基于自然斑块的广西西江经济带生态系统空间格局分析

龙植豪，谭伟福

(1.广西壮族自治区林业勘测设计院， 南宁 530011； 2.广西壮族自治区森林资源与生态环境监测中心， 南宁 530011)

引言

长期以来，国际社会对有关人类福祉的生态系统服务、生态安全与可持续发展高度重视，力求通过科学监测和评估，建立以区域空间为主的生态安全格局。

我国自上世纪90年代以来，相关生态安全的研究逐渐从早期有关概念的探讨和理论研究阶段，发展到生态风险、生态系统评价，以及注重生态安全格局的研究，目前主要集中在格局的识别与构建领域，如生态评价(估)、空间叠加分析等。总体上，生态安全格局研究尚处于起步阶段，研究范畴较宽、类型多样，在格局形成机制、演变规律、影响机理、安全预警及调控等深入研究机理性方面较为薄弱。特别是，研究缺乏宏观层面生态学的考虑，以社会生态角度为侧重点的研究也缺少对生态过程、生态问题的理解[1-3]。

目前，较多的研究方法是利用遥感监测，建立生态格局演变的定量分析方法，分析生态系统的空间变异以及格局演变，揭示变化剧烈的区域，确定重点关注的区域[4-6]。基于当下航天航空技术的快速发展，高分遥感影像为更多自然景观的细节识别提供了丰富的信息，高精度的空间识别产生了自然斑块的海量数据，给自然生态系统空间分析带来了更高的难度。本文通过GIS技术，利用分析区自然斑块的海量数据，结合相关林学、生态学等专业知识，辅以人为活动等经济社会因子，采用生态学数量化方法进行空间格局分析，使得各类生态空间类型确定结果更细致、更准确，为自然生态系统的精细研究，以及确定生态建设和保护的关键区域奠定翔实的基础。

1 区域范围与分析方法

1.1 范围

根据 “广西西江经济带生态评估与生态安全体系构建”(2015年广西林业科技项目)，西江河流总长2 190 km，其中广西境内1 232 km，分南盘江、红水河、黔江、浔江和西江5个河段。其中：上游以南盘江为河源，至象州县石龙镇三江口，包括南盘江和红水河两段，在广西境内长931 km，河流穿行在高原盆地与峽谷相间的地形中，河道深切，有急滩跌水；中游从三江口至梧州市，包括黔江和浔江两段总长

1.2 方法

根据生态系统划分的依据和原则，结合区域特点，以广西2017年度林地变更小班为基础数据，收集整理自然斑块数据，以土地类型、树种、起源等关键因子为分析因子，运用GIS软件的图像和数据处理功能，通过空间分析与运算，提取生态系统分布的空间数据和属性数据。从生态系统空间格局的角度出发，在区域的尺度上运用当前学术界最普遍的方法——景观格局指数法[8]对区域生态系统进行空间格局分析。

景观格局指数能够高度浓缩景观空间格局信息，反映其结构组成和空间配置方面特征的各种定量指标[9-10]。本文选择以下景观格局指数：①斑块面积：利用GIS软件直接求算；②斑块数：包括生态系统总的斑块数和单一生态系统子类的斑块数；③斑块最大面积：斑块类型中最大斑块面积，是斑块水平上优势度的测量；④斑块平均面积：对比不同景观的聚集程度；⑤斑块间平均距离与最大距离：反映斑块类型分布状况连续性的重要指标。

2 生态系统类型空间格局

根据区域内480万个自然斑块的属性情况，将生态系统空间分为：一级生态系统类型，划分为森林(含灌丛)、草地(含荒地、裸地外的未利用地)、农田(含农地)、城市(含主要居民点)、荒漠(石灰岩裸地)、湿地等6类；二级生态系统类型，划分为天然阔叶林、天然针叶林、天然针阔混交林、天然竹林、天然灌木林、人工阔叶林、人工针叶林、人工针阔混交林、人工桉树林、人工竹林、人工灌木林、草丛、水田、旱地、城镇、居民点、厂矿地、石漠、天然湿地(河流、湖泊、沼泽)、人工湿地等22类。详见表1。

表1 生态系统类型划分表万km2一级生态系统二级生态系统面积合计天然人工小计7.853.464.39阔叶林1.711.020.69针叶林2.140.231.91森林针阔混交林0.700.70桉树林1.291.29竹林0.150.010.14灌木林1.861.500.36草地草丛0.600.60农田水田、旱地3.203.20城市城镇、居民点、厂矿地0.740.74荒漠石漠0.450.45湿地河流、湖泊、沼泽、人工湿地0.260.100.16合计13.104.019.09

3 生态系统空间格局分析

3.1 一级生态系统

3.1.1 生态系统的主体空间

从一级生态系统空间分布看(图1)，以森林生态系统为最大、最广泛，主导作用明显，是广西西江经济带生态系统的主体，面积占区域总面积的60%，是西江经济带生态安全的基础，蕴育着西江文明和维护着西江流域的长久兴旺；其次为农田生态系统，面积占区域总面积的24%，是人类经过长期创造的西江农业文明，从早期的小农形态到当前的现代农业，都深刻地影响着西江的自然生态。因此，稳定森林资源的保有量，发展生态农业，是西江经济带可持续发展永恒的主题。

从森林分布格局看，整个森林生态系统由19 669个面积0.1 km2以上的自然斑块组成，斑块平均面积约4 km2，最大斑块面积2 302 km2，斑块间平均距离1.1 km，最远距离达17.8 km。可见，尽管自然生态系统破碎化趋势成为不争的事实，但在广西西江经济带尚存在数千平方公里相连的森林空间，森林斑块大小和间距对生物的栖息和交流没有造成明显的障碍。然而，由于经济建设特别是城市建设，造成南宁、贵港、来宾、柳州、崇左等5个城市城区及其周边地带森林生态系统破碎化严重，破碎化区域几乎将西江经济带阻隔为东、西两个板块，东西生物交流受到一定的阻隔，如桂西南的黑叶猴等重要物种无法与中部上林县一带的物种交流，导致物种在一些区域逐步萎缩。因此，在这些生境破碎化区域加强生物廊道建设是十分必要的。

图1 一级生态系统分布格局图

农田生态系统作为人类生存的物质基础，是人为干预最频繁的生态系统。西江经济带农田生态系统与森林生态系统一起，构成西江经济带生态系统的主体，共同维持着区域的总体生态平衡与演替发展。尽管农田生态系统的主导功能是供给人类所需的物质产品，如左右江河谷特色农作物区、郁江平原粮食产区、桂中平原旱作区等，但在生态作用方面也是举足轻重。一方面，农田生态系统与其他生态系统充分镶嵌，生态系统过渡带特点明显，生态系统过渡带的生物多样性丰富度和生态脆弱性突出，生物多样性保护意义重大；另一方面，由于对农田生态系统的高强度经营，对自然生态系统的干扰或破坏威胁严重，生物多样性保护任务艰巨。

3.1.2 生态系统的敏感空间

除森林和农田外，其他生态系统类型尽管面积占比不大，但在生态系统中广泛分布，是生态系统安全的重要区域和生态敏感区域，对生态平衡影响作用极大。

城市生态系统在西江经济带中，尽管面积不大，约7 000 km2，但却是人口最集中、经济活动最频繁的区域，其中又镶嵌着众多的人工绿地、人工湿地等生态系统类型。随着经济社会的发展，城市居民对生态环境的要求越来越高，生态治理能力越来越强，城市生态系统的稳定性和健康程度不断提高，但城市排污和工业污染形势依然严峻[2]。

草地生态系统，除在高海拔地区的山顶草甸外，主要是以零星状态出现的荒草坡，面积约6 000 km2，是一些物种栖息所依赖的生态系统类型，是生物多样性的组成部分，在水热条件优越的环境下得到了稳定。

荒漠生态系统主要为裸露岩石，是石漠化的根源，在西江经济带有4 500 km2左右。这些区域均为多年石漠化治理后，难以恢复植被的石灰岩山地。石灰岩独特的生态系统孕育着许多特有的生物物种，在石漠化治理取得巨大的成就后，这些独特的生态系统和物种得到极大的保护与恢复，如多种灵长类动物、嗜钙植物等石灰岩生态系统的指示物种种群数量明显增加。目前的裸岩地主要集中分布在百色市的南部中、崇左市北部、南宁市北部和来宾市东部，是今后荒漠生态系统修复的攻关场所。

湿地生态系统面积最小，约2 600 km2，但分布最广泛、影响最深刻，极大地影响到自然生态系统的安全和人类生存条件的改善。西江干流在广西西江经济带中，经百色市北部边缘和南宁市北部边缘，横穿来宾市、贵港市和梧州市，是西江经济带乃至广西名符其实的“母亲河”，但由于西江经济带发展战略的实施，西江黄金水道的开发以及水的多种功能的长期开发利用，以水为主体的湿地系统已经或正在遭受严重的破坏和威胁。近十余年来的湿地保护与修复，特别是2014年《广西壮族自治区湿地保护条例》的颁布实施，长期以来水资源的无序利用、水资源的单项管理以及湿地资源的多部门共管体制得到理顺，湿地资源正在以生态系统的层面得到较为有效的保护和管理，但系统性的湿地保护和修复仍任重道远。

3.2 二级生态系统

在二级生态系统中，自然生态系统包括天然阔叶林、天然针叶林、天然针阔混交林、天然竹林、天然灌木林、草丛、石漠、河流、湖泊、沼泽等，面积约占30%；人工生态系统包括人工阔叶林、人工针叶林、人工针阔混交林、人工桉树林、人工竹林、人工灌木林、水田、旱地、城镇、居民点、厂矿地、人工湿地等，面积约占70%。可见，人工生态系统占据着优势空间，是在西江经济带发展过程中生态环境保护必须关注的问题。基于在生态系统中天然森林生态功能的主导作用和人工森林重要的生态保障作用，这里重点分析天然林生态系统和人工林生态系统空间格局。

3.2.1 生态系统功能的主导空间

天然森林是最稳定、生态系统服务功能最强大的生态系统。在西江经济带，天然阔叶林和灌木林在自然生态系统中比重最大，约占自然生态系统总面积的50%，占森林总面积的62%，占研究区域的20%，是自然保护区、生态公益林保护的主要范围，是流域生态安全的基本保障。其中，在发挥生态系统生态功能核心作用的天然阔叶林，其分布面积达1.02万km2，面积0.1 km2以上的斑块1.63万个，斑块平均面积62.58 km2，最大斑块面积340 km2，斑块间平均距离896 m，最远距离达11.7 km。主要集中在百色西北部和西部的隆林、西林、田林、乐业、凌云、右江区、德保、靖西、那坡、田东北部一带，隆安西部与大新、扶绥交界处，大新西部，龙州中北部，宁明中南部、南宁大明山，柳州北部的三江、融水、融安东北部一带，金秀县、蒙山县、苍梧县。见图2。

图2 天然林生态系统分布格局

3.2.2 生态系统功能的保障空间

人工森林也是西江经济带的主要人工生态系统类型，其中73%的人工森林空间几乎被人工针叶林和人工桉树林平分占据(图3)。尽管生态系统一直在受到人为干预，但除桉树林外森林经营周期普遍达数十年，因此人工森林对生态系统生态功能的维护作用仍是不容置疑的。但近十多年来，人工森林纯林化趋势明显，森林经营强度加大，整地、施肥和除草等经营措施强化，对自然生态系统也带来一定的不良影响。特别是桉树速生林在区域内种植面积已经达1.29万km2，占森林面积的16%，占研究区域范围的9.8%；桉树自然斑块共17.2万个，大于0.1 km2的纯林斑块达15 897个，斑块平均面积7.5 km2，最大达190 km2，桉树种植连片面积之大对生态的破坏已经引起社会关注，相关部门已开始进行森林布局和结构的调整，以及经营措施生态化实践，以近自然林业为基调的森林经营体系正在形成，人工森林生态系统整体生态功能将得到进一步提高，西江经济带生态安全以及可持续发展将得到有效保障。

图3 人工林生态系统分布格局

4 结论与建议

以自然斑块为单元，通过对数百万个自然斑块的分析聚合，得到以自然斑块为基础的不同的生态空间，深入分析了其分布和作用，可得到如下结论与建议：

1) 生态系统主体空间明显，建议加强主体空间架构保护及生态功能保育。广西西江经济带生态系统在空间上，以森林生态系统和农田生态系统为主体，占据了广西西江经济带84%的地理空间。因此，森林资源的保护和生态农业的发展是区域生态建设的主要任务，在西江经济带开发建设过程中，必须加强森林资源的保护，保持森林的生态主体空间架构；优化农业种植，推进农业生态化，保证生态系统主体空间安全，确保区域经济社会可持续发展。

2) 生态系统敏感空间突出，建议强化生态治理和维护生态安全。城市、草地、荒漠(石漠)、湿地等生态系统类型在区域内尽管面积占比不大，但在生态系统中广泛分布，与占主体空间的森林、农田生态系统镶嵌联系，且生态系统一直处于动态变化状态，是生态系统安全的重要区域和生态敏感区域，对生态平衡影响作用极大。因此，要在做好石漠化治理攻关的同时，切实加强城市排污、工业污染管控，确保各类生态系统的健康与安全。

3) 森林生态系统主导功能明显，建议严格保护天然森林和积极推进生态廊道建设。作为支撑生态环境维护作用的森林生态系统，尚存在数千平方公里的连续空间，斑块面积在10 hm2以上的森林自然斑块平均面积仍有4 km2左右，斑块平均间距保持在1km左右，发挥生态系统生态功能核心作用的天然阔叶林面积比重和斑块面积都较大，如此的森林空间环境对维持生态系统平衡和生物多样性发展具有良好的基础。但是，由于森林的自然斑块数量多，平均斑块面积不大，生态空间存在“孤岛化”，要把生态廊道建作为生态建设的重要内容，改进生态空间的连通性，确保生物的交流和繁衍，维护区域生物多样性。

4) 生态系统安全空间仍受到威胁，要加强生态空间修复。在总体生态空间中，除石漠化占据一定的空间外，作为社会高度关注的人工桉树林，占森林面积比重已经达10%，且纯林连片面积过大。桉树作为外来物种，大规模引进的时间不长，其生态位在未得到充分稳定，抵御自然灾害能力是不足的，因此对桉树种植规模控制和空间优化十分迫切。