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基于生态敏感性评价生态格局优化研究——以某山区市为例

土地人编制审批 2020-11-24 10:11:20 6269阅读

摘要

以国家公园为主体的自然保护地体系建立为契机,构建区域的自然保护地生态安全网络格局,是实现区域生态保护及自然资源精准供给的重要途径。本文通过划定自然保护地生态斑块、建立三种不同类型的生态廊道,构建了自然保护地生态安全网络格局。并通过五种不同类型的生态单因子叠加生成的生态敏感性评价栅格渔网结果,对生态斑块与生态廊道提出了相应的保护修复区域与具体措施。这将对优化自然保护地生态格局具有较强的适用性,并且对于合理利用、分配自然资源以及区域的国土空间规划具有重要意义。


前言

自2013年11月十八届三中全会提出“建立国家公园体制”以来,中国在短短的七年间以国家公园体制建设为契机,在全面深化自然保护地体制改革方面取得了里程碑式的重大进展[1]。

2019年6月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系指导意见》,明确指出要落实国家发展规划提出的国土空间开发保护要求,依据国土空间规划,编制自然保护地规划,明确自然保护地发展目标、规模和划定区域,将生态功能重要、生态系统脆弱、自然生态保护空缺的区域规划为重要的自然生态空间,纳入自然保护地体系[2]。

因此,构建以国家公园为主体的自然保护地体系不仅需对现有自然保护地进行整合优化,还应依据国土空间规划内容,编制自然保护地体系规划,构建以自然保护地为主体的自然生态安全网络,并对其提出相应规划措施,从而真正意义上实现自然保护地体系保护自然、服务人民、永续发展的目标。

本文以某山区市为研究对象,通过构建生态廊道和生态斑块保护网络,结合生态敏感性评价结果提出相应的保护修复区域与具体措施,以期为建设以国家公园为主体的自然保护地体系奠定基础,为实现国家生态文明建设奠定基础。


1. 相关理论与技术路线


1.1相关理论


1.1.1斑块-廊道模型


(1)基质

基质通常指景观生态中面积大、连接度好、对景观控制力最强的景观要素[3]。基质往往呈凹陷型边界将斑块包围起来,当斑块密度比较大时,基质的连接可能是很窄的条带状区域。


(2)斑块

斑块是指依赖于一定空间尺度的、与周围环境(基质)在性质上或者外观上不同,表现出较明显边界,并具有一定内部均质性的空间实体[3]。斑块的外在表现形式主要是沿廊道两侧和两端分布,有时在较宽廊道内部还存在大型斑块破碎化后残余下来的小斑块。生态斑块之间的廊道连通性、宽度大小等因素影响斑块间生态稳定。


(3)廊道

廊道是景观生态中重要的线形要素,它能把景观生态内部各组分间的生态应力有效地从主体传授到受体上去[3]。跨越景观的廊道,还能把地域范围内的空间联系和功能联系以各种方式渗透到每一个景观中去。同时廊道宽度变化对物种沿廊道或穿越廊道的迁移具有重要意义。

图1-1:斑块-廊道-基质概念图


 1.1.2生态敏感性分析

生态环境敏感性是指生态系统对区域内自然和人类活动干扰的敏感程度,它反映区域生态系统在遇到干扰时,发生生态环境问题的难易程度和可能性的大小,并用来表征外界干扰可能造成的后果[4]。可在综合分析各生态要素和生态实体(或称生态因子)的基础上,进而研究生态敏感性的区域内部差异,从而提出适宜的生态调控策略,为区域生态环境优化和社会经济建设提供参考。


 1.2 研究技术路线

在评估模型方面,主要包括生态安全网络格局构建和生态敏感性分析。一是使用斑块-廊道-基质模型构建生态安全网络格局;二是选取高程、坡度、坡向、植被类型、土地利用5类指标作为生态敏感性的评价因子,根据两者的叠加分析,制定生态安全网络格局优化方案:针对生态敏感性高的斑块和廊道采取生态保护措施,反之采取生态修复措施;最后通过对比城市建设空间与重点工程项目的影响,对相应生态修复区域提出规划时序,实现代际公平。

图1-2:生态安全格局优化技术路线


 2. 研究区现状与问题


2.1 自然保护地现状

该市现有国家公园、自然保护区、森林公园、湿地公园、地质公园、石漠公园、风景名胜区等多类自然保护地,约占国土总面积的四分之一。其各类型自然保护地数量及面积占比如图2-1所示。

图2-1:研究区自然保护地整合优化分布图


2.3 自然保护地问题


(1)自然保护地之间缺乏廊道联系

经统计,该市现有自然保护地总面积已达到市域面积的四分之一,自然保护地建设成效显著。由于地质条件、降水分布等自然环境的影响,其自然保护地主要集中分布于北部与西部区域。经实地科学考察与访谈研究发现,各自然保护地之间缺乏有效的生态廊道联系,部分自然保护地出现孤立现象。


(2)部分自然保护地的一般控制区生态敏感性较低

对标“建立以国家公园为主体的自然保护地体系”建设要求,以国家级和省级自然保护区、森林公园、湿地公园等自然保护地为基底,结合生态文明体制的建设需求,组织编制市域自然保护地整合优化方案,取得良好成效。但受历史问题影响,部分自然保护地内仍存有村庄居民点、人工纯种林、道路设施等人为建设活动致使保护地内一般控制区敏感性降低的情况。现象。


(3)生态廊道仅涉及城市建设区,市域范围内规划较少

目前该市已经编制的总体规划和控制性详细规划中,部分提出在城市建设区划定生态廊道,虽然提出生态廊道建设的数量不同,生态廊道依托主体也有所差别,但利用现有的河流水系构建河流生态廊道的设计理念是相同的。可见,已编制的相关规划已经开始重视生态网络安全格局的构建。


3.自然保护地生态格局构建


3.1 划定生态斑块

自然生态斑块是空间规模较大并具有连续性的森林和湿地生境斑块。这些生境斑块是区域内生物栖息地,也是物质、能量和信息传递的源地。本文利用直接选取法,将自然保护地范围直接选取为市域内的生态斑块。本文研究区生态斑块分布如上文图2-1所示。


3.2 建立生态廊道

生态廊道是指具有保护生物多样性、过滤污染物、防止水土流失、防风固沙、调控洪水等生态服务功能的廊道类型,主要由动植物、水体、土壤等生态要素组成。该市地处我国华南珠江三角洲河流上游地带、河网水系发达,且位于世界候鸟迁徙路线上,因此连接各生态斑块之间的生态廊道类型主要为河流廊道、动物迁徙廊道以及山脉廊道,根据该市域内河流水系分布、候鸟迁徙路线以及山脉走向划定河流生态廊道、候鸟迁徙廊道以及山脉生态廊道三种类型。


(1)河流生态廊道

根据该市最新三调数据结果,依据GIS软件,选取市域范围内50m以上的河流,通过筛选划定为河流生态廊道。由图3-1所示:该市河流生态廊道主要分布在市域范围西部,主要为武江、南水、北江流域。而该市东北部区域即浈江上游河流分布较少。

图3-1: 河流生态廊道分布图


(2)候鸟迁徙生态廊道

根据中国野生动物保护协会对世界八大候鸟迁徙线路图的解读,途径我国境内主要有中亚、东亚和澳大利亚、东非西亚候鸟三条廊道,其中经过广东省境内主要是东北-西南方向。结合已有自然保护地规划编制成果、其中孔江国家级湿地公园、滃江源国家级湿地公园、南水湖国家级湿地公园等多处自然保护地是候鸟重要的越冬地与停歇地。如图3-2所示,结合候鸟迁徙方向、该市内相关自然保护地布局以及湿地水体的分布,划定三条主要廊道为候鸟迁徙路线。

图3-2: 候鸟迁徙生态廊道分布图


(3)山脉生态廊道

依据市域地形DEM数据,利用GIS数据处理自动生成山脊线,通过筛选划定山脉生态廊道。由图3-3所示:山脉生态廊道主要分布在市域范围东南部与北部区域。而该市西部区域受地形影响,山脉生态廊道分布相对稀疏。

图3-3: 山脉生态廊道分布图


3.3 梳理生态基质

依据景观生态学理论,景观是由若干景观要素组成,其中基质是面积最大、连通性最好的景观要素类型,因此在景观功能上起着重要作用。通过图斑划定,确定该市生态基质分布如图3-4所示。

图3-4:研究区生态基质图


3.4 选取生态节点


由于上述对研究区域内各类型生态廊道进行了划分,其数量及类型众多,难以完成大范围内生态廊道的建设,因此需要从中选取连接重要生态源和连接生态源数量较多的廊道作为核心生态廊道,以发挥核心生态廊道对整个生态空间格局的效益。考虑到研究区域自然保护地面积占比较大、山脉廊道密集、水系水网密布的生态特征,故将生态斑块集聚、生态廊道交汇处作为重要生态节点,根据整个区域内生态廊道以及生态源斑块的分布特征,共筛选出14个重要生态节点。


首先选取多种类型廊道交叉点以及生态斑块集聚区为生态廊道网络的关键点,这些关键点作为生态廊道网络的骨架发挥高生态效益。在不考虑各个生态廊道关键点之间连通性的情况下,链接剩余关键点使之构成整体框架,使网络内的生态斑块之间能够进行物质交换、能量循环和信息交流,加强该市范围内生态空间的整体性和系统性,为动植物的迁徙提供更多的途径和空间。生态廊道网络设计方案如图3-5所示。

图3-5: 生态安全空间网络格局设计理想方案


3.5 斑块-廊道生态网络模型构建

考虑到划定的生态源斑块之间的连接程度和可达性,在原有河流廊道、山脉廊道和动物迁徙廊道的基础上进行适当修复绿化廊道进行补充,以保障斑块之间的通达性。最终确定市域生态网络空间布局方案如图3-6所示。可以看出该市主要生态斑块为外围的森林和山体斑块,通过区域内河流水系以及山体绿廊等作为廊道连接,呈现出西部与北部生态网络密集的空间结构特点。而东部与南部的生态廊道,主要依托河流水体的串连,保障了生态廊道之间的连通性。

图3-6:研究区生态安全网络格局方案


4. 自然保护地生态敏感性分析


4.1 生态敏感单因子

在自然保护理论的基础上,对该市进行生态单因子选取并做生态敏感性分析,得出生态高敏感的区域,对比生态安全网络格局方案,对生态斑块与生态廊道的空间布局提出相应规划措施。

第一步根据研究区域自然生态空间敏感性特征进行单因子选择,对研究区域主要选取了地形、坡度、坡向、植被类型、土地利用五个单因子;第二步是建立生态敏感性评价等级,通过给每个单因子赋分并确定权重,得出生态敏感性分析的评价指标体系;第三步对每个生态敏感单因子进行分析,得出各个单因子生态敏感区域;最后将所有单因子进行叠加分析,得出研究区生态敏感性分析图,划定高敏感区域。分析过程如下:


(1)生态单因子选择

表4-1:生态单因子选择


(2)生态敏感指标体系建立

结合相应的现状评价标准,参考曹建军[5]、宋晓龙[6]、艾乔[7]、尹海伟[8]等的研究成果,以及在自然保护地专题规划中的研究成果,考虑实际中各因子与生态环境问题之间的关系,对生态敏感性指标体系的建立主要如下:

表4-2:生态单因子赋6值表

表4-3:生态单因子评价等级

表4-4:生态敏感单因子权重

表4-5:生态敏感性评价指标体系


(3)生态敏感单因子分析

高程单因子分析:研究区地形中部低,最低海拔为-58米;四周为丘陵和小山,最高海拔为 1888米。海拔越高植被覆盖性越好、人类活动程度越低,因此通过GIS软件统计分析按海拔高低分为不敏感、一般敏感、较敏感、高敏感四个级别,海拔越高、敏感程度越高。分析结果如图4-1所示。

图4-1:地形单因子分析图

坡度单因子分析:根据GIS软件统计分析,市域坡度在0°~72°之间。由于坡度越平缓越利于开发建设,因此坡度越大的地区植被覆盖度越好,即越敏感。现将研究区域按照坡度大小也分为不敏感、一般敏感、较敏感和高敏感四个区域,坡度越大、敏感性越高。分析结果如图4-2所示。

图4-2:坡度单因子分析图

坡向单因子分析:在GIS软件中对研究地区的坡向进行统计分析,将坡向分为东北坡、西北坡、西南坡和东南坡四个坡向区域。根据不同坡向的水、热、光照等条件,将西北坡划定为不敏感区、东北坡划定为一般敏感区、西南坡划定为较敏感区、东南坡划定为高敏感区。分析结果如图4-3所示。

图4-3:坡向单因子分析图

植被类型单因子分析:根据研究区域植被覆盖情况,将其分为无植被覆盖区、农田区、草地/水体、森林/灌木四个区域。以不同覆盖类型的植被价值为判断依据,将无植被覆盖区域划定为不敏感区域、农田区划定为一般敏感区域、草地和水体划定为较敏感区域、森林和灌木区划定为高敏感区域。其分析结果如图4-4所示。

图4-4:植被类型单因子分析图

用地类型分析:研究范围内用地类型主要有建设用地、农田、水体/湿地、草地、灌木、森林等类型,由于土地利用类型直接影响区域生态环境抗干扰能力和生态恢复能力,因此利用GIS软件将区域按类型划分为以下四种敏感程度:城市建设用地为不敏感区、农田和园地为一般敏感区、森林、灌木和草地为较敏感区、水体和湿地为高敏感区。分析结果如图4-5所示。

图4-5:用地类型单因子分析图


4.2 生态多因子叠加分析

针对各个单因子分析评价的结果,根据各因子对生态敏感性的影响程度,利用GIS软件进行多因子加权叠加分析,最终得出研究区生态敏感性分析图如图4-6所示。

图4-6:研究区生态敏感性分析图


05.自然保护地生态安全网络格局优化


5.1 生态斑块与节点优化

本研究基于生态敏感性分析结果,并运用地理空间网格的方法对生态斑块进行评价分析。基于最小动物栖息地的生态空间理论范围,本研究创建的格网长宽确定为3km,即基于GIS软件操作平台数据管理工具下的创建渔网命令,将整个区域划分成多个规模等同的网格[9]。利用生态斑块与生态敏感性分析结果进行空间叠加对比,对选取出的生态敏感性高的区域需重点进行保护。

图5-1:高敏感区渔网栅格图

根据格网统计结果,对于生态斑块中生态敏感性较低的格网区域,需要对该区域进行生态管理以及人工修复等治理工作,使生态斑块内的生态系统完整性与原真性得到有效保护。由于生态斑块基本都是自然保护地所在处,此类区域应该重点保护其现状避免其被开发建设及各种人类活动的影响。

图5-2:高敏感区与整合优化后自然保护地对比图

如图5-3所示,自然保护地所划定的核心保护范围,均分布于生态敏感性高的区域。而所划定的一般控制区,有部分位于生态敏感性高的区域以外。在研究区构建生态安全网络格局时,应加强对一般控制区的生态环境保护。基于生态保护优化的原则,综合考虑研究区市域自然生态安全格局与发展需要,将自然保护地位于敏感性较低的区域划分为生态修复区。

图5-3:斑块区域生态修复方案构建图


5.2 生态廊道优化

根据格网统计结果,对于研究区生态网络格局中的生态廊道有三分之一位于高敏感区域内,对生态敏感性高的生态廊道区域需重点进行保护。而在主城区范围及部分区域的生态廊道敏感性较低。考虑城市发展与重点工程项目建设的需求,对这些区域的生态修复与生态保护措施更加复杂,应结合生态廊道的不同类型以及不同等级的需求,重点打造城市绿道与碧道项目建设,在满足城市开发与重点项目建设的同时,也能达到保护生态资源的远期目标。

图:5-4:生态廊道优化方案构建图


5.3 生态修复空间规划方案

如果区域生态网络体系结构一直处于稳定的状态,将能够促进生态网络物质流、能量流和信息流的流通,加快生态源斑块之间生态廊道生物迁徙的速度,间接维持和保护着区域内物种多样性,以推动自然生态空间可持续协调发展。综合叠加生态斑块与生态廊道的敏感性区域与生态修复空间,结合城市发展与生态功能重要性,对区域的生态修复时序进行规划(图5-5)。

图:5-5:生态修复区域时序规划图

根据以自然保护地为主体的生态网络格局要求,生态修复区域亦需保持自然基底、生物多样性和生态系统的原真性,使生态系统保持自然演替状态。生态修复区域实行自然修复为主、人工修复为辅的生态修复策略。对受损程度严重的自然基底和生态系统实行人工干预修复,对受损程度较轻的自然基底和生态系统实行自然修复。

对于自然保护地一般控制区内植物生态修复,采用小面积采伐方式伐除纯种人工植被,选择乡土树种营造多树种混交林,逐步恢复为地带性森林植被;对于受损天然阔叶林,可适当采取人工方法,促进生态系统恢复,包括截干保芽和人工补植等措施[10];对于受损野生动物栖息地,按野生动物类群和种类,分别开展栖息地修复;对于受损机动车道路或人为活动干扰区域,一是采取适当的人工干预方式增加绿化空间,选用乡土树种,对人为活动干扰严重区域进行绿化修复,二是清理外来入侵种,并在道路以及人为活动区域外围,设置安全缓冲带。


06. 小结

本文主要结合景观生态学理论对自然保护地为主体的生态网络格局进行构建,通过对高程、坡度、坡向、植被类型与土地利用多因子叠加的生态敏感性分析,以最小生物栖息地的3km网络栅格,对研究区生态网络格局方案进行评价分析。针对斑块-廊道模型的敏感性,提出保护与修复方案,并依据城市规划建设的需求以及重点工程项目建设等内容,确定生态修复区域的规划时序,维护与保护市域生态网络格局,从而实现代际公平。


参考文献

[1] 杨锐,申小莉,马克平. 关于贯彻落实“建立以国家公园为主体的自然保护地体系”的六项建议[J]. 生物多样性.2019,27(02): 137-139.

[2] 中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》.

[3] 邬建国.景观生态学—概念与理论[J].生态学杂志,2000(1):42~52.

[4] 杨志峰,徐俏,何孟常,毛显强,鱼京善.城市生态敏感性分析[J].中国环境科学,2002(04):73~77.

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[6] 宋晓龙,李晓文,白军红,黎聪,郑钰,焦松松.黄河三角洲国家级自然保护区生态敏感性评价[J].生态学报,2009,29(09):4836~4846.

[7] 艾乔.基于GIS的风景区生态敏感性分析评价研究[D].西南大学,2007.

[8] 尹海伟,徐建刚,陈昌勇,孔繁花.基于GIS的吴江东部地区生态敏感性分析[J].地理科学,2006(01):64~69.

[9] 赵青山,楼瑛强,孙悦华.动物栖息地选择评估的常用统计方法[J].动物学杂志,2013,48(05):732~741.

[10] 焦居仁.生态修复的要点与思考[J].中国水土保持,2003(02):5~6.


来源 | 广东省城乡规划设计研究院有限责任公司 

作者 | 规划四所 陈奕铭 何恺强

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