長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)及其空間異質(zhì)性研究

劉孝富，張志苗，劉柏音，王 瑩，羅 鐳，邱文婷

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境信息研究所，北京 100012

長(zhǎng)江是中國(guó)和亞洲的第一大河、世界第三大河，是中國(guó)水量最豐富的河流.長(zhǎng)江流域以其龐大的水系孕育了豐富的生態(tài)系統(tǒng)類型，具有強(qiáng)大的水源涵養(yǎng)、生物繁育、釋氧固碳等功能，在防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)等方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在我國(guó)生態(tài)安全格局與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位.習(xí)近平總書記提出了“要把修復(fù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置，共抓大保護(hù)，不搞大開(kāi)發(fā)”的重大戰(zhàn)略思想，部署謀劃了一系列長(zhǎng)江保護(hù)與發(fā)展的重大戰(zhàn)略事項(xiàng)，體現(xiàn)了黨中央對(duì)于保護(hù)好長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境、永葆長(zhǎng)江生機(jī)活力的高度重視.長(zhǎng)江的健康與安全關(guān)乎著中華民族的永續(xù)發(fā)展，因此開(kāi)展長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力定量研究，評(píng)估長(zhǎng)江流域健康程度和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性十分必要.

恢復(fù)力表示物體在壓力釋放后的回彈，也稱之為彈性力，從20世紀(jì)70年代開(kāi)始被應(yīng)用于自然系統(tǒng)[1-2]、社會(huì)系統(tǒng)[3-4]、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[5-6]以及復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[7-8].在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，有兩個(gè)恢復(fù)力概念：一是Holling恢復(fù)力，其指系統(tǒng)吸收狀態(tài)變量、驅(qū)動(dòng)變量和參數(shù)變化并持續(xù)存在的能力，這種“持續(xù)存在”表現(xiàn)為不發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移和質(zhì)的變化[1]；二是Pimm恢復(fù)力，其指系統(tǒng)在遭受擾動(dòng)后恢復(fù)到原有穩(wěn)定態(tài)的速率或時(shí)間[9].對(duì)恢復(fù)力的定性研究較多，定量測(cè)算研究較少[10]，主要源于直接衡量恢復(fù)力的難度較大，但是可以用系統(tǒng)中的某些屬性來(lái)替代，間接衡量恢復(fù)力，這個(gè)替代的屬性必須與系統(tǒng)恢復(fù)力相關(guān)且能被衡量[11-12].Holling恢復(fù)力需與特定的干擾聯(lián)系起來(lái)，識(shí)別干擾會(huì)對(duì)哪些參數(shù)產(chǎn)生影響，構(gòu)建響應(yīng)關(guān)系，識(shí)別臨界減速的特征，并將其與臨界閾值連接起來(lái)，這就決定了Holling恢復(fù)力評(píng)估更多停留在理論層面，實(shí)踐驗(yàn)證較少.與Holling恢復(fù)力相比，Pimm恢復(fù)力較易評(píng)價(jià)，也更具有可操作性[13-15].模糊評(píng)價(jià)法是Pimm恢復(fù)力應(yīng)用最廣的定量評(píng)價(jià)方法，其是通過(guò)建立指標(biāo)體系采用加權(quán)疊加方式求得恢復(fù)力綜合指數(shù)的粗略模擬方法，被廣泛應(yīng)用于植被[16]、濕地[17-18]、城市[19-20]的系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)，但其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要依靠研究者的經(jīng)驗(yàn)判斷，即使研究的案例區(qū)、指標(biāo)相同，也會(huì)因權(quán)重的不同而取得不一樣的結(jié)果，存在很強(qiáng)的主觀性.為了規(guī)避主觀性的影響，Lanfredi和Simoniello提出了利用植被覆蓋的維持概率評(píng)價(jià)恢復(fù)力的方法[21].概率衰減法評(píng)價(jià)相對(duì)模糊評(píng)價(jià)法具有較強(qiáng)的客觀性，無(wú)需主觀篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)和確定權(quán)重，避免了經(jīng)驗(yàn)性誤差；而且數(shù)據(jù)易獲取，尺度可大可小，評(píng)價(jià)過(guò)程可操作性強(qiáng)；同時(shí)具備空間恢復(fù)力評(píng)估潛力，可識(shí)別空間差異性，已在意大利地中海區(qū)域[21]以及中國(guó)漢江流域[22]、汶川地震災(zāi)區(qū)[15]進(jìn)行了應(yīng)用，證明該方法應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)的可行性.目前，針對(duì)長(zhǎng)江流域如此龐大生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力評(píng)價(jià)及影響因素研究仍相對(duì)薄弱，因此該研究基于長(zhǎng)時(shí)間序列的增強(qiáng)型植被指數(shù)(enhanced vegetation index,EVI)數(shù)據(jù)，采用概率衰減法評(píng)估長(zhǎng)江全流域及其小流域的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力，識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的空間異質(zhì)性，研究生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的影響因素，以期為長(zhǎng)江大保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)決策支撐.

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

長(zhǎng)江流域面積約為180×104km2，自西向東流經(jīng)青海省、四川省、西藏自治區(qū)、云南省、重慶市、湖北省、湖南省、江西省、安徽省、江蘇省、上海市等11個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)注入東海，流域植被類型主要以針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢為主.根據(jù)地形地貌、河流水系、行政區(qū)劃等，將長(zhǎng)江流域劃分為通天河、金沙江、雅礱江、岷沱江、嘉陵江、長(zhǎng)江上游(宜賓至宜昌)、長(zhǎng)江中游(宜昌至湖口)、長(zhǎng)江下游(湖口以下)、烏江、漢江、洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系、太湖水系等13個(gè)二級(jí)流域，細(xì)化為6 767個(gè)小流域(見(jiàn)圖1).

圖1 長(zhǎng)江二級(jí)流域空間分布Fig.1 Spatial distribution map of thesecond-level basins in the Yangtze River Basin

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)處理

該研究采用MOD13Q1產(chǎn)品EVI數(shù)據(jù)，MOD13Q1是搭載在Terra衛(wèi)星上MODIS傳感器生成的植被指數(shù)專題數(shù)據(jù)，投影方式為Sinusoidal，空間分辨率250 m，每隔16 d提供一期數(shù)據(jù)，即每月兩期數(shù)據(jù).該研究數(shù)據(jù)時(shí)間為2001?2020年，月時(shí)相為1?12月，每年數(shù)據(jù)23期，每期8景，共3 680景數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站(http://ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html).

由于長(zhǎng)江流域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)性氣候，降雨量大，植被茂密，蒸騰作用強(qiáng)烈，常年云霧較多，單期MODIS-EVI數(shù)據(jù)可能因云量較大對(duì)計(jì)算結(jié)果造成較大誤差，因此該研究采用最大值合成方法來(lái)計(jì)算年度EVI最大值〔見(jiàn)式(1)〕.

式中，EVIy為y年份的EVI，EVIi為第i期的EVI.

1.2.2 概率衰減法

1.2.2.1 基本原理

生態(tài)系統(tǒng)可以看作由若干“柵格”組成，每個(gè)柵格的EVI隨時(shí)間的推移呈增大或減小，斜率表現(xiàn)為正數(shù)或負(fù)數(shù).時(shí)間越長(zhǎng)，柵格的EVI變化斜率始終維持為正或維持為負(fù)的概率越低.降低的趨勢(shì)可以采用指數(shù)衰減函數(shù)進(jìn)行擬合，正負(fù)趨勢(shì)衰減時(shí)間的差值可衡量生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力.當(dāng)正向衰減速率小于負(fù)向衰減時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較好，反之則較差，差值越大表示生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力越高.

1.2.2.2 技術(shù)方法

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)需包括時(shí)段劃分、柵格EVI變化斜率計(jì)算、斜率柵格表面計(jì)算、維持性柵格表面計(jì)算、指數(shù)衰減擬合、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力計(jì)算等步驟.

a)時(shí)段劃分.首先，將長(zhǎng)時(shí)間序列的EVI劃分為起始時(shí)段和擬合時(shí)段，擬合時(shí)段需有充分的樣本數(shù)據(jù)來(lái)擬合衰減函數(shù).2010年三峽水庫(kù)蓄水到175 m，是長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)變化過(guò)程中具有標(biāo)志性的事件，因此該研究將2001?2010年作為起始時(shí)段，2011?2020年作為擬合時(shí)段，計(jì)算公式：

式中，T(t0,t)為 研究時(shí)段，T(t0,t′)為 起始時(shí)段，T(t′,t)為擬合時(shí)段，t0為初始年，t'為參考年.

b)柵格斜率計(jì)算.將長(zhǎng)江流域劃分為若干個(gè)1 km×1 km的柵格，計(jì)算各柵格在初始年(t0)到參考年(t′)以及初始年(t0)到評(píng)估年(ti)的EVI變化斜率.以最小二乘法擬合各柵格參考時(shí)段內(nèi)EVI的變化線，斜率的計(jì)算公式：

式中，Slope為斜率，EVI 為評(píng)估時(shí)段的EVI平均值，t為評(píng)估時(shí)段的平均時(shí)間.

c)斜率柵格表面計(jì)算.根據(jù)柵格的EVI變化斜率來(lái)計(jì)算各年份斜率柵格表面，即當(dāng)柵格的EVI變化斜率(Slope)為正時(shí)，將斜率柵格表面賦值為1；當(dāng)柵格的EVI變化斜率為負(fù)時(shí)，斜率柵格表面賦值為?1.

式中，S(ti)為評(píng)估年的斜率柵格表面.

d)維持性柵格表面計(jì)算.根據(jù)各年份的斜率柵格表面計(jì)算維持性柵格表面.參考年的維持性柵格表面與斜率柵格表面相同，將某年的斜率柵格表面與上一年的維持性柵格表面進(jìn)行比較，如果柵格值相等，則該柵格的維持性柵格表面賦值與上一年相同，反之則賦為0.

式中，P(ti)為 評(píng)估年維持性柵格表面，P(ti?1)為上一年維持性柵格表面，S(ti)為評(píng)估年的斜率柵格表面，S(t′)為參考年的斜率柵格表面.

e)指數(shù)衰減擬合.以參考年維持性柵格數(shù)量(Nt′)為基準(zhǔn)，將其余年份維持性柵格數(shù)量(Nti)進(jìn)行歸一化，即計(jì)算各年維持性柵格數(shù)量占參考年維持性柵格數(shù)量的比例〔q(ti)〕.采用指數(shù)衰減函數(shù)擬合維持性柵格比例隨時(shí)間下降的趨勢(shì)，計(jì)算得到衰減時(shí)間(τ).計(jì)算公式：

式中：τ為趨勢(shì)衰減時(shí)間，a；A為常數(shù).

f)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力計(jì)算.某趨勢(shì)衰減時(shí)間越長(zhǎng)，表示維持該變化趨勢(shì)的概率越高.生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(RS)是通過(guò)正趨勢(shì)衰減時(shí)間(τp)與負(fù)趨勢(shì)衰減時(shí)間(τn)的差值來(lái)衡量，當(dāng)正趨勢(shì)的衰減時(shí)間大于負(fù)趨勢(shì)時(shí)，表明該生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力好，反之生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力差，計(jì)算公式：

2 結(jié)果與討論

2.1 長(zhǎng)江全流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力

2.1.1 EVI年際變化

長(zhǎng)江流域EVI的年際變化趨勢(shì)和空間分布特征(見(jiàn)圖2)表明，2001?2020年長(zhǎng)江流域EVI總體呈增加趨勢(shì)，增幅為7.76%，說(shuō)明長(zhǎng)江流域植被覆蓋總體逐漸變好.2001年的EVI最小，僅為0.490；EVI峰值出現(xiàn)在2016年，達(dá)0.536，之后稍有降低，2020年為0.532.隨著時(shí)間的推移，EVI的標(biāo)準(zhǔn)差也在逐漸增加，說(shuō)明長(zhǎng)江流域植被覆蓋空間分布差異在逐漸增大.長(zhǎng)江流域植被覆蓋呈西部低、中部高的空間分布規(guī)律，EVI較高的地區(qū)主要為四川省、貴州省、湖南省、湖北省等地區(qū)，長(zhǎng)江入海口區(qū)域EVI在逐漸變小.

圖2 2001?2020年長(zhǎng)江流域EVI變化及空間分布情況Fig.2 Variation of average EVIand spatial distribution in the Yangtze River Basin from 2001 to 2020

2.1.2 維持性柵格數(shù)量變化

統(tǒng)計(jì)2010?2020年EVI變化維持正、負(fù)趨勢(shì)的柵格數(shù)量，計(jì)算各年份維持性柵格數(shù)量占2010年維持相同趨勢(shì)柵格數(shù)量的比例(見(jiàn)表1).由表1可見(jiàn)，隨著時(shí)間的推移，EVI變化維持負(fù)趨勢(shì)柵格數(shù)量減幅較大，降速較快，2020年EVI變化維持負(fù)趨勢(shì)柵格數(shù)量?jī)H為2010年的33.82%；而EVI變化維持正趨勢(shì)柵格數(shù)量占2010年的76.58%，說(shuō)明長(zhǎng)江流域植被整體上維持著正向演替.

表1 2001—2020年長(zhǎng)江流域EVI變化維持正、負(fù)趨勢(shì)的柵格數(shù)量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the number of EVI maintained grid with positive and negative trends in the Yangtze River Basin from 2001 to 2020

采用空間分析方法將2010?2020年維持性柵格進(jìn)行疊加，得出每個(gè)柵格在11個(gè)年份中維持同一趨勢(shì)的次數(shù)(見(jiàn)圖3).維持正趨勢(shì)的年份次數(shù)越多(綠色越深)表明維持正趨勢(shì)的時(shí)間越長(zhǎng)，維持正趨勢(shì)時(shí)間長(zhǎng)的柵格主要分布在陜西省的安康市、商洛市，湖北省的十堰市，以及重慶市的城口縣、巫溪縣、巫山縣、奉節(jié)縣等區(qū)域；維持負(fù)趨勢(shì)的年份次數(shù)越多(紅色越深)表明維持負(fù)趨勢(shì)的時(shí)間越長(zhǎng)，維持負(fù)趨勢(shì)時(shí)間長(zhǎng)的柵格主要分布在上海市，江蘇省的蘇州市、無(wú)錫市、常州市、鎮(zhèn)江市、南京市，四川省的成都市，以及浙江省的湖州市、嘉興市等區(qū)域.

圖3 2001?2020年長(zhǎng)江流域柵格維持趨勢(shì)的時(shí)間Fig.3 Time of grid maintaining trend in the Yangtze River Basin from 2001 to 2020

2.1.3 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力

以2010?2020年維持正、負(fù)趨勢(shì)柵格數(shù)量占參考時(shí)刻的比例為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，擬合趨勢(shì)衰減曲線得到正趨勢(shì)的衰減時(shí)間為38.02 a，負(fù)趨勢(shì)的衰減時(shí)間為8.54 a，差值為29.48 a，表明在前期的干擾狀態(tài)下，2010年后長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)整體上在逐漸恢復(fù).

2.2 分流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力

統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)江流域6 767個(gè)小流域各年維持不同趨勢(shì)的柵格數(shù)量，計(jì)算各年每個(gè)小流域維持性柵格數(shù)量占2010年維持相同趨勢(shì)柵格數(shù)量的比例，擬合正負(fù)趨勢(shì)衰減曲線，得到各小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力.由于小流域數(shù)量多、面積小，每個(gè)小流域包含的柵格數(shù)量較少，擬合時(shí)可能出現(xiàn)一些結(jié)果異常情況，采取如下處理方法：①有些小流域在2010?2020年維持正、負(fù)趨勢(shì)柵格的比例保持不變，衰減時(shí)間將呈現(xiàn)無(wú)限大，對(duì)該小流域做出標(biāo)記；②某些小流域僅存在維持正趨勢(shì)或維持負(fù)趨勢(shì)的柵格，即以維持該趨勢(shì)柵格數(shù)量衰減時(shí)間為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力；③對(duì)于無(wú)統(tǒng)計(jì)值的小流域或正負(fù)趨勢(shì)衰減時(shí)間均為無(wú)窮大的小流域進(jìn)行標(biāo)記.

綜合考慮長(zhǎng)江各小流域的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力大小范圍、排序情況、數(shù)量占比等，根據(jù)自然斷點(diǎn)法原理，結(jié)合相關(guān)研究結(jié)果[22]，將長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力劃分為5個(gè)等級(jí)(見(jiàn)表2).由表2可見(jiàn)，長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力大于0的小流域面積為1 415 014.73 km2，占流域總面積的81.65%，說(shuō)明長(zhǎng)江流域大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)為正向演替.生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力等級(jí)為一般和較好的小流域較多，分別占流域總面積的47.58%、24.60%；生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力極好的小流域面積為164 060.30 km2，占流域總面積的9.47%；生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力極差的小流域面積為18 425.86 km2，僅占流域總面積的1.06%.

表2 長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(RS)等級(jí)劃分Table 2 Classification of ecological resilience in the small watershed of the Yangtze River Basin

根據(jù)長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力空間分布(見(jiàn)圖4)得出，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力高的小流域集中在長(zhǎng)江流域中部地區(qū)，主要分布在嘉陵江、漢江上游、長(zhǎng)江上游(宜賓至宜昌段)、烏江流域、洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系等二級(jí)流域，尤其是陜西省的安康市、商洛市，甘肅省的隴南市，四川省的廣元市，湖北省的神農(nóng)架林區(qū)、恩施土家族苗族自治州，湖南省的張家界市、湘西土家族苗族自治州、永州市、懷化市，廣西壯族自治區(qū)的桂林市，江西省的吉安市、贛州市、撫州市、景德鎮(zhèn)市，以及安徽省的黃山市等區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較好，正負(fù)趨勢(shì)的衰減時(shí)間差最高可達(dá)13 628 a；生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力差的小流域分布在太湖水系、長(zhǎng)江下游(湖口以下)、金沙江、岷沱江等流域，主要是四川省的成都市、眉山市、自貢市，青海省的玉樹藏族自治州，江蘇省的南通市、泰州市、常州市、鎮(zhèn)江市、蘇州市、南京市，浙江省的嘉興市、湖州市，上海市，安徽省蕪湖市、馬鞍山市、合肥市，湖北省的潛江市、孝感市、武漢市、鄂州市以及湖南省長(zhǎng)沙市等地區(qū)，正負(fù)趨勢(shì)的衰減時(shí)間差最低可達(dá)?838 a.長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力總體上呈現(xiàn)中部高、東部和西部低的特點(diǎn)，長(zhǎng)江流域源頭區(qū)和長(zhǎng)江入海口區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較差.

圖4 長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力空間分布情況Fig.4 Spatial distribution of ecological resilience in the small watershed of the Yangtze River Basin

2.3 討論

2.3.1 長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力分析

從時(shí)間尺度上看，2001?2020年長(zhǎng)江流域整體上EVI呈增加趨勢(shì)，EVI維持下降趨勢(shì)的柵格減少速率較快，長(zhǎng)江流域整體植被覆蓋正向演替趨勢(shì)明顯，與相關(guān)研究結(jié)果[23-26]一致.從空間尺度上看，植被覆蓋空間分布差異性在逐漸增大，植被覆蓋維持上升趨勢(shì)的柵格主要分布在漢江上游、長(zhǎng)江上游(宜賓至宜昌)、烏江中下游、洞庭湖水系上游來(lái)水區(qū)域，集中在陜西省的安康市、商洛市，湖北省的十堰市、重慶市的城口縣、巫溪縣、巫山縣、奉節(jié)縣等地區(qū)；植被覆蓋保持下降趨勢(shì)的柵格主要分布在太湖水系以及岷沱江流域中下游，如上海市，江蘇省蘇州市、無(wú)錫市、常州市，四川省成都市等地區(qū)，與相關(guān)研究結(jié)果[15,22-23,26-30]一致.

長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力為正的小流域面積占流域總面積的81.65%，說(shuō)明長(zhǎng)江流域大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性，為正向變化趨勢(shì).生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較好的小流域分布與植被覆蓋持續(xù)變好區(qū)域基本重疊，集中在漢江上游、長(zhǎng)江上游(宜賓至宜昌段)等區(qū)域，表明良好的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)為生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了保障.太湖水系的南通市、嘉興市，以及成都市、眉山市、蕪湖市等地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力差，這些地區(qū)主要位于成渝經(jīng)濟(jì)圈、長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)圈，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，城市化進(jìn)程快，說(shuō)明人類的高強(qiáng)度干擾對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力有較大影響，若干擾到一定程度生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)生逆轉(zhuǎn)[31-34].筆者研究揭示了長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力空間分布差異，可為流域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、環(huán)境治理與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)同管理提供參考.因此，長(zhǎng)江流域下游省市在國(guó)土開(kāi)發(fā)過(guò)程中要重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)，開(kāi)展綜合性、針對(duì)性、差異性管控[35-36].

2.3.2 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力空間異質(zhì)性分析

針對(duì)長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的空間差異性，深入分析其影響因素.參考李觀鳳等[7,31,37]對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)脆弱性和恢復(fù)力驅(qū)動(dòng)因子的分析結(jié)果，筆者研究以長(zhǎng)江流域6 767個(gè)小流域?yàn)閷?duì)象，分析小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與降雨量、地形、植被覆蓋、人類活動(dòng)等因素之間的相關(guān)性，判斷各因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的影響情況.

2.3.2.1 降雨量的異質(zhì)性

分析長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與2013?2020年多年平均降雨量(自然條件)、降雨量變化趨勢(shì)之間的關(guān)系(見(jiàn)圖5).由圖5可見(jiàn)：多年平均降雨量在800~1 200 mm范圍內(nèi)的小流域，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較高；多年平均降雨量<1 200 mm時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力隨著降雨量的增大總體呈增加趨勢(shì)；多年平均降雨量>1 200 mm后，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力有所減小.生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與降雨量變化斜率之間無(wú)明顯相關(guān)特征規(guī)律.

圖5 長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與多年平均降雨量、年降雨變化斜率的關(guān)系Fig.5 Relationship between ecological resilience and perennial mean rainfall and annual rainfall variation slope in the small watershed of the Yangtze River Basin

2.3.2.2 地形異質(zhì)性

分析小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與平均海拔、平均坡度的關(guān)系(見(jiàn)圖6)發(fā)現(xiàn)，隨著海拔升高，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力呈先增大后減小的趨勢(shì)，海拔在1 000~1 500 m范圍內(nèi)的小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力最好. 海拔低于1 000 m時(shí)，隨著海拔的升高，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力趨向于升高；海拔高于1 000 m后，隨著海拔的升高，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力趨于降低.坡度≤30°時(shí)，隨著坡度增大，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力呈增加趨勢(shì)；坡度高于30°時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力有所下降；坡度在25°~30°范圍內(nèi)的小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力最大.

2.3.2.3 植被覆蓋異質(zhì)性

以林草覆蓋率表征小流域植被覆蓋特征，分析長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與植被覆蓋之間的關(guān)系(見(jiàn)圖7)，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力隨著林草覆蓋率的增大而升高.

圖7 長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與林草覆蓋率的關(guān)系Fig.7 Relationship between ecological resilience and perennial mean vegetation index in the small watershed of the Yangtze River Basin

2.3.2.4 人類活動(dòng)異質(zhì)性

以建設(shè)用地占比表征小流域人類活動(dòng)強(qiáng)度，分析長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與人類活動(dòng)之間的相關(guān)性(見(jiàn)圖8).由圖8可見(jiàn)，建設(shè)用地占比在10%以上時(shí)，小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力隨著建設(shè)用地占比的增大而減小，說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力會(huì)受人類活動(dòng)的影響.

圖8 長(zhǎng)江小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與建設(shè)用地占比關(guān)系Fig.8 Relationship between ecological resilience and proportion of construction land in the small watershed of the Yangtze River Basin

通過(guò)以上影響因素分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與降雨量、地形(海拔、坡度)、植被覆蓋、人類活動(dòng)均有一定的相關(guān)性，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力隨坡度、林草覆蓋率的升高而增大，隨人類活動(dòng)強(qiáng)度的增大而減小，隨海拔的增加呈先增大后減小的趨勢(shì).筆者研究表明，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的影響因素存在明顯的時(shí)空差異，海拔在1 000~1 500 m、坡度在25°~30°、年降雨量在1 000~1 200 m的小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較高，證明生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力是受多種驅(qū)動(dòng)因素綜合影響，不同區(qū)域內(nèi)影響因素的作用強(qiáng)度和波動(dòng)方向各不相同.空間異質(zhì)性分析也從側(cè)面驗(yàn)證了小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的空間分布特征，在長(zhǎng)江入海口上海市、江蘇省等地區(qū)，海拔較低平、降水充沛、植被較少，土地多樣化程度高，城鎮(zhèn)化建設(shè)快速的地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力相對(duì)較低.

3 結(jié)論

a)2001?2020年，長(zhǎng)江流域整體EVI呈上升趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境呈正向變化，植被覆蓋的空間差異性在逐漸增大.長(zhǎng)江流域上游植被覆蓋一直較少，且改善程度不明顯；長(zhǎng)江入海口部分區(qū)域植被覆蓋率總體呈減小趨勢(shì).

b)長(zhǎng)江流域內(nèi)81.65%的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為穩(wěn)定向好的狀態(tài).長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力呈現(xiàn)空間分布不均勻的特征，總體上呈中部高、東部和西部低，長(zhǎng)江入海口部分地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較差的特征.生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力受地形(海拔、坡度)、植被覆蓋、人類活動(dòng)、降雨量的影響，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與坡度、林草覆蓋率均呈正相關(guān)，與人類活動(dòng)呈負(fù)相關(guān)，與海拔呈拋物型相關(guān).長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力受多種驅(qū)動(dòng)因素的綜合影響，其影響在上、中、下游既有相似性又存在顯著差異，其空間不一致性與生態(tài)系統(tǒng)的自然條件有關(guān).

c)長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)整體上呈正向演替，特別是漢江流域，這得益于長(zhǎng)江大保護(hù)以及丹江口水源地的保護(hù)，無(wú)論從國(guó)家政策還是相關(guān)人員的研究都可以得到印證.生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力最低值出現(xiàn)在長(zhǎng)江下游及入海口區(qū)，這些區(qū)域人類干擾強(qiáng)度大，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中要特別重視生態(tài)保護(hù)與修復(fù)，避免產(chǎn)生生態(tài)倒退的不可逆現(xiàn)象.上游地區(qū)如金沙江、大渡河、岷江一帶生態(tài)恢復(fù)力較低，是否與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、水電開(kāi)發(fā)、地震及地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)，還需進(jìn)一步研究.