水土保持弹性景观功能与生态脆弱性研究

李宝亭 吴卿 杨硕果

摘 要：水土保持弹性景观功能是水土保持与生态环境研究的新内容，为了给水土保持弹性景观功能研究提供案例，以河南省出山店水库为例，以大坝以上至水位为92 m庫区尾水上游第一条流域面积大于100 km2的支流为研究区，以自然小流域或小流域片为单元，利用GF-2卫星 2 m分辨率真彩色融合遥感影像、1∶5万DEM等基础数据，基于ArcGIS将研究区划分为33个景观单元，依据水土保持弹性景观功能ET、生态脆弱性标准化指数SEVI将生态脆弱性分为5级，进行水土保持弹性景观功能与生态脆弱性分析。结果表明：研究区整体上生态良好，但存在生态脆弱区域;水土保持弹性景观功能ET值与生态脆弱性等级呈负相关关系，ET值可作为生态脆弱性等级判定的参考指标。

关键词：水土保持;弹性景观功能;生态脆弱性;出山店水库

中图分类号：S157.2;TV62 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.019

Abstract： The elastic landscape function of soil and water conservation is a new content in the study of soil and water conservation and ecological environment. In order to provide a case study on the elastic landscape function of soil and water conservation， taking the first tributary of the upper reaches of the tailwater in the upper reaches of the reservoir area above the dam to 92 m of the Chushandian Reservoir as an example， based on natural small watershed or small watershed area， using the basic data of GF-2 satellite 2 m resolution true color fusion remote sensing image and 1∶50 000 DEM， the study area was divided into 33 landscape units based on ArcGIS. According to the calculation method of the functional ET of soil and water conservation elastic landscape and the SEVI of ecological vulnerability standardization index， the ecological vulnerability was divided into five levels and the analysis of soil and water conservation elastic landscape function and ecological vulnerability was carried out. The results show that the study area is ecologically good， but there are ecological fragile areas， and the ET value of soil and water conservation elastic landscape function is negatively correlated with the ecological vulnerability grade and the ET value can be used as the reference index for judging the ecological vulnerability grade.

Key words： soil and water conservation; elastic landscape function; ecological vulnerability; Chushandian Reservoir

如何利用生态原理解决水库工程中的环境问题，张朝胜[1]认为在水库建设施工各个阶段均应优先解决好生态环境问题，在建设水库的同时促进人与生态环境和谐共处;黄海真等[2]在河口村水库工程区域生态环境现状调查及工程生态环境影响分析基础上，提出可行的生态环境保护措施;申玲等[3]从斑块类型水平指数和景观水平指数两个方面，利用3S技术及景观格局分析软件对四川省升钟水库景观格局进行分析评价，认为针阔叶混交林及针叶林林地、旱地及水田是主要景观类型，呈现交错结构特征，林地作为景观基质受人为影响较大。生态脆弱性是生态系统及其组成要素受到内部和外界干扰时受损程度的性质，是生态系统的基本特性，生态脆弱性评价能有效识别生态状况并为确定生态恢复与生态保护方向提供依据。水土保持弹性景观功能是水土保持与生态环境研究的新内容，本文以河南省出山店水库为例，进行水土保持弹性景观功能与生态脆弱性分析，以期为水土保持弹性景观功能研究提供案例。

1 研究区生态现状

研究区为出山店水库大坝以上至水位为92 m库区尾水上游第一条流域面积大于100 km2的支流，面积958.09 km2。

研究区生态系统主要由森林、灌丛、草地、农田、河流、村镇等生态子系统组成。森林主要分布在研究区西侧的低山、丘陵，以马尾松、麻栎、栓皮栎等构成的针阔叶混交林为主，属于环境资源拼块，面积较小，连通程度不高，但对研究区西部环境质量有较强的动态控制功能。灌丛、草地主要分布于丘陵和坡地，属于森林与农田的过渡地带，是森林被破坏后逆向演替而成的生态系统类型，以禾本科、莎草科、菊科、百合科等植物为主，伴生有胡枝子、连翘、荆条等灌木，属环境资源拼块，连通程度较高，对防止丘陵区水土流失具有重要作用，对研究区环境质量有一定的动态控制功能。农田广泛分布于研究区中部和东北部地区，是面积最大的生态系统类型，连通度高，对研究区环境质量具有重要的动态控制功能。河流包括淮河干流及其多条支流，由于偶尔断流以及受采砂的影响，因此水生生物种类比较贫乏。村镇零散分布于研究区域内，在河流两侧比较集中，是人造拼块类型，自然生产能力和物理稳定性较低。

2 景观单元划分

参考《小流域划分及编码规范》（SL 653—2013），以自然小流域（面积大于5 km2）或小流域片（面积小于5 km2的几条小流域）为单元，利用GF-2卫星 2 m分辨率真彩色融合遥感影像、1∶5万DEM等基础数据，基于ArcGIS进行研究区景观单元划分，并测算景观单元面积、平均坡度、沟道长度、高程等指标。共划分33个景观单元，见表1（其中0号景观单元为92 m水位对应的库区，由于其生态系统单一，下述针对水土保持弹性景观功能与生态脆弱性的研究不包括0号景观单元）。

3 水土保持弹性景观功能与生态脆弱性

利用2018年分辨率为2 m的GF-2遥感影像与1∶5万DEM，对每1～32号景观单元按耕地、林地、草地、建设用地、水域和未利用地等6类景观要素（土地覆被）进行解译，除去水库库区0号景观单元的2个图斑外共解译图斑16 684个，图斑总面积87 649.13 hm2，其中：耕地图斑2 111个、面积为38 574.73 hm2，林地图斑2 917个、面积为34 696.11 hm2，草地图斑605个、面积为1 770.43 hm2，水域图斑6 966个、面积为4 437.25 hm2，建设用地图斑3 490个、面积为7 019.39 hm2，未利用地图斑595个、面积为1 151.22 hm2。

3.1 水土保持弹性景观功能

水土保持弹性景观功能值用ET表示，参考中国土壤流失方程CSLE[4]、《美丽中国建设评估指标体系及实施方案》[5]、自然被覆净第一性生产力模型[6]，建立水土保持弹性景观功能模型：

式中：ET为水土保持弹性景观功能，阈限为0～5，其值越大表明土壤侵蚀越轻微、生态环境越优良、生态生产功能越强，其值越小说明土壤侵蚀越严重、生态环境越恶劣、生态生产功能越弱;SWij为第i个水土保持弹性景观单元第j类弹性景观要素的土壤流失量，t/a;EPih为第i个水土保持弹性景观单元第h个生态保护指标值;NPPij为第i个水土保持弹性景观单元第j类弹性景观要素的净第一性生产力，kg/（hm2·a）;n为水土保持弹性景观单元数，本研究n=32;m为水土保持弹性景观要素数，本研究m=4;k为生态保护功能指标数，本研究k=5。

3.2 生态脆弱性

生态脆弱性包括内部脆弱性和外部脆弱性，基于生态敏感性、生态恢复力、生态压力度，从地形因子、地表因子、气象因子、植被因子、社会因子中筛选出高程、坡度、地形起伏度、景观破碎度、年降水量、年极端最高气温、年极端暴雨日数、人口密度、人均GDP、土地利用程度、景观多样性、年均气温、森林覆盖率、人均耕地等共14个评价指标，通过极差法对指标进行标准化和分级赋值，林地及水域、草地、耕地、建设用地、未利用地标准化赋值分别为2、4、6、8、10。

生态脆弱性指数用EVI表示，生态脆弱性标准化指数用SEVI表示，利用主成分分析法确定研究区生态脆弱性指数EVI，然后对其进行标准化处理，得到标准化指数SEVI，公式如下：

式中：βn為第n个主成分;Yn为第n个主成分贡献率;EVImax为生态脆弱性指数最大值;EVImin为生态脆弱性指数最小值。

3.3 计算结果分析

按照上述方法计算的1～32号景观单元水土保持弹性景观功能ET值及生态脆弱性标准化指数SEVI见表2。SEVI值域为0～10，参照国内外已有生态脆弱性评价标准 [7-10]，将研究区生态脆弱性分为潜在（0.00≤SEVI≤3.22）、微度（3.22

研究区整体上生态良好，但存在生态脆弱区域;水土保持弹性景观功能ET值与生态脆弱性等级呈负相关关系，ET值越大生态脆弱性等级越低，ET值越小生态脆弱性等级越高，ET值可作为生态脆弱性等级判定的参考指标。

参考文献：

[1] 张朝胜.生态工程原理在水库工程环境问题中的应用[J].河南水利与南水北调， 2013（2）：63-64.

[2] 黄海真，王娜，姚同山.河口村水库工程生态环境影响研究[J].人民黄河，2012，34（6）：73-75.

[3] 申玲，王俊，胡庭兴，等.南部县升钟水库库区景观格局现状分析与评价[J].四川林业科技，2009，12（6）：82-85.

[4] 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.

[5] 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.

[6] 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.

[7] 徐广才，康慕谊，贺丽娜，等.生态脆弱性及其研究进展[J].生态学报，2009，29（5）：2578-2588.

[8] 马骏，李昌晓，魏虹，等.三峡库区生态脆弱性评价[J].生态学报，2015，35（21）：7117-7129.

[9] FURLAN A， BONOTTO D M， GUMIERE S J. Development of Environmental and Natural Vulnerability Maps for Brazilian Coastal at Sao Sebastiao in Sopaulo State[J].Environmental Earth Sciences，2011，64（3）：659-669.

[10] 王丽婧，席春燕，付青，等.基于景观格局的三峡库区生态脆弱性评价[J].环境科学研究，2010，23（10）：1268-1273.

【责任编辑 张智民】