楊 柳，李繼光

（常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇常州 213000）

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力是指生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾、偏離平衡狀態(tài)后所表現(xiàn)出的自我維持、自我調(diào)節(jié)及抵抗外界各種壓力和擾動(dòng)的能力[1]。指數(shù)高的區(qū)域自我維持、調(diào)節(jié)和抗干擾能力較強(qiáng)，根據(jù)江蘇省《縣級(jí)國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)是縣級(jí)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃的重要任務(wù)，對(duì)摸清生態(tài)本底、識(shí)別生態(tài)問(wèn)題、預(yù)判生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要而深遠(yuǎn)的意義[2]。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力相關(guān)理論的研究基本經(jīng)歷了3 個(gè)發(fā)展階段：①工程恢復(fù)力階段（20 世紀(jì)70年代）。主要是對(duì)“彈性”概念所涉及范圍的拓展，重點(diǎn)研究系統(tǒng)遭受擾動(dòng)后恢復(fù)到原有穩(wěn)定狀態(tài)的速率和時(shí)間，強(qiáng)調(diào)的是復(fù)原的時(shí)間和速率[3]。②生態(tài)恢復(fù)力階段。該階段初次將恢復(fù)力的概念引入到生態(tài)系統(tǒng)研究中，把恢復(fù)力更多地與穩(wěn)定性相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)在不發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移，或結(jié)構(gòu)、功能、負(fù)反饋不發(fā)生變化的前提下，能夠吸收干擾的度量，而非時(shí)間和速率。③生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力階段。該階段將恢復(fù)力擴(kuò)展到多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)之間，重點(diǎn)研究系統(tǒng)在保持結(jié)構(gòu)和功能時(shí)能夠忍受的變量。

國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力相關(guān)研究起步較晚，但理論研究及其實(shí)踐的推進(jìn)速度較快。江蘇省《縣級(jí)國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》明確將生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、生態(tài)敏感性等作為縣級(jí)生態(tài)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃的主要任務(wù)。提出在保護(hù)修復(fù)總體目標(biāo)和分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、生態(tài)敏感性等情況，識(shí)別保護(hù)修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域，確定重點(diǎn)工程項(xiàng)目。從恢復(fù)力減弱、生境破碎化等方面診斷生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量受損問(wèn)題。分析生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較差區(qū)域與生態(tài)保護(hù)紅線、城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田和生態(tài)空間管控區(qū)域的關(guān)系，診斷生態(tài)空間沖突問(wèn)題。

1 研究區(qū)概況

常州市新北區(qū)位于常州市的最北部，地處東經(jīng)119°46′～120°01′、北緯31°48′～32°03′，北瀕長(zhǎng)江，東與江陰相鄰，西與揚(yáng)中、丹陽(yáng)接壤，南接常州市老城區(qū)。區(qū)內(nèi)交通四通八達(dá)，區(qū)位條件優(yōu)越。全區(qū)國(guó)土空間總面積為508.91km2。2021 年行政區(qū)劃調(diào)整后，新北區(qū)下轄孟河鎮(zhèn)、西夏墅鎮(zhèn)、奔牛鎮(zhèn)、薛家鎮(zhèn)、羅溪鎮(zhèn)5 個(gè)鎮(zhèn)，以及魏村街道、春江街道、新橋街道、龍虎塘街道、三井街道5 個(gè)街道辦事處。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

新北區(qū)相關(guān)分析數(shù)據(jù)主要來(lái)源為各部門數(shù)據(jù)以及開(kāi)源數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1。

表1 相關(guān)分析數(shù)據(jù)來(lái)源

3 研究方法

目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的研究方法眾多，對(duì)影響生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的相關(guān)評(píng)價(jià)要素也存在差別，具有一定的差異性和局限性，尚未形成一致的觀點(diǎn)。對(duì)已有研究分析可知，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力主要受到植被豐富度、氣候條件、土壤、地形地貌、生產(chǎn)力等因素的影響。

依據(jù)江蘇省《縣級(jí)國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》要求，結(jié)合新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能特征，選擇植被豐富度、氣候條件、地形地貌3 個(gè)因素作為相關(guān)要素條件，建立生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)體系，對(duì)新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以揭示其空間分布情況。針對(duì)不同類型生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，定性定量綜合評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)。相關(guān)影響要素及單要素見(jiàn)表2。

表2 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)相關(guān)要素表

3.1 植被豐富度計(jì)算

植被豐富度是按照植被覆蓋度方法進(jìn)行計(jì)算。植被覆蓋度是指植被在地面上的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)域總面積的比例。植被覆蓋度一般可通過(guò)地面測(cè)量和遙感估算2 種方法進(jìn)行計(jì)算。地面測(cè)量常用于特定場(chǎng)地等小尺度，遙感估算常用于城市區(qū)域等大尺度。通過(guò)多年的理論研究，目前已經(jīng)發(fā)展出很多利用遙感數(shù)據(jù)測(cè)量植被覆蓋度的方法。較為實(shí)用的就是利用植被指數(shù)來(lái)近似估算植被覆蓋度，常用的植被指數(shù)即NDVI。提取landsat8 衛(wèi)星影像，取波段4 與波段5 圖，通過(guò)輻射校正、影響拼接和裁剪，大氣校正后，根據(jù)歸一化差分植被指數(shù)計(jì)算公式，測(cè)算植被覆蓋度作為植被豐富度指標(biāo)。具體測(cè)算公式：

根據(jù) NDVI（歸一化差分植被指數(shù)）=（Band5-Band4）/（Band5+Band4）。

3.2 氣候條件

氣候條件指數(shù)是評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的重要因素，主要隨時(shí)間與地理分布發(fā)生變化。對(duì)生物多樣性、日常生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局有重要指導(dǎo)作用。氣候條件指數(shù)越高，越適宜生物棲息及農(nóng)業(yè)耕作。氣候條件與植被覆蓋、水網(wǎng)密度、地形坡度、多年平均降水4 個(gè)單因子強(qiáng)相關(guān)。

3.2.1 水網(wǎng)密度計(jì)算。根據(jù)常州市2020 年國(guó)土資源三調(diào)數(shù)據(jù)和常州市2019 年水資源公報(bào)數(shù)據(jù)，提取三調(diào)河流長(zhǎng)度、水域面積，并結(jié)合2019 年常州市水資源公報(bào)中水資源量數(shù)據(jù)，測(cè)算水網(wǎng)密度。具體測(cè)算公式：

水網(wǎng)密度指數(shù)=（Ariv×河流長(zhǎng)度/ 區(qū)域面積+Alak×水域面積（湖泊、水庫(kù)、河渠）/區(qū)域面積+Ares×水資源量/區(qū)域面積）/3。

式中，Ariv 為河流長(zhǎng)度的歸一化數(shù)值，參考值為84.3704 083981；Alak——水域面積歸一化數(shù)值，參考值為591.7908 642005；Ares——水資源量的歸一化數(shù)值，參考值86.3869548281。

3.2.2 地形坡度計(jì)算。提取常州市2019 年地形圖高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，柵格地表面構(gòu)建dem 數(shù)字高程數(shù)據(jù)后，通過(guò)3D 分析工具-柵格表面-坡度計(jì)算得到地形坡度數(shù)據(jù)。

3.2.3 多年平均降水量計(jì)算。根據(jù)中國(guó)氣象服務(wù)網(wǎng)多年年平均降水量，常州市范圍對(duì)全國(guó)多年年平均降水量進(jìn)行裁圖，獲取相應(yīng)范圍的平均降水量數(shù)據(jù)。

3.2.4 氣候條件分析。氣候條件與植被覆蓋、水網(wǎng)密度、地形坡度、多年平均降水4 個(gè)單因子強(qiáng)相關(guān)。各單因子權(quán)重值參照以下公式：氣候條件指數(shù)=0.35×植被覆蓋度+0.45×水網(wǎng)密度+0.05×坡度+0.15×降水。采用無(wú)量綱化極值法。

3.3 地形土壤

地形土壤是評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的重要因素，主要隨地理空間分布發(fā)生變化，對(duì)城市建設(shè)及日常生活有相關(guān)指導(dǎo)作用。地形土壤指數(shù)高的區(qū)域，其生態(tài)價(jià)值越高。地形土壤與地表高程、地形坡度、土壤成分3個(gè)單因子相關(guān)。

3.3.1 地表高程計(jì)算。提取常州市2019 年地形圖高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，GIS 軟件加載新北區(qū)CAD 地形，提取annotation，通過(guò)數(shù)據(jù)處理工具-要素-要素轉(zhuǎn)點(diǎn)，生成高程點(diǎn)數(shù)據(jù)后，新建elvevation 字段，通過(guò)數(shù)據(jù)處理工具-tin-創(chuàng)建tin，輸入字段為elveation，再經(jīng)過(guò)tin 轉(zhuǎn)柵格，采樣距離設(shè)置為10，最終形成地表高程數(shù)據(jù)。

3.3.2 土壤成分計(jì)算。根據(jù)江蘇省土壤類型數(shù)據(jù)，提取新北區(qū)土壤成分?jǐn)?shù)據(jù)。

3.3.3 地形土壤計(jì)算。地形土壤指數(shù)=0.4×地表高程+0.3×地形坡度+0.3×土壤成分。三要素均歸一化處理后采用極值法無(wú)量綱化。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評(píng)價(jià)分析

以新北區(qū)氣候條件重要性評(píng)價(jià)、地形土壤重要性評(píng)價(jià)和植被覆蓋指數(shù)分析結(jié)果為基礎(chǔ)，綜合評(píng)價(jià)常州市新北區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力。對(duì)氣候條件、地形土壤、植被覆蓋指數(shù)分別歸一化處理。根據(jù)德?tīng)柗品ǎo氣候條件、地形土壤、植被覆蓋指數(shù)賦權(quán)重，依次為0.35、0.25、0.40，將這三要素進(jìn)行線形加權(quán)疊加。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力指數(shù)=0.35×氣候條件指數(shù)+0.25×地形土壤指數(shù)+0.40×植被覆蓋指數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 植被豐富度

截取常州市2019 年landsat8 衛(wèi)星影像（從地理空間數(shù)據(jù)云下載），根據(jù)提取的波段4 和波段5 衛(wèi)星影像，通過(guò)前期數(shù)據(jù)處理分析，按照計(jì)算公式測(cè)算，新北區(qū)2019 年植被覆蓋度為59.8%，覆蓋度呈現(xiàn)西部高、東部低的趨勢(shì)。

4.2 氣候條件

4.2.1 水網(wǎng)密度。河流長(zhǎng)度利用GIS 軟件在三調(diào)中提取河流水面地類圖斑，按照面轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)換方式得到河流長(zhǎng)度。經(jīng)測(cè)算新北區(qū)河流長(zhǎng)度為767.85km。水域面積利用GIS 軟件在三調(diào)中提取河流水面、湖泊水面、水庫(kù)、養(yǎng)殖坑塘、坑塘水面等水域相關(guān)地類圖斑，測(cè)得水域面積7690.34hm2。根據(jù)2019 年常州水資源公報(bào)計(jì)算水資源量，按照低于年平均值的方法進(jìn)行測(cè)算，地表水資源量12.26 億m3。最終綜合計(jì)算，新北區(qū)水網(wǎng)密度指數(shù)為37.93，呈現(xiàn)北部高、南部低的區(qū)域，水網(wǎng)密度指數(shù)低于常州市平均值。

圖1 新北區(qū)植被覆蓋度

圖2 新北區(qū)河流水面

圖3 新北區(qū)水域區(qū)域

4.2.2 地形坡度。經(jīng)計(jì)算新北區(qū)地勢(shì)絕大區(qū)域相對(duì)平緩，小黃山、棲鳳山坡度較高，坡度基本在0°～26°之間。

4.2.3 多年平均降水量計(jì)算。經(jīng)空間插值化處理后提取分析，新北區(qū)年平均降水量在1110.4～1144.4mm 之間，為1125.6mm，從北到南降水有輕微減少趨勢(shì)。

圖4 新北區(qū)水網(wǎng)密度

圖5 新北區(qū)地形坡度

圖6 新北區(qū)平均降水量

4.2.4 氣候條件計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，新北區(qū)氣候條件由北往南總體呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)，沿江地區(qū)和中心城區(qū)氣候條件相對(duì)較差（以上4 項(xiàng)要素均為歸一化后數(shù)據(jù)，下同）。

4.3 地形地貌

圖7 新北區(qū)氣候條件評(píng)價(jià)圖

4.3.1 地表高程。經(jīng)分析新北區(qū)地表高程在0～96m 之間，全區(qū)高程普遍較低，北側(cè)小黃山、棲鳳山山體較高。

圖8 新北區(qū)高程點(diǎn)數(shù)據(jù)

圖9 新北區(qū)地表高程數(shù)據(jù)

4.3.2 土壤成分。分析發(fā)現(xiàn)，新北區(qū)土壤類型主要為水稻土，小黃山區(qū)域?yàn)樽厣彝?，奔牛?zhèn)局部為龜裂土。

4.3.3 地形土壤綜合評(píng)價(jià)分析。經(jīng)分析，小黃山、長(zhǎng)江沿線、奔牛鎮(zhèn)區(qū)、新孟河、德勝河、藻港河等區(qū)域地形土壤指數(shù)較低。

圖10 新北區(qū)土壤成分

圖11 新北區(qū)地形土壤

圖12 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力分布圖

4.4 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評(píng)價(jià)分析

按照生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力指數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算，最終得到生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力綜合評(píng)價(jià)分析結(jié)果，然后依照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)百分比分布情況確定評(píng)價(jià)等級(jí)。將生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力劃分為5 個(gè)等級(jí)：＞80 為強(qiáng)，70～80 為較強(qiáng)，50～70為一般，30～50 為較弱，低于30 為弱。

由表3 可見(jiàn)，新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力以較旨、中等為主，分別為33.08%、28.87%；2 個(gè)等級(jí)占區(qū)域總規(guī)模的60%以上，等級(jí)為弱、較高的規(guī)模接近，分別為17.8%、17.45%；評(píng)價(jià)等級(jí)為強(qiáng)的區(qū)域最少，為2.79%?？傮w上看，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力強(qiáng)與較強(qiáng)的占比較少。

表3 常州市新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力等級(jí)規(guī)模分布

從空間分布上看，新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力弱區(qū)域主要分布在三井街道、龍虎塘街道、薛家鎮(zhèn)等城市建成區(qū)，以及長(zhǎng)江沿線、京杭大運(yùn)河、新孟河、德勝河、藻江河等河流水域區(qū)域。該區(qū)域多是由于人為開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)強(qiáng)度大、生態(tài)要素單一性或敏感性高，導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力偏弱。評(píng)價(jià)等級(jí)為較弱和中等的區(qū)域，廣泛分布在中心城區(qū)外圍區(qū)，評(píng)價(jià)等級(jí)較強(qiáng)與強(qiáng)的區(qū)域主要為城市外圍農(nóng)林用地、小黃山等區(qū)域。

新北區(qū)部分河道由于坡度、高程變化帶來(lái)的地形土壤變化，導(dǎo)致評(píng)價(jià)指數(shù)較低，如長(zhǎng)江周邊、城市建成區(qū)等區(qū)域，主要是由于植被覆蓋低的因素，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力較弱。對(duì)于恢復(fù)力強(qiáng)、較強(qiáng)的區(qū)域，主要采取切斷人為干預(yù)、禁止污染排放、封山育林和保證生態(tài)流量等自然恢復(fù)措施，消除脅迫因素，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。對(duì)于恢復(fù)力弱、較弱的，人為活動(dòng)密集、開(kāi)發(fā)建設(shè)強(qiáng)度較高的區(qū)域，應(yīng)考慮人工修復(fù)措施為主、輔助自然恢復(fù)的方法。在消除脅迫要素的基礎(chǔ)上，采取改善物理環(huán)境、增加植被種植、修復(fù)破損生態(tài)用地等措施，引導(dǎo)和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)。新北區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力整體差異顯著，呈現(xiàn)由東向西生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力逐步增強(qiáng)的趨勢(shì)。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力弱的區(qū)域主要分布在城市中心城區(qū)以及長(zhǎng)江沿線、外圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)等區(qū)域，植被覆蓋率低，土壤地形變化是主要原因。建議重點(diǎn)加強(qiáng)各類生態(tài)廊道、綠地建設(shè)，加強(qiáng)水環(huán)境治理和水污染防治等。

5 不足與展望

首先，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力影響的相關(guān)要素眾多，依據(jù)江蘇省《縣級(jí)國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)規(guī)劃編制指南（2021）》要求，綜合當(dāng)前領(lǐng)域普遍認(rèn)可的植被豐富度、地形地貌、地形土壤3 個(gè)要素進(jìn)行分析，但在分析過(guò)程中存在單要素重復(fù)利用、交叉使用、缺失要素未納入分析等的情況。未來(lái)隨著相關(guān)理論研究深入，應(yīng)納入更多影響要素，形成更全面、更科學(xué)、更合理的多要素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

其次，相關(guān)分析研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)可能存在多穩(wěn)態(tài)機(jī)制，即生態(tài)系統(tǒng)在最理想狀態(tài)下受到外部干預(yù)后系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生突變，并進(jìn)入多種潛在的非理想穩(wěn)定狀態(tài)。這會(huì)導(dǎo)致在定量分析生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力過(guò)程中，對(duì)最理想狀態(tài)及達(dá)到該狀態(tài)的生態(tài)恢復(fù)力判斷存在偏差，即經(jīng)分析生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到的是生態(tài)系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)中的一個(gè)，但不是最穩(wěn)定、最理想的狀態(tài)。

最后，本研究使用的數(shù)據(jù)均來(lái)源于各部門提供或開(kāi)源數(shù)據(jù)，在影像解譯、遙感反演、空間疊加分析中不可避免地存在數(shù)據(jù)誤差。此外，數(shù)據(jù)的精度及年份差異、要素權(quán)重值及評(píng)價(jià)等級(jí)劃分等，都會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果帶來(lái)較大影響。當(dāng)前，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的定量分析方法研究依然有限，缺少普適的觀點(diǎn)和表征生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力定量分析指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)分析受主觀因素影響較大。因而，如何選取要素以及要素的權(quán)重確定，未來(lái)還有待進(jìn)一步研究。