基于生態位模型的基塘利用適宜度評價

葉長盛，仲亞美，孫 麗，李志文

（東華理工大學地球科學學院，南昌 330013）

0 引 言

基塘是三角洲低洼易澇地區人們為了排澇灌溉，因地制宜改造自然，將低洼地挖地成塘、堆泥成基而形成的一種特殊的土地利用方式，是國際上公認的最典型的生態農業用地類型之一，也是珠江三角洲地區人多地少、勞力密集、經濟效益高的土地利用方式[1]，在珠江三角洲土地利用格局中具有重要地位。聯合國教科文組織稱“桑基魚塘”為“世間罕有美景、良性循環典范”，把珠江三角洲“桑基魚塘”列為區域農業開發的典型范例，其成功經驗深受國內外專家的推崇[2-8]。隨著珠江三角洲人口的與年俱增，農業化、工業化和城市化進程廣泛而深入的推進，這種傳統的土地利用格局發生了劇烈變化，傳統的基塘系統受到嚴重沖擊，基塘面積急劇萎縮，大量基塘轉化為建設用地，基塘景觀出現了破碎化、孤島化等現象[9-11]。工業“三廢”、城鎮生活污水、農業化肥農藥等污染導致了大量基塘系統退化，造成其生態經濟功能下降乃至喪失[12]。基塘系統過度集約化養殖以及生產結構中種植業比例大規模縮減，“重塘輕基”現象明顯[13]，不但影響了基塘農業生產功能，還降低了其對區域生態環境的調控能力[14]，成為當地經濟社會生態可持續發展的隱患和難題[15-17]。珠江三角洲社會經濟的轉型發展和基塘的可持續利用，迫切需要進一步摸清基塘利用質量，為基塘生態系統的整治與重構提供技術支撐。

生態位理論作為生態學的重要理論之一[18]，可用區域的現實生態位和最適生態位之間的差異程度來衡量現實資源條件對某種土地利用方式的適宜性程度，可以探尋現實生態位與最適生態位之間的耦合程度，為土地適宜性評價提供了新途徑[19]，成為評價土地利用質量的重要手段。現有研究多從不同土地利用方式的特性出發，構建相應的生態位適宜度評價指標體系和評價模型，開展了耕地[20-21]、農村居民點[18,22]、低丘緩坡土地[23]、高標準農田[24]、建設用地[25-26]等類型的適宜性評價以及土地生態經濟適宜性評價[19]、土地利用功能分區[27]等研究，為區域土地資源的開發、整治及優化配置提供了科學依據。利用生態位適宜度模型可以測度基塘用地的現實生態位和最適生態位之間的差異，衡量出自然、經濟、社會等條件對基塘利用方式的適宜性程度，反映出基塘用地的功能、地位、資源條件的優劣程度以及在區域生態系統中的狀態，實現基塘利用質量評價的目標。鑒于此，本文以珠江三角洲“桑基魚塘”發源地—佛山市南海區為例，從自然質量、社會經濟、空間形態3個維度構建基塘生態位適宜度評價指標體系和評價模型，劃分基塘生態位適宜度等級，分析基塘利用質量及其分布特征，為基塘用地空間優化布局、可持續利用及其整治提供依據。

1 研究區概況

佛山市南海區地處廣東省中部、珠江三角洲腹地，西江、北江下游，屬海洋性季風氣候，光熱資源豐富，雨量豐沛，年平均氣溫21.8 ℃，年均降雨量1 638 mm。境內河網密布，河道交錯縱橫，河流（涌）占7.20%。2013年，南海區生產總值達 2 172.44×108元，工業總產值5 067.31×108元，農業總產值 83.19×108元，其中漁業產值29.26×108元，塘魚總產量195 982 t。

2013年，佛山市南海區基塘面積17 594.29 hm2，占土地總面積的16.42%，是南海區最主要的農業用地類型之一。基塘分布呈現明顯的西南多、東部少的特征。西南地區的西樵、九江是珠江三角洲基塘的發源地，丹灶是典型的新增基塘區，3鎮基塘面積13 146.83 hm2，占基塘總面積的74.72%；東部城區的桂城、羅村、大瀝受城鎮擴展、工業發展等影響，3街鎮基塘面積僅717.72 hm2，占基塘總面積的 4.08%；北部的獅山、里水基塘面積3 729.74 hm2，占基塘總面積的21.20%。總而言之，隨著南海區社會經濟快速發展和各項基礎設施建設，基塘系統遭受極大沖擊，大量質量好、產能高的傳統基塘被建設占用，基塘斑塊被建設用地切割，破碎化現象嚴重，連片性下降，增加了規模經營的難度，一定程度上影響了基塘利用的經濟效益和勞動生產率，導致基塘利用質量下降。

2 研究方法

2.1 基塘生態位的內涵

本文根據Hutchinson的“多維超體積”生態位理論[28]，參考耕地生態位的概念與內涵[20,29]，將基塘生態位定義為：基塘生態系統在區域生態系統中的地位、作用和功能以及與其他土地利用類型生態系統的相對關系，是自然、經濟和社會等多種因子共同支撐的結果，即為允許或支撐基塘生態系統存在的超體積，即n維因子中的超體積。可用一個函數來表述[24]

式中F為評價區域的基塘生態位，xj為影響基塘生態位大小的各維度因素，即生態位因子，j為生態位因子的總個數。

2.2 基塘生態位適宜度評價模型

基塘生態位適宜度是基塘用地向人類提供的或可被利用的各類自然要素和社會經濟要素與人類需求之間的耦合關系，也可看作是對基塘用地所能提供的自然、經濟、社會資源的多樣性、數量及效率的測度，能夠反映基塘用地對人類經濟、生產等活動的適宜程度，受自然、社會經濟及自然-社會經濟復合因素等的制約和限制。根據基塘生態位適宜度各維度的內在屬性，把自然質量生態位適宜度歸屬于自然生態系統、社會經濟生態位適宜度歸屬于人工生態系統、空間形態生態位適宜度歸屬于人工-自然綜合生態系統。3種屬性的生態位適宜度測算方法分別如下：

1）希伯特空間模型。該模型是基于不同評價主體的生態位重疊度，把生態位適宜度定義為評價單元各生態位因子的現實生態位與最適生態位之間的重疊。該生態位適宜度測算模型結果在[0，1]區間的寬窄度，適用于基塘自然質量維生態位適宜度評價。公式如下

式中BFi為第i個評價單元的自然質量維生態位適宜度；BIij表示第i個評價單元的第j項生態因子的現實生態位；BIpj表示南海區第j項生態因子的最適生態位；Wj表示第j項生態因子的權重；m表示自然質量維生態因子個數。

2）加權平均模型。該模型側重于現實生態位與最適生態位之間的比值，適用于城鎮、社會方面的研究，可用于基塘社會經濟維生態位適度的測算。公式如下

式中GFi為第i個評價單元的社會經濟維生態位適宜度；AGij表示第i個評價單元的第j項生態因子的現實生態位；AGpj表示南海區第j項生態因子的最適生態位；N表示社會經濟維生態因子個數。

3）限制因子模型。限制性因子模型主要是針對于某些限制性因子對評價主體的生態位適宜度所起到的制約作用。基塘空間形態受自然與人為雙重因素的影響，可用限制因子模型測算。公式如下

式中AFi為第i個評價單元的空間形態維生態位適宜度；ADij表示第i個評價單元的第j項生態因子的現實生態位；ADpj表示南海區第 j項生態因子的最適生態位；M表示空間形態維生態因子個數。

4）基塘生態位適宜度。基塘生態位適宜度是通過對自然質量、社會經濟、空間形態 3個維度的生態位適宜度加權求和獲得。公式如下

式中 NFi表示第 i個評價單元的基塘生態位適宜度，WB為自然質量維權重，WG為社會經濟維權重，WA為空間形態維權重。

2.3 基塘生態位適宜度評價指標體系

在遵循科學性、綜合性、可操作性和數據可獲取性的原則上，結合基塘利用實際狀況，參照土地適宜性評價指標體系，從自然質量、社會經濟、空間形態 3個維度構建基塘生態位適宜度評價指標體系，一共15個指標，權重采用層次分析法確定（表1）。

自然質量維主要反映基塘利用的自然稟賦條件和生態條件，體現其內在影響因素；社會經濟維主要反映基塘利用對社會經濟發展的適宜程度，距離城鎮和交通干線越近，基塘被占用的可能性越大，產出情況通過農用地利用等這個綜合性指標來體現；空間形態維主要反映基塘規模狀況、幾何形狀特征，體現出基塘利用的集中程度。

表1 基塘生態位適宜度評價指標體系Table 1 Evaluation system for Niche fitness of Dike-pond

2.4 數據來源與屬性數據獲取

本研究以2013年遙感影像解譯得到的土地利用現狀圖為基礎數據，空間分辨率為30 m×30 m，精度均達到85%以上，數據可靠性較好。農用地利用等、土壤性狀等數據來自2013年佛山市南海區農用地分等定級成果。數據的標準化采用極值法進行無量綱化處理。

1）坡度與高程：從佛山市南海區DEM數據中獲取。

2）土壤性狀：土壤表層質地、pH值、土壤有機質含量與土壤剖面構型等土壤性狀數據從佛山市農用地分等定級數據庫成果中獲取樣點數據，利用克里格插值法獲得指標數據。

3）河流影響度：河流在基塘發育過程中起著重要的作用，也為塘面養殖、基面種植提供所需的水源。利用ArcGIS10.2中的近鄰分析測算出評價單元距水系的最鄰近距離。距離河流越近，基塘利用受其影響越大。

4）道路通達度：利用ArcGIS10.2中的近鄰分析計算各評價單元距交通干線的最鄰近距離。距離交通干線越近，基塘被占用的可能性越大。

5）城鎮影響度：利用ArcGIS10.2中的近鄰分析計算各評價單元距城鎮建成區的最鄰近距離。離城鎮建成區越近，基塘被占用的可能性越大。

6）利用便利度：利用ArcGIS10.2中的近鄰分析測算出評價單元與村莊的距離。距村莊越近，利用便利程度越高，反之則越低。

7）農用地利用等：依據構成土地質量穩定的自然條件和經濟條件綜合評定得出，可以反映農用地產能狀況。利用南海區農用地分等定級成果，將其農用地利用等指數進行克里格插值，獲得評價單元基塘利用等，從而獲取基塘產能狀況。

8）基塘面積比：基塘面積占評價單元的比例。

9）破碎度系數：評價單元內基塘圖斑數與基塘面積之比，用來衡量基塘的破碎化程度。

10）分維數：反映基塘鑲嵌體幾何形狀的復雜性，可以度量基塘邊緣復雜性。公式為

式中VFDI表示分維數，Li為第i個評價單元內基塘邊界周長總和，VFDI越大，表明基塘形狀越復雜，VFDI越小，基塘形狀越規整。Ai為第i個評價單元基塘面積，m2。

11）集中連片系數：可反映基塘規模大小，越大越容易產生規模效應。公式為

式中iCV∏表示基塘集中連片系數，S為每個評價單元面積，m2，al、ak為第 l、第 k個基塘的面積，nlk為基塘 l和基塘k之間的連接數。iCV∏越大，基塘連片程度越高，反之則越低。

2.5 評價單元與評價因子最適值的確定

基塘圖斑連片性較強，為提高評價結果的精度，將南海區基塘圖斑劃分為 300 m×300 m 的網格單元，共3 871個評價單元。

由于自然質量、社會經濟、空間形態 3個維度存在著較大的差異，各類評價因子的理想值無法統一劃定。對于負向型評價因子，如高程、坡度、破碎度、分維數等，選擇其最小值作為最適生態位；對于正向型的評價因子，如河流影響度、基塘面積比、集中連片系數等，選擇其最大值作為最適生態位；對區間適宜型生態因子，如土壤pH值、土壤表層質地等先轉化為正向型，再選擇其最大值作為最適生態位。

2.6 基塘生態位適宜度等級劃分

區域范圍內，基塘生態位適宜度等級是一個相對的概念，在綜合考慮適宜度指數值的基礎上，運用自然斷裂法將各生態位適宜度進行聚類分析（表2），劃分出高、較高、中等、低4個生態位適宜度等級，具體結果如圖1。

表2 基塘生態位適宜度等級劃分標準Table 2 Classification standard of Niche fitness level of Dike-pond

圖1 佛山市南海區基塘生態位適宜度空間分布Fig.1 Spatial distribution of Niche fitness of Dike-pond in Nanhai District of Foshan city

3 結果與分析

3.1 基塘自然質量維生態位適宜度數量及分布

佛山市南海區地勢平坦、土壤肥沃、河網密布，自然條件優越。基塘用地99.20%分布在高程10 m以下、93.03%分布在坡度 2°的區域。基面土壤表層質地優越，呈現“南高北低”的分布特征；有機質含量高的區域多分布在中西部、含量低的集中在南部及東北部；土壤剖面構型相對較差，高值區主要分布在九江、西樵等傳統基塘區。整體而言，南海區基塘用地自然質量條件較好，以較高、中等生態維適宜度基塘為主，低生態位適宜度基塘較少（表3）。較高適宜度基塘面積達7 130.09 hm2，占基塘總面積的 40.53%；中等適宜度基塘面積5 622.52 hm2，占基塘總面積31.96%；高適宜度基塘面積為3 266.04 hm2，占基塘總面積18.56%；低適宜度基塘面積最少，僅1 575.63 hm2，占比8.96%。

南海區基塘自然質量維適宜度南北差異顯著，南部傳統基塘區明顯高于北部（表3）。高適宜度基塘主要分布在西南地區的九江、西樵、丹灶 3鎮，面積達2 617.84 hm2，占全區高適宜度面積的80.15%，從側面說明了人類因地制宜開發利用傳統基塘的合理性；較高適宜度基塘也主要分布在西南3鎮，面積達5 605.68 hm2，占全區較高適宜度面積的78.62%；低生態位適宜度基塘主要分布在九江、獅山、丹灶等鎮，九江鎮面積達380.89 hm2，占全區低適宜度基塘面積的24.17%；中等適宜度基塘則主要分布在西樵、丹灶、獅山等鎮，西樵面積最大，占全區中等適宜度基塘的39.53%。

各街鎮基塘自然質量條件整體較好，低自然質量基塘面積較小，不同等級適宜度構成差異顯著。桂城街道高適宜度基塘占絕對優勢，占該街道基塘面積的87.19%；羅村街道的較高適宜度基塘占該街道基塘面積的60.49%；九江鎮的較高、高適宜度基塘分別占該鎮基塘面積的47.22%、26.18%；大瀝鎮則以中等、低適宜度基塘為主，分別占該鎮基塘面積的51.88%、42.24%；西樵鎮則是較高、中等適宜度基塘各占40.80%、42.93%；獅山、里水、丹灶主要以較高、中等適宜度基塘為主。

表3 基塘自然質量維生態位適宜度等級及分布Table 3 Distribution of Niche fitness of natural quality of Dike-pond

3.2 基塘社會經濟維生態位適宜度數量及分布

在南海區，距城鎮、交通干線越近，基塘分布越多，被占用的可能性也越大，因此道路通達度、城鎮影響度越高，社會經濟適宜度會越差，同時61.48%基塘的產能處于中等水平，以致基塘社會經濟維適宜度整體發展水平相對較低，以中等、較高生態位適宜度基塘為主，高生態位適宜度基塘少（表4）。其中，中等生態位適宜度基塘面積最大，為6 373.32 hm2，占基塘總面積的36.22%；較高生態位適宜度基塘面積為5 960.50 hm2，占基塘總面積的 33.88%；高、低生態位適宜度基塘面積分別為2 152.75 hm2、3 107.70 hm2，占基塘總面積的12.24%、17.66%。

高適宜度基塘主要分布在九江、獅山 2鎮，面積為1 018.87、481.17 hm2，分別占全區高適宜度基塘的47.33%、22.35%；較高適宜度基塘主要分布在西南地區的西樵、九江、丹灶3鎮，面積達4 663.32 hm2，占全區較高適宜度基塘的78.24%；中等適宜度基塘也主要分布在西南地區的3鎮，占全區中等適宜度基塘的74.97%；低適宜度基塘集中分布在丹灶、西樵，分別占全區低適宜度基塘的31.81%、28.87%（表4）。

從各街鎮社會經濟維適宜度等級構成看，羅村街道以中等適宜度基塘為主，占該街道基塘面積的68.81%，低適宜度基塘占18.60%；大瀝鎮則是低適宜度基塘最多，占該鎮基塘面積的 41.89%，其次是較高適宜度，占24.07%；桂城、獅山、里水、丹灶、九江、西樵 6街鎮都以較高、中等適宜度基塘為主。

表4 基塘社會經濟維生態位適宜度等級及分布Table 4 Distribution of Niche fitness degree of social economy of Dike-pond

3.3 基塘空間形態維生態位適宜度數量及分布

連續、規整的空間形態有利于維持基塘生態功能、提高產能、保持景觀持續性與穩定性。在南海區，近2/3評價單位的基塘用地比在75%以上，破碎度在0.5以下的基塘面積占94.54%，絕大部分評價單元的基塘分維數在1.50以下，分布均呈現南高北低的特征；高連片性的基塘集中在西南部的九江、西樵、丹灶 3鎮，東部城區、北部地區基塘較為破碎，連片性相對較差。基塘空間形態生態維適宜度水平整體較高（表5），高適宜度基塘面積達9 494.36 hm2，占基塘總面積的53.96%；較高適宜度基塘面積2 942.02 hm2，占比16.72%，中等適宜度基塘面積2 905.87 hm2，低適宜度基塘最少，為2 252.04 hm2，占基塘總面積的12.80%。

從分布上看，呈現明顯的“南高北低”，西南部空間形態明顯優于北部、東部（表5）。由于西南3鎮基塘連片性強，空間形態適宜度高的基塘多分布于此，面積達8 773.06 hm2，占全區高適宜度基塘的92.40%；較高適宜度基塘相對均衡分布在西南3鎮和北部2鎮；中等適宜度基塘以獅山鎮分布最多，面積為753.69 hm2，其次是西樵、丹灶和九江；低適宜度基塘北部地區范圍最大，獅山鎮占全區低適宜度基塘的 30.28%，里水鎮占17.31%。

表5 基塘間形態維生態位適宜度等級及分布Table 5 Distribution of spatial pattern of Dike-pond

從各街鎮等級構成上看，西南 3鎮均以高適宜度基塘為主，其中九江鎮高適宜度基塘占該鎮基塘比例達69.76%、西樵鎮、丹灶鎮也分別達到67.90%、61.31%；桂城街道基塘形態較為破碎、連片性差，低適宜度基塘面積較大，占該街道基塘的45.09%；其余4鎮不同適宜度基塘分布相對較為均衡，如羅村街道高、較高、中等適宜度分別占該街道基塘面積的 30.38%、28.63%、24.66%，獅山、里水基塘空間形態適宜度面積由大到小依次為中等、低、較高。

3.4 基塘生態位適宜度數量及分布

南海區基塘自然質量較好，空間形態相對規整，生態位適宜度水平普遍較高（表6），以高生態位適宜度為主，面積高達9 611.80 hm2，占基塘總面積的54.63%，較高、中等生態位適宜度基塘面積分別為 3 301.35、3 274.72 hm2，占基塘總面積的18.76%、18.61%，低生態位適宜度基塘為1 406.43 hm2，僅占基塘總面積的7.99%。

空間分布上，呈現明顯的“南高北低”特點（表6）。高生態位適宜度基塘集中分布在西南地區西樵、九江、丹灶3鎮，占全區高適宜度基塘的91.41%，其中珠江三角洲傳統基塘發源地的西樵、九江占68.83%，還有少量分布在獅山和里水；較高適宜度基塘分布在西南、北部5鎮，其中西樵鎮面積最大，其次是丹灶、獅山；中等適宜度基塘則以獅山鎮分布最多，面積為892.14 hm2，其次是西樵鎮和里水鎮；低適宜度基塘則以北部地區分布較多，其中獅山鎮就占全區低適宜度基塘面積的30.86%。

各街鎮基塘適宜度等級構成上，西南 3鎮的高適宜度基塘占明顯的優勢，九江鎮高適宜度基塘占該鎮基塘面積的 71.96%，西樵鎮占 66.68%，丹灶鎮占 60.73%；北部地區的獅山鎮、里水鎮則主要由中等、較高適宜度基塘構成；東部城區不同等級適宜度構成相對均衡，桂城街道面積最大的是中等適宜度，羅村街道為高適宜度，大瀝鎮則是低適宜度。

表6 基塘生態位適宜度等級及分布Table 6 Distribution of Dike-pond of Niche fitness

4 結論與討論

本研究將生態位適宜度模型引入到基塘利用質量評價中，通過構建基塘生態位適宜度評價模型和指標體系，從自然質量維、社會經濟維、空間形態維等 3個維度深入探討了佛山市南海區基塘生態位適宜度狀況，分析了不同維度基塘生態位適宜度的數量及空間分布特征，為基塘用地空間優化及其整治提供技術支撐，便于不同城鎮基塘的分片開發與持續利用。結果表明：

1）南海區基塘用地自然質量條件整體較好，以較高、中等自然質量生態維適宜度基塘為主，分布南北差異顯著，西南部傳統基塘區明顯高于北部。高、較高適宜度基塘面積分別為3 266.04、7 130.09 hm2，占基塘總面積的18.56%、40.53%，主要分布在西南地區的九江、西樵、丹灶 3鎮，說明了人類因地制宜開發利用傳統基塘的合理性。

2）南海區基塘受交通干線、城鎮發展的影響較大，社會經濟維適宜度整體發展水平相對較低，以中等、較高適宜度基塘為主，面積分別為6 373.32、5 960.50 hm2，集中分布在西南地區的西樵、九江、丹灶 3鎮；高適宜度基塘占基塘總面積的17.66%，主要分布在九江、獅山。

3）南海區評價單元基塘面積占比高、分維數小，西南地區的九江、西樵、丹灶基塘連片性強，東部城區、北部地區基塘連片性相對較差、更為破碎，但基塘空間形態維適宜度水平整體較高，呈現明顯的“南高北低”特點。高適宜度基塘面積達9 494.36 hm2，多分布在西南地區九江、西樵、丹灶 3鎮；較高適宜度基塘面積2 942.02 hm2，均衡分布在西南地區和北部地區；低適宜度基塘主要分布在北部的獅山、里水。

4）南海區基塘自然質量較好、空間形態較為規整，生態位適宜度水平普遍較高，以高生態位適宜度為主，空間分布呈明顯的“南高北低”。高適宜度基塘面積高達9 611.80 hm2，占基塘總面積的54.63%，集中分布在西南地區西樵、九江、丹灶，也是珠江三角洲傳統基塘的發源地，反映了當地人因地制宜、充分利用自然條件發展生態農業的合理性；較高適宜度基塘面積3 301.35 hm2，分布在西南地區和北部地區，西樵鎮面積最大，其次是丹灶、獅山；中等適宜度基塘面積為3 274.72 hm2，分布以獅山鎮最多；低適宜度基塘1 406.43 hm2，占基塘總面積的 7.99%，主要分布在北部地區的獅山、里水。

基塘在調節區域生態環境、保持景觀穩定性、提高農民收益等方面發揮著重要作用，根據生態位適宜度評價結果，應采取基塘的分區分片利用、保護性開發尤為必要。西南地區基塘開發利用歷史悠久、連片性高，應采取“特色生態位”發展策略，實施基塘清淤工程，重點發展觀光農業、綠色生態農業，以“千傾魚塘萬畝田”和“文翰樵山，漁耕粵韻”為依托，與傳統文化相結合，建設集水鄉風情、基塘農業、生態觀光為一體的多功能基塘景觀；北部地區基塘較破碎，應通過基面、溝渠統一規劃，把耕地、基塘、道路、防護林、排灌渠道、輸電線路等結合起來通盤考慮，加大整治力度，改善生態環境，逐步實現連片開發，調整養殖結構，避免過度集約化經營；東部城區受城鎮發展影響較大，基塘破碎、連片性差，靠近中心城區，應充分發揮其生態效應，強調保護，適度開發，提高基塘的生態保障能力。

影響基塘利用適宜度的因素復雜多樣，由于數據獲取的局限性，構建基塘利用生態位適宜度指標體系時尚未考慮基塘水質等生態安全方面指標，以致研究結果可能會有所偏差，進一步完善基塘利用生態位適宜度指標體系是今后相關研究的重要內容，深入探究基塘利用生態位適宜度的演變及其機理是今后研究努力的方向。