市县国土空间生态修复分区方法与修复策略研究——以崇左市天等县为例

覃盟琳，朱梓铭，胡城旗，丁迪

(1.广西大学土木建筑工程学院，广西南宁530004；2.广西大学人居环境设计研究中心，广西南宁530004)

0 引言

国土空间生态修复是推进生态文明建设的重大举措，当前已上升为国家战略工程[1]。其主要目的是针对地区生态环境压力大，生态系统服务功能退化，地质灾害点多、面广、频发，自然资源退化与污染等问题[2]，从而利用多种干预手段重组或优化被破坏的国土生态系统，促使其良性恢复并趋向可持续发展[3]。我国的国土空间生态整治与修复可追溯到二十世纪八十年代[4]：1981年至1985年，修复多重规划，意图以恰当的蓝图来改变现状残缺的修复格局，如为防治西北、华北和东北地区的生态环境问题而开启的“三北防护林”规划工程[5]；1981年至1996年，多重协调，强调政策与工程的和谐，开展了“退耕还林”工程与“两控区”政策等[6]；此后，国土空间生态修复走向了重工程的阶段，中央与地方政府不断将修复工程的推进作为修复格局重建的主抓手[7]。如今，国土综合整治与生态修复进入了重统筹阶段，被赋予更深层次的内涵[8]。从党的十八大报告提出的关于“优化国土空间开发格局”、“健全国土空间开发、资源节约、生态环境保护的体制机制”等要求，到2017年国务院印发的《全国国土规划纲要(2016～2030 年)》，再到十九大报告提出的“构建国土空间开发保护制度”，国土综合整治与生态修复工作的目标和效益愈加多元化，更强调在对国土空间的全面体检下进行一体化统筹管理[9]，强调区域的协调与和谐发展[10]。国土空间规划背景下，国土空间生态修复的主要任务更为深入，集中在优化生态功能区划[11]，构建生态网络格局[12]，完善生态安全格局[13]，明确自然保护地范围[14]，提出生态保护与修复的要求[11]，提高生态空间的系统性和完整性[15-16]，依据地方自然本底明确自然灾害防治的主要目标和措施[17]，进行土地复垦与矿山生态修复[18]等方面。以此为背景，多地以自然资源局为统领，纷纷开展国土修复综合整治规划，但尚未形成一套共识度高、可行性强的修复区划判别流程与修复工作方案，由于地域差异而产生的修复问题也亟待解决。

天等县地处广西壮族自治区崇左市，是全国首批开展国土空间规划的先行试点城市。天等县隶属《国家主体功能区规划》和《广西主体功能区规划》确定的国家级重点生态功能区和自治区级桂西南生态功能区的限制开发区，是国家和自治区主体功能区建设首批试点示范县，为此，对县域范围内的国土生态空间进行先行先试的格局判定与修复，是进一步优化国土生态、生产、生活空间开发格局，并探索天等县这一限制开发区特殊地情区域科学发展新模式的重点前提工作，对于推动天等县整体的国土空间规划工作与组建好一个人与自然和谐相处发展的国家级主体功能修复区建设试点示范县，具有独到且有必要的意义。目前，亟需针对天等县当前国土空间生态修复存在的突出问题，统筹地方自然资源与规划局、生态环境局、水利局、建设局、林业局等各部门的职责，开创市县层面国土空间综合整治与修复的新局面，积累新经验。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

天等县位于广西壮族自治区的西南部，隶属崇左市。天等县总面积约2 159 km2，县境距首府南宁市183 km，距中越边境45 km，东西最大横距64 km，南北最大纵距63 km，全程标准二级公路畅通，是“两廊一圈”经济走廊的重要成员。同时，全国国土生态安全格局中，天等县处于“大兴安岭—太行山脉—雪峰山”生态廊道的南段末梢节点(茂兰保护区—七百弄地质公园)，东北部处于廊道南端相对发育和密度较高的区域(图1)，生态地位较明显，具备评价较高的生态系统多样性和生态服务功能多样性。

图1 天等县生态区位及地理行政区位图Fig.1 Location map of ecology and administrative geography of Tiandeng County

1.2 数据来源

由于国土空间规划第三次全国土地调查以2017年第4季度为标准起时点，2018年1月至2019年6月为数据库建设阶段，故研究选取2018年9月29日晴空Landsat 8 OLI遥感影像作为图层核心，以此为基准通过ENVI5.3进行几何校正、定标、校正等操作。其余相关基础图件数据均源于自主收集(表1)：影像数据、大地信息数据的成像节点均位于2018年至2019年之间，源于开源wiki地图(OpenStreetMap，OSM)的矢量数据最后更新时间为2019年12月，社科资料源于广西壮族自治区国土资源规划院、自治区生态环境厅、自治区林业局、崇左市自然资源局与天等县自然资源局等部门官方网站的历年记载。

表1 数据信息表Tab.1 Data list

2 研究方法

2.1 生态安全格局构建方法

2.1.1 识别生态源地

生态源地是由生态系统服务重要性较高且生境质量较敏感的生态斑块组成的源区域，一般由景观中需要重点保护且对保护和促进生态系统稳定极其重要的斑块构成，是组建生态安全格局的最基础组分[19]。根据文献[20]的研究成果，生态源地至少要满足三种条件：较高的生态敏感性、重要的生态系统服务和连贯的景观连通性，具体的识别步骤为三项：

①判定生态敏感性格局。结合天等县实际地物信息，对植被、水域、农业用地、水源地、地形、地质灾害等敏感因子按照“取大”原则进行镶嵌，再将结果与建设用地因子进行二次叠加。考虑建设用地为已建成区域，生态敏感性较低，且基本不可恢复[21]，故采用“取小”原则进行栅格嵌置，构成最终的天等县生态敏感性总体分布格局，计算公式为：

(1)

式中：Ti为生态敏感性综合评价得分，Fi为第i个因子的生态敏感性指数，Wi为第i个因子影响权重(重要性程度)。

②核算生态系统服务水平。根据天等县资源本底水平与崇左市总体生态系统服务水平评价，选取水源涵养重要性、水土保持能力、生物多样性水平三项作为生态系统服务水平核算指标。采取综合取高与自然间断点分级法划分水源涵养重要性、水土保持能力、生物多样性水平三项评价指标等级，取三项评价图层栅格最高像元值镶嵌至新栅格，选择“重叠部分保留最大值”，作为对应生态重要性评价结果，即：

(2)

式中：LE为生态系统服务总水平，LW,i为栅格i的水源涵养重要性取值，LS,i为栅格i的水土保持能力，LB,i为栅格i的生物多样性水平。

③计算生态景观连通性。引入整体连通性指数dIIC表征斑块连通性[22]，反映各生境斑块对景观连通性的重要性。根据天等县地物现状，利用Conefor 2.6软件，输入相应距离阈值，对选取出的生态源地进行连通性判断，计算公式为：

(3)

式中：dIIC为区域景观整体连通性指数，Ae为区域景观总面积，n为景观面e中的斑块总量，Ai，Aj为生境斑块i和j的面积，Cij为生境斑块i和j在最短路径下的连接总量。

2.1.2 制作景观阻力面

景观阻力面综合表征区域中物质和能量的流动情况，由生态源地向外扩散中所遇到的阻力共同构成，具体包含植被覆盖率、植被类型、人为干扰强度3个阻力因子，它们对物种的迁移和生境适宜性起决定性作用[23]。拟运用最小累积阻力模型(minimum cumulative resistance，MCR)制作景观阻力面，赋予对应阻力值，叠置三类阻力因子并计算生态源地向外扩张的累积耗费阻力，计算公式为:

(4)

式中：RMC为生态源斑块j扩散至某点的最小累积阻力值，Dij为生物从源地栅格j到空间某一点所穿越的景观基面i空间距离，Ri为基面i对生态过程或物种运动的基本阻力系数。

2.1.3 提取生态廊道

基于制备完成的景观阻力面，借助重力模型来量化MCR模型识别出的潜在生态廊道重要性[24]。在剔除经过同一生境斑块而造成冗余的廊道后，拟利用Circuitscape插件中的Linkage Mapper模块识别重要的潜在生态廊道，并使用重力模型计算生境斑块(源与目标)间的相互作用[23]，定量评价生境斑块间的相互作用强度[25]，判定生态廊道的相对重要性并形成生态安全网络，重力模型计算公式[26]如下：

(5)

式中：Gab为斑块a和b之间的相互作用力，Wa和Wb为斑块a和b的权重值，Nab为斑块a与b之间的潜在廊道阻力标准化值，ln函数系斑块面积与斑块阻力的正相关函数，Ra和Rb为斑块a和b自身阻力值，Sa和Sb为斑块a和b的面积，Lab为a到b之间潜在廊道的累积阻力值，Lmax为所有潜在廊道累积最大阻力值。

2.2 生态格局关键节点识别方法

2.2.1 “踏脚石”识别方法

生态网络的构建与结构优化能够有效提高天等县生物连通性。但随距离增加，生态廊道对生物迁移过程的阻力值也会越大。为此，需要增加一些具有相当容量的要素斑块作为生物的栖息处，即“踏脚石”斑块，以此降低斑块间的距离，提高物种在迁移过程中的频率与成功率。

使用Linkage Mapper工具进行区域野生动植物栖息地连通性分析，绘制野生动物栖息地走廊的地图，并确定其优先级。对天等县生态网络中重要生态廊道之间以及生态廊道与水系的交汇点、两个源地之间廊道穿越的重要生境斑块、长距离生态廊道重要转折点(栖息点)进行识别筛选，并与实际土地利用情况进行比较，最终确定天等县需要规划建设或修复提升的主要的踏脚石斑块，将这种天等县生态要素或实体斑块作为迁徙过程中短暂的栖息场所。

2.2.2 “障碍点”识别方法

生态网络中的“障碍点”是基质面中严重影响物种迁徙的区域。“障碍点”面积通常较小，但严重降低景观连通性，致使通过此处的生物数量减少，导致迁徙过程变缓。该类节点通常包含：干扰迁移生物的交通干道、农林用地以及河流水域、部分夹杂在林地中的耕地、宽度较大的河流水域等。

采用 Linkage Mapper 工具，基于移动窗口搜索方法对天等县生态网络中的障碍点进行识别，并与遥感卫星影像中现状土地利用方式进行对比得到“障碍点”生态要素，对天等县生态网络中重要生态廊道与交通干道的交汇点进行识别筛选，经核对比较，最终确定天等县需要规划保护或修复提升的障碍点斑块。

2.3 生态修复总体格局判定与分区方法

2.3.1 修复总体格局判定方法

国土空间生态修复总体格局是基于生态安全格局、网络廊道与国土空间功能分区中各区存在的关键问题综合划定的区域格局。基于前述天等县本底特征分析中所存在的关键问题与双评价中所得三区空间、总规中各乡镇职能规划等，可以形成具有总览修复工作作用的生态保护与修复总体格局，为后续修复措施指明方向。经判断，天等县生态修复总体格局具体的研判依据为四项：三区空间、城镇职能体系，生态网络格局与生态关键节点。

2.3.2 修复分区方法

国土空间生态修复分区一般采用“栅格信息叠加+地物信息研判”的方法进行综合判定。一方面，将生态源地、阻力面与廊道、关键点等作归一化与缓冲区叠加处理，计算基于栅格像元值的分区指数Did；另一方面，研判地物信息，统筹矿山、流域等需单独划出的地物种类，并赋予一定的缓冲地带给予修复保障。综合考虑天等县的生态修复需求与地物特征，在充分保留生态源地、踏脚石斑块等基础上，叠置归一化处理后的源地面、阻力面与关键点缓冲面，以此为基准构建种类清晰的国土空间生态修复区域。其中，分区指数计算公式[27]为：

(6)

式中：Did为分区指数；ISi为生态源地中栅格i的像元值；IRMC,i为阻力面中栅格i的像元值；IPi为关键点缓冲区域内栅格i的像元值。

3 结果分析

3.1 生态安全格局构建与分类分析

生态安全格局构建经历源地筛选与阻力面制作、廊道提取等。基于生态源地识别的三项程序，利用ArcGIS10.6加权叠加工具综合叠置生态敏感性格局、生态系统服务水平与生态景观连通性三类评价结果，结合校对后划定的天等县生态保护红线格局(图2)，选取最优组分作为天等县生态安全格局中的生态源地(图3)。

以识别的最优生态源地组分为基础，可以绘制景观阻力面(图4)并推演生态廊道(图5)。最终的天等县生态安全格局构建需要叠置生态保护红线作为修复的底线(图6)，并对之进行空间分类(图7)，评判重要性。

综合评判叠加红线范围的生态安全格局可得(图6)，中部地区廊道较多，因中部地区有大片红线敏感林地，阻力小，同时开发量低，生物迁徙的路径较多。与先前校对的红线进行叠加，看出四周环状廊道较少，因周边虽有林地但有较多断裂点不能形成良好廊道。进一步，可以看出生态格局中的廊道部分和红线划定的敏感林地区域重叠，说明红线区域作为廊道中主要的最小阻力路径带，其中断裂的部分节点，则是可进行规划和需进行重点保护修复的区域。结合天等县实情发现，这些区域是典型岩溶山区和贫困山区，区内分布的林、灌、草植被具有重要的水土保持功能，对维护桂西南石山区和右江流域以及左江流域的生态安全都具有重要作用，其生态保护和建设的重点应落实在实施严格的封山育林、加快水源涵养林和水土保持林建设、采取退耕还林、小流域综合治理、农村能源建设等综合措施上。同时需要加强自然保护区建设管理，构建生态廊道，保护自然生态系统与重要物种栖息地，防治外来物种入侵。

图2 生态保护红线格局Fig.2 Pattern of ecological protection red line

图3 生态源地识别结果Fig.3 Identification results of ecological sources

图4 景观阻力面Fig.4 Landscape resistance surface

图5 生态廊道与网络格局Fig.5 Ecological corridors and network patterns

图6 叠加红线范围的生态安全格局Fig.6 Ecological security pattern within the superimposed red line

图7 基于生态安全格局的空间分类结果Fig.7 Spatial classification results based on ecological security pattern

基于此格局，统筹红线外的自然资源构建生态空间分类网络，可以作为深入各修复节点区域的整体管控。依据天等县生态安全格局中的“斑块—廊道”主体结构，提出天等县生态空间分类概念性规划，并将红线及红线外所属生态空间划分为四类(图7)：①红线内针对整体自然的生境斑块生态空间；②红线外基于生态安全格局的结构性廊道生态空间，包括饮用水水源二级保护区、近郊绿环、生态间隔带、生态走廊等生态修复区域；③红线外大片保育性基质生态空间，包括永久基本农田、其余林地、湿地、湖泊河道、动植物栖息地；④针对主城区的服务人类的生态空间，包括各类公园绿地。

3.2 生态格局关键节点识别结果与分析

生态格局的进一步窥视需辅以识别出的踏脚石斑块(图8)与障碍点斑块(图9)进行关键点提取。对天等县生态网络中重要生态廊道之间以及生态廊道与水系的交汇点、两个源地之间廊道穿越的重要生境斑块、长距离生态廊道重要转折点(栖息点)进行识别筛选，并与实际土地利用情况进行比较，最终确定了天等县需要规划建设或修复提升的43个主要的踏脚石斑块(图8)。这些重要的“踏脚石”斑块为重要廊道之间的交汇点，以及廊道与水系的交叉点。多为林地，部分为高质量草地、园地或水田(图10)，主要分布在区域中部。多数斑块位于生态红线范围内，部分斑块受强烈人类活动干扰的影响，未来需要人类建设地区重要生态斑块的保护、管控与生态修复,提高天等县生态廊道的整体连通性和连接的有效性。

对天等县生态网络中重要生态廊道与交通干道的交汇点进行识别筛选，并与实际土地利用情况进行比较，最终确定了天等县需要规划保护或修复提升的30个主要的障碍点斑块(图9)。识别到的障碍点主要为位于郊区或者穿越城郊林地间的已建(在建)公路用地(图11)。交通干道由于封闭性较好，车速较快，导致对大片林地生境的分割程度较高，生物难以穿越。对生物迁移干扰作用强。同时夹杂在林地中的交通干道也导致生境单元的完整性被破坏，生境斑块的稳定性下降。

图8 踏脚石斑块识别(交汇点+栖息点)Fig.8 Identified stepping stone patches(intersection + habitat)

图9 障碍点斑块识别Fig.9 Identified obstacle patches

图10 踏脚石斑块大小对比及土地利用类型Fig.10 Comparison of the size of stepping stone patches and their land use types

图11 障碍点斑块大小对比及土地利用类型Fig.11 Comparison of the size of obstacle patches and their land use types

3.3 生态修复总体格局判定结果与分析

根据前述天等县本底特征分析中所存在的关键问题，结合三区空间和总规中各乡镇职能规划，遵循生态网络格局构建以及优化过程中关键节点的识别与修复要求，根据生态保护与修复格局判定依据(图12)，提取重要廊道，形成“一轴两心、五廊五区”的生态保护与修复总体格局(图13)，为后续修复指明方向。

图12 生态保护与修复格局判定依据Fig.12 Basis for determining the pattern of ecological protection and restoration

图13 生态保护与修复总体格局Fig.13 Overall pattern of ecological protection and restoration

一轴：天等县生态蓝绿主轴。进结镇、天等县城、龙茗镇三点成线为天等县发展主轴，其生态建设至关重要。基于此连通线上主要河流(达乐河—丽川河—向水河)以及重要生态廊道和斑块(丽川森林风景区—那龙水库)构成蓝色主轴。由北至南贯穿天等全县，连接着天等各乡镇发展区。

两心：①区域生态链接核心：东北部山区位于全国生态廊道“三横五纵”南端点，同时也是天等矿产开采的核心，在开采的同时如何保持生态结构的完整和延续性至关重要；②县域生态建设核心：中部为天等县城，中心县城生态建设对于辐射周边生态环境具有重大意义，且中心城其经济社会发展与生态修复间的平衡关系尤为重要。

五廊为连接南北的三条生态廊道和贯穿东西的两条生态廊道，包括：①两横，一是“塘大鱼水库—观音山—澎湃水库—龙角天池—隆安硕龙高速”，二是“那便河—百感岩—东江河—若兰水库”；②三纵，一是“古榕河—念向水库—飘岩山”，二是“万福水库—狮山银河—伏慢水库—龙蟠山—派替湖公园”，三是“那便河—达乐河—那平水库—隆安硕龙高速”。

五区为五大整治与修复片区，分别为南、北部生态保护修复区、西部农田保护整治区、东部矿产开发治理区、中部城镇发展区。其中，①中部宜居城镇发展区：注重城区内各生态节点的关联性，与县域生态结构融合。力求发展高质量城镇建设，提高土地利用效率，开发低效用地；②北部生态保护修复区：以生态环境保护为主，维护生境的相对稳定性和大跨度廊道断裂带修复，可结合向都镇自然资源适当开发旅游业；③南部生态保护修复区：以生态环境修复为主，主要进行大跨度廊道断裂带修复，完善南部生态廊道结构并严禁大型开发建设，并结合龙茗镇自然资源适当开发旅游；④西部农田保护整治区：注重耕地与林地间的交叉生态节点整治与修复保有农田数量和土壤基本肥力，防止土地污染及山体滑坡对农田破坏；⑤东部矿产开发治理区：以规范保护和预防矿山开采对自然环境的破环为主，并注重山体滑坡以及水土流失带来的对生态节点的破坏修复。

3.4 生态修复分区结果与修复策略

3.4.1 修复区域划分与简介

基于生态修复规划总体格局，结合天等县实际情况，将天等县域生态修复重点区域划分为整体修复与生态功能综合提升区、流域保护与水环境综合整治区、桂西南溶岩山地生物多样性保育区和矿山系统整治与生态环境修复区，共四大类(图14)。在四大类的基础上，进一步根据各区内的不同类型生态环境要素进行细化(表2)，分生态脆弱地带重点修复区、生态多功能地带全面提升区、流域水环境全面治理区、水源地生态针对性修复区、河湖水生态整治修复区、生境重点斑块整治修复区、生境重要廊道整治修复区、生境重要缓冲地带整治修复区、工矿资源勘测保护与修复区、工矿资源规划开采与治理区共十小类(图15)。

表2 修复区域大小类划分与面积Tab.2 Division and corresponding area of major and minor categories of ecological restoration area

图14 生态修复重点区域(大类)Fig.14 Key areas for ecological restoration (large category)

图15 生态修复重点区域(小类)Fig.15 Key areas for ecological restoration(small category)

3.4.2 修复策略

①修复原则与机制

修复原则上，将“山水林田湖草生命共同体”作为修复总体指导原则，内含“格局优化”和“仿自然生态系统”两项子原则(图16)，出发点均为重视生态系统的完整性修复，通过保护与修复受损生态系统结构，提高生态系统保护能力。山水林田湖草各要素相互影响、相互制约，是不可分割的整体，是构建好天等县四大类生态修复重点区域的地物基础，也是造成生态问题的最主要原因之一。为此，制定生态修复措施，首先要遵循好“山水林田湖草生命共同体”原则，对山水林田湖草这些问题生态要素进行基底分析。

修复机制上，遵循问题匹配到地物修复的导向机制(图16)，采取重点区域生态问题分析—重点生态要素提取—生态修复分区划定的程序，既要从整体到个体，对在生态重点区域中存在“短板效应”的问题生态要素进行修复；又要从个体到整体，对应好山水林田湖草，使生态要素通过要素间的协同性和有机联系，最终使生态系统发挥整体效益提升。

图16 天等县生态修复原则与机制示意Fig.16 Schematic diagram of the principles and matching mechanism of ecological restoration in Tiandeng County

②具体修复策略

针对划分出的天等县四大类以及对应的十小类生态修复重点区域，修复策略将集中在维护和增强生态系统生物多样性、水源涵养、水土保持、养分循环和气候调节等服务功能与提升优质生态产品的供给上，实现物质流与能量流循环有序，并对长期或突变的自然或人为扰动保持弹性和稳定性，最终实现生态系统可持续性发展。对应的修复措施见表3。

表3 重点修复区域修复策略Tab.3 Restoration measures for key restoration areas

4 结论

以天等县国土空间规划中的国土空间生态修复工程为研究案例，基于源—汇识别的生态源地、阻力面与廊道，构建好天等县生态修复的基准生态安全格局，辅以挑选出的格局关键节点，最终判定好天等县的国土空间生态修复区域，并提出针对性的修复措施。

①使用GIS空间多因子叠置法，综合生态敏感性水平、生态系统服务水平与景观连通性，以遥感影像目视与实地勘测为实际依据，识别出天等县六大主要生态源地，其主要为与天等县内各级别相对较高的森林公园、风景林相互连接的红线内大型乔灌林地生境。

②使用最小累积阻力模型与重力模型，制作天等县景观格局层面的阻力面，以此为依据，使用Linkage Mapper模块提取潜在生态廊道，共同构成潜在生态安全网络格局。格局显示，中部地区廊道较多，四周环状廊道较少，红线区域作为廊道中主要的最小阻力路径带，是需要重点保护修复的地方，多属典型岩溶山区和贫困山区。

③识别出43个主要的踏脚石斑块(交汇点+栖息点)与30个障碍点斑块。“踏脚石”多为林地，部分为高质量草地、园地或水田，主要分布在县域中部，“障碍点”多为位于郊区或者穿越城郊林地间的公路用地、夹杂在林地中的交通干道等。踏脚石和障碍点的分布是组建天等县国土空间生态修复区域的最重要地物评判依据。

④形成“一轴两心、五廊五区”的生态保护与修复总体格局，综合识别出的生态安全格局、关键点与生态网络格局，经实地勘测，最终将天等县国土空间生态修复重点区域划分为整体修复与生态功能综合提升区、流域保护与水环境综合整治区、桂西南溶岩山地生物多样性保育区和矿山系统整治与生态环境修复区四大类，并深入对应出十小类修复区。其中，整体修复与生态功能综合提升区占地最多，主要是对现有生态多功能地带的维育与提升。流域、水源地与河湖水生态整治修复区是面积占比最小但修复重要性高且修复难度较大的重要生境区。生物多样性保育与矿山系统整治区则为根据天等县实地实情划分的特殊修复区。