)

反映生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力的主要有植被覆蓋度。植被覆蓋度是衡量地表植被狀況的重要指標(biāo)之一，是描述生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化的重要指標(biāo)，對水文、生態(tài)、區(qū)域變化等都具有重要意義[10]。研究小組以歸一化植被指數(shù)（NDVI）對羅定市的植被覆蓋度進(jìn)行估算，得出植被覆蓋度的范圍。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

生態(tài)服務(wù)價值與該地區(qū)的生物量息息相關(guān)，當(dāng)該區(qū)域的生物量越大時，區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也就越大?；谕恋乩玫纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算是最直接的方式[11]，研究小組參考中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表中林地、耕地、水域、草地、未利用地和建設(shè)用地的參考值，計算羅定市陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量（見表3）。

公式（3）中，Ea為生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量（元·hm-2）；i（i=1，2，…，n）為作物種類；pi為i種作物的全國平均價格(元·t-1)；qi為i 種糧食作物單產(chǎn)（t·hm-2）；mi為i 種糧食作物面積（hm2）；M為n種糧食作物總面積（hm2）；為無人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田的。

以《2020 年羅定市統(tǒng)計年鑒》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，研究小組計算出羅定市生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量為1 975.08 元/hm2。以生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量為權(quán)重因子，測定出羅定市單位面積生態(tài)服務(wù)價值和土地生態(tài)服務(wù)價值分級標(biāo)準(zhǔn)（見表3）。

表3 羅定市不同土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值表

2.3 生態(tài)系統(tǒng)脅迫

大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)、高強(qiáng)度的社會經(jīng)濟(jì)行為、過度開墾等都會破壞或改變地表原本的植被，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和服務(wù)功能，改變生態(tài)系統(tǒng)的演替或過程，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生消極的影響[12]。研究小組選取距采礦權(quán)距離、距道路距離、人類干擾指數(shù)和人口密度4 個方面，重點分析羅定市生態(tài)系統(tǒng)所面臨的脅迫。研究小組用多因子線性權(quán)重指標(biāo)函數(shù)法來計算生態(tài)脅迫指數(shù)SI，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)脅迫越嚴(yán)重時，生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量就越低。采用自然段點法，結(jié)合羅定市的實際情況和脅迫因子對生態(tài)的影響程度進(jìn)行分級（見表2）。

公式（4）中，SI表示生態(tài)系統(tǒng)脅迫指數(shù)；W是根據(jù)等全疊加計算出的權(quán)重；PD表示人口密度；HDI表示人類干擾指數(shù)；RD表示距道路權(quán)距離；MD表示距采礦權(quán)距離。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力是指生態(tài)系統(tǒng)受到壓力脅迫后，能夠保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定性的能力[13]。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力越強(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量越高。研究小組采用自然段點法，結(jié)合羅定市實際及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力，對影響生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力的土地利用類型進(jìn)行分等定級，分析其對生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的影響程度，分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價

羅定市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量等級以良為主，面積為17.41 萬hm2，占羅定市總面積的74.81 %。生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量處于較差以下的地區(qū)集中分布于泗綸鎮(zhèn)、分界鎮(zhèn)、龍灣鎮(zhèn)。這些地區(qū)位于中度土壤侵蝕區(qū)、高程多在682 m 以上，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

羅定市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力等級以良為主，面積為16.25 萬hm2，占羅定市總面積的69.83 %。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力等級呈北低南高分布。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力處于較差以下的集中分布于雙東街道、素龍街道。這些地區(qū)的土地生態(tài)服務(wù)價值差、植被覆蓋較差，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較低。

羅定市生態(tài)系統(tǒng)脅迫等級以良和一般為主，面積為6.95 萬hm2，占羅定市總面積的29.88 %。生態(tài)系統(tǒng)脅迫處于較差以下的地區(qū)大多分布在距離道路近的地區(qū)，這些地區(qū)受到距離采礦點近、人口密度較高等因素的影響，分散分布于羅城街道、雙東街道、素龍街道、羅平鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、華石鎮(zhèn)、蘋塘鎮(zhèn)、金雞鎮(zhèn)、朗塘鎮(zhèn)、圍底鎮(zhèn)、羅鏡鎮(zhèn)、泗綸鎮(zhèn)，脅迫等級由東向西呈由高到低分布。

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力等級以優(yōu)為主，面積為12.01 萬hm2，占羅定市總面積的51.62 %。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力處于較差以下的地區(qū)集中分布于建設(shè)用地和未利用地所占比重較大的羅城街道、素龍街道、雙東街道、附城街道，分布面積較小。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量綜合評價

研究小組將單因子生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價結(jié)果進(jìn)行空間疊加，得到羅定市生態(tài)系統(tǒng)綜合質(zhì)量等級，按照相同等級劃分，得到羅定市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量綜合評價。經(jīng)統(tǒng)計分析，羅定市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量以等級良為主，面積約13.05 萬hm2，占羅定市總面積的56.05 %。

羅定市生態(tài)系統(tǒng)綜合質(zhì)量評價結(jié)果統(tǒng)計表見表4。羅定市的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量等級Ⅰ的部分最少，面積為0.78 km2，占羅定市面積的0.03 %，此區(qū)域集中分布在羅城街道，主要受到極強(qiáng)烈土壤侵蝕、高景觀破碎度、生態(tài)系統(tǒng)脅迫強(qiáng)度大、高度人類干擾的影響。居民生活區(qū)是城市生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，需同時進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)恢復(fù)工作。應(yīng)盡可能減少人類活動，在生活區(qū)重點改善城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境，實施區(qū)域內(nèi)植被、景觀的整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)和綜合治理工作，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)能力，提供良好舒適的人居環(huán)境和休閑園林景觀，并配套完善的基礎(chǔ)設(shè)施，提高生態(tài)安全穩(wěn)定性。

表4 羅定市生態(tài)系統(tǒng)綜合質(zhì)量評價結(jié)果統(tǒng)計表

Ⅱ級生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量區(qū)面積約105.45 km2，占羅定市總面積的 4.52 %，該區(qū)主要受強(qiáng)烈土壤侵蝕、生態(tài)系統(tǒng)脅迫強(qiáng)度大的影響，較容易受到人為活動的干擾，形成不穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行重點治理。建議順應(yīng)自然界生態(tài)系統(tǒng)的演替規(guī)律，減少人類活動的干預(yù)，盡量減少人為因素造成新的水土流失，合理規(guī)劃發(fā)展采礦業(yè)。同時，應(yīng)加強(qiáng)治理礦山污染、恢復(fù)礦山植被等措施，注重水土保持。對于礦區(qū)土壤修復(fù)主要采用生物修復(fù)措施，通過降解土壤中的危害性污染物的方式提高土壤肥力，以維護(hù)和改善礦區(qū)生態(tài)安全穩(wěn)定性，保護(hù)和改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

Ⅲ級生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量區(qū)面積約330.55 km2，占羅定市總面積的14.16 %，該區(qū)圍繞Ⅱ級區(qū)分布，主要受到強(qiáng)烈土壤侵蝕、地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)性、生態(tài)系統(tǒng)脅迫強(qiáng)度大、高度人類干擾的影響。建議增加地表植被，適當(dāng)減少人類活動，降低人類活動干擾間接引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

Ⅳ級和Ⅴ級生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量區(qū)面積分別約1 069.39 km2、828.72 km2，分別占羅定市總面積的45.80 %、35.50 %，屬于羅定市生態(tài)系統(tǒng)高質(zhì)量區(qū)域，該區(qū)主要分布于羅定市西北部、西南部和東南部地區(qū)。要加強(qiáng)對該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的保護(hù)工作，繼續(xù)保持與完善原有對林地等的保護(hù)與管理，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境為前提，大力推進(jìn)羅定市廢棄、退化、污染、損毀土地的治理、改良和修復(fù)，加強(qiáng)海岸帶保護(hù)，促進(jìn)羅定市的土地資源持續(xù)利用，不斷完善羅定市的生態(tài)安全格局，實現(xiàn)自然生態(tài)保護(hù)與科學(xué)發(fā)展的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和相互促進(jìn)。

4 結(jié)語

研究小組以羅定市為研究對象，基于GIS技術(shù)，從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力、生態(tài)系統(tǒng)脅迫、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力4 方面來分析羅定市生態(tài)系統(tǒng)綜合質(zhì)量，并將其劃分為5 個質(zhì)量等級。單因子生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量較差的區(qū)域主要集中在羅城街道、素龍街道、雙東街道等，這些地區(qū)可通過開展河道生態(tài)化整治、土地污染整治修復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)措施來提高生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量；綜合型生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量較差的區(qū)域主要集中在中心城區(qū)，這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)特性較復(fù)雜，未來應(yīng)重點實施生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量恢復(fù)與保護(hù)。