朱韻奇 李燿成 王云才

隨著鄉(xiāng)村的不斷建設與擴張，生態(tài)問題日益復雜與突出，構建復合型生態(tài)網(wǎng)絡對鄉(xiāng)村生態(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?？犹磷鳛橹袊l(xiāng)村三生空間中水環(huán)境的重要組成部分，在小尺度上對雨洪調(diào)節(jié)、生物多樣性保護、生態(tài)系統(tǒng)服務完善具有重要作用。研究選取遼寧省錦州市黑山縣南部鄉(xiāng)村地區(qū)為研究對象，綜合考慮生境結(jié)構、質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務功能，通過識別生態(tài)源地、阻力面構建和生態(tài)廊道提取構建基于生物過程的生境網(wǎng)絡；通過潛在坑塘識別、現(xiàn)有坑塘溝渠提取和溝渠網(wǎng)絡補充構建基于水文過程的坑塘網(wǎng)絡，疊加和優(yōu)化二者后形成符合鄉(xiāng)村語境的融合型生態(tài)網(wǎng)絡，以期為村鎮(zhèn)尺度下生態(tài)網(wǎng)絡的構建和農(nóng)業(yè)坑塘體系規(guī)劃提供參考。

坑塘體系；鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡；黑山縣；累積阻力模型；地理信息系統(tǒng)

鄉(xiāng)村生態(tài)安全是守護糧食生產(chǎn)安全和宜居生活環(huán)境的底線，然而隨著鄉(xiāng)村建設用地和耕地擴張，鄉(xiāng)村生物多樣性銳減、生境破碎、水環(huán)境污染、旱澇災害頻發(fā)等一系列生態(tài)問題日益突顯，鄉(xiāng)村生態(tài)系統(tǒng)服務能力急劇下降。生態(tài)網(wǎng)絡作為一種增強生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構連接性、提升生態(tài)系統(tǒng)服務功能的工具，是由棲息地斑塊和生境連接廊道組成的有機生態(tài)空間體系，已被國內(nèi)外土地規(guī)劃管理者廣泛采用[1-3]，是維護鄉(xiāng)村生態(tài)安全格局，進行生態(tài)空間保護、修復和整合的有效手段。

生態(tài)網(wǎng)絡的構建方法以景觀生態(tài)學理論為基礎，通過識別生態(tài)源地、提取生態(tài)廊道、整合生態(tài)網(wǎng)絡實現(xiàn)[4-5]。目前研究通常用直接選定法、形態(tài)學空間格局法和適宜性評價法識別生態(tài)源地，利用阻力面提取潛在生態(tài)廊道，最后通過重要性分級篩選整合形成網(wǎng)絡體系。漢瑞英等[6]直接根據(jù)土地覆蓋類型和保護區(qū)邊界提取生態(tài)源地，并通過MCR模型構建阻力面識別潛在廊道，構建了太行山片區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡；陳南南等[7]基于形態(tài)學方法利用MSPA模型識別主要生態(tài)源地，并利用夜間燈光數(shù)據(jù)修正了阻力面；劉曉陽等[8]根據(jù)棲息地適宜性評價分級篩選出源地斑塊，并利用連通性和中心性指數(shù)評價網(wǎng)絡的有效性。

然而，傳統(tǒng)的生態(tài)網(wǎng)絡構建方法往往以維持生物多樣性為目的，形成的空間體系也是基于生物過程的。隨著生態(tài)空間規(guī)劃對于生態(tài)系統(tǒng)服務提升的新要求，生態(tài)網(wǎng)絡需要從單一生物保護目標向多目標復合方向發(fā)展。陳劍陽等[9]以生物和人文視角，疊合潛在生態(tài)廊道和游憩圖譜網(wǎng)絡，構建了環(huán)太湖復合型生態(tài)網(wǎng)絡，并提出復合型生態(tài)網(wǎng)絡優(yōu)化建議；李瑾等[10]綜合考慮生物多樣性保護、雨洪調(diào)節(jié)和休閑游憩服務，構建了生境網(wǎng)絡、水綠網(wǎng)絡和游憩網(wǎng)絡三網(wǎng)復合的生態(tài)網(wǎng)絡。面對以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主要功能的鄉(xiāng)村土地，生態(tài)網(wǎng)絡除了承擔生物多樣性保護的功能，更應復合調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)水環(huán)境、保障糧食生產(chǎn)安全等多重目標?；诖?，傳統(tǒng)單一目標下的生態(tài)源地提取、阻力面構建和網(wǎng)絡整合方式不再能滿足規(guī)劃實踐需求，需要通過綜合質(zhì)量、結(jié)構和功能因素優(yōu)化網(wǎng)絡構建方法。

中國關于生態(tài)網(wǎng)絡的實踐主要從區(qū)域和城市尺度展開[8,11]，少有在鎮(zhèn)域、村域等小尺度上的探索。在不同尺度上，生態(tài)要素和過程的影響程度差異顯著?？犹潦堑湫偷泥l(xiāng)村景觀要素，也是重要的水環(huán)境組成部分，國土空間尺度上坑塘系統(tǒng)由于面積小分布散，生態(tài)效益不如林地、湖泊等大型斑塊高，因此沒有被識別為生態(tài)源地，然而在鎮(zhèn)域尺度上，坑塘系統(tǒng)的生態(tài)價值尤為突出，是構成生態(tài)空間保護體系的重要要素。受到水資源時空分配不均的影響，我國北方鄉(xiāng)村地區(qū)依賴坑塘蓄水解決生產(chǎn)生活的需求，并且與坑塘相連接的溝渠在雨季扮演了農(nóng)田疏洪排澇的角色。相關研究表明，坑塘體系不僅是重要農(nóng)業(yè)基礎設施，還能發(fā)揮多種生態(tài)系統(tǒng)服務[12-14]，并且池塘面積、密度、距道路距離、連接度等因素是影響生境質(zhì)量的重要因素[15-16]。

因此在保護地區(qū)生物多樣性、調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)水環(huán)境、降低生產(chǎn)風險的目標下，將坑塘體系融入傳統(tǒng)的生態(tài)網(wǎng)絡體系，是提升生態(tài)系統(tǒng)服務能力、促進鄉(xiāng)村可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。在此背景下，研究選取遼寧省錦州市黑山縣南部鄉(xiāng)村地區(qū)為研究對象，綜合生態(tài)系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構和服務功能評價，基于生物過程和水文過程分別構建生境網(wǎng)絡和坑塘網(wǎng)絡，通過疊加和優(yōu)化形成符合鄉(xiāng)村語境的融合型生態(tài)網(wǎng)絡，以期為村鎮(zhèn)尺度下生態(tài)網(wǎng)絡的構建提供參考。

1 研究區(qū)域概況與問題診斷

1.1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)源

黑山縣位于遼寧省西部，隸屬錦州市，與沈陽市、鞍山市和北鎮(zhèn)接壤。全縣面積2 481 km2，耕地占全縣面積的68.8%。黑山縣全境屬于溫和半干旱季風大陸性氣候，年均降水量571 mm，年徑流深59 m，年平均氣溫8℃，降水分布東南多，西北少?？h域西部為醫(yī)巫閭山余脈，多低山、丘陵，中部及東南部為沖擊平原。境內(nèi)主要河流有繞陽河、東沙河、羊腸河，均屬于遼河下游右岸支流繞陽河水系，南部水網(wǎng)密集（圖1-a），整體形成一水二山七分田的自然格局。

利用ArcGIS對黑山縣數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)進行流域分析，根據(jù)匯水分區(qū)劃分水文單元[17-18]，選定位于黑山縣南部，東沙河和繞陽河兩河下游交匯，易發(fā)生洪澇災害的水文單元作為研究區(qū)域（圖1-b）。

1.黑山縣水網(wǎng)分布與研究區(qū)域

1.2 區(qū)域生態(tài)體系現(xiàn)狀分析與問題診斷

1.2.1 生境破碎，生物多樣性低

研究區(qū)域內(nèi)生物棲息地單一，大型斑塊少，且多沿河道分布，較為破碎化，面積均值為3.61 hm2。林地斑塊分散不均，林網(wǎng)密度中等，在1 110.4～1 686.6 m/km2范圍內(nèi)。

河流、干渠與沿線防護林帶組成的現(xiàn)狀生態(tài)廊道主要為南北走向，呈枝狀分布，東西向廊道較少，缺乏聯(lián)系。全縣耕地占比接近七成，生態(tài)空間被耕地侵占嚴重，生態(tài)紅線區(qū)內(nèi)的多條主要河流河漫灘被水田占據(jù)，濕地葦?shù)貛缀跸?，河道生態(tài)功能受到影響。近年來，由于人為圍墾造田和氣候變化，蘆葦蕩、草甸子和水泡子被大片稻田所取代，濕地面積銳減。

河道與耕地之間缺乏連續(xù)性林地防護，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積大，缺乏截污設施，面源污染難以防控，部分河道與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間之間缺乏必要隔離，導致水體污染。

1.2.2 水文過程受損，洪水內(nèi)澇頻發(fā)

黑山縣水資源南北分布不均，南多北少差距大，西北春旱東南夏季易澇水。南部水網(wǎng)密度高，最高約為3 358.5 m/km2，水面相對集中，密度最高可達348.9 hm2/km2，溝渠和坑塘分布密集。研究區(qū)域位于南部兩河之間，處于洪澇嚴重區(qū)域，災害頻發(fā)，水土流失嚴重。

同時南部部分重要河流和道路廊道兩側(cè)防護林帶時有時無，連續(xù)性欠佳。因此林網(wǎng)固土能力不夠高，土質(zhì)松弛，降雨季節(jié)隨著水土流失，大量含有泥沙的河水阻塞溝渠，淤積嚴重，與坑塘連接性降低，影響排澇，導致農(nóng)作物受災[19]。若河道兩側(cè)堤岸有近50 m的緩沖林帶覆蓋，且緩沖林帶生長狀況好，則堤岸穩(wěn)定性好。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

本研究使用的基礎數(shù)據(jù)包括：黑山縣Landsat 8衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，來源于USGS網(wǎng)站；DEM數(shù)據(jù)，來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站；土地利用類型數(shù)據(jù)、交通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、鎮(zhèn)域行政邊界，來源于黑山縣自然資源局。

2.2 融合坑塘體系的鄉(xiāng)村生態(tài)網(wǎng)絡構建框架

通過對黑山縣南部生態(tài)問題認知，在此基礎上確定該區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡構建的目標，并提出基于生態(tài)和水文的網(wǎng)絡構建方法，搭建生境與坑塘復合的生態(tài)網(wǎng)絡構建的技術平臺，最終通過GIS空間疊加形成融合坑塘體系的鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡。具體技術路線如圖2所示。

2.融合坑塘體系的鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡構建框架

2.3 基于自然過程構建鄉(xiāng)村生境網(wǎng)絡

2.3.1 生態(tài)源地提取

生態(tài)源地是景觀格局中起主要作用的斑塊，具有穩(wěn)定性和可拓展性[20]，是物種棲息與擴散的基礎，為野生動物提供庇護和棲息場所的自然空間，具有較高的連通性和生態(tài)系統(tǒng)服務價值[3]，例如水源地、原始森林、自然保護區(qū)等。研究選擇林地、灌木林地、草地、灘涂作為生態(tài)斑塊，并借鑒前人研究[21]，將面積大于2 hm2的作為備選地。

通過生境質(zhì)量、生境結(jié)構以及生態(tài)系統(tǒng)服務能力三方面進行生境斑塊質(zhì)量評價，利用AHP分析法對斑塊重要性進行分級，專家打分并歸一化確定指標權重，得到生態(tài)源地重要性評價指標表[22]（表1）。根據(jù)準則層目標選取6個測度指標，其中，斑塊面積的大小與物種承載力、景觀異質(zhì)性成正比，面積越大，保育的物種種類與豐度越高，生境質(zhì)量越高[4]。同時，植被質(zhì)量（NDVI）越好越利于物種生存繁衍[23]。最后選擇評分較高的斑塊作為核心生態(tài)源地。

2.3.2 累積阻力面構建

研究采用基于最小費用路徑方法（Least-cost Path Method）的潛在廊道識別。通過生境斑塊評價識別出的源地即為“源”或“目標”，潛在的生態(tài)網(wǎng)絡是由源或目標的質(zhì)量、源與目標之間不同土地利用類型的景觀阻力決定的[24]。根據(jù)研究區(qū)各柵格單元的景觀阻力確定的生物遷移和擴散最小費用路徑，是生物物種遷移與擴散的最佳路徑，可以有效避免外界的各種干擾。參考前人研究[7,10]并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，本研究選擇土地利用類型、坡度和居民點緩沖區(qū)來確定景觀阻力值（表2），并利用GIS生成景觀阻力面。

表2 阻力系數(shù)與權重賦值表

2.3.3 潛在生態(tài)廊道識別

基于最小累計阻力模型計算生態(tài)源地到其他景觀單元的累計距離[22]，利用ArcGIS的Shortest-Path命令生成各核心生態(tài)“源”間的潛在生態(tài)廊道[25]，并篩選刪除重復廊道。生態(tài)源地和生態(tài)廊道相連，共同構成區(qū)域生境網(wǎng)絡。

2.4 基于水文過程構建鄉(xiāng)村坑塘網(wǎng)絡體系

2.4.1 潛在坑塘識別

（1）雨水廊道提取。雨水廊道又為雨水徑流廊道，是一個與綠色廊道相對應的概念，側(cè)重對雨水徑流保護和利用，同時兼具綠色廊道功能的線性空間[26]。其進行雨水入滲、滯留、匯流、排蓄和降污等核心功能[27]。通過ArcGIS水文分析工具對區(qū)域內(nèi)雨水匯流過程進行分析，流程包括：原始DEM數(shù)據(jù)預處理—分析網(wǎng)格水流方向—匯流量累積計算—確定合理的臨界累積值—提取匯水網(wǎng)絡[25]。

（2）匯流節(jié)點識別。匯水節(jié)點是雨水生態(tài)網(wǎng)絡中對水文循環(huán)控制起重要支撐的水文節(jié)點。通過模擬雨水的自然匯流過程，利用ArcGIS對提取出來的水系網(wǎng)絡進行結(jié)構分析，即能識別水系網(wǎng)絡中的所有匯水節(jié)點[25]。選取面積較大的匯水節(jié)點為潛在坑塘，作為雨水網(wǎng)絡的核心區(qū)域，有效提高蓄水能力。

2.4.2 現(xiàn)有坑塘、溝渠提取

通過生態(tài)系統(tǒng)服務能力和生態(tài)結(jié)構兩個準則層對現(xiàn)有坑塘進行重要性評價，選取距離河道距離和面積、距離集水交互點距離和與溝渠的連接數(shù)等具體指標。有研究結(jié)論得出，在較小緩沖區(qū)半徑范圍內(nèi)（100 m、250 m、500 m），距離河道的距離能夠作為優(yōu)先考慮評價生物多樣性的變量，距離河道越近，生物多樣性越高，生境質(zhì)量也越高[15]；李成蹊曾按照250 m、500 m、1 000 m和2 000 m的分級，來測試以樣點池塘為中心做緩沖區(qū)，增加池塘后，區(qū)域連接度指數(shù)有所提升[16]。而距離集水交匯點越近的坑塘，越能提高區(qū)域整體蓄水量以及生物多樣性。因此選擇如表3的評價指標，對現(xiàn)有坑塘進行分級，條件優(yōu)越的坑塘調(diào)蓄水量大，生物多樣性高，為坑塘網(wǎng)絡的核心節(jié)點。

表 3 坑塘重要性評價指標表

因黑山縣的溝渠深度大多相同，因此按照寬度對現(xiàn)有溝渠分級，寬度越寬，排水調(diào)節(jié)能力越強，等級越高，反之則越低。

2.4.3 溝渠網(wǎng)絡補充

在潛在坑塘識別和現(xiàn)有坑塘溝渠的分級選擇基礎上，規(guī)劃坑塘網(wǎng)絡中的溝渠，結(jié)合土地利用類型和坡度構建阻力面[28]（表4），識別出最小費用路徑，結(jié)合路徑手動增補描制，補充溝渠網(wǎng)絡。潛在坑塘與重要性高的現(xiàn)有坑塘、溝渠和補充的溝渠網(wǎng)絡共同形成坑塘網(wǎng)絡。

表 4 土地利用類型和坡度阻力系數(shù)與權重賦值表

3 融合坑塘體系的鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡構建

3.1 源地斑塊提取

構建完善的坑塘體系能夠在村域范圍提供多樣性棲息地，提高物種豐富度。從生境質(zhì)量、生境結(jié)構以及生態(tài)系統(tǒng)服務能力三方面對研究區(qū)域進行評價，得到生境質(zhì)量得分圖，選取得分排名前20且面積大于2 hm2的斑塊為生態(tài)源地，結(jié)果如圖3-a所示，共提取17個源地斑塊，總面積為3.5 km2，占研究區(qū)域總面積1.6%。

通過雨水匯流分析得到匯流節(jié)點，識別出潛在坑塘5處，并對現(xiàn)有坑塘的重要性評價（圖3-b），選取得分前25的坑塘進行重點保護。等級高的現(xiàn)有坑塘與潛在坑塘共同形成30處坑塘源地，總面積為0.39 km2。

3.源地斑塊提取

斑塊的類型、大?。娣e）、形狀、數(shù)量和組合關系是斑塊的主要特征[29]，這些斑塊特征對景觀多樣性、景觀異質(zhì)性和生物多樣性有深刻影響。選擇林地、草地、灘涂和坑塘作為生態(tài)源地的同時考慮了陸地與水體生境空間，并且生境源地與坑塘源地在尺度與數(shù)量上也呈現(xiàn)出較大差異，相較于以單一物種保護為目標的生境網(wǎng)絡，融合坑塘體系的生態(tài)網(wǎng)絡能為鳥類、兩棲類、昆蟲類等多種生物提供資源環(huán)境條件，有效提升生境空間類型的多樣化以及生物多樣性。

3.2 鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡構建

根據(jù)阻力面構建結(jié)果（圖4-a、4-b）。通過最小成本路徑連接生態(tài)源地，共識別出27條潛在生態(tài)廊道，主要分布于區(qū)域西側(cè)，多數(shù)與干渠重合。源地與廊道共同構成生境網(wǎng)絡（圖4-c）。

利用GIS空間分析中的Shortest-Path工具，得出47條各坑塘源地之間的潛在廊道，多數(shù)沿主要河流分布，作為骨架構建區(qū)域坑塘網(wǎng)絡系統(tǒng)。其中32條原有溝渠與潛在廊道位置重疊，需要重點保護。根據(jù)潛在廊道補充連接坑塘源地的溝渠，新增42條。最終重點保護溝渠與潛在溝渠連接坑塘源地形成完整的坑塘網(wǎng)絡（圖4-d）。

整合區(qū)域核心生態(tài)斑塊和廊道系統(tǒng)，以核心生態(tài)斑塊、核心坑塘為點、面，以廊道、重要溝渠為線。將其串聯(lián)[25]，形成了融合坑塘體系的鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡（圖4-e）。網(wǎng)絡中西部密集，北部稀疏，以干渠作為基本骨架，其中有6段溝渠也是保護生物擴散的重要廊道，可通過在溝渠旁增植林帶來提升網(wǎng)絡的生態(tài)效益。

4.融合坑塘體系的鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡構建

連通性較高的生態(tài)源地不僅能夠為物種提供棲息地，其與廊道連接提高了區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡的連通性[30]，形成相互連通的生態(tài)網(wǎng)絡格局?？犹潦青l(xiāng)村語境下的重要水體要素，黑山縣密集的溝渠和坑塘體系既是地方性的重要特征，也決定了該地主要景觀生態(tài)過程，對調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)水環(huán)境、控制景觀格局起到了關鍵作用。

因此構建融合坑塘體系的鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡，不僅識別和保護了區(qū)別與其他地方的景觀特質(zhì)，同時也維持了當?shù)鼐坝^格局的關鍵過程，使生態(tài)網(wǎng)絡與地域環(huán)境背景相匹配，為合理配置坑塘、規(guī)劃鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡提供針對性指導。

4 結(jié)語

生態(tài)網(wǎng)絡提供的生態(tài)系統(tǒng)服務應該是復合的，除了為物種保護提供遷移通道、連接破碎化生境外，還應該起到增強雨洪管理、控制徑流污染等調(diào)節(jié)服務，保護糧食生產(chǎn)安全等支持服務，以及豐富審美價值等文化服務[31]。不同的背景和尺度條件下，對生態(tài)網(wǎng)絡提供的生態(tài)系統(tǒng)服務需求不同。本研究在鄉(xiāng)村語境下，識別黑山縣主要生態(tài)問題，以滿足生物保護和調(diào)節(jié)雨洪需求為目標，利用GIS疊加保護物種的生境網(wǎng)絡和保證糧食生產(chǎn)安全的坑塘網(wǎng)絡，形成復合型鄉(xiāng)村景觀生態(tài)網(wǎng)絡。

與傳統(tǒng)應用于國土尺度的生態(tài)網(wǎng)絡中的源地、廊道對象不同，鎮(zhèn)域尺度下，通常將坑塘、溝渠、灘涂、植被緩沖帶等作為生態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃基礎資源[32]，構建網(wǎng)絡以滿足地區(qū)污染凈化、蓄水排澇、生物多樣性保護等需求。通過保護具有重要生態(tài)意義的坑塘節(jié)點，精簡蓄滯和供水能力不強的冗余坑塘來實現(xiàn)生態(tài)網(wǎng)絡的高效服務能力。本文構建的坑塘網(wǎng)絡對于在村域尺度上指導坑塘的合理配置，減少冗余并進行農(nóng)業(yè)坑塘體系規(guī)劃具有重要意義。此外，Chen等[33]基于圖論的網(wǎng)絡分析方法，在識別對特定兩棲類動物具有重要價值的池塘群斑塊，從增強連通性角度提出新建具備潛在生態(tài)墊腳石功能的池塘，對進一步完善坑塘網(wǎng)絡提供了思路。本文采用直接疊加生境與坑塘兩個網(wǎng)絡的方式來形成生態(tài)網(wǎng)絡，由于坑塘網(wǎng)絡也具備促進物種遷徙等生物多樣性保護作用，因此疊加后的生態(tài)網(wǎng)絡可能存在冗余，如何耦合不同生態(tài)網(wǎng)絡是未來值得研究的方向，還可將生態(tài)網(wǎng)絡構建與人文景觀結(jié)合，為鄉(xiāng)村生態(tài)景觀建設與歷史文化保護提供新的思路。