基于生态安全格局的国土空间生态修复分区研究*——以贵州省清镇市为例

魏露露 金 莲

(1.贵州财经大学公共管理学院，贵州 贵阳 550025;2.贵州财经大学经济学院，贵州 贵阳 550025)

生态系统具有食物生产、气体调节、水土保持、文化娱乐等服务功能[1]。经济社会的高速发展在促进人口急剧增长和城镇化快速发展的同时，对整个生态系统造成了难以自我恢复的负面影响[2]。生态修复通过生态工程有意识地利用生物与非生物的优化组合来改变一个区域的生物区系和物理条件，以此来启动或加速生态系统在健康、整体性和可持续性方面的恢复进程，进而修复生态系统[3]。以往的生态修复只涉及土壤、矿区、海洋等单一的对象，并且只存在于局部地区或微观层面，分散且单一的生态修复难以同现行的空间规划相衔接，落地困难[4]。

国土空间生态修复是从宏观的空间尺度出发，利用生态工程等措施，通过调整优化和修整重建国土空间的结构及其要素，使已遭受不同程度影响的生态系统结构、生态过程以及服务逐步实现区域可持续发展的方法，相较于以往微观或局部的生态修复其成效更加显著[5]。当前主要是通过构建山水林田湖草生命共同体，从而实现区域生态修复的[6]。构建生态廊道，识别待修复关键区域，优化区域生态安全格局，分区分类分阶段开展生态系统修复工作成为国土空间生态修复的重要内容[7]3407。

生态安全格局理论来源于景观生态学，自20世纪90年代发展至今，已成为开展生态修复、优化生态系统格局、实现生态安全的重要基础[8]。最小累积阻力(MCR)模型能够通过构建生态阻力面进而构建生态廊道，电路理论则用于生态廊道的模拟和生态夹点、生态障碍点的识别，是构建生态安全格局“源地—阻力面—廊道”研究范式的重要方法[9]。基于国土空间的生态安全格局是国土资源各类景观的要素、空间位置在相互作用下构成的空间格局[10]。它立足区域尺度，从水源涵养、水土保持、生物多样性保护等角度为国土空间生态修复提供理论和技术支持[11]204。

当前的生态修复研究多侧重于小尺度、单一或综合项目的微观层面[12-14]，将生态安全格局理论与国土空间生态修复相结合并将其纳入区域尺度宏观层面的研究较少[7]3408,[11]205,[15-16]。清镇市隶属贵州省贵阳市，是典型的重点生态保护地和农业大市，下辖的红枫湖国家级风景名胜区拥有丰富的湿地资源和生物资源，是贵阳市一级水源保护区所在地，也是黔中水利枢纽工程的重要组成部分。清镇市肩负“保湖”和“富民”两大使命，然而，城市景观破碎、石漠化、水土流失问题突出，国土空间生态修复工作面临严峻的挑战。本研究以清镇市为研究区域，运用生态安全格局理论构建清镇市国土空间生态安全格局，基于山水林田湖草生命共同体理念划定生态修复分区，并针对性提出优化策略，为缓解有限环境资源与无限需求之间的矛盾提供空间指引。

1 研究区域概况与数据来源

1.1 研究区域概况

清镇市地处云贵高原黔中腹地，是贵州省贵阳市下辖的县级市。该市位于106°7′E～106°33′E，26°21′N～26°59′N，全市总面积将近1 400 km2。境内以山地和丘陵为主，东部和西部为岩溶丘陵山地，中部为丘陵盆地，南部为丘陵洼地。清镇市有着典型的山地气候特点，雨热同期且雨量充沛，拥有丰富的水文资源，南部红枫湖面积57.20 km2，控制流域面积1 551 km2。复杂的地形地貌促成了该地丰富的物种多样性，清镇市拥有光叶珙桐等独特的大型木本植物和白鹤、白鹭、钳嘴鹳等珍稀保护动物，因此该市是贵州省生态保护的重点地区之一，但是，清镇市生态环境脆弱，生态问题日益显现，耕地质量较低，耕地石漠化程度、水土流失状况严重。清镇市全市常住人口50.29万人，建设用地随着城镇化进程的加快不断无序扩张，生态用地亟需控制和修复。

1.2 数据来源

研究所涉及的空间分辨率为30 m的数字高程模型(DEM)数据来自地理空间数据云(http:// www.gscloud.cn)；行政区划矢量数据(2019年)来自全国地理信息资源目录服务系统(https://www.webmap.cn/main.do?method=index)；2019年的土地利用相关数据来自地理国情监测云平台(http://www.dsac.cn/)，比例尺为1∶100 000；自然保护地数据来自中国生态系统评估与生态安全数据库(http://www.ecosystem.csdb.cn/index.jsp)；年降水量和人口密度数据分别来自《贵阳市2019年度气候影响评价》和《2020贵阳统计年鉴》。

2 研究方法

2.1 生态源地识别

从景观连通性、生态保护重要性、生态功能重要区域和生态保护重要区域几个方面识别研究区域内具有重要生态价值的斑块作为生态源地[7]3408。景观连通性是由林地斑块通过归一化处理而得；生态保护重要性是通过资源环境承载力评价和国土空间开发适宜性评价而得；生态功能重要区域是通过反地形DEM提取山顶点的方法得到；生态保护重要区域是通过生态环境敏感性评价和生态系统服务功能重要性评价，再叠加自然保护地数据得到。根据这4个方面的重要程度和空间分布，选取清镇市生态源地。

2.2 生态阻力面与生态廊道构建

根据斑块土地利用类型及其特征，考虑源、距离和景观基面，参考已有研究并结合清镇市实际情况对不同土地利用类型阻力系数进行赋值(见表1)，构建清镇市的生态阻力面[17]。运用MCR模型来模拟物种在清镇市域中从源地到空间任意一处需要耗费的代价，即源地之间的最小成本路径(LCP)，以反映这些物种在运动过程中存在选择耗费成本最小的路径的可能性[18]。

电路理论能够识别研究区域是否存在阻碍生态过程的情况以及阻碍程度，它以单位距离连通性值的大小来表示生态障碍区其景观连通性的强弱程度，以此模拟生态廊道，形成基础的生态格局[11]207。研究综合考虑生态廊道的长度、可替代性以及连接生态源地的重要性，将生态廊道划分为关键生态廊道、重要生态廊道、一般生态廊道，以便能够分级分类管理。

表1 不同土地利用类型阻力系数Table 1 Resistance coefficients of different land use types

2.3 生态夹点与生态障碍点识别

生态夹点源于将生物流看作电流的电路理论，夹点是电流高度密集的区域，将其应用到景观生态学，是指区域景观连通的关键节点，它具有不可替代性，是防止生态源地退化或损失的关键位置，此位置的破坏会对生态稳定造成很大的影响，对生态源地起着至关重要的作用[19]。

生态障碍点是指阻碍物种在重要生态区域之间运动的区域，移除这些区域将增加重要生态区域之间的景观连通性[20]。本研究利用生态源地、生态阻力面以及生态廊道成果，并结合研究区域的土地利用类型来识别生态障碍点。

生态夹点、生态障碍点分别由Circuitscape软件中的Pinchpoint Mapper模块和Barrier Mapper模块识别，该软件能够计算景观中的电流密度和有效电阻并与生态过程相联系，将低阻力部分分配到最能促进生态过程的景观类型当中，而高阻力部分则是分配到阻碍生态过程的景观类型中，最终生成生态廊道的生态夹点和生态障碍点。

2.4 国土空间生态修复分区

生态修复分区是分级分类分阶段开展国土空间生态修复的前提[21]，因区域生态系统的复杂性和动态变化性，在划分生态修复分区时综合考虑影响生态安全格局的各个因素，才能更好地反映区域生态系统环境状况[11]204。

结合清镇市实际情况选取具有代表性的生态指标(见表2)，运用层次分析法(AHP)并利用Yaahp软件确定指标权重，通过ArcGIS软件将指标数据进行归一化处理之后再利用加权评分法进一步测算清镇市国土空间生态修复综合指数。综合考虑各个乡镇其生态廊道和生态夹点、生态障碍点的情况，合理划定清镇市国土空间生态修复分区。

表2 生态修复分区评价指标Table 2 Evaluation index of ecological restoration zoning

3 结果与分析

3.1 生态源地分析

考虑到生态系统的整体性和国土空间生态修复工作的连续性，剔除生态源地评价结果中零星的细小斑块。共选取了14个生态源地(见图1)，面积为235.72 km2。清镇市生态源地主要由林地、水域构成，主要分布在南部、东部和北部，主要位于红枫湖镇、站街镇和卫城镇。清镇市东南部和西北部的生态环境状况较差，没有成片的生态源地，犁倭镇、流长苗族乡、王庄布依族苗族乡以及新店镇的生态源地分布较少，中心城区和乡镇的建设用地不断扩张，呈东南—西北走向破坏了该市的景观连通性。

3.2 基础生态安全格局构建

阻力的大小受人类活动和自然条件的影响，阻力大的区域表明物种穿越该斑块需要耗费更大的代价，不利于生态过程。清镇市生态阻力面构建成果如图2(a)所示，生态阻力高值区主要分布在南部，主要的土地利用类型为水域和建设用地。生态阻力大的区域主要是中心城区和红枫湖镇，以及站街镇、麦格苗族布依族乡、卫城镇、王庄布依族苗族乡的中心镇区，除了红枫湖镇的阻力是受水域面积的影响之外，其他行政区域阻力值的高低主要受建设用地的集中程度和面积的影响，说明这些区域人类活动的干预程度较高。

生态廊道可以连接斑块，为物种的流动提供路径，将清镇市的生态廊道划分为关键生态廊道、重要生态廊道、一般生态廊道，构建了清镇市“两横三纵”的基础生态格局，结果见图2(b)。

如表3所示，关键生态廊道数量最多，长度也最长，主要分布在市域西部、北部和东部；其次是一般生态廊道，呈西南—东北向分布；重要生态廊道最少，仅分布在北部和中部。生态廊道和生态源地一同呈现了清镇市的基础生态安全格局，对于市域内生态系统的整体性和生态景观的连通性有着重要意义。

3.3 生态修复关键区域识别

研究利用LCP得出的生态阻力值，结合生态源地和生态廊道，识别生态夹点与生态障碍点。清镇市生态廊道电流强度即物种流动通畅度分布见图3(a)。生态廊道上的深色区域为生态夹点，其电流强度最弱，说明该区域对于区域生态景观连通性至关重要。清镇市的生态夹点共有11处，面积共计21.17 km2，待修复区域平均斑块面积1.92 km2，具体为站街镇3处、犁倭镇1处、暗流镇1处、卫城镇2处、流长苗族乡2处以及麦格苗族布依族乡2处，数量和面积最多的皆为麦格苗族布依族乡。

表3 清镇市生态廊道分类Table 3 Classification of ecological corridor in Qingzhen City

图3 清镇市生态夹点和生态障碍点电流强度分布Fig.3 Distribution of current intensity of ecological pinch point and ecological barrier in Qingzhen City

清镇市生态障碍点识别结果见图3(b)，生态廊道上的深色区域为生态障碍点，多位于建设用地分布较为集中的区域或矿山分布区域，且多为生态廊道同生态源地连接的关键区域。研究共识别出38处生态障碍点，面积共计24.92 km2。空间分布上，除了中心城区和红枫湖镇以外皆存在生态障碍点，主要分布在站街镇、卫城镇和新店镇，尤其是站街镇，面积达11.08 km2。

3.4 综合国土空间生态修复分区

对生态环境造成破坏的主要因素是人类活动，人口越集中，对生产用地、生活用地的需求越高，对生态用地的破坏程度越大。研究区域当前生态价值低，耕地以坡耕地为主且质量较低，平均坡度为3.22°，平均耕地质量等别为10～12，耕地石漠化程度严重，以中度、重度和极重度石漠化为主，此外水土流失情况也较为严重。矿山分布越密集，其开采力度越大，对生态环境造成的破坏也就越大。区域森林覆盖率、草地覆盖率、年降水量越高，其生态价值越大。

基于山水林田湖草生命共同体理念，结合研究区域各地的生态修复综合指数和生态安全格局，利用自然断点分级法划定清镇市国土空间生态修复分区，成果见图4。研究将清镇市国土空间划分为生态修复区、生态控制区、生态提升区以及生态保育区，面积分别为684.34、243.93、248.40、179.11 km2。生态保育区主要是生物栖息地，是生态环境质量最优也是研究区域最为关键的地区，划分该区的目的是保护生物物种，进而修复退化的生态系统。设立生态提升区的目的是提高生态环境较好区域的生态环境质量。生态控制区是以生态保护为前提，通过控制人类的开发活动来实现区域的生态保护。生态修复区旨在通过人工干预修复已遭受严重破坏的区域。

将红枫湖及周边区域划定为生态保育区，建立严格的栖息地保护政策，实施针对性的濒危珍稀物种保护措施，保护清镇市生物多样性。生态提升区包含百花社区、犁倭镇以及王庄布依族苗族乡，是具有一定生态基础，但仍需要提升其总体生态质量的区域。新店镇和暗流镇为生态控制区，该区域距中心城区最远，且受人类活动的影响程度最小，在未来区域发展进程中应该合理控制该分区的开发，推动其生态恢复。生态修复区涉及站街镇、卫城镇、流长苗族乡和麦格苗族布依族乡，该分区为生态夹点和生态障碍点集中分布的区域，其景观流通性对于市域生态系统的整体性和连续性极为重要，需要优先考虑修复这个分区的生态环境。

图4 清镇市国土空间生态修复分区Fig.4 Ecological restoration zoning of territorial space in Qingzhen City

4 结 论

(1) 清镇市生态源地共14个，面积235.72 km2，主要由林地、水域构成，主要分布在南部、东部和北部，主要位于红枫湖镇、站街镇和卫城镇。

(2) 关键、重要、一般3个等级的生态廊道形成了清镇市“两横三纵”的基础生态格局，其中关键生态廊道主要分布在市域西部、北部和东部，一般生态廊道呈西南—东北向分布，重要生态廊分布在北部和中部。

(3) 待修复关键区域为：清镇市生态夹点11处，面积21.17 km2，平均斑块面积1.92 km2，其中麦格苗族布依族乡数量和面积最多。生态障碍点38处，面积共计24.92 km2，主要分布在站街镇、卫城镇和新店镇。

(4) 选取人口密度、耕地质量等别、矿山分布密度、森林覆盖率、草地覆盖率、年降水量6个指标，结合基础生态安全格局将清镇市划分为生态保育区、生态提升区、生态控制区以及生态修复区，分区分类分阶段进行生态修复。需要优先考虑开展修复工作的是生态修复区，面积为684.34 km2，包括站街镇、卫城镇、流长苗族乡和麦格苗族布依族乡；需要提升总体生态质量的是生态提升区，面积为248.40 km2，包括百花社区、犁倭镇以及王庄布依族苗族乡；需要控制开发利用程度的是生态控制区，面积为243.93 km2，包括新店镇和暗流镇；生态保育区涵盖红枫湖镇及周边区域，是重要的生物栖息地，应实施严格的生物多样性保护措施，其面积为179.11 km2。