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土地生态系统健康诊断逐渐成为生态环境领域研究热点。随着城市化和工业化的快速发展,在一定程度上影响土地生态系统的结构和功能,而且不同土地利用生态状况,其土地生态系统健康水平存在差异,因此,将生态保护红线划定结果作为土地利用生态状况分区依据,探究不同分区下土地生态系统健康水平,确定生态修复时序和实施生态空间管理,提升区域生态功能、改善区域环境质量,具有重要的理论意义与现实意义。
本文以松嫩平原西北部齐齐哈尔市为研究区,以1km*1km为研究单元,以ArcGIS、Python语言及IDRISI等软件为技术支撑,引入生态保护红线划定方法对土地利用生态状况进行分区,基于“压力-状态(“活力-组织-弹性-功能”)-响应”模型构建土地生态系统健康诊断体系,采用蒙特卡洛模拟模型确定指标权重,探究2000-2015年生态保护红线区、黄线区及绿线区土地生态系统健康水平及其不确定性,运用普通最小二乘法模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR)确定生态保护红线区、黄线区及绿线区的主要驱动因子,借助CA-Markov模型,预测2020年土地生态系统健康指数,最终确定生态保护红线区、黄线区及绿线区的生态修复时序。研究结果对生态文明建设、实现松嫩平原西北部齐齐哈尔市生态经济协调发展提供一定的参考和借鉴,研究结果如下:
(1)土地利用生态状况分区:生态保护红线区占研究区总面积的21%,主要分布在研究区的东、西及中部偏南的区域,该比例基本上可以保证区域生态经济协调发展,同时该区域采用最严格的二级管理机制;生态保护黄线区占研究区总面积的20.6%,主要分布在研究区的中部偏东和西部区域,该区域在生态空间管理方面是具有弹性的,允许开展一定程度的经济开发活动;生态保护绿线区占整个研究区总面积的58.4%,主要分布在研究区的中部偏南和东部区域,该区域是为人口、经济、环境协调发展留出的必要空间,在经济快速发展背景下,需要解决已存在的生态问题。
(2)土地生态系统健康指数(EHI):1)2000-2015年生态保护红线区、黄线区和绿线区土地生态系统健康指数平均值均呈现增长趋势,其中,生态保护红线区EHI平均值为0.566-0.579;生态保护黄线区EHI平均值为0.546-0.562;生态保护绿线区EHI平均值为0.551-0.557。2)2000-2015年,生态保护红线区热点覆盖面积占生态保护红线区平均比例为32.42%,集中分布在齐齐哈尔市辖区的东南部(扎龙自然保护区),龙江县的西北部等;冷点覆盖面积占生态保护红线区平均比例为35.39%,集中分布在克拜地区和龙江县的中部。生态保护黄线区热点覆盖面积占生态保护黄线区平均比例为36.43%,集中分布在龙江县的北部,甘南县的西南部和南部等;冷点覆盖面积占生态保护黄线区平均比例为46.68%,集中分别在富裕县的东部,依安县等。生态保护绿线区热点覆盖面积占生态保护绿线区平均比例为31.33%,集中分布在齐齐哈尔市中部,富裕县西北部等;冷点覆盖面积占生态保护绿线区平均比例为34.62%,集中分布在克拜地区,依安县等。
(3)土地生态系统健康压力(EHP)-状态(EHS)-响应(EHR)子系统:1)土地生态系统健康压力指数(EHP)平均值大小依次为:生态保护红线区,绿线区和黄线区。土地生态系统健康状态指数(EHS)平均值大小依次为:生态保护红线区,绿线区和黄线区。土地生态系统健康响应指数(EHR)平均值大小依次为:生态保护黄线区,绿线区和红线区。2)2000-2015年,EHP,EHS和EHR指数空间分布存在差异,但其确定热点和冷点区域存在一定重叠。生态保护红线区EHP、EHS热点重叠区域比例最高,分别为27.49%和24.89%;生态保护黄线区EHR热点重叠区域比例最高,为28.31%。生态保护红线区EHP、EHR冷点重叠区域比例最高,为30.74%;生态保护绿线区EHS冷点重叠区域比例最高,为26.49%。
(4)土地生态系统健康驱动因素:生态保护红线区主要驱动因子为人为压力指数(P2),区域生态系统弹性指数(S3),生态系统服务价值(S4),环境污染治理总额(R1)和粮食产量(R4);生态保护黄线区主要驱动因子为生态系统服务价值(S4),环境污染治理总额(R1)和粮食产量(R4),生态保护绿线区主要驱动因子为生态系统服务价值(S4)和环境污染治理总额(R1)。
(5)生态修复时序确定:基于土地生态系统健康诊断及预测结果,确定生态保护红线区-黄线区-绿线区的生态修复时序,生态保护红线区生态修复时序依次为:Ⅰ区域,Ⅱ区域和Ⅲ区域;生态保护黄线区生态修复时序依次为:Ⅰ区域和Ⅱ区域;生态保护绿线区生态修复时序依次为:Ⅰ区域,Ⅱ区域,Ⅱ区域及剩余区域。
本文以松嫩平原西北部齐齐哈尔市为研究区,以1km*1km为研究单元,以ArcGIS、Python语言及IDRISI等软件为技术支撑,引入生态保护红线划定方法对土地利用生态状况进行分区,基于“压力-状态(“活力-组织-弹性-功能”)-响应”模型构建土地生态系统健康诊断体系,采用蒙特卡洛模拟模型确定指标权重,探究2000-2015年生态保护红线区、黄线区及绿线区土地生态系统健康水平及其不确定性,运用普通最小二乘法模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR)确定生态保护红线区、黄线区及绿线区的主要驱动因子,借助CA-Markov模型,预测2020年土地生态系统健康指数,最终确定生态保护红线区、黄线区及绿线区的生态修复时序。研究结果对生态文明建设、实现松嫩平原西北部齐齐哈尔市生态经济协调发展提供一定的参考和借鉴,研究结果如下:
(1)土地利用生态状况分区:生态保护红线区占研究区总面积的21%,主要分布在研究区的东、西及中部偏南的区域,该比例基本上可以保证区域生态经济协调发展,同时该区域采用最严格的二级管理机制;生态保护黄线区占研究区总面积的20.6%,主要分布在研究区的中部偏东和西部区域,该区域在生态空间管理方面是具有弹性的,允许开展一定程度的经济开发活动;生态保护绿线区占整个研究区总面积的58.4%,主要分布在研究区的中部偏南和东部区域,该区域是为人口、经济、环境协调发展留出的必要空间,在经济快速发展背景下,需要解决已存在的生态问题。
(2)土地生态系统健康指数(EHI):1)2000-2015年生态保护红线区、黄线区和绿线区土地生态系统健康指数平均值均呈现增长趋势,其中,生态保护红线区EHI平均值为0.566-0.579;生态保护黄线区EHI平均值为0.546-0.562;生态保护绿线区EHI平均值为0.551-0.557。2)2000-2015年,生态保护红线区热点覆盖面积占生态保护红线区平均比例为32.42%,集中分布在齐齐哈尔市辖区的东南部(扎龙自然保护区),龙江县的西北部等;冷点覆盖面积占生态保护红线区平均比例为35.39%,集中分布在克拜地区和龙江县的中部。生态保护黄线区热点覆盖面积占生态保护黄线区平均比例为36.43%,集中分布在龙江县的北部,甘南县的西南部和南部等;冷点覆盖面积占生态保护黄线区平均比例为46.68%,集中分别在富裕县的东部,依安县等。生态保护绿线区热点覆盖面积占生态保护绿线区平均比例为31.33%,集中分布在齐齐哈尔市中部,富裕县西北部等;冷点覆盖面积占生态保护绿线区平均比例为34.62%,集中分布在克拜地区,依安县等。
(3)土地生态系统健康压力(EHP)-状态(EHS)-响应(EHR)子系统:1)土地生态系统健康压力指数(EHP)平均值大小依次为:生态保护红线区,绿线区和黄线区。土地生态系统健康状态指数(EHS)平均值大小依次为:生态保护红线区,绿线区和黄线区。土地生态系统健康响应指数(EHR)平均值大小依次为:生态保护黄线区,绿线区和红线区。2)2000-2015年,EHP,EHS和EHR指数空间分布存在差异,但其确定热点和冷点区域存在一定重叠。生态保护红线区EHP、EHS热点重叠区域比例最高,分别为27.49%和24.89%;生态保护黄线区EHR热点重叠区域比例最高,为28.31%。生态保护红线区EHP、EHR冷点重叠区域比例最高,为30.74%;生态保护绿线区EHS冷点重叠区域比例最高,为26.49%。
(4)土地生态系统健康驱动因素:生态保护红线区主要驱动因子为人为压力指数(P2),区域生态系统弹性指数(S3),生态系统服务价值(S4),环境污染治理总额(R1)和粮食产量(R4);生态保护黄线区主要驱动因子为生态系统服务价值(S4),环境污染治理总额(R1)和粮食产量(R4),生态保护绿线区主要驱动因子为生态系统服务价值(S4)和环境污染治理总额(R1)。
(5)生态修复时序确定:基于土地生态系统健康诊断及预测结果,确定生态保护红线区-黄线区-绿线区的生态修复时序,生态保护红线区生态修复时序依次为:Ⅰ区域,Ⅱ区域和Ⅲ区域;生态保护黄线区生态修复时序依次为:Ⅰ区域和Ⅱ区域;生态保护绿线区生态修复时序依次为:Ⅰ区域,Ⅱ区域,Ⅱ区域及剩余区域。