舒波, 何洲历, 王玲, 王家倩, 李雨哲
生态服务因子影响下的乐山地区生态敏感性研究
舒波1, 2, *, 何洲历2, *, 王玲1, 王家倩3, 李雨哲2
1. 西华大学, 土木建筑与环境学院, 成都 610039 2. 西南交通大学, 建筑与设计学院, 成都 611756 3. 中国建筑西南设计研究院有限公司, 成都 610041
乐山地区拥有突出的旅游资源禀赋, 其旅游资源的开发利用应遵循生态保护的原则。以国家园林城市乐山市为研究对象, 基于自然生态和绿地规划数据, 选取土地利用类型、坡度、高程、植被覆盖率、地质灾害和生态敏感因子共六种生态敏感因子, 利用AHP法确定因子权重, 结合GIS空间分析技术获取乐山市生态敏感性的空间分布图。结果表明,乐山市域生态敏感性总体中等偏低, 区域差异明显, 极敏感区、高敏感区、中敏感区、低敏感区和非敏感区分别占到研究区总面积的2.44%、15.51%、49.84%、30.25%和1.96%。在此基础上, 根据不同生态敏感区划定生态服务区, 并提出了相应的用地策略, 为乐山城市规划及生态服务区保护及利用提供参考。
生态敏感性; 生态服务因子; 用地策略; 乐山市
乐山地处四川盆地西南, 是中国重要的生态旅游名城, 具有西南地区典型的气候环境特征。随着乐山城市化进程的加快和文旅产业的蓬勃发展, 乐山的生态系统正面临巨大的挑战。
所谓生态敏感性(ecological sensitivity), 是指生态系统在遇到人类活动干扰时, 生态环境对外界压力的灵敏程度, 是生态系统的一种重要属性, 说明产生生态失衡与生态环境问题的可能性大小[1-2]。生态环境在自然状况下存在着一种耦合关系, 用以维护生态系统的稳定, 但当外界干扰到一定程度时, 耦合关系被打破, 生态环境遭到破坏, 即造成严重的生态问题[3]。
目前, 对于生态敏感性的研究已经开始从国家和省级等大尺度尺度向更小的市域尺度转变, 研究内容也从以单因子为主向研究多因子共同作用结果变化,取得了不少成果[4]。但选取的敏感因子主要集中在自然生态因子和人类活动因子的现状中, 关于绿地系统及旅游资源的规划对生态敏感性造成的潜在影响的探讨尚不充分。同时, 对于四川盆地区域生态敏感性的研究尚且较少。其中, 西南交通大学的崔国拓(2012)[5]定量分析了高速公路对于四川盆地内生态敏感性的影响并提出有针对性的生态环境保护措施。武汉大学的李德旺(2012)[6]通过对大尺度的长江中上游流域层面开展生态环境敏感度与水电开发生态制约研究,为水电开发的水资源管理与保护提供技术支撑及科学依据。四川农业大学的李远(2016)[7]运用遥感影像解译等技术对天府新区的城市绿色基础设施(GI)网络的构建进行了探讨。潘星(2016)等[8]依托RS监测调查技术和GIS空间分析技术,以四川省宝兴县为例建立了生态功能区划生态环境敏感性分析指标体系, 形成了适合于国家重点生态区县的生态功能区划分方案。邓思维(2017)等[9]基于GIS空间分析技术,结合蓬安当地实际获得蓬安县区域敏感性现状图,并以此为基础构建生态安全格局。
由于各市基本情况存在很大差异, 表现出的生态环境问题各有不同, 所选取的影响因子也呈现出鲜明的地域特征。乐山市是西南地区重要的生态旅游名城, 旅游资源的开发在带来经济发展的同时也对当地的生态环境造成了影响。《四川省乐山市旅游发展总体规划——旅游目的地发展纲要(2004- 2015)》指出要将总体规划对于环境的影响控制在可接受的变化限度内[10]。《乐山市城市总体规划(2011-2030)(2017)年版》提出要以“旅游兴市、产业强市”为主线, 以“四川旅游首选地、绿色转型示范市、山水园林宜居城、总部经济聚集区”为近期目标, 以“世界复合遗产名城、国际旅游慢城”为总体定位[11]。但目前, 对该地区旅游资源开发规划和生态敏感性的关联性研究较少, 因此, 本文提取乐山地区2017 年地理信息数据, 在敏感因子中加入生态服务因子以表征生态旅游景区规划的影响力度, 分析区域在生态服务因子变化的过程中的综合性生态敏感性, 为乐山市绿地资源规划设计提供依据, 为乐山生态功能区的保护及发展提供参考, 助力乐山市打造世界级的生态文化旅游目的地。
乐山市地处四川盆地向西南山地过渡地带, 总体趋势西南高, 东北低, 高差悬殊大。其地貌有山地、丘陵、平原三种类型, 以山地为主。境内森林密布, 森林覆盖率已实现连续五年增加, 达57.2%。同时, 乐山境内植物种类繁多, 其中不乏珍惜品种, 良好的森林发育情况也为人类观景游憩提供便利。乐山境内尤其是南部地区地质灾害频发, 受灾面积较大, 灾害成因复杂。这其中, 自然与人为因素共同造成的地质灾害更为常见, 地质灾害的频发也威胁着乐山地区的生态安全。总的来说, 自然生态因子和灾害风险因子是影响乐山地区生态敏感性的主要因素。
近年来, 乐山市第三产业尤其是文旅产业发展迅猛。乐山境内共有世界级遗产三处, 国际5A级旅游景区两处, 4A级13处, 此外还有大大小小的其他知名旅游景区, 旅游资源十分丰富。据统计, 2018年, 乐山市全年接待国内外旅游者5733.55万人次, 比上年增长11.9%。实现旅游总收入892.59亿元, 增长16.1%[5]。良好的经济发展势头带动了乐山的城市建设, 旅游业的蓬勃发展带的游客数量与日俱增, 这些人类活动都给乐山的生态安全格局带来了巨大的挑战。
根据乐山区域概况选取六类敏感因子: 土地利用类型、高程、坡度、植被覆盖率、地质灾害频率和生态服务区等级, 运用自然分类法(natural breaks)将其分为生态极敏感区、高敏感区、中敏感区、低敏感区和非敏感区5类, 制作单因子生态敏感性分析图。根据AHP法得出各因子权重, 通过 ArcGIS 空间分析中的栅格计算器将前五个进行因子加权叠置, 得到乐山地区常规综合生态敏感性结果。再加入生态服务因子得出其影响下的综合生态敏感性结果。将两个综合敏感性结果进行对比, 得出在现有生态区发展规划情况下乐山地区各生态敏感区生态敏感性状况。
数据来源于2017年30米分辨率全球地表覆盖数据(GlobeLand30), 由清华大学地球系统科学系(http://data.ess.tsinghua.edu.cn)和全国地理信息资源目录服务系统(http://www.webmap.cn/commres.do? method=globeIndex)提供。数据集包括了耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、不透水表面、裸地、冰川和永久积雪共10种类型。通过Arcgis10.5分析平台, 利用乐山市市中区行政边界对上述土地利用类型数据进行裁剪, 整理获得耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、建设用地共7种类型。
应用ArcGIS软件将土地覆盖类型、高程、坡度分别赋值。利用NDVI (归一化植被指数)的计算, 提取植被覆盖信息, 以表征植被覆盖状态。灾害风险因子根据《乐山市地质灾害区划》, 将全市划分为平原台地区和西南山区Ⅰ、Ⅱ两个大区, 再分别按照其受地质灾害影响的程度再对其进行赋值。根据各风景区和自然保护区等级将其分为5个敏感等级进行赋值, 以表征生态服务因子。
影响生态敏感性的因素大体上可以分为两类: 自然生态因子和人类活动因子。此外, 针对特定地区的特殊环境, 还可引入诸如生态服务因子、灾害风险因子和特殊价值因子等等参考指标。
论文中的生态敏感因子选取主要根据乐山在城乡发展中可能出现的生态环境的变化, 从自然环境与人类活动出发, 结合乐山历史重大事件选取出四大类六个因子作为本次乐山地区生态敏感性研究的主要影响因子。
土地覆盖类型: 近年来乐山城乡建设高速发展, 城镇风貌日新月异。考虑到乐山境内丰富的自然资源, 将土地类型分为建设用地与非建设用地两大类。同时, 作为全国绿化模范城市、中国优秀旅游城市和国家园林城市, 非建设用地在乐山有更突出的地位。基于此, 本次研究最终将土地覆盖类型分为建设用地、耕地、草地、灌木地、林地、湿地和水体七大类。
地形条件: 乐山境内地形较为复杂多变, 以山地为主。因此, 地形条件尤其是高程和坡度成为了影响生态敏感性的重要因子。乐山地区海拔最大相对高差可达近4000 m, 高程变化较大, 而山区气候多变, 形成了复杂的生态系统。坡度对于生态的影响更为直接, 一般而言, 坡度较为平缓的区域土壤肥沃、植被茂盛, 生态系统发育健全。而坡度较大区域土壤贫瘠, 植被稀少, 生态环境恶劣。
植被覆盖率: 植被覆盖率通常是指森林面积占土地总面积之比, 一般用百分数表示。国家规定在计算森林覆盖率时, 森林面积还包括灌木林面积、农田林网树占地面积以及四旁树木的覆盖面积, 是反映森林资源和绿化水平的重要指标[12]。乐山地区森林资源丰富, 山林面积大, 植物种类繁多。故而植被覆盖率也应作为衡量乐山地区生态敏感性的重要因子。
地质灾害: 乐山地区地质灾害种类繁多, 总体而言可分为自然偶发和人为诱导两种。乐山境内主要有老鹰岩逆断层、新桥断层和乐山隐伏断层三大地质断层带, 根据国家地震局1990年版《中国地震裂度区划图》,其北部低山区地震基本烈度为Ⅶ度,其他地区地震基本烈度为Ⅵ度, 总体属地震多发区[13]。此外, 在城市建设过程中造成的空区塌陷、老窑突水、土壤盐碱化、区域水位下降与水质恶化等地质灾害和崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等自然与人为因素综合作用的地质灾害也时有发生, 威胁着乐山地区的生态安全。
生态服务因子: 乐山文旅资源丰富, 仅世界遗产就有三处之多, 各等级景区数量繁多种类多样。这些风景名胜不仅起到生态服务的作用, 还具有高度的美学价值、历史文化价值和娱乐价值。因此在本次研究中, 将其作为影响因子之一加以探讨, 并通过与不考虑该因子时的综合敏感性进行比对, 得出对乐山地区旅游资源开发利用的建议。
根据研究区域在各影响因子发生变化时出现生态问题的几率大小和预期的严重程度, 将每个影响因子按照影响程度划分为极敏感、高敏感、中敏感、低敏感和非敏感5个等级, 并按照9/7/5/3/1分别进行赋值。
影响生态敏感性的因子众多, 研究地区所呈现的抗干扰能力往往是多因子共同作用的结果, 本次研究采取层次分析法(Analytic Hierarchy Process, 简称AHP)来定量分析各因子对研究地区生态敏感性影响的权重。
将6个敏感因子两两进行比较, 并按其重要性程度评定等级, 重要程度可用1-9的自然数列表示, 得到两两比较结果的判断矩阵。随后根据判断矩阵,计算某一级指标的相对权重,得出权重向量。最后对每一层级指标下的权重向量进行一致性检验,即要求判断矩阵应大体上满足一致性。当不满足这一条件时,修正判断矩阵,直至符合检验条件,再进行下一步。
最后得出各因子的权重, 结果见表1:
表1 生态敏感因子赋值及权重
在ArcGIS的帮助下得出各个生态敏感性单因子的矢量图1—图6, 生态敏感性分析结果及相关指数表2, 结果如下:
乐山市土地覆盖类型中, 低敏感区域面积最大, 共占全市的48.19%; 其次是高敏感区域, 占全市的32.59%; 中敏感区域占全市的16.81%; 极敏感和非敏感区域占比较小, 非别为1.21%和1.19%。这说明乐山市内生态系统中林地和耕地为最主要的土地类型, 林地对维持乐山地区生态格局稳定起最重要的作用。
乐山市高程主要呈现东北低西南高的格局, 除西南少数其区外高程变化较小。1500米以下的较不敏感区域占总体的75.71%, 而3000米以上的极敏感区域仅占2.14%, 是所有区域中面积最小的一部分。乐山市生态总体受到高程影响较小, 植被的垂直地带性分布较不明显。
乐山市整体坡度较为平缓, 25°以下的建设适宜用地占总体的89.10%, 45°以上的险坡仅占2.97%。从分布来看, 包括市中区在内的东北区域坡度最为平缓, 基本都在15°以下, 适合进行城市建设。而25°以上的陡坡少部分位于峨眉市区东部, 其余均分布于西南山区。这表明乐山市城市建设的适宜范围主要集中在东北部。
乐山市绿化及森林发育情况较为理想, 近61.73%的土地均有较高的植被覆盖率, 其中市中区普遍属于NDVI值较高区域, 说明乐山市中区在城市建设的过程中注重环境保护和生态城市建设。峨眉市区及西南山区NDVI值普遍较高, 森林保存及发育情况较好。
乐山市受地质灾害影响较大, 中敏感及以上地区占全市的76.55%, 非敏感区域主要集中在西北峨眉市和夹江县境内, 占整体的11.26%。市中区大部分区域属于中敏感区域, 需要加强对于地质灾害的防治工作。沐川县大部分区域属于高敏感区, 东北部与犍为县交界处属于极敏感区, 地质灾害频发, 需要提高警惕。西南山区整体属于中敏感区, 境内伴随有局部极敏感区。
旅游产业正逐渐成为乐山的城市名片。到目前为止, 全市共有大大小小旅游景区共约1568km², 其中世界级遗产三处(峨眉山、乐山大佛、东风堰), 国家5A级旅游景区两处(峨眉山、乐山大佛), 共约141.33 km², 约占总体的9%。国家级旅游景区数量众多, 约1400 km², 共约占总体的80%。从区位来看, 整体较为分散, 高等级的旅游景区“雨露均沾”, 充分说明了乐山整体旅游资源的丰富性。此外非旅游景区的生态安全控制区众多, 其面积与旅游景区面积相当, 说明乐山的旅游景区具有优秀的战略纵深, 潜力巨大。
在不考虑旅游景区带来的影响的情况下, 乐山地区由土地覆盖类型、高程、坡度、植被覆盖率及地质灾害情况这五个敏感因子通过加权叠置得出的综合生态敏感性如图7所示, 相关指数如表3所示。这一综合敏感性表征在未考虑旅游开发的情况下乐山地区的生态敏感性总体状况。
经过对叠置后的属性数据进行统计分析,在乐山地区, 非敏感区249.07 km², 占区域总面积的1.96%, 主要分布于夹江县、峨眉山市和市中区交界处; 低敏感区面积为3851.26 km², 占30.25%, 在夹江县东部, 峨眉山市东北部, 马边自治县中部, 井研县、犍为县、五通桥区大部分地区以及大渡河流域均有分布; 中敏感区面积为6344.32 km², 占49.84%, 主要分布于夹江县西北, 峨眉山市西南, 金口河区、峨边自治县以及马边自治县的大部分区域; 高敏感区面积为1974.23 km², 占15.51%, 主要分布于市中区, 沐川县以及峨边自治县东北部; 极敏感区面积为311.11 km², 占2.44%, 主要分布于岷江、大渡河及青衣江流域沿岸。
表2 乐山各生态敏感性因子分级面积
图1 基于土地覆盖类型因子的生态敏感性等级分布
Figure 1 Ecological sensitivity level distribution based on land cover type factor
图2 基于高程因子的生态敏感性等级分布
Figure 2 Ecological sensitivity level distribution based on elevation factor
图3 基于坡度因子的生态敏感性等级分布
Figure 3 Ecological sensitivity level distribution based on slope factor
图4 基于植被覆盖率因子的生态敏感性等级分布
Figure 4 Ecological sensitivity level distribution based on vegetation coverage factor
图5 基于地质灾害频率因子的生态敏感性等级分布
Figure 5 Ecological sensitivity level distribution based on geological disaster frequency factor
图6 基于生态服务区等级因子的生态敏感性等级分布
Figure 6 Ecological sensitivity level distribution based on ecological service area ranking factor
表3 生态敏感性综合分析结果及相关指数
总体而言, 乐山地区中低敏感区之和占比达80%以上, 生态敏感度总体上中等偏低, 呈现出东北低西南高的特点, 这与乐山的整体地形特点有较大的关系。
图7 乐山综合敏感性
Figure 7 Leshan comprehensive sensitivity
图8 生态服务因子影响下的乐山综合敏感性
Figure 8 Leshan comprehensive sensitivity under the influence of ecological service factors
将生态服务因子与其他五个敏感因子进行加权叠置后得到如图8所示的区域综合生态敏感性, 表征在考虑生态旅游区规划的情况下, 乐山地区综合生态敏感性的变化结果。
通过对比图7与图8可以得出, 加入生态服务影响因子之后乐山地区生态敏感性总体变化不大, 峨眉山景区生态敏感度有明显提高, 水域极敏感区域面积变大。这表明乐山地区现阶段生态旅游区规划符合其区域敏感性结果。值得注意的是犍为县与五通桥区中敏感区域略有增加, 在关注自然保护区的同时, 要注重对生态廊道的构建和对生态安全控制区的维护, 以维护乐山地区的生态安全格局。
用地的生态敏感性不同, 用地策略也应有所变化。生态敏感性结论结合旅游功能区保护开发的要求可将用地划分为特级生态保护区、生态旅游限制区、生态旅游适度区和生态旅游发展区四类[14]。生态敏感性结论结合土地使用情景则可分为以生态保护为主、兼顾生态与建设和以开发建设为相对主要规划方向三类[15-16]。
本文参考前人经验, 根据乐山地区实际情况将乐山生态服务区划分为三类: 极敏感和高敏感区组成的涵养保护区、中敏感区域构成的适度利用区以及低敏感和非敏感区组成的城市发展区。根据各区域特点可以得出如下结论:
(1)涵养保护区。乐山市域内极敏感和高敏感区域组成的涵养保护区约占总体的五分之一, 分为南北两部分。北部区域三江交汇, 森林覆盖率较高, 生态环境较为脆弱, 极易出现生态环境问题和水源污染问题。南部区域森林覆盖率较高, 生态涵养旅游区众多, 加上地质灾害频发、老旧矿区较多, 地质环境复杂。
极敏感及高敏感区域组成了乐山地区的生态安全骨架, 不适宜进行大规模人类活动, 应坚持保护为主的原则。通过建立水源涵养区、森林公园及自然保护区维持区域生态安全, 可以在保护的前提下分季节、有限制地开展市民活动、发展生态旅游。
(2)适度利用区。中敏感区域是所有敏感区中分布最为广泛的, 占总体的一半左右。主要分布于中部及南部, 这些地区属多山区域, 高程较高, 坡度较大, 自然保护区较多。此区域容易遭受人为活动的干扰, 山林退化、水土流失等问题时有发生。
对中敏感地区应在保护的前提下适度利用。对其中的保护区进行整合, 构建景观生态廊道。对于出现水土流失问题的地区进行封山育林、退耕还林。发展生态农业、生态旅游等产业以促进当地的经济发展。
(3)城市发展区。低敏感区域及非敏感区域主要位于乐山北部, 约占总体的三分之一。其地貌地形以平原和丘陵为主, 海拔较低, 坡度较为平缓, 生态系统较为稳定, 对于人类活动的抗干扰能力较强, 是乐山地区主要的人类活动区域和城市开发建设区。
这一区域在开发建设时要遵循生态保护和合理开发利用并重的原则, 一方面要注重对生态安全控制区红线的划定, 保障城市基本生态安全, 维护生态系统的科学性、完整性和连续性, 防止城市建设无序蔓延。另一方面要合理布局三大产业, 第一产业应以生态农业及农副业为主, 第二产业应以农产品加工及旅游周边产品等对环境造成影响较小的种类为主, 完善产业链条, 为乐山地区生态旅游业和经济的发展提供坚实后盾。
本次研究以国家园林城市乐山为对象, 结合GIS技术与AHP法对研究区的土地利用类型、高程、坡度、植被覆盖率、地质灾害和生态服务因子进行了初步分析, 并运用GIS软件的空间分析能力对乐山市整体的生态敏感性有了一个初步认知。在此基础上提出了对乐山地区的生态用地策略, 以期加强生态环境保护的同时, 促进生态旅游产业的可持续发展。
(1)本次研究兼顾自然环境要素与社会经济要素选取评价因子以判断乐山市综合生态敏感性。考虑到研究区内生态旅游产业对用地策略的影响较为突出, 因此在选择选择了生态服务因子以表征研究区的生态旅游发展规划对于综合敏感性的影响, 并结合其他敏感因子得出生态服务因子叠置后的生态敏感性, 通过对比判断当前生态旅游区规划的合理性与适宜性。
(2)通过对研究区的综合生态敏感性对比分析, 总结前人研究将乐山生态服务区划分为涵养保护区、适度利用区和城市发展区4类。针对各区域的生态敏感因子条件及综合生态敏感性现状, 提出适宜性的生态服务区用地策略。
(3)不同地区敏感因子的选取具有较大的差异性, 本文仅选取了最具代表性的四大类共六小类敏感因子进行研究, 对于其他影响因素的研究有待进一步加强。所运用的AHP法虽然能综合考虑各因子比重, 但具有一定的主观性。
(4)乐山市具有良好的生态环境基础, 近些年, 乐山市发展迅速, 尤其是第三产业中的旅游业势头强劲。在对乐山进行城市建设和生态旅游资源开发时, 要考虑到不同地区的生态敏感性, 做到因地制宜, 优化土地利用结构和模式, 统筹丰富多样的生态敏感要素, 在维持区域生态稳定的同时发挥其社会经济作用。
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Study on ecological sensitivity of Leshan area under the influence of ecological service factors
SHU Bo1, 2, *, HE Zhouli2, *, WANG Ling1, Wang Jiaqian3, LI Yuzhe2
1. School of Civil Architecture and Environment, Xihua University, Chengdu 610039 , China 2. School of Architecture and Design, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China 3. China Southwest Architectural Design and Research Institute Co., Ltd, Chengdu 610041, China
Leshan area has outstanding tourism resources, and the development and utilization of its tourism resources should follow the principle of ecological protection. Taking Leshan, a national garden city, as the research object, based on the data of natural ecology and green space planning, six ecological sensitive factors including land use type, slope, elevation, vegetation coverage, geological hazard and ecological sensitivity factors are selected; the factor weight is determined by AHP method, and the spatial distribution map of ecological sensitivity of Leshan city is obtained by combining GIS spatial analysis technology. The results show that the overall ecological sensitivity of Leshan is on the low side, and the regional differences are obvious. Extremely sensitive areas, high sensitive areas, medium sensitive areas, low sensitive areas and non-sensitive areas account for 2.44%, 15.51%, 49.84%, 30.25% and 1.96% of the total area of the study area, respectively. On this basis, ecological service areas are designated according to different ecologically sensitive areas, and corresponding land use suggestions are put forward to provide reference for Leshan urban planning and ecological service area protection and utilization.
ecological sensitivity; ecological service factor; land-use strategy; Leshan
10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.04.023
舒波, 何洲历, 王玲, 等. 生态服务因子影响下的乐山地区生态敏感性研究[J]. 生态科学, 2020, 39(4): 184–192.
SHU Bo, HE Zhouli, WANG Ling, et al. Study onecological sensitivity of Leshan area under the influence of ecological service factors[J]. Ecological Science, 2020, 39(4): 184–192.
F301.24;Q149
A
1008-8873(2020)04-184-09
2019-10-30;
2019-12-26
国家自然科学基金面上项目, 城乡统筹背景下成都市农村生产方式与聚落形态的耦合性研究(51278421); 住房和城乡建设部研究开发项目, 基于生态单元制图法的城市绿地保护与优化关键技术研究(2018-K2-009); 四川省科技厅重点研发项目, 基于避灾视角下川南地区绿色宜居村镇聚落适宜性规划研究与示范(2020YFS0309)
舒波(1971—), 男, 博士, 教授, 博导, 主要从事地域性景观与聚落研究, E-mail:shubo@swjtu.edu.cn
何洲历(1995—), 男, 重庆人, 硕士, 主要从事地域性景观与聚落, E-mail:530338835@qq.com
舒波, 男, 博士, 教授, 博导, 主要从事地域性景观与聚落研究, E-mail:shubo@swjtu.edu.cn
何洲历, 男, 重庆人, 硕士, 主要从事地域性景观与聚落, E-mail:530338835@qq.com