广东省吴川市国土空间生态系统质量评价

蔡宜泳，熊曦柳，黎诚

1.广东友元国土信息工程有限公司；2.华南农业大学 资源环境学院

随着城市经济社会的发展，生态系统受到城市化等人类活动的威胁越发严重，保障生态安全作为迫切的社会需求已经成为人类社会可持续发展面临的新主题[1,2]。《中共中央 国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》提到，坚持山水林田湖草生命共同体理念，加强生态环境分区管治，量水而行，保护生态屏障，构建生态廊道和生态网络，推进生态系统保护和修复，依法开展环境影响评价。坚持山水林田湖草系统治理，着力提高生态系统自我修复能力和稳定性，守住自然生态安全边界，促进自然生态系统质量整体改善。完善生态安全屏障体系，强化国土空间规划和用途管控，划定落实生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界以及各类海域保护线。

国土空间是由一系列不同类型的功能单元（如资源、生态、环境、经济、社会等要素）组合而成的、在时空上连续分布的有机整体[3]，是生态文明建设的物质基础，由生态系统和人类社会相互作用形成[4,5]。国土空间生态安全格局是对区域生态空间进行国土空间格局优化的空间配置方案，对维护景观格局整体性及区域生态安全具有重要意义[6,7]。生态安全格局作为沟通生态系统服务与人类社会发展的桥梁，被视为区域生态安全保障和人类福祉提升的关键环节[8]，合理构建生态安全格局有助于维护国土空间系统的完整性和安全性，提升国土空间布局的合理性[9]。在现今生态环境问题日益严重的情况下，生态安全格局的构建显得愈发重要，构建生态安全格局是系统解决生态安全问题、推动可持续发展的重要手段[10]。生态系统质量描述的是生态系统本身的特征，表征生态系统的健康程度，以及受自然和社会经济条件影响下现有生态功能的可持续性[11]。生态系统质量评价作为反映生态安全的手段，是构建生态安全格局的重要依据。本文以广东省吴川市为研究区，构建单因子和多因子相结合的评价体系，基于GIS的空间分析和栅格叠加方法，以栅格单元（栅格大小为30m×30m）作为评价单位，开展吴川市国土空间生态系统质量评价，为市域国土空间生态格局构建和生态系统环境保护工作提供参考依据。

一、研究区概况

吴川市为广东省辖县级市，由湛江市代管，位于广东省西南部，北纬21°15′-21°39′，东经110°28′-110°58′，东邻茂名市电白区，南濒南海，西接廉江市，西南连湛江市坡头区，北与化州市、茂名市茂南区接壤。全市土地总面积870平方公里，下辖10个镇和5个街道，常住人口90.74万人（第七次全国人口普查）。市域属亚热带海洋性季风气候，气候温和，夏长冬短，雨量丰沛，日照充足。地势北高南低，缓缓向海倾斜，东北、西北为低丘陵山区，中部是鉴江、袂花江冲积平原，东南为台地，海岸线属沙丘。山丘一般高20-30米，最高为尖山岭，海拔172米。境内河流纵横交错，鉴江横贯南北，袂花江、梅江、三丫江、塘缀河、板桥河、乌泥河等江河均流入鉴江，汇合出海，每年过境水量达55.5亿立方米。土壤类型主要有砖红壤、水稻土、潮砂泥土、滨海砂土、沿海滩涂地等。

二、研究方法

（一）评价指标选取及指标体系构建

从生态系统质量内在出发，以吴川市生态系统保护为落脚点，围绕生态系统本身结构稳定性、生态系统对人类的各种服务能力程度、人类活动对生态系统的影响程度以及生态系统自身恢复能力四重内涵，从生态系统结构质量、生态系统服务能力、生态系统胁迫、生态系统恢复能力四个方面[11]，构建吴川市生态系统质量指标体系，主要从一级和二级指标因子综合评价开展研究。考虑吴川市实际情况和数据的可获取性，选取生态系统结构质量、生态系统服务能力、生态系统胁迫和生态系统恢复能力作为评价的一级指标因子，二级指标因子包括地质灾害易发性、景观格局指数、高程与坡度、土地生态服务价值、距水源的距离、生态系统胁迫指数、生态系统恢复能力等，将各因子的生态系统质量等级划分为优（等级Ⅴ）、良（等级Ⅳ）、一般（等级Ⅲ）、较差（等级Ⅱ）和差（等级Ⅰ）（见表1）。

表1 吴川市生态系统质量评价指标体系

1.生态系统结构质量

吴川生态系统结构质量主要从地质环境质量和景观格局生态质量两方面考虑，结合吴川市实际情况，选取地质灾害易发性、景观格局指数（ED、AWMSI、MPFD）、高程和坡度等指标综合分析吴川市生态系统结构质量。

（1）地质灾害易发性。地质环境质量主要体现为地质灾害易发程度。吴川市位于湛江市的东北部地区，地形地貌以低山丘陵为主，是湛江市地质灾害易发地之一。地质灾害的特点是分布范围集中，灾点较多，灾害规模则以小型为主，威胁和危害性较小。根据地质灾害调查统计，吴川市以突发性地质灾害类型为主，主要为崩塌、滑坡和地面塌陷。地质灾害点主要分布在振文镇、梅录街道、塘尾街道、吴阳镇、黄坡镇、大山江街道、覃巴镇和王村港镇等。地质灾害与火山口的分布最密切，从吴川市地质灾害分布看，火山口是诱发地质灾害最重要的外在因素，主要分布在吴阳镇的南部和吴阳镇与黄坡镇交界处。不合理的人类工程活动，致使吴川市地质灾害频发，尤其以滑坡和不稳定斜坡为主，破坏了当地地质环境结构，降低了生态系统质量，严重威胁到居民的生命财产安全。结合吴川市实际及地质灾害发生率对生态系统脆弱性的影响，生态系统越脆弱，生态系统质量越低。地质灾害易发性分级标准见图1。

图1 吴川市地质灾害易发区分布

（2）景观格局指数。景观格局又称空间格局，体现在景观类型、数量结构和空间配置上，景观斑块越大越完整，越有利于大型动植物的生存和繁衍，生态系统质量就越高。景观完整性遭受破坏，破碎化程度大于连接度，景观连通性差，生态系统内部的能量流、信息流和物质流便会受到限制，从而进一步引发水土流失、湖泊污染、生物生境破坏等生态问题[12,13]，生态系统质量便不高。故选取景观边缘破碎度和景观脆弱度来评价吴川市景观格局生态质量。采用景观边缘破碎度(ED)，反映景观受到人为扰动的强度，ED越大，边界破碎性越大。采用面积加权平均形状指数（AWMSI）和平均斑块分维数倒数（MPFD）来表示景观脆弱度，其表征景观斑块受外来因素干扰的程度，景观脆弱度与人类干扰程度呈显著正相关。采用Natural Break聚类法[14]，结合吴川市实际，考虑到景观格局指数对生态系统结构、承载力等方面的影响程度[14,15]，景观格局指数分级标准见图2-4。

图2 吴川市景观边缘破碎度（ED）

图3 吴川市景观脆弱度（AWMSI）

图4 吴川市景观脆弱度（MPFD）

（3）高程与坡度。吴川市整体以平原丘陵地貌为主，高程较高的地区为覃巴镇/王村港镇一带和浅水镇北部区域，较低的地区为振文镇/吴阳镇-黄陂镇一带。吴川市坡度较大的地区为塘缀镇、浅水镇和覃巴镇，坡度较为平缓的地区为吴阳镇和振文镇。高程与坡度分级标准见图5-6。

图5 吴川市高程分布

图6 吴川市坡度分布

2.生态系统服务能力

（1）土地生态服务价值。生态服务价值的大小与其所处的土地密切相关，即该土地生物量越大，生态系统服务价值越大。土地利用变化及空间布局影响着区域的生态系统结构、过程和功能。基于土地利用的生态系统服务价值的估算是最直接的方式[16]，其中土地利用的生态服务价值涵盖9类，包括气体调节、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性维持、食物生产、原材料生产和娱乐文化[17]。参考林地、耕地、草地、水域及未利用地的中国生态系统服务价值当量因子表[18]，建设用地不具有生态服务价值[17]，将建设用地生态服务功能赋值为0，园地选取草地和林地的平均值[19]。吴川市生态服务价值当量计算公式如下[20]：

表2 吴川市不同土地利用类型单位面积生态服务价值

根据《吴川市统计年鉴2018》的数据，利用公式（1）计算出2018年吴川市生态服务价值当量为2756.70元·。以生态服务价值当量为权重因子[22]，测定出单位面积生态服务价值，如表2所示。采用Natural Break聚类法，结合吴川市实际及土地生态服务价值对生态系统服务能力的影响[16]，生态系统服务能力分级标准见图7。

图7 吴川市土地生态服务价值

（2）距水源的距离。吴川市境内主要有鉴江、袂花江、三丫江、梅江等较为重要的江河流域，并在覃巴镇、塘缀镇、浅水镇等地区分布了较大的水库。以河流水系中线位置为基准建立缓冲区，落入缓冲区的区域被视为沿河流分布，并按照距水源位置的远近进行等级划分。吴川市距水源位置较远的地方为黄坡镇西南部、吴阳镇南部、塘缀镇南部、塘缀镇与樟铺镇接壤地段、覃巴镇南部、长岐镇中部。距水源的距离分级标准见图8。

图8 吴川市距水源的距离

3.生态系统胁迫

在外界干扰下，生态系统的结构和功能变化显著，生态系统质量也随之改变。高强度的社会经济活动、大规模的开发建设活动、大量开垦坡耕地等行为改变或破坏已有地表覆被，影响生态系统结构和服务功能，改变生态系统的演替或过程，对当地生态系统的可持续发展会造成重大隐患[11]。选取人口密度、人类干扰指数、距道路距离、距采矿权距离四方面，重点分析吴川市生态系统所面临的胁迫。（1）人口密度。吴川市人口密度较大主要集中在中心城区，尤其是梅录街道和海滨街道，振文镇人口密度也较大，中心城区外人口密度一般，浅水镇和塘缀镇人口密度较小。人口密度分级标准见图9。（2）人类干扰指数。吴川市人类干扰指数较大的地方主要集中在梅录街道和振文镇交界处、长歧镇南部和黄坡镇中上部地区，人类干扰指数较小的地方在吴阳镇南部和博铺街道。人类干扰指数分级标准见图10。（3）距道路的距离。以吴川市现有的一级公路位置为中心建立缓冲区，落入缓冲区的区域被视为受道路影响区域，并按照距道路位置的远近进行等级划分，距道路的距离分级标准见图11。结果表明，吴川市一级公路分布较为密集，其中受道路影响较大的区域集中在塘缀镇、振文镇和樟铺镇，海滨街道和塘尾街道东部受一级公路的影响较小。（4）距采矿区的距离。吴川市现有5个采矿点，以矿区点位置为中心建立缓冲区，落入缓冲区的区域被视为受矿区开采影响区域，并按照距采矿区位置的远近进行等级划分，距采矿区的距离分级标准见图12。结果表明，吴川市受到采矿区影响的地区为塘缀镇西部、黄坡镇西部、覃巴镇东部，其余12个镇（街道）几乎不受采矿区的影响。

图9 吴川市人口密度

图10 吴川市人类干扰指数

图11 吴川市距道路的距离

图12 吴川市距采矿区的距离

4.生态系统恢复能力

生态系统受到压力胁迫后，能够保持或恢复自身结构和功能相对稳定性的能力称为生态系统的恢复力。生态系统恢复能力越强，生态系统越趋于平衡，即生态系统质量越高。为提高研究结果的准确性，将耕地、林地、草地和未利用地进行细分并赋值[11]，生态系统恢复能力分级标准见图13。采用Natural Break聚类法，结合吴川市实际及生态系统恢复能力，分析对生态系统质量的影响程度。

图13 吴川市生态系统恢复能力

（二）综合评价模型

运用GIS技术，将生态系统结构质量、生态系统服务能力、生态系统胁迫、生态系统恢复能力各因子的生态系统质量分为优、良、一般、较差和差，并分别赋值5、4、3、2、1。运用多因子线性指标函数法来构建吴川市生态系统质量综合评价模型，公式如下[11]：

三、结果分析

（一）单因子生态系统质量评价

将4个一级指标因子下的二级指标因子的评价结果进行空间叠加，得到吴川市生态结构质量等级、生态系统服务能力等级、生态系统胁迫等级、生态系统恢复能力等级，并将其划分为优（等级Ⅴ）、良（等级Ⅳ）、一般（等级Ⅲ）、较差（等级Ⅱ）和差（等级Ⅰ）五个质量等级（见表3），得到吴川市生态结构质量评价等级图、生态系统服务能力评价等级图、生态系统胁迫评价等级图、生态系统恢复能力评价等级图（见图14-17）。

表3 吴川市单因子生态系统质量评价结果统计表（分区）

图14 吴川市生态系统结构质量

图15 吴川市生态系统服务能力

图16 吴川市生态系统胁迫

图17 吴川市生态系统恢复能力

由统计分析所得：

（1）吴川市生态系统结构质量以等级良（等级Ⅳ）为主，面积为24727.59公顷，占全市总面积的28.42%。生态系统结构质量的预警区（生态系统结构质量等级为差，即等级Ⅰ），主要分布在黄坡镇东部、吴阳镇西部、塘尾街道西北部、振文镇南部等地区。（2）吴川市生态系统服务能力等级以良（等级Ⅳ）为主，面积为43329.85公顷，占全市总面积的49.80%。生态系统服务能力的预警区（生态系统服务能力等级为差，即等级Ⅰ），零散分布在各个镇（街道）。（3）吴川市生态系统胁迫以等级良（等级Ⅳ）、一般（等级Ⅲ）和较差（等级Ⅱ）为主，面积分别为20794.85公顷、21264.68公顷和25423.65公顷，分别占全市总面积的23.90%、24.44%和29.22%。生态系统胁迫的预警区（生态系统胁迫等级为差，即等级Ⅰ），主要分布在梅录街道、振文镇中部、黄坡镇中西部、覃巴镇中东部等地区。（4）吴川市生态系统恢复能力以等级优（等级Ⅴ）为主，面积为31644.70公顷，占全市总面积的36.37%。生态系统恢复能力的预警区（生态系统恢复能力等级为差，即等级Ⅰ），主要分布在海滨街道、梅录街道、塘尾街道中部，其余镇（街道）零散分布。

（二）生态系统质量综合评价

将4个一级指标因子生态系统质量评价结果进行空间叠加，得到吴川市生态系统综合质量等级，并将其同样划分为5个等级，得到吴川市生态系统质量综合评价图，如图18所示。经统计分析，吴川市生态系统质量以等级良（等级Ⅳ）为主，面积为42677.29公顷，占全市总面积的49.05%。生态系统修复重点区域（生态系统综合评价等级为差，即等级Ⅰ）主要分布在梅录街道、黄坡镇中部（见表4）。

图18 吴川市生态系统质量综合评价

表4 吴川市生态系统质量综合评价结果统计表（分区）

四、结论与建议

评价结果分为单因子生态系统质量分区和生态系统综合质量分区，能较好反映吴川市生态系统质量的空间格局，可为该区域国土空间生态格局构建和生态系统环境保护工作提供参考依据，更好地服务于生态文明建设。主要结论和建议如下：

（1）吴川市Ⅰ级生态系统综合质量区（差）的部分最少，面积为1174.60公顷，占全市总面积的1.35%，主要利用类型为建设用地等，且人口密度大，人类干扰严重，地质灾害易发，是吴川市生态系统综合质量的预警区（重度危险区）。该区极易受到人为干扰，集中分布在梅录街道、黄坡镇中部。生产集中区和居民生活区是城市生存和发展的基础，经济发展和生态保护恢复缺一不可，建议该区重点改善城镇生态环境，提供良好的人居环境和休闲园林景观，以及配套完善的基础设施，从而实现城市的绿色可持续发展。（2）吴川市Ⅱ级生态系统综合质量区（较差）面积为11276.20公顷，占全市总面积的12.96%，主要土地利用类型为耕地、园地、林地、采矿用地等，是吴川市生态系统综合质量的预警区（中度危险区）。该区围绕重度危险区分散分布，对维护Ⅰ级生态系统综合质量区的生态整体性起关键性作用，是Ⅰ级生态系统综合质量区的重要生态保护屏障。该区属于较脆弱的生态系统区，较容易受到人为活动的干扰，易造成生态系统的不稳定，可作为重点治理区。建议适度减少人类活动的干预，顺应自然界生态系统的演替规律，合理规划发展采矿业，同时注重水土保持工作的实施，保持土壤肥力，保护和改善当地生态环境。（3）吴川市Ⅲ级生态系统质量区（一般）面积为26685.27公顷，占全市总面积的30.67%，主要土地利用类型为耕地、园地、林地等，是吴川市生态系统质量整体提升的潜力区。该区围绕Ⅱ级生态系统综合质量区分布，建议作为吴川市生态系统质量的集中恢复区。（4）吴川市Ⅳ级和Ⅴ级生态系统质量区（良与优）面积分别为42677.29公顷、5194.36公顷，分别占全市总面积的49.05%、5.97%，是生态系统高质量区域，可作为吴川市生态系统质量的巩固发展区。该区主要集中分布在吴阳镇中南部、博铺街道、浅水镇南部、塘尾街道和海滨街道的沿海部分。建议该区严格执行吴川市生态系统环境保护工作，继续保持与完善原有对林地、湿地等的保护与管理，实现市域生态系统的高质量发展。