关键词:
生态系统健康
VORS模型
生态功能分区
SOFM网络
青藏高原
摘要:
健康的生态系统是实现社会、经济以及自然可持续发展的重要保障,被认为是环境管理的理想目标。然而,快速的经济发展以及不合理的人类活动显著地改变了生态系统的结构和功能,对生态系统健康造成了巨大的负面影响,严重威胁了人类的生存和发展。因此,准确评估生态系统健康状况对于了解生态系统状态以及区域生态系统管理具有重要意义。生态功能分区为协调生态系统保护与经济社会发展带来了新的指引和思路。基于生态系统健康评价进行生态功能分区,不仅考虑了更多的生态信息以及生态系统本底特征,而且更加侧重生态系统的完整性,使得分区评估框架更加完整,有助于全面掌握区域生态状况,为高原生态系统空间综合治理提供理论依据。本文基于多源数据和“活力-组织力-弹性-服务(VORS)”模型,定量评估了青藏高原2000-2018年栅格尺度、乡镇尺度、区县尺度以及流域尺度下的生态系统健康状况;利用空间自相关分析生态系统健康空间集聚特征;采用通径分析识别青藏高原生态系统健康影响因子的直接作用与间接作用;之后,基于生态系统健康评价指标以及生态系统敏感性指标构建生态功能分区“双评价”指标体系,利用自组织特征映射网络(SOFM)进行空间聚类,确定最优聚类方案,并通过合并碎小斑块以及微调平滑划定青藏高原生态功能区。主要结论如下:(1)2000-2018年,不同尺度下生态系统活力、生态系统组织力、生态系统弹性以及生态系统服务均值分别处于较低、中等、较高以及中等水平。空间上,生态系统活力表现出“东南高、西北低”的空间分布格局;生态系统组织力高值主要位于青海省东部、西藏自治区中部和东部等地区,低值主要分布在高原的西北部地区;生态系统弹性在青海省东部以及西藏自治区的大部分地区都处于高值范围,在青海省的西北部地区表现为低值;生态系统服务高值主要分布在藏南地区,低值主要位于青海省中部和西部以及西藏自治区西部的部分地区。(2)2000-2018年,不同尺度下青藏高原生态系统健康平均值多处于“比较健康”和“一般”水平,并且在栅格尺度、乡镇尺度、区县尺度以及流域尺度下均呈现出增加的变化趋势。从各等级生态系统健康面积占比来看,19年间,青藏高原大部分地区在四个尺度下的生态系统健康多处于“不健康”、“比较不健康”和“一般”水平。从空间上来看,19年间,青藏高原生态系统健康在四个尺度下的空间分布具有差异性,但总体上生态系统健康状况较差的地区主要分布在青海省西北部以及西藏自治区的中部和西部的大部分地区,生态系统健康状况较好的地区主要分布在青海省东部和西藏自治区的东南部,特别是藏南地区的生态系统健康状况最佳。(3)2000-2018年,四个尺度下青藏高原生态系统健康全局莫兰指数均为正值,表明四个尺度的生态系统健康存在显著的正向全局空间自相关,且四个尺度下全局莫兰指数有减少的变化趋势,表明生态系统健康空间集聚性有下降的趋势。单变量局部空间自相关结果表明,19年间,“低低型空间匹配”和“高高型空间匹配”是四个尺度下生态系统健康的主要空间匹配类型。在空间分布格局方面,19年间,青藏高原生态系统健康空间集聚特征在四个尺度下具有相似特征,其中,“低低型空间匹配”主要分布在青海省和西藏自治区的西北部地区,而“高高型空间匹配”主要分布在青海省东部以及西藏自治区东部和东南部。(4)各影响因子中,草地面积占比和NDVI对青藏高原生态系统健康具有最强的且直接的正向影响,其次林地面积占比和降水也存在较强的直接正向影响,而距居民点距离对生态系统健康具有较弱且直接的负向影响。降水,气温和林地面积占比主要是通过促进NDVI的增加,进而对生态系统健康产生正向影响。距居民点距离表现出最强的负向且间接的影响,这种影响是通过抑制NDVI的增加而产生的。从决策系数来看,NDVI,降水和林地面积占比是生态系统健康的主要决策变量。(5)当聚类类别数为8时,对应最优聚类结果,通过合并小斑块,最终将青藏高原划定为五个生态功能区,分别为:Ⅰ北部高寒荒漠防风固沙区、Ⅱ西部高寒荒漠草原生态脆弱区、Ⅲ西南高寒草原草甸水蚀敏感区、Ⅳ东部高寒草甸产水区以及Ⅴ东南热带季雨林生态系统服务供给区。分区结果能够体现各分区生态功能特征,与各分区生态本底状况基本一致,该结果对于指导青藏高原区域生态管理具有一定的现实意义。