基于PSR模型的岳阳市景观健康时空演变研究.pdf
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1、第 10 卷第 2 期湖南生态科学学报Vol.10 No.22 0 2 3 年 6 月Journal of Hunan Ecological ScienceJun.2023收稿日期:2023-02-17基金项目:教育部产学合作协同育人项目(202102176044);湖南省社会科学成果评审委员会课题(XSP21YBC408);湖南省普通高等学校教学改革研究项目(HNJG-2021-0780)。作者简介:为通信作者,曹诗怡,博士,讲师,研究方向:城乡规划与设计、景观生态规划,E-mail:355712723 ;贺重玉,研究方向:城乡规划设计,E-mail:2570722215 。引文格式:贺重玉
2、,曹诗怡,严娟,等.基于 PSR 模型的岳阳市景观健康时空演变研究J.湖南生态科学学报,2023,10(2):18-28.HE C Y,CAOS Y,YAN J,et al.Study on spatiotemporal evolution of landscape health in Yueyang City based on PSR modelJ.Journal of Hunan EcologicalScience,2023,10(2):18-28.DOI:10.3969/j.issn.2095-7300.2023.02.003http:/基于 PSR 模型的岳阳市景观健康时空演变研究贺重
3、玉1,曹诗怡1,2,严娟1,戴阿淼1,翁远鑫1(1.湖南理工学院 土木建筑工程学院,湖南 岳阳 414006;2.中南林业科技大学 风景园林学院,湖南 长沙 410004)摘 要:【目的】景观健康的演变是自然因素和社会经济因素相互作用的结果,城镇化过程中暴露的各种社会经济和生态问题在一定程度上可以反映在当前的景观健康状况中,诊断研究区域的景观健康能识别空间环境问题,有效进行科学的空间管控。【方法】结合生态系统健康和景观生态学理论,以“压力状态响应(PSR)”模型和“活力组织恢复功能”结构框架为基础构建了岳阳市景观健康评价指标体系;集成层次分析法(AHP)与熵权法(EWM)明确指标权重值;利用
4、ArcGIS 叠加分析、景观健康等级转移矩阵等,明晰岳阳市景观健康时空演变规律及空间异质性特征。【结果】20002020 年岳阳市的景观健康呈上升趋势,景观健康等级以级为主,景观健康指数均值由 0.46 上升至 0.48;景观健康等级提高区域占研究区总面积的 34.14%,无变化的区域为 51.05%,景观健康趋差的面积为 14.81%,岳阳市景观健康以稳定型为主,改善型面积远大于退化型面积。不同土地利用景观健康变化主要集中在林地、耕地、水域、建设用地,景观健康退化面积占比为耕地水域林地草地建设用地。【结论】不同地类的景观健康等级变化有差异,未来岳阳市的国土空间规划应多关注耕地、水域、林地的景
5、观健康状况。关键词:景观格局;PSR 模型;景观健康;时空变化;岳阳中图分类号:F301;TU984文献标志码:A文章编号:2095-7300(2023)02-0018-11Study on Spatiotemporal Evolution of Landscape Health inYueyang City Based on PSR ModelHE Chongyu1,CAO Shiyi1,2,YAN Juan1,DAI Amiao1,WENG Yuanxin1(1.College of Civil Architecture and Engineering,Hunan Institute of
6、 Science and Technology,Yueyang 414006,China;2.College of Landscape Architecture,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China)Abstract:【Objective】The evolution of landscape health is the result of the interaction between natu-ral and socio-economic factors,and various so
7、cio-economic and ecological problems exposed in theprocess of urbanization can be reflected in the current landscape health condition to a certain extent.Therefore,the diagnosis and study of the area landscape health can find out spatial environment problemsand effectively carry out scientific spati
8、al control.【Method】The landscape health evaluating indicatorsystem in Yueyang City was established on the theory of ecosystem health and landscape ecology,“Pres-sure-State-Response AHP”model and“Vitality-Organization-Resilience-Function”model.Besides,in-tegrating analytic hierarchy process(AHP)and e
9、ntropy weight method(EWM)were used to define theindex weight value.And by using ArcGIS overlay analysis and landscape health grade transfer matrix,thespatial-temporal evolution and spatial heterogeneity of landscape health in Yueyang can be clarified.【Result】From 2000 to 2020,the landscape health of
10、 Yueyang showed an upward trend with its grademostly and the its average index increasing from 0.46 to 0.48.The area with improved landscape healthgrade accounted for 34.14%of the total study area,the area with no change was 51.04%and the area withpoor landscape health was 14.81%.The landscape healt
11、h of Yueyang was stable,and the area of improvedtype was much larger than that of degraded type.The landscape health changes of different land use inYueyang mainly concentrated in forest land,cultivated land,water area and construction land,and thepercentage of landscape health degraded area was cul
12、tivated land water area forest land grassland construction land.【Conclusion】From the above research results,it can be seen that the landscape healthlevel of different land types has different changes,the future territorial spatial planning of Yueyang Cityshould pay more attention to the landscape he
13、alth of cultivated land,water area and forest land.Keywords:landscape pattern;PSR model;landscape health;spatio-temporal variation;Yueyang 随着我国城镇化和工业化进程不断推进,人类活动对自然的影响持续增加,在世界各地造成了严重的污染和景观退化、气候变化、生境破坏、物种灭绝等景观健康问题,直接威胁着区域经济和生态安全的可持续发展。景观健康是景观生态学与生态系统健康交叉的新概念,主要探索在强烈的人类活动干扰下,景观生态系统受到严重污染和退化,甚至逐渐消失的景观健
14、康问题1。20 世纪 40 年代,英国学者 Leopold 最早提出“土地健康”概念,后将“土地健康”的概念升华为“景观健康”2。这一概念提出之初并未引起广泛关注,直至 20 世纪末国外学者3-5才相继对景观健康的概念、标准、特征等内容进行了探讨,奠定了景观健康研究的基础6。随着研究的不断深入,目前学者们大多聚焦于研究生态湿地、流域、森林等某一特定类型的自然景观生态系统,研究中构建的评价指标体系较多关注景观生态系统内部的组织结构,较少综合人类活动、景观生态系统的生态服务价值等社会经济属性进行研究7,较多注重景观结构上的评价8,而较少侧重于对景观过程上的评价9。本研究旨在依据“压力状态响应(PS
15、R)”概念模型,综合景观、社会、经济等要素对景观健康的影响,建立基于 PSR 模型和“活力组织恢复功能”结构框架的岳阳市景观健康评价指标体系,揭示岳阳市景观健康时空演变特征,明晰景观健康空间异质性规律,为岳阳市景观生态资源管护及可持续发展提供科学依据。1 研究区概况岳阳市(282531.65N29516.23N,1121833.13E1140911.64E)位于湖南省东北部长江南岸,拥有湖南省唯一的国际贸易口岸,素有“湘北门户”之美誉。地势东高西低,向洞庭湖盆地呈阶梯状倾斜,地貌类型丰富,丘岗与盆地穿插、平原与湖泊交错,拥有山地、丘陵、岗地、平原和水面五种地貌(见图 1)。境内地形复杂、雨量充
16、沛、阳光充足、温度适宜,适合多种野生动植物生长、繁衍10。图 1 岳阳市高程地形图Figure 1 Elevation topographic map of Yueyang91第 10 卷第 2 期贺重玉,等:基于 PSR 模型的岳阳市景观健康时空演变研究2 研究方法2.1 数据来源与预处理 本研究所用到的数据包括:(1)GEE 平台集成2000 年、2020 年的 Landsat-5、Landsat-8 遥感影像数据,并进行中值合成处理,用以获得计算植被覆盖度所需的 NDVI 值。(2)土地利用数据(30 m 30 m)来自中国科学院资源环境科学与数据中心,借助 ArcGIS、Fragsta
17、ts 软件的处理获得各类指标层景观格局指数。(3)DEM 数据来源于中国自然资源数据库,提取的信息有高程、坡度、坡向等。(4)土壤 HWSD 数据来源于国家青藏高原科学数据中心(http:/ 数据为 NASA 网站上的 MODIS 数据产品。(7)人工造林面积、农林水气事业占财政支出比重等经济数据来源于岳阳市统计年鉴(2021 年),在 ArcGIS 中对其进行可视化处理。2.2 景观健康评价方法2.2.1 评价指标体系构建 景观健康取决于其自身具有的社会价值和生物物理过程,社会价值取向是评价景观状况的首要因素,生物物理过程则是景观演化和生态系统服务供给的基础11。PSR 概念模型由 Rapp
18、ort 等专家首次提出、联合国环境规划署和联合国经济合作与发展组织所完善,综合反映了人类活动对生态环境造成的压力、生态系统状态变化及人类对生态系统状态变化的响应三者之间的关系,目前多被应用于各个领域和区域的生态系统健康评价中12。“活力组织恢复功能”理论框架是传统的 VOR 模型框架的拓展,能较全面地反映生态系统内部组织的健康状况,但与人类活动、社会经济等属性的关联不大。综合考虑景观健康的决定因素、景观生态学理论的相关内容及构建指标体系的概念模型等要素,本研究选用 PSR 概念模型作为评价体系的主要框架,并选用 VOR 拓展模型“活力组织恢复功能”框架作为 PSR 模型中“状态”层指标的主要内
19、容构建景观健康评价指标体系5(表 1)。表 1 景观健康评价指标及其含义Table 1 Landscape ecological health evaluation index and signification目标层准则层指标层指标含义景观健康等级评价压力人为压力指数综合反映各种人类活动对区域土地利用/覆被变化的影响强度农业污染率以耕地分布情况反映研究区内人类农业活动对空间污染异化的影响建设用地占比反映人类建设活动对景观健康的干扰状态景观活力植被覆盖度反映地表植被覆盖状况景观组织结构景观干扰度表征景观系统受到影响后景观结构的破碎、离散及形态变化程度13景观连接度衡量景观系统各组分之间的连通力
20、14景观适应度表明景观生态系统应对外部干扰或变化的稳定程度景观生态过程敏感性指数衡量区域土地生态条件,生态敏感性指数越大,生态环境越脆弱12,15恢复力指数反映生态系统恢复能力与健康水平16适宜性指数反映地形、气候、人为、植被及本地因素对生态过程的影响,本文用生态系统水源涵养服务能力指数表景观生态功能生态服务价值基于生态系统的自然和社会属性,对于生态系统提供生态功能能力的描述响应人工造林面积反映人类保护森林的努力农林水气事业占财政支出比我国预算支出中用于补助农、林、牧业等的费用,如植物保护费、草原保护费、森林保护费等生态保护用地占比反映人类为保护自然生态环境做出的贡献02湖南生态科学学报202
21、3 年 6 月2.2.2 指标处理(1)确定指标权重层次分析法(AHP)依据专家经验打分为各指标赋权重,主观性强,但打分结果较为系统;而熵权法(EWM)所得权重虽有偏离实际的风险,但能减少层次分析法打分产生的主观性。因此本研究采用层次分析法与熵权法混合模型确定各指标权重(表2、表 3),具体计算公式如下:Wj=WAHPj+(1-)WEWMj(1)其中 WAHPj为层次分析法第 j 项指数的权重,WEWMj为熵权法第 j 项指数的权重,取值为 0.5。(2)指标归一化由于评价体系中各指标的量纲不同,需要对指标进行归一化处理。本文采用 ArcGIS 中的模糊隶属度工具,根据对输入栅格进行的线性变换
22、计算隶属度。在最小值处指定隶属度值 0,在最大值处指定隶属度值 1,将各指标的值界定于0,1区间。景观健康状态综合指数 E 计算公式如下:E=njAjWj(2)式中 E 为景观健康综合指数;Aj为归一化处理后的指标值;Wj为各指标权重。(3)健康等级划分参考现有生态系统健康的相关研究结果17-18,并结合岳阳市景观健康状态的实际情况,本研究将景观健康综合指数按照均值法划分为 5 个等级,由高到低为:1 0.6)健康、0.6 0.5)亚健康、0.5 0.4)中等、0.4 0.3)不健康、0.3 0病态,对应等级 。表 2 景观健康评价指标权重Table 2 Landscape ecologica
23、l health evaluation index weight准则层l+/-WEWMjWAHPjWj一级指标层+/-WEWMjWAHPjWj压力-0.070.140.10人为压力指数-0.040.020.04农业污染率-0.010.030.02建设用地占比-0.020.090.04状态+0.730.460.60景观活力+0.090.040.07景观组织结构+0.110.140.13景观生态过程+0.190.200.19景观生态功能+0.340.090.21响应+0.200.400.30人工造林面积+0.090.060.08农林水气事业占财政支出比+0.080.020.05生态保护用地占比+0
24、.030.320.17表 3 状态层指标权重Table 3 State index weight准则层l一级指标层二级指标层+/-WEWMjWAHPjWj状态景观活力植被覆盖度+0.090.090.09景观组织结构景观干扰度-0.010.010.01景观连接度+0.080.060.07景观适应度+0.030.240.1312第 10 卷第 2 期贺重玉,等:基于 PSR 模型的岳阳市景观健康时空演变研究续表准则层l一级指标层二级指标层+/-WEWMjWAHPjWj状态景观生态过程敏感性指数-0.020.000.01恢复力指数+0.140.200.17适宜性指数+0.030.220.12景观生态
25、功能生态服务价值+0.340.180.263 结果与分析3.1 景观健康评价指标特征分析3.1.1 压力 20002020 年间,岳阳市压力集成均值有所减小,景观系统中人为因素对景观生态环境的影响降低,但部分压力指数高值区在空间范围上有扩张趋势,这与城镇化迅速发展、人类活动逐渐集中导致其对景观健康状况的干扰也随之集中有关(见图 2)。图 2 2000、2020 年压力层指标空间分布Figure 2 Pressure layer index spatial distribution in 2000,20203.1.2 状态在景观活力方面,2000 年岳阳市景观活力值呈东西高、中部低的分布格局。至
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