基于生态位模型的基塘利用适宜度评价

叶长盛，仲亚美，孙 丽，李志文

（东华理工大学地球科学学院，南昌 330013）

0 引 言

基塘是三角洲低洼易涝地区人们为了排涝灌溉，因地制宜改造自然，将低洼地挖地成塘、堆泥成基而形成的一种特殊的土地利用方式，是国际上公认的最典型的生态农业用地类型之一，也是珠江三角洲地区人多地少、劳力密集、经济效益高的土地利用方式[1]，在珠江三角洲土地利用格局中具有重要地位。联合国教科文组织称“桑基鱼塘”为“世间罕有美景、良性循环典范”，把珠江三角洲“桑基鱼塘”列为区域农业开发的典型范例，其成功经验深受国内外专家的推崇[2-8]。随着珠江三角洲人口的与年俱增，农业化、工业化和城市化进程广泛而深入的推进，这种传统的土地利用格局发生了剧烈变化，传统的基塘系统受到严重冲击，基塘面积急剧萎缩，大量基塘转化为建设用地，基塘景观出现了破碎化、孤岛化等现象[9-11]。工业“三废”、城镇生活污水、农业化肥农药等污染导致了大量基塘系统退化，造成其生态经济功能下降乃至丧失[12]。基塘系统过度集约化养殖以及生产结构中种植业比例大规模缩减，“重塘轻基”现象明显[13]，不但影响了基塘农业生产功能，还降低了其对区域生态环境的调控能力[14]，成为当地经济社会生态可持续发展的隐患和难题[15-17]。珠江三角洲社会经济的转型发展和基塘的可持续利用，迫切需要进一步摸清基塘利用质量，为基塘生态系统的整治与重构提供技术支撑。

生态位理论作为生态学的重要理论之一[18]，可用区域的现实生态位和最适生态位之间的差异程度来衡量现实资源条件对某种土地利用方式的适宜性程度，可以探寻现实生态位与最适生态位之间的耦合程度，为土地适宜性评价提供了新途径[19]，成为评价土地利用质量的重要手段。现有研究多从不同土地利用方式的特性出发，构建相应的生态位适宜度评价指标体系和评价模型，开展了耕地[20-21]、农村居民点[18,22]、低丘缓坡土地[23]、高标准农田[24]、建设用地[25-26]等类型的适宜性评价以及土地生态经济适宜性评价[19]、土地利用功能分区[27]等研究，为区域土地资源的开发、整治及优化配置提供了科学依据。利用生态位适宜度模型可以测度基塘用地的现实生态位和最适生态位之间的差异，衡量出自然、经济、社会等条件对基塘利用方式的适宜性程度，反映出基塘用地的功能、地位、资源条件的优劣程度以及在区域生态系统中的状态，实现基塘利用质量评价的目标。鉴于此，本文以珠江三角洲“桑基鱼塘”发源地—佛山市南海区为例，从自然质量、社会经济、空间形态3个维度构建基塘生态位适宜度评价指标体系和评价模型，划分基塘生态位适宜度等级，分析基塘利用质量及其分布特征，为基塘用地空间优化布局、可持续利用及其整治提供依据。

1 研究区概况

佛山市南海区地处广东省中部、珠江三角洲腹地，西江、北江下游，属海洋性季风气候，光热资源丰富，雨量丰沛，年平均气温21.8 ℃，年均降雨量1 638 mm。境内河网密布，河道交错纵横，河流（涌）占7.20%。2013年，南海区生产总值达 2 172.44×108元，工业总产值5 067.31×108元，农业总产值 83.19×108元，其中渔业产值29.26×108元，塘鱼总产量195 982 t。

2013年，佛山市南海区基塘面积17 594.29 hm2，占土地总面积的16.42%，是南海区最主要的农业用地类型之一。基塘分布呈现明显的西南多、东部少的特征。西南地区的西樵、九江是珠江三角洲基塘的发源地，丹灶是典型的新增基塘区，3镇基塘面积13 146.83 hm2，占基塘总面积的74.72%；东部城区的桂城、罗村、大沥受城镇扩展、工业发展等影响，3街镇基塘面积仅717.72 hm2，占基塘总面积的 4.08%；北部的狮山、里水基塘面积3 729.74 hm2，占基塘总面积的21.20%。总而言之，随着南海区社会经济快速发展和各项基础设施建设，基塘系统遭受极大冲击，大量质量好、产能高的传统基塘被建设占用，基塘斑块被建设用地切割，破碎化现象严重，连片性下降，增加了规模经营的难度，一定程度上影响了基塘利用的经济效益和劳动生产率，导致基塘利用质量下降。

2 研究方法

2.1 基塘生态位的内涵

本文根据Hutchinson的“多维超体积”生态位理论[28]，参考耕地生态位的概念与内涵[20,29]，将基塘生态位定义为：基塘生态系统在区域生态系统中的地位、作用和功能以及与其他土地利用类型生态系统的相对关系，是自然、经济和社会等多种因子共同支撑的结果，即为允许或支撑基塘生态系统存在的超体积，即n维因子中的超体积。可用一个函数来表述[24]

式中F为评价区域的基塘生态位，xj为影响基塘生态位大小的各维度因素，即生态位因子，j为生态位因子的总个数。

2.2 基塘生态位适宜度评价模型

基塘生态位适宜度是基塘用地向人类提供的或可被利用的各类自然要素和社会经济要素与人类需求之间的耦合关系，也可看作是对基塘用地所能提供的自然、经济、社会资源的多样性、数量及效率的测度，能够反映基塘用地对人类经济、生产等活动的适宜程度，受自然、社会经济及自然-社会经济复合因素等的制约和限制。根据基塘生态位适宜度各维度的内在属性，把自然质量生态位适宜度归属于自然生态系统、社会经济生态位适宜度归属于人工生态系统、空间形态生态位适宜度归属于人工-自然综合生态系统。3种属性的生态位适宜度测算方法分别如下：

1）希伯特空间模型。该模型是基于不同评价主体的生态位重叠度，把生态位适宜度定义为评价单元各生态位因子的现实生态位与最适生态位之间的重叠。该生态位适宜度测算模型结果在[0，1]区间的宽窄度，适用于基塘自然质量维生态位适宜度评价。公式如下

式中BFi为第i个评价单元的自然质量维生态位适宜度；BIij表示第i个评价单元的第j项生态因子的现实生态位；BIpj表示南海区第j项生态因子的最适生态位；Wj表示第j项生态因子的权重；m表示自然质量维生态因子个数。

2）加权平均模型。该模型侧重于现实生态位与最适生态位之间的比值，适用于城镇、社会方面的研究，可用于基塘社会经济维生态位适度的测算。公式如下

式中GFi为第i个评价单元的社会经济维生态位适宜度；AGij表示第i个评价单元的第j项生态因子的现实生态位；AGpj表示南海区第j项生态因子的最适生态位；N表示社会经济维生态因子个数。

3）限制因子模型。限制性因子模型主要是针对于某些限制性因子对评价主体的生态位适宜度所起到的制约作用。基塘空间形态受自然与人为双重因素的影响，可用限制因子模型测算。公式如下

式中AFi为第i个评价单元的空间形态维生态位适宜度；ADij表示第i个评价单元的第j项生态因子的现实生态位；ADpj表示南海区第 j项生态因子的最适生态位；M表示空间形态维生态因子个数。

4）基塘生态位适宜度。基塘生态位适宜度是通过对自然质量、社会经济、空间形态 3个维度的生态位适宜度加权求和获得。公式如下

式中 NFi表示第 i个评价单元的基塘生态位适宜度，WB为自然质量维权重，WG为社会经济维权重，WA为空间形态维权重。

2.3 基塘生态位适宜度评价指标体系

在遵循科学性、综合性、可操作性和数据可获取性的原则上，结合基塘利用实际状况，参照土地适宜性评价指标体系，从自然质量、社会经济、空间形态 3个维度构建基塘生态位适宜度评价指标体系，一共15个指标，权重采用层次分析法确定（表1）。

自然质量维主要反映基塘利用的自然禀赋条件和生态条件，体现其内在影响因素；社会经济维主要反映基塘利用对社会经济发展的适宜程度，距离城镇和交通干线越近，基塘被占用的可能性越大，产出情况通过农用地利用等这个综合性指标来体现；空间形态维主要反映基塘规模状况、几何形状特征，体现出基塘利用的集中程度。

表1 基塘生态位适宜度评价指标体系Table 1 Evaluation system for Niche fitness of Dike-pond

2.4 数据来源与属性数据获取

本研究以2013年遥感影像解译得到的土地利用现状图为基础数据，空间分辨率为30 m×30 m，精度均达到85%以上，数据可靠性较好。农用地利用等、土壤性状等数据来自2013年佛山市南海区农用地分等定级成果。数据的标准化采用极值法进行无量纲化处理。

1）坡度与高程：从佛山市南海区DEM数据中获取。

2）土壤性状：土壤表层质地、pH值、土壤有机质含量与土壤剖面构型等土壤性状数据从佛山市农用地分等定级数据库成果中获取样点数据，利用克里格插值法获得指标数据。

3）河流影响度：河流在基塘发育过程中起着重要的作用，也为塘面养殖、基面种植提供所需的水源。利用ArcGIS10.2中的近邻分析测算出评价单元距水系的最邻近距离。距离河流越近，基塘利用受其影响越大。

4）道路通达度：利用ArcGIS10.2中的近邻分析计算各评价单元距交通干线的最邻近距离。距离交通干线越近，基塘被占用的可能性越大。

5）城镇影响度：利用ArcGIS10.2中的近邻分析计算各评价单元距城镇建成区的最邻近距离。离城镇建成区越近，基塘被占用的可能性越大。

6）利用便利度：利用ArcGIS10.2中的近邻分析测算出评价单元与村庄的距离。距村庄越近，利用便利程度越高，反之则越低。

7）农用地利用等：依据构成土地质量稳定的自然条件和经济条件综合评定得出，可以反映农用地产能状况。利用南海区农用地分等定级成果，将其农用地利用等指数进行克里格插值，获得评价单元基塘利用等，从而获取基塘产能状况。

8）基塘面积比：基塘面积占评价单元的比例。

9）破碎度系数：评价单元内基塘图斑数与基塘面积之比，用来衡量基塘的破碎化程度。

10）分维数：反映基塘镶嵌体几何形状的复杂性，可以度量基塘边缘复杂性。公式为

式中VFDI表示分维数，Li为第i个评价单元内基塘边界周长总和，VFDI越大，表明基塘形状越复杂，VFDI越小，基塘形状越规整。Ai为第i个评价单元基塘面积，m2。

11）集中连片系数：可反映基塘规模大小，越大越容易产生规模效应。公式为

式中iCV∏表示基塘集中连片系数，S为每个评价单元面积，m2，al、ak为第 l、第 k个基塘的面积，nlk为基塘 l和基塘k之间的连接数。iCV∏越大，基塘连片程度越高，反之则越低。

2.5 评价单元与评价因子最适值的确定

基塘图斑连片性较强，为提高评价结果的精度，将南海区基塘图斑划分为 300 m×300 m 的网格单元，共3 871个评价单元。

由于自然质量、社会经济、空间形态 3个维度存在着较大的差异，各类评价因子的理想值无法统一划定。对于负向型评价因子，如高程、坡度、破碎度、分维数等，选择其最小值作为最适生态位；对于正向型的评价因子，如河流影响度、基塘面积比、集中连片系数等，选择其最大值作为最适生态位；对区间适宜型生态因子，如土壤pH值、土壤表层质地等先转化为正向型，再选择其最大值作为最适生态位。

2.6 基塘生态位适宜度等级划分

区域范围内，基塘生态位适宜度等级是一个相对的概念，在综合考虑适宜度指数值的基础上，运用自然断裂法将各生态位适宜度进行聚类分析（表2），划分出高、较高、中等、低4个生态位适宜度等级，具体结果如图1。

表2 基塘生态位适宜度等级划分标准Table 2 Classification standard of Niche fitness level of Dike-pond

图1 佛山市南海区基塘生态位适宜度空间分布Fig.1 Spatial distribution of Niche fitness of Dike-pond in Nanhai District of Foshan city

3 结果与分析

3.1 基塘自然质量维生态位适宜度数量及分布

佛山市南海区地势平坦、土壤肥沃、河网密布，自然条件优越。基塘用地99.20%分布在高程10 m以下、93.03%分布在坡度 2°的区域。基面土壤表层质地优越，呈现“南高北低”的分布特征；有机质含量高的区域多分布在中西部、含量低的集中在南部及东北部；土壤剖面构型相对较差，高值区主要分布在九江、西樵等传统基塘区。整体而言，南海区基塘用地自然质量条件较好，以较高、中等生态维适宜度基塘为主，低生态位适宜度基塘较少（表3）。较高适宜度基塘面积达7 130.09 hm2，占基塘总面积的 40.53%；中等适宜度基塘面积5 622.52 hm2，占基塘总面积31.96%；高适宜度基塘面积为3 266.04 hm2，占基塘总面积18.56%；低适宜度基塘面积最少，仅1 575.63 hm2，占比8.96%。

南海区基塘自然质量维适宜度南北差异显著，南部传统基塘区明显高于北部（表3）。高适宜度基塘主要分布在西南地区的九江、西樵、丹灶 3镇，面积达2 617.84 hm2，占全区高适宜度面积的80.15%，从侧面说明了人类因地制宜开发利用传统基塘的合理性；较高适宜度基塘也主要分布在西南3镇，面积达5 605.68 hm2，占全区较高适宜度面积的78.62%；低生态位适宜度基塘主要分布在九江、狮山、丹灶等镇，九江镇面积达380.89 hm2，占全区低适宜度基塘面积的24.17%；中等适宜度基塘则主要分布在西樵、丹灶、狮山等镇，西樵面积最大，占全区中等适宜度基塘的39.53%。

各街镇基塘自然质量条件整体较好，低自然质量基塘面积较小，不同等级适宜度构成差异显著。桂城街道高适宜度基塘占绝对优势，占该街道基塘面积的87.19%；罗村街道的较高适宜度基塘占该街道基塘面积的60.49%；九江镇的较高、高适宜度基塘分别占该镇基塘面积的47.22%、26.18%；大沥镇则以中等、低适宜度基塘为主，分别占该镇基塘面积的51.88%、42.24%；西樵镇则是较高、中等适宜度基塘各占40.80%、42.93%；狮山、里水、丹灶主要以较高、中等适宜度基塘为主。

表3 基塘自然质量维生态位适宜度等级及分布Table 3 Distribution of Niche fitness of natural quality of Dike-pond

3.2 基塘社会经济维生态位适宜度数量及分布

在南海区，距城镇、交通干线越近，基塘分布越多，被占用的可能性也越大，因此道路通达度、城镇影响度越高，社会经济适宜度会越差，同时61.48%基塘的产能处于中等水平，以致基塘社会经济维适宜度整体发展水平相对较低，以中等、较高生态位适宜度基塘为主，高生态位适宜度基塘少（表4）。其中，中等生态位适宜度基塘面积最大，为6 373.32 hm2，占基塘总面积的36.22%；较高生态位适宜度基塘面积为5 960.50 hm2，占基塘总面积的 33.88%；高、低生态位适宜度基塘面积分别为2 152.75 hm2、3 107.70 hm2，占基塘总面积的12.24%、17.66%。

高适宜度基塘主要分布在九江、狮山 2镇，面积为1 018.87、481.17 hm2，分别占全区高适宜度基塘的47.33%、22.35%；较高适宜度基塘主要分布在西南地区的西樵、九江、丹灶3镇，面积达4 663.32 hm2，占全区较高适宜度基塘的78.24%；中等适宜度基塘也主要分布在西南地区的3镇，占全区中等适宜度基塘的74.97%；低适宜度基塘集中分布在丹灶、西樵，分别占全区低适宜度基塘的31.81%、28.87%（表4）。

从各街镇社会经济维适宜度等级构成看，罗村街道以中等适宜度基塘为主，占该街道基塘面积的68.81%，低适宜度基塘占18.60%；大沥镇则是低适宜度基塘最多，占该镇基塘面积的 41.89%，其次是较高适宜度，占24.07%；桂城、狮山、里水、丹灶、九江、西樵 6街镇都以较高、中等适宜度基塘为主。

表4 基塘社会经济维生态位适宜度等级及分布Table 4 Distribution of Niche fitness degree of social economy of Dike-pond

3.3 基塘空间形态维生态位适宜度数量及分布

连续、规整的空间形态有利于维持基塘生态功能、提高产能、保持景观持续性与稳定性。在南海区，近2/3评价单位的基塘用地比在75%以上，破碎度在0.5以下的基塘面积占94.54%，绝大部分评价单元的基塘分维数在1.50以下，分布均呈现南高北低的特征；高连片性的基塘集中在西南部的九江、西樵、丹灶 3镇，东部城区、北部地区基塘较为破碎，连片性相对较差。基塘空间形态生态维适宜度水平整体较高（表5），高适宜度基塘面积达9 494.36 hm2，占基塘总面积的53.96%；较高适宜度基塘面积2 942.02 hm2，占比16.72%，中等适宜度基塘面积2 905.87 hm2，低适宜度基塘最少，为2 252.04 hm2，占基塘总面积的12.80%。

从分布上看，呈现明显的“南高北低”，西南部空间形态明显优于北部、东部（表5）。由于西南3镇基塘连片性强，空间形态适宜度高的基塘多分布于此，面积达8 773.06 hm2，占全区高适宜度基塘的92.40%；较高适宜度基塘相对均衡分布在西南3镇和北部2镇；中等适宜度基塘以狮山镇分布最多，面积为753.69 hm2，其次是西樵、丹灶和九江；低适宜度基塘北部地区范围最大，狮山镇占全区低适宜度基塘的 30.28%，里水镇占17.31%。

表5 基塘间形态维生态位适宜度等级及分布Table 5 Distribution of spatial pattern of Dike-pond

从各街镇等级构成上看，西南 3镇均以高适宜度基塘为主，其中九江镇高适宜度基塘占该镇基塘比例达69.76%、西樵镇、丹灶镇也分别达到67.90%、61.31%；桂城街道基塘形态较为破碎、连片性差，低适宜度基塘面积较大，占该街道基塘的45.09%；其余4镇不同适宜度基塘分布相对较为均衡，如罗村街道高、较高、中等适宜度分别占该街道基塘面积的 30.38%、28.63%、24.66%，狮山、里水基塘空间形态适宜度面积由大到小依次为中等、低、较高。

3.4 基塘生态位适宜度数量及分布

南海区基塘自然质量较好，空间形态相对规整，生态位适宜度水平普遍较高（表6），以高生态位适宜度为主，面积高达9 611.80 hm2，占基塘总面积的54.63%，较高、中等生态位适宜度基塘面积分别为 3 301.35、3 274.72 hm2，占基塘总面积的18.76%、18.61%，低生态位适宜度基塘为1 406.43 hm2，仅占基塘总面积的7.99%。

空间分布上，呈现明显的“南高北低”特点（表6）。高生态位适宜度基塘集中分布在西南地区西樵、九江、丹灶3镇，占全区高适宜度基塘的91.41%，其中珠江三角洲传统基塘发源地的西樵、九江占68.83%，还有少量分布在狮山和里水；较高适宜度基塘分布在西南、北部5镇，其中西樵镇面积最大，其次是丹灶、狮山；中等适宜度基塘则以狮山镇分布最多，面积为892.14 hm2，其次是西樵镇和里水镇；低适宜度基塘则以北部地区分布较多，其中狮山镇就占全区低适宜度基塘面积的30.86%。

各街镇基塘适宜度等级构成上，西南 3镇的高适宜度基塘占明显的优势，九江镇高适宜度基塘占该镇基塘面积的 71.96%，西樵镇占 66.68%，丹灶镇占 60.73%；北部地区的狮山镇、里水镇则主要由中等、较高适宜度基塘构成；东部城区不同等级适宜度构成相对均衡，桂城街道面积最大的是中等适宜度，罗村街道为高适宜度，大沥镇则是低适宜度。

表6 基塘生态位适宜度等级及分布Table 6 Distribution of Dike-pond of Niche fitness

4 结论与讨论

本研究将生态位适宜度模型引入到基塘利用质量评价中，通过构建基塘生态位适宜度评价模型和指标体系，从自然质量维、社会经济维、空间形态维等 3个维度深入探讨了佛山市南海区基塘生态位适宜度状况，分析了不同维度基塘生态位适宜度的数量及空间分布特征，为基塘用地空间优化及其整治提供技术支撑，便于不同城镇基塘的分片开发与持续利用。结果表明：

1）南海区基塘用地自然质量条件整体较好，以较高、中等自然质量生态维适宜度基塘为主，分布南北差异显著，西南部传统基塘区明显高于北部。高、较高适宜度基塘面积分别为3 266.04、7 130.09 hm2，占基塘总面积的18.56%、40.53%，主要分布在西南地区的九江、西樵、丹灶 3镇，说明了人类因地制宜开发利用传统基塘的合理性。

2）南海区基塘受交通干线、城镇发展的影响较大，社会经济维适宜度整体发展水平相对较低，以中等、较高适宜度基塘为主，面积分别为6 373.32、5 960.50 hm2，集中分布在西南地区的西樵、九江、丹灶 3镇；高适宜度基塘占基塘总面积的17.66%，主要分布在九江、狮山。

3）南海区评价单元基塘面积占比高、分维数小，西南地区的九江、西樵、丹灶基塘连片性强，东部城区、北部地区基塘连片性相对较差、更为破碎，但基塘空间形态维适宜度水平整体较高，呈现明显的“南高北低”特点。高适宜度基塘面积达9 494.36 hm2，多分布在西南地区九江、西樵、丹灶 3镇；较高适宜度基塘面积2 942.02 hm2，均衡分布在西南地区和北部地区；低适宜度基塘主要分布在北部的狮山、里水。

4）南海区基塘自然质量较好、空间形态较为规整，生态位适宜度水平普遍较高，以高生态位适宜度为主，空间分布呈明显的“南高北低”。高适宜度基塘面积高达9 611.80 hm2，占基塘总面积的54.63%，集中分布在西南地区西樵、九江、丹灶，也是珠江三角洲传统基塘的发源地，反映了当地人因地制宜、充分利用自然条件发展生态农业的合理性；较高适宜度基塘面积3 301.35 hm2，分布在西南地区和北部地区，西樵镇面积最大，其次是丹灶、狮山；中等适宜度基塘面积为3 274.72 hm2，分布以狮山镇最多；低适宜度基塘1 406.43 hm2，占基塘总面积的 7.99%，主要分布在北部地区的狮山、里水。

基塘在调节区域生态环境、保持景观稳定性、提高农民收益等方面发挥着重要作用，根据生态位适宜度评价结果，应采取基塘的分区分片利用、保护性开发尤为必要。西南地区基塘开发利用历史悠久、连片性高，应采取“特色生态位”发展策略，实施基塘清淤工程，重点发展观光农业、绿色生态农业，以“千倾鱼塘万亩田”和“文翰樵山，渔耕粤韵”为依托，与传统文化相结合，建设集水乡风情、基塘农业、生态观光为一体的多功能基塘景观；北部地区基塘较破碎，应通过基面、沟渠统一规划，把耕地、基塘、道路、防护林、排灌渠道、输电线路等结合起来通盘考虑，加大整治力度，改善生态环境，逐步实现连片开发，调整养殖结构，避免过度集约化经营；东部城区受城镇发展影响较大，基塘破碎、连片性差，靠近中心城区，应充分发挥其生态效应，强调保护，适度开发，提高基塘的生态保障能力。

影响基塘利用适宜度的因素复杂多样，由于数据获取的局限性，构建基塘利用生态位适宜度指标体系时尚未考虑基塘水质等生态安全方面指标，以致研究结果可能会有所偏差，进一步完善基塘利用生态位适宜度指标体系是今后相关研究的重要内容，深入探究基塘利用生态位适宜度的演变及其机理是今后研究努力的方向。