水土保持弹性景观功能指标体系构建

何洪名 吴卿 杨硕果

摘 要：弹性概念近年来在景观规划设计中应用较多，但关于弹性景观功能的研究甚少，而关于水土保持弹性景观功能的研究则更少。为了给水土保持弹性景观功能评价与研究奠定基础，提出了水土保持弹性景观功能的基本概念，按照科学性、代表性、获得性、层次性原则，从防治水土流失、改善生态、生态生产功能三方面，按功能层、指标层、因子层构建水土保持弹性景观功能指标体系，以河南省出山店水库区域为例进行各指标因子的定量计算，结果表明所建立的指标体系中各指标因子均可定量化计算，能够满足水土保持弹性景观功能研究的需要。

关键词：水土保持;弹性景观功能;指标体系;出山店水库

中图分类号：S157.2;TV62 文献标志码：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

彈性是当物体在受到外力作用时发生变形、除去外力作用时能恢复原来形状的性质，弹性概念在物理学、地理学、生态学、经济学、社会学等领域广泛应用。生态弹性是人类生存与活动的基础，生态弹性度越大，生态系统承受自然和人为活动干扰的能力越强。生态系统弹性度可以依据土地覆盖度、生产力、专家评分和 Shannon-Wiener 多样性指数等来确定。王云霞等[1]引入生态弹性力概念，构建生态弹性力指标体系并对北京市生态弹性力进行了评价;廖柳文等[2]根据湖南省自然条件、经济发展状况等，对不同尺度的生态弹性进行研究，全面分析了影响生态弹性度的因子;安婷等[3]从水文水资源、物理结构、水质、生物、社会服务功能等5个方面选择评价指标，对青海湖原始自然生态景观及生态系统稳定性、生态系统功能等进行了评价，提出湿地保护、生态修复、沙漠化防治、水土流失治理等保护青海湖生态健康的建议;马铁民等[4]按特别严重、严重、一般、轻微4个负效应级别和较弱、一般、良好、优秀4个正效应级别，对辽河流域红山、观音阁、大伙房3座典型水库进行了生态效应评价。在城市河道、城市水体、城市公园、湿地等生态景观规划设计领域对生态弹性因子、指标等的研究应用，多以景观建设为目的，关于弹性景观功能的研究甚少，而关于水土保持弹性景观功能的研究则更少。为了给水土保持弹性景观功能评价与研究奠定基础，笔者基于弹性景观相关研究成果，提出水土保持弹性景观功能基本概念，参考刘宝元等提出的中国土壤流失方程[5]（该方程是由刘宝元等在北京地区土壤流失试验研究中，基于美国通用土壤流失方程USLE，建立的适合北京地区的土壤流失预测预报方程，经在全国范围推广应用后被称之为中国土壤流失方程CSLE）、《美丽中国建设评估指标体系及实施方案》[6]、自然植被净第一性生产力模型[7]，确定评价指标筛选原则并构建水土保持弹性景观功能指标体系，以河南省出山店水库区域为例验证了该指标体系的合理性。

1 水土保持弹性景观功能的有关概念

（1）景观。景观一般是在几平方千米至数百平方千米范围内由不同类型生态系统按照不同空间组织方式组成的具有异质性的空间地理单元，兼具自然与文化特征的地域空间实体、异质生态系统镶嵌体、人类活动与生存的基本空间，其具有生产、生态、社会公益、美学、栖息、净化等多种功能。异质性生态系统空间镶嵌体中，相互作用、性质不同的生态系统称为景观要素。根据不同的生态学、地理学性质，可把景观要素分为森林、草地、灌丛、河流、湖泊、水库、农田、村庄、道路等类型。

（2）弹性。生态学中，弹性是生态系统抵抗外界干扰的能力;景观生态学中，弹性是景观稳定性概念的表达方式之一，指生态系统具有的缓冲干扰且状态仍保持在一定阈限之内的能力，即生态系统保持自身原有状态的能力（景观抗干扰能力）、生态系统在受到干扰后恢复到原有状态的能力（景观恢复能力）。构成景观的基本要素是否具有再生能力，是判定景观是否具有弹性的重要特征之一。

（3）弹性景观。弹性景观是近年来景观设计中引入的新概念，指景观对自然灾害具有应变能力、在遭受破坏性自然灾害后能够迅速恢复到原有状态。构成弹性景观的生态系统遭受干扰而不至崩溃，其要旨是与自然和谐相处、不反抗自然。

（4）水土保持。水土保持是防治由水力、风力、重力、冻融等外营力作用下造成的水土流失，采取工程、林草和农业技术等措施，保护、改良与合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的生态效益、经济效益和社会效益，建立良好生态环境的事业。水土流失地区的天然林地、天然草地、天然水体，以及城镇村庄、交通道路等社会经济基础设施，也具有防治水土流失的功能。

（5）水土保持景观。水土保持景观是防止水资源与土资源损失的各种土地利用类型及覆被共同构成的景观。构成水土保持景观的基本要素包括人类实施的水土保持农业措施、林草措施、工程措施，具有防治水土流失功能的城镇村庄、交通道路等社会经济基础设施，以及天然林地、天然草地、天然水域等自然土地覆被。

（6）水土保持弹性景观。水土保持弹性景观是面对土壤侵蚀自然外营力及人为活动破坏性干扰后能够自然恢复到原有状态的水土保持景观，主要包括林地、草地、耕地、水域等景观要素。

（7）功能。功能是某种事物或某种方法所发挥的有利作用，通常也指效能，即某种事物本身所蕴藏的有利作用。

（8）景观功能。景观功能是景观与周围环境之间以及景观内部进行物质、能量、信息交换和发生各种变化表现出的性能，养分流、水分流、土壤流是景观功能的重要组成部分。

（9）水土保持功能。水土保持功能是陸地表面各类水土保持系统所发挥或蕴藏的有利于蓄水保土、保护生态、提高生产力的作用。土壤保持、涵养水源、生态优良、土地生产力等是水土保持功能的重要指标。

（10）水土保持景观功能。水土保持景观功能是水土保持景观单元范围内基本景观要素内部和要素之间在涵养水源、土壤保持、提高生产力方面所发挥或蕴藏的有利作用。

（11）水土保持弹性景观功能。水土保持弹性景观功能是在受到土壤侵蚀自然外营力及人类活动干扰破坏时，水土保持弹性景观所发挥或蕴藏的水土保持、保护生态、生态生产等功能的最大有利作用，以及能够恢复到原有状态的最小有利作用。水土流失区域内的耕地、林地、草地、水域等水土保持弹性景观，在受到土壤侵蚀自然外营力及人类活动干扰破坏时，景观功能随干扰破坏程度的加重发挥最大弹性阈值;在干扰破坏结束后，水土保持弹性景观能够恢复到原有状态时的最小弹性阈值;当干扰破坏超过水土保持弹性景观最大稳定限度时，其景观功能全部丧失。水土保持弹性景观功能与区域水土流失类型、土壤侵蚀强度、水土流失影响因子等有关，与景观要素空间格局、斑块、异质性等基本特征有关。

2 水土保持弹性景观功能指标体系构建

2.1 指标选择基本原则

（1）科学性原则。评价指标及因子筛选应力求准确、科学反映水土保持景观生态实际情况，所选指标及因子之间尽量不存在重复、交叉关系，从水土保持、生态优良、生态生产等不同角度全面体现弹性功能，形成较为完整的评价指标体系。

（2）代表性原则。水土保持弹性景观功能分析评价涉及范围较广、表现形式多样，指标及因子选择应具有典型代表性，避免指标及因子杂、多、乱。

（3）获得性原则。水土保持弹性景观功能分析评价指标及因子，部分可直接量化计算，部分需通过间接指标进行量化计算，还有一部分因无法量化计算而只能定性描述，指标及因子选择时，应充分考虑数据的可获取性、可量化性和可操作性，尽量选择可量化指标，并且有比较成熟可靠的计算方法。

（4）层次性原则。水土保持弹性景观功能指标及因子涉及土壤侵蚀、生态保护、生态生产等方面，每一方面指标的确定都涉及多个因素，不同指标之间可能存在交叉、重复关系，选择的指标及因子应层次明晰、系统完整。

2.2 指标体系构建

有效防治水土流失、提高自然植被净第一性生产力、形成优良生态环境，是水土保持弹性景观的三项基本功能。基于这三项功能，根据水土保持弹性景观功能的内涵，参考中国土壤流失方程、《美丽中国建设评估指标体系及实施方案》、自然植被净第一性生产力指标因子，按功能层、指标层、因子层构建水土保持弹性景观功能指标体系，见表1。

（1）功能层。功能层是水土保持弹性景观功能指标体系的目标层，包括防治水土流失、改善生态、生态生产三项功能，均为正向指标，其中防治水土流失功能用负向指标土壤流失量的负值替代。

（2）指标层。指标层是水土保持弹性景观功能目标层的具体定量指标。指标层共有9个定量指标：防治水土流失功能（即土壤流失量负值）有土壤侵蚀模数、土壤侵蚀面积2个定量指标，改善生态功能有林草覆盖率、水域保护率、水土保持率、自然保护地面积比例、重点生物保护率5个定量指标，生态生产功能有净第一性生产力、景观要素面积2个定量指标。

（3）因子层。因子层是指标层定量指标计算的因子（参数），共有21个因子。

防治水土流失功能对应的因子有7个。土壤侵蚀量等于土壤侵蚀模数与土壤侵蚀面积的乘积。参考刘宝元等提出的中国土壤流失方程CSLE，土壤侵蚀模数（水力侵蚀）定量计算因子包括年降雨侵蚀力、土壤可蝕性、地形因子（坡度坡长因子）、植被覆盖因子、工程措施因子和耕作措施因子。

改善生态功能对应的因子有9个。参照《美丽中国建设评估指标体系及实施方案》，林草覆盖率等于林草面积占土地总面积的百分数，水域保护率等于保护的水域面积占总水域面积的百分数，水土保持率等于水土保持措施面积占土地总面积的百分数，自然保护地面积比例等于自然保护地面积占陆域面积的比例，重点生物保护率等于重点保护的物种数占应重点保护物种数的比例。

生态生产功能对应的因子有5个，包括景观要素面积、作物可能蒸散量、多年平均年降水量、日或月气温平均值、景观要素生物量。

3 水土保持弹性景观功能指标定量化计算

以河南省出山店水库为例，对水土保持弹性景观功能指标因子进行定量计算，以判定指标体系是否合理。该水库修建在淮河干流上，属大（1）型水利枢纽工程，总库容12.51亿m3，控制流域面积2 900 km2，工程建设区面积958.09 km2，区域水土流失以水力侵蚀为主。

3.1 基础数据

水土保持弹性景观功能定量计算涉及的基础数据主要包括：水库设计资料、水文气象观测资料;库区（工程建设区）现场调查数据、水利普查数据、2016年水土保持规划基础数据，2018年夏态时相2 m分辨率GF-2遥感数据，2000年、2005年、2010年、2015年Landsat TM、Landsat OLI遥感数据，2018年1∶5万DEM数据;水库区域2018年土地利用数据等。

3.2 计算结果

水土保持弹性景观功能指标定量计算结果见表1，按3项功能、9个指标、21个因子构建的水土保持弹性景观功能指标体系，可进行因子（参数）定量化计算，所选指标满足水土保持弹性景观功能研究的需要。

4 结 语

在水土保持弹性景观功能基本概念分析的基础上，从防治水土流失、改善生态、生态生产功能三方面，按功能层、指标层、因子层构建水土保持弹性景观功能指标体系，以河南省出山店水库为例进行各指标因子的定量计算，结果表明所建立的指标体系中各指标因子均可定量化计算，能够满足水土保持弹性景观功能研究的需要。需要说明的是，该指标体系是基于水力侵蚀构建的，对风力侵蚀、冻融侵蚀以及其他侵蚀类型区，应根据侵蚀类型进行调整，选择符合实际、可定量化的指标及因子。

参考文献：

[1] 王云霞，陆兆华.北京市生态弹性力评价[J].东北林业大学学报， 2011，39（2）：97-100.

[2] 廖柳文，秦建新.城镇化进程中的区域生态弹性研究：以湖南省为例[Z/OL].[2019-12-25].http：//cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-TDYJ201507001043.htm.

[3] 安婷，朱庆平.青海湖“健康”评价及保护对策[J]. 华北水利水电大学学报（自然科学版）， 2018， 39（5）：66-72.

[4] 马铁民，曾容，徐菲.辽河流域典型水库生态效应评价[J].东北水利水电， 2008（10）： 37-40.

[5] 刘宝元，毕小刚，符素华，等.北京土壤流失方程[M].北京：科学出版社，2010：7-13.

[6] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.美丽中国建设评估指标体系及实施方案：发改环资〔2020〕296号[Z].北京：国家发展和改革委员会，2020：2-4.

[7] 周广胜，张新时.自然植被净第一性生产力模型初探[J].植物生态学报，1995，19（3）：193-200.

【责任编辑 张智民】