地理学报引言

2007区域生态环境综合信息图谱的分类与案例分析———以福建省为例摘要:生态环境图谱类型的划分是自然资源合理开发利用和治理及地学信息图谱研究的基础。该文采用系统分析的思路,在总结对比分析前人对土地利用/土地覆被、植被、地貌、景观以及生态环境等的分类研究的基础上,依据地学信息图谱的方法论,借助遥感和地理信息系统等技术,构建生态环境综合信息图谱分类的系统, 并以福建省为例,提出福建省生态环境图谱的分类系统。关键词: 生态环境; 综合信息图谱; 引言被、植被、地貌、景观以及生态环境等的分类研究的基础上,依据地学信息图谱的方法论,借助遥感和生态环境是对人类的生存和发展产生直接或地理信息系统等技术,构建生态环境综合信息图谱间接作用的各种环境要素的集合以及人类本身对分类指标体系,并以福建省为例,提出福建省生态环境的作用[1]。它是由生命系统和环境系统中各种环境图谱的分类系统,这对正确把握福建省生态环性质不同、运动状态不一的物质所组成,通过它们境的空间分布和发展规律,指导生态环境建设和管之间不断的物质循环和能量流动的相互作用,并在理具有积极的意义。人类社会经济活动的影响下,形成具有特定结构和功能的有机整体[2]。2 生态环境类型及其体系分析生态环境综合信息图谱是一种是以计算机技术和“3S”技术为基础,利用地学信息图谱的方法论生态环境及各要素的分类是生态环境结构和探求如何将生态环境中的各种海量信息资料按照功能研究的基础, 是生态环境规划和管理的前提。一定的规则进行挖掘、提炼、抽象和表达,以科学、由于生态环境其内涵、外延及所处的地位的不同而有效的方式准确表达生态环境的现象和内在规律,有不同的分类方案,再加上研究者研究目的和侧重指导并便于不同学科的人们对生态环境进行更深点的不同,所以生态环境分类体系各不相同。入的研究。生态环境综合信息图谱研究的首要任务我国地理学界对土地类型的研究甚多,将土地是按照地表自然界的真实情况,历史形成的地域差类型理解为“以地表环境自然地理各要素相互作用异,阐明生态环境区域分异的空间格局;生态环境综所形成的自然综合体”, 实际上近似于生态环境类合信息图谱的类型反映了这种区域的差异[3]。生态型的划分。20世纪80年代初编制的中国1∶100万环境图谱的类型划分是生态环境时空格局演变分土地类型图的分类中,第一级以水热条件和生物气析、质量评价,建立图谱特征与属性描述指标,图谱候带等为依据将全国分为12个土地纲, 第二级依数学模型的设计、图谱演示与检索系统研制的基础据地貌类型划分土地类共125种,第三级以植被和和前提[4]。土壤为指标划分土地型[6,7]。这些土地类型实质上已本文在总结对比分析前人对土地利用/土地覆相当于生态环境类型,但它们只是考虑了土地的自收稿日期:2006-05-15; 修回日期: 2006-06-14.资助项目：国家自然科学基金(40371096);福建省教育厅基金资助项目(JA04265);福建省青年科技人才创新项目(2006F3110)。007年然属性而未考虑人类活动所产生的土地利用变化,性的相似性和差异性程度续分或归并。在分区的基因此并不能全部反映实际存在的多种多样的生态础上再进行分类,更能使分类工作在相对一致的区环境类型。域内更有针对性,有利于实践中推广应用。景观生态分类是与生态环境分类相关的分类纵观各种相关体系的典型分类方法 (如表1),体系。根据中华人民共和国国家标准GB10112-88:首先可以看出以水热条件和生物气候带为大区控确定术语的一般原则与方法[8],即术语的内涵和外制是比较统一的,另外按照人类影响强度划分生态延互相重合的基本原则,“生态环境”和“景观”两个环境类型已渐成为主流。术语相关[9~11]。“全国生态环境建设规划”根据同一生态环境3 生态环境综合信息图谱的分类系统类型的地貌、气候、土壤及植被等自然条件具有明显相似性而首先将全国划分为 8 个生态环境类型分类目标与原则区,即:(1)黄河中上游地区;(2)长江中上游地区;生态环境综合信息图谱的分类既要包括地球(3)“三北”风沙综合防治区;(4)南方丘陵红壤区;表面各环境要素的分布组合状况,也要包括人类活(5)北方土石山区;(6)东北黑土漫岗区;(7)青藏高动对自然环境的利用状况,同时又要反映地学信息原冻融保护区;(8)草原区。而刘胤汉等[12]在陕西省图谱地理规律特点。通过地学认知和图形的思维,生态环境分类中, 首先按照生态环境整体结构、基对大量的空间实践进行数据挖掘、归类合并、分类本属性和功能特点划分为区域生态环境、城乡聚落定位,以谱系的形式表现,使图谱类型所表达的内生态环境和水域生态环境三大系统。其中区域生态容具有明确的空间定位概念[15]。环境系统根据区位、环境背景值和人类干扰等划分借鉴土地利用、景观和植被等的分类系统,区为7个生态环境亚区,在亚区的基础上再按照土地域生态环境综合信息图谱的分类坚持以下原则:利用/土地覆被方式区分出耕地、园地、养殖地、草灌(1)区域分异原则,是划分生态环境区的理论地、人工林灌草地、半自然状态林地、内陆湿地、风基础,也是类型划分的最基本原则。景旅游地、独立工矿地和未利用地等10大类。这种(2)分区与分类相结合原则, 由于生态环境的生态环境分类法是根据生态环境中各组分及其属地理空间规律和地理过程都具有一定的区域相似表1 植被、土地利用、景观和生态环境分类体系对比举例 Contrast with classification system between vegetation，land-use，landscape and eco-environment in China注:“★”表示有3种以上的体系有相关的分类类型。不同的区位、环境背景值和人类活动都影响生分析法对指标进行设置和筛选[17]。态环境综合信息图谱类型的属性与质量,在空间和(1)指标因子权重分析时间上具有明显的区域特征。采用定性与定量相结合的方法,首先进行频度(3)综合性和主导因素相结合原则, 既考虑多统计,利用万方期刊数据库对1998~2005年有关生个因子同时综合作用于区域环境的,又要抓住影响态环境分区分类指标的159篇文献进行频度统计,整个生态环境的主导因素,各因素的特点及其组合从中选取近年来研究者使用频度较高的指标。其次差异是类型划分的主要依据。在分类目的和原则的基础上进行专家咨询打分。最(4)正确评估人类活动在生态环境中的作用,后利用层次分析法,通过分析计算,得出因子权重由于人口密度和经济结构的差异,使得在区域内人值,并结合模糊聚类分析,得出权重值≥为一级为地造成生态环境的差异,使得对于不同的生态环分区指标,≥ 为二级分类指标,≥ 为三级境类型,人类的影响程度是不同的。分类指标(如表2)。(5)类型的划分除了要考虑自然、经济和社会条件等方面相似性和差异性外,还需考虑生态环境表2 生态环境综合信息图谱分类指标权重系数存在问题及今后治理、保护和建设方向的一致性, Weight valuesfor indicesof制定相应的措施,促进区域的可持续发展。eco-environment classification(6)系统性原则,地学信息图谱的方法论要求图谱类型的划分要抽象、概括和归纳提炼,力求从纷繁复杂的生态环境中提取地学 “基因”图谱,更体现“谱”的特点[16]。利用图的形式将大量数据进行归类合并,抽象形成谱系。综合信息图谱类型的归纳和提炼的过程(图1)。(2)一级生态环境区的划分生态环境在宏观上表现为一系列不同类型的空间组合和连续分布[2]。另一方面,不同生态环境区的地理特征是决定地学信息图谱归纳提炼的客观依据。一切选取化简和概括方法的应用,各种提炼指标的确定以及对抽象对象重要性的评价等都必须受到区域地理特点的制约。故一般认为气候条件是大中尺度下生态环境分异的主要决定因素,地貌是改变水热因子分布的主要因素[2,18,19]。因此,划分图1 生态环境信息图谱研究的技术路线生态环境区的主要指标:①气候气象指标:干燥度、 The processofstudyingTuPu type of eco-environment年均温、≥10℃积温、最冷月和最热月平均温。②地貌指标:海拔高度、起伏高度、相似的地貌类型和特指标选择与体系构建征。遵循上述的分类方案和原则,借鉴其他相关的(3)二级生态环境类型的划分分类体系,考虑到所利用的遥感影像数据源(Land-在区域生态环境分区的基础上,二级生态环境sat TM和ETM) 的精度以及编码方式的选择等因类型的分类指标采用地表覆被的自然属性和利用素,为了使指标体系的建立能客观地反映划分内容属性,根据地表覆被中的自然生态系统的植被种类的地域分异规律,体现区域的主要特征,我们分别组成和外貌形态以及人工生态系统的功能和利用采用频度统计法、理论分析法、专家咨询法和层次状况,将各个生态环境区划分为森林、草地、稀疏或2007年无植被地、水体湿地、农田和人工建筑等6大类(表种类和外貌形态; 水体湿地和人工建筑的分类指3)。此次解译是以ARC/INFO和ArcView作为软件标:成因、规模和利用状况。平台,ETM遥感图像为背景数据源, 在人机交互作业的方式下进行矢量图形数据和属性数据的提取,4 应用案例分析得到区域二级生态环境分类的空间分布图。福建省位于我国的东南沿海,背山面海,其北、表3 生态环境综合信息图谱分类系统西、南面基本上由海拔1000m以上的山地与浙江、 The classification system ofTuPu type of江西、广东隔开,因而在地貌和水系上成为相对独eco-environment立的自然地理单元。而相对独立的地貌和水系对于气候、土壤和植被等其他自然要素的形成和分布都有深刻的影响,使得福建省生态环境表现出很大的相对独立性。但由于区域经济增长方式比较粗放,对资源消耗和破坏也不断扩大,产生了一些如工业污染、土壤侵蚀、植被破坏、水土流失等一系列的环境问题。据此,结合社会经济数据,将福建省划分为5个生态环境区,即:闽西闽西北山地盆谷生态环境区、闽中中低山山原生态环境区、闽东北沿海生态环境区、闽东南低山台丘平原生态环境区和闽东南沿海半岛岛屿生态环境区。对各个生态环境区首先按照植被和土地利用状况区分出森林、草地、稀疏或无植被、水域湿地、农田和人工建筑 6 大类生态环境类型。最后,在6大生态环境类型中,再根据各个生态环境区的内部差异划分第三级图谱类型。全省共有80种生态环境类型(如图2)。5 结论生态环境综合信息图谱分类方案是在充分考(4)三级生态环境类型的划分虑区域的生态特征、环境空间结构、生态系统服务为了使三级生态环境类型的划分能反映区域功能、生态环境问题及人类活动的影响等指标,进生态环境类型质量的空间分布,就必须对遥感影像行生态环境的类型划分和空间定位。在生态环境区特征(光谱特征、辐射特征、几何特征和变化规律的划分过程中,首先强调区域内的基本的地质地貌等)进行综合分析,客观地反映生态环境综合特征,构造和区域气候的自然分异基础;其次,突出人类实现专题几何图形和属性信息的提取。根据各个生活动的作用。随着人口的增加和经济社会的发展,态环境区的具体特征, 为了体现信息图谱高度集人类对生态环境的影响越来越大,不少地区自然的成、形象表达和揭示机理规律的思想,在第三级分痕迹日益减少, 取而代之的是人类活动的强烈干类中,相同的生态环境类型应具有相似的土地利用/扰。将人类活动较为强烈的类型划分出来,体现自土地覆被状况、相似的生态环境问题及相似的人类然和人类影响并重的思想;最后,关注了区域的主活动规律。因此,第三级生态环境类型的划分采取要生态环境问题。为了便于对区域生态环境进行管的指标:①生态环境问题指标:生态环境敏感性与理和建设, 加强对生态环境问题的治理与改善,本脆弱性已经出现的主要生态环境问题。②森林、草次分类将一些典型的生态环境问题单独分类,如低地、农田、荒漠和稀疏或无植被地的分类指标:植被覆盖高侵蚀针叶林、高覆盖低侵蚀针叶林等生态环区域生态环境综合信息图谱的分类与案例分析· 89 ·图2 福建省生态环境综合信息图谱类型图 Typesofcomprehensive information TuPu ofeco-environmentin Fujian境类型。总之,福建省生态环境图谱类型的分类方类型图的分类系统. 自然资源,1980,(3).案,具有较强的可操作性,体现出未来生态环境的[7] 中国 1∶100 万土地类型编委会. 中国 1∶100 万土地类型变化趋势,以利达到改善和优化生态环境的目的。图(J-47). 北京:测绘出版社,1988.[8] 中华人民共和国国家标准GB10112-88: 确定术语的一般原则与方法参考文献. 北京:中国标准出版社, 1989,1~10.[9] 肖笃宁, 钟林生. 景观分类与评价的生态原则. 应用生态[1] 赵廷宁, 丁国栋, 马履一. 生态环境建设与管理. 北京:中学报,1998, 9(2):217~221.国环境科学出版社,2004,2~3.[10] 蒋卫国, 谢志仁, 王文杰 等. 基于“3S”技术的安徽省景[2] 刘胤汉, 管海晏, 李厚地 等. 西北五省(区)生态环境综观生态分类系统研究. 水土保持研究, 2002, 9(3):236~合分区及其建设对策. 地理科学进展,2002,21(5):403~.[11] 王岩松, 沈 波. 松辽流域景观分类研究. 水土保持科技[3] 廖 克. 地球信息图谱与数字地球. 地理研究,2001,20情报,2001(6):36~38.(1):56~61.[12] 刘胤汉, 岳大鹏, 管海晏 等. 陕西省生态环境分类与评[4] 廖 克, 陈文惠. 生态环境动态监测与管理信息系统的设价研究. 中国生态农业学报, 2003,11(2):159~161.计与建设. 测绘科学,2004,29(6):11~14.[13] 吴传钧, 郭焕成. 中国土地利用. 北京: 科学出版社,[5] Zonneveld I S. 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