基于GIS 的生态系统质量评价研究
——以罗定市国土空间总体规划为例

● 黎 诚,熊曦柳,李建华

（1.广东省城乡规划设计研究院有限责任公司，广东 广州 510290；2.华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；3.广东省土地开发整治中心，广东 广州 510635）

生态系统质量评价可以总体反映区域生态系统质量现状和可持续发展能力，是生态系统内部结构、状态、组织、活力、恢复力、完整性等方面的综合反映[1-2]。定性、定量地开展区域生态系统状况分析，正确评价生态系统质量，有助于生态系统恢复、生态格局构建等工作的开展。研究小组基于GIS 的信息技术[3-4]，以罗定市国土空间总体规划工作为基础，对罗定市的生态系统质量综合评价进行研究。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

罗定市位于广东省西部粤桂两省交接处，全市总面积2 327.5 km2。东面广东省云浮市云安区，西接广西壮族自治区梧州市岑溪市，东南依广东省阳江市阳春市，西南与广东省茂名市信宜市接壤，北靠广东省云浮市郁南县，市内下辖4 个街道，17 个镇和1 个农场，常住人口93.69 万人[5]。总体地形呈中间低、四周高。罗定市为亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，年均气温在20°C 左右，年均降水量在1 400 mm 左右。每年雨季一般为4 月-9 月，降水量大，多有暴雨发生。自然植被以常绿阔叶林为主，中部和南部分布有热带作物。

1.2 数据源及处理

数据来源及用途如表1 所示。以GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000 为统一坐标系。

表1 数据来源及用途表

1.3 研究方法

1.3.1 综合评价法

研究小组运用GIS 技术，将4 个一级指标的生态系统质量划分为5 个等级（优、良、一般、较差和差），并且分别赋值（5～1）。运用多因子线性指标函数法[6]来构建罗定市生态系统质量评价模型。

公式（1）中，EQk表示第k个栅格像元的综合生态系统质量评价值；Cjk表示第j指标上第k个栅格像元上的生态系统质量贡献值；n表示栅格像元个数。

2 指标体系的构建

生态系统是一个复杂的非线性系统，对其质量进行综合评价必须选择多层次、针对性强的指标体系[7]。

罗定市以粮食生产为主，研究小组结合罗定市国家级农产品主产区的定位，从罗定市生态系统结构的质量、服务能力、胁迫、恢复能力等4 个方面来构建罗定市生态系统质量指标体系，之后采用综合评价法对该市生态质量进行综合评价。

2.1 生态系统结构质量

2.1.1 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。罗定市地处北回归线南侧，属亚热带季风气候，雨量不稳定，易发生洪涝灾害，温、光、热地域差异明显，干旱及“倒春寒”灾害较多，是广东省地质灾害易发和多发地区之一。

罗定市地质灾害分布范围较广，灾点较多，几乎遍及全市各乡镇、场、街道，灾害体规模以小型为主，但威胁、危害性较大。地质灾害调查统计结果显示，罗定市以崩塌、滑坡、地面塌陷等3 类突发性地质灾害类型为主，主要分布在船步镇、分界镇、附城镇、龙湾镇、罗镜镇、榃滨镇等6 个镇。研究小组结合罗定市实际及地质灾害发生率，对生态系统脆弱性的影响进行分级（见表2）。

2.1.2 土壤侵蚀强度

土壤侵蚀强度是指评价单元或地块上发生的土壤侵蚀模数的高低程度，以其来表示罗定市土壤环境质量[8]。土壤侵蚀越严重，土壤环境质量越低。罗定市大部分土壤偏酸性且耕层浅薄，土壤质地呈砂壤至中壤土，土壤中有机质和其他养分积累低。土壤侵蚀强度通过RUSLE 模型来表征。

公式（2）中，A表示年平均单位面积上土壤侵蚀量（t/hm2·a）；R表示降雨侵蚀力因子[MJ·mm/（hm2·h·a）]；降雨强度和持续时间越小，该值越小；K表示土壤可蚀性因子，罗定市土壤分为南方山地草甸土、黄壤、红壤、赤红壤、紫色土、红色石灰土、黑色石灰土等7个土类；L、S分别表示坡长、坡度因子；C表示植被覆盖因子；P表示水土保持措施因子。

参照《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007），研究小组将罗定市土壤侵蚀划分为5个等级（微度、轻度、中度、强烈和极强烈）。结合土壤侵蚀强度对生态系统土壤保持服务的影响力，可知生态系统土壤保持服务与生态系统质量呈正相关。土壤侵蚀强度分级标准见表2。

表2 罗定市生态系统质量评价指标体系表

2.1.3 景观格局指数

景观格局主要指空间格局，景观斑块越大越完整就越有利于大型动植物的生存和繁衍，生态系统质量就越高[9]。研究小组选取景观多样性指数（香农多样性指数）、景观边缘破碎度（景观边缘密度）和景观脆弱度（面积加权平均形状指数、平均斑块分维数倒数）来评价罗定市景观格局生态质量。针对单个景观系统，土地利用类型越丰富，破碎化程度越高，香农多样性指数也越高。当景观受到人为扰动的强度越大，景观边缘密度越大，边界破碎性越大，景观边缘脆弱度也越大。采用自然段点法，结合罗定市的实际情况和景观格局对生态的影响程度进行分级（见表2）。

2.2 生态系统服务能力

2.2.1 生态系统生产能力指数

反映生态系统生产能力的主要有植被覆盖度。植被覆盖度是衡量地表植被状况的重要指标之一，是描述生态系统的重要基础数据，也是区域生态系统环境变化的重要指标，对水文、生态、区域变化等都具有重要意义[10]。研究小组以归一化植被指数（NDVI）对罗定市的植被覆盖度进行估算，得出植被覆盖度的范围。

2.2.2 生态系统服务价值

生态服务价值与该地区的生物量息息相关，当该区域的生物量越大时，区域的生态系统服务价值也就越大。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[11]，研究小组参考中国生态系统服务价值当量因子表中林地、耕地、水域、草地、未利用地和建设用地的参考值，计算罗定市陆地生态系统单位面积生态服务价值当量（见表3）。

公式（3）中，Ea为生态服务价值当量（元·hm-2）；i（i=1，2，…，n）为作物种类；pi为i种作物的全国平均价格(元·t-1)；qi为i 种粮食作物单产（t·hm-2）；mi为i 种粮食作物面积（hm2）；M为n种粮食作物总面积（hm2）；为无人力投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田的。

以《2020 年罗定市统计年鉴》的统计数据为标准，研究小组计算出罗定市生态服务价值当量为1 975.08 元/hm2。以生态服务价值当量为权重因子，测定出罗定市单位面积生态服务价值和土地生态服务价值分级标准（见表3）。

表3 罗定市不同土地利用类型单位面积生态服务价值表

2.3 生态系统胁迫

大规模的开发建设、高强度的社会经济行为、过度开垦等都会破坏或改变地表原本的植被，进而影响生态系统的结构和服务功能，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产生消极的影响[12]。研究小组选取距采矿权距离、距道路距离、人类干扰指数和人口密度4 个方面，重点分析罗定市生态系统所面临的胁迫。研究小组用多因子线性权重指标函数法来计算生态胁迫指数SI，当生态系统胁迫越严重时，生态系统的质量就越低。采用自然段点法，结合罗定市的实际情况和胁迫因子对生态的影响程度进行分级（见表2）。

公式（4）中，SI表示生态系统胁迫指数；W是根据等全叠加计算出的权重；PD表示人口密度；HDI表示人类干扰指数；RD表示距道路权距离；MD表示距采矿权距离。

2.4 生态系统恢复能力

生态系统恢复能力是指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[13]。生态系统恢复能力越强，生态系统质量越高。研究小组采用自然段点法，结合罗定市实际及生态系统恢复能力，对影响生态系统恢复能力的土地利用类型进行分等定级，分析其对生态系统质量的影响程度，分级标准见表3。

3 结果与分析

3.1 单因子生态系统质量评价

罗定市生态系统结构质量等级以良为主，面积为17.41 万hm2，占罗定市总面积的74.81 %。生态系统结构质量处于较差以下的地区集中分布于泗纶镇、分界镇、龙湾镇。这些地区位于中度土壤侵蚀区、高程多在682 m 以上，易发生地质灾害。

罗定市生态系统服务能力等级以良为主，面积为16.25 万hm2，占罗定市总面积的69.83 %。生态系统服务能力等级呈北低南高分布。生态系统服务能力处于较差以下的集中分布于双东街道、素龙街道。这些地区的土地生态服务价值差、植被覆盖较差，导致生态系统服务能力较低。

罗定市生态系统胁迫等级以良和一般为主，面积为6.95 万hm2，占罗定市总面积的29.88 %。生态系统胁迫处于较差以下的地区大多分布在距离道路近的地区，这些地区受到距离采矿点近、人口密度较高等因素的影响，分散分布于罗城街道、双东街道、素龙街道、罗平镇、太平镇、华石镇、苹塘镇、金鸡镇、朗塘镇、围底镇、罗镜镇、泗纶镇，胁迫等级由东向西呈由高到低分布。

生态系统恢复能力等级以优为主，面积为12.01 万hm2，占罗定市总面积的51.62 %。生态系统恢复能力处于较差以下的地区集中分布于建设用地和未利用地所占比重较大的罗城街道、素龙街道、双东街道、附城街道，分布面积较小。

3.2 生态系统质量综合评价

研究小组将单因子生态系统质量评价结果进行空间叠加，得到罗定市生态系统综合质量等级，按照相同等级划分，得到罗定市生态系统质量综合评价。经统计分析，罗定市生态系统质量以等级良为主，面积约13.05 万hm2，占罗定市总面积的56.05 %。

罗定市生态系统综合质量评价结果统计表见表4。罗定市的生态系统质量等级Ⅰ的部分最少，面积为0.78 km²，占罗定市面积的0.03 %，此区域集中分布在罗城街道，主要受到极强烈土壤侵蚀、高景观破碎度、生态系统胁迫强度大、高度人类干扰的影响。居民生活区是城市生存和发展的基础，需同时进行经济发展和生态保护恢复工作。应尽可能减少人类活动，在生活区重点改善城镇生态环境，实施区域内植被、景观的整体保护、系统修复和综合治理工作，增强生态系统循环能力，提供良好舒适的人居环境和休闲园林景观，并配套完善的基础设施，提高生态安全稳定性。

表4 罗定市生态系统综合质量评价结果统计表

Ⅱ级生态系统质量区面积约105.45 km²，占罗定市总面积的 4.52 %，该区主要受强烈土壤侵蚀、生态系统胁迫强度大的影响，较容易受到人为活动的干扰，形成不稳定的生态系统，应进行重点治理。建议顺应自然界生态系统的演替规律，减少人类活动的干预，尽量减少人为因素造成新的水土流失，合理规划发展采矿业。同时，应加强治理矿山污染、恢复矿山植被等措施，注重水土保持。对于矿区土壤修复主要采用生物修复措施，通过降解土壤中的危害性污染物的方式提高土壤肥力，以维护和改善矿区生态安全稳定性，保护和改善当地生态环境。

Ⅲ级生态系统质量区面积约330.55 km²，占罗定市总面积的14.16 %，该区围绕Ⅱ级区分布，主要受到强烈土壤侵蚀、地质灾害高易发性、生态系统胁迫强度大、高度人类干扰的影响。建议增加地表植被，适当减少人类活动，降低人类活动干扰间接引发地质灾害的可能性。

Ⅳ级和Ⅴ级生态系统质量区面积分别约1 069.39 km²、828.72 km²，分别占罗定市总面积的45.80 %、35.50 %，属于罗定市生态系统高质量区域，该区主要分布于罗定市西北部、西南部和东南部地区。要加强对该区域生态系统环境的保护工作，继续保持与完善原有对林地等的保护与管理，以保护生态环境为前提，大力推进罗定市废弃、退化、污染、损毁土地的治理、改良和修复，加强海岸带保护，促进罗定市的土地资源持续利用，不断完善罗定市的生态安全格局，实现自然生态保护与科学发展的协调统一和相互促进。

4 结语

研究小组以罗定市为研究对象，基于GIS技术，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4 方面来分析罗定市生态系统综合质量，并将其划分为5 个质量等级。单因子生态系统质量较差的区域主要集中在罗城街道、素龙街道、双东街道等，这些地区可通过开展河道生态化整治、土地污染整治修复的生态系统恢复措施来提高生态系统质量；综合型生态系统质量较差的区域主要集中在中心城区，这些地区经济快速发展，生态系统特性较复杂，未来应重点实施生态系统质量恢复与保护。