水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系構(gòu)建

何洪名 吳卿 楊碩果

摘 要：彈性概念近年來在景觀規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)用較多，但關(guān)于彈性景觀功能的研究甚少，而關(guān)于水土保持彈性景觀功能的研究則更少。為了給水土保持彈性景觀功能評價與研究奠定基礎(chǔ)，提出了水土保持彈性景觀功能的基本概念，按照科學(xué)性、代表性、獲得性、層次性原則，從防治水土流失、改善生態(tài)、生態(tài)生產(chǎn)功能三方面，按功能層、指標(biāo)層、因子層構(gòu)建水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系，以河南省出山店水庫區(qū)域為例進行各指標(biāo)因子的定量計算，結(jié)果表明所建立的指標(biāo)體系中各指標(biāo)因子均可定量化計算，能夠滿足水土保持彈性景觀功能研究的需要。

關(guān)鍵詞：水土保持;彈性景觀功能;指標(biāo)體系;出山店水庫

中圖分類號：S157.2;TV62 文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.014

Abstract： The concept of elasticity has been widely used in landscape planning and design in recent years. However， there are few researches in regard to the elastic landscape function and even less on the elastic landscape function of soil and water conservation. In order to lay a foundation for the evaluation and research of the elastic landscape function of soil and water conservation， the related basic concepts of the elastic landscape function of soil and water conservation were put forward， according to the principles of science， representativeness， availability and hierarchy， the index system of elastic landscape function in soil and water conservation was constructed on the basis of the functional layer， index layer and factor layer from three aspects of preventing soil erosion， improving ecology and ecological production function. Taking Chushandian Reservoir in Henan province as an example， the quantitative calculation of each index factor showed that each index factor in the established index system could be quantitatively calculated which could meet the needs of the study of elastic landscape function of soil and water conservation.

Key words： soil and water conservation; elastic landscape function; index system; Chushandian Reservoir

彈性是當(dāng)物體在受到外力作用時發(fā)生變形、除去外力作用時能恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，彈性概念在物理學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。生態(tài)彈性是人類生存與活動的基礎(chǔ)，生態(tài)彈性度越大，生態(tài)系統(tǒng)承受自然和人為活動干擾的能力越強。生態(tài)系統(tǒng)彈性度可以依據(jù)土地覆蓋度、生產(chǎn)力、專家評分和 Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)等來確定。王云霞等[1]引入生態(tài)彈性力概念，構(gòu)建生態(tài)彈性力指標(biāo)體系并對北京市生態(tài)彈性力進行了評價;廖柳文等[2]根據(jù)湖南省自然條件、經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r等，對不同尺度的生態(tài)彈性進行研究，全面分析了影響生態(tài)彈性度的因子;安婷等[3]從水文水資源、物理結(jié)構(gòu)、水質(zhì)、生物、社會服務(wù)功能等5個方面選擇評價指標(biāo)，對青海湖原始自然生態(tài)景觀及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、生態(tài)系統(tǒng)功能等進行了評價，提出濕地保護、生態(tài)修復(fù)、沙漠化防治、水土流失治理等保護青海湖生態(tài)健康的建議;馬鐵民等[4]按特別嚴(yán)重、嚴(yán)重、一般、輕微4個負(fù)效應(yīng)級別和較弱、一般、良好、優(yōu)秀4個正效應(yīng)級別，對遼河流域紅山、觀音閣、大伙房3座典型水庫進行了生態(tài)效應(yīng)評價。在城市河道、城市水體、城市公園、濕地等生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域?qū)ι鷳B(tài)彈性因子、指標(biāo)等的研究應(yīng)用，多以景觀建設(shè)為目的，關(guān)于彈性景觀功能的研究甚少，而關(guān)于水土保持彈性景觀功能的研究則更少。為了給水土保持彈性景觀功能評價與研究奠定基礎(chǔ)，筆者基于彈性景觀相關(guān)研究成果，提出水土保持彈性景觀功能基本概念，參考劉寶元等提出的中國土壤流失方程[5]（該方程是由劉寶元等在北京地區(qū)土壤流失試驗研究中，基于美國通用土壤流失方程USLE，建立的適合北京地區(qū)的土壤流失預(yù)測預(yù)報方程，經(jīng)在全國范圍推廣應(yīng)用后被稱之為中國土壤流失方程CSLE）、《美麗中國建設(shè)評估指標(biāo)體系及實施方案》[6]、自然植被凈第一性生產(chǎn)力模型[7]，確定評價指標(biāo)篩選原則并構(gòu)建水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系，以河南省出山店水庫區(qū)域為例驗證了該指標(biāo)體系的合理性。

1 水土保持彈性景觀功能的有關(guān)概念

（1）景觀。景觀一般是在幾平方千米至數(shù)百平方千米范圍內(nèi)由不同類型生態(tài)系統(tǒng)按照不同空間組織方式組成的具有異質(zhì)性的空間地理單元，兼具自然與文化特征的地域空間實體、異質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌體、人類活動與生存的基本空間，其具有生產(chǎn)、生態(tài)、社會公益、美學(xué)、棲息、凈化等多種功能。異質(zhì)性生態(tài)系統(tǒng)空間鑲嵌體中，相互作用、性質(zhì)不同的生態(tài)系統(tǒng)稱為景觀要素。根據(jù)不同的生態(tài)學(xué)、地理學(xué)性質(zhì)，可把景觀要素分為森林、草地、灌叢、河流、湖泊、水庫、農(nóng)田、村莊、道路等類型。

（2）彈性。生態(tài)學(xué)中，彈性是生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力;景觀生態(tài)學(xué)中，彈性是景觀穩(wěn)定性概念的表達方式之一，指生態(tài)系統(tǒng)具有的緩沖干擾且狀態(tài)仍保持在一定閾限之內(nèi)的能力，即生態(tài)系統(tǒng)保持自身原有狀態(tài)的能力（景觀抗干擾能力）、生態(tài)系統(tǒng)在受到干擾后恢復(fù)到原有狀態(tài)的能力（景觀恢復(fù)能力）。構(gòu)成景觀的基本要素是否具有再生能力，是判定景觀是否具有彈性的重要特征之一。

（3）彈性景觀。彈性景觀是近年來景觀設(shè)計中引入的新概念，指景觀對自然災(zāi)害具有應(yīng)變能力、在遭受破壞性自然災(zāi)害后能夠迅速恢復(fù)到原有狀態(tài)。構(gòu)成彈性景觀的生態(tài)系統(tǒng)遭受干擾而不至崩潰，其要旨是與自然和諧相處、不反抗自然。

（4）水土保持。水土保持是防治由水力、風(fēng)力、重力、凍融等外營力作用下造成的水土流失，采取工程、林草和農(nóng)業(yè)技術(shù)等措施，保護、改良與合理利用水土資源，維護和提高土地生產(chǎn)力，以利于充分發(fā)揮水土資源的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益，建立良好生態(tài)環(huán)境的事業(yè)。水土流失地區(qū)的天然林地、天然草地、天然水體，以及城鎮(zhèn)村莊、交通道路等社會經(jīng)濟基礎(chǔ)設(shè)施，也具有防治水土流失的功能。

（5）水土保持景觀。水土保持景觀是防止水資源與土資源損失的各種土地利用類型及覆被共同構(gòu)成的景觀。構(gòu)成水土保持景觀的基本要素包括人類實施的水土保持農(nóng)業(yè)措施、林草措施、工程措施，具有防治水土流失功能的城鎮(zhèn)村莊、交通道路等社會經(jīng)濟基礎(chǔ)設(shè)施，以及天然林地、天然草地、天然水域等自然土地覆被。

（6）水土保持彈性景觀。水土保持彈性景觀是面對土壤侵蝕自然外營力及人為活動破壞性干擾后能夠自然恢復(fù)到原有狀態(tài)的水土保持景觀，主要包括林地、草地、耕地、水域等景觀要素。

（7）功能。功能是某種事物或某種方法所發(fā)揮的有利作用，通常也指效能，即某種事物本身所蘊藏的有利作用。

（8）景觀功能。景觀功能是景觀與周圍環(huán)境之間以及景觀內(nèi)部進行物質(zhì)、能量、信息交換和發(fā)生各種變化表現(xiàn)出的性能，養(yǎng)分流、水分流、土壤流是景觀功能的重要組成部分。

（9）水土保持功能。水土保持功能是陸地表面各類水土保持系統(tǒng)所發(fā)揮或蘊藏的有利于蓄水保土、保護生態(tài)、提高生產(chǎn)力的作用。土壤保持、涵養(yǎng)水源、生態(tài)優(yōu)良、土地生產(chǎn)力等是水土保持功能的重要指標(biāo)。

（10）水土保持景觀功能。水土保持景觀功能是水土保持景觀單元范圍內(nèi)基本景觀要素內(nèi)部和要素之間在涵養(yǎng)水源、土壤保持、提高生產(chǎn)力方面所發(fā)揮或蘊藏的有利作用。

（11）水土保持彈性景觀功能。水土保持彈性景觀功能是在受到土壤侵蝕自然外營力及人類活動干擾破壞時，水土保持彈性景觀所發(fā)揮或蘊藏的水土保持、保護生態(tài)、生態(tài)生產(chǎn)等功能的最大有利作用，以及能夠恢復(fù)到原有狀態(tài)的最小有利作用。水土流失區(qū)域內(nèi)的耕地、林地、草地、水域等水土保持彈性景觀，在受到土壤侵蝕自然外營力及人類活動干擾破壞時，景觀功能隨干擾破壞程度的加重發(fā)揮最大彈性閾值;在干擾破壞結(jié)束后，水土保持彈性景觀能夠恢復(fù)到原有狀態(tài)時的最小彈性閾值;當(dāng)干擾破壞超過水土保持彈性景觀最大穩(wěn)定限度時，其景觀功能全部喪失。水土保持彈性景觀功能與區(qū)域水土流失類型、土壤侵蝕強度、水土流失影響因子等有關(guān)，與景觀要素空間格局、斑塊、異質(zhì)性等基本特征有關(guān)。

2 水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 指標(biāo)選擇基本原則

（1）科學(xué)性原則。評價指標(biāo)及因子篩選應(yīng)力求準(zhǔn)確、科學(xué)反映水土保持景觀生態(tài)實際情況，所選指標(biāo)及因子之間盡量不存在重復(fù)、交叉關(guān)系，從水土保持、生態(tài)優(yōu)良、生態(tài)生產(chǎn)等不同角度全面體現(xiàn)彈性功能，形成較為完整的評價指標(biāo)體系。

（2）代表性原則。水土保持彈性景觀功能分析評價涉及范圍較廣、表現(xiàn)形式多樣，指標(biāo)及因子選擇應(yīng)具有典型代表性，避免指標(biāo)及因子雜、多、亂。

（3）獲得性原則。水土保持彈性景觀功能分析評價指標(biāo)及因子，部分可直接量化計算，部分需通過間接指標(biāo)進行量化計算，還有一部分因無法量化計算而只能定性描述，指標(biāo)及因子選擇時，應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)的可獲取性、可量化性和可操作性，盡量選擇可量化指標(biāo)，并且有比較成熟可靠的計算方法。

（4）層次性原則。水土保持彈性景觀功能指標(biāo)及因子涉及土壤侵蝕、生態(tài)保護、生態(tài)生產(chǎn)等方面，每一方面指標(biāo)的確定都涉及多個因素，不同指標(biāo)之間可能存在交叉、重復(fù)關(guān)系，選擇的指標(biāo)及因子應(yīng)層次明晰、系統(tǒng)完整。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

有效防治水土流失、提高自然植被凈第一性生產(chǎn)力、形成優(yōu)良生態(tài)環(huán)境，是水土保持彈性景觀的三項基本功能。基于這三項功能，根據(jù)水土保持彈性景觀功能的內(nèi)涵，參考中國土壤流失方程、《美麗中國建設(shè)評估指標(biāo)體系及實施方案》、自然植被凈第一性生產(chǎn)力指標(biāo)因子，按功能層、指標(biāo)層、因子層構(gòu)建水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系，見表1。

（1）功能層。功能層是水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系的目標(biāo)層，包括防治水土流失、改善生態(tài)、生態(tài)生產(chǎn)三項功能，均為正向指標(biāo)，其中防治水土流失功能用負(fù)向指標(biāo)土壤流失量的負(fù)值替代。

（2）指標(biāo)層。指標(biāo)層是水土保持彈性景觀功能目標(biāo)層的具體定量指標(biāo)。指標(biāo)層共有9個定量指標(biāo)：防治水土流失功能（即土壤流失量負(fù)值）有土壤侵蝕模數(shù)、土壤侵蝕面積2個定量指標(biāo)，改善生態(tài)功能有林草覆蓋率、水域保護率、水土保持率、自然保護地面積比例、重點生物保護率5個定量指標(biāo)，生態(tài)生產(chǎn)功能有凈第一性生產(chǎn)力、景觀要素面積2個定量指標(biāo)。

（3）因子層。因子層是指標(biāo)層定量指標(biāo)計算的因子（參數(shù)），共有21個因子。

防治水土流失功能對應(yīng)的因子有7個。土壤侵蝕量等于土壤侵蝕模數(shù)與土壤侵蝕面積的乘積。參考劉寶元等提出的中國土壤流失方程CSLE，土壤侵蝕模數(shù)（水力侵蝕）定量計算因子包括年降雨侵蝕力、土壤可蝕性、地形因子（坡度坡長因子）、植被覆蓋因子、工程措施因子和耕作措施因子。

改善生態(tài)功能對應(yīng)的因子有9個。參照《美麗中國建設(shè)評估指標(biāo)體系及實施方案》，林草覆蓋率等于林草面積占土地總面積的百分?jǐn)?shù)，水域保護率等于保護的水域面積占總水域面積的百分?jǐn)?shù)，水土保持率等于水土保持措施面積占土地總面積的百分?jǐn)?shù)，自然保護地面積比例等于自然保護地面積占陸域面積的比例，重點生物保護率等于重點保護的物種數(shù)占應(yīng)重點保護物種數(shù)的比例。

生態(tài)生產(chǎn)功能對應(yīng)的因子有5個，包括景觀要素面積、作物可能蒸散量、多年平均年降水量、日或月氣溫平均值、景觀要素生物量。

3 水土保持彈性景觀功能指標(biāo)定量化計算

以河南省出山店水庫為例，對水土保持彈性景觀功能指標(biāo)因子進行定量計算，以判定指標(biāo)體系是否合理。該水庫修建在淮河干流上，屬大（1）型水利樞紐工程，總庫容12.51億m3，控制流域面積2 900 km2，工程建設(shè)區(qū)面積958.09 km2，區(qū)域水土流失以水力侵蝕為主。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

水土保持彈性景觀功能定量計算涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：水庫設(shè)計資料、水文氣象觀測資料;庫區(qū)（工程建設(shè)區(qū)）現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)、水利普查數(shù)據(jù)、2016年水土保持規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，2018年夏態(tài)時相2 m分辨率GF-2遙感數(shù)據(jù)，2000年、2005年、2010年、2015年Landsat TM、Landsat OLI遙感數(shù)據(jù)，2018年1∶5萬DEM數(shù)據(jù);水庫區(qū)域2018年土地利用數(shù)據(jù)等。

3.2 計算結(jié)果

水土保持彈性景觀功能指標(biāo)定量計算結(jié)果見表1，按3項功能、9個指標(biāo)、21個因子構(gòu)建的水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系，可進行因子（參數(shù)）定量化計算，所選指標(biāo)滿足水土保持彈性景觀功能研究的需要。

4 結(jié) 語

在水土保持彈性景觀功能基本概念分析的基礎(chǔ)上，從防治水土流失、改善生態(tài)、生態(tài)生產(chǎn)功能三方面，按功能層、指標(biāo)層、因子層構(gòu)建水土保持彈性景觀功能指標(biāo)體系，以河南省出山店水庫為例進行各指標(biāo)因子的定量計算，結(jié)果表明所建立的指標(biāo)體系中各指標(biāo)因子均可定量化計算，能夠滿足水土保持彈性景觀功能研究的需要。需要說明的是，該指標(biāo)體系是基于水力侵蝕構(gòu)建的，對風(fēng)力侵蝕、凍融侵蝕以及其他侵蝕類型區(qū)，應(yīng)根據(jù)侵蝕類型進行調(diào)整，選擇符合實際、可定量化的指標(biāo)及因子。

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