李昭陽+宋明曉+張贏月+高鏡婷+王孟

摘要：吉林省遼河流域是農(nóng)業(yè)種植和畜禽養(yǎng)殖的重點(diǎn)區(qū)域，由于生產(chǎn)與生活空間的不斷擴(kuò)張，基于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間受到侵占，科學(xué)地識別和劃定生態(tài)空間對于維持區(qū)域生態(tài)平衡、保障區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。在構(gòu)建包括植被覆蓋指數(shù)、植被類型、生境服務(wù)質(zhì)量指數(shù)、河流廊道連通性指數(shù)等4個指標(biāo)的生態(tài)空間重要性評價(jià)體系的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用3S技術(shù)（即遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)），集成多源空間數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間分析與因子分析法對吉林省遼河流域基于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間進(jìn)行評價(jià)，辨識出關(guān)鍵性生物多樣性保護(hù)用地空間。研究結(jié)果表明：極重要、重要的生態(tài)空間主要分布在研究區(qū)東南部的林地和河流廊道兩側(cè)，須重點(diǎn)保護(hù)、嚴(yán)禁或限制開發(fā)；研究區(qū)的西北部除城鎮(zhèn)外的區(qū)域評價(jià)等級為較重要，主要為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)；建設(shè)用地的生物多樣性程度較低。研究結(jié)果可為吉林省遼河流域的生態(tài)建設(shè)規(guī)劃與生物多樣性保護(hù)提供相應(yīng)理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)空間；遼河流域；生物多樣性保護(hù)；土地生態(tài)管理

中圖分類號： X87；X176文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）07-0220-04

2016年，我國正處于“十三五”規(guī)劃的開局之年，經(jīng)濟(jì)保持中高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)間的矛盾仍然存在，土地資源開發(fā)利用不合理、資源消耗高、生態(tài)系統(tǒng)退化等問題仍較為突出。踐行生態(tài)文明理念，走可持續(xù)發(fā)展的道路，就必須加強(qiáng)對國土空間的科學(xué)規(guī)劃。2010年12月國務(wù)院正式頒布《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》，將國土空間的結(jié)構(gòu)劃分為農(nóng)業(yè)空間、城市空間、生態(tài)空間、其他空間。生態(tài)空間指在不同空間尺度上，對維護(hù)關(guān)鍵生態(tài)過程和提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有重要意義的生態(tài)系統(tǒng)（土地單元）及其空間部分[1]。保留生態(tài)空間對維持生態(tài)平衡、保障生態(tài)系統(tǒng)連通性、隔離和緩沖有害的環(huán)境因素具有重要意義。生態(tài)空間的研究重點(diǎn)之一，就是對生態(tài)空間進(jìn)行識別。

根據(jù)不同的功能，生態(tài)空間可以分為多種類型。生物多樣性是指包括地球上所有的植物、動物、微生物物種及其所擁有的基因，各物種之間及各物種與生境之間的相互作用所構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過程[2]?；谏锒鄻有员Ｗo(hù)的生態(tài)空間是指從區(qū)域?qū)哟紊献R別生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵過程和空間格局，保護(hù)區(qū)域生物棲息地和生態(tài)系統(tǒng)的完整性、健康性的生態(tài)空間。

國外對基于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間研究多是對生態(tài)用地的劃分、生態(tài)服務(wù)功能以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行相關(guān)方面的評估。歐洲的研究者基于常規(guī)的土地利用體系，將具有維持生物多樣性功能的水域、林地、草地劃分出來[3]。日本學(xué)者從土地利用體系中劃分出森林和水域[4]。Malczewski提出了基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的多準(zhǔn)則土地適宜性評價(jià)方法[5]。德國的研究人員Vester F和Hsester A V就生態(tài)靈敏度分析模型作了詳盡的闡述[6]。

國內(nèi)對基于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間研究起步較晚，王智勇研究在江河湖泊、山體、風(fēng)景區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、農(nóng)田、林地等處設(shè)禁建區(qū)和限建區(qū)，通過對生態(tài)空間的保護(hù)和控制引導(dǎo)城市與區(qū)域發(fā)展[7]。許爾琪等結(jié)合國土規(guī)劃提取包括生物多樣性保護(hù)區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)、土壤保持區(qū)、洪水調(diào)蓄區(qū)、河岸防護(hù)帶和防風(fēng)固沙帶等6類國家核心生態(tài)空間，劃定維護(hù)國土安全的生態(tài)紅線[8]。近年，隨著新農(nóng)村建設(shè)取得顯著成效，呂賢軍等對城鄉(xiāng)生態(tài)空間規(guī)劃進(jìn)行了探索，強(qiáng)調(diào)生態(tài)優(yōu)先性，既保證經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長又維護(hù)了城鄉(xiāng)生態(tài)安全格局[9]。高瑞蓮等將3S技術(shù)（即遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)）應(yīng)用到生物多樣性保護(hù)的研究中，打破了傳統(tǒng)調(diào)查方法的局限性[10-11]。張黎娜等以受人為干擾劇烈的黃淮海濕地為研究對象，分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)鍵性生態(tài)功能區(qū)[12]。Xie等在生態(tài)重要性評價(jià)中將生物多樣性保護(hù)作為重要指標(biāo)之一，并用生境敏感性指數(shù)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[13]。

根據(jù)我國生物多樣性保護(hù)的重要性空間格局可知，吉林省位于生物多樣性保護(hù)的重要區(qū)[14]。吉林省遼河流域水網(wǎng)密集、植被物種豐富，同時(shí)也是吉林省農(nóng)業(yè)種植和畜禽養(yǎng)殖的重點(diǎn)區(qū)域，流域生產(chǎn)總值占全省的25%。無論從生態(tài)學(xué)角度還是社會經(jīng)濟(jì)學(xué)角度出發(fā)，以吉林省遼河流域作為典型區(qū)，進(jìn)行生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間識別，對區(qū)域生態(tài)建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展有重要的指導(dǎo)意義。目前，從事基于生物多樣性保護(hù)方面的空間辨識研究較少，本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，對影響生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間的指標(biāo)進(jìn)行篩選和補(bǔ)充，以便更準(zhǔn)確地反映吉林省遼河流域的生態(tài)特征，為區(qū)域生態(tài)安全格局設(shè)計(jì)以及生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

吉林省遼河流域地處松遼平原中部，地理位置123°18′～125°36′E，42°36′～44°10′N（圖1），流域面積15 710 km2，占全省總土地面積的8.38%，包括遼源市、四平市2個地級市和東遼縣、公主嶺市、梨樹縣、雙遼市、伊通滿族自治縣等5個縣（縣級市），總?cè)丝?63萬人。研究區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季干燥、氣候嚴(yán)寒，夏季降水集中、氣溫濕熱，年均氣溫在2～8 ℃左右，年降水量350～700 mm。研究區(qū)地處遼河流域上游，同時(shí)具備低山、丘陵和平原，地勢由東南向西北緩降，海拔655～99 m。

2研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1數(shù)據(jù)來源和處理

本研究主要運(yùn)用遙感和GIS的空間分析技術(shù)，應(yīng)用平臺為ArcGIS 10.0、Erdas 9.2、Fragstats 4.2。本研究數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)源見表1。表1研究數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)來源1 ∶165萬2012年吉林省土地現(xiàn)狀圖《吉林省地圖集》1 ∶165萬2012年吉林省水系濕地圖《吉林省地圖集》1 ∶165萬2012年吉林省植被類型圖《吉林省地圖集》NDVI數(shù)據(jù)風(fēng)云衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)http：//fy3.satellite.cma.gov.cn/portalsite/default.aspx和LAADS WEB https：//ladsweb.nascom.nasa.gov/（空間分辨率為250 m×250 m）DEM數(shù)據(jù)國家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺（分辨率為30 m）

在ArcGIS 10.0中從2012年吉林省土地利用現(xiàn)狀圖中提取主要的景觀類型，包括林地、濕地、水域、草地、農(nóng)田、建設(shè)用地，利用ArcGIS 10.0的空間分析工具對吉林省水系濕地圖作500 m緩沖區(qū)，并與提取的景觀類型圖疊加，得到2012年吉林省河流廊道空間分布圖。利用Fragstats 4.2軟件計(jì)算河流廊道的連通度，將計(jì)算結(jié)果在ArcGIS 10.0中進(jìn)行賦值，得到河流廊道連通性的空間分布圖。利用柵格計(jì)算器對土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行計(jì)算、修正得到生境服務(wù)質(zhì)量圖，將植被覆蓋指數(shù)圖、植被類型圖、生境服務(wù)質(zhì)量圖、河流廊道連通性空間分布圖作疊加運(yùn)算和重分類，最終將吉林省遼河流域生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間劃為4級，分別為極重要、重要、較重要、一般。

2.2研究方法

基于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間是指從區(qū)域?qū)哟紊献R別生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵過程和空間格局，保護(hù)區(qū)域生物棲息地和生態(tài)系統(tǒng)的完整性和健康性的生態(tài)空間用地。在已有的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量評估的基礎(chǔ)上，針對研究區(qū)植被覆蓋程度高、植被物種豐富、水網(wǎng)密集的特點(diǎn)及演變規(guī)律，篩選和構(gòu)建生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間識別的指標(biāo)體系，本研究以植被類型、植被覆蓋指數(shù)、生境服務(wù)質(zhì)量指數(shù)、河流廊道連通性作為評價(jià)指標(biāo)，分別評價(jià)每個指標(biāo)的重要性并進(jìn)行賦值，最后根據(jù)各指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果完成研究區(qū)生態(tài)空間的綜合識別圖。

2.2.1植被覆蓋指數(shù)由于植被覆蓋指數(shù)與生物量、光有效輻射等生物物理參數(shù)有較強(qiáng)的相關(guān)性，能夠有效反映地表植被的生長狀況、植被種植特征、生物量大小和覆蓋程度，本研究將植被覆蓋指數(shù)作為基于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間辨識的重要指標(biāo)，分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.2.2植被類型植被作為地表生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，受光照、溫度、降水量等環(huán)境因素影響生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流和能量流的傳遞。本研究區(qū)主要以人工植被為主，即為吉林省耕地的主要分布區(qū)。本研究區(qū)北部的主要植被類型為草地，東南部植被類型較多并以次生林、闊葉林為主，中部為耕地，耕地周圍多種植人工楊林作為農(nóng)田保護(hù)林。本研究參閱已有的國內(nèi)外研究，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，運(yùn)用專家咨詢的方法對植被類型進(jìn)行分級賦值，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.2.3生境服務(wù)質(zhì)量指數(shù)一般而言，生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性服務(wù)功能較高的地區(qū)都能為瀕危物種提供良好的生境[15]。通過保護(hù)生物多樣性服務(wù)功能，能維持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。參考謝高地等核算的生物多樣性服務(wù)當(dāng)量[16]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，根據(jù)保護(hù)級別予以修正，計(jì)算公式如下：

式中：S為生境服務(wù)質(zhì)量指數(shù)；l為各土地利用類型面積；n為生物多樣性服務(wù)當(dāng)量；m為保護(hù)級別修訂值。運(yùn)用ArcGIS 10.0的柵格計(jì)算器計(jì)算每個柵格單元的生境服務(wù)質(zhì)量指數(shù)，再進(jìn)行重分類，分別為極重要、重要、較重要、一般4類，并分別賦值為7、5、3、1，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.2.4河流廊道連通性指數(shù)所有景觀都會被廊道分割，同時(shí)又被廊道連接在一起[17]。連通性作為河流廊道的重要結(jié)構(gòu)特性，能提供良好的生境，利于植物體傳播，是能量、物質(zhì)和生物的源和匯[18]。利用Fragstats 4.2軟件計(jì)算河流廊道空間的連通性，將計(jì)算結(jié)果在ArcGIS 10.0中賦值，得到河流廊道連通性的空間分布圖，運(yùn)用自然斷點(diǎn)法重新分類，分別為極重要、重要、較重要、一般4類，并分別賦值為7、5、3、1，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.2.5生物多樣性保護(hù)用地綜合評價(jià)利用層次分析法對植被覆蓋指數(shù)、植被類型、生境服務(wù)質(zhì)量指數(shù)劃分權(quán)重，運(yùn)用ArcGIS 10.0的空間疊加分析功能，得到基于生物多樣性保護(hù)的綜合生態(tài)空間評價(jià)圖，計(jì)算公式如下：

式中：SS為生物多樣性保護(hù)用地綜合指數(shù)；Ci為第i個指標(biāo)的重要性等級值；Wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重。表2基于生物多樣性保護(hù)的生態(tài)空間評價(jià)指標(biāo)

指標(biāo)各生態(tài)元素對生物多樣性保護(hù)的貢獻(xiàn)分級極重要重要較重要一般植被覆蓋指數(shù)>0.6～1.0>0.4～0.6>0.2～0.40～0.2植被類型櫟楊樺林疏林草地、灌叢草地、蘆葦草地雜類草地、水田旱地生境服務(wù)質(zhì)量指數(shù)>15 000>1 300～15 000300～1 300<300河流廊道連通性指數(shù)>65.00>50.00～65.0035.00～50.00<35.00分級賦值7531

3結(jié)果與分析

根據(jù)上述識別方法，利用GIS 10.0對吉林省遼河流域關(guān)鍵性生態(tài)保護(hù)用地各單因子進(jìn)行評價(jià)，得到評價(jià)結(jié)果見表3。

由植被覆蓋方面的重要性空間分布情況（圖2）和表3可知，研究區(qū)內(nèi)植被覆蓋分布差異較大，呈現(xiàn)由西北向東南遞增的趨勢，極重要的地區(qū)出現(xiàn)在遼源市和四平市南部，主要的植被類型為溫帶落葉林區(qū)。植被覆蓋評價(jià)為極重要、重要的地區(qū)面積分別為656.68、1 850.64 km2，合計(jì)占研究區(qū)總面積的15.96%，該地區(qū)植被覆蓋程度較好。較重要的地區(qū)主要分布在四平市中部，該地區(qū)以旱地居多。

根據(jù)研究區(qū)植被類型空間分布情況（圖3）和表3可知，評價(jià)級別為極重要的地區(qū)主要位于四平市南部和遼源市大部分地區(qū)，主要植被類型為櫟楊樺林、松林。該地區(qū)面積為 2 675.41 km2，占研究區(qū)總面積的17.03%。四平市西北部的人工楊林、遼源南部的落葉松林、灌叢草地、疏林草地等為研究區(qū)重要的植被類型，面積為589.13 km2，較重要的植被類型為水田，分布于遼河沿岸，極重要、重要以及較重要的植被類型用地占研究區(qū)總面積的32.20%。重要性等級為一般的植被類型為旱田，分布在研究區(qū)的中部，占研究區(qū)總面積的 67.80%。

從圖4和表3研究區(qū)生境服務(wù)質(zhì)量可以看出，極重要、重要的地區(qū)分別占研究區(qū)總面積的17.25%、64.64%。極重要地區(qū)分布在四平市南部和遼源市大部分地區(qū)，該區(qū)域林地、灌叢、草地為重要的景觀類型，物種豐富，能提供較好的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。研究區(qū)西北部的堿蓬堿蒿草地、針茅草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較低，生境服務(wù)質(zhì)量等級為一般。

吉林省遼河流域的河流廊道面積為1 245.64 km2，占研究區(qū)總面積的11.04%。河流廊道內(nèi)所發(fā)生的傳輸或遷移取決于河流廊道的連通性，同時(shí)對廊道兩側(cè)的生境獨(dú)特性有明顯影響[19]。由研究區(qū)河流廊道的空間分布情況（圖5）和表3可知，研究區(qū)河流廊道保持較高的連通性。連同程度為極重要、重要的區(qū)域占研究區(qū)河流廊道總面積的73.60%，主要分布在研究區(qū)中部和南部，表現(xiàn)的景觀類型為農(nóng)田、水域。連通程度較重要的地區(qū)占研究區(qū)河流廊道總面積的11.11%，主要的景觀類型為少量的濕地和草地。連通性一般的地區(qū)多為建筑用地。

綜合評價(jià)結(jié)果（圖6）表明，極重要的地區(qū)主要位于研究區(qū)的南部以及河流廊道，少量分布在研究區(qū)北部，評價(jià)結(jié)果為極重要的地區(qū)植被覆蓋度高，主要植被類型為櫟楊樺林、松林，同時(shí)連通度較高的河流廊道提供極高生境服務(wù)質(zhì)量。分布在極重要的地區(qū)周圍的植被類型為落葉松林、灌叢草地、疏林草地等，與沿遼河流域種植的水田共同構(gòu)成生物多樣性保護(hù)用地的重要用地。研究區(qū)的中部種植大面積的旱田，雖然植被覆蓋度較高，但它提供的生境服務(wù)質(zhì)量受季節(jié)影響較大，評價(jià)結(jié)果為較重要。研究區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地評價(jià)等級為一般。

4結(jié)論

結(jié)合吉林省遼河流域的生態(tài)特點(diǎn)，從植被覆蓋指數(shù)、植被類型和生物服務(wù)質(zhì)量、河流廊道連通性4個方面出發(fā)，構(gòu)建生物多樣性保護(hù)用地識別的指標(biāo)體系。按照分級標(biāo)準(zhǔn)對植被覆蓋指數(shù)、植被類型和生物服務(wù)質(zhì)量、河流廊道連通性進(jìn)行重要性分級，利用GIS的空間疊加分析功能，得到生物多樣性保護(hù)用地的綜合空間評價(jià)分級圖，分級結(jié)果能準(zhǔn)確反映關(guān)鍵性生物多樣性保護(hù)用地的空間分布特征。

研究區(qū)東南部以及主要的水系周圍植被覆蓋度高，植被類型以林地、灌叢、草地為主，生境服務(wù)質(zhì)量高，同時(shí)河流廊道具有較好的連通性，能提供較高的生物多樣性服務(wù)價(jià)值，被評為極重要的生物多樣性保護(hù)用地。須對這些區(qū)域加以重點(diǎn)保護(hù)，禁止開發(fā)建設(shè)。

隨著人口增長，人類活動加劇、對環(huán)境的不合理開發(fā)等都造成對生態(tài)空間用地的破壞。對關(guān)鍵性生物多樣性保護(hù)用地的識別研究，有助于明確生態(tài)空間用地存在的問題，通過研究關(guān)鍵性生物多樣性保護(hù)用地的空間分布特征，有利于把握生態(tài)系統(tǒng)脆弱性特征，指導(dǎo)土地的生態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展。

本研究能較好地對研究區(qū)關(guān)鍵性生物多樣性保護(hù)用地進(jìn)行識別，對本研究區(qū)的生態(tài)安全、生態(tài)空間用地的辨識等具有指導(dǎo)意義。由于本研究區(qū)內(nèi)沒有國家級自然保護(hù)區(qū)和森林公園等重要的生態(tài)功能區(qū)，因此本研究未涉及重要功能區(qū)對生物多樣性保護(hù)用地的影響。此外，在今后的研究中，可進(jìn)一步擴(kuò)展指標(biāo)體系，提高研究尺度，使研究結(jié)果更具有指導(dǎo)性和操作性。

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