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基于生态敏感性评价的严寒地区林业村镇景观生态安全格局研究

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Theory of Planning and Design 基于生态敏感性评价的严寒地区林业村镇景观生态安全格局研究 Research on the Landscape Ecological Security Pattern of Forestry Villages and Towns in Cold Regions Based on Ecological Sensitivity Evaluation 李昂/LIAng 一一~一一~一一~一一~一 ~ ,以探寻林业村镇实现生态安全的实用方法为目 赵天宇/ZHAO Tian—yu j严寒地区林业村镇的生态敏感性特 ,结合景观 构建村镇理想景观生态安全格局;并以黑龙汀肯 结果可以为fi=iJ类型村镇生忿建没提供参号, 局 ~一 ~一~一 ~州一 ~一 ~一 一训一 父键技术”(编 2()I3BAJI 2BOI)资助 林业村镇是中国东北地区重要的生态主体 系统构成基元,除了承载着大区域生态服务功 着狭/J\A9生态闻限;其次,森林景观的变化除 一沁 一- 一一J. m一 1一 一~m 一y ~~一.丢 吣~州一 一眦  .一一~一~一一一㈨ 一J ~ 一~一~ 观为主体覆盖特征的区域。 环境评判的结果,利用景观生态规划的相关方 法 对生态单元空间方位与联系进行人工调 了生态总量和用地面积以外,更多体现在优势 物种更替、珍稀物种存活等这些宏观尺度上不 易观察的生境变化方面;再次,严寒地区的林 业村镇经济对林产的依赖性更强,因此人类活 动对森林生态过程影响更大。由于上述引起景 能外,严寒地区多数林业村镇还是地域性城镇 化经济发展、林业资源供给、山林旅游的主要 载体。科学评估林业村镇的生态基质,保护、 修复其生态系统,提升其景观生态服务水平是 当前林业村镇发展和绿色化规划建设的核心目 标之一。 控,旨在保持特定区域生态系统的安全稳定f3】。 生态敏感性评价能够较为科学、客观、准确地 辨析出村镇生态系统的基本特征与差异、生态 问题与隐患,生态敏感性评价因为其对各种生 态影响因素的复合性较强 j,更适合以林地景 观生态安全格局内差异的因素存在,需要综合 其他更具复合要素包容性的生态学方法进行景 观格局分析 J。 森林景观是林业村镇的景观格局主体, 这一构型的景观结构从一般性景观格局分析结 果来看具有较大优势l^J,然而通过深入实际的 探查发现,严寒地区林业村镇生态系统的安全 构建严寒地区林业村镇景观生态安全格局 的技术框架可分为3个部分:首先,从村镇生 1研究思路与技术框架 基于严寒地区林业村镇生态安全问题的 复杂性与特殊性,本研究采取结合生态敏感性 评价的结果构建区域景观生态安全格局这一思 态调查入手,选取区域生态敏感性评价的相关 因子,构建生态敏感性评价体系,汇总当地居 民、相关机构和专家意见对指标权重赋值,通 过对单因子敏感性空间分布的加权叠加,系统 性并未因此获得更有力的保障,反而有诸多不 确定性。首先,由于寒冷气候与地理条件的限 制,生态系统的形成条件较为苛刻,同时伴随 路。景观生态安全格局构建,是基于地域生态 地对寒地林业村镇生态敏感性进行分析评价: 规划设计理论 其次,结合区域森林景观生态变化过程分析, 集成GlS分析、遥感影像分析等技术,从时空 上识别区域主要生态威胁和敏感点;最后,通 过生态敏感性评价和景观过程分析的综合结 果,提炼镇域主要生态基质、生态走廊及生态 关键点,借助福尔曼(Forman)“最优景观生态 格局”的相关理论和方法l4j,重构寒地林业村 镇景观生态安全格局(图1)。 2严寒地区林业村镇生态敏感性评价 生态敏感性评价的特点之一是评价因子的 灵活性,根据特定区域的环境特征构建评价体 系 J。严寒地区林业村镇的生态敏感性评价应 考虑其特殊的自然气候条件、生态系统构成、 村镇建成环境、产业结构和效率等多方面的因 素,形成具有针对性的评价指标和原则。 2.1严寒地区林业村镇生态敏感性典型因子 引起生态环境变化的因素庞杂,其所在区 图例 圈不稳定区—一般稳定区■稳定区 口不易恢复区 一般恢复区一易恢复区 日敏感区 ·般敏感区一 敏感区2 域的建设情况不同,对所在生态系统的影响力 度也不同l6J,因此选取最典型的因素群来描述 图I寒地林业型村镇景观生态安全格局构建技术框架 图2朗乡镇生态稳定度、恢复度、敏感性分布图 严寒地区林业村镇生态敏感性特征关系到研究 前提的正确性。通常关于生态敏感性因素的选 择分为两大方面,即自然生态因子f地质、地 形、土壤、水文、植被、气候等)与人类活动因 子(土地利用、环境污染、人口迁移、开发强度 等),一些学者也从其他角度提出了生态服务因 子、灾害风险因子、特殊价值因子等 J。基于 合林业生产,生态稳定陛低 。对土壤类型进行 敏感性程度指标分级时,应充分考虑区域土壤类 型及各自生态性能。此外,温度、风速、降雪量 表1 敏感性因子 指标权重判定矩阵示意 权重判定因子 a, a2 aA1 aA2 本研究强调的2个特殊限定条件“严寒地区”与 “林业”,需要选取典型敏感性因子并围绕核 等敏感性因子也应根据严寒地区气候特征进行指 标分级。 2.2严寒地区 A A, a8f A2 aB2 B Bf B2 心问题展开,保留必要性和普遍性要素,转化 相关性和相似性要素,增添特异性和地方性要 为了更加科学准确地判断严寒地区林业 村镇生态敏感性特征,本文从敏感性因子的甄 选、指标权重判定及评价体系结构3个方面进行 素f如冰雪、林业资源复合化开发、森林旅游区 和保护区等1,去掉重复性和低影响性要素,使 评价体系能完整地表达严寒地区地域和气候特 征及森林生态机制,是严寒地区林业村镇敏感 大,多数在重要性程度上没有直接可比性(如 “年最大积雪深度”与“森林开发类型”,很 了修正和方法改良,具体内容如下。 1)对敏感性因子的甄选。考虑到林业村镇 在气候和生产形式方面的特点,除了常规的生 难判断孰轻孰重),所以需要引入与各因子直接 相关的生产建设活动作为权重判定因子,讨论 其与各敏感性因子之间的影响关系,最终汇总 出各因子综合影响度的大小,这样可以有效地 避免因敏感性因子相互比较而造成的指标权重 信度和效度的降低。 性因子库的构建原则。 此外,典型敏感性生态因子也具有不同的 指标分级标准,只有准确的指标分级方法才能得 出正确的敏感隆砰价结果。以土壤类型这一典型 因子为例,不同的土壤类型由于微生物含量和种 态敏感性评价涉及的各种生态因子外,融入了 对寒地生态具有特殊影响的年最大积雪深度等 地理、环境和气候影响因素,并针对林区产业 加入森林开发类型等人类活动因子。 类的不同,表现出不同的生态性能。由于严寒地 区针叶林的生长特点,形成了特殊的棕色针叶林 土,其土层浅薄,不宜进行农业生产活动,仅适 2)对指标权重的判定。采取了引入权重判 定因子构建判断矩阵的方法(表1)。严寒地区 林业村镇生态敏感性因子之间生态属性差异较 基于以上指标评判体系,将每项生产建设 活动类型对各敏感性因子的影响程度进行排序 打分,记A ,A,……A ;再将每项敏感性因子 Theory of Planning and Design = = 对各生产建设活动类型的影响程度进行排序打 ( 分,iBaA1,aA2……aA5,依次类推。 = 辐射道、战略点等景观组分,并在福尔曼的 系,包含9类因子 ̄l:122项指标;由主要生产活 “最优景观格局”七原则框架下进行景观要素 排布与调整。 根据寒地林业村镇的生态特征,其“源” 动归纳总结出农业开发、村镇建设、资源开 采、旅游开发、林下产业5个权重判定因子,由 丘 则每个指标的权重计算公式为: C 坡度等22项因子作为敏感性指标,构成指标权 重判定矩阵,得出各指标的百分比权重,并对 识别困难、阻力面难以建立,且土地覆被变化 不明显,使得传统的基于生态阻力和土地使用 指标进行稳定度和恢复度的隶属分类(表2)。 将各指标对应的生态因子进行单因子分 式中:d为各敏感性指标的初步得分,f(e) 为任一指标的权重值,伪判定因子的总个数,i 为敏感性因子的总个数。 的格局优化方法难以实现,生态敏感性评价与 景观生态过程分析结合可以很好地解决这一问 题,具体步骤为:1)根据生态敏感性评价与景 观生态过程分析的结果,提取林地特有的景观 级:由实际情况和评价需求将各生态因子依闽 值分别划分成5个等级:极稳定(极易恢复)、高 3)评价体系的结构,将生态敏感性评价 这一总体目标分解成稳定度和恢复度2个子目 度稳定(高度易恢复)、中度稳定(中度易恢复)、 轻度稳定(轻度易恢复)、不稳定(不易恢复),并 绘制GIS单因子敏感度分布地图,并根据评价 指标权重,对单因子分布图进行加权叠加分析 组分;2)根据各组分的生态属性特征,绘制区 域生态系统景观生态格局现状;31根据“最优 景观格局”原则构建区域景观生态安全的理想 标。要反映一个生态单元的敏感性,主要受 2方面特征影响:一是与生俱来的生态特性, 不易因外界影响而发生变化,多反映生态单元 的刚性特征,体现了系统的稳固程度,即稳定 度:二是反映生态单元抵抗外界环境变化能力 的特征,这些特征描述了系统失衡之前可以容 忍的变量浮动范围,体现了系统的弹性特征, 即恢复度。 仍要借助权重判定矩阵判断指标隶属于稳 格局,赋予传统景观意义上的“一片林地”更 加深入细化的意义和内涵。 (Weighted Overlay),采用最大值法获得朗乡 镇生态稳定度、生态恢复度及生态敏感性分布 地图(图2)。 4朗乡镇案例研究 朗乡镇位于黑龙江省小兴安岭南麓,地处 铁力市东部。镇域总面积2 647.Okm 朗乡 镇林业资源丰富,有林地面积2 538.8km , 4。3朗乡镇森林景观生态变化解析 珍稀物种生存情况和植被覆盖指数是林地 生态系统中反映生态安全情况最直接和准确的 依据,受先集中采伐后大量造林的人类活动的 影响,朗乡镇森林景观存在着动态变化过程。 定度指标或是恢复度指标,通过生产建设活动 和生态指标的相互影响力差值的正负,将敏感 是林业部门与地方村镇混合协调发展建设的典 型村镇。 根据近4次林业普查结果和林业日志(2002、 2006、2010、2014年的数据),基于RS和 GIS整理朗乡镇红松林的分布和数量随时间变 性指标进行分类,这一差值即为该指标的生态 敏感性隶属度,其公式为: =4.1朗乡镇生态环境特征 朗乡镇域内的林地属于长白山余脉植物 分区系统,山体分布广泛而复杂,河流谷地错 落,平均坡度在12。左右,最大坡度45。左 右;土壤与植被呈现垂直分异性,土壤以暗棕 Za 一∑ ,(i:A,B,c…。。V) (2) , i=l 化的情况,以及朗乡镇域范围内森林覆盖度随 时间累积的减少量。 根据林业村镇景观生态随时间演替的基本 式中:f为某一敏感性指标的隶属度值, 为正值时说明指标对环境的影响程度大于环境 对指标的影响程度,则该指标隶属于稳定度指 标,反之则隶属于恢复度指标。 嵌入了权重判定因子及稳定度与恢复度叠 加的评价方法体系,不仅可以科学、恰当地划 分敏感区,还可以进行生态威胁及其成因导向 的分析,这样在景观生态安全格局提取与构建 壤为主;朗乡镇是温带与亚热带植被种类混合 生长的典型针li8[ ̄交林区,盛产红松,红松林 目前已成为该地区濒危保护珍稀物种。 趋势,可以很直接地掌握各项开发活动和生态 环境变化对朗乡镇森林生态造成的直接影响, 并准确地预判既有情形下不同开发类型的林班 生态安全的发展趋势。总结景观变化过程分析 近年来,朗乡镇致力于产业经济转型,从 传统的资源型城镇向以旅游业和林下产业为主 导的村镇过渡,其经济构成暂时难以摆脱原有 结构基础的依赖和束缚,林业资源每年超采严 重。国家天然林保护工程要求全面禁止采伐, 的结果,通过红松林累积变化分布图和森林覆 盖度累积变化分布图,利用G JS叠加算法绘制 朗乡镇森林生境保护与修复类型分区图,其分 区内容包括:重点保护与修复斑块f森林覆盖度 指数与红松数量指数均降低的区域)、生态安全 隐患斑块(只有一种指数降低的区域)、一般性 的过程中具备了更具针对性的理由和依据。 但私自采伐的现象时有发生。朗乡镇近几年森 3寒地林业村镇景观生态安全格局构建 景观生态安全格局是空间格局优化的一种 方法,是维护生态安全、生态系统结构和过程 健康及完整的关键性格局【 J。它是“景观安全 格局”与“生态安全格局”概念与方法的有机 林覆盖率几乎没有变化,但实际情况是生态效 能和质量存在逐渐退化的现象,根据调查89% 的当地居民认为近些年村镇生态环境质量逐年 下降,山洪和水土流失等现象时有出现。 4.2朗乡镇生态敏感性评价 根据朗乡镇地理环境、气候类型、生物 种群等实际情况,提取生态敏感性评价指标体 斑块(指数未发生显著降低的区域)(图3)。此分 析结果在进行朗乡镇景观生态安全格局构建过 程中,可以用来确定某些关键性生态节点的位 置及采用何种生态安全措施。 4.4朗乡镇景观生态安全格局构建 基于生态敏感性评价以及林业景观生态变 结合,综合相关研究总结其核心方法为:识别 典型生态安全格局中源、缓冲区、源间连接、 87 规划设计理论 红松林分布和数醚累穆{变化 …o……-一 O……一一 o……一- o…一一 目 例重点修 复与保护斑块 生态安全隐患斑块 般性斑块 一森林覆盖度累积减少分布 朗乡镇森林生境保护与 修复类型分区 3 一生态核心景观一 _l 生态缓 生态脆 生态阻 生态关 冲景观 景观 隔景现 键景观 4 _·-l 0 I,-一_ 景 生 生态 生态 生态关态廊道关键点 阻隔面键斑块一 生态阻 隔斑块 』,j 0 曼 ‘、’ 5 保护性 林业生 林业生 林业生态 生态 节点 态核心 态基质 缓冲区 轴线 图3朗乡镇森林景观生态变化过程分析 图4朗乡镇景观生态格局现状 图5朗乡镇理想景观生态安全格局空『日】结构体系 化过程的解析,朗乡镇作为典型的林业村镇, 其景观生态安全相关因素已经较为清晰,进行 景观生态安全格局构建的步骤为:1 1将朗乡镇 景观生态要素进行分类,依据其生态敏感性与 斑块类型等多重生态詹洼分为5种类型,并规定 5结语 景观生态安全格局的科学划定与控制,对 林业村镇的建设与发展及生态系统保护至关重 要。本文立足严寒地区林业村镇这一特殊地域 环境,探讨基于生态敏感性评价的景观生态安 分析结合,以更加多元和关联的依据确定区域 景观生态安全格局的构建方法;2)在生态敏感 性评价体系的构建过程中,采取了多种措施提 高评价体系的针对性和科学性,使得评价结果 更加有效,有助于景观生态安全格局构建的实 各类型景观要素的判定条件见表3;21将朗乡镇 生态稳定度、恢复度、敏感性分布图与朗乡镇 全格局的构建框架和方法,以朗乡镇为例,尝 试将其与景观生态过程分析相结合,既考虑了 空间层面生态敏感性要素的辨识与保护,又兼 顾了时间尺度上生态安全的变化机制。 本文相关研究和尝试,针对不同地理环境 的区域对象进行生态方面的研究时,所提出的 景观生态安全格局构建框架具有两大特点:1) 将基于现状的生态敏感性评价与景观生态过程 际可操作性。 森林生境保护与修复类型图叠加,在GfS中根 据景观要素分类条件进行多重布尔运算,提取 朗乡镇景观生态格局现状见图4;3)构建朗乡镇 理想景观生态安全格局空间结构体系,包含朗 主:文中图片均由作者绘制。 乡镇生态廊道及生态关键点控制、朗乡镇理想 林业景观结构见图5。 Theow of Planning and Design 表2 目标层 要素层 指标层 坡度 地形 相对高程 土地利用类型 朗乡镇生态敏感性评价指标体系 权重判定因子 隶属度 权重,% 5 42 2 63 5 12 农业开发 村镇建设 资源开采 旅游开发 林下产业 4 6 5 O 3 7 3.2 4O 2 OO 2 1 2 8 3 3 1 2 1 1 3_7 4 3 2 4 26 2 8 1 84 1_2 1.8 1 6 1 0 1.0 4.9 3 0 4 O 3.O 3.1 1 7 3 6 2.0 25 1 O 1 48 地貌 是否为特殊地貌 植被覆盖指数 年平均降水量 4_7 1 8 40 1 7 3 2 1 6 5 0 1 4 3 0 1 3 242 .3.84 5 0 4.9 2.6 4 2 2 7 3 5 4.1 3 2 3.8 2O OO8 1 96 8 06 2.4 6 1 1 2_7 1 5 2.0 1 6 2 8 1 0 3.9 1 0 33 气候 稳定度 年最大积雪深度 冬春季平均风速 土壤质地 土壤类型 4.2 1.0 3.0 1 3 2,8 1 O 2 0 1 9 1 3 1 3 1 9 1.0 20 1 O 2 5 1 0 2.8 1 0 2 3 1.0 1 56 1 1 1 66 1_77 土壤 4 3 2.5 4 3 2,0 3.0 2 O 3 0 1 5 33 2 3 2.3 1 3 2 3 1.3 1.8 1 3 3.3 1.8 39 1.5 1.26 4.0g 1 54 2 98 参考文献: I1】伊恩·麦克哈格设计结合自然IMl黄经纬,译北 京:中国建筑工业出版社,1969:280 地质灾害 地质灾害易发程度 4 1 1l7 是否存在地质断层 3.3 1.O 4 7 1 5 4 3 1 O 4 6 3 0 4 7 1 3 3 2 1.0 3.3 1.O 4 3 1.O 3.3 1 0 2.54 2 72 4.34 2 49 【2】朱战强,党安荣,李树华,等.基于空间信息技术 的城市景观生态格局规划研究l_l】城市规划,2I)13, 37(9):34—38 水文 河流水系缓冲区 42 2,O 3.O 2 8 2I7 2 3 33 2.0 33 1 5 1 18 4 24 f3】黄昕赚.对“景观生态”概念的探讨IJ].中国园 林,2(】11(1):33—36. 水源地保护等级 物种丰富度 生物多样性 网络联系度 珍稀物种分布 农药化肥旋用量 河流水质 40 1 6 3 7 29 3.2 2.O 3_7 2l7 2O 1 8 1 12 456 【4]Forlnan R T T,Collinge S K Nature Cmiserved -2.9 4.2.0 3.6 1 5 3 8 4.3 7 2 5 43 3 O O 0.50 5_73 in Changing Landscapes with and without Spatial 2 3 2 3 2 0 3 7 1 6 3 3.O 3.O 3 2 —Panning[J1.Lands ̄7;ipe Urban Plan,1 997,37(1—2): 082 4.65 129-135 2 9 2.0 3,23 28 2 7 3O 4 0 4 0 4 3 —O 2 7 004 5.91 I51李东梅.高正文,付晓,等.云南省生态功能类型 区的生态敏感 l ̄tU].生态学报,!II1(}(1):138 145 {6j李绥,石铁矛,付士磊,等.南充城市扩展中的 景观生态安全格局U1.应用生态学报,2f)11,22(3): 734-74{l 恢复度 基质脆弱性 5 O 5 O 3 7 28 .1 3 2 0 3 0 2 4 1 2 1.0 3 7 5 0 4 0 1.3 1.6 3.0 1 8 3.3 2.9 2 3 -0 08 —4 97 7,48 1 3 0 12 采掘场影响范围 生境耐受性 生境保护 森林开发类型 4.3 3 O 4 3 4 7 1 4 4 O 34 3 3 2 6 0.08 5 46 l7]尹海伟,徐建刚,陈昌勇,等.基于GIS的吴江东 部地区生态敏感性分析【J1.地理科学,2…i6(1):64- ^9 3 O 2 6 3 8 33 .2.9 3 0 5O 3 3 3 4 -1 6 0 28 626 2 0 2 4 32 0 .3.3 4.4 4.0 33 4 0 -}8l欧阳志云,王如松,符贵南生态位适宜度模型 048 6 84 6 4 0 及其在土地利用适宜性评价中的应用IJI生态学报, 1996(2):1I 3—12{) f9 J Kelly S,Sivrikaya F,Cakir G Temporal Changes in Forest Landscape Patterns in Artvin Forest Planning UnitU1 Envitonment Assess,2【)I)7,129:483—49{I I1(II任西锋,任素华.城市生态安全格局规划的原则 表3 \ 朗乡镇景观要素判定表 与方法Uj中国园林,!l】l (7):73—77. 一般 不 易 较易 不易 一般 不 重点 隐患 一般 定条件 稳定 敏感 景观类 \ 稳定 稳定 恢复 恢复 恢复 敏感 敏感 斑块 斑块 斑块 布尔运算 \ A B C D (编辑/曹娟王砜涵) ● ● AnBUCnD AnBUCnD AUBnCUD ● AnBnD 生态核心景观 生态缓冲景观 生态脆弱景观 生态阻隔景观 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 男/黑龙江伊春A./哈尔滨工业大 生态关键点 ● ● ● ● ● ● AnBnCnD 学专业在读博士研究生/研究方 向为城乡规划理论与方法、城市景观(哈尔滨l5(…” 赵天宇/1961年生/男/X龙江齐齐哈尔人/博-2-./哈 尔滨工业大学建筑学院城市#kJt,J ̄:g所所长,g{*k/ 研究方向为城市规划、城市景观 尔滨15l MMl1) 

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