楊 柳，李繼光

（常州市規(guī)劃設(shè)計院，江蘇常州 213000）

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力是指生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾、偏離平衡狀態(tài)后所表現(xiàn)出的自我維持、自我調(diào)節(jié)及抵抗外界各種壓力和擾動的能力[1]。指數(shù)高的區(qū)域自我維持、調(diào)節(jié)和抗干擾能力較強，根據(jù)江蘇省《縣級國土空間生態(tài)保護和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評價是縣級保護修復(fù)規(guī)劃的重要任務(wù)，對摸清生態(tài)本底、識別生態(tài)問題、預(yù)判生態(tài)風(fēng)險具有重要而深遠(yuǎn)的意義[2]。

國內(nèi)外關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力相關(guān)理論的研究基本經(jīng)歷了3 個發(fā)展階段：①工程恢復(fù)力階段（20 世紀(jì)70年代）。主要是對“彈性”概念所涉及范圍的拓展，重點研究系統(tǒng)遭受擾動后恢復(fù)到原有穩(wěn)定狀態(tài)的速率和時間，強調(diào)的是復(fù)原的時間和速率[3]。②生態(tài)恢復(fù)力階段。該階段初次將恢復(fù)力的概念引入到生態(tài)系統(tǒng)研究中，把恢復(fù)力更多地與穩(wěn)定性相結(jié)合，強調(diào)系統(tǒng)在不發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移，或結(jié)構(gòu)、功能、負(fù)反饋不發(fā)生變化的前提下，能夠吸收干擾的度量，而非時間和速率。③生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力階段。該階段將恢復(fù)力擴展到多個生態(tài)系統(tǒng)之間，重點研究系統(tǒng)在保持結(jié)構(gòu)和功能時能夠忍受的變量。

國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力相關(guān)研究起步較晚，但理論研究及其實踐的推進速度較快。江蘇省《縣級國土空間生態(tài)保護和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》明確將生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、生態(tài)敏感性等作為縣級生態(tài)保護修復(fù)規(guī)劃的主要任務(wù)。提出在保護修復(fù)總體目標(biāo)和分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、生態(tài)敏感性等情況，識別保護修復(fù)的重點區(qū)域，確定重點工程項目。從恢復(fù)力減弱、生境破碎化等方面診斷生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量受損問題。分析生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較差區(qū)域與生態(tài)保護紅線、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田和生態(tài)空間管控區(qū)域的關(guān)系，診斷生態(tài)空間沖突問題。

1 研究區(qū)概況

常州市新北區(qū)位于常州市的最北部，地處東經(jīng)119°46′～120°01′、北緯31°48′～32°03′，北瀕長江，東與江陰相鄰，西與揚中、丹陽接壤，南接常州市老城區(qū)。區(qū)內(nèi)交通四通八達，區(qū)位條件優(yōu)越。全區(qū)國土空間總面積為508.91km2。2021 年行政區(qū)劃調(diào)整后，新北區(qū)下轄孟河鎮(zhèn)、西夏墅鎮(zhèn)、奔牛鎮(zhèn)、薛家鎮(zhèn)、羅溪鎮(zhèn)5 個鎮(zhèn)，以及魏村街道、春江街道、新橋街道、龍虎塘街道、三井街道5 個街道辦事處。

2 數(shù)據(jù)來源

新北區(qū)相關(guān)分析數(shù)據(jù)主要來源為各部門數(shù)據(jù)以及開源數(shù)據(jù)，詳見表1。

表1 相關(guān)分析數(shù)據(jù)來源

3 研究方法

目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的研究方法眾多，對影響生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的相關(guān)評價要素也存在差別，具有一定的差異性和局限性，尚未形成一致的觀點。對已有研究分析可知，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力主要受到植被豐富度、氣候條件、土壤、地形地貌、生產(chǎn)力等因素的影響。

依據(jù)江蘇省《縣級國土空間生態(tài)保護和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》要求，結(jié)合新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能特征，選擇植被豐富度、氣候條件、地形地貌3 個因素作為相關(guān)要素條件，建立生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評價綜合指標(biāo)體系，對新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力進行綜合評價，以揭示其空間分布情況。針對不同類型生態(tài)系統(tǒng)的特點，定性定量綜合評價生態(tài)系統(tǒng)。相關(guān)影響要素及單要素見表2。

表2 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評價相關(guān)要素表

3.1 植被豐富度計算

植被豐富度是按照植被覆蓋度方法進行計算。植被覆蓋度是指植被在地面上的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)域總面積的比例。植被覆蓋度一般可通過地面測量和遙感估算2 種方法進行計算。地面測量常用于特定場地等小尺度，遙感估算常用于城市區(qū)域等大尺度。通過多年的理論研究，目前已經(jīng)發(fā)展出很多利用遙感數(shù)據(jù)測量植被覆蓋度的方法。較為實用的就是利用植被指數(shù)來近似估算植被覆蓋度，常用的植被指數(shù)即NDVI。提取landsat8 衛(wèi)星影像，取波段4 與波段5 圖，通過輻射校正、影響拼接和裁剪，大氣校正后，根據(jù)歸一化差分植被指數(shù)計算公式，測算植被覆蓋度作為植被豐富度指標(biāo)。具體測算公式：

根據(jù) NDVI（歸一化差分植被指數(shù)）=（Band5-Band4）/（Band5+Band4）。

3.2 氣候條件

氣候條件指數(shù)是評估生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的重要因素，主要隨時間與地理分布發(fā)生變化。對生物多樣性、日常生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局有重要指導(dǎo)作用。氣候條件指數(shù)越高，越適宜生物棲息及農(nóng)業(yè)耕作。氣候條件與植被覆蓋、水網(wǎng)密度、地形坡度、多年平均降水4 個單因子強相關(guān)。

3.2.1 水網(wǎng)密度計算。根據(jù)常州市2020 年國土資源三調(diào)數(shù)據(jù)和常州市2019 年水資源公報數(shù)據(jù)，提取三調(diào)河流長度、水域面積，并結(jié)合2019 年常州市水資源公報中水資源量數(shù)據(jù)，測算水網(wǎng)密度。具體測算公式：

水網(wǎng)密度指數(shù)=（Ariv×河流長度/ 區(qū)域面積+Alak×水域面積（湖泊、水庫、河渠）/區(qū)域面積+Ares×水資源量/區(qū)域面積）/3。

式中，Ariv 為河流長度的歸一化數(shù)值，參考值為84.3704 083981；Alak——水域面積歸一化數(shù)值，參考值為591.7908 642005；Ares——水資源量的歸一化數(shù)值，參考值86.3869548281。

3.2.2 地形坡度計算。提取常州市2019 年地形圖高程點數(shù)據(jù)，柵格地表面構(gòu)建dem 數(shù)字高程數(shù)據(jù)后，通過3D 分析工具-柵格表面-坡度計算得到地形坡度數(shù)據(jù)。

3.2.3 多年平均降水量計算。根據(jù)中國氣象服務(wù)網(wǎng)多年年平均降水量，常州市范圍對全國多年年平均降水量進行裁圖，獲取相應(yīng)范圍的平均降水量數(shù)據(jù)。

3.2.4 氣候條件分析。氣候條件與植被覆蓋、水網(wǎng)密度、地形坡度、多年平均降水4 個單因子強相關(guān)。各單因子權(quán)重值參照以下公式：氣候條件指數(shù)=0.35×植被覆蓋度+0.45×水網(wǎng)密度+0.05×坡度+0.15×降水。采用無量綱化極值法。

3.3 地形土壤

地形土壤是評估生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的重要因素，主要隨地理空間分布發(fā)生變化，對城市建設(shè)及日常生活有相關(guān)指導(dǎo)作用。地形土壤指數(shù)高的區(qū)域，其生態(tài)價值越高。地形土壤與地表高程、地形坡度、土壤成分3個單因子相關(guān)。

3.3.1 地表高程計算。提取常州市2019 年地形圖高程點數(shù)據(jù)，GIS 軟件加載新北區(qū)CAD 地形，提取annotation，通過數(shù)據(jù)處理工具-要素-要素轉(zhuǎn)點，生成高程點數(shù)據(jù)后，新建elvevation 字段，通過數(shù)據(jù)處理工具-tin-創(chuàng)建tin，輸入字段為elveation，再經(jīng)過tin 轉(zhuǎn)柵格，采樣距離設(shè)置為10，最終形成地表高程數(shù)據(jù)。

3.3.2 土壤成分計算。根據(jù)江蘇省土壤類型數(shù)據(jù)，提取新北區(qū)土壤成分?jǐn)?shù)據(jù)。

3.3.3 地形土壤計算。地形土壤指數(shù)=0.4×地表高程+0.3×地形坡度+0.3×土壤成分。三要素均歸一化處理后采用極值法無量綱化。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評價分析

以新北區(qū)氣候條件重要性評價、地形土壤重要性評價和植被覆蓋指數(shù)分析結(jié)果為基礎(chǔ)，綜合評價常州市新北區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力。對氣候條件、地形土壤、植被覆蓋指數(shù)分別歸一化處理。根據(jù)德爾菲法，給氣候條件、地形土壤、植被覆蓋指數(shù)賦權(quán)重，依次為0.35、0.25、0.40，將這三要素進行線形加權(quán)疊加。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力指數(shù)=0.35×氣候條件指數(shù)+0.25×地形土壤指數(shù)+0.40×植被覆蓋指數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 植被豐富度

截取常州市2019 年landsat8 衛(wèi)星影像（從地理空間數(shù)據(jù)云下載），根據(jù)提取的波段4 和波段5 衛(wèi)星影像，通過前期數(shù)據(jù)處理分析，按照計算公式測算，新北區(qū)2019 年植被覆蓋度為59.8%，覆蓋度呈現(xiàn)西部高、東部低的趨勢。

4.2 氣候條件

4.2.1 水網(wǎng)密度。河流長度利用GIS 軟件在三調(diào)中提取河流水面地類圖斑，按照面轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)換方式得到河流長度。經(jīng)測算新北區(qū)河流長度為767.85km。水域面積利用GIS 軟件在三調(diào)中提取河流水面、湖泊水面、水庫、養(yǎng)殖坑塘、坑塘水面等水域相關(guān)地類圖斑，測得水域面積7690.34hm2。根據(jù)2019 年常州水資源公報計算水資源量，按照低于年平均值的方法進行測算，地表水資源量12.26 億m3。最終綜合計算，新北區(qū)水網(wǎng)密度指數(shù)為37.93，呈現(xiàn)北部高、南部低的區(qū)域，水網(wǎng)密度指數(shù)低于常州市平均值。

圖1 新北區(qū)植被覆蓋度

圖2 新北區(qū)河流水面

圖3 新北區(qū)水域區(qū)域

4.2.2 地形坡度。經(jīng)計算新北區(qū)地勢絕大區(qū)域相對平緩，小黃山、棲鳳山坡度較高，坡度基本在0°～26°之間。

4.2.3 多年平均降水量計算。經(jīng)空間插值化處理后提取分析，新北區(qū)年平均降水量在1110.4～1144.4mm 之間，為1125.6mm，從北到南降水有輕微減少趨勢。

圖4 新北區(qū)水網(wǎng)密度

圖5 新北區(qū)地形坡度

圖6 新北區(qū)平均降水量

4.2.4 氣候條件計算。經(jīng)計算，新北區(qū)氣候條件由北往南總體呈現(xiàn)減弱趨勢，沿江地區(qū)和中心城區(qū)氣候條件相對較差（以上4 項要素均為歸一化后數(shù)據(jù)，下同）。

4.3 地形地貌

圖7 新北區(qū)氣候條件評價圖

4.3.1 地表高程。經(jīng)分析新北區(qū)地表高程在0～96m 之間，全區(qū)高程普遍較低，北側(cè)小黃山、棲鳳山山體較高。

圖8 新北區(qū)高程點數(shù)據(jù)

圖9 新北區(qū)地表高程數(shù)據(jù)

4.3.2 土壤成分。分析發(fā)現(xiàn)，新北區(qū)土壤類型主要為水稻土，小黃山區(qū)域為棕色石灰土，奔牛鎮(zhèn)局部為龜裂土。

4.3.3 地形土壤綜合評價分析。經(jīng)分析，小黃山、長江沿線、奔牛鎮(zhèn)區(qū)、新孟河、德勝河、藻港河等區(qū)域地形土壤指數(shù)較低。

圖10 新北區(qū)土壤成分

圖11 新北區(qū)地形土壤

圖12 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力分布圖

4.4 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評價分析

按照生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力指數(shù)公式進行計算，最終得到生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評價分析結(jié)果，然后依照分級標(biāo)準(zhǔn)百分比分布情況確定評價等級。將生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力劃分為5 個等級：＞80 為強，70～80 為較強，50～70為一般，30～50 為較弱，低于30 為弱。

由表3 可見，新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力以較旨、中等為主，分別為33.08%、28.87%；2 個等級占區(qū)域總規(guī)模的60%以上，等級為弱、較高的規(guī)模接近，分別為17.8%、17.45%；評價等級為強的區(qū)域最少，為2.79%?？傮w上看，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力強與較強的占比較少。

表3 常州市新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力等級規(guī)模分布

從空間分布上看，新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力弱區(qū)域主要分布在三井街道、龍虎塘街道、薛家鎮(zhèn)等城市建成區(qū)，以及長江沿線、京杭大運河、新孟河、德勝河、藻江河等河流水域區(qū)域。該區(qū)域多是由于人為開發(fā)建設(shè)活動強度大、生態(tài)要素單一性或敏感性高，導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力偏弱。評價等級為較弱和中等的區(qū)域，廣泛分布在中心城區(qū)外圍區(qū)，評價等級較強與強的區(qū)域主要為城市外圍農(nóng)林用地、小黃山等區(qū)域。

新北區(qū)部分河道由于坡度、高程變化帶來的地形土壤變化，導(dǎo)致評價指數(shù)較低，如長江周邊、城市建成區(qū)等區(qū)域，主要是由于植被覆蓋低的因素，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較弱。對于恢復(fù)力強、較強的區(qū)域，主要采取切斷人為干預(yù)、禁止污染排放、封山育林和保證生態(tài)流量等自然恢復(fù)措施，消除脅迫因素，促進生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。對于恢復(fù)力弱、較弱的，人為活動密集、開發(fā)建設(shè)強度較高的區(qū)域，應(yīng)考慮人工修復(fù)措施為主、輔助自然恢復(fù)的方法。在消除脅迫要素的基礎(chǔ)上，采取改善物理環(huán)境、增加植被種植、修復(fù)破損生態(tài)用地等措施，引導(dǎo)和促進生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)。新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力整體差異顯著，呈現(xiàn)由東向西生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力逐步增強的趨勢。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力弱的區(qū)域主要分布在城市中心城區(qū)以及長江沿線、外圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)等區(qū)域，植被覆蓋率低，土壤地形變化是主要原因。建議重點加強各類生態(tài)廊道、綠地建設(shè)，加強水環(huán)境治理和水污染防治等。

5 不足與展望

首先，對生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力影響的相關(guān)要素眾多，依據(jù)江蘇省《縣級國土空間生態(tài)保護和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》要求，綜合當(dāng)前領(lǐng)域普遍認(rèn)可的植被豐富度、地形地貌、地形土壤3 個要素進行分析，但在分析過程中存在單要素重復(fù)利用、交叉使用、缺失要素未納入分析等的情況。未來隨著相關(guān)理論研究深入，應(yīng)納入更多影響要素，形成更全面、更科學(xué)、更合理的多要素評價指標(biāo)體系。

其次，相關(guān)分析研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)可能存在多穩(wěn)態(tài)機制，即生態(tài)系統(tǒng)在最理想狀態(tài)下受到外部干預(yù)后系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生突變，并進入多種潛在的非理想穩(wěn)定狀態(tài)。這會導(dǎo)致在定量分析生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力過程中，對最理想狀態(tài)及達到該狀態(tài)的生態(tài)恢復(fù)力判斷存在偏差，即經(jīng)分析生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到的是生態(tài)系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)中的一個，但不是最穩(wěn)定、最理想的狀態(tài)。

最后，本研究使用的數(shù)據(jù)均來源于各部門提供或開源數(shù)據(jù)，在影像解譯、遙感反演、空間疊加分析中不可避免地存在數(shù)據(jù)誤差。此外，數(shù)據(jù)的精度及年份差異、要素權(quán)重值及評價等級劃分等，都會對評價結(jié)果帶來較大影響。當(dāng)前，對生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的定量分析方法研究依然有限，缺少普適的觀點和表征生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力定量分析指標(biāo)體系，評價分析受主觀因素影響較大。因而，如何選取要素以及要素的權(quán)重確定，未來還有待進一步研究。