張 豆, 渠麗萍, 張桀滈

中國地質(zhì)大學(xué)公共管理學(xué)院, 武漢 430074

半個世紀(jì)以來,隨著全球人口急劇增加和快速城市化,生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能受到人類活動強(qiáng)烈干擾,經(jīng)歷了前所未有的巨大變化[1]。越來越多的生態(tài)環(huán)境問題,如水土流失、生物多樣性喪失、水污染等頻發(fā),嚴(yán)重威脅國家和區(qū)域生態(tài)安全以及社會-生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[2]。生態(tài)系統(tǒng)為人類提供一系列服務(wù),對于人類福祉與健康、生活與生存具有重要意義[3- 4]。如何降低土地利用對生態(tài)系統(tǒng)的影響,保障區(qū)域生態(tài)安全,成為學(xué)術(shù)界重點(diǎn)關(guān)注的問題[5- 7]。

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,并被確定為國土空間開發(fā)保護(hù)的三大戰(zhàn)略格局之一[8]。生態(tài)安全格局概念最早源于俞孔堅[9]提出的景觀生態(tài)安全格局,隨后馬克明等[10]在此基礎(chǔ)上提出區(qū)域生態(tài)安全格局,并描述其為一種能夠保護(hù)生物多樣性、維持生態(tài)系統(tǒng)完整性、有效控制和改善生態(tài)環(huán)境問題的區(qū)域性空間格局。經(jīng)過20多年的發(fā)展,生態(tài)安全格局構(gòu)建方法逐漸形成了“源地識別-阻力面構(gòu)建-廊道提取-判定安全格局”的基本范式[11- 12]。其中,生態(tài)源地識別主要可以分為三種模式：(1)直接以林地或自然保護(hù)區(qū)等作為源地[13],(2)基于多種生態(tài)過程或生態(tài)功能分析選取生態(tài)自然供給高的地區(qū)作為源地[14],(3)構(gòu)建生態(tài)敏感性、生態(tài)功能重要性和景觀連通性等多角度的綜合指標(biāo)體系進(jìn)行評價[15- 16]；生態(tài)阻力面構(gòu)建方面,形成了依據(jù)景觀類型賦值的主流方式,近年來也逐漸有研究采用夜間燈光數(shù)據(jù)對阻力面進(jìn)行修正[11],亦有研究利用生態(tài)敏感性進(jìn)行賦值[17]；生態(tài)廊道提取方面,基于最小累積阻力(Minimum Cumulative Resistance, MCR)模型提取源地間生態(tài)廊道的方法得到了廣泛應(yīng)用[18- 19]。

縱觀當(dāng)前生態(tài)安全格局研究,其內(nèi)容集中在生物多樣性保護(hù)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)維持及景觀完整性保持等問題上,對生態(tài)空間與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求空間之間的聯(lián)系及其在區(qū)域生態(tài)安全中的作用考量較少,未能耦合人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)；其方法集中在對源地識別和阻力面構(gòu)建的探索,對生態(tài)廊道建設(shè)探討較少。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求作為社會-生態(tài)系統(tǒng)的終端[20],是實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全的重要環(huán)節(jié)[21]。而生態(tài)廊道不僅自身具有生態(tài)服務(wù)功能,也是聯(lián)系生態(tài)空間和城鎮(zhèn)發(fā)展空間的重要紐帶[22],搭建兩者之間的廊道對于實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全以及社會-生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?；诖?本文旨在通過區(qū)域生態(tài)供需分析,在識別出區(qū)域生態(tài)源地與高生態(tài)需求區(qū)的基礎(chǔ)上,有機(jī)鏈接生態(tài)源區(qū)和城鎮(zhèn)需求空間,以拓展生態(tài)空間的服務(wù)范圍和功能。

長三角地區(qū)作為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最具活力的地區(qū)之一,在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速增長的同時,面臨著生態(tài)系統(tǒng)功能退化、環(huán)境惡化等突出矛盾,客觀上亟需構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局,以保障國土空間的可持續(xù)發(fā)展。本文從生境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性和景觀連通性3個層面識別生態(tài)源地,基于人口和經(jīng)濟(jì)空間網(wǎng)格數(shù)據(jù),利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估法識別區(qū)域生態(tài)需求空間格局,最后基于MCR模型提取生態(tài)源地之間、源地與較高生態(tài)需求區(qū)之間的生態(tài)廊道,從而構(gòu)建并優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全格局,以期為長三角地區(qū)在共守生態(tài)安全前提下優(yōu)化國土空間開發(fā)格局提供決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

圖1 長三角地區(qū)2015年土地利用現(xiàn)狀圖Fig.1 The land use map of Yangtze River Delta in 2015

本文中長三角地區(qū)是指2016年5月國務(wù)院批準(zhǔn)的《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》中劃入的長三角城市群,包括上海、南京、杭州、合肥等26個市(圖1)。長江三角洲位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年降水一般在800—1600毫米,夏季高溫多雨。地貌以太湖平原為主體,海拔多在10米以下,西南和南部間有低丘分布。全區(qū)土地面積21.17萬km2,占全國土地總面積的2.21%。1990年至今,由于城市化的快速發(fā)展,長三角地區(qū)的生態(tài)空間逐漸被蠶食,加之自然生態(tài)資源管理不善,區(qū)域濕地破壞嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境問題日益突顯。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括土地利用現(xiàn)狀、夜間燈光指數(shù)、年降水量、土壤類型、植被類型、行政界線、歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、國內(nèi)生產(chǎn)總值(Gross Domestic Product,GDP)、人口、多年平均蒸散發(fā)、河流湖泊、道路和自然保護(hù)區(qū)名錄等,數(shù)據(jù)信息與來源詳見表1,長三角地區(qū)土地利用現(xiàn)狀如圖1所示。

表1 數(shù)據(jù)信息與來源

2 研究方法

2.1 生境質(zhì)量評估

生境質(zhì)量是指基于生存資源可獲得性,生態(tài)系統(tǒng)提供適合于個體和種群持續(xù)生存條件的能力[23]。InVEST (Integrate Valuation of Ecosystem Service and Tradeoffs Tool)模型的生境質(zhì)量模塊是評估生境質(zhì)量常用的方法之一[24]。本文提取耕地、草地、林地、水域和濕地作為生境,其他為非生境。在威脅源的選擇上,以往通常選取城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點(diǎn)、工礦用地等作為威脅源,考慮到人類活動強(qiáng)度對生境的影響,在參考模型使用說明和相關(guān)研究[25- 26]的基礎(chǔ)上,最終選取公路、鐵路、港口、航道、人類活動強(qiáng)度5個因素作為威脅源,其中人類活動強(qiáng)度用夜間燈光指數(shù)來反映,參數(shù)設(shè)置見表2。

表2 生境質(zhì)量評估參數(shù)

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價是在分析區(qū)域主要生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)過程的基礎(chǔ)上,確定出對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)較為重要的區(qū)域分布[27]。本文主要選取了對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境較為關(guān)鍵的水源涵養(yǎng)、土壤保持和生物多樣性保護(hù)3個方面進(jìn)行評價,并采用德爾菲法對3項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的權(quán)重進(jìn)行打分,最終確定因子權(quán)重分別為0.3、0.3、0.4,通過加權(quán)疊加綜合評價生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性。水源涵養(yǎng)重要性采用水量平衡方程,以總降水量與森林蒸散量及其他消耗的差作為水源涵養(yǎng)量,公式如下：

(1)

式中：TQ為總水源涵養(yǎng)量(m3),Pi為降雨量(mm),Ri為地表徑流量(mm),ETi為蒸散發(fā)(mm),Ai為第i類生態(tài)系統(tǒng)面積(km2),i為研究區(qū)第i類生態(tài)系統(tǒng)類型,j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)。

土壤保持重要性采用修正土壤流失方程(RUSLE),潛在土壤侵蝕量與實(shí)際土壤侵蝕量之差即為生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持量[28],公式如下：

Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×(1-C)

(2)

式中：Ac為土壤保持量(t hm-2a-1),Ap為潛在土壤侵蝕量,Ar為實(shí)際土壤侵蝕量,R為降雨侵蝕力因子(MJmm hm-2h-1a-1),K為土壤可蝕性因子(th MJ-1mm-1),L、S為地形因子,C為植被覆蓋因子。

生物多樣性保護(hù)功能借鑒俞孔堅的生物保護(hù)的景觀安全格局法[9],選取長三角地區(qū)30個國家和省級自然保護(hù)區(qū)作為物種保護(hù)的源,通過對坡度、NPP和夜間燈光指數(shù)等阻力因子歸一化處理構(gòu)建綜合阻力面,并根據(jù)離源距離與累積阻力值關(guān)系曲線識別門檻值,以此劃分緩沖區(qū)作為不同重要性等級的分界線,累積阻力值越小,生物多樣性保護(hù)重要性越高。

2.3 景觀連通性分析

在生態(tài)安全格局中進(jìn)行景觀連通性評價時,大多研究直接采用可能連通性指數(shù)(Possible connectivity index, PC)[29]單獨(dú)提取斑塊進(jìn)行連通重要性分析(見公式3和4),該方法在一定程度上切斷了斑塊之間的連通性,且在較大尺度的景觀研究中容易丟失小型斑塊,導(dǎo)致結(jié)果精度不佳[30]。不同于單獨(dú)提取斑塊分析景觀格局的傳統(tǒng)方法,形態(tài)學(xué)空間格局分析(morphological spatial pattern analysis,MSPA)是一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)運(yùn)算,從像元層面上辨識出具有連通重要性的七大景觀類型的方法[31]。其識別的景觀類型不因空間尺度過大而受影響,實(shí)用性已得到相關(guān)驗(yàn)證[32]。其中,核心區(qū)為較大的生境斑塊,可作為生態(tài)源地選取的依據(jù)；橋接區(qū)具有生態(tài)廊道的特征,有利于物種遷徙與景觀連通[30]。因此,本文將MSPA與PC指數(shù)相結(jié)合的方法引入生態(tài)源地評估框架中,從像元層面識別連通性高的區(qū)域。

選取生境質(zhì)量評估中的生境作為前景,其他作為背景,基于Guidos軟件進(jìn)行MSPA分析,提取其核心區(qū)；再利用Conefor 2.6軟件和Conefor Inputs for ArcGIS 10.x插件,計算核心區(qū)可能連通性指數(shù)PC和斑塊連通重要性值dPC。最后,按dPC從高到低排序,將斑塊劃分為高、較高、一般、較低和低5個重要性等級,并將非核心區(qū)也劃為最低等級,最終得到全域景觀連通重要性格局。

(3)

(4)

式中：dPC為斑塊連通重要性值；PC為景觀可能連通性指數(shù)；PCi-remove為除掉斑塊i后景觀的可能連通性指數(shù)。dPC值越高,表示該斑塊在景觀連通中的作用越大。

2.4 生態(tài)需求評價

本文采用Villamagna等[33]的觀點(diǎn),即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是指人類社會希望獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量,選取生態(tài)稀缺度和生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度兩項指標(biāo)綜合表征生態(tài)需求程度。生態(tài)稀缺度用人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(Ecosystem services value,ESV)來表示,用來度量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相對人口的稀缺程度[34],人均ESV越低,生態(tài)需求程度越高。生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度(eco-economic harmony,EHH)用單位面積ESV與GDP的比值來衡量,表征年度經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系[35]。其中,人口和GDP均采用1km×1km空間網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估參考2015年謝高地等[36]改進(jìn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法,假定建設(shè)用地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值可忽略不計。為了體現(xiàn)同一生態(tài)系統(tǒng)類型生態(tài)功能價值當(dāng)量因子的內(nèi)部異質(zhì)性,利用NPP調(diào)節(jié)因子(修正食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、維持養(yǎng)分循環(huán)、維持生物多樣性和提供美學(xué)景觀等服務(wù)功能)、降水調(diào)節(jié)因子(修正水資源供給和水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能)、土壤保持調(diào)節(jié)因子(修正土壤保持服務(wù)功能)分別對6大類生態(tài)系統(tǒng)的12項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子進(jìn)行微觀尺度(柵格單元)修正,修正系數(shù)計算公式如下：

(5)

2.5 基于供需視角的生態(tài)安全格局構(gòu)建

生態(tài)源地是生物移動和擴(kuò)散的源點(diǎn),是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動和傳遞的源頭。在生境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性和景觀連通性評價的基礎(chǔ)上,依據(jù)德爾菲法(Delphi)確定3項指標(biāo)權(quán)重,提取綜合重要性高與較高級別的斑塊作為生態(tài)源地。生態(tài)阻力面構(gòu)建參考俞孔堅等[37]關(guān)于阻力系數(shù)的設(shè)計,按照景觀類型進(jìn)行賦值：有林地1,灌木林5,疏林地10,草地20,園地50，耕地100,水域200,未利用地 300,建設(shè)用地500。在此基礎(chǔ)上,利用DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)對生態(tài)阻力面進(jìn)行修正,公式如下：

(6)

式中：Ri為修正后的柵格i阻力值；NLi為柵格i夜間燈光指數(shù)；NLa為柵格i所在景觀類型a的平均夜間燈光指數(shù),R為柵格i所在景觀類型的阻力值。

生態(tài)廊道是區(qū)域內(nèi)能量和物質(zhì)流動的載體,是保持生態(tài)過程、生態(tài)功能在區(qū)域內(nèi)連通的關(guān)鍵生態(tài)組分。生態(tài)廊道采用MCR模型進(jìn)行提取,該模型通過計算生態(tài)服務(wù)從源至目的地所受到的累積阻力,以此找到耗費(fèi)最小的成本路徑,可以反映生態(tài)服務(wù)流動和傳遞的潛在可能性及趨勢。基于生態(tài)供需視角,利用AcrGIS10.3分區(qū)幾何統(tǒng)計工具分別提取源地斑塊和需求斑塊的質(zhì)心(CENTROID)。以每個生態(tài)源地斑塊質(zhì)心為源,以剩下的n-1個生態(tài)源地為目標(biāo),生成最小累積成本路徑,作為源地與源地之間的生態(tài)廊道；再以所有源地斑塊的質(zhì)心集合為源,以高、較高生態(tài)需求斑塊質(zhì)心為目標(biāo),生成最小耗費(fèi)成本路徑,作為源地與需求地之間的生態(tài)廊道,以此搭建生態(tài)空間與城鎮(zhèn)需求空間的聯(lián)系紐帶,從而構(gòu)成區(qū)域完整的生態(tài)廊道。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)供給空間格局

水源涵養(yǎng)服務(wù)重要區(qū)主要位于南部的丘陵山地以及長江、太湖等水域(圖2)；土壤保持服務(wù)重要區(qū)主要分布在浙西的杭州和皖南的池州等地(圖2)；生物多樣性保護(hù)服務(wù)重要區(qū)則廣泛分布于各市重要的保護(hù)區(qū)周圍(圖2)。按0.35、0.25和0.4的權(quán)重綜合疊加得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間分布結(jié)果(圖3),其空間分布趨勢與土壤保持重要性相似,高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性地區(qū)主要位于浙西、皖南等地。生境質(zhì)量高的地區(qū)主要位于長三角南部、西部山地丘陵以及太湖、巢湖等地(圖3)。這些地區(qū)多被森林植被覆蓋,自然環(huán)境良好,加之受城市土地擴(kuò)張、建設(shè)等人類活動的干擾較小,因此生境質(zhì)量高。景觀連通性空間格局特征表現(xiàn)為南北高中間低,高連通性區(qū)主要位于市長三角南部和中部,包括蕪湖、湖州等地(圖3)。高連通性區(qū)域占研究區(qū)總面積比例高達(dá)38.36%,表明區(qū)域景觀連通性整體水平較高。這些地區(qū)生態(tài)斑塊集中連片,斑塊之間連通性高,有利于生物棲息和遷移。

圖2 單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性Fig.2 The importance of a single ecosystem service

按照0.25、0.5和0.25的權(quán)重比例,將生境質(zhì)量、生態(tài)服務(wù)重要性和景觀連通性三個圖層疊加,并劃分5個重要性等級,得到生態(tài)供給空間格局(圖3)。高生態(tài)供給區(qū)主要位于長三角南部與西南角,占全區(qū)總面積的14.70%；較高供給區(qū)主要位于高供給區(qū)的周圍以及太湖、巢湖、南漪湖等地,占全區(qū)面積的 17.81%。這些區(qū)域間有丘陵分布,森林覆蓋率高,水源涵養(yǎng)、土壤保持等生態(tài)服務(wù)功能良好,且地勢相對較高,海拔200—300m,受人類活動影響較小,棲息地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量高。

圖3 生態(tài)供給空間格局Fig.3 Spatial pattern of ecological supply

3.2 生態(tài)需求空間格局

長三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量為27479.60億元,單位面積ESV最高值1.59億元/km2,最低值為0億元/km2(圖4)。ESV高值區(qū)主要分布在長江、太湖、高郵湖、巢湖、大官湖和石臼湖等水域湖泊及其周圍濕地,較高值區(qū)主要分布在南部和東南部的山地丘陵,低值區(qū)主要分布于建設(shè)用地及周圍的農(nóng)田和裸地。按行政區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計,ESV總量排名前五的依次是杭州市、安慶市、蘇州市、宣城市和池州市,ESV總量分別為3418.07、2939.50、2739.27、1768.83和1532.93億元；排名倒數(shù)前五的依次是舟山市、銅陵市、嘉興市、南通市和上海市,ESV總量分別為61.59、169.44、203.27、293.45和353.84億元。

從人均ESV指標(biāo)來看,長三角地區(qū)人均ESV取值范圍為0—229.54萬元/人,不同地區(qū)為每人提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有較大差異(圖4)。按分位數(shù)法進(jìn)行空間分級顯示,人均ESV高值和較高值區(qū)主要分布在杭州西南部、宣城南部和池州東南部,以及長江、太湖等水域湖泊,低值區(qū)主要分布在城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點(diǎn)等建設(shè)用地,較低值區(qū)則以耕地、裸地為主。從生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度(EHH)指標(biāo)來看,長三角地區(qū)ESV/GDP取值范圍為0—40.15萬元,其整體空間分布趨勢與人均ESV相似(圖4)。EHH高值區(qū)主要分布于安慶西部、杭州西南、宣城和池州南部等地,低值區(qū)依舊以建設(shè)用地為主,較低值區(qū)則分布在低值區(qū)周圍,以耕地類型為主。

將人均ESV和EHH指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化為0—1后等權(quán)重疊加,按照分位數(shù)法劃分為5個等級得到生態(tài)需求空間格局(圖4)。高、較高生態(tài)需求區(qū)總面積為65296km2,占全域面積的32.7%,主要分布在長三角中部和東部,以建設(shè)用地和耕地類型為主,從行政區(qū)劃來看,高和較高需求斑塊主要位于上海、嘉興、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、南京、揚(yáng)州、泰州和南通等市。而低、較低生態(tài)需求區(qū)主要位于長三角西南部和南部,以水域和林地類型為主,主要集中在杭州、池州、宣城、安慶、臺州等市。

圖4 長三角地區(qū)生態(tài)需求空間格局Fig.4 Spatial pattern of ecological demand in Yangtze River Delta

3.3 長三角地區(qū)生態(tài)安全格局

如圖5所示,長三角地區(qū)生態(tài)源地總面積64911km2,占全區(qū)總面積的32.51%,集中分布在長三角南部,分別是皖南山地丘陵、皖西大別山、浙西山地丘陵、浙中丘陵盆地、浙東丘陵山地以及太湖、巢湖等地,此外長三角北部的鹽城、西北部的滁州亦有零星分布源地斑塊。從行政區(qū)來看,源地主要分布在安慶、池州、宣城、湖州、杭州、金華、紹興、臺州等市；從土地利用類型來看,源地以林地、水域、濕地土地覆蓋類型為主,以耕地和草地次之。

提取高、較高需求斑塊作為生態(tài)需求區(qū),將斑塊按面積降序排列,計算累加面積比例,將累加面積占比75%對應(yīng)的斑塊面積值作為剔除零星斑塊的閾值,最終確定了17個生態(tài)需求地斑塊及中心點(diǎn)。如圖5所示,長三角地區(qū)生態(tài)廊道共32條,總長度為11188.85km,覆蓋范圍廣且連通所有生態(tài)源地,為各源地及各地區(qū)之間的生態(tài)服務(wù)流動提供重要通道。其中,源地間生態(tài)廊道共15條(圖5-源間廊道),總長度7123.38km,形成了南北和東西兩大主要廊道軸線,同時向中部呈樹狀連通至蘇州、無錫等地；源地與生態(tài)需求地間廊道共17條(圖5-需求廊道),總長度4065.47km,呈短樹枝狀分布,主要分布在上海、嘉興、蘇州、常州、南京、合肥、鹽城等地。需求廊道將高需求地與生態(tài)源地以及源間廊道進(jìn)行了有效連通,從而搭建了自然生態(tài)空間與城鎮(zhèn)需求空間的聯(lián)系紐帶,以此拓展生態(tài)源區(qū)服務(wù)的空間范圍。在城市發(fā)展過程中,應(yīng)避免對生態(tài)廊道空間的侵占,加強(qiáng)對兩類廊道的保護(hù)和生態(tài)建設(shè),以改善廊道自身生態(tài)現(xiàn)狀及提升其生態(tài)服務(wù)功能。源間廊道作為物種遷徙和能量傳遞的通道,應(yīng)加以限制性政策進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。需求廊道作為城鎮(zhèn)空間和生態(tài)空間聯(lián)系的通道,應(yīng)實(shí)施生態(tài)綠化建設(shè),從而緩解社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)需求的壓力。

圖5 長三角地區(qū)生態(tài)安全格局Fig.5 Ecological security pattern in Yangtze River Delta

3.4 生態(tài)安全格局優(yōu)化

基于長三角地區(qū)源地、生態(tài)廊道的空間分布情況以及各地區(qū)生態(tài)需求狀況,從生態(tài)保護(hù)視角而非城鎮(zhèn)建設(shè)視角出發(fā),本文提出“一帶、一軸、五區(qū)、五組團(tuán)”為核心的生態(tài)安全格局優(yōu)化模式(圖6)。

“一帶”指長江生態(tài)廊道帶,由皖南安慶向東北方向延伸至蘇北鹽城的沿江生態(tài)廊道帶?！耙惠S”指皖南-浙東丘陵山地生態(tài)廊道軸,由皖西大別山向浙東丘陵延伸的東西向重要生態(tài)廊道軸線。

“五區(qū)”指東部城鎮(zhèn)發(fā)展區(qū)、南部生態(tài)保護(hù)區(qū)、西部水源涵養(yǎng)區(qū)、北部生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)、中部生態(tài)建設(shè)區(qū)。東部以區(qū)域中心城市上海為核心,依托現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)集群,可重點(diǎn)打造城鎮(zhèn)發(fā)展組團(tuán),依靠大都市的輻射帶動作用推動蘇州、嘉興、無錫等周邊城市協(xié)調(diào)發(fā)展,同時適度擴(kuò)大生態(tài)空間；南部以杭州、宣城為主,山地、丘陵和盆地地形縱橫交替,擁有豐富的林地生態(tài)資源,是源地的核心分布區(qū)域,宜重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)保護(hù)；西部以皖西大別山和長江為核心,是長三角地區(qū)長江起始段,為區(qū)域提供水源涵養(yǎng)、水資源供給等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),應(yīng)保護(hù)好其水源不受污染；北部以耕地為主,宜發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),為區(qū)域提供基本的糧食保障；中部以南京、常州和鎮(zhèn)江為主體,這些地區(qū)生態(tài)資源較為匱乏,生態(tài)需求程度高,應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)建設(shè),嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)建設(shè)占用生態(tài)空間。

“五組團(tuán)”是指分別與“五區(qū)”對應(yīng)的5大生態(tài)廊道組團(tuán),東部、中部和北部組團(tuán)以需求廊道為主,應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)、綠化廊道建設(shè),南部、西部組團(tuán)以源間廊道為主,應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)廊道保護(hù)。

此外,生態(tài)楔是鏈接生態(tài)源地、廊道,并能將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)導(dǎo)入生態(tài)需求區(qū)的自然生態(tài)要素。本文將橋接區(qū)作為生態(tài)楔,以此對生態(tài)安全格局進(jìn)行優(yōu)化。生態(tài)楔由零星分布的小山丘林地、湖泊水域、農(nóng)田等組成,具有較高的景觀連通性,主要分布于城鎮(zhèn)空間周圍,且連接至生態(tài)源地及其他生態(tài)要素,亦是控制城鎮(zhèn)無限擴(kuò)張的緩沖帶。其中,生態(tài)楔中水田面積達(dá)到總面積的77.99%,旱地占11.11%,水域占5.43%,林地占4.32%,草地占0.59%,濕地占0.56%。耕地作為生態(tài)楔的主要組成部分,應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)并加強(qiáng)其緩沖功能來控制城鎮(zhèn)邊界的無限增長。

圖6 長三角地區(qū)生態(tài)安全格局優(yōu)化Fig.6 Ecological security pattern optimization in Yangtze River Delta

5 討論

以往研究在構(gòu)建生態(tài)安全格局構(gòu)時,通常只關(guān)注了生態(tài)供給高的地方及生態(tài)源地的保護(hù),那些生態(tài)供給較差但需求高的地方反而很少被提及。從生態(tài)需求評價結(jié)果中可以看出,在高、較高需求斑塊主要分布的城市中,鹽城、泰州、南通等地區(qū)并非區(qū)域中經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、城市化水平較高的地區(qū),表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)稀缺問題并不是單一地由快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展所導(dǎo)致,由于本身生態(tài)資源基底較差,加上區(qū)域現(xiàn)存人口與生態(tài)資源不匹配,經(jīng)濟(jì)中低等發(fā)達(dá)地區(qū)同樣也存在嚴(yán)重的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)稀缺問題。在區(qū)域規(guī)劃中,這些地區(qū)的生態(tài)安全問題很容易被忽視。因此,這些地區(qū)在城市化發(fā)展過程及相關(guān)規(guī)劃中也應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注,一方面要注重當(dāng)?shù)貎H存的生態(tài)空間的保護(hù),另一方面還要關(guān)注其生態(tài)與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,及時改善當(dāng)前生態(tài)與人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的沖突現(xiàn)狀,緩解其生態(tài)稀缺問題,逐漸引導(dǎo)其向生態(tài)-社會可持續(xù)發(fā)展的方向轉(zhuǎn)變。

《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)中劃定限制開發(fā)區(qū)面積10.2萬平方公里,占區(qū)域總面積的48%,分布于蘇北、皖南、浙西等地區(qū)。本文進(jìn)一步將生態(tài)供給高、較高和一般的地區(qū)劃為區(qū)域生態(tài)管控區(qū),面積占比為55.34%,主要分布于江蘇的鹽城、南通,皖南以及浙江西北部,與限制開發(fā)區(qū)高度重合；《規(guī)劃》提出建設(shè)長江生態(tài)廊道,依托江淮丘陵、大別山、四明山、雁蕩山等共筑綠色生態(tài)屏障。本文構(gòu)建的生態(tài)安全格局,將皖西大別山、天目山、雁蕩山的大片林地劃為生態(tài)源地,且形成了連通長江沿岸城市的長江生態(tài)廊道,與規(guī)劃布局相協(xié)調(diào)；同時,包括上海崇明東灘、浙江天目山等30個國家級和省級自然保護(hù)區(qū)基本都位于生態(tài)源地范圍內(nèi)(圖7),由此表明本文生態(tài)安全格局構(gòu)建方法較為科學(xué)合理。

此外,以往生態(tài)安全格局研究直接采用連通性指數(shù)進(jìn)行景觀連通性評價,該方法存在以下局限性：一方面,以斑塊水平的重要性來衡量區(qū)域景觀連通性高低,忽略了斑塊與斑塊之間的連通性；另一方面,由于軟件的運(yùn)行時間會隨著節(jié)點(diǎn)和鏈接數(shù)量的增加而迅速延長,尤其是PC指標(biāo)。因此軟件并不支持大尺度的景觀研究,并指出計算PC及其相關(guān)指標(biāo)時應(yīng)將節(jié)點(diǎn)數(shù)量限制在2000以內(nèi)[29]。這意味著該方法不適用于較大尺度的景觀研究,或需要舍棄部分斑塊來完成計算,問題就在于如何取舍景觀斑塊才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。MSPA方法可以從像元層面識別連通性較高的生境斑塊,本文引入了MSPA和dPC指標(biāo)相結(jié)合的景觀連通性評價方法。以本研究區(qū)為例,長三角地區(qū)生境斑塊總數(shù)為26983,遠(yuǎn)超過軟件限制值,而通過MSPA提取核心區(qū)后的生境斑塊總數(shù)為1284,可以滿足計算要求。該方法的優(yōu)勢在于通過像元和斑塊兩種尺度層面的評價和篩選,不僅能提高連通性指數(shù)計算的效率,保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,而且使大區(qū)域尺度的景觀連通性評價成為可能。對于更大尺度的景觀研究,則可在MSPA處理的基礎(chǔ)上再以斑塊面積等指標(biāo)對斑塊進(jìn)行多次篩選,以滿足指標(biāo)計算對節(jié)點(diǎn)和鏈接的數(shù)量要求。

6 結(jié)論

本文以長三角地區(qū)為研究對象,評估了區(qū)域生境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性及景觀連通性3個方面以識別生態(tài)源地,并基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法辨識生態(tài)需求程度高的地區(qū),利用MCR模型提取兩類生態(tài)廊道,以此來構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局,在此基礎(chǔ)上辨識出“一帶一軸五大分區(qū)”的生態(tài)安全優(yōu)化格局。研究結(jié)果表明：長三角地區(qū)生態(tài)源地總面積64911km2,占全區(qū)的32.51%,主要分布在皖南、浙中及太湖、巢湖等地區(qū)；高、較高生態(tài)需求區(qū)總面積為93038km2,占全域面積的46.60%,主要位于上海、嘉興、蘇州、無錫等地；生態(tài)廊道總長度11188.85km,源間廊道長度為7123.38km,主要分布在長江沿岸和區(qū)域南部,需求廊道長度為4065.47km,主要位于區(qū)域東中北部。

本文通過構(gòu)建源地與需求區(qū)之間的生態(tài)廊道,改變了以往只考慮區(qū)域生態(tài)的自然供給而忽視人類對其需求的情況,為生態(tài)安全格局構(gòu)建提供了新的思路和參考。同時,基于MSPA分析與dPC指數(shù)結(jié)合的景觀連通性評價方法,打破了以往只能單獨(dú)提取生態(tài)斑塊進(jìn)行連通性評價的局限性和低效性,可從整體上判定出區(qū)域景觀連通性高的地區(qū)。需要說明的是,研究未定量估算出所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量以及人類社會對各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求總量,具體應(yīng)該表現(xiàn)為生態(tài)用地規(guī)模、位置等,而僅以重要性和需求程度反映生態(tài)供需的空間分異規(guī)律,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的量化上稍顯不足。因此,如何科學(xué)、合理地測算出不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求量,分析區(qū)域生態(tài)供需平衡狀況,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局及指導(dǎo)相關(guān)規(guī)劃,亟待深入研究。