王玉瑩,金曉斌,2,3,*,沈春竹,鮑桂葉,劉 晶,周寅康,2,3

1 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院,南京 210023 2 國土資源部海岸帶開發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210023 3 南京大學(xué)自然資源研究中心,南京 210023 4 江蘇省土地勘測規(guī)劃院,南京 210000

十九大報(bào)告提出,人類必須尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然。過去幾十年經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長,城市化不斷推進(jìn),形成了巨大的資源環(huán)境壓力,生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重威脅,保障生態(tài)安全已經(jīng)成為中國社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的新主題[1]。城市化是土地利用與土地覆被變化的重要驅(qū)動(dòng)力,急劇地改變著區(qū)域的景觀格局,以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[2],同時(shí)伴隨棲息地破碎、生物多樣性減少、水體污染等重大環(huán)境問題[3- 4]。當(dāng)前背景下,構(gòu)建生態(tài)安全格局被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全的基本保障和重要途徑[5]。

當(dāng)前,“源地-廊道”已成為生態(tài)安全格局構(gòu)建及區(qū)域生態(tài)安全格局分析的典型范式[6]。源地是對(duì)區(qū)域生態(tài)過程與功能起決定作用并對(duì)區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義或者擔(dān)負(fù)重要輻射功能的生境斑塊[6],基于不同的目標(biāo),學(xué)者們以不同的視角進(jìn)行生態(tài)源地識(shí)別,如Zagasa等[7]關(guān)注森林的土壤保持功能,基于GIS技術(shù)、利用通用流失方程,辨識(shí)了希臘奧林匹斯山的關(guān)鍵性水土流失防護(hù)空間；彭建等[8]綜合考慮糧食供給、土壤保持、近水游憩、產(chǎn)水、生境維持5大生態(tài)服務(wù)功能,對(duì)雄安新區(qū)的自然基底特征和生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估；楊?yuàn)檴櫟萚9]通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性和生態(tài)敏感性評(píng)價(jià),利用GIS 空間分析技術(shù)劃定生態(tài)紅線范圍,以生態(tài)紅線區(qū)域作為構(gòu)建生態(tài)安全格局的源地。此外,Peng等[10]指出生態(tài)源地的識(shí)別不僅要評(píng)估生態(tài)功能重要性,還需要考量生態(tài)退化風(fēng)險(xiǎn)對(duì)生態(tài)用地的影響。廊道是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系中對(duì)物質(zhì)、能量與信息流動(dòng)具有重要連通作用,尤其是為動(dòng)物遷徙提供重要通道的帶狀區(qū)域[11]。方法上,當(dāng)前已發(fā)展出最小累積阻力模型[12]、圖論[13]、電流理論[14]等定量識(shí)別方法,其中最小累積阻力模型(MCR)由于能較好地模擬生物空間運(yùn)動(dòng)的潛在趨勢與景觀格局改變之間的關(guān)系,已被廣泛應(yīng)用于廊道識(shí)別和生態(tài)安全格局構(gòu)建[15- 17]。最小累積阻力模型應(yīng)用的關(guān)鍵在于生態(tài)阻力面的設(shè)立,已有研究大多基于土地利用/覆被類型,依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)賦值[17],但由于土地利用類型的多樣性,以及土地利用與生態(tài)過程相互作用的復(fù)雜性,基于土地利用類型的均一化賦值,難以真實(shí)反映同一土地利用覆被類型下不同土地利用方式和強(qiáng)度對(duì)生態(tài)阻力的影響差異,亟待深入研究能夠定量表征不同空間單元生態(tài)阻力差異的針對(duì)性參數(shù)。

生態(tài)安全是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的必要前提,特別是對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),以生態(tài)安全格局為基礎(chǔ)制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略顯得尤為重要。雖然國內(nèi)對(duì)生態(tài)安全格局構(gòu)建已經(jīng)進(jìn)行了較為深入的討論,但研究尺度多為市級(jí)或縣級(jí)[15,18- 19],區(qū)域尺度的研究較少且多集中在京津冀、長株潭城市群、關(guān)中城市群等地區(qū)[20- 22],而針對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高、城市快速擴(kuò)張的東部發(fā)達(dá)區(qū)的研究仍不多見。本文以蘇南地區(qū)為研究區(qū),嘗試從生物多樣性保護(hù)、水資源安全、土壤保持3個(gè)方面進(jìn)行生態(tài)用地重要度評(píng)價(jià)并提取生態(tài)源地,采用夜間燈光數(shù)據(jù)修正景觀阻力面,基于最小累積阻力模型劃定緩沖區(qū)、識(shí)別生態(tài)廊道,綜合構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局,以期為生態(tài)文明背景下推進(jìn)蘇南現(xiàn)代化示范區(qū)建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

蘇南是江蘇省內(nèi)長江以南地區(qū)的簡稱,地處長江入?？诟沟?北沿長江,與上海、浙江以及安徽毗鄰。蘇南地區(qū)是以上海為龍頭的長江三角洲經(jīng)濟(jì)帶的核心組成部分,包括南京、蘇州、無錫、常州和鎮(zhèn)江5市,國土面積27872 km2,占江蘇省土地總面積的27.17%。研究區(qū)地形以低山、丘陵、平原為主,水網(wǎng)密集,長江東西橫貫境內(nèi)。其中平原面積占蘇南土地總面積50.45%,山丘面積占28.4%,水域面積占21.15%。該區(qū)域內(nèi)以茅山山脈為分水嶺,東部為太湖平原,地勢平坦、水網(wǎng)密布；西部為寧鎮(zhèn)丘陵和宜溧丘陵,地勢起伏較大。研究區(qū)區(qū)位示意見圖1。

圖1 研究區(qū)區(qū)位示意圖與土地利用現(xiàn)狀Fig.1 Location and present land use types of the study area

蘇南地區(qū)地處中國東南沿海長江三角洲核心區(qū),是近代中國現(xiàn)代化發(fā)軔地、民族工業(yè)發(fā)祥地、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)源地。改革開放以來,蘇南地區(qū)經(jīng)歷了鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展和外向型經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩次歷史轉(zhuǎn)型,成功實(shí)現(xiàn)了由農(nóng)業(yè)化向工業(yè)化、農(nóng)村化向城鎮(zhèn)化的轉(zhuǎn)變,在各方面都實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展,整體處在工業(yè)文明后期,擁有著雄厚的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和完善的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施,綜合發(fā)展水平走在全國的前列。2013年,經(jīng)中國國務(wù)院同意,中國國家發(fā)展改革委印發(fā)《蘇南現(xiàn)代化建設(shè)示范區(qū)規(guī)劃》,標(biāo)志著中國第一個(gè)以現(xiàn)代化建設(shè)為主題的區(qū)域規(guī)劃正式頒布實(shí)施。但蘇南地區(qū)人口密度高、人地關(guān)系緊張,快速城鎮(zhèn)化發(fā)展導(dǎo)致土地開發(fā)利用范圍廣、強(qiáng)度大,生態(tài)廊道阻斷,生物棲息地破碎化,湖泊濕地面積日漸縮減,土地利用結(jié)構(gòu)與空間布局變化產(chǎn)生水土流失等生態(tài)問題。在生態(tài)文明建設(shè)背景下,面對(duì)資源環(huán)境約束加劇、生態(tài)失衡等問題,構(gòu)建合理的生態(tài)安全格局對(duì)保障蘇南地區(qū)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)、夜間燈光數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、植被光譜數(shù)據(jù)等。相關(guān)數(shù)據(jù)的來源、說明及用途見表1。

表1 數(shù)據(jù)說明

以土地利用數(shù)據(jù)為底圖,對(duì)其他數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。綜合考慮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)特點(diǎn)和可計(jì)算性,將所有數(shù)據(jù)重采樣后轉(zhuǎn)換為100 m×100 m柵格。

2 研究方法

2.1 總體思路

本文圍繞研究區(qū)主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能特征,結(jié)合數(shù)據(jù)可獲取性、客觀性等原則,選取生物多樣性保護(hù)、水資源安全和土壤保持3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)重要性評(píng)價(jià),將研究區(qū)生態(tài)用地劃分為非常重要、重要、較重要、一般和不重要5個(gè)級(jí)別,相應(yīng)地賦值為5、4、3、2、1,并提取非常重要級(jí)別的生態(tài)用地作為“源”；基于最小累積阻力模型劃定生態(tài)緩沖區(qū),構(gòu)建生態(tài)廊道,形成研究區(qū)生態(tài)安全格局。

2.2 生態(tài)用地識(shí)別

(1)生物多樣性保護(hù)

生物多樣性保護(hù)重要性評(píng)價(jià)即評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)各地區(qū)對(duì)生物多樣性保護(hù)的重要性。本研究采用棲息地質(zhì)量和生物多樣性服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。棲息地質(zhì)量采用InVest模型[23],通過評(píng)估一定區(qū)域各種生境類型或植被類型的范圍及其退化程度來確定,計(jì)算公式如式1。

(1)

式中,Qxj是土地利用類型j柵格x的生境質(zhì)量,Hj是土地利用類型j的生境適宜性,Dxj是土地利用類型j柵格x的生境脅迫水平,z為模型參數(shù)(z=2.5),k為半飽和常數(shù)(取默認(rèn)值,k=0.5)。具體計(jì)算中,基于土地利用數(shù)據(jù),選取建設(shè)用地、道路和農(nóng)用地圖層作為動(dòng)物遷徙過程的阻礙因子,采用人口和經(jīng)濟(jì)密度表征人類活動(dòng)強(qiáng)度。威脅因子和生境類型對(duì)威脅的敏感性見表2和表3。

表2 威脅因子數(shù)據(jù)

表3 生境類型及生境類型對(duì)威脅因子的敏感性

生物多樣性服務(wù)價(jià)值根據(jù)謝高地[24]等提出的生物多樣性服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于同一土地利用類型在不同區(qū)域的生物多樣性服務(wù)價(jià)值有顯著差異,參考Zhang等[20]的研究,利用歸一化植被指數(shù)(NDVI)對(duì)生物多樣性服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行修正,計(jì)算方法見式2。

(2)

式中,Vi是第i個(gè)柵格修正后的生物多樣性服務(wù)價(jià)值,NDVIi為第i個(gè)柵格的年平均NDVI值,t為土地利用類型t的平均NDVI值,Vt為土地利用類型t的生物多樣性服務(wù)價(jià)值當(dāng)量。

生物多樣性保護(hù)價(jià)值采用棲息地質(zhì)量和生物多樣性服務(wù)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)化后的等權(quán)加和計(jì)算,按照自然斷點(diǎn)分類法將其分為5個(gè)等級(jí)。

(2)水資源安全

水資源是維持區(qū)域生態(tài)健康的重要生態(tài)空間。水資源安全主要從區(qū)域洪水安全和水體分布格局兩方面評(píng)估[25]。前者根據(jù)距河湖距離進(jìn)行評(píng)價(jià),后者根據(jù)水體大小進(jìn)行分級(jí)(表4),將兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行空間疊加,采用取最大值法計(jì)算水資源安全的評(píng)價(jià)結(jié)果。

表4 水資源安全評(píng)價(jià)體系

(3)土壤保持

利用通用土壤流失方程(RUSLE)[26]估算潛在土壤侵蝕量(Ap)和現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量(Ar),以兩者之差作為土壤保持量(Ac)。具體計(jì)算如式(5),并按照自然斷點(diǎn)分類法將結(jié)果分為5個(gè)等級(jí)。

Ac=Ap-Ar=R×K×LS-R×K×LS×C×P=R×K×LS×(1-C×P)

(5)

參考已有研究[27- 28],將水田、旱地、林地、草地的C值分別賦值為0.12、0.31、0.02、0.03,其余土地利用類型賦值為0；將水田和旱地的P值分別設(shè)定為0.15和0.4,林地、草地和未利用地設(shè)為1,水域、建設(shè)用地和濕地設(shè)為0；K值參考呂喜璽等[29]的研究；R值采用周伏建等[30]的計(jì)算方法(如式3)：

(3)

式中,Pi為月均降雨量(mm)。

LS根據(jù)Wischmeier和Smith提出的關(guān)系式計(jì)算[31],如式4

(4)

式中,l為坡長,θ為坡度。

(4)綜合生態(tài)用地識(shí)別

因?yàn)椴煌鷳B(tài)功能之間彼此相互獨(dú)立,為了突出各單項(xiàng)功能對(duì)維持生態(tài)安全格局的重要性,采用最大值法對(duì)生態(tài)空間所發(fā)揮的多重生態(tài)功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),如式6。

E=max(S1,S2,S3)

(6)

式中,E為生態(tài)重要度綜合價(jià)值,S1、S2、S3分別為生物多樣性保護(hù)價(jià)值、水資源安全價(jià)值和土壤保持價(jià)值。

2.3 最小累積阻力面構(gòu)建

基于ArcGIS中的Cost-Distance模塊,采用MCR模型[12]計(jì)算生態(tài)源地到其他景觀單元的累積距離,以測算其向外擴(kuò)張過程中生態(tài)流擴(kuò)散的最小阻力值,進(jìn)而判斷景觀單元與源地之間的連通性與可達(dá)性。

構(gòu)建最小累積阻力面的關(guān)鍵在于景觀阻力面的設(shè)定。構(gòu)建景觀阻力面,傳統(tǒng)上多采用專家打分法,但該方法因?yàn)檫^于主觀且缺乏充分的理論支撐而備受詬病。有研究表明,夜間燈光數(shù)據(jù)可以表征經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、城市化水平以及其他人類活動(dòng)因素[32],因此,本研究基于土地利用現(xiàn)狀類型,采用專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同景觀分別賦以原始阻力值(表5),構(gòu)建景觀阻力面(30 m×30 m),采用夜間燈光數(shù)據(jù)對(duì)景觀阻力面進(jìn)行修正,計(jì)算方法如式7。

(7)

表5 各景觀類型阻力值

2.4 生態(tài)安全格局構(gòu)建

根據(jù)俞孔堅(jiān)的研究[33],構(gòu)建生態(tài)安全格局主要包括：建立絕對(duì)保護(hù)的棲息地核心區(qū)、建立緩沖區(qū)減少人為活動(dòng)對(duì)核心區(qū)的干擾,以及在核心區(qū)之間建立廊道。因此,本研究從生態(tài)源地、緩沖區(qū)和潛在生態(tài)廊道3個(gè)方面構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局。

(1)生態(tài)源地。源地是生態(tài)保護(hù)的核心區(qū)域,本研究提取生態(tài)重要度評(píng)價(jià)等級(jí)為“非常重要”的生態(tài)用地作為生態(tài)源地。

(2)緩沖區(qū)。基于最小累積阻力面,運(yùn)用自然斷點(diǎn)法,對(duì)生態(tài)源地以外的區(qū)域進(jìn)行分區(qū)。緩沖區(qū)是生態(tài)源地周圍的低累積阻力區(qū),用于保護(hù)核心區(qū)的生態(tài)過程和自然演替, 減少外界景觀人為干擾帶來的沖擊。

(3)潛在生態(tài)廊道。潛在生態(tài)廊道是生態(tài)源地之間的最低累積阻力谷線?；谏鷳B(tài)源地和景觀阻力面,可運(yùn)用Linkage Mapper工具計(jì)算最小累積耗費(fèi)距離路徑,由此確定潛在生態(tài)廊道的空間位置。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)用地識(shí)別結(jié)果

生物多樣性保護(hù)價(jià)值方面,非常重要生態(tài)用地面積為2326.79 km2,占研究區(qū)總面積的8.35%,主要分布在研究區(qū)西部的江淮丘陵地區(qū)以及太湖周邊(圖2)。蘇南地區(qū)西部的寧鎮(zhèn)、宜溧一帶丘陵起伏,包括南京老山、句容寶華山、句容和金壇交界處的茅山以及宜興和溧陽南部的群山,是大部分生物物種的棲息地。此外,太湖周邊也零散的分布著一些孤丘,如無錫的惠山、蘇州的大陽山等,也具有重要的生物多樣性保護(hù)價(jià)值。

水資源安全評(píng)價(jià)方面,非常重要生態(tài)用地面積為484.95 km2,面積占比為2.5%,主要為研究區(qū)內(nèi)大型湖泊、河流以及周邊的生境斑塊,包括貫穿東西的長江、地處太湖平原的太湖、滆湖、長蕩湖、陽澄湖等(圖2)。這些區(qū)域大多處于河谷平原地區(qū),地勢較低,是地表水源集中匯集區(qū),也是水資源保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域,極易發(fā)生因強(qiáng)降雨、上游泄洪等發(fā)生洪澇災(zāi)害,威脅人民生活和居住區(qū)域安全。這些斑塊對(duì)維護(hù)區(qū)域的水安全(洪水調(diào)蓄和水資源保護(hù))具有重要意義。

土壤保持評(píng)價(jià)方面,非常重要生態(tài)用地的面積為67.63 km2,面積占比為0.24%,主要分布于西部寧鎮(zhèn)丘陵區(qū)和宜溧丘陵區(qū),包括老山、寶華山、茅山、宜興和溧陽南部的群山以及太湖周邊零散分布的林地(圖2)。一方面,這些地區(qū)海拔較高,地形起伏較大,極易發(fā)生由于強(qiáng)降水、河湖水流速度大等帶來的土壤侵蝕問題；另一方面,森林生態(tài)系統(tǒng)是水源涵養(yǎng)和水土保持的重要功能區(qū),具有重要的戰(zhàn)略地位。

綜合生物多樣性保護(hù)價(jià)值、水資源安全、土壤保持3個(gè)方面評(píng)價(jià)結(jié)果,進(jìn)行生態(tài)用地綜合識(shí)別。結(jié)果顯示,非常重要生態(tài)用地的面積為6365.92 km2,面積占比為22.97%,其中水域、林地、草地和灘涂分別占69.26%、27.23%、2.34%和1.17%,見圖2。這些區(qū)域是維護(hù)區(qū)域水土安全和生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵性生態(tài)用地,須加以重點(diǎn)保護(hù),應(yīng)列入禁止開發(fā)管制范圍。

圖2 蘇南地區(qū)生態(tài)重要度評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Evaluation of ecological importance

3.2 生態(tài)安全格局構(gòu)建

3.2.1生態(tài)源地

提取面積大于10 km2的非常重要生態(tài)用地作為生態(tài)源地,共得到28塊源地,總面積5313.31 km2,占研究區(qū)總面積的19.17%(圖3)。主要由長江、老山、寶華山、茅山、太湖、滆湖、長蕩湖、陽澄湖等具有重要生態(tài)功能的景觀構(gòu)成,其中,長江自西向東貫穿全域,起到了重要的連通作用。

3.2.2緩沖區(qū)

生態(tài)源地?cái)U(kuò)張最小累積阻力面計(jì)算結(jié)果如圖4所示。其中,中東部太湖平原地區(qū)的生態(tài)源地?cái)U(kuò)張累積阻力值最高,特別是常州市、無錫縣、江陰市、常熟市和昆山市,研究區(qū)西部的南京市累積阻力值也較為突出。這些區(qū)域地勢平坦,適合開發(fā)建設(shè),開發(fā)利用程度較高,因此生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力也達(dá)到峰值。

基于最小累積阻力面,運(yùn)用自然斷點(diǎn)法將生態(tài)源地以外的區(qū)域劃分為3個(gè)分區(qū)(圖3)。其中,圍繞生態(tài)源地的低累積阻力區(qū)為生態(tài)緩沖區(qū),面積8458.79 km2,面積占比為30.52%。該區(qū)域是圍繞源地較易被物種利用的景觀空間,對(duì)于維護(hù)景觀連通性和保護(hù)源地不受人類活動(dòng)干擾具有重要作用,是保護(hù)生態(tài)源地的重要屏障。生態(tài)緩沖區(qū)以外區(qū)域的累積阻力值已較高且對(duì)人類干擾的敏感性變低,不適用于發(fā)展生態(tài)源地,可劃定為生態(tài)過渡區(qū)和開發(fā)建設(shè)區(qū)。生態(tài)過渡區(qū)面積7230.78 km2,面積占比為26.09%,可作為源地保護(hù)的邊緣地段,用于活動(dòng)強(qiáng)度較低的開發(fā)利用活動(dòng),如林果種植等。開發(fā)建設(shè)區(qū)面積7006.60 km2,面積占比為25.28%,可作為城市開發(fā)建設(shè)區(qū)域。

3.2.3生態(tài)廊道

基于Linkage Mapper工具計(jì)算最小累積耗費(fèi)距離路徑,將生態(tài)源地兩兩相連,共得到378條生態(tài)廊道(圖5a)。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際,參考相關(guān)研究[34],將廊道寬度設(shè)為1 km。如表6所示,潛在生態(tài)廊道總面積為1565.03 km2,占研究區(qū)總面積的5.59%。廊道的景觀構(gòu)成中,耕地占比最大,為31.82%,主要因?yàn)楦厥菂^(qū)域內(nèi)面積最大的景觀類型；林地占比次之,占比19.06%,林地是重要的生物棲息場所,也是生物遷徙依賴的重要節(jié)點(diǎn)；水域占比為17.27%,盡管水域?qū)?dòng)物遷徙有一定阻力,但研究區(qū)內(nèi)水系發(fā)達(dá),水體面積廣闊,零散分布著眾多小型水體,而小型水體對(duì)動(dòng)物的遷徙阻力相對(duì)較小,同時(shí)水體周邊的人造林木也為動(dòng)物遷移提供了暫棲地。濕地、園地和草地對(duì)動(dòng)物遷徙的阻礙作用較小,在廊道中的面積占比分別為0.42%、7.28%和0.85%。城鎮(zhèn)建設(shè)用地、村莊、采礦用地和交通用地在物種遷移中具有較大的阻礙作用,在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中分別占8.67%、7.23%、1.47%和5.09%。

圖3 土地功能分區(qū)圖Fig.3 Land function zoning

圖4 最小累積阻力面Fig.4 Minimum cumulative resistance surface

表6 潛在廊道的景觀組成

潛在生態(tài)廊道中,有些廊道利用率較高,在動(dòng)物遷徙過程中起到關(guān)鍵性作用,而其他廊道可能只有小部分動(dòng)物通過,發(fā)揮的作用相對(duì)較小[35]。連通不同生態(tài)源地斑塊的廊道可能會(huì)在某個(gè)空間位置重疊,重疊率越高,代表其在動(dòng)物遷徙過程中的利用率越高。通過ArcMap10.3的核密度分析工具,可量化不同空間位置生態(tài)廊道的利用效率,從而識(shí)別出核心生態(tài)廊道。核密度分析結(jié)果見圖5b。其中,太湖周邊由于林地資源豐富,成為動(dòng)物棲息和遷徙的重要場所；西部丘陵區(qū)的大型林地斑塊也起到重要的連通作用。

圖5 研究區(qū)潛在生態(tài)廊道圖Fig.5 The potential ecological corridor of the study area

3.2.4生態(tài)安全格局

圖6 研究區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建Fig.6 Ecological security pattern of the study area

生態(tài)安全格局理論強(qiáng)調(diào),景觀中存在著某些潛在的生態(tài)空間格局,它由景觀中的某些關(guān)鍵局部、位置和空間聯(lián)系共同構(gòu)成,對(duì)維護(hù)或控制區(qū)域某種生態(tài)過程具有重要意義[36],其中源地和廊道是構(gòu)建生態(tài)安全格局的核心部分,緩沖區(qū)一方面作為生態(tài)源地?cái)U(kuò)張的后備資源,另一方面也將生態(tài)源地與外界干擾相隔離。

整體而言,依托自然水系、丘陵和濕地,研究區(qū)形成了“一廊兩區(qū)”的生態(tài)格局,見圖6?！耙焕取敝搁L江生態(tài)水廊,應(yīng)嚴(yán)格控制長江岸線開發(fā)強(qiáng)度,建設(shè)長江干流及支流防護(hù)林帶水廊屏障。“兩區(qū)”分別指西部丘陵水源涵養(yǎng)區(qū)和太湖湖蕩濕地區(qū)。其中,西部丘陵水源涵養(yǎng)區(qū)應(yīng)嚴(yán)格控制開發(fā)建設(shè)活動(dòng),加強(qiáng)天然林保護(hù)和植樹造林,防止水土流失,加強(qiáng)野生動(dòng)植物資源及其棲息地保護(hù)；太湖湖蕩濕地區(qū)應(yīng)禁止改變濕地用途,推進(jìn)退圩(漁)還湖,保護(hù)湖蕩水面,提高河湖水體流動(dòng)性。生態(tài)廊道將生態(tài)源地整體連通,特別是兩條核心廊道將兩大生態(tài)片區(qū)聯(lián)系起來,在生物遷徙過程中利用率較高,對(duì)生物多樣性保護(hù)和區(qū)域生態(tài)安全具有重大意義。

圖7 生態(tài)用地與城市擴(kuò)張沖突Fig.7 Conflict between ecological land and urban expansion

3.2.5生態(tài)保護(hù)與城市擴(kuò)張沖突用地識(shí)別

在快速城鎮(zhèn)化過程中,生態(tài)環(huán)境保護(hù)與城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的矛盾日益突出,生境斑塊受到周圍土地利用變化的強(qiáng)烈影響,變得日益破碎化、島嶼化,嚴(yán)重威脅區(qū)域生物多樣性。源地作為生物棲息的重要場所,應(yīng)嚴(yán)格禁止開發(fā)建設(shè)；緩沖區(qū)作為生態(tài)源地的保護(hù)屏障,應(yīng)限制開發(fā)建設(shè)活動(dòng)。利用研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖,將城市建設(shè)用地與源地、緩沖區(qū)進(jìn)行疊加分析,可識(shí)別出生態(tài)保護(hù)與城市擴(kuò)張的沖突用地,如圖7所示。其中,城市建設(shè)用地與生態(tài)用地的沖突區(qū)域?yàn)?03.84 km2,占生態(tài)源地與生態(tài)緩沖區(qū)面積總和的4.38%,表明當(dāng)前城市擴(kuò)張對(duì)生境保護(hù)造成了一定干擾。城市建成區(qū)主要集中在長江沿岸、太湖周邊等地區(qū),其中鐘山風(fēng)景區(qū)、秦淮河下游、寶華山、長江、太湖等生態(tài)區(qū)域受到城市擴(kuò)張的干擾較大,因此有必要在生態(tài)用地邊緣布置基本農(nóng)田或建防護(hù)林隔離帶,以減小外界土地利用變化產(chǎn)生的干擾。分地區(qū)來看,南京的城市擴(kuò)張用地與生態(tài)保護(hù)用地沖突現(xiàn)象最為嚴(yán)重,沖突用地面積為219.83 km2,其中以南京市區(qū)、江寧區(qū)最為突出,南京作為江蘇省省會(huì)、南京都市圈核心城市,城市擴(kuò)張速度快且向周邊區(qū)縣外溢,江寧作為承接南京主城區(qū)產(chǎn)業(yè)和居住功能的重要區(qū)域,近年來建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)張,特別是在緊鄰主城區(qū)的東山副城板塊和江寧濱江開發(fā)區(qū),建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與生態(tài)保護(hù)沖突較為劇烈；蘇州的沖突面積為136.51 km2,作為江蘇省GDP排名第一的城市,蘇州經(jīng)濟(jì)增速快,建設(shè)用地需求量大,因而對(duì)生態(tài)用地保護(hù)造成了一定威脅；鎮(zhèn)江和無錫情況相對(duì)較為緩和,沖突區(qū)域面積分別為98.03 km2和94.02 km2；研究區(qū)中部的常州生態(tài)用地受城市擴(kuò)張的干擾較小,沖突用地面積僅為55.38 km2,生境質(zhì)量較好(圖8)。

圖8 分地區(qū)生態(tài)保護(hù)與城市擴(kuò)張沖突用地面積統(tǒng)計(jì)圖Fig.8 Statistical plot of conflict land area between ecological land protection and urban expansion by region

4 結(jié)語

本文以蘇南地區(qū)為研究區(qū),定量評(píng)估了生物多樣性保護(hù)、水資源安全和土壤保持3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以識(shí)別生態(tài)源地,采用夜間燈光數(shù)據(jù)修正景觀阻力面,基于最小累積阻力模型劃定緩沖區(qū)和識(shí)別潛在生態(tài)廊道,從而構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局,并在此基礎(chǔ)上識(shí)別城市擴(kuò)張過程中建設(shè)用地與生態(tài)用地的沖突區(qū)域。研究結(jié)果表明：①非常重要生態(tài)用地的面積為6365.92 km2,占研究區(qū)總面積的22.97%,將面積大于10 km2的生態(tài)用地提取為源地,生態(tài)源地總面積為5313.31 km2,占研究區(qū)總面積的19.17%,主要由西部丘陵地區(qū)的林地、東部太湖平原地區(qū)的湖泊、濕地以及橫貫東西的長江組成；②生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)過渡區(qū)和開發(fā)建設(shè)區(qū)分別占比30.52%、26.09%和25.28%,其中緩沖區(qū)作為生態(tài)源地的保護(hù)屏障,應(yīng)限制開發(fā)建設(shè)活動(dòng)；③潛在生態(tài)廊道的主要景觀構(gòu)成為耕地、林地和水域,太湖周邊的生態(tài)用地以及西部丘陵地區(qū)的大型林地共同組成了核心生態(tài)廊道,起到重要的連通作用；④源地、廊道和緩沖區(qū)共同構(gòu)成了研究區(qū)生態(tài)安全格局,整體而言,依托研究區(qū)自然本底形成了“一廊兩區(qū)”的空間格局,但城市建設(shè)用地與生態(tài)用地之間存在沖突,沖突區(qū)域面積為603.84 km2,占生態(tài)源地與生態(tài)緩沖區(qū)面積總和的4.38%,應(yīng)加強(qiáng)相應(yīng)的開發(fā)引導(dǎo)和規(guī)劃管控。

本研究基于最小累積阻力模型將研究區(qū)分為生態(tài)源地、生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)過渡區(qū)和開發(fā)建設(shè)區(qū),其中源地和緩沖區(qū)是生態(tài)保護(hù)區(qū)域,應(yīng)禁止或限制開發(fā)建設(shè),開發(fā)建設(shè)區(qū)是滿足城市發(fā)展需求的區(qū)域,生態(tài)過渡區(qū)作為中間地帶,包括城鄉(xiāng)結(jié)合部區(qū)域、農(nóng)業(yè)用地等,對(duì)于該類用地如何進(jìn)行開發(fā)、管理和保護(hù)還有待深入探討。生態(tài)用地識(shí)別方面,出于對(duì)資料獲取性及研究可行性等的考慮,本文僅選取了生物多樣性保護(hù)、水資源安全和土壤保持3個(gè)重要的生態(tài)過程,沒有將地質(zhì)災(zāi)害規(guī)避、氣候調(diào)節(jié)等因素納入指標(biāo)體系,是否具有全面性和綜合性還有待進(jìn)一步探討。