基于生态安全格局识别的国土空间生态修复分区：以浏阳市为例

刘彦 文灵芝

摘  要  本文以浏阳市为研究范围，基于景观生态学，运用InVEST模型中的生境质量、遥感指数分析以及自然保护地范围识别生态源地，结合坡度、高程及景观阻力面构建生态阻力面，以此识别生态廊道，形成网络状生态安全格局的基本框架。在此基础上进行生态修复分区，并针对各区域提出对应的措施与对策。

关键词  生态源地;生态廊道;生态安全格局;生态修复分区

中图分类号：P951               文献标志码：A

Regionalization of Land Spatial Ecological Restoration Based on Ecological Security Pattern Identification：

Taking Liuyang as an example

Liu Yan ， Wen Lingzhi

（Third Surveying and Mapping Institute of Hunan Province， Changsha Hunan 410118）

Abstract： Liuyang City was the scope of the study area in the paper. Based on landscape ecology， habitat quality， remote sensing index analysis and natural protection area were used to identify ecological source land in InVEST model. Ecological resistance surface with slope， elevation and landscape resistance surface was constructed to identify ecological corridor and the basic framework of network ecological security pattern was formed. On this basis， ecological restoration zoning was divided， and corresponding measures and countermeasures were put forward for each region.

Keywords： ecological source area; ecological corridor; ecological security pattern; ecological restoration regionalization

国土空间生态修复是国家的重大战略，构建生态安全格局对维护区域生态安全和推进生态修复具有重要意义。当前国土空间生态保护修复研究主要侧重于矿山废弃地复垦与生态修复、重金属污染场地修复和水土流失治理等。而基于“源地—生态廊道—生态节点及断裂点”的模式，构建生态安全格局和确定生态修复分区等方面研究较少。

随着浏阳市城镇化、工业化快速发展，城市绿色空间减少。浏阳市采矿业历史悠久，开采矿种丰富，以往开采方式较为传统，使矿山地质环境破坏相对严重，遗留了较为突出的矿山生态环境问题。同时，市域生境类型不断趋于简单化，生态环境自我修复能力不断减弱，因此，如何准确识别浏阳市生态保护修复关键区域，提出相应的生态修复方式与策略是生态修复工作的重点。

1  数据来源及研究方法

1.1  研究区概况

浏阳市地处湘赣边界、湖南省东部、罗霄山脉北段，位于北纬27°5120”～28°3406”、东经113°1024”～114°1458”，境内以山地丘陵为主，地势从东北向西南递降，全市土地总面积4997.70 km2。属于中亚热带湿润季风气候，气候温和，寒冷适中，降水充沛，光照充足，山地垂直差异明显。浏阳市域内河流均属湘江流域水系，境内水系发育，河网密布。

1.2  数据来源

本文涉及的数据包括土地利用数据和遥感数据。其中，土地利用数据源于浏阳市第三次全国土地调查初步数据并进行了预处理，将林地、草地、园地、水域及湿地等地类划分为生态用地;遥感数据主要来源于地理空间数据云平台，分辨率为30m×30m，利用ENVI软件对其进行预处理。

1.3  研究思路与方法

1.3.1  研究思路

本文基于Arcgis10.2.2等相关技术软件构建浏阳市生态安全格局。具体来讲，首先以构成生态空间格局的三大要素“源地—廊道—节点及断裂点”为出发点，在生态源地确定中，运用InVEST模型中的生物多样性服务价值模块测算浏阳生态用地的生境质量。并结合浏阳市自然保护地以及遥感生态指数分析下植被较好的区域，确定最终的生态源地。其次，基于Arcgis平台利用坡度分析、高程分析以及土地覆盖类型构建生态阻力面，并采用最小耗费距离模型识别生态廊道，利用自然断點法与空间叠加分析识别出生态节点与生态断裂点，从而构建生态安全格局基本框架。在此基础上划分五大生态修复分区，并提出相应的措施。

1.3.2  生态源地识别方法

生态源地一般具有维持生态过程的完整性、保障生态服务系统的持续性等功能[1]。基于现状，结合生境质量评估结果，将浏阳市自然保护地以及遥感生态指数分析下植被较好的区域，确定为最终的生态源地。

（1）浏阳市自然保护地

选取浏阳市大围山森林公园、狮子山森林公园、浏阳河湿地公园、道吾山风景名胜区等生物物种主要集聚、生存繁衍区域，作为生态源地的来源之一。

（2）InVEST模型构建

1）威胁因子属性

InVEST模型中的生境质量模型通过生境受威胁因子干扰程度计算生境质量值。通过设置每种威胁因子的相对影响力、生境栅格与威胁因子之间的距离、生境类型对于威胁因子的相对敏感度等参数[1]，来考虑威胁因子对生境斑块的干扰程度。生境栅格受到的威胁程度，随生境栅格与威胁因子间距离的增加而减小。

根据InVEST模型指南、相关研究及浏阳市自然条件，确定湿地、园地、林地、草地和水域为生境类型，其他用地为非生境类型[3];将城镇村建设用地、特殊用地、工矿用地、交通运输用地、水利设施用地、耕地和裸土地，定义为生境的威胁因子。威胁因子属性中各参数的设置主要参考InVEST模型推荐的参考值及相关文献，并结合专家打分法赋值[2]，其参数设置，见表1。

2）生境类型对威胁因子敏感性

每一种生境类型对不同威胁因子的响应都不同。生境类型对威胁因子的相对敏感度大小，是基于生物保护多样性及景观生态学的基本理论而设定，其取值在0到1之间，0表示不敏感，1表示威胁的最高敏感程度[4]。敏感度中涉及的参数包括各个生境类型的生境得分值及各个生境类型对不同威胁因子的相对敏感度，各参数的设置主要参考InVEST模型推荐的参考值及相关文献，并结合专家打分法赋值[5]，具体见表2。

3）生境质量评估

生境質量计算公式如下

式中：Qxj为生境类型j中栅格x的生境质量指数;Hj为生境类型j的生境适宜度;Dxj为生境类型j中栅格x的生境退化度;k为半饱和常数，即退化度最大值的一半;z为模型默认参数。

（3）遥感生态指数分析

以Landsat数据为基础，运用ENVI软件对热度（LST）、绿度（NDVI）、干度（NDSI）以及湿度（Wet）四个指标进行分析，以此构建遥感生态指数（RSEI）。在此基础上提取浏阳市生态环境质量处于“优”等级的区域作为生态源地的来源之一。其公式为：

其中：为归一化后的指标，为各分项指标，和分别代表指标的最大值及最小值。

1.3.3  生态阻力面与廊道构建

（1）生态阻力面构建

充分考虑不同土地利用类型的植被覆盖率和人为干扰强度对生物物种的迁移有重要意义，其中建设用地、道路遭受人类干扰较强，因此景观阻力赋值大;林地和小型水体在一定程度上可为生物提供补给，因此景观阻力赋值小。坡度和高程分析分别按表3对其进行阻力赋值，从而获得相应的阻力面。在此基础上，采用GIS空间分析能力，利用空间叠加法对坡度阻力、高程阻力以及用地类型阻力栅格图层按权重进行叠加计算，从而得到成本费用栅格数据文件，栅格大小为30m×30m，即最终的成本阻力面。然后利用ArcGIS10.2.2中的距离分析模块构建生态阻力面，为生态廊道构建提供依据。

（2）生态廊道

生态廊道是连接生态源地的重要通道，一般运用最小累计阻力模型计算源于目标之间的最小耗费距离。本文借鉴相关研究成果，在生态阻力面的基础上，利用ArcGIS10.2.2中的成本距离和成本路径工具，计算各个生态源地间的最小成本路径，识别生态廊道[6]，计算公式如下：

式中：MCR为生态源斑块j扩散至某点的最小累积阻力值;f反映累积阻力值与景观生态过程的正相关关系;min表示累积阻力最小值;Dij为物种从生态源地j到空间景观单元i的空间距离;Ri为斑块i对生态过程或物种运动的基本阻力。

1.3.4  生态节点和生态断裂点识别

生态节点即生态网络中的生态战略点，结合浏阳市现状及景观生态学中的判别方法[7]对生态节点进行识别。将最小累积阻力距离表面与生态廊道进行空间叠加分析，识别生态节点。

生态断裂点指位于生态廊道中的间隙点，主要考虑大型交通道路（铁路、高速公路等）对生态廊道的阻隔 [8]。本文基于ArcGis10.2.2平台，将生态廊道与交通干线进行叠加分析，寻找二者之间的交叉点，以矢量化描点的方式获取生态断裂点。

2  结果分析

2.1  生态源地分布

基于浏阳市自然保护地现状、生境质量以及遥感指数分析确定最终的生态源地分布。

利用InVEST模型对浏阳市生境质量进行评估，并由Arcgis10.2将浏阳市生境质量指数划分为五个类别：低等生境质量（0～0.2）、较低等生境质量（0.2～0.4）、中等生境质量（0.4～0.6）、较高等生境质量（0.6～0.8）、高等生境质量（0.8～1）。高等生境质量区域与浏阳市自然保护地范围基本耦合，因此筛选高等生境质量所涉及区域作为生态源地选取的依据之一，见图1。

其次，通过遥感生态指数分析，其中生态环境质量较好的区域主要分布于北部连云山片区、东部大围山—张坊—小河乡及中和镇、金刚—大瑶镇西部区域。

结合生境质量与遥感生态指数分析结果，其生态环境较优的区域与浏阳市自然保护地范围基本耦合。因此通过叠加分析，筛选出最终的生态源地（详见图2），总面积1 605.27hm?，面积占比为32.12%，包括林地、湿地、水域等。

2.2  阻力面分布

从浏阳市生态阻力面分布图（图3）可知，2019年生态阻力值处于0.35 到 805之间，整体上以中低值分布为主。高值区主要集中分布于西部金阳新城（北盛镇、永安镇、洞阳镇北部、蕉溪镇西北部）、主城区、北部两型产业园区和南部大瑶镇、古港镇等人类活动干扰较高、交通运输活动活跃的城镇建成区域;中低值区主要布局在城镇外围区域，因其存在大量山体林地，因此景观阻力值较小，分布广泛。

2.3  生态廊道分布

生态廊道能够满足物种扩散、迁移及生存繁衍，是构建山水林田湖草生态网络系统的重要组成部分，其目的在于将林地、园地、草地、水域等进行有效连接构成生态网络系统，并对其空间服务价值进一步提高[9]。利用Arcgis软件平台，运用最小累计阻力模型对其进行潜在廊道提取，可获得网状型生态廊道，总长度

7 805.15km。浏阳市生态廊道分布，见图4。

从空间上看，生态廊道大多分布在人类活动干扰较小、生态用地面积较多的区域，主要集中于官渡镇、高坪镇、大围山镇，呈树枝状延伸，主要沿着地势平坦的耕地及浏阳河等河流水系分布。生态廊道在浏阳中部山区分布密集度高，在南部、西部分布相对稀疏，各乡镇之间存在着一定的内部空间差异。叠加生态廊道与景观阻力面，分布区域主要以绿地（草地和林地）、小型水体为主，该区域景观阻力值小，具有较高的生态适宜性，其中通过连云山、九岭山两山的廊道距离较长，也正是由于“两山”天然生态廊道的存在，为城市生态源地之间的连接提供了可能。

2.4  生态节点及生态断裂点分布

将生态廊道与交通干线及凭借自然断点法得到的高阻力区、中阻力区、低阻力区，与源地缓冲区四个区域进行空间叠加分析，识别最终的生态节点和生态断裂点。其中生态断裂点阻碍廊道网络的连通性，不利于物种在各个生态源地之间的流动与迁徙。从浏阳市生态节点及生态断裂点分布图（图5）可知生态节点相对均匀地分散在网状廊道上，其中东南部集聚性相对更强。生态断裂点分布具有地域差异，主要集中于北部地区的生态廊道，与区域经济发展、交通干线分布息息相关。

2.5  生态安全格局构建

基于景观阻力面、坡度及高程分析形成的生态阻力面，利用“成本距离-成本路径”生成生态廊道，结合生态节点及生态断裂点，通过叠加分析，最终形成“4屏、6核、网状廊道”网络型生态安全格局基本框架，见图6。

3  生态修复分区与策略

3.1  生態修复分区

在生态安全格局构建的基础上进一步优化分区，形成生态保育区、生态修复区、生态控制区、生态提升区与生态缓冲区五大生态修复分区，见图7。

生态保育区即生态源地所在的区域范围，包括浏阳市森林公园、湿地公园、水源保护地及自然保护区等自然保护地以及生态环境优、植被覆盖率较高的区域。该区域具有高生态敏感性，生态环境保持良好，动植物资源也相对较丰富，面积为1 605.27km2，占研究区面积的32.12%。生态修复区面积789.30km?，占研究区面积的15.79%，主要包括浏阳市需进行水环境修复、存在轻微重金属污染及矿山污染的区域。生态控制区主要指除生态保育区、生态修复区、生态提升区、生态缓冲区以外的农业用地，面积1 866.96km?，占研究区面积的37.36%。生态提升区则以遥感指数分析为依据得出选取出的南部大瑶—金刚—文家市镇、北部沙市—淳口以及古港—沿溪—官渡等部分村庄生态环境较差的区域，主要为因城镇发展较快、矿山开发利用所导致的植被破坏程度相对较高、生态环境相对较差的区域，作为生态提升区。面积447.40km?，占研究区面积的8.95%。生态缓冲区为其他区域未覆盖的、适宜城镇集中开发建设的区域，面积288.77km?，占研究区面积的5.78%。

3.2  生态修复策略

生态保育区是浏阳持续发展的生态基底。应加强对自然保护地、森林公园、湿地公园等生态源地的保护强度，严格控制与生态保护相违背的开发建设活动;构建浏阳北部幕阜山、连云山东部大围山及东南部九岭山绿色生态屏障;保护生态湿地空间，促进蓝绿成网。

生态修复区是指具有轻微土壤重金属污染、水环境污染以及废弃矿山所在的区域，是进行生态修复、生态建设的重点区域。因此，要结合浏阳实际情况，合理调整种植结构，从源头上控制土壤污染;通过岸上源头治理、水中生态净化等主要修复技术进行生态修复，加强对水环境的恢复与治理;按照“宜农则农、宜建则建、宜林则林、宜留则留”的原则进行矿山环境的生态修复，营造良好的生态环境。

生态控制区主要涵盖广大的农业用地，因此应牢牢坚守耕地红线，加强耕地生态安全;注重对永久基本农田的保护，减少农业面源污染。

生态提升区是基于遥感生态指标所得的生境环境质量较差、植被破坏程度相对高的区域。因此，应加强对裸露边坡、山体的自然生态植被恢复力度，加强村庄绿化，通过采用生态景观及合理的保护性设计，最大化降低人类活动对自然破坏程度，营造良好的生态环境。

生态缓冲区主要为城镇建成区以及适宜开发建设区域，以城镇建设为主。在今后城市发展的进程中应持“集约用地”原则，注重低效用地的再开发。

4  结论

本文以浏阳市为研究区范围，基于景观生态学，运用InVEST模型中的生境质量、遥感指数分析以及自然保护地范围识别生态源地，结合坡度、高程及景观阻力面构建生态阻力面，以此识别生态廊道，形成网络状生态安全格局的基本框架。在此基础上进行生态修复分区，并针对各区域提出对应的措施与对策。

（1）浏阳市生态源地是生态保护的关键区域，主要以自然保护地以及生态环境质量较优的区域构成，面积1 605.27km?，呈现大面积低密度的分布特点，主要分布在水体、绿地（草地和林地）等生态适宜性高、景观阻力值低的区域;生态廊道呈网络状分布，长度7 805.15km。

（2）生态源地和生态廊道在浏阳市生态网络系统中扮演重要角色。基于城镇发展现状以及生态结构，以网状生态廊道为骨干，以生态源地为面，构建“4屏、6核、网状廊道”的生态安全格局。

（3）最后在构建生态安全格局的基础上，进行生态修复分区。划分了生态保育区、生态提升区、生态修复区、生态控制区、生态缓冲区五个生态修复分区，面积分别为1 605.27km2、447.40km2、789.30km2、1 866.96km2、288.77km?。

参考文献/References

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