基于景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)廊道修復(fù)成效評估指標(biāo)體系*

郭玉佳,劉世梁,董玉紅,劉佳駒,李維珊

(1.河北水利電力學(xué)院 滄州 061016;2.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院 北京 100088;3.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 北京 100091;4.中國環(huán)境科學(xué)研究院流域水環(huán)境污染綜合治理研究中心 北京 100012)

隨著人口增加和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人類對自然的開發(fā)力度不斷增強(qiáng),在人類干擾強(qiáng)度高的地區(qū),區(qū)域生態(tài)退化風(fēng)險(xiǎn)長期存在;而另一方面,人類對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供的福祉有了更高的要求[1]。開展生態(tài)保護(hù)與修復(fù)是維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全的重要舉措,也是推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)、人與自然和諧共生的一項(xiàng)核心工作。生態(tài)廊道作為生態(tài)環(huán)境中的帶狀區(qū)域,具有優(yōu)化生物多樣性保護(hù)格局、連通生物棲息地的作用,可有效形成區(qū)域尺度的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),是區(qū)域生態(tài)安全保障和人類福祉提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-3]。目前,在推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、保障國家生態(tài)安全的背景下,國家不斷加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)廊道建設(shè),各省市結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件,依托山脈、河流等自然資源大力推進(jìn)生態(tài)廊道保護(hù)修復(fù)工程,通過分析工程實(shí)施前后的生態(tài)狀況變化情況,明確工程實(shí)施成效,對改進(jìn)和完善生態(tài)修復(fù)工作有著重要的實(shí)踐意義[4]。另一方面,生態(tài)廊道擁有豐富的自然系統(tǒng)類型,開展生態(tài)廊道修復(fù)成效評估,有助于科學(xué)認(rèn)識山水林田湖草沙作為生命共同體的內(nèi)在機(jī)制和規(guī)律。因此,有必要對生態(tài)廊道修復(fù)成效進(jìn)行全面評估,以提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的完整性,提升生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可持續(xù)性[5],優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全屏障。

以往的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)成效評估主要集中在單一生態(tài)要素上開展,如水質(zhì)[6]、土壤[7]、植被[8]等;或者針對具體生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)效果評估,如濕地[9]、河流[10]、森林[11]、草地[12]、城市生態(tài)系統(tǒng)[13]等;或者對典型工程進(jìn)行評價(jià)[14],以評估特定地區(qū)的生態(tài)修復(fù)成效[15]。這些研究的評估成果可以對特定類型的生態(tài)修復(fù)工程進(jìn)行優(yōu)化,但針對生態(tài)廊道,從復(fù)雜且多樣的生態(tài)系統(tǒng)角度和景觀格局尺度對生態(tài)修復(fù)成效進(jìn)行評估的研究還很少[16]。同時(shí),生態(tài)廊道保護(hù)修復(fù)項(xiàng)目工程量大,項(xiàng)目范圍內(nèi)常分為多個(gè)生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元,以往評估指標(biāo)的選取缺乏與不同空間尺度的對應(yīng)關(guān)系。因此,傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)評估制約了對生態(tài)廊道修復(fù)項(xiàng)目的整體認(rèn)知,亟需構(gòu)建系統(tǒng)性、綜合性的生態(tài)修復(fù)成效評估體系。

生態(tài)修復(fù)工程的目的在于改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。在生態(tài)廊道成效評估中,需要從景觀格局、生物多樣性、棲息地質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度來綜合考慮。廊道的景觀格局體現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全總體狀況,質(zhì)量體現(xiàn)生物多樣性和棲息地保護(hù)特征,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)連接了自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估方法不僅可以綜合且客觀地量化評估自然資源對人類福祉的貢獻(xiàn),而且能夠體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域差異和不同空間尺度的聯(lián)系[17]。同時(shí),景觀生態(tài)學(xué)作為集合地理學(xué)、生態(tài)學(xué)交叉形成的綜合學(xué)科,重點(diǎn)關(guān)注過程耦合與空間集成,可以為國土空間生態(tài)修復(fù)提供區(qū)域整體性和尺度關(guān)聯(lián)的視角,同時(shí)滿足國土空間生態(tài)修復(fù)對于多尺度整合與生態(tài)過程完整性的需求[18]。

綜上所述,本文以提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目標(biāo),以生態(tài)廊道為研究對象,依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原則,借鑒國內(nèi)外生態(tài)修復(fù)評估的主要研究成果,采用頻度分析法和專家咨詢法,歸納總結(jié)出綜合的評價(jià)指標(biāo),在項(xiàng)目尺度和生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元尺度建立生態(tài)修復(fù)成效評估體系,以期更好地實(shí)現(xiàn)生態(tài)廊道的生態(tài)效益和推動(dòng)生態(tài)廊道的建設(shè)實(shí)踐。

1 生態(tài)廊道構(gòu)建與修復(fù)成效評估內(nèi)容

1.1 生態(tài)廊道的內(nèi)涵與構(gòu)建

生態(tài)廊道是在棲息地破碎化和生物多樣性喪失的背景下提出的,在世界自然保護(hù)聯(lián)盟的《通過生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)廊道加強(qiáng)保護(hù)區(qū)連通指南》中,生態(tài)廊道的定義為:為保持或恢復(fù)有效的生態(tài)連通性,長期治理和管理、明確界定的地理空間[19];美國保護(hù)管理協(xié)會將生態(tài)廊道定義為“供野生動(dòng)物使用的狹長帶狀植被,通常能促進(jìn)兩地間生物因素的運(yùn)動(dòng)”[20];有學(xué)者提出,生態(tài)廊道是指生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系中對物質(zhì)、能量與信息流動(dòng)具有重要連通作用,尤其是為動(dòng)物遷徙提供重要通道的帶狀區(qū)域[1]。除生態(tài)廊道的概念外,國際上還用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、綠色廊道、綠道、景觀連接帶等概念描述景觀連通性,但這些概念十分相似,其內(nèi)涵都體現(xiàn)了對破碎景觀的連通,以及保護(hù)生物多樣性、維持生態(tài)過程和生態(tài)功能。

現(xiàn)有的生態(tài)廊道構(gòu)建理論主要有“源-匯”理論[21]、最小累積阻力理論[22]和電路理論[23]。識別生態(tài)廊道的研究較多,主要是基于最小累積阻力模型、電流理論、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和圖論,以“源地識別-阻力面構(gòu)建-生態(tài)廊道”框架[24]進(jìn)行提取。在生態(tài)廊道的建設(shè)規(guī)范上,我國環(huán)境保護(hù)部于2017 年發(fā)布《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》[25],強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)生態(tài)廊道連通性,并提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性評估方法;我國各省市也積極發(fā)布生態(tài)廊道建設(shè)的地方標(biāo)準(zhǔn),如云南省麗水市頒布《國家公園生態(tài)廊道建設(shè)規(guī)范》[26],提出國家公園生態(tài)廊道建設(shè)的基本原則,并對生態(tài)廊道的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造等方面設(shè)定規(guī)范。但是,總體來說目前缺乏項(xiàng)目實(shí)踐尺度的生態(tài)廊道建設(shè)規(guī)范。

目前,我國很多地區(qū)依托山脈、河流等自然資源或交通干線建設(shè)了大量的生態(tài)廊道,修復(fù)了廊道沿線被破壞的山體、河流、濕地、植被和棕地,但在建設(shè)理念上仍局限于綠化擴(kuò)容、休閑游憩以及小范圍生態(tài)保護(hù),基于生物多樣性保護(hù)、生態(tài)功能提升以及景觀格局優(yōu)化為主的生態(tài)廊道構(gòu)建是未來的重要方向[18]。

1.2 生態(tài)修復(fù)成效評估內(nèi)容

目前國內(nèi)對于生態(tài)修復(fù)成效評估的研究較為豐富。或基于環(huán)境質(zhì)量改善評價(jià)的生態(tài)修復(fù)成效,多主要集中在單一生態(tài)要素或具體生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)和測算,對比修復(fù)前后環(huán)境因子改善狀況。如郝喆等[27]對礦山退化區(qū)修復(fù)前后的土壤環(huán)境質(zhì)量和植物生長指標(biāo)進(jìn)行檢測,并對分項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)后統(tǒng)計(jì)加權(quán),結(jié)果顯示尾礦庫生態(tài)修復(fù)有一定的綜合效果?；蚣骖櫳鷳B(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會3 方面對生態(tài)修復(fù)效果進(jìn)行評價(jià),如朱曉博[28]構(gòu)建了城市河流生態(tài)修復(fù)效果的“環(huán)境效益-價(jià)值效益”綜合評價(jià)體系,環(huán)境效益包含河流健康評價(jià)的生態(tài)、水文、地貌等典型指標(biāo),價(jià)值效益包含體現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)功能的景觀、游憩指標(biāo)?；蚧谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評價(jià),量化生態(tài)修復(fù)前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項(xiàng)指標(biāo)變化,但缺乏對文化服務(wù)評價(jià)及相關(guān)指標(biāo)選取和量化方式的選擇。如邵全琴等[29]綜合生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、服務(wù)及變化的影響因素,構(gòu)建生態(tài)成效評估指標(biāo)體系,評估了三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)一期工程的生態(tài)成效。

在生態(tài)廊道評價(jià)的研究上,多集中在大尺度的區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)[2,30]和典型的生態(tài)源地成效評估[9,11-12],對生態(tài)廊道修復(fù)成效綜合評估較少。李鹍[31]通過解譯遙感影像,對北京市生態(tài)廊道的位置、形式和內(nèi)置結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,結(jié)果顯示生態(tài)廊道的植被覆蓋和降溫效果要優(yōu)于其他區(qū)域,但城市生態(tài)廊道同質(zhì)化嚴(yán)重,難以保障生態(tài)系統(tǒng)的完整性。鄧金杰等[24]以高度城市化的深圳為研究區(qū),以廊道功能和廊道自身?xiàng)l件為切入點(diǎn),選取6 個(gè)指標(biāo),構(gòu)建了一套生態(tài)廊道重要性評價(jià)方法。

總的來說,以往研究所建立的評估體系多應(yīng)用在對典型工程的評價(jià),以評估特定地區(qū)的生態(tài)修復(fù)成效,呈現(xiàn)出評估項(xiàng)目目標(biāo)單一和評估指標(biāo)體系不全面等問題;此外,景觀生態(tài)學(xué)導(dǎo)向下對于景觀格局的評價(jià)在生態(tài)修復(fù)綜合評價(jià)體系中的研究較少。生態(tài)修復(fù)治理逐漸從單一類型生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱讼到y(tǒng)性的山水田湖草沙,但是針對國土空間及景觀尺度的綜合生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)成效評估的研究十分缺乏。

2 生態(tài)修復(fù)成效評估框架

國際上生態(tài)系統(tǒng)綜合評估從方法和內(nèi)容的角度上主要有3 類: 基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型的生態(tài)系統(tǒng)評估、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評估、基于聯(lián)合國千年系統(tǒng)評估(MA)概念框架[32]的生態(tài)系統(tǒng)評估[33]。基于MA 概念框架的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估方法具有聯(lián)系人類福祉、動(dòng)態(tài)評估生態(tài)系統(tǒng)變化、多尺度評估的獨(dú)特優(yōu)勢。

根據(jù)MA 概念框架和景觀生態(tài)學(xué)原則,生態(tài)廊道的修復(fù)成效評估主要從景觀格局、生物多樣性、棲息地、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)4 個(gè)維度展開?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估方法不僅可以綜合且客觀地量化評估自然資源對人類福祉的貢獻(xiàn),而且能夠體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域差異和不同空間尺度的聯(lián)系;從景觀生態(tài)學(xué)的角度看,廊道內(nèi)部與廊道之間的連接特征與結(jié)構(gòu),體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的整體性與復(fù)雜性,通過在區(qū)域尺度上對景觀格局的優(yōu)化,可以維持生境穩(wěn)定;生態(tài)廊道對生物多樣性的保護(hù)具有至關(guān)重要的作用,廊道的連通性可以減少斑塊破碎化給物種帶來的影響,同時(shí),生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ),而生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)功能是維持生物多樣性和人類福祉的重要保證[34-35];生態(tài)廊道的重要功能之一就是為生物提供完整且易于遷徙的棲息地,棲息地保護(hù)與構(gòu)建是緩解生物多樣性喪失和改善、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要保護(hù)機(jī)制[20]。以上4 個(gè)維度具有緊密的內(nèi)在聯(lián)系,在其綜合作用下,生態(tài)廊道表現(xiàn)出自身的特征與功能,并為人類提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

借鑒自然資源部在國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)相關(guān)規(guī)范中的尺度分類,將生態(tài)修復(fù)成效評估體系分為項(xiàng)目尺度和生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元尺度。項(xiàng)目尺度指根據(jù)自然地理單元?jiǎng)澏ǖ南鄬ν暾目臻g范圍,即區(qū)域尺度,由多類生態(tài)系統(tǒng)或多個(gè)自然生態(tài)要素組成;生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元指在項(xiàng)目范圍內(nèi)依據(jù)行政區(qū)域、流域、工程實(shí)際組織的便利性等劃分的生態(tài)修復(fù)實(shí)施片區(qū),生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元尺度即場地尺度。在構(gòu)建評估指標(biāo)體系的過程中,需確定不同尺度的評估重點(diǎn),空間尺度不同,生態(tài)空間面臨的問題也不同。在區(qū)域尺度(項(xiàng)目范圍),通過遙感監(jiān)測景觀格局,評估生態(tài)空間的總體變化情況和變化趨勢,并開展生物多樣性保護(hù)、棲息地保護(hù)等針對生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量方面的評估,以及進(jìn)行水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、水土保持等關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評估。在場地尺度(生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元),則根據(jù)工程措施類型和場地特點(diǎn),評估內(nèi)容與場地面臨的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對應(yīng),側(cè)重開展棲息地保護(hù)以及主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升情況的評估。

依據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建原則和方法,篩選以往評價(jià)體系和相關(guān)文獻(xiàn)中的評估指標(biāo),構(gòu)建具有明確量化方法和評估標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系。生態(tài)廊道修復(fù)成效評估的研究技術(shù)路線總結(jié)如圖1 所示。

圖1 基于景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)廊道修復(fù)成效評估的研究技術(shù)路線Fig.1 Research technology roadmap of effectiveness evaluation of ecological corridor restoration based on landscape pattern and ecosystem services

3 指標(biāo)體系構(gòu)建原則和方法

3.1 評估指標(biāo)體系構(gòu)建原則

評估指標(biāo)的確定是生態(tài)廊道修復(fù)成效評估的根本條件和理論基礎(chǔ),決定著綜合評估的合理性和有效性。所以在選擇評估指標(biāo)時(shí)應(yīng)遵循一定的原則,選取最能反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及變化狀況的環(huán)境因素,評估指標(biāo)必須可查、可比、可量化,具體原則包括以下幾方面: 1)科學(xué)性和客觀性。以景觀格局、生物多樣性、棲息地質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評價(jià)為基礎(chǔ),選取典型性和規(guī)范性指標(biāo),辨析指標(biāo)內(nèi)在意義,避免定義的模糊性和雙重核算。評估指標(biāo)力求數(shù)據(jù)易獲得、可操作,以可量化的數(shù)據(jù)做客觀判斷;指標(biāo)測評標(biāo)準(zhǔn)力求客觀、科學(xué),主要參考現(xiàn)行的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2)生態(tài)學(xué)共性。生態(tài)廊道主要依托山脈、河流、海岸線等要素,多類型的廊道對應(yīng)不同的生境,不同生態(tài)系統(tǒng)類型可能具有共同的功能或?qū)傩蕴卣鱗36],因此指標(biāo)體系未區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)類型。在指標(biāo)選取上選擇共性指標(biāo),差異性指標(biāo)則不納入指標(biāo)體系,如海洋、山體、河流特有的評價(jià)指標(biāo)等。3)分為約束性指標(biāo)和推薦性指標(biāo)。約束性指標(biāo)指生態(tài)修復(fù)后必須要評估的目標(biāo),具有通用性和約束性。推薦性指標(biāo)指可根據(jù)保護(hù)修復(fù)單元或項(xiàng)目范圍的具體生態(tài)問題、保護(hù)修復(fù)目標(biāo)任務(wù)等,針對性地選擇并測算。4)層次性。由于影響生態(tài)廊道修復(fù)成效的眾多因素具有明顯的層次性,相應(yīng)的評估指標(biāo)也具有層次性,根據(jù)評估框架的層次關(guān)系,逐級分類,構(gòu)建層次分明、結(jié)構(gòu)清晰的指標(biāo)體系。

3.2 指標(biāo)體系的篩選方法

頻度分析法、專家咨詢法和層次分析法是目前常用的指標(biāo)篩選方法,本研究依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估框架,運(yùn)用頻度分析法、專家咨詢法收集和篩選評估指標(biāo)。

首先,建立生態(tài)廊道修復(fù)成效評估指標(biāo)庫。廣泛搜索國內(nèi)外生態(tài)修復(fù)評價(jià)相關(guān)研究的內(nèi)容,選取代表性文獻(xiàn),依據(jù)評估指標(biāo)體系構(gòu)建原則,進(jìn)行資料收集、整理和分類,采取頻度分析法,對代表性文獻(xiàn)中主要研究成果的實(shí)用性指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,選取使用頻度較高和賦予權(quán)重較高的指標(biāo)。

其次,在初步建立的指標(biāo)體系上進(jìn)行專家篩選。將初選指標(biāo)發(fā)給生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的多位專家,專家根據(jù)自身知識經(jīng)驗(yàn)對初選指標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)評,通過分析比較,選出評價(jià)較高的指標(biāo)。

最后,確定最終指標(biāo)體系。綜合考慮理論初選和專家篩選結(jié)果,完善層級關(guān)系,優(yōu)化指標(biāo)體系,最終獲得評估指標(biāo)體系。

4 基于景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)廊道修復(fù)成效評估指標(biāo)體系

4.1 生態(tài)修復(fù)成效評估指標(biāo)體系

根據(jù)生態(tài)廊道特征,生態(tài)修復(fù)成效評估指標(biāo)體系包括景觀格局優(yōu)化、生物多樣性保護(hù)、棲息地保護(hù)與構(gòu)建、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升4 類項(xiàng)目層,以及15類準(zhǔn)則層和41 個(gè)指標(biāo)項(xiàng)(表1)。

表1 基于景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)廊道修復(fù)成效評估指標(biāo)體系Table 1 Effectiveness evaluation indicator system of ecological corridor restoration based on landscape pattern and ecosystem services

4.2 分項(xiàng)指標(biāo)體系與指標(biāo)內(nèi)涵

4.2.1 景觀格局優(yōu)化

在項(xiàng)目尺度的景觀格局變化中,斑塊水平的計(jì)算結(jié)果對整體景觀格局變化影響不大[34],因此本研究主要從項(xiàng)目尺度上進(jìn)行景觀空間格局分析。項(xiàng)目尺度的土地類型分類參照《土地利用現(xiàn)狀分類》標(biāo)準(zhǔn),可將生態(tài)廊道景觀要素類型分為森林、灌叢、草地、濕地、農(nóng)田、城鎮(zhèn)、裸地7 類,可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀進(jìn)行增減,針對景觀格局的廊道生態(tài)特征、多樣性、破碎度、連通性等4 方面通過模型測算進(jìn)行定量評估(表2)。景觀格局優(yōu)化指標(biāo)數(shù)據(jù)主要通過將景觀類型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstats 4.2 進(jìn)行景觀指數(shù)的計(jì)算。

生態(tài)廊道特征的評估指標(biāo)包含生態(tài)廊道的密度指數(shù)、平均寬度和最小寬度。一般來說,生態(tài)廊道的密度指數(shù)和平均寬度越大,環(huán)境異質(zhì)性和物種多樣性就越豐富,而廊道最小的寬度位置是生態(tài)廊道的短板,會限制其生態(tài)效益的發(fā)揮。

景觀連通性由整體連通性指數(shù)(IIC)和可能連通性指數(shù)(PC)兩個(gè)指標(biāo)表征,利用Conefor Sensinode 2.6和ArcGIS 10.8 軟件分析生態(tài)廊道的景觀連通性水平。

4.2.2 生物多樣性保護(hù)

生物多樣性直接影響著人類生活需要的生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù),并間接影響與生物多樣性相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)[37]。因此,生物多樣性評估是基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升的生態(tài)修復(fù)評估的基礎(chǔ),生物多樣性保護(hù)主要分為物種多樣性、外來物種入侵度和物種瀕危程度3 方面(表3)。數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)有文獻(xiàn)資料和實(shí)地調(diào)查,實(shí)地調(diào)查的數(shù)據(jù)采集方法參照《關(guān)于發(fā)布全國生物物種資源調(diào)查相關(guān)技術(shù)規(guī)定(試行)的公告》[40]。

表3 生態(tài)廊道修復(fù)成效評估的生物多樣性保護(hù)評價(jià)指標(biāo)體系Table 3 Evaluation indicator system of biodiversity protection of effectiveness evaluation of ecological corridor restoration

4.2.3 棲息地保護(hù)與構(gòu)建

棲息地保護(hù)與構(gòu)建的評估指標(biāo)主要考慮恢復(fù)自然水體、加強(qiáng)構(gòu)建植物群落、減少人為干擾等方面,包括生境質(zhì)量、水體生態(tài)狀況、植被覆蓋狀況、人為干擾強(qiáng)度4 個(gè)準(zhǔn)則層(表4)。

生境質(zhì)量是指生態(tài)環(huán)境為生物提供適合生存條件的能力,由生境質(zhì)量指數(shù)(Qxj)和生境退化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Dxj)表征。利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評估(InVEST)模型中“生境質(zhì)量”模塊對生態(tài)廊道生境質(zhì)量和退化風(fēng)險(xiǎn)空間特征進(jìn)行評估。

水體生態(tài)狀況由水體岸線自然化率、河流緩沖帶寬度和水體連通性3 個(gè)指標(biāo)表征。河流緩沖帶寬度根據(jù)生態(tài)修復(fù)的類型而有不同,根據(jù)《河湖生態(tài)緩沖帶保護(hù)修復(fù)技術(shù)指南》[44],將其分為堤防型、農(nóng)田型、村落型、養(yǎng)殖塘型、城鎮(zhèn)型、復(fù)合型6 種,采用《河湖生態(tài)緩沖帶保護(hù)修復(fù)技術(shù)指南》中的推薦最小值作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

植被覆蓋狀況包含喬灌木覆蓋率和植被覆蓋率。植物群落垂直結(jié)構(gòu)中喬灌草和喬灌結(jié)構(gòu)在場地中所占比例越大,代表群落垂直結(jié)構(gòu)越豐富,則能為更多種生物提供不同生存環(huán)境。喬灌木覆蓋率的計(jì)算基于遙感影像和當(dāng)?shù)亓謽I(yè)數(shù)據(jù),運(yùn)用ArcGIS 10.8 和Fragstats 4.2 軟件進(jìn)行計(jì)算。植被覆蓋率用評價(jià)區(qū)域內(nèi)單位面積歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)表示,體現(xiàn)植被生長以及覆蓋狀況。

人為干擾強(qiáng)度可根據(jù)生態(tài)廊道距主干路的距離、距居民區(qū)距離、人口密度和廊道兩側(cè)的土地利用類型來綜合評價(jià)。人類活動(dòng)強(qiáng)度反映生態(tài)系統(tǒng)受干擾程度,廊道兩側(cè)土地利用類型反映土壤養(yǎng)分狀況,二者綜合可以表征廊道生境質(zhì)量。

4.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升

針對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升的評估分為生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、供給服務(wù)和文化服務(wù)4 方面(表5)。

1)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)。調(diào)節(jié)服務(wù)指標(biāo)包括土壤綜合污染指數(shù)、水質(zhì)監(jiān)測斷面達(dá)標(biāo)率、土壤保持量、水源涵養(yǎng)量和風(fēng)蝕產(chǎn)沙量,對應(yīng)表征土壤污染狀態(tài)、水環(huán)境質(zhì)量、水土流失情況、水源涵養(yǎng)能力、防風(fēng)固沙效果。借鑒已有研究結(jié)果[45]和我國資源環(huán)境承載力評估所使用的方法,土壤保持量、水源涵養(yǎng)量和風(fēng)蝕產(chǎn)沙量的評估方法選擇模型評估法。

土壤污染主要影響參數(shù)為重金屬含量,評價(jià)方法使用內(nèi)梅羅指數(shù)法,該指數(shù)可以兼顧極值或突出最大值,能夠較全面地評價(jià)重金屬的污染程度[46]。計(jì)算公式為:

式中:Pi為第i種污染物的單項(xiàng)污染指數(shù);Ci為污染物的實(shí)測值,mg?L-1;Si為選取的第i種污染物的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值,mg?L-1;Si的選取參照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[47]和《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[48]。

土壤綜合污染指數(shù)計(jì)算公式為:

式中:PN為土壤綜合污染指數(shù);Piaver為單項(xiàng)污染指數(shù)平均值;Pimax為最大單項(xiàng)污染指數(shù)。

水環(huán)境質(zhì)量采用水質(zhì)監(jiān)測斷面達(dá)標(biāo)率指標(biāo)表征。水質(zhì)監(jiān)測包含pH、溶解氧、懸浮物、化學(xué)需氧量、氨氮、總磷等參數(shù),并根據(jù)水質(zhì)類型增減參數(shù)。水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[49]執(zhí)行。

土壤保持量采用修正通用土壤流失方程[50]進(jìn)行計(jì)算,其公式為:

式中:Ac為土壤保持量,t?a-1;Ai為第i類生態(tài)系統(tǒng)的面積,hm2;R為降雨侵蝕力因子,MJ?mm?hm-2?h-1?a-1;K為土壤可蝕性因子,t?hm2?h?hm-2?MJ-1?mm-1;L為坡長因子;S為坡度因子;C為植被覆蓋因子;i為項(xiàng)目區(qū)第i類生態(tài)系統(tǒng)類型;n為項(xiàng)目區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)。單個(gè)因子計(jì)算和獲取參考《全國生態(tài)狀況調(diào)查評估技術(shù)規(guī)范——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估》[51]。

2)生態(tài)系統(tǒng)支持服務(wù)。生態(tài)系統(tǒng)支持服務(wù)選用凈初級生產(chǎn)力和固碳量2 個(gè)指標(biāo)表征。生態(tài)系統(tǒng)的固碳服務(wù)用固碳量表征,采用InVEST 模型中的碳儲存模塊進(jìn)行計(jì)算。

3)生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)。供給服務(wù)指從生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種產(chǎn)品,不包括對生態(tài)系統(tǒng)提升起反作用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo),如木材生產(chǎn)量。相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)量可從當(dāng)?shù)亟y(tǒng)計(jì)部門獲取。

4)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)。文化服務(wù)涵蓋娛樂休閑、美學(xué)欣賞等多功能價(jià)值,有助于增進(jìn)居民對修復(fù)后生態(tài)空間的認(rèn)同感和滿意度,對于提升修復(fù)地質(zhì)量、增進(jìn)居民福祉具有重要意義[52]。采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)社會價(jià)值模型(SolVES)中的社會價(jià)值和價(jià)值制圖子模型對生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)進(jìn)行量化評估,包含文化遺產(chǎn)價(jià)值、休閑游憩價(jià)值、美學(xué)價(jià)值和康養(yǎng)價(jià)值4個(gè)指標(biāo)。游客意愿偏好的數(shù)據(jù)來源于問卷調(diào)查和通過社交媒體收集,利用ArcGIS 10.8 中的核密度工具分析指標(biāo)點(diǎn)的分布狀況,借助SolVES 對社會價(jià)值進(jìn)行歸一化,確定以上4 個(gè)指標(biāo)的最大價(jià)值指數(shù)。

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

生態(tài)修復(fù)成效評估體系在指標(biāo)的選取和計(jì)算方法上參考了目前現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家規(guī)范等已有評估體系的成果,增加了景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)容,彌補(bǔ)了現(xiàn)有評估體系的不足[16,52]。指標(biāo)選取與計(jì)算方法盡量有權(quán)威出處,各個(gè)指標(biāo)均可通過遙感監(jiān)測、樣帶調(diào)查、模型模擬等方法進(jìn)行分析;對較為復(fù)雜或目前尚未統(tǒng)一的評估方法,則選擇當(dāng)前研究常用方法,如土壤綜合污染情況評估[46]和生態(tài)系統(tǒng)固碳量評估[53]。由于生態(tài)廊道常包含多種生態(tài)系統(tǒng),41 項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)過篩選后具有代表性和典型性,但整體指標(biāo)數(shù)量與復(fù)雜龐大的生態(tài)系統(tǒng)相比仍顯不足。雖然減少了評估指標(biāo)數(shù)量、降低了個(gè)別指標(biāo)計(jì)算難度,但在實(shí)踐操作層面可行性較高,能夠較為容易地開展評估工作。

生態(tài)廊道的保護(hù)修復(fù)工程涉及多種生態(tài)系統(tǒng),修復(fù)內(nèi)容具有綜合性,所以本研究提出構(gòu)建一套全面、系統(tǒng)的評估指標(biāo)體系,并將指標(biāo)分為約束性指標(biāo)和推薦性指標(biāo),分別應(yīng)用于共性必選項(xiàng)目和個(gè)性可選項(xiàng)目,增強(qiáng)了評估指標(biāo)體系應(yīng)用的靈活性。所以,該評估指標(biāo)體系不僅適用于生態(tài)廊道修復(fù)項(xiàng)目,而且普適于項(xiàng)目尺度的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程。此外,本研究根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)具有尺度效應(yīng)的特點(diǎn)[4]。在項(xiàng)目尺度(區(qū)域尺度)主要評估景觀格局、生物多樣性、棲息地質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);在生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元尺度(場地尺度),根據(jù)場地所處區(qū)域特性和面臨的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)來確定評估內(nèi)容,主要評估各類生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量以及主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。通過兩種尺度的評估內(nèi)容,結(jié)合約束性指標(biāo)和推薦性指標(biāo),可以反映不同評估對象的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和主要方面。

在對生態(tài)廊道修復(fù)成效進(jìn)行評估時(shí),各指標(biāo)在總體評價(jià)中的作用是有區(qū)別的[54],確定指標(biāo)權(quán)重后再進(jìn)行評估可以更加真實(shí)、準(zhǔn)確地反映項(xiàng)目修復(fù)成效。本研究只是完成了生態(tài)廊道成效評估指標(biāo)體系的構(gòu)建以及確定指標(biāo)的量化方法和評估標(biāo)準(zhǔn),筆者將在此研究基礎(chǔ)上,對生態(tài)廊道修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和樣本數(shù)據(jù)采集,了解各評估指標(biāo)的影響程度,確定各指標(biāo)的權(quán)重,進(jìn)一步驗(yàn)證和改進(jìn)評估指標(biāo)體系。

5.2 結(jié)論

構(gòu)建科學(xué)準(zhǔn)確且全面的生態(tài)修復(fù)評估指標(biāo)體系,對于反映山水林田湖草沙生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的實(shí)施效果及改進(jìn)和完善生態(tài)修復(fù)工作具有重要意義。本研究提出一種集成景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估途徑,明確不同空間尺度的評估重點(diǎn),并通過設(shè)定約束性指標(biāo)和推薦性指標(biāo),統(tǒng)籌考慮不同地區(qū)各生態(tài)要素的一體化保護(hù)與修復(fù),在一定程度上優(yōu)化了原有生態(tài)修復(fù)成效評估的局限性。在生態(tài)修復(fù)工程成效評估實(shí)際中,可從本研究提出的評估方法出發(fā),結(jié)合工程實(shí)際,有針對性地選擇共性指標(biāo)開展評估,根據(jù)評估結(jié)果,對生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作進(jìn)行調(diào)整和修正。