云南省生态保护红线划定对生态安全格局优化的作用

肖 俞，吴学灿，周盈涛，段禾祥，王 珺，杨 斌

(云南省环境科学研究院生态保护研究中心，云南 昆明 650034)

云南省生态保护红线划定对生态安全格局优化的作用

肖 俞，吴学灿，周盈涛，段禾祥，王 珺，杨 斌

(云南省环境科学研究院生态保护研究中心，云南 昆明 650034)

遴选斑块面积、斑块分离度、斑块聚集度、斑块优势度和景观比例等景观指数，借助Fragstats3.3和ArcGis10.2软件计算分析，对比生态保护红线划定前后云南省景观格局的变化，探讨云南省生态保护红线划定对于云南省生态安全格局的提升和优化效应。结果显示：云南省生态保护红线划定后，作为生态源地的生态红线区域面积和所占景观比例(PLAND)有所增大；最大斑块指数(LPI)和斑块优势度(Do)都有所提升，生态保护源地在整个景观中占优势的程度提高了，从而使其在景观中的支配地位得到了较大提升；表征生态源地的连通性指数斑块分离度(SPLI)、景观形状指数(LSI)数值呈现减小的变化、斑块聚合度(AI)和斑块凝聚度(PCI)则出现增大的变化，连通性指数的计算结果都表明，云南省生态保护红线的划定提高了生态源地内部的连通性，从而增加了生态源地抗干扰的能力。云南省生态保护红线的划定使得景观格局进一步优化，生态安全维护的作用进一步提高。

区域生态安全格局；生态保护红线；生态源地；景观指数；景观格局；云南

云南省是全国的生态大省，生态区位重要，生物多样性丰富，承担着建设我国重要的生物多样性宝库和构筑西南生态安全屏障的重要任务。近年来，随着工业化和城镇化快速发展，国土空间开发格局与资源环境承载力不相匹配，区域开发建设活动与生态用地保护的矛盾日益突出。加之云南省重要生态功能区、生态敏感区、脆弱区和生物多样性保护优先区面积大、分布广，关键生态区域未能得到有效保护，导致生态服务与调节功能恶化，自然灾害频发，严重威胁区域的生态安全。优化和提升生态安全格局已成为缓解区域生态安全威胁的重要手段。 区域生态安全格局(the regional pattern for ecological security)是指能够保护和恢复生物多样性，维持生态系统结构、功能和过程的完整性，实现对区域生态环境问题有效控制和持续改善的区域性空间格局[1]。生态安全格局理论强调，景观中存在某些潜在的生态系统空间格局，它由景观中的某些关键元素、局部、空间位置及其联系共同组成，通过控制和调控这些关键组分，可以实现对生物多样性的保护与恢复，维护生态系统结构、功能和完整性，从而有效控制区域生态安全，控制区域生态环境问题[2-3]。俞孔坚指出典型的生态安全格局由生态源地、廊道、缓冲区、辐射道和战略点组成。其中生态源地是整个生态安全格局建设的基础，其准确性和全面性对整个安全格局构建尤为重要。目前，多数研究选择区域内自然保护区、风景名胜区的核心区和水体等斑块等作为生态源地[4-5]，但这些区域往往存在边界不明确等问题。将生态保护红线区作为生态源地构建区域生态安全格局具有一定优势，由此可以更多地关注生态系统结构、过程与功能，集中解决区域重要生态功能区、敏感区和脆弱区的保护与恢复等一系列生态环境问题，进而构建更加全面的生态安全格局。首先，生态保护红线具有明晰的地理边界。其次，生态保护红线的划定整合了多部门的生态保护成果，将多种生态保护空间在同一平台进行统筹，避免了保护空间的交叉重叠。第三，生态保护红线的保护范围广泛，不仅包括各类禁止开发区，还包括重点生态功能区、生态脆弱区和敏感区以及其他具有重要生态保护价值的区域[6]。生态红线既包括已建的各类保护地，也包括现有的保护空缺区域[7]。云南省的生态保护红线划定就是在原有的自然保护区、森林公园、风景名胜区、地质公园、重要湿地、国家公园、世界自然遗产地、水产种质资源保护区、生态公益林、全省45个重点城市主要集中式饮用水水源地保护区、牛栏江流域水源保护区和九大高原湖泊12类自然保护地的基础上，根据空缺性分析GAP(A Geographic Approach to Protect Biological Diversity )将珍稀濒危特有和极小种群等物种分布地和栖息地、海拔3800m树线以上区域、滇中引水工程坝址以上水源区、国有天然商品林区等保护空缺地一并划入生态保护红线。保护空缺地的划入使得生态系统中的生态源地在生态系统服务功能价值供给、生态斑块连通性和生态斑块抵御外界干扰的能力等方面都有较大提升，对区域生态安全格局的优化发挥至关重要的作用。本文旨在遴选斑块面积、斑块分离度、斑块聚集度、斑块优势度和景观比例等景观指数，借助Fragstats3.3和ArcGis10.2软件计算分析，对比生态保护红线划定前后的云南省景观格局的变化，探讨云南省生态保护红线划定对于云南省生态安全格局的提升和优化效应。

1 研究区概况

云南省位于北纬21°8′32″～29°15′8″，东经97°318′39″～ 106°11′47″。地处长江、珠江、澜沧江、怒江、红河、伊洛瓦底江等重要国内国际河流的源头或上游地区，是东南亚和我国南方大部分省区的“水塔”和生态屏障，也是我国乃至世界生物多样性最为丰富的地区和物种基因库，生态区位极为重要，生态服务功能突出。云南省的生态保护红线将全省主要生态系统类型、85%以上的重点保护物种、主要自然景观资源和重要集中式饮用水水源保护区及九大高原湖泊划入红线保护；全省全部国家级和省级公益林、以及绝大部分湿地等划入红线进行保护。在原有保护地的基础上新划入的保护地面积达15970.48km2，占云南省国土面积的4.04%。根据生态系统服务功能，结合云南省区域生态安全格局，全省生态保护红线共划分4个类型，11个生态保护红线功能区(见图1)。

2 研究方法

2.1 数据来源及处理方法

本研究采用的数据底图为云南省2000年土地利用类型图(1∶100万)，数据来源于中国环境科学研究院数据库。按照不同的景观功能和保护现状，在ArcGis10.2中将土地利用类型分为建设用地、农业用地、水体、未利用地、法定保护地和生态用地(包括未纳入法定保护地的林地和草地)(见图2)。生态保护红线图层来自于云南省环境保护厅、林业厅、国土资源厅、住房和城乡建设厅、农业厅划定的结果。将各主管部门的数据化图层，统一数学基础，转换为国家2000大地坐标系(CGCS2000)，分析各类保护地或区域原有的分级、分类、功能分区，利用地理信息(GIS)空间分析方法进行图形叠合，形成全省生态保护红线分布总图(图3)。统一坐标后将云南省土地利用类型图与生态保护红线图层合并叠加，利用Fragstats3.3软件计算生态保护红线划定前后景观指数的变化。由于本研究范围涉及面积较大，数据较多，为了计算结果的准确性，矢量数据转化为栅格数据时，粒度选择为默认的粒度，大小为3860m。

2.2 景观指数的筛选和计算

优化区域生态安全格局是通过优化景观格局来进行的[8]，景观格局深深地影响并决定着各种生态过程。景观格局的评价主要包括景观结构评价和景观功能与动态评价[9]。评价景观结构与功能的景观指数较多，斑块的大小、形状和连接度会影响到景观内部物种的丰度、分布及种群的生存能力和抗干扰能力[10-11]。为研究云南省生态保护红线划定后对云南省生态安全格局的优化和提升效应，结合本研究的实际情况，本研究选取斑块类型面积(CA)、斑块所占景观比例(PLAND)、最大斑块指数(LPI)、斑块优势度(Do)、斑块分离度(SPLIT)、斑块凝聚度(PCI)、景观聚合度(AI)、斑块景观形状指数(LSI)和景观优势度(D)共计9个景观指数进行计算。

(1)斑块类型面积(CA)

斑块类型面积用来表征不同的土地利用类型的面积，反映生态保护红线划定前后保护地范围的面积及所占国土面积比例的大小。

(2)斑块所占景观比例(PLAND)

该指数表征生态保护红线划定前后生态源地所占整个景观面积的比例大小。

(3)最大斑块指数(LPI)

最大斑块指数，即在斑块类型水平上描述的是最大斑块面积占整个景观面积的比例，它是度量优势度的一个指数[12]。

(4)斑块优势度(Do)

该指数表示一种景观斑块类型在一个景观中占优势的程度。斑块优势度采用《HJ19-2011环境影响评价技术导则 生态影响》推荐计算公式：

(5) 斑块分离度(SPLIT)

该指数表示某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度，用以表征生态源地不同斑块之间的连通性。斑块分离度计算公式如下：

其中：Fi为斑块类型i的分离度；Di为斑块类型i的距离指数；Si为斑块类型i的面积指数；n表示斑块类型i的斑块总数；A为景观的总面积；Ai表示斑块类型i的总面积。

(6) 斑块凝聚度(PCI)

该指数描述景观中生境的破碎程度[12]。

(7) 景观聚合度(AI)

该指数用以表征不同景观类型斑块的团聚程度[12]。

(8)斑块景观形状指数(LSI)

对景观大小起调节作用的总边界或边界密度的标准度量，同时也是斑块聚合或离散程度的度量，其值越大，则斑块越离散。

(9)景观优势度(D)

用于测度景观结构中一种或几种景观类型支配景观的程度。景观优势度指数计算公式如下：

Hmax=1n(m)

式中：D为景观优势度指数；Hmax为景观最大多样性指数；m为景观斑块类型总数。

利用ArcGis10.2提取不同土地利用类型斑块数据并进行合并、联合和栅格转化等一系列数据处理，利用Fragstats3.3软件进行景观指数计算，本研究计算得到的景观格局指数如表1所示。

表1 生态保护红线划定前后景观指数比较

3 结果分析

3.1 总体景观格局变化分析

对比生态保护红线划定前后的景观格局指数(表1)，生态源地的面积增加了26661km2，所占景观比例大小由34.84%增加到40.55%，比例提高5.71%，增长14.08%。从各类土地利用类型面积的变化看，生态源地面积的增加主要来源于原来未划入法定保护地的生态用地和未利用地的转化，水体和农用地也有少部分被划入了生态保护红线，而建设用地几乎没有变化。划入生态保护红线的生态用地中大部分为原来的天然商品林，部分为珍稀濒危保护物种栖息地、重要种质资源保护区和滇中饮水工程坝址以上水源保护区。划入红线的未利用地主要是海拔3800m以上的树线区域。生态保护红线的划定将生态源地的面积大大提高，在严格的红线管控措施保护下，生态保护红线将使生态系统更加完整，生态系统服务价值进一步增加，生物多样性保护功能进一步提升，维持区域生态安全的能力进一步提升。

3.2 生态源地支配地位分析

生态源地在景观中的支配地位由生态源地在整个景观中占优势的程度来度量，借助最大斑块指数(LPI)和斑块优势度(Do)来表征。对比生态保护红线划定前后的景观指数来看，LPI提升较为明显，数值从5.41提高到13.01，提升了140.48%。生态源地斑块优势度也从0.42提高到0.45，提升百分比为7.14%。数据分析证明，生态保护红线划定后生态保护源地在整个景观中占优势的程度提高了，其在景观中的支配地位得到了较大提升。

3.3 生态源地连通性和抗干扰能力分析

生态源地的连通性是指生态源地内部对生态流的便利和阻碍程度，维持良好的连通性是保护生物多样性和维持生态系统稳定性和整体性的关键因素之一。本研究利用SPLI、PCI、AI和LSI 4个指数来表征生态源地的连通性。对比分析生态保护红线划定前后的连通性景观指数，斑块分离度指数变化较为明显，其数值从171.81减小到47.74，减小的百分比为76.31%。景观形状指数也从49.47减小到47.23，下降的百分比为4.53%。斑块凝聚度指数从93.27增加到95.92，提升的百分比为2.84%。斑块聚合度指数也从53.07增加到58.48，增加的百分比为10.19%。4个指数的计算结果都表明，云南省生态保护红线的划定提高了生态源地内部的连通性，其连通性的提高主要得益于天然商品林、珍稀濒危保护物种栖息地、海拔3800m以上的树线区域的连接作用。原本这些区域没有被划进法定保护地，使得原有的法定保护地彼此之间呈孤立状态存在。生态保护红线划定将保护空缺地划入，特别是天然商品划入，使原来的大部分保护地之间被大片林地所连接形成了连通的整体。生态源地连通性的提高使得保护地之间的物种迁徙、基因交流等生态活动得以顺畅进行，从而增加了生态源地抗干扰的能力。总之，云南省生态保护红线的划定使得景观格局进一步优化，生态安全维护的作用进一步提升。

4 讨论

(1)云南省生态保护红线具有明确的空间边界，是维护国土和区域生态安全的底线，是现阶段考虑生态保护能力和社会经济发展需求下不可突破的保护地，它保护的是对维持生态安全格局、保障生态系统功能，支撑社会经济可持续发展具有关键作用的区域[7]。要真正发挥生态保护红线的作用，就要切实落实生态红线的保护制度。要牢固树立底线意识，将生态保护红线作为国土空间规划的“底图”和刚性约束。应强化自然生态空间用途管制，根据生态红线划定功能的不同以及空间分布情况，制定与其生态服务功能保护相适宜的差异化管理制度，尤其是产业准入政策[13]，严禁任意改变用途，防止不合理开发建设活动对生态保护红线的破坏，“不越雷池一步”。

(2)典型的生态安全格局由生态源地、廊道、缓冲区、辐射道和战略点组成。景观中某些关键性的局部位置和空间联系，如盆地的出水口、廊道的断裂处或瓶颈、河流交汇处的分水岭、动物迁徙途中的踏脚石、大型自然斑块、宽阔的河流廊道、湿地和多种生态系统的交错区对维护和控制某种生态过程有着异常重要的意义[2]。目前云南省的生态保护红线划定只是近阶段的初步结果，其划定还是禁止开发区、重点生态功能区、生态脆弱区和敏感区等维持生态系统服务功能和生物多样性保护的生态源地区域，对景观格局中重要的廊道、战略节点等还考虑较少。在下一步的生态红线划定工作当中应该进行详细的生态调查，分析重要物种迁徙和基因交流生态过程和活动，进一步优化云南省生态安全格局，提升区域生态安全维护能力。

(3)生态保护红线的划定采取上下联动的方式，省级层面划定的生态保护红线从保障区域的生态安全出发，重点关注区域内部的重要生态保护区域，这些区域往往是宏观尺度的或是跨界分布的[6]。生态保护红线的真正落地还是要按照生态保护红线划定方案确定的范围，以县级行政区为基本单元，结合开发利用现状，确定生态保护红线空间边界，落实到地块，明确生态系统类型、生态功能、用地性质与土地权属等，设立统一规范的标识标牌，形成“一条线”“一张图”“一个表”，确保生态保护红线落地准确、边界清晰。下一步市、县级行政区在划定生态保护红线时不仅要严格落实云南省生态保护红线中的保护区域，更应该重点关注后续工作识别出的廊道区和战略节点等区域。

[1]马克明，傅博杰，黎晓亚，等.区域生态安全格局：概念与理论基础[M].生态学报,2004,24(4):761-768.

[2]俞孔坚，李海龙，李迪华，等.国土尺度生态安全格局[M].生态学报,2004(29):5163-5175.

[3]张百平，姚永慧，朱运海，等.区域生态安全格局研究的科学基础与初步框架[J].地理科学进展,2005,24(6):1-7.

[4]李晖，易娜，姚文璟，等.基于景观安全格局的香格里拉县生态用地规划[J].生态学报,2005(31):5928-5936.

[5]蒙吉军，燕群，向芸芸，等.鄂尔多斯土地利用生态安全格局优化及方案评价[J].中国沙漠,2014(34):590-596.

[6]徐德琳，邹长新，徐梦佳,等.基于生态保护红线的生态安全格局构建[J].生物多样性,2015,23(6):740-746.

[7]高吉喜.国家生态保护红线体系构建设想[J].环境保护,2014,42(2-3):18-21.

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The Role of Delineating Ecological Protection Red Lines in Optimizing Pattern of Ecological Security in Yunnan Province

XIAO Yu, WU Xue-can, ZHOU Ying-tao, DUAN He-xiang, WANG Jun, YANG Bin

(Yunnan Institution of Environment Science, Kunming Yunnan 650034，China)

Class area, splitting index, aggregation index, and percentage of l andscape were selected to compare the changes of ecological pattern before and after delineating ecological protection red line with software Fragstats 3.3 and ArcGis 10.2 in Yunnan. The results showed that the areas and percentage of landscape of ecological protection red lines increased after ecological protection red lines was delineated. Largest patch index and dominance index also increased, which indicated that ecological source area has become more and more dominant. Splitting index and landscape shape index that represent the connectivity of landscape decreased. On the contrary, aggregation index and cohesion index increased. The results of connectivity index showed that ecological protection red lines raised the connectivity of landscape and promoted the capability of anti-interference. Ecological protection red lines has been optimized the landscape pattern of Yunnan province and improved the ability of maintaining regional ecological security.

regional ecological security pattern; ecological protection red lines; ecological source area; landscape index; landscape pattern; Yunnan

2016-10-31

X321

A

1673-9655(2017)02-0023-06