生態適宜性評價在環境領域的應用

李 健，劉慶廣

(1.合肥學院 生物食品與環境學院，安徽 合肥 230000；2. 合肥學院 旅游與會展學院，安徽 合肥 230000)

1 引言

“十三五”以來，生態環境部加緊部署對衛生環境整治的步伐，以改善生態環境為目的的工程建設進一步增加。如何準確評估環境改造工程的效益成為熱門研究的方向。通常的環境評估，以生態、經濟、社會效益評估工程的利弊，不能直觀反映改造工程對于生態環境的改善程度。國內外學者，大膽嘗試學科交叉的方法，將生態學理論、數學模型應用于環境影響評價，出現了大量生態適宜性評價的應用案例。如根據不同的用地類型，靈活調整生態適宜性的評價指標，以期總結生態修復工程措施的對于環境生態改善能力差異程度；以GIS為平臺，研究居住區環境整治對于人類居住的適宜程度提升程度；通過綠化面積、地表徑流量，土質等變化反映土改工程、植樹造林對于水土流失的改善程度；通過土壤污染程度、水質變化等反映廠區建設用地的環境改造效益等。生態與環境的學科交叉，為環境工程的制定、開展、調整提供了理論支撐與決策依據。21世紀初，生態適宜性評價在環境工程中的實際應用進展緩慢。生態適宜性評價模型指標較為復雜，用地類型不同，地區不同的評價模型需要客觀調整敏感因子，選取最為合適的指標。這位制定統一的指標模型造成了阻礙。不少學者采用多層次分析與權重耦合的方法選取評價因子，更好地反映生態適宜性與環境狀態的關系。引入敏感性分析，試圖尋找區域的高敏感環境指標，提升評價的準確度與科學性。

2 生態適宜性評價的概念

生態適宜性評價是土地適宜性評價應用拓展的重要方向。在原有土地適宜性評價的基礎上，融入生態學理論，評定研究對象對于某種措施或者用途的適宜程度。在國內土地改革中，生態適宜性評價被廣泛的應用于區域土地利用規劃。

土地生態適宜性評價的概念出現較早，最初被定義為“由土地具有的水文、地理、地形、地質、生物、人文等特征所決定的、對特定、持續性用途的固有適宜性程度”，簡稱為土地適宜性評價[1]。不同機構和研究領域的學者對于適宜性評價的研究有較大的差異，但生態環境保護以及土地的可持續利用是最為常見的研究方向。

3 生態適宜性評價的發展

21世紀至今，生態適宜性評價針對生態環境的脆弱區域的評價明顯增加。伴隨人口的不斷增多,以及社會經濟的高速發展,土地資源供求矛盾激化，由此引起的環境生態問題頻發。在20世紀末，國內外環境公害事件的接連出現，也引發了各國領導者與研究者對于環境污染以及工業體系的反思。

中國經歷了改革開放之后的經濟快速發展，也陸續出現較為重大的環境污染事故，如松花江重大水污染事件、“8·12”天津濱海新區爆炸事故等，事故均對周邊局部區域的大氣環境、水環境和土壤環境造成不同程度的污染。為了更為科學地對環境狀況評價，國內外相關組織對原有的土地評價方式進行優化，結合生態學理論、數學的模型的生態適宜性評價開始被廣泛應用。工程評價人員對適宜性評價的創新應用與發展主要表現在研究領域的拓展、研究方法的改進兩方面。

3.1 研究領域的拓展

研究領域的拓展嘗試使得生態適宜性評價應用日益廣泛，針對特定功能區域進行的單一用途生態適宜性評價備受重視。這其中既包括不同土地類型對耕地質量、城市開發、區域重建、恢復植被、基礎設施等單一土地類型的適宜等級評價，也包括具體生境類型的拓展應用。

3.1.1 土地的生態適宜性評價

生態適宜性評價作為一種突出生態效益的土地評價方式，被廣泛應用于棲息地生態評價、土地規劃評價等方向。在此環境下,研究者嘗試在環境生態問題嚴峻的黃土高原等區域進行生態適宜性評價。生態適宜性評價的結果將為改善人地矛盾提供了解決方案,以滿足土地利用的合理化,防止土地沙漠化,保障生態健康的基本需要。例如，國外學者Ha Nguyen[2]嘗試在農業中應用土地適宜性評估系統軟件，尋找柑桔、茶葉的適宜種植區域；劉杰等[3]利用ENVI4.2對武漢市的遙感影像進行解譯，結合數字高程模型對武漢市土地利用規劃進行生態適宜性評價，從而得到武漢市土地利用規劃對環境影響的程度。

3.1.2 生態適宜性評價領域的拓展

除了在生態適宜性評價的應用之外，生態適宜性評價拓展出篩選生物適宜棲息地、尋找瀕危物種種群、評估區域環境狀況以及評估社會生態關系等應用領域。

3.1.2.1 生物適宜棲息地

Behnam Meshgi[4]用生態適宜性評價的方法構建吸蟲生態位模型，篩選伊朗里海南部濱岸地區適合放鞭毛蟲的分布區域。Marta Galluzzi[5]建立高山旱獺的生態適宜性模型，用于意大利中部阿爾卑斯山脈的生態研究。F. Cánovas[6]研究了物種對資源分布的響應，在ENIRG軟件中嵌入生態位因子分析，描述物種所處棲息地的適宜性。

3.1.2.2 尋找瀕危物種種群

Rebecca A Austin[7]利用大白鯊對于環境的適宜性評價，篩選英國大白鯊的棲息地，為海洋生物保護提供技術支持。李偉明[8]引入景觀生態學理論，對珍稀魚類進行生態適宜性分析，尋找該物種的生態保護紅線。Cláudia Patr?o[9]建立伊比利亞半島4種土撥鼠的棲息適宜地評價模型，用于對該物種分布的高精度預測。

3.1.2.3 評估區域環境狀況

對生物和非生物成分生態狀態的適宜性評價，是反映自然環境的重要參考條件。由于研究區域的差異性，單一的敏感因子不足以客觀反映環境的污染情況，世界各國學者綜合使用生物與非生物成分作為指標，綜合評價區域的生態狀況。

非生物成分與環境質量直接相關，是用來表征區域環境狀況的重要指標。生態適宜性評價反映生態因子與環境的關系，如氣候變化、水文變化與生態效益有著密切的關系。通過對馬尼托巴省紅河谷支流的生態評估表明[10]，河流和溪流的生態損害通常是由多種污染源的協同效應引起的，從而導致一個復雜的環境問題。研究發現農業、景觀改造和廢水排放對河流污染狀況有著較為直接的聯系，20世紀的農業集約化為紅河谷支流帶來大量營養鹽。此外，變化的氣候與景觀也成為紅河流域異常高徑流量的主要原因之一。

生物因其對于不同生態環境的差異適應能力，使得生物因素成為間接反映環境質量的指標。與非生物成分相似，生物狀況也是當前表征環境狀況的重要指標，我國就將大腸桿菌等生物菌落的狀況作為環境監測的重要指標。G.B.G.Souza[11]通過使用生物完整性指數(IBI)及其多種生物對于區域適應性來研究魚類，從而評估溫帶河流和溪流的生態狀況。Minar Naomi Damanik Ambarita等[12]建立的大空間尺度的土地利用模型驗證，大規模的人為活動對瓜亞斯河流域(厄瓜多爾)的水域生態環境產生影響。同時大型無脊椎生物等水域內的生物數據也間接反映瓜亞斯河的水質變化。這表明：生物完整性的生物度量標準已經成為評估環境質量的重要數據之一。

以生物變量與環境變量為敏感因子進行的生態適宜性評價較為直觀的反映了人類活動對研究區生態環境的影響程度。大量的生態適宜性評價表明對于土地變化的利用是改變研究區域生態環境的重要原因之一。

3.1.2.4 社會生態關系

當今社會如何可持續發展成為各國學者積極研究的問題，國內外學者在嘗試運用生態學的理論來解釋社會關系，這使得生態適宜性評價在社會經濟層次也有一定的應用。

研究發現，對于工程效益的評估，能夠為生態補償、工程造價做出科學的評估，合理預測生態修復成本。Kai Su等[13]分析固沙生態工程的生態效益，并尋求固沙工程與研究區域國內生產總值(GDP)的關系，為建立科學的生態補償方案提供依據。Fernanda Ayaviri Matuk等[14]認為不同世界觀的人群對社會生態環境的評估差異明顯，社會觀這一社會生態網絡需列入環境評價考慮范圍，社會生態學、地方環境需求、科學的環境指標等將使環境評估更為準確。

3.2 研究方法的發展

環境數據采樣分析：最初對于生態適宜性評價，是生態學家為了評估土地對于某種用途的適宜程度而提出。生態學家選用相應的指標進行采樣分析，例如Jennifer A. Jung[15]對伊利湖和安大略湖的沼澤鳥類群落進行了調查，發現不同環境梯度對于不同種群的適宜性有明顯差異。

網絡分析技術引用：隨著研究領域的擴展，生態適宜性評價涉及指標較多，環境數據復雜，單一的環境指標又難以準確反映環境對于某一用途的適宜性。在這一時期，計算機的出現給生態學家提供了平臺。最初的生態適宜性評價以計算機作為處理數據的平臺，隨著技術的進步，RS、GIS的出現大大降低了建立評價模型的工作量。Mae M. Noble等[16]運用地理信息系統(GIS)將社會與生態聯系起來，綜合評估海洋生態狀況，為海洋空間規劃和管理提供數據支持。

科學分析方法的結合：生態評價是一個復雜的系統，為了更為科學的分析環境生態狀況，生態學者嘗試將科學的數學統計方法應用于生態適宜性評價的數據處理、不同因子的權重確定等方面。此后，跨學科的研究被廣泛應用于生態適宜性評價體系的建立與應用中。鄧宇等[17]提出了一種以生態損失為約束的優化耦合模型作為規劃城市擴張的有效政策工具，為空間規劃的制定提供更準確的支持。Jian Peng等[18]將景觀學、動力學科學地結合到山區生態適宜性評價中，評估研究區不同范圍適宜經濟發展的程度。Abuzer ?elekli等[19]將生物學與生態學聯系，研究了不同環境變量對硅藻物種的適宜程度差異，并驗證了硅藻對環境變量(營養鹽、溫度)的相關程度。

4 生態適宜性評價在環境領域的應用

4.1 表征生態環境狀況

生態適宜性評價現已成為一種重要的環境評價方法。通過生態適宜性評價，表明用地環境的生態狀況，尋找影響該區域環境質量的主導因素。經過敏感性分析，剖析各因素對于生態環境的影響程度與速度。生態環境與人類社會以及社會經濟有著直接關聯。生態環境的穩定而適宜保障著居民的生存以及地方社會經濟的快速發展，我國針對人類的居住環境的生態適宜性研究旨在從根本上解決中部干旱帶的發展問題，達到消除貧困和改善生態的雙重目標，促進人口、資源、環境的協調發展[20]。另外，生態適宜性評價也被直接應用于環境修復工程中，評價研究區域的環境改善措施對于人類居住，或是其他社會經濟活動的適宜程度。

4.2 評估生態工程的效益

生態適宜性評價被引入環境領域，主要用于評估研究區的生態環境狀況，尤其是對于某種建設用途的適宜程度。其與生態環境狀況緊密相關的特性使得生態適宜性評價被廣泛應用于生態修復工程的前中后期各個階段。工程前期，專家組旨在通過生態適宜性評價，評估生態環境的惡劣程度，從而指導生態修復方案的制定與實施。中期，由于生態修復工程目的明確，控制指標明顯，生態適宜性評價往往用于評估工程進度某一措施對于各類生態指標的改造程度。通過生態適宜性前后的變化，指導生態工程的調整方向與強度。工程后期，生態適宜性評價作為重要的成果指標，用于評估整體工程的實際效益，是評估工程是否符合預期、是否完成的重要指標。

4.3 篩選生態環境修復措施

生態適宜性評價是一種由土地適宜性評價發展而來的綜合評價方法，主要反映某些生態因子對研究區域環境的適宜能力。通過生態適宜性評價模型，分析植被對于環境因子變化的敏感程度，評估不同生態修復措施對于區域生態的改善能力。從而尋找最適宜湖泊的生態修復的植被類型。海綿城市建設中，反復提及城市海綿體的建設，不少學者通過研究不同土壤類型的透水、納水能力，利用生態適宜性評價評估不同土質對于某一區域降水環境的適應能力。可見，生態適宜性評價為如何選擇正確的生態修復工程實際措施提供了科學依據。

5 生態適宜性評價在環境領域的應用展望

5.1 尋找高敏感的環境因子，提升生態評價的科學性

現階段生態適宜性評價由于控制因子較多，國內外學者嘗試結合不同的數學方法制定科學的權重分配方案以增加評價的準確性。環境因子對于研究區的生態狀況敏感程度存在較大的差異性。期待未來研究能尋找高敏感的環境因子，使得整個評價體系更加科學化，更為準確。

5.2 結合GIS和RS手段，研究大范圍的生態適宜性評價的可行性

GIS和RS作為研究區域規劃、環境、生態等問題最為常用的手段之一，是擴大生態適宜性評價的有效途徑。當前，由于不同區域敏感因子和土地用途的差異性，生態適宜性評價往往只能作為某一區域特定用途的生態適宜性評價。結合GIS強大的空間分析能力，利用RS收集整理大范圍的生態數據，相信大范圍多目的的生態適宜性評價將成為生態環境監測與改善的主要方法。

5.3 規范生態適宜性分析的模型，嵌入環境工程項目規劃內

生態適宜性分析往往要根據環境指標的不同，評價目的的不同而調整確定分析模型，筆者認為，針對環境修復工程方向的評價模型必將走向標準化。選取何種評價因子，生態適宜性評價模型的調整，評價模型中各權重的分配規范性、科學性。如此，生態適宜性評價的模型嵌入到環境工程的項目設計中，將大大提高項目的科學性。

5.4 構建區域生態狀況的監測分析網絡

生態環境的即時監測、即時反饋，一直是我國環境保護的研究重點。國內外學者采用遙感等手段構建環境監測平臺。生態適宜性評價則是一種較為直觀反映區域生態環境狀況的評價方式。將生態適宜性評價嵌入環境監測系統，將能夠實現環境監測與分析的一體化，為相關單位環境決策提供數據支持。提升研究區域針對環境突發事件的應急效率。

6 總結

2020年江河湖泊汛情嚴峻，城市內澇愈發突出，新一輪的環境治理工程必將更為重視生態效益。生態適宜性評價也將在環境改造工程、城市未來建設中更為重要。然而中國氣候、地形的多樣性使得評價體系很難有統一的標準。工程建設中，應綜合考慮區域環境要素，針對不同的地質、氣候、濕度等篩選敏感因子，增強生態適宜性評價的科學性與準確性。此外，隨著梅雨季節以及長江流域汛情的加劇，利用GIS、RS等平臺，擴大生態適宜性評價的范圍，將對區域生態環境的統籌治理提供較為科學的依據。