基于生态敏感性的志丹县生态安全格局构建

王嘉琰

（长安大学土地工程学院，陕西 西安 710054）

0 引言

20 世纪80 年代以来，我国城镇化快速发展，高强度土地开发利用活动对自然环境造成了巨大的影响，出现了水土流失、土地荒漠化、生物多样性锐减等生态问题［1-2］。区域生态安全是人类赖以生存的保障，维持区域生态安全是实现可持续发展的关键［3］。构建生态安全格局，是以维持生态系统结构完整性和过程稳定性为基础，针对区域内主要的生态环境问题，提出具有时效性、可行性的解决措施与策略的行为，也是实现生态系统健康稳定、促进社会经济可持续发展的重要途径之一［4-5］，对于科学整合各类保护分区、优化国土空间开发保护格局和推进生态文明建设具有重要作用［6］。

志丹县是陕西省延安市下辖县，位于陕北地区的黄土高原丘陵沟壑区。黄土质地疏松，地表植被覆盖少，自然条件恶劣［7］。石油开采、砍伐树木等人类活动加剧了水土流失，进一步导致生态环境恶化。研究生态敏感性、构建生态安全格局对志丹县生态保护与国土开发具有重要意义。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

志丹县位于东经108°11'56″～109°3'48″，北纬36°21'23″～37°11'47″之间，总面积为3 794 ㎞2。杏子河、洛河、周河三条河流由西北向东南纵贯全县，地势由西北向东南倾斜。全县海拔为1 093～1 741 m，地表支离破碎。属温带大陆性季风气候，四季分明，全县年平均降水量为474.2 mm，年平均气温为8.1 ℃，年均无霜期为142 天，年平均日照时长为2 332 h。

1.2 数据来源

本研究所用高程、坡度和坡向数据来源于地理空间数据云下载的DEM数据高程数据。归一化植被指数来源于MODIS 卫星中的合成产品数据，空间分辨率为500 m。土地利用数据来源于GLOBELAND30网站，下载中国研制的30 米空间分辨率全球地表覆盖度数据，使用图幅号为N49_35的2020年数据。

1.3 研究方法

1.3.1 生态敏感性评价。

①评价因子选取。生态敏感性是指区域生态系统遇到干扰时，自然环境自身表现出来的变化程度，体现了区域发生生态环境问题可能性的大小和难易程度［8］。根据全面系统性、科学性、针对性与准确性等原则，结合志丹县地形地貌特征、气候条件等自然因素，选取最能体现志丹县生态敏感性特征的因素作为指标因子［9］进行评价，包括高程、坡度、坡向、植被覆盖度和土地利用类型。评价结果通过自然断点法划分为5 个等级，并按敏感性从高到低进行赋值，见表1。

表1 志丹县敏感性评价因子指标体系

②因子权重确定。不同的敏感因子对区域生态的影响程度不同，科学赋权能够保证综合评价结果的准确性。层次分析法通过构建判断矩阵，将敏感因子进行两两比较，依据重要性程度赋予不同的数值。检查矩阵无误后，计算得到每个敏感因子的权重值。

③生态敏感性指数计算。依据单因子生态敏感性评价结果和层次分析法确定的因子权重，选用公式如下［10］。

式中：Pj表示第j个像元的综合生态敏感性评价指数；Aij表示第i项指标、第j个栅格像元上的生态敏感性等级指数；Wj表示第j个指标的生态敏感性权重；n表示栅格像元数目。

1.3.2 生态源地识别。生态源地是生态功能较强、生物多样性较好的区域，是最需要生态保护的区域［11］。生态敏感性的评价结果中极高敏感的区域人类活动较少，生态价值极高［12］，选取志丹县生态敏感性评价的极高敏感性地区，对图斑进行筛选整合后作为生态源地。

1.3.3 生态阻力面构建。生态阻力面是指生态流在生态功能区之间运行时受到阻力强度的空间分布［13］。生态阻力面构建步骤为选取阻力因子、确定阻力值，对阻力值进行加权叠加后得到综合生态阻力面。敏感性与阻力之间存在着密切的关系，生态敏感性越小，该地区的生态价值越低，生态扩张难度越高，生态阻力值也越大。基于此，以生态敏感性综合评价结果为基础得到生态阻力面。

1.3.4 生态廊道提取。生态廊道是生态源地之间阻力最小的路径，是生物最容易穿过的通道，用于能量与物种之间的沟通交流。采用最小累积阻力模型提取出生态廊道。以生态源地中心点作为生态源点，以源点为起点，利用ArcGIS 中成本距离分析工具、成本路径工具，提取生态廊道［14］。

2 结果与分析

2.1 生态敏感性评价结果

志丹县单因子和综合生态敏感性分布如图1 所示。由图1 可知，志丹县高程敏感性等级较高区域占全县面积的15.83%，以极高敏感区域为中心，高度敏感、中度敏感和轻度敏感地区依次在其四周向外扩散；坡度以中度敏感为主，占全县总面积的64.67%，极高敏感和高度敏感区域集中分布在志丹县三条河流附近区域；坡向敏感性呈现南坡分布少、其余坡向分布较为均匀的特征；用NDVI数值表示植被覆盖度的敏感性，县域南部植被覆盖程度最高，中部区域覆盖度程度较高，北部植被覆盖程度最低；土地利用高敏感性区域主要集中在，县域南部地区，该地区以林地为主，集中分布着极高敏感。高度敏感地区占比最大，说明草地是志丹县域分布最多的土地利用类型。

图1 志丹县单因子和综合生态敏感性分布

基于单因子的生态敏感评价，利用层次分析法确定高程、坡度、坡向、植被覆盖度、土地利用类型的权重值分别为0.325 9、0.120 9、0.120 9、0.246 2、0.186 1，得到志丹县综合生态敏感性分级结果，如图1（f）所示。志丹县生态极高敏感性区域集中分布在县域南部及顺宁镇南部。主要受到高程和土地利用类型因子影响，这些区域海拔较高且林地分布广泛，植被覆盖程度相对较好，具有极高的生态保护价值。杏河镇分布有较大面积极高敏感、高度敏感区域，除了高海拔等因素影响外，杏河镇分布有水库等水域用地，增加了生态保护价值。金丁镇、双河镇和保安街道办事处多以中度敏感和轻度敏感性为主。

2.2 生态安全格局构建

2.2.1 生态源地。提取综合生态敏感性评价中的极高敏感地区，将面积大于10 km2的图斑确定为志丹县生态源地，如图2（a）所示。源地总面积为451.52 km2，占全县总面积的11.91%。位于县域南部的生态源地面积最大，达到252.71 km2，该地区分布着全县最大的天然次生林。顺宁镇西部、双河镇东部、永宁镇北部和杏河镇北部也是分布面积较为集中的源地。

2.2.2 生态阻力面。基于生态敏感性得到综合生态阻力面，如图2（b）所示。高阻力分布与志丹县三条河流的分布高度吻合，河流经过的区域生态阻力值较高，河流的存在阻隔了生态源地之间的交流沟通。高阻力主要分布在县域的东部和中部地区，低阻力在各乡镇均有不同程度的分布，表现出连片性与碎片化并存的特点。

2.2.3 生态廊道。基于生态源地提取的生态源点计算生态廊道。研究区内共有18 条生态廊道，如图2（c）所示。县域东南部的生态源地与其他源地仅有两条廊道连接。中部生态源地之间的廊道数量较多，有利于生态系统的稳定和生态安全的发展。西部生态阻力高，不仅没有生态源地的集中分布，也没有生态廊道穿过区域内，未能实现志丹县域内生态廊道完全覆盖。

2.2.4 生态节点。生态节点是生态廊道中的敏感区域，对生态系统功能和结构有重要意义。以生态廊道的交点作为生态节点，共选取13个，如图2（d）所示。其中，顺宁镇、双河镇分布着8 个节点，占全县生态节点的61.5%，其余节点在县域内分散分布。生态节点对于维持区域生态系统结构和功能完整性具有重要作用，应给予重点保护和建设。

2.2.5 生态安全格局。基于生态敏感性综合评价结果和最小累积阻力模型，将志丹县生态安全格局划分为3 级分区，以生态源地为生态保护区，高度敏感和中度敏感区域为生态过渡区，轻度敏感和不敏感区域为生态可塑区，如图2（e）所示。生态保护区、过渡区、可塑区面积分别为664.28 km2、1 445.13 km2、1 681.21 km2，占全县总面积的17.5%、38.2%和44.3%。从数量上看，生态条件较好的地区面积占比相对较少，分布不均，破碎化程度较高。从分布来看，保护区大面积分布在南部，东部和中部有少量分布，过渡区和可塑区在全县交叉分布。

2.3 生态安全保护建议

2.3.1 严禁建设占用生态节点，加强生态廊道建设，确保生态系统的连通性。生态节点是确保廊道沟通的关键点，不可随意建设占用。距离越长，廊道保护的难度越大。对于距离较长的廊道，除了自身的建设之外，应以廊道为中心向四周扩大生态建设，确保生态廊道不受破坏。距离较短的廊道，多分布于生态源地附近，在建设廊道的同时，可最大程度降低四周的生态阻力值，将其发展成为生态源地的一部分，提高志丹县生态源地面积，强化生态建设。

2.3.2 实施分区保护，维持生态安全格局的健康稳定。生态保护区是生态建设的核心，禁止任何破坏生态保护区内生态环境的行为，确保生态保护区面积不减少。林地是志丹县生态保护区内最主要的土地利用类型，应加强对林地的保护，提高森林的覆盖率，维持生态保护区的稳定。由于大面积的生态过渡区与生态保护区相邻，因此该区域也应采取措施大力保护，加强地质灾害的监测防治，因地制宜进行生态管理。生态过渡区的环境状况直接影响到生态保护区，在进行管理时要着重关注环境状况，可采取调整地类等活动逐渐促进生态环境良性发展。生态可塑区是最适宜开发建设的地区，可在生态保护的前提下开展城市建设等生产活动，及时处理生活垃圾和废弃物，走可持续发展之路。

3 结论

本研究以生态敏感性为基础，选用最小累积阻力模型等方法，构建志丹县生态安全格局。志丹县生态安全格局由点、线、面三要素组成。13 个生态节点对维系生态廊道的贯通、保护生态系统结构和功能完整发挥重要作用。18 条生态廊道交错分布，连接着分散的7 块生态源地，共同维护县域的生态安全。将志丹县生态安全格局划分为3 级分区，其中生态保护区面积相对较少，仅占全县面积的17.5%。

志丹县生态安全格局的总体特征是生态源地分布不均，集中分布在县域南部，其余源地面积较小，分布零散，破碎化程度高；生态廊道分布不均，县域南部的源地与其余源地之间的生态廊道距离较长、数量少，增加了保护建设的难度。分别从生态廊道、节点和分区的角度提出了生态保护建议。