基于GIS 的生態系統質量評價研究
——以羅定市國土空間總體規劃為例

● 黎 誠,熊曦柳,李建華

（1.廣東省城鄉規劃設計研究院有限責任公司，廣東 廣州 510290；2.華南農業大學資源環境學院，廣東 廣州 510642；3.廣東省土地開發整治中心，廣東 廣州 510635）

生態系統質量評價可以總體反映區域生態系統質量現狀和可持續發展能力，是生態系統內部結構、狀態、組織、活力、恢復力、完整性等方面的綜合反映[1-2]。定性、定量地開展區域生態系統狀況分析，正確評價生態系統質量，有助于生態系統恢復、生態格局構建等工作的開展。研究小組基于GIS 的信息技術[3-4]，以羅定市國土空間總體規劃工作為基礎，對羅定市的生態系統質量綜合評價進行研究。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

羅定市位于廣東省西部粵桂兩省交接處，全市總面積2 327.5 km2。東面廣東省云浮市云安區，西接廣西壯族自治區梧州市岑溪市，東南依廣東省陽江市陽春市，西南與廣東省茂名市信宜市接壤，北靠廣東省云浮市郁南縣，市內下轄4 個街道，17 個鎮和1 個農場，常住人口93.69 萬人[5]。總體地形呈中間低、四周高。羅定市為亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，年均氣溫在20°C 左右，年均降水量在1 400 mm 左右。每年雨季一般為4 月-9 月，降水量大，多有暴雨發生。自然植被以常綠闊葉林為主，中部和南部分布有熱帶作物。

1.2 數據源及處理

數據來源及用途如表1 所示。以GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000 為統一坐標系。

表1 數據來源及用途表

1.3 研究方法

1.3.1 綜合評價法

研究小組運用GIS 技術，將4 個一級指標的生態系統質量劃分為5 個等級（優、良、一般、較差和差），并且分別賦值（5～1）。運用多因子線性指標函數法[6]來構建羅定市生態系統質量評價模型。

公式（1）中，EQk表示第k個柵格像元的綜合生態系統質量評價值；Cjk表示第j指標上第k個柵格像元上的生態系統質量貢獻值；n表示柵格像元個數。

2 指標體系的構建

生態系統是一個復雜的非線性系統，對其質量進行綜合評價必須選擇多層次、針對性強的指標體系[7]。

羅定市以糧食生產為主，研究小組結合羅定市國家級農產品主產區的定位，從羅定市生態系統結構的質量、服務能力、脅迫、恢復能力等4 個方面來構建羅定市生態系統質量指標體系，之后采用綜合評價法對該市生態質量進行綜合評價。

2.1 生態系統結構質量

2.1.1 地質災害易發性

地質環境質量主要體現為地質災害易發程度。羅定市地處北回歸線南側，屬亞熱帶季風氣候，雨量不穩定，易發生洪澇災害，溫、光、熱地域差異明顯，干旱及“倒春寒”災害較多，是廣東省地質災害易發和多發地區之一。

羅定市地質災害分布范圍較廣，災點較多，幾乎遍及全市各鄉鎮、場、街道，災害體規模以小型為主，但威脅、危害性較大。地質災害調查統計結果顯示，羅定市以崩塌、滑坡、地面塌陷等3 類突發性地質災害類型為主，主要分布在船步鎮、分界鎮、附城鎮、龍灣鎮、羅鏡鎮、榃濱鎮等6 個鎮。研究小組結合羅定市實際及地質災害發生率，對生態系統脆弱性的影響進行分級（見表2）。

2.1.2 土壤侵蝕強度

土壤侵蝕強度是指評價單元或地塊上發生的土壤侵蝕模數的高低程度，以其來表示羅定市土壤環境質量[8]。土壤侵蝕越嚴重，土壤環境質量越低。羅定市大部分土壤偏酸性且耕層淺薄，土壤質地呈砂壤至中壤土，土壤中有機質和其他養分積累低。土壤侵蝕強度通過RUSLE 模型來表征。

公式（2）中，A表示年平均單位面積上土壤侵蝕量（t/hm2·a）；R表示降雨侵蝕力因子[MJ·mm/（hm2·h·a）]；降雨強度和持續時間越小，該值越小；K表示土壤可蝕性因子，羅定市土壤分為南方山地草甸土、黃壤、紅壤、赤紅壤、紫色土、紅色石灰土、黑色石灰土等7個土類；L、S分別表示坡長、坡度因子；C表示植被覆蓋因子；P表示水土保持措施因子。

參照《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-2007），研究小組將羅定市土壤侵蝕劃分為5個等級（微度、輕度、中度、強烈和極強烈）。結合土壤侵蝕強度對生態系統土壤保持服務的影響力，可知生態系統土壤保持服務與生態系統質量呈正相關。土壤侵蝕強度分級標準見表2。

表2 羅定市生態系統質量評價指標體系表

2.1.3 景觀格局指數

景觀格局主要指空間格局，景觀斑塊越大越完整就越有利于大型動植物的生存和繁衍，生態系統質量就越高[9]。研究小組選取景觀多樣性指數（香農多樣性指數）、景觀邊緣破碎度（景觀邊緣密度）和景觀脆弱度（面積加權平均形狀指數、平均斑塊分維數倒數）來評價羅定市景觀格局生態質量。針對單個景觀系統，土地利用類型越豐富，破碎化程度越高，香農多樣性指數也越高。當景觀受到人為擾動的強度越大，景觀邊緣密度越大，邊界破碎性越大，景觀邊緣脆弱度也越大。采用自然段點法，結合羅定市的實際情況和景觀格局對生態的影響程度進行分級（見表2）。

2.2 生態系統服務能力

2.2.1 生態系統生產能力指數

反映生態系統生產能力的主要有植被覆蓋度。植被覆蓋度是衡量地表植被狀況的重要指標之一，是描述生態系統的重要基礎數據，也是區域生態系統環境變化的重要指標，對水文、生態、區域變化等都具有重要意義[10]。研究小組以歸一化植被指數（NDVI）對羅定市的植被覆蓋度進行估算，得出植被覆蓋度的范圍。

2.2.2 生態系統服務價值

生態服務價值與該地區的生物量息息相關，當該區域的生物量越大時，區域的生態系統服務價值也就越大。基于土地利用的生態系統服務價值的估算是最直接的方式[11]，研究小組參考中國生態系統服務價值當量因子表中林地、耕地、水域、草地、未利用地和建設用地的參考值，計算羅定市陸地生態系統單位面積生態服務價值當量（見表3）。

公式（3）中，Ea為生態服務價值當量（元·hm-2）；i（i=1，2，…，n）為作物種類；pi為i種作物的全國平均價格(元·t-1)；qi為i 種糧食作物單產（t·hm-2）；mi為i 種糧食作物面積（hm2）；M為n種糧食作物總面積（hm2）；為無人力投入的自然生態系統提供的經濟價值是現有單位面積農田的。

以《2020 年羅定市統計年鑒》的統計數據為標準，研究小組計算出羅定市生態服務價值當量為1 975.08 元/hm2。以生態服務價值當量為權重因子，測定出羅定市單位面積生態服務價值和土地生態服務價值分級標準（見表3）。

表3 羅定市不同土地利用類型單位面積生態服務價值表

2.3 生態系統脅迫

大規模的開發建設、高強度的社會經濟行為、過度開墾等都會破壞或改變地表原本的植被，進而影響生態系統的結構和服務功能，改變生態系統的演替或過程，對當地生態系統的可持續發展產生消極的影響[12]。研究小組選取距采礦權距離、距道路距離、人類干擾指數和人口密度4 個方面，重點分析羅定市生態系統所面臨的脅迫。研究小組用多因子線性權重指標函數法來計算生態脅迫指數SI，當生態系統脅迫越嚴重時，生態系統的質量就越低。采用自然段點法，結合羅定市的實際情況和脅迫因子對生態的影響程度進行分級（見表2）。

公式（4）中，SI表示生態系統脅迫指數；W是根據等全疊加計算出的權重；PD表示人口密度；HDI表示人類干擾指數；RD表示距道路權距離；MD表示距采礦權距離。

2.4 生態系統恢復能力

生態系統恢復能力是指生態系統受到壓力脅迫后，能夠保持或恢復自身結構和功能相對穩定性的能力[13]。生態系統恢復能力越強，生態系統質量越高。研究小組采用自然段點法，結合羅定市實際及生態系統恢復能力，對影響生態系統恢復能力的土地利用類型進行分等定級，分析其對生態系統質量的影響程度，分級標準見表3。

3 結果與分析

3.1 單因子生態系統質量評價

羅定市生態系統結構質量等級以良為主，面積為17.41 萬hm2，占羅定市總面積的74.81 %。生態系統結構質量處于較差以下的地區集中分布于泗綸鎮、分界鎮、龍灣鎮。這些地區位于中度土壤侵蝕區、高程多在682 m 以上，易發生地質災害。

羅定市生態系統服務能力等級以良為主，面積為16.25 萬hm2，占羅定市總面積的69.83 %。生態系統服務能力等級呈北低南高分布。生態系統服務能力處于較差以下的集中分布于雙東街道、素龍街道。這些地區的土地生態服務價值差、植被覆蓋較差，導致生態系統服務能力較低。

羅定市生態系統脅迫等級以良和一般為主，面積為6.95 萬hm2，占羅定市總面積的29.88 %。生態系統脅迫處于較差以下的地區大多分布在距離道路近的地區，這些地區受到距離采礦點近、人口密度較高等因素的影響，分散分布于羅城街道、雙東街道、素龍街道、羅平鎮、太平鎮、華石鎮、蘋塘鎮、金雞鎮、朗塘鎮、圍底鎮、羅鏡鎮、泗綸鎮，脅迫等級由東向西呈由高到低分布。

生態系統恢復能力等級以優為主，面積為12.01 萬hm2，占羅定市總面積的51.62 %。生態系統恢復能力處于較差以下的地區集中分布于建設用地和未利用地所占比重較大的羅城街道、素龍街道、雙東街道、附城街道，分布面積較小。

3.2 生態系統質量綜合評價

研究小組將單因子生態系統質量評價結果進行空間疊加，得到羅定市生態系統綜合質量等級，按照相同等級劃分，得到羅定市生態系統質量綜合評價。經統計分析，羅定市生態系統質量以等級良為主，面積約13.05 萬hm2，占羅定市總面積的56.05 %。

羅定市生態系統綜合質量評價結果統計表見表4。羅定市的生態系統質量等級Ⅰ的部分最少，面積為0.78 km2，占羅定市面積的0.03 %，此區域集中分布在羅城街道，主要受到極強烈土壤侵蝕、高景觀破碎度、生態系統脅迫強度大、高度人類干擾的影響。居民生活區是城市生存和發展的基礎，需同時進行經濟發展和生態保護恢復工作。應盡可能減少人類活動，在生活區重點改善城鎮生態環境，實施區域內植被、景觀的整體保護、系統修復和綜合治理工作，增強生態系統循環能力，提供良好舒適的人居環境和休閑園林景觀，并配套完善的基礎設施，提高生態安全穩定性。

表4 羅定市生態系統綜合質量評價結果統計表

Ⅱ級生態系統質量區面積約105.45 km2，占羅定市總面積的 4.52 %，該區主要受強烈土壤侵蝕、生態系統脅迫強度大的影響，較容易受到人為活動的干擾，形成不穩定的生態系統，應進行重點治理。建議順應自然界生態系統的演替規律，減少人類活動的干預，盡量減少人為因素造成新的水土流失，合理規劃發展采礦業。同時，應加強治理礦山污染、恢復礦山植被等措施，注重水土保持。對于礦區土壤修復主要采用生物修復措施，通過降解土壤中的危害性污染物的方式提高土壤肥力，以維護和改善礦區生態安全穩定性，保護和改善當地生態環境。

Ⅲ級生態系統質量區面積約330.55 km2，占羅定市總面積的14.16 %，該區圍繞Ⅱ級區分布，主要受到強烈土壤侵蝕、地質災害高易發性、生態系統脅迫強度大、高度人類干擾的影響。建議增加地表植被，適當減少人類活動，降低人類活動干擾間接引發地質災害的可能性。

Ⅳ級和Ⅴ級生態系統質量區面積分別約1 069.39 km2、828.72 km2，分別占羅定市總面積的45.80 %、35.50 %，屬于羅定市生態系統高質量區域，該區主要分布于羅定市西北部、西南部和東南部地區。要加強對該區域生態系統環境的保護工作，繼續保持與完善原有對林地等的保護與管理，以保護生態環境為前提，大力推進羅定市廢棄、退化、污染、損毀土地的治理、改良和修復，加強海岸帶保護，促進羅定市的土地資源持續利用，不斷完善羅定市的生態安全格局，實現自然生態保護與科學發展的協調統一和相互促進。

4 結語

研究小組以羅定市為研究對象，基于GIS技術，從生態系統結構質量、生態系統服務能力、生態系統脅迫、生態系統恢復能力4 方面來分析羅定市生態系統綜合質量，并將其劃分為5 個質量等級。單因子生態系統質量較差的區域主要集中在羅城街道、素龍街道、雙東街道等，這些地區可通過開展河道生態化整治、土地污染整治修復的生態系統恢復措施來提高生態系統質量；綜合型生態系統質量較差的區域主要集中在中心城區，這些地區經濟快速發展，生態系統特性較復雜，未來應重點實施生態系統質量恢復與保護。