CN115271557B - 一种优先保护空间的划分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优先保护空间的划分方法，包括：在研究区域通过生态模型评估区域生态系统服务，获取每个栅格的生态系统服务量，将生态系统服务量相同的栅格作为同一类评价单元；基于评价单元构建生态指数单位面积生态系统服务贡献率；检索评价单元的分类阈值，计算每一类评价单元的生态指数单位面积生态系统服务贡献率，并提取生态指数单位面积生态系统服务贡献率大于分类阈值的评价单元；将评价单元临近的图斑聚合为相对完整连片的图斑，剔除独立图斑，得到初步识别的优先保护空间；将初步识别的优先保护空间精准落图。本发明将生态系统服务贡献最大、空间连续性强的图斑划入优先保护空间，提升了优先生态空间的划定精度。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息技术领域，更具体的说是涉及一种优先保护空间的划分方法。
背景技术
优先保护空间是指具有多重属性、以提供生态服务或生态产品为主体功能的国土空间。理论上，所有的生态空间均具有提供生态系统服务或生态产品的功能，都应该得到有效保护。实际上，人类为了满足自身需要，将大量的生态空间转化为生产空间和生活空间。如此，一方面，增加食物供给和推进城镇化进程，提升了人类福祉，促进了经济社会快速发展；另一方面，也导致森林、草地、湿地等重要自然生态系统萎缩，生物多样性锐减。自然生态系统和生物多样性是人类赖以生存发展的物质基础，是国家生态安全的基石。从生态经济学视角，以生态保护的成本-效益最大化为目标，科学界定满足生态需要的优先保护空间，将其作为生态保护与管控重点，有助于树立底线思维，权衡国土开发与生态保护的空间竞争关系。
在特定区域，将单元面积生态系统服务贡献大、空间上集中连片的区域完整识别出来，并实施严格保护，对于筑牢生态安全屏障、保护生物多样和科学平衡国土开发与生态保护的空间竞争关系具有重要的理论和现实意义。
生态空间的分区比例设定是影响地方政府能否以最小的财政投入而最大化保护生态斑块的直接因素，恰如其分的划定关键生态空间颇具挑战性。现有生态空间分区多采用统计分析、综合指标和控制实验等分类方法，生态重要性等级划分标准具有很大的主观性，往往忽略了生态保护的成本-效益最大化、空间连续性等客观指标，划定方法缺少可量化的科学指标，划分精度低。
因此，如何提供一种更优的优先保护空间的划分方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种优先保护空间的划分方法，以生态系统面积-服务最大化为目标，利用生态模型评估区域生态系统服务，构建生态指数单位面积生态服务贡献率，检索评价单元的分类阈值，开展制图综合，实施边界精准落图，建立了一种集成生态系统“面积-服务-格局”的优先保护空间界定方法。利用该方法界定的优先保护空间具有单位面积生态系统服务贡献最大、斑块集中连片分布和边界精准清晰的特征，能够实现“小面积提供大服务”的效果，为科学平衡国土开发与生态保护的空间竞争关系提供了一种新方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种优先保护空间的划分方法，包括：
在研究区域通过生态模型评估区域生态系统服务，获取每个栅格的生态系统服务量，将生态系统服务量相同的栅格作为同一类评价单元；
基于评价单元构建生态指数单位面积生态系统服务贡献率；
检索评价单元的分类阈值，计算每一类评价单元的生态指数单位面积生态系统服务贡献率，并提取生态指数单位面积生态系统服务贡献率大于分类阈值的评价单元；
将生态指数单位面积生态系统服务贡献率大于分类阈值的评价单元临近的图斑聚合为相对完整连片的图斑，剔除独立图斑，并将栅格数据转换为矢量数据，得到初步识别的优先保护空间；
将初步识别的优先保护空间精准落图。
优选地，区域生态系统服务量类型包括水源涵养量、水土保持量和防风固沙量。
优选地，通过水量平衡方程计算水源涵养量，水量平衡方程计算公式为：
式中：TQ为总水源涵养量，Pi为第i类生态系统降雨量，Ri为第i类生态系统地表径流量，ETi为第i类生态系统蒸散发，Ai为第i类生态系统面积，i为研究区域第i类生态系统类型，j为研究区域生态系统类型数。
优选地，通过修正通用水土流失方程计算水土保持，计算公式为：
Ac＝Ap-Ar＝R×K×L×S×(1-C)
式中，Ac为水土保持量；Ap为潜在土壤侵蚀量；Ar为实际土壤侵蚀量；R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；L表示坡长因子，S表示坡度因子；C为植被覆盖因子。
优选地，通过修正风蚀方程计算防风固沙量，公式为：
SR＝SL潜-SL
S1＝150.71·(WF×EF×SCF×K'×C)-0.3711
Qmax＝109.8[WF×EF×SCF×K'×C]
QMAX潜＝109.8[WF×EF×SCF×K']
S潜＝150.71(WF×EF×SCF×K')-0.3711
式中，SR为防风固沙量；SL潜为潜在风力侵蚀量；SL为实际风力侵蚀量；QMAX为最大转移量；QMAX潜潜为潜在最大转移量；S1与S潜分别表示实际与潜在关键地块长度；Z为最大风蚀出现距离；WF为气候因子；K'为地表糙度因子；EF为土壤可蚀因子；SCF为土壤结皮因子；C为植被覆盖因子。
优选地，单位面积生态系统服务贡献率计算公式为：
PCRES＝(Fm/Ft)/(Sm/St)
式中，PCRES为单位面积生态系统服务贡献率；Fm是第m类评价单元的服务量总和；Sm为第m类评价单元的面积总和；Ft为研究区域服务总量；St为研究区域总面积。
本发明具有以下有益效果：
本发明统筹考虑生态保护的成本与效益，建立了一种集成生态系统“面积-服务-格局”的优先保护空间界定方法，更加科学地解决了优先保护空间划定面积太小无法保障生态安全，面积太大可能影响经济发展”的现实问题，对于筑牢生态安全屏障和协同生态保护与经济发展具有重要的理论和现实意义。
本发明统筹考虑生态保护的成本与效益，以生态系统面积-服务效益最大化为目标，构建生态指数单位面积生态系统服务贡献率(PCRES)，用以定量检测生态系统服务评价单元的分类阈值，解决了人为判断确定阈值的问题。
本发明将评价单元邻近的图斑聚合为相对完整连片的大图斑，扣除独立细小图斑(一般指1-2个像元)，并利用数据转换模块将栅格数据转为矢量数据，提升了图斑的空间连通性和格局完整性。
本发明将生态系统服务贡献最大、空间连续性强的图斑划入优先保护空间，实现了小面积提供大服务的效果，提升了优先生态空间的划定精度，为科学平衡国土开发与生态保护的空间竞争关系提供了一种新方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种优先保护空间的划分方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种优先保护空间的划分方法，如图1所示，包括：
在研究区域通过生态模型评估区域生态系统服务，获取每个栅格的生态系统服务量，将生态系统服务量相同的栅格作为同一类评价单元；
基于评价单元构建生态指数单位面积生态系统服务贡献率；
检索评价单元的分类阈值，计算每一类评价单元的生态指数单位面积生态系统服务贡献率，并提取生态指数单位面积生态系统服务贡献率大于分类阈值的评价单元；
将评价单元临近的图斑聚合为相对完整连片的图斑，剔除独立图斑，并将栅格数据转换为矢量数据，得到初步识别的优先保护空间；
将初步识别的优先保护空间精准落图。
在本实施例中，评估区域生态系统服务具体包括：
在研究区内，利用生态模型，评估区域生态系统服务，获取每个栅格的生态系统服务量；将生态系统服务量相同的栅格作为同一类评价单元，并重新评价单元中的记录自高到低排序。
生态系统服务量类型包括水源涵养量、水土保持量、防风固沙量等，通常采用水量平衡方程、修正通用水土流失方程、修正风蚀方程等作为评估模型。
a.水量平衡方程
水源涵养是生态系统通过其特有的结构与水相互作用，对降水进行截留、渗透、蓄积，并通过蒸散发实现对水流、水循环的调控。以水源涵养量作为生态系统水源涵养服务的评估指标，采用水量平衡方程计算水源涵养量。
水量平衡方程计算公式为：
式中：TQ为总水源涵养量(m3)，Pi为第i类生态系统降雨量(mm)，Ri为第i类生态系统地表径流量(mm)，ETi为第i类生态系统蒸散发(mm)，Ai为i类生态系统面积(km2)，i为研究区第i类生态系统类型，j为研究区生态系统类型数。
b.修正通用水土流失方程
水土保持是生态系统通过其结构与过程减少由于水蚀所导致的土壤侵蚀的作用。水土保持功能主要与气候、土壤、地形和植被有关。以水土保持量，即潜在土壤侵蚀量与实际土壤侵蚀量的差值，作为生态系统水土保持功能的评估指标。
采用修正通用水土流失方程(RUSLE)测算水土保持量，公式为：
Ac＝Ap-Ar＝R×K×L×S×(1-C)
式中，Ac为水土保持量(t/hm2·a)；Ap为潜在土壤侵蚀量；Ar为实际土壤侵蚀量；R为降雨侵蚀力因子(MJ·mm/hm2·h·a)；K为土壤可蚀性因子(t·hm2·h/hm2·MJ·mm)；L、S为地形因子，L表示坡长因子，S表示坡度因子；C为植被覆盖因子。
c.修正风蚀方程
防风固沙是生态系统通过其结构与过程减少由于风蚀所导致的土壤侵蚀的作用。防风固沙功能主要与风速、降雨、温度、土壤、地形和植被等因素密切相关。以防风固沙量(潜在风蚀量与实际风蚀量的差值)作为生态系统防风固沙功能的评估指标。
采用修正风蚀方程来计算防风固沙量，公式为：
SR＝SL潜-SL
S1＝150.71·(WF×EF×SCF×K'×C)-0.3711
Qmax＝109.8[WF×EF×SCF×K'×C]
QMAX潜＝109.8[WF×EF×SCF×K']
S潜＝150.71(WF×EF×SCF×K')-0.3711
式中，SR为防风固沙量(tkm-2a-1)；SL潜为潜在风力侵蚀量(tkm-2a-1)；SL为实际风力侵蚀量(tkm-2a-1)；QMAX为最大转移量(kg/m)；QMAX潜潜为潜在最大转移量；S1与S潜分别表示实际与潜在关键地块长度；Z为最大风蚀出现距离(m)；WF为气候因子(kg/m)；K'为地表糙度因子；EF为土壤可蚀因子；SCF为土壤结皮因子；C为植被覆盖因子。
在本实施例中，以面积-服务效益最大化为目标，创建生态指数单位面积生态系统服务贡献率(PCRES)，即评价单元生态系统服务增量与面积增量的比值。
PCRES测算公式为：
PCRES＝(Fm/Ft)/(Sm/St)
式中，PCRES为单位面积生态系统服务贡献率；Fm是第m类评价单元的服务量总和；Sm为第m类评价单元的面积总和；Ft为研究区服务总量；St为研究区总面积。
PCRES＞1，表示第i类评价单元的服务量占比高于面积占比，数值越大表明单位面积的服务贡献率越高；PCRES＝1，表示第i类评价单元的服务量占比与面积占比持平，作为面积-服务变化曲线的生态阈值；PCRES＜1，表示第i类评价单元的服务量占比低于面积占比，数值越小说明单位面积生态服务贡献率越低。
在本实施例中，测算每一类评价单元的PCRES，剖析生态系统面积累积量、服务累计量以及PCRES三者之间的变化关系，利用PCRES检索评价单元的分类阈值，提取PCRES≥1的评价单元，识别出生态系统服务量数值最高的评价单元。
在本实施例中，提取PCRES≥1的评价单元，利用GIS软件开展制图综合。主要包括三个步骤：首先，利用GIS中聚合工具，将邻近的图斑聚合为相对完整连片的大块图斑，聚合距离设置为1个像元大小；其次，剔除独立细小图斑(一般指1-2个像元)，降低斑块破碎化程度；最后，利用GIS的数据格式转换工具，将处理后的栅格数据转换为矢量数据，从而初步识别优先保护空间。
在本实施例中，开展空间套核和对比研判，实施优先保护空间边界精准落图。
利用高空间分辨率遥感影像、高精度土地利用数据和大比例尺地形图等，开展空间套核和对比研判，实现较低精度优先保护空间边界在1:1万比例尺的精准落图，并统计优先保护空间的面积及其提供的生态系统服务量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种优先保护空间的划分方法，其特征在于，包括：
在研究区域通过生态模型评估区域生态系统服务，获取每个栅格的生态系统服务量，将生态系统服务量相同的栅格作为同一类评价单元,生态系统服务量类型包括水源涵养量、水土保持量和防风固沙量；
基于评价单元构建生态指数单位面积生态系统服务贡献率；
检索评价单元的分类阈值，计算每一类评价单元的生态指数单位面积生态系统服务贡献率，并提取生态指数单位面积生态系统服务贡献率大于分类阈值的评价单元；
将生态指数单位面积生态系统服务贡献率大于分类阈值的评价单元临近的图斑聚合为相对完整连片的图斑，剔除独立图斑，并将栅格数据转换为矢量数据，得到初步识别的优先保护空间；
将初步识别的优先保护空间精准落图,
单位面积生态系统服务贡献率计算公式为：
PCRES＝(Fm/Ft)/(Sm/St)
式中，PCRES为单位面积生态系统服务贡献率；Fm是第m类评价单元的服务量总和；Sm为第m类评价单元的面积总和；Ft为研究区域服务总量；St为研究区域总面积。
2.根据权利要求1所述的一种优先保护空间的划分方法，其特征在于，通过水量平衡方程计算水源涵养量，水量平衡方程计算公式为：
式中：TQ为总水源涵养量，Pi为第i类生态系统降雨量，Ri为第i类生态系统地表径流量，ETi为第i类生态系统蒸散发，Ai为第i类生态系统面积，i为研究区域第i类生态系统类型，j为研究区域生态系统类型数。
3.根据权利要求1所述的一种优先保护空间的划分方法，其特征在于，通过修正通用水土流失方程计算水土保持，计算公式为：
Ac＝Ap-Ar＝R×K×L×S×(1-C)
式中，Ac为水土保持量；Ap为潜在土壤侵蚀量；Ar为实际土壤侵蚀量；R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；L表示坡长因子，S表示坡度因子；C为植被覆盖因子。
4.根据权利要求1所述的一种优先保护空间的划分方法，其特征在于，通过修正风蚀方程计算防风固沙量，公式为：
SR＝SL潜-SL
S1＝150.71·(WF×EF×SCF×K'×C)-0.3711
Qmax＝109.8[WF×EF×SCF×K'×C]
QMAX潜＝109.8[WF×EF×SCF×K']
S潜＝150.71(WF×EF×SCF×K')-0.3711
式中，SR为防风固沙量；SL潜为潜在风力侵蚀量；SL为实际风力侵蚀量；QMAX为最大转移量；QMAX潜为潜在最大转移量；S1与S潜分别表示实际与潜在关键地块长度；Z为最大风蚀出现距离；WF为气候因子；K'为地表糙度因子；EF为土壤可蚀因子；SCF为土壤结皮因子；C为植被覆盖因子。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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