全 文 ：湖北省兴山县移民安置区内生态系统的管理*
郭中伟* * 李典谟 (中国科学院动物研究所 ,北京 100080)
摘要 为了安置三峡工程的移民, 湖北省兴山县形成了移民安置区. 天然林地的恢复和农田、城镇及村落的重建
是安置区所面临的问题. 移民安置区内生态系统管理的核心问题是原有土地使用方式的重新配置.提出农用土地
生态系统与天然林生态系统协同发展, 维持或提高生态系统水土保持能力,维持或扩大野生动物栖息地的生态系
统管理目标.通过划分功能保育区、功能改建区、自然保育区和自然维持区来实现管理目标. 安置区内生态系统管
理是以地块为基本操作单位, 通过地理信息系统和栅格化地图的方法实现的. 另外,提出多目标最佳空间规划的方
法,该方法兼顾了土地利用格局中生态、经济和社会诸方面利益. 这一方法被用于安置区内城镇和村落格局的设计
中.根据本文提出的管理方案,安置区内林地面积可以增加 30. 19% , 生态系统水土保持能力可以提高 38. 7% .
关键词 生态系统 管理 地理信息系统 多目标最佳空间规划
Ecosystem management of settlement area in Xingshan County. GUO Zhongw ei and Li Dianmo ( I nstitute of Zoology ,
Chinese A cademy of Sciences , Beij ing 100080) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2000, 11( 6) : 819~ 826.
In the immigr ant settlement area of ThreeGorges reservoir region in Xingshan County, Hubei Pro vince, the ecolog ical
problems were the restoration of deg raded ecosystem, rehabilitation of deg raded crop land, and reconstruction of tow ns
and v illages. The key to the construction of the settlement ar ea w as reassigning the w ay of land use. T he major aim of
restoration of natural ecosystems should be to improve water conservation capacity of the land, because t his area is located
in the catchment of the Xiangx i R iver. The goals of management were determined as the coordinated development of both
agricultural and natural forest ecosystems, the maintenance and incr ease of water conservation capacity of ecosystems, and
the maintenance and extension of wildlife habitats. For the purpose of effective ecosystem management, the area was clas
sified into four divisions of functional conser vation r eg ion, functional rehabilitat ion, natural reserves and natural mainte
nance. The ecosystem management of the settlement area in Xingshan County was implemented in ever y land cell, using
GIS and the typical gridsquare survey method. The approach of multiobjects optimal spatial plan w as developed in t his
paper, in which, special emphasis was put on the ecological, economic and social benefits in the constr uction of towns and
villages. According to the scheme of management , the cover of forest in the settlement area, would increase by 30. 19% ,
and water conservation capacity of the ecosystems would raise by 38. 7% .
Key words Ecosystem, Management , GIS, Multiobjects optimal spatial plan.
* 国家自然科学基金重大资助项目( 39893360) .
* * 通讯联系人.
1998- 01- 05收稿, 1999- 07- 05接受.
1 引 言
人类活动范围和强度的日益增大, 使得生态系统
破碎化现象日趋严重,其面积越来越小,生物多样性状
况越来越差,自然形成的物质循环和能量交换受到不
同程度的干扰和破坏, 这不仅影响到生物圈和生态系
统的正常物质循环代谢, 而且危害着生态系统的正常
功能.许多生态系统直接被人类主宰,并且地球表面的
生态系统无不遭到人类的影响[ 33] . 为了生存, 人类在
不停地改造着生态系统, 其结果是,单一功能的人工生
态系统被扩展, 而为人类提供多重生态系统公益( e
cosystem services)的自然生态系统在减少.人们在获得
经济利益的同时,干扰和摧毁着生态系统中自然形成
的物质循环和能量交换过程.
毋庸质疑, 一个没有受到干扰的自然生态系统不
需要任何!管理∀,它能够维持自身的演化. 然而,因为
人类的活动导致了生态系统内部结构的改变,其中一
些转变成人类主宰的生态系统. 人们试图从这些生态
系统中获取利益,而这些系统往往缺少自身维持的能
力.因而,生态系统的管理就成为我们必须面对的问
题.生态系统管理可以解释为!基于生态系统的人类活
动的管理过程∀[ 15, 23, 30] . 生态系统管理可以被看作是
土地管理的宗旨,制定这个宗旨是为了保护广泛的自
然栖息地,同时为人类发展留出空间[ 9] .
景观规划已经被认为是生态系统管理的基本内
容[ 21, 24] .根据文献报道[ 2, 5, 18, 19, 35] ,斑块廊道互联系
统有利于实现景观的操作.简而言之,通过增加景观中
未开垦的植被斑块和廊道可以加强营养、物质和能量
的交换,而这些对于生物地理化学循环的自维持是十
分必要的[ 3] , 因而也有利于景观自身的维持. 人们热
衷于塑造景观, 来满足社会经济的需要,乡村景观就是
人类开发自然资源的产物.由于景观和土地利用之间
紧密的相互作用,使得我们应该将景观规划作为土地
应 用 生 态 学 报 2000 年 12 月 第 11 卷 第 6 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2000, 11( 6)#819~ 826
利用规划政策的一部分. 90 年代以来, 一些有关生态
系统管理的项目被实施. 其中多数是关于森林生态系
统管理的[ 10, 11, 20, 25, 26] .在美国, 一组自然和社会科学
家共同定义了一系列原则,用以指导那些在有利于维
持自然系统的同时, 又能满足邻近群落需求的管理,并
且将这些原则用于南佛罗里达的沼泽地可持续性的研
究[ 28] . Sparks[ 32]报道了关于大河及其流域的生态系统
的管理.
在中国, 三峡工程的建设, 毫无疑问, 可以为人们
带来巨大的利益,诸如控制洪水、发电等, 但同样毫无
疑问的是它也将带来一系列生态问题, 其中淹没区和
移民安置区的出现, 造成了土地利用格局的改变, 而最
终形成了对邻近生态系统的干扰与破坏, 导致生态系
统功能的减弱, 如水土保持等.应该说三峡工程邻近的
生态系统的保护与恢复是我们所面临的最大的生态问
题.我们的研究正是基于对这一现实的考虑而展开的.
从景观生态学的角度来看, 安置区内生态系统的
管理,就是通过斑块和廊道的构造与组合,使该区域所
形成的景观格局具有某些所期望的性状.景观中斑块、
廊道和基质的组合或结构格局, 是景观功能流的主要
决定因素,也是其格局和过程随时间发生变化的主要
决定因素[ 7] .许多文献报道了关于由斑块和廊道相互
结合的系统而产生景观上的利益[ 2, 5, 14, 18, 19, 35] . 对于
一个自我持续的生物地球化学循环所必需的营养、物
质和能量的交换能够通过在景观中增加自然植被的斑
块和廊道来提高[ 1] . 因而, 这种类型的景观设置能够
有助于景观的自身持续.
2 研究地自然概况与研究方法
21 研究区域
本研究区域为湖北省兴山县的移民安置区. 兴山县地处湖
北省西部 ( 110∃25%~ 111∃6%E, 31∃3%~ 31∃34%N) ,南接秭归县, 北
与神农架自然保护区交界, 是三峡工程库区县之一. 该县总面
积为 2316km2 ,县内有 942020hm2森林, 覆盖率为 43. 9% .三峡
工程建成后, 兴山县淹没土地面积 7. 45km2, 涉及 4 个乡镇的
部分村落和主要城镇.作为移民安置环境影响评价与环境保护
的范围,土地面积为 600. 27km2, 称为移民安置区.移民安置区
4 个乡镇的土地面积占全县的 25. 8% . 移民安置区位于兴山县
工农业发展的中心地带,是全县主要社会经济最发达地区.
了解现存的景观结构是确定改建设计的必要起点[ 13] . 研
究区域内,农用土地等斑块分散在灌丛和疏林相混合的基质中
(表 1) , 香溪河作为廊道贯穿于整个安置区, 构成特定的景观.
整个景观受河床和山势的强烈影响.
三峡水库蓄水后,水库回水沿香溪河经秭归县境 20km 后
进入兴山县境内,沿途影响建阳坪乡、峡口镇、高阳镇和古夫镇
4 个乡镇. 城镇、工矿企业的迁建, 将毁坏植被面积近 340hm2;
公路复建将毁坏植被面积 54hm2 .
表 1 安置区内的景观成分
Table 1 Landscape composition in the settlement area
类型 Type 面积 Area ( hm2) %
基质 Matrix
疏林 Sparse forest
灌丛 Sh rub 39812. 69 66. 41
斑块 Patches
农田 Farmland 11952. 37 20. 19
居住区 Residential area 1092. 53 1. 85
林地 Forestland 283 0. 48
草地 Grass 5364. 13 9. 06
廊道 Corridors
道路 Roads 207. 53 0. 42
河流 River and streams 1267. 61 2. 14
移民安置范围主要在低山河谷地区, 这一带农业垦殖程度
高,森林植被屡遭破坏, 剩余面积很少, 且由于水土流失, 耕地
质量下降.森林主要分布于中山和高山地区. 有林地向疏林、残
次生林转化 ,而最终成为荒山荒坡.人类活动对自然环境的影
响越来越大 ,北部森林不可避免地会受到冲击. 一些常绿阔叶
林会随森林砍伐而消失,并且北部森林资源的破坏还将导致香
溪河上游森林生态系统涵养和调节水源功能的减弱. 根据郭中
伟等的模拟和计算[ 17] , 移民安置区内生态系统具有 9. 488 &
108m3∋a- 1的调节水量的能力.安置区的建设与开发, 将对区内
生态系统造成较大干扰,导致调节水量能力的下降.
库区的淹没及移民迁建工程占用土地直接缩小了野生动
物的栖息地 ,从而导致野生动物数量的减少, 但更重要的是人
类活动的增强,造成森林等地被物减少,植被郁闭度下降,树种
逐渐趋于单一,而使野生动物种群数量减少, 物种数量降低.
兴山移民安置区所面临的是对天然林生态系统的恢复和
农用土地生态系统的改建. 兼顾生态系统功能的维持、经济的
发展和生物多样性的保护对土地资源的需求,是生态系统管理
的核心[ 8] .兴山县移民安置区内生态系统管理的目标包括 3 个
方面:农用土地生态系统与自然生态系统协同发展; 维持或提
高生态系统水土保持的能力;维持或扩大野生动物的栖息地.
22 研究方法
221 安置区景观特性 景观是若干景观元素相组合的产物.
植被、土壤和地形是景观中最为明显的天然元素. 道路、房屋和
农田则是一些人工的元素, 它们叠加在天然背景之上. 这些不
同元素的存在和在空间格局形成了景观[ 29] . 在本研究中,我们
对安置区内的景观元素进行了分类. 植被被分为 6 种类型, 即
植被 = { 森林 ( FRT ) * , 疏林 ( SFT ) * * , 灌丛 ( SHR ) , 草丛
( GRA) ,果树( TAG) ,农作物( CRP ) } , ( * 郁闭度 0. 3; * * 郁闭度
0. 3) . 土壤包括 5 种类型, 即土壤 = {黄棕壤 ( YBS) , 黄壤
( YLS) ,石灰土( LMS) , 紫色土 ( PPS) , 水稻土 ( RCS) } . 关于地
形,这里考虑了坡度和海拔高程, 坡度= { < 15∃, 15∃~ 25∃, >
25∃} ,且海拔高程 ( 1000m、> 1000m 作为天然演替和人工影响
的结果, 土地利用类型可以分为 4 种类型, 即土地利用 = {农
田( FML ) , 居住区( RDA) , 林地( FRL ) , 未利用土地( UCL ) } . 农
田包括农作物、茶和果种植用地. 居住区包括除农田以外的所
820 应 用 生 态 学 报 11卷
有被人们利用的土地. 而未利用土地是指那些植被类型为! 疏
林∀、! 灌丛∀和! 草丛∀的土地.
我们建立了地理信息系统来支持生态系统管理[ 3, 6, 31, 36] .
所有的空间和属性数据被整合成一个单一的信息系统 ,并且建
立了空间参考系,利用空间位置来连接不同的数据集. 据此, 利
用工作站版( workstationbased)的 ARC/ INFO 系统[ 12] , 建立了
一个综合的空间数据库. 所需的基础数据分别来自兴山县 1#
50000 的地形图, 植被图和土壤图. 这些地图被数字化, 形成了
关于该生态系统的植被、土壤、坡度( SA)和海拔高程的数字地
图(图 1~ 4) .这些地图的所有数据层被叠加, 在研究区域形成
了 180种植被土壤坡度高程复合体, 共 6278 个斑块. 每一类
复合体都表示了 6 类植被之一, 5 类土壤之一, 3 类坡度之一和
2 类高程之一的组合, 显示了栖息地生物物理特性及其空间上
的分布.
考虑到植被变化的可能性,采取了遥感卫星图片解译和实
地考察相结合的方式, 修正那些从植被图上获取的数据. 遥感
卫星图片获取自 1995 年 11 月 15 日的 LANDSET 5 的主题绘
图仪( TM ) .为了了解植被分布的现状, 首先将植被图与遥感图
片对照, 寻找植被分布格局可能发生变化的地点, 通常这种变
图 1 兴山的植被图
Fig. 1 T ype of vegetat ion in Xingshan County.
图 2 兴山的土壤图
Fig. 2 T ype of soils in Xingshan County.
图 3 兴山的坡度图
Fig. 3 T ype of slopes in Xingshan County.
图 4 兴山的高程图
Fig. 4 T ype of elevat ions in Xingshan County.
化总是发生在某种类型植被分布区的边缘. 然后, 对这些区域
进行实地调查,确定植被类型是否发生变化, 如果改变了,现在
是哪种类型. 最后, 根据上面的结果, 产生新的植被分布图. 另
外,在这些数字地图的基础上, 产生了栅格地图. 一个栅格表示
了实地的 40hm2 & 40hm2 的区域,即地块 .
222 生态区域的划分 区域划分是空间分类的一种形式, 所
划定边界包围的区域具有相对同一的景观特性. 划定生态区
域,即生态区的过程包含了生态结构的分析[ 4] . 在本研究中, 将
安置区划分为 4 种类型的生态区, 包括:功能保育区( Function
conservation section, FCS)、功能重建区 ( Function rehabilitation
section, FRS)、自然恢复区 ( Natur al r estor at ion sect ion, NRS) 和
自然维持区( Natural maintenance section, NMS) . 在功能保护区
内,实施保护和恢复, 以便维护或改善该区内生态系统的某一
(几)种生态、经济或社会功能; 在功能重建区, 实施重建, 以便
改善或添加该区内生态系统的某一(几)种生态、经济或社会功
能;在自然保护区,实施保护和恢复,以便恢复或增加植被的覆
盖度.而在自然维持区内, 维持其自然状态. 生态区的划定是依
据植被、土壤、坡度和高程类型而进行的, 这些因素影响着生态
系统诸如水土保持、农业产出和野生生物庇护等功能. 表 2 给
8216 期 郭中伟等:湖北省兴山县移民安置区内生态系统的管理
出了这 4 种生态区的定义.
在安置区中,功能保护区的建立是为了保护和加强生态系
统水土保持和农业产出等的功能;功能重建区是为了发展当地
的工商业,改善居住条件, 增加农业产出和减少水土流失;自然
保护区则为保护生物多样性提供了空间. 由于上述各区提供了
实现各种需求的足够空间, 因此在余下的区域内仅维持其现
状,即为自然维持区 .功能保护区和功能重建区的管理强调了
表 2 安置区内生态区的定义
Table 2 Definitions of ecological sections in the settlement area
类型 T ype 定义 Def in it ion
FCS 1. ( FRT + SFT) & ( YBS+ YLS+ BWS+ LMS+ PPS+ RCS) & (< 15∃+ 15∃~ 25∃+ > 25∃ )
2. ( TAG+ CRP) & ( YBS+ YLS+ BWS+ LMS) & ( < 15∃ ) & ( ( 1000m) ( part )
FRS
1. (SHR+ GRA) & ( YBS+ YLS+ BWS+ LMS+ PPS + RCS)& (> 25∃)
2. ( SHR+ GRA) & ( YBS+ YLS+ BWS+ LMS) & ( < 15∃+
15∃~ 25∃ ) & ( ( 1000m) ( part )
3. (GRA) & ( PPS+ RCS) & ( 15∃~ 25∃)
4. (T AG+ CRP) & ( PPS+ RCS ) & ( 15∃~ 25∃+ > 25∃)
NRS (SHR+ GRA+ TAG+ CRP) & ( YBS+ YLS+ BWS+ LM S) &
( < 15∃+ 15∃~ 25∃) ( part)
NMS Not ( FCS+ FRS+ NRS)
若干类生态功能的实现, 并且这些功能通常可以定量评价, 而
自然保护区仅是为了植被的恢复.
223 村镇多目标最佳空间规划 村镇建设是安置区土地利
用管理的关键内容. 在本研究中, 村镇土地利用包括农田和居
住区. 我们采取了多目标最佳空间规划的方法, 设计安置区内
的村镇空间格局.所谓! 多目标∀包括生态、经济和社会 3 个方
面. !多目标最佳空间规划∀的概念可以被描述成: 通过调整空
间格局的方式,使得在村镇建设中, 所产生的效益在生态、经济
和社会诸方面最佳.
在安置区, 生态效益主要是水土保持, 所以系统的水土保
持能力就成为评价生态效益的指标.评价经济效益的指标是村
镇建设的投入产出比.通常, 选定评价社会效益的指标是比较
困难的,特别是定量指标, 在本研究中, 认为村镇内部的空间格
局在改善生活和生产条件中发挥着重要作用.内部较为集中的
空间结构有利于其改善生存条件, 特别在像安置区这样的山
区.较集中的结构的建设成本比分散的低, 即有较高的投入产
出比,比如在道路建设和电力输送等方面. 在安置区, 降低建设
成本有利于加速村镇的发展, 提高当地居民的生活水平, 从而
获得较高的社会效益. 因而, 村镇内部结构的聚集程度就成为
评价社会效益的指标.
为了建设农田和居住区,土地将被改造成坡度小于 15∃, 并
且清除地表覆盖的植物. 地块的选取原则为: 1) 优先选用具有
较高可利用级别的地块; 2)使村镇的内部结构尽量集中 .
根据植被、土壤、坡度和高程类型, 用于村镇建设的备选地
块被划分为 6类. 表 3 给出了这些地块的分类和定义, 其中可
利用级别为: Class 1> Class 2> Class 3> Class 4> Class 5> Class
6. 为了实现! 村镇的内部结构尽量集中∀的要求, 在备选地块中
分别选定了 4 个和 11 个点, 作为城镇和村落扩展的中心,并且
以每个点为圆心, 划 4 个同心圆. 这些同心圆的半径分别为
05、1、15 和 2.这 4 类圆分别标记为 1、 2、3和 4. 这些圆所
覆盖的面积为 ai ( i = 1, 2, 3, 4) , 并且存在这样的关系: Level 1
= { a1 | a1 ! 1} ; Level 2 = { a2 | a2 ( 2 ! a2( 1} ; Level 3 =
{ a3 | a3 ! 3 ) a3 ∀ 1 ) a3 ∀ 2} ; Level 4 = { a4 | a4 ! 4
) a4 ∀ 1 ) a4 ∀ 2 ) a4 ∀ 3 } , 对于可利用等级,有 Level 1
> Level 2 > Level 3 > Level 4.
表 3 可用于城镇和村落建设的地块的分类
Table 3 Classification of available land cel ls for towns and villages
类型 Type 表达式 Logic expression 面积
Area( km2)
1类可利用地块
Class 1 available cell
( TAG + CRP) & ( YBS + YLS +
BWS+ LMS ) & ( < 15∃) & ( (
1000m)
40
2类可利用地块
Class 2 available cell
( GRA) & ( YBS + YLS + BWS +
LMS) & ( < 15∃ ) & ( ( 1000m) 30. 8
3类可利用地块
Class 3 available cell
( SHR) & ( YBS + YLS + BWS +
LMS) & ( < 15∃ ) & ( ( 1000m) 24. 2
4类可利用地块
Class 4 available cell
( TAG + CRP) & ( YBS + YLS +
BWS+ LMS ) & ( 15∃~ 25∃ ) & ( (
1000m)
36. 2
5类可利用地块
Class 5 available cell
( GRA) & ( YBS + YLS + BWS +
LMS) & ( 15∃~ 25∃) & ( ( 1000m) 26. 4
6类可利用地块
Class 6 available cell
( SHR) & ( YBS + YLS + BWS +
LMS) & ( 15∃~ 25∃) & ( ( 1000m) 134. 2
根据在生态,经济和社会方面的得失, 设定一些与村镇建
设有关的因子在相应方面的可利用等级. 这些因子包括上述 6
类植被和 3 类坡度共 9 类.因子和地块在生态方面的可利用等
级是基于系统的水土保持能力的丧失程度来确定的. 第 i 类因
子和地块关于生态方面的可利用等级 A VEL i 和A VELp i 可以
分别利用下面的两个方程确定:
A VEL i = 1- w i/ w i ( 1)
这里, w i 是第 i 类因子水土保持能力的初值; w i 是该因子被
改造后水土保持能力值的变化.
A VELp i = A VEL l & A VEL g ( 2)
这里, l= ( SHR, GRA, TAG, CRP) ; g= ( < 15∃, 15∃~ 25∃) .
因子和地块关于经济方面的可利用等级,可以根据其改造
成本来确定.为了使因子和地块适合用于! 农田∀或! 居住区∀ ,
需要对其进行平整和清除植被.假定改造成本与所需处理的土
方成正比,则第 j 类因子的经济可利用等级, A VEN j , 可以根据
下面的方程计算:
A VEN j = m i / m j ( 3)
这里, m j 是第 j 类因子所需清除的土方. m i 是因子中所需清除
土方的最少量.对于植被、果树和农作物中所需清除土方的量
最少; 而对于坡度,小于 15∃的所需清除土方的量最少. 所以这
里有两组数据, 即 i = ( TAG, CRP ) ; j = ( SHR, GRA , TAG,
CRP)和 i= ( < 15∃) ; j = ( < 15∃, 15∃~ 25∃) . 据估计, 对于! 灌
丛∀、! 草地∀、!果树∀和!农作物∀, 在 1m2 内分别需要处理 0. 8、
0. 3、0. 1 和 0. 1m3 的土方. 对于坡度!小于 15∃∀ 和! 15∃至 25∃∀ ,
所需要处理的土方分别为 0. 104l 和 0. 282l , 这里, l 是被处理
的土方沿坡度方向的长度. 第 i 地块的可利用等级, A VENp i ,
可以用下面的方程表示:
A VENp i = A VEN l & A VEN g ( 4)
这里, l= ( SHR, GRA, TAG, CRP) ; g= ( < 15∃, 15∃~ 25∃) .
各类因子和地块关于社会方面的可利用等级, 取决于它们
所位于的空间位置, 即! Level∀ .那么该可利用等级, A VSCk , 可
822 应 用 生 态 学 报 11卷
以用下面方程计算:
A VSCk = 0. 5/ #k
i= 1
r i ( 5)
这里, r i 是第 i 层圆形区域的半径, ( i = 1, 2, 3, 4) .
第 j Level中第 i类地块的综合可利用等级, A VIGj i ,为:
A VIGj i = A VELp i & A VENp i & A VSC j ( 6)
3 结果与分析
31 安置区内的生态区
根据表 2中的定义, 安置区被划分成 4类生态区,
这一操作是在栅格地图上逐格实现的. 表 4 给出了这
些生态区,即功能保育区、功能重建区、自然恢复区和
自然维持区的面积以及管理措施. 图 5 显示了在兴山
县安置区内,这些生态区的空间分布.
表 4 各生态区的管理对策
Table 4 Management measures of the ecoregions
类型
T ype
管理对策
Management measures
面积
Area ( hm2)
FCS 1 保护森林,恢复疏林为森林 23660
2 维持农田或居住区 220
FRS 1 重建农田或居住区 13310
2 重建森林 4580
NRS 恢复森林或灌丛 3200
NMS 维持现状 15650
32 林地的保护与重建
根据研究, 在功能保育区内,所有的!森林∀应该被
保护,并且所有的!疏林∀应当恢复成!森林∀, 以形成大
面积的!林地∀, 提高整个生态系统的水土保持的能力.
在功能重建区内,在那些易于发生土壤流失的区域,重
建!林地∀. 根据该区域的地带性森林植被的特点, 海
拔 500m 以下的林地恢复为常绿阔叶林, 即以樟科、壳
斗科常绿树种为主, 海拔 500m 以上恢复常绿、落叶阔
叶混交林、暖性针叶林,主要为马尾松、杉木等为主,经
济林以杉木、椿树、巴山松为主.
图 5 安置区内生态区的空间分布
Fig. 5 Spatial distribut ion of the ecoregions in th e sett lement area.
33 村镇的重建
根据方程( 1) ~ ( 6) , 可以得到与村镇重建相关的
那些因子和地块的可利用等级. 表 5 给出了相关因子
关于生态、经济和社会的可利用等级.表 6给出了相关
地块的综合可利用值.根据表 7~ 9所给出的地块综合
可利用等级的排序, 采取逐次选优的方式选取地块,分
别组成县城、城镇和村落, 直到满足它们对面积的需
求. 县城、城镇和村落所需面积分别为1000、2550和
表 5 相关因子的可利用值
Table 5 Available values of relevant factors
因子
Factor
w w m r 可利用值
Available
value
生态方面[ 17] : T AG+ CRP 0. 09 0 1 GRA 0. 35 - 0. 26 0. 257 SHR 0. 57 - 0. 48 0. 158 < 15∃ 1 0 1
15∃~ 25∃ 0. 77 + 0. 23 1. 299
经济方面: T AG+ CRP 0. 1 1 GRA 0. 3 0. 333
SHR 0. 8 0. 125 < 15∃ 0. 104 1 15∃~ 25∃ 0. 282 0. 368
社会方面: Level 1 0. 5 1
Level 2 1 0. 333 Level 3 15 0. 167 Level 4 2 0. 1
表 6 地块的综合可利用值
Table 6 Integrated available values for land cel ls
类型 T ype Level 1 Level 2 Level 3 Level 4
1类可利用地块
Class 1 available cell
1 0. 333 0. 167 0. 1
2类可利用地块
Class 2 available cell
0. 086 0. 029 0. 014 0. 0087
3类可利用地块
Class 3 available cell
0. 019 0. 007 0. 003 0. 0019
4类可利用地块
Class 4 available cell
0. 478 0. 159 0. 08 0. 048
5类可利用地块
Class 5 available cell
0. 041 0. 0136 0. 0069 0. 004
6类可利用地块
Class 6 available cell
0. 001 0. 0003 0. 0002 0. 0001
表 7 用于县城建设的可利用地块
Table 7 Available land cell for the county town
类型
T ype
可利用等级
Available rank
地块数
Number of cell
面积
Area( hm2)
Level 3- Class 4 ∗ 2* 40
Level 4- Class 4 + 3* 60
Level 3- Class 2 , 1* 20
Level 2- Class 5 − 2* 40
Level 4- Class 2 . 1* 20
Level 2- Class 3 / 2* 40
Level 3- Class 5 0 8* 160
Level 4- Class 5 1 7* 140
Level 4- Class 3 2 7* 140
Level 1- Class 6 3 4* 80
Level 2- Class 6 4 7* 140
Level 3- Class 6 5 7( 6* ) 140
Level 4- Class 6 6 8 160
总计 T otal 59 1180
利用 Used 50* 1000
8236 期 郭中伟等:湖北省兴山县移民安置区内生态系统的管理
表 8 用于城镇建设的可利用地块
Table 8 Available land cell for the towns
类型
T ype
可利用等级
Available rank
地块数
Number of cell
面积
Area( hm2)
Level 1- Class 1 ∗ 1* 20
Level 1- Class 4 + 5* 100
Level 2- Class 1 , 2* 40
Level 2- Class 4 − 6* 120
Level 4- Class 1 . 1* 20
Level 1- Class 2 / 1* 20
Level 3- Class 4 0 9* 180
Level 4- Class 4 1 14* 370
Level 1- Class 5 2 1* 20
Level 2- Class 2 3 2* 40
Level 3- Class 2 4 8* 160
Level 2- Class 5 5 10* 200
Level 4- Class 2 6 9* 180
Level 2- Class 3 3− 3* 60
Level 3- Class 5 3. 14* 280
Level 4- Class 5 3 / 18* 360
Level 3- Class 3 3 0 4* 80
Level 4- Class 3 31 5* 100
Level 1- Class 6 32 8* 160
Level 2- Class 6 33 11( 2* ) 220
Level 3- Class 6 34 23 460
Level 4- Class 6 35 23 460总计 T otal 178 3650
利用 Used 123* 2550
表 9 用于村落建设的可利用地块
Table 9 Available land cell for the vi llages
类型
T ype
可利用等级
Available rank
地块数
Number of cell
面积
Area( hm2)
Level 1- Class 1 ∗ 1* 20
Level 1- Class 4 + 5* 80
Level 2- Class 1 , 2* 40
Level 3- Class 1 − 2* 40
Level 2- Class 4 . 16* 320
Level 4- Class 1 / 2* 40
Level 1- Class 2 0 20* 400
Level 3- Class 4 1 16* 320
Level 4- Class 4 2 28* 560
Level 1- Class 5 3 2* 40
Level 2- Class 2 4 24* 480
Level 1- Class 3 5 7* 140
Level 3- Class 2 6 17* 340
Level 2- Class 5 3− 19* 380
Level 4- Class 2 3. 12* 240
Level 2- Class 3 3 / 34* 680
Level 3- Class 5 3 0 36* 720
Level 4- Class 5 31 49* 980
Level 3- Class 3 32 37* 740
Level 4- Class 3 33 41* 820
Level 1- Class 6 34 20* 400
Level 2- Class 6 35 51* 1020
Level 3- Class 6 36 59* 1180
Level 4- Class 6 37 96* 1920总计 T otal 595 11900
利用 Used 499* 9980
9880hm
2
.这样就可以实现村镇的空间格局在生态、经
济和社会上最佳.
34 植被恢复
自然恢复区分布在县城、城镇和村落周围.这类生
态区的管理措施是恢复植被,形成由树木和灌丛组成
的树篱.这些树篱能够减少!林地∀所受到的、来自!农
田∀和!居住区∀的干扰,因而有利于栖息地的保护. 树
篱还能够减轻水土流失对!农田∀和!居住区∀的影响,
并且减少进入水体的泥沙量. 此外,树篱也为野生动物
提供了迁移通道.自然维持区所在的区域,原有的植被
类型为: !灌丛∀、!草地∀、!果树∀和!农作物∀、坡度类型
为: ! < 15∃∀和! 15∃~ 25∃∀. 由于较少发生水土流失, 并
且是非林地,因而, 根据城镇和村落发展的需要,这类
区域可以被重建成!农田∀或!居住区∀. 所以自然维持
区为安置区内社会经济的发展提供了空间.
35 安置区的新特性
根据管理方案, !林地∀将替代植被类型主要为!疏
林∀和!草地∀的!未利用土地∀成为基质, !农田∀、!居住
区∀和!未利用土地∀成为斑块散布在!林地∀中(表 10) .
景观元素的拼嵌度( patchiness)和对比度是评价景观内
格局的两个指标[ 13] . 拼嵌度反映一个区域内每一种景
观元素所占据面积的比例,基质所占比例越低,拼嵌度
越高.对比度则反映一个地块内除基质外的景观元素组
之间的相似程度,如果最公共的元素组占据了较高的比
例,则对比度较低. 在安置区内, 景观元素的拼嵌度为
53. 7%,为中等程度.由于两个景观组!农田∀和!未利用
土地∀所占比例相近, 分别为 20. 7%和 21. 3%, 则对比
度为46%,为中等程度.景观元素的中等拼嵌度为不同
栖息地内适当的物种土地的相互关系及其维持提供了
机会,并且也为农业发展提供了机会.同理,中等水平的
对比度有利于栖息地的多样化,物种土地的交流和土
壤流失的减少,可以避免与高对比景观有关的不同景观
组间的相互冲突[ 13] .图 6为兴山移民安置区内,根据管
理措施,土地利用类型的空间分布.
由于地处香溪河流域,安置区内的!林地∀在保护
水源、沟通水系网络中发挥着重要作用. 建成后, !林
地∀将达到 32240. 17hm2.届时安置区内涵养水量的能
力将会提高大约 39. 7% [ 17] . 另外, 由于毗邻神农架,
!林地∀又可以为许多需要大生境的脊椎动物提供栖息
地和庇护所,还可以使一些内部种得到生存. 较小!林
地∀斑块在安置区内比较均匀的分布,能够减少水土流
失,还可以为野生动物提供迁移和再定居的!踏脚石∀.
在!农田∀中的耕地斑块与!农田∀和!居住区∀周围
的自然恢复区中的树篱形成了斑块廊道系统.显著的
表 10 新建移民安置区的景观特性
Table 10 Characteristic of landscape of the settlement area after recon
struction
类型 Type 面积 Area ( hm2) %
基质 Matrix 林地 Forest land 32240. 17 53. 7
斑块 Patches 农田 Farmland 12430 20. 71
居住区 Residential area 1110 1. 85 未利用土地 Noncult ivated land 12771. 6 21. 28
廊道 Corridors 道路 Roads 207. 53 0. 42
河流 River and streams 1267. 61 2. 14
824 应 用 生 态 学 报 11卷
图 6 土地利用类型在安置区内的分布
Fig. 6 Spatial distribut ion of land use type in the set t lement area.
1林地 Forest land, 2 农田和居住区 Farmland and residential area, 3 未耕地 Uncult ivated land.
农业利益能够从斑块廊道结合系统中获得.廊道 (树
篱)能够通过抑制水土流失, 增加营养循环, 提供小气
候(包括减缓风速, 提高空气和土壤的湿度等)而产生
显著的生态效益[ 14] , 另外还可以为农业害虫的天敌提
供栖息地.低洼地区的森林斑块能够吸纳来自农业的
流失物[ 1] .景观要素相互结合的安排, 通过提供运动
廊道、栖息地和庇护所而使野生动物受益[ 14] . 研究表
明[ 21, 27, 34] , 在破碎的农用土地景观中增加相连性, 有
利于野生动物的运动, 进而增加了基因的交换和物种
的相互作用.还可以为小斑块限制性物种提供生境.景
观形式(如树篱、河流)与功能(耕作、保持)之间的关系
影响着与之相关联的生态过程(基因交流、渗透率) .因
此,将斑块廊道网络引入到乡村景观中对于提高生态
系统中人类引起的(农业的)活动和景观的运作(野生
生物)都是有利的[ 22] .
通过上面的分析, 可以看到根据本文提出的管理
方案, 兴山县移民安置区内生态系统实现了 3个管理
目标:即农用土地生态系统与自然生态系统协同发展;
维持或提高生态系统水土保持的能力; 维持或扩大野
生动物的栖息地.
4 结 语
生态系统管理的目的之一就是恢复或改善若干生
态系统所提供的公益.人们往往因其有限的认识, 更关
注那些与自己有直接利益的生态系统公益, 而忽视那
些能够在较大空间范围内产生效益的. 在长江中上游,
生态系统水土保持的功能对下游产生的利益大于对其
栖息地的,然而这种生态系统公益对整个长江流域都
是十分重要的. 因此,恢复且提高生态系统保持水土的
功能,就成为兴山移民安置区生态系统管理的目标之
一.由于生态系统的某些功能将会在远离栖息地的地
方产生功效[ 16] , 从而在大的空间范围中产生重要的影
响,如水土保持的功能,所以我们应该在一个较大的空
间尺度中判定系统的哪些功能应该被恢复或增强, 而
不仅仅是关注那些在系统内部或较小范围内产生作用
的功能,尽管它们也是重要的. 我们认为, 检验所管理
系统在更高一层系统内所发挥的功能是否达到所期望
的标准,是评价生态系统管理的重要指标.
根据区域整体功能的需求进行分区, 在区内实施
景观元素的调整,实现管理目标的方法,提高了被管理
系统结构的整体性和功能的系统性. 应用栅格化地图
进行环境规划是目前较为先进的手段. 我们利用栅格
设定管理目标, 并通过对栅格内的景观元素进行分析
和处理,较精确地实现对地块的操作,使其达到所期望
的状态.斑块廊道系统是一种十分有用的景观格局,
通过调整它们的布局和数量,可以实现对土地利用的
多重需求.
生态系统的管理是一个系统工程,需要一(几)个
明确的目标,需要对问题进行全面的、充分的、系统的
分析, 需要可靠和精确的操作手段以及一(几)个可操
作的景观系统. 在本研究中, 生态分区、栅格化地图和
斑块廊道系统就成为十分有效的分析和操作手段.
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作者简介 郭中伟,男, 1959 年出生,博士, 研究员,主要从事生
态系统数字化、生态系统管理和生物多样性研究, 发表论文 25
篇. Email: ganyl@ panda. ioz. ac. cn
826 应 用 生 态 学 报 11卷