基于GIS的北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建與評價(jià)

張麗芳, 冉丹陽, 張鑫, 李偉健, 楊存建,*, 倪靜

基于GIS的北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建與評價(jià)

張麗芳1,2, 冉丹陽1,2, 張鑫1,2, 李偉健1,2, 楊存建1,2,*, 倪靜1,2

1. 四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院, 成都 610068 2. 西南土地資源評價(jià)與監(jiān)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610068

北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)喀斯特地貌廣布, 生態(tài)環(huán)境脆弱, 構(gòu)建生態(tài)安全格局有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境, 促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展。基于生態(tài)安全格局理論, 借助ArcGIS 10.1、InVEST 2.2、Fragstats 4.2等軟件操作平臺創(chuàng)建指標(biāo)識別生態(tài)源地, 通過對比自然保護(hù)區(qū)邊界數(shù)據(jù)驗(yàn)證生態(tài)源地識別精度; 采用土地利用類型、植被覆蓋度、到居民點(diǎn)距離、到主干道距離等因子構(gòu)建最小累積阻力面, 在此基礎(chǔ)上劃分北部灣生態(tài)用地的安全格局。結(jié)果表明: 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)安全源地共計(jì)3415.04 km2, 自然保護(hù)區(qū)驗(yàn)證源地?cái)M合度達(dá)82.35%, 識別出生態(tài)保護(hù)核心區(qū)面34390.76 km2、緩沖區(qū)11719.13 km2、過渡區(qū)15731.95 km2、限制區(qū)9882.32 km2, 針對不同生態(tài)功能區(qū)提出相應(yīng)的用地建議。研究可對北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)不同生態(tài)安全級別區(qū)域的城鎮(zhèn)化建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供可靠的依據(jù)。

GIS; In VEST模型; 最小累積阻力模型; 生態(tài)安全格局; 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)

0 前言

隨著城市化與工業(yè)化的快速發(fā)展, 人類活動(dòng)肆意的破壞與干擾自然生態(tài)系統(tǒng), 導(dǎo)致了人地矛盾激化、生態(tài)安全問題出現(xiàn), 如水土流失、土壤侵蝕、生態(tài)系統(tǒng)惡化、土地沙化與土壤污染等。如何解決現(xiàn)有的生態(tài)安全問題成為21世紀(jì)區(qū)域生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展的新挑戰(zhàn)[1-2]。生態(tài)安全格局(Ecological Security Patterns, ESP)是支撐城市自然生命系統(tǒng)、維系區(qū)域生態(tài)安全、實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[3]。

近十年來生態(tài)安全研究備受我國學(xué)者的高度關(guān)注,我國學(xué)者俞孔堅(jiān)在Forman的理論基礎(chǔ)上提出了景觀安全格局概念, 創(chuàng)建識別源地、建立阻力面、構(gòu)建安全格局的模式[4-5]。該模式被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于區(qū)域案例的生態(tài)安全評價(jià)構(gòu)建, 并且取得了較好的效果, 極大的推動(dòng)了此方法的科學(xué)化、成熟化、應(yīng)用化[6-8]。目前, 針對生態(tài)源地識別的方法多樣, 多為根據(jù)斑塊選取某一生態(tài)服務(wù)功能較好、或者直接提取目標(biāo)斑塊, 但針對識別出來的源地進(jìn)行精度驗(yàn)證方法較少。除實(shí)地采樣調(diào)查外, 利用已有的生態(tài)用地范圍驗(yàn)證的研究較為少見。

廣西省北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)位于中國的沿海西南端, 是我國與東盟國家交流的關(guān)鍵通道。2008年國家批準(zhǔn)實(shí)施《廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》, 把北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)成為重要國際區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作區(qū), 這是全國第一個(gè)國際區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作區(qū)。北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)擁有廣西省全部的海岸帶, 自然保護(hù)區(qū)繁多、生態(tài)系統(tǒng)類型多樣、動(dòng)植物資源豐富但面臨著城市擴(kuò)張加快、地質(zhì)災(zāi)害、石漠化、水土流失等一系列生態(tài)安全問題。因此, 本研究以北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)為例, 改善源地識別方法, 圍繞生境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、生態(tài)脆弱度、斑塊面積綜合評價(jià)生態(tài)重要性來優(yōu)化識別生態(tài)源地; 基于土地利用類型、植被覆蓋度、居民點(diǎn)與主干道的距離阻力來構(gòu)建生態(tài)阻力面; 運(yùn)用自然保護(hù)區(qū)范圍對識別的生態(tài)源地進(jìn)行驗(yàn)證, 并利用最小累積阻力模型來識別生態(tài)廊道, 從而構(gòu)建精確、科學(xué)的生態(tài)安全格局, 利用構(gòu)建的生態(tài)安全格局提出相應(yīng)的用地策略與方法, 以期為北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)合理保護(hù)生態(tài)用地、維護(hù)自然保護(hù)區(qū)安全、維系生物多樣性、優(yōu)化建設(shè)用地、建設(shè)新型城鎮(zhèn)化提供決策建議。

1 研究區(qū)概況

廣西壯族自治區(qū)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)位于北緯 20° 26′—24°02′, 東經(jīng) 106°33′—110°53′, 地處我國沿海西南端, 南部瀕臨北部灣, 擁有廣西全部的海岸線, 由南寧、北海、欽州、防城港、玉林和崇左6個(gè)市所轄行政區(qū)域組成, 土地面積7.22×104km2, 占廣西總面積的31%。地形以山地丘陵為主, 海拔-47 m—1738 m。年均降水量1554 mm, 年均溫22℃, 屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候, 溫和多雨、光照充足、生態(tài)系統(tǒng)多樣、生物資源豐富。區(qū)域水文資源豐富, 主要有邕江、南流江、欽江等河流。經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)立十年來, 實(shí)施優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略, 綜合實(shí)力顯著增強(qiáng), 經(jīng)濟(jì)增速領(lǐng)跑廣西。2016年2016年末人口數(shù)達(dá)2070.31萬人,人均GDP 42549元, 生產(chǎn)總值較2006年的1418.19億元翻了4倍, 生產(chǎn)總值年均增長約16%[9]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采用2015年的Landsat 8 OLI(空間分辨率15 m)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后解譯獲得, 基礎(chǔ)遙感影像與全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)下載于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www. gscloud.cn/), 數(shù)據(jù)經(jīng)過拼接、裁剪得到北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)。運(yùn)用ArcGIS軟件對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行表面分析, 計(jì)算出坡度并進(jìn)行重分類處理; 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)行政邊界、自然保護(hù)區(qū)邊界等數(shù)據(jù)來源于廣西省自然保護(hù)區(qū)遙感監(jiān)測項(xiàng)目; 氣象數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)、土壤侵蝕數(shù)據(jù)、地貌類型數(shù)據(jù)均來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www. resdc.cn)。

2.2 研究方法

根據(jù)最小阻力模型使用Arc GIS 10.1、Fragstats 4.2、InVEST 2.2軟件首先對北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)生態(tài)源地的識別, 利用自然保護(hù)區(qū)邊界對識別后的源地進(jìn)行驗(yàn)證, 并在基于生態(tài)源地的基礎(chǔ)上建立生態(tài)源地的綜合阻力面, 確定最小累積阻力面、識別生態(tài)廊道與構(gòu)建生態(tài)安全格局, 最終確立北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)安全格局。研究方法的優(yōu)化在于源地識別不僅利用了斑塊面積、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、生態(tài)脆弱性指標(biāo), 還借助了InVEST模型得出的生境質(zhì)量作為識別源地的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。

2.2.1 生態(tài)源地識別

源地作為區(qū)域生態(tài)功能最佳、能量與物質(zhì)流通性好、水源涵養(yǎng)功能強(qiáng)的地帶, 通常包括、林地、草地以及水源和自然保護(hù)區(qū)等。因此, 本文選取耕地、林地、草地、水域四大類作為源地。為在前人識別源地的基礎(chǔ)上獲得質(zhì)量更佳的源地, 綜合考慮了斑塊屬性與外界環(huán)境的影響對源地進(jìn)行識別。

斑塊面積的大小直接影響其斑塊的生態(tài)價(jià)值, 大斑塊是物種與能量散布的種源與核心, 對維持斑塊內(nèi)部的種群生境有著重要的作用; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類發(fā)展息息相關(guān), 指的是人類能夠從生態(tài)系統(tǒng)中獲取的價(jià)值與利益, 為人類提供服務(wù); 生境是指存在于一個(gè)區(qū)域的資源與條件, 為有機(jī)體提供棲息、繁殖、生存條件, 生境質(zhì)量的好壞取決于人類土地利用強(qiáng)度; 生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)在一定區(qū)域、時(shí)間內(nèi)相對于外界環(huán)境刺激做出的敏感反應(yīng)和自我恢復(fù)能力。因此, 采用斑塊面積、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值2項(xiàng)指標(biāo)反映斑塊自身屬性的指標(biāo), 選取生境質(zhì)量、生態(tài)脆弱性作為外界環(huán)境影響的指標(biāo), 采用AHP專家打分法確定權(quán)重, 利用加權(quán)模型, 參考相關(guān)科研成果[27-28], 進(jìn)行構(gòu)建源地質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

(1)斑塊面積。斑塊面積借助Fragstats 4.2軟件進(jìn)行, 并運(yùn)用GIS軟件將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為柵格格式。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。生態(tài)服務(wù)價(jià)值的取值借鑒謝高地等人測算的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表來實(shí)現(xiàn)[10]。最終得到各生態(tài)用地類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值, 其中耕地為1.05, 林地4.51, 草地1.87和水體3.43。

(3)生境質(zhì)量。生境指環(huán)境可以維持生物多樣性、提供動(dòng)植物適宜性棲息地的空間, 一般指生態(tài)服務(wù)價(jià)值高的生態(tài)用地[11-12]。生境質(zhì)量利用InVEST 2.2軟件下的Biodiversity 模型, 基于土地利用與威脅因子的柵格數(shù)據(jù)計(jì)算對各生境的影響程度, 得到生境質(zhì)量指數(shù)。InVEST(Integrated Valuation of Ecosy-stem Services and Trade-offs)模型自美國斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(TNC)與世界自然基金會(WWF)聯(lián)合開發(fā)以來, 被廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評價(jià)中[13-15], 王雅、蒙吉軍[15]等人對InVEST模型的評估、權(quán)衡、決策等方面進(jìn)行了評述, 研究認(rèn)為InVEST模型具有科學(xué)性、直觀性等特點(diǎn)。研究根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn)與研究區(qū)的地理特征對威脅因子和威脅因子敏感度進(jìn)行賦值[16-17,12](表2、表3、表4)。

表1 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)源地質(zhì)量識別評價(jià)指標(biāo)與權(quán)重

(4)生態(tài)脆弱性測算。生態(tài)脆弱度的測算參考《全國生態(tài)功能區(qū)劃(修編版)》與相關(guān)文獻(xiàn)獲取[18-21]。利用地形、年降水量、土壤類型、植被覆蓋度進(jìn)行加權(quán)賦值得出(見表5)。

表2 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生境威脅因子影響程度與最大影響距離

表3 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生境質(zhì)量對各威脅因子的敏感度

表4 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)各保護(hù)區(qū)威脅可達(dá)度

(5)綜合評價(jià)與源地識別。在權(quán)重確定和指標(biāo)無量綱化的基礎(chǔ)上, 按加權(quán)模型來運(yùn)算, 結(jié)果為五個(gè)級別, 級別數(shù)值越小, 斑塊質(zhì)量越好。疊加斑塊質(zhì)量綜合評價(jià)結(jié)果, 選取綜合斑塊質(zhì)量最優(yōu)的1級斑塊作為源地。

2.2.2 阻力面建立

(1)綜合阻力面建立

研究選取土地利用類型、植被覆蓋度、到居民點(diǎn)的距離、到主干道的距離4項(xiàng)阻力因子構(gòu)建綜合阻力面。在參照前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上, 結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)將各阻力因子的相對阻力值劃分為6個(gè)等級,并賦予阻力系數(shù)。其中, 坡度越大、植被覆蓋度越密、距離人類活動(dòng)擾動(dòng)區(qū)越遠(yuǎn)、阻力值越小, 生態(tài)安全級別越高, 反之, 生態(tài)安全級別越低, 阻力值越大。各個(gè)因子的相對阻力值系數(shù)與權(quán)重通過專家打分并結(jié)合實(shí)際情況獲得(見表6)。最后, 對各阻力因子進(jìn)行加權(quán)疊加得到綜合阻力面。

(2)最小累積阻力面建立

生態(tài)源地間生物水平方向的空間運(yùn)動(dòng)與生態(tài)競爭演變過程, 主要是克服人類活動(dòng)與自然環(huán)境的各個(gè)阻力實(shí)現(xiàn)的, 阻力面反映了生態(tài)用地克服阻力的空間連通性[22]。研究利用地理學(xué)中的表面模型——最小累積阻力(MCR)模型建立最小累積阻力面, 它反映了從源地出發(fā)到達(dá)空間的某一個(gè)點(diǎn)所克服的最小阻力、成本耗費(fèi)最小的距離[23]。其公式如下:

表5 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系

式中,反映空間中任意一點(diǎn)的最小阻力到左右源的距離和景觀特征的正相關(guān)關(guān)系[23]。D表示從空間中的某一景觀到源地的實(shí)地距離,R表示景觀的阻力值。最小累積阻力模型是根據(jù)Knaapen等人提出的模型和GIS中的成本距離發(fā)展得來的[24-26]。得到的阻力值越小, 意味著生態(tài)價(jià)值與生態(tài)位越高, 生物多樣性越豐富, 需要加強(qiáng)保護(hù), 減少人類干擾活動(dòng)。最后將得到的生態(tài)安全評價(jià)結(jié)果與保護(hù)區(qū)邊界進(jìn)行疊加驗(yàn)證精度, 并分析各個(gè)生態(tài)安全級別中的土地利用類型的比例, 從而針對研究結(jié)果, 得到生態(tài)安全用地的情況。

2.2.3 生態(tài)廊道構(gòu)建

在生態(tài)景觀格局中, 生態(tài)廊道為各個(gè)生態(tài)源地之間聯(lián)系所耗費(fèi)成本最低的路徑, 是物種與能量流通的一個(gè)載體, 能夠?yàn)樯鷳B(tài)空間流通提供更佳的線性路徑, 借助ArcGIS中的距離分析工具, 基于生態(tài)源地、綜合阻力面與最小累積阻力面, 構(gòu)建成本耗費(fèi)最低、生態(tài)功能最佳的生態(tài)廊道。

3 結(jié)果與分析

3.1 源地識別結(jié)果與驗(yàn)證

根據(jù)2.2.1創(chuàng)建的識別源地各個(gè)指標(biāo)體系, 得到斑塊綜合評價(jià)結(jié)果、源地識別結(jié)果(圖1)。統(tǒng)計(jì)得出, 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的源地面積為3415.04 km2, 占研究區(qū)總面積的4.73 %。

將提取的北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)自然保護(hù)區(qū)邊界與生態(tài)源地結(jié)果進(jìn)行相交分析, 根據(jù)圖1可以看出, 區(qū)域內(nèi)的自然保護(hù)區(qū)基本在生態(tài)源地范圍內(nèi)。主要包括弄崗自然保護(hù)區(qū)、十萬大山保護(hù)區(qū)、王崗山自然保護(hù)區(qū)、青龍山自然保護(hù)區(qū)等; 根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析, 27個(gè)保護(hù)區(qū)與源地的生態(tài)面積擬合度達(dá)82.35%, 其中國家級保護(hù)區(qū)與源地面積擬合度為77.50%,省保護(hù)區(qū)與生態(tài)源地面積擬合度72.29%; 在保護(hù)區(qū)擬合類型方面, 主要有紅樹林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)、北熱帶石灰?guī)r山地季雨林及叉葉蘇鐵、黑葉猴等珍稀動(dòng)植物保護(hù)區(qū)、儒艮及海洋生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)等。自然保護(hù)區(qū)與生態(tài)源地?cái)M合度較高，說明生態(tài)源地識別結(jié)果較精準(zhǔn)、可靠。

表6 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)各阻力面體系、權(quán)重及阻力系數(shù)

圖1 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)自然保護(hù)區(qū)與源地識別情況

Figure 1 Distribution and source identification of nature reserves in Beibu Gulf Economic Zone

3.2 阻力面建立結(jié)果

依據(jù)2.2.2所建立的各阻力因子權(quán)重與指標(biāo)體系, 運(yùn)用空間分析工具對不同要素的阻力值進(jìn)行加權(quán)疊加分析, 最終得到北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)最小累積阻力分布圖(圖2)。從圖中可以看出, 距離源地越遠(yuǎn), 阻力值越大, 反之越小。

圖2 a土地利用類型阻力面、b植被覆蓋度阻力面、c到居民點(diǎn)距離阻力面、d到主干道距離阻力面、e綜合阻力面和f最小累積阻力面

Figure 2 a.resistance surfaces of land use types , b.vegetation coverage resistance surface , c.residential distance resistance surface , d.main road distance resistance surface , e.synthesis resistance surface and f. MCR surface

3.3 生態(tài)廊道識別與生態(tài)安全格局構(gòu)建

生態(tài)廊道能夠提供源地之間的損失最小的生態(tài)通道, 由圖3可見, 從一個(gè)源地到另一個(gè)相鄰源地之間。至少有一條生態(tài)廊道與之相聯(lián)系, 為能量與物質(zhì)的流通提供關(guān)鍵通道。生態(tài)廊道雖然通常來講是對生態(tài)源地的一個(gè)保護(hù)通道, 但是實(shí)際操作中, 應(yīng)該是達(dá)到一定的寬度, 才能發(fā)揮其生態(tài)效應(yīng), 否則, 會帶來外界物種入侵、影響生態(tài)源地的負(fù)面影響。利用ArcGIS 10.1距離分析工具, 得出源地間的生態(tài)廊道, 并根據(jù)不同阻力等級的發(fā)展閾值, 分析將研究區(qū)的景觀生態(tài)阻力面分析圖進(jìn)行重分類, 劃分出四個(gè)不同安全水平的景觀生態(tài)區(qū)生態(tài)保護(hù)核心區(qū)、緩沖區(qū)、過渡區(qū)、限制區(qū)(如圖3), 并統(tǒng)計(jì)出不同功能區(qū)域土地利用類型的面積。

(1)生態(tài)保護(hù)核心區(qū)。面積為34390.76 km2, 占研究區(qū)總面積的47.68%。該區(qū)主要是林地和耕地, 其中林地占70.73%, 耕地占19.76% , 未利用地林地和耕地的比例較緩沖區(qū)林地和耕地比例都有所增大。該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的核心地帶, 對北部灣的水土調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)、涵養(yǎng)氣候等起重要作用。同時(shí), 經(jīng)源地?cái)M合度驗(yàn)證, 該區(qū)域自然保護(hù)區(qū)較多、應(yīng)該首先列為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域, 應(yīng)當(dāng)禁止開發(fā)。

(2)生態(tài)保護(hù)緩沖區(qū)。面積為11719.13 km2, 占研究區(qū)總面積的16.25%。其中林地占49.35%, 耕地占比有所下降, 占生態(tài)保護(hù)緩沖區(qū)的36.75%。該區(qū)域是生態(tài)源地恢復(fù)、擴(kuò)展的緩沖地帶, 又是核心區(qū)域天然生態(tài)屏障區(qū)域, 對維護(hù)源地的生態(tài)穩(wěn)定性、保證物種質(zhì)量具有重要作用。該區(qū)應(yīng)適當(dāng)合理開發(fā)、構(gòu)建生態(tài)屏障、保障物種與能量流通的安全性。

圖3 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)安全保護(hù)格局

Figure 3 Ecological security protection pattern of Beibu Gulf Economic Zone

(3)生態(tài)保護(hù)過渡區(qū)。面積為15731.95 km2, 占研究區(qū)總面積的21.81%。該區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)緩沖區(qū)和高強(qiáng)度人類活動(dòng)限制區(qū)的過渡地帶, 對人類的開發(fā)和干擾敏感度相對較低, 具有一定的抗干擾能力。該區(qū)域劃分為適度開發(fā)區(qū)域, 在不影響源地景觀穩(wěn)定性的情況下, 適度開發(fā)土地資源, 優(yōu)化土地資源配置。

(4)生態(tài)保護(hù)限制區(qū)。面積為9882.32 km2, 占研究區(qū)總面積的13.70%。其中建設(shè)用地占比較大, 占8.37%, 該區(qū)是人類活動(dòng)較強(qiáng)的的地區(qū), 對于生態(tài)源地的阻力較大, 對于人類干擾度和城市化建設(shè)的敏感性低, 不適合作為物種的棲息地, 適合優(yōu)先開發(fā)區(qū)域。但在土地利用與城鎮(zhèn)建設(shè)時(shí), 應(yīng)該合理布局, 營造人類宜居環(huán)境。

(5)根據(jù)圖3可知, 生態(tài)廊道為溝通了生態(tài)保護(hù)核心區(qū)之間的重要通道, 促進(jìn)了生物多樣性和物種遷移。生態(tài)廊道也是保護(hù)生態(tài)源地功能的天然屏障, 應(yīng)重視生態(tài)廊道的功能建設(shè)。同時(shí), 天然的河流也是生態(tài)源地的廊道, 但是要注意河流的安全性與周邊景觀的保護(hù), 為物種提供更多的生態(tài)廊道, 維持生物多樣性的安全。

4 結(jié)論與討論

北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)作為我國重要的一個(gè)對外開放的瀕海區(qū)域, 地理位置十分重要。城市擴(kuò)張的加快導(dǎo)致了人地矛盾問題的日益突出, 水體流失、土壤侵蝕、動(dòng)植物瀕臨滅絕等一系列的生態(tài)問題也隨之出現(xiàn)。因此，解決北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)日趨緊張的人地矛盾、創(chuàng)建新型城鎮(zhèn)化、綠色可持續(xù)發(fā)展問題至關(guān)重要。研究利用最小累積阻力面模型, 基于景觀安全格局理論與InVEST模型構(gòu)建評價(jià)體系, 對北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)用地安全進(jìn)行科學(xué)的分析與評價(jià)。主要結(jié)論: 1)識別源地總面積為3415.05 km2, 占研究區(qū)總面積的4.73%, 識別源地精度較高, 利用保護(hù)區(qū)生態(tài)用地驗(yàn)證源地?cái)M合度達(dá)82.35%。2)研究得出北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)安全核心區(qū)占研究區(qū)的47.68%, 緩沖區(qū)占16.25%, 過渡區(qū)占21.81%, 限制區(qū)占13.70%。3)生態(tài)源地的新識別與自然保護(hù)區(qū)驗(yàn)證方法可為后續(xù)深入研究生態(tài)安全格局構(gòu)建與識別上提供參考方法, 對北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)不同生態(tài)安全級別的區(qū)域的城鎮(zhèn)化建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供切實(shí)可行的定量化的指導(dǎo)。

本研究在生態(tài)源地識別上主要利用了斑塊質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、生境質(zhì)量、生態(tài)脆弱性等指標(biāo),沒有考慮氣象、地質(zhì)與經(jīng)濟(jì)情況, 需要進(jìn)一步考慮生態(tài)承載力、地質(zhì)氣象災(zāi)害等指標(biāo)。同時(shí)，在指標(biāo)創(chuàng)建的過程中, 阻力系數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指標(biāo)的確定主要是利用專家打分法、參考前人的研究經(jīng)驗(yàn)[27-29]。這種方法雖然在某種程度上可以得到較為科學(xué)、準(zhǔn)確的結(jié)果, 但主觀性較強(qiáng)。因此, 后面的研究中還學(xué)要綜合考慮更加科學(xué)的賦值模型與數(shù)學(xué)方法來完善指標(biāo)的創(chuàng)建。

[1] 肖篤寧, 陳文波, 郭福良. 論生態(tài)安全的基本概念和研究內(nèi)容[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2002, (03): 354–358.

[2] LI Yangfan, SUN Xiang, ZHU Xiaodong, et. An early warning method of landscape ecological security in rapid urbanizing coastal areas and its application in Xiamen, China[J]. Ecoical Modelling, 2010, 221(19).

[3] 俞孔堅(jiān), 王思思, 李迪華, 等. 北京市生態(tài)安全格局及城市增長預(yù)景[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(03): 1189–1204

[4] FORMAN R T. Land mosaics: the ecology of landscape and region[M]. London: Cambridge University Press. 1995: 35–38.

[5] 俞孔堅(jiān). 生物保護(hù)的景觀生態(tài)安全格局[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1999(01): 10–17.

[6] 彭建, 謝盼, 劉焱序, 等. 低丘緩坡建設(shè)開發(fā)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及發(fā)展權(quán)衡——以大理白族自治州為例[J]. 地理學(xué)報(bào), 2015, 70(11): 1747–1761.

[7] 蒙吉軍, 王雅, 王曉東, 等. 基于最小累積阻力模型的貴陽市景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2016, 25(07): 1052–1061.

[8] 王旭熙, 彭立, 蘇春江, 等. 基于景觀生態(tài)安全格局的低丘緩坡土地資源開發(fā)利用——以四川省瀘縣為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36(12): 3646–3654.

[9] 安翠娟, 侯華麗, 周璞, 等. 生態(tài)文明視角下資源環(huán)境承載力評價(jià)研究——以廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)為例[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì), 2015, 31(11): 144–148.

[10] 謝高地, 甄霖, 魯春霞, 等. 一個(gè)基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化方法[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2008, (05): 911– 919.

[11] 陳妍, 喬飛, 江磊. 基于InVEST模型的土地利用格局變化對區(qū)域尺度生境質(zhì)量的影響研究——以北京為例[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2016, 52(03): 553–562.

[12] HALL L S, KRAUSMAN P R, Morrison M L. The habitatconcept and a plea for standard terminology[J]. Wildlife Society Bulletin, 1997, 25(1): 173–182.

[13] 楊園園, 戴爾阜, 付華. 基于模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評估研究框架[J]. 首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2012, 33(03): 41–47.

[14] 吳健生, 張理卿, 彭建, 等. 深圳市景觀生態(tài)安全格局源地綜合識別[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(13): 4125–4133.

[15] 王雅, 蒙吉軍, 齊楊, 等. 基于模型的生態(tài)系統(tǒng)管理綜述[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2015, 34(12): 3526–3532.

[16] 劉志偉. 基于InVEST的濕地景觀格局變化生態(tài)響應(yīng)分析[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2014.

[17] NELSON E, MENDOZAa G, REGETZ J, et al. Modelingmultiple ecosystem services, biodiversity conser- vation, commodity production, and tradeoffs atlandscape scales[J]. Front Ecol Environ, 2009, 7(1): 4–11.

[18] 姚雄, 余坤勇, 劉健, 等. 南方水土流失嚴(yán)重區(qū)的生態(tài)脆弱性時(shí)空演變[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 27(03): 735–745.

[19] JOSE M G, ESTELA N R, Noemí L R et al. Erosion in Mediterraneanlandscapes: Changes and future challenges[J]. Geomorphology, 2013, (198): 20–36.

[20] 李永化, 范強(qiáng), 王雪, 等. 基于模型的自然災(zāi)害多發(fā)區(qū)生態(tài)脆弱性時(shí)空分異研究——以遼寧省朝陽縣為例[J]. 地理科學(xué), 2015, 35(11): 1452–1459.

[21] 吳健生, 張理卿, 彭建, 等. 深圳市景觀生態(tài)安全格局源地綜合識別[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(13): 4125–4133.

[22] 周銳, 王新軍, 蘇海龍, 等. 平頂山新區(qū)生態(tài)用地的識別與安全格局構(gòu)建[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(06): 2003–2012.

[23] 李暉, 易娜, 姚文璟, 等. 基于景觀安全格局的香格里拉縣生態(tài)用地規(guī)劃[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(20): 5928–5936.

[24] YU Kongjian. Security Patterns in Landscape Planning: With a Case InSouth China[D]. Cambridge: Harvard University, 1995.

[25] ESRI. Cell-based Modeling with GRID[M]. RedLands: ESRI, 1991.

[26] KNAAPEN J P, SCHEFFER M, Harms B. Estimating habitat isolation in landscape planning[J]. Landscape and Urban Planning, 1992, 23(1): 1–16.

[27] 李靜, 朱永明, 張慧, 等. 北戴河新區(qū)景觀生態(tài)安全格局源地動(dòng)態(tài)識別[J]. 水土保持研究, 2016, 23(06): 340–344.

[28] 王釗, 楊山, 王玉娟, 等. 基于最小阻力模型的城市空間擴(kuò)展冷熱點(diǎn)格局分析——以蘇錫常地區(qū)為例[J]. 經(jīng)濟(jì)地理, 2016, 36(03): 57–64.

[29] 邵新娟, 張永福, 陳文倩, 等. 基于最小累計(jì)阻力的農(nóng)村居民點(diǎn)整治優(yōu)化研究[J]. 水土保持研究, 2016, 23(03): 309–313.

Construction and evaluation of ecological security pattern in Beibu Gulf Economic Zone based on GIS

ZHANG Lifang1,2, RAN Danyang1,2, ZHANG Xin1,2, LI Weijian1,2, YANG Cunjian1,2,*, NI Jing1,2

1.The Institute of Geography and Resources Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610068, China 2.Key Laboratory of land resources evaluation and monitoring in Southwest, Chengdu 610068, China

In Beibu Gulf Economic Area, the karst landform is extensive, the ecological environment is fragile, and the construction of the ecological security pattern is favorable for protecting the ecological environment and promoting the harmonious development of human and nature. Based on the theory of ecological security pattern, by means of the software operating platform such as ArcGIS 10.1, Investment 2.2, and Fragstats 4.2, the ecological origin of the ecological source is identified, and the identification accuracy of the ecological source is verified by comparing the boundary data of the natural reserve. The land use type, the vegetation coverage and the distance to the residential area are adopted. The minimum cumulative resistance surface is constructed by the factors such as the distance between the main road and the main road, and the safety pattern of the ecological land in the Beibu Gulf is divided. The results show that the ecological safety area of the Beibu Gulf Economic Area is 3415.04 km2, the fitting degree of the natural reserve is 82.35%, the ecological protection core area is 34390.76 km2, the buffer area is 11719.13 km2, the transition area is 15731.95 km2, and the limit area is 9882.32 km2. The corresponding land use suggestions are proposed for different ecological functional areas. The study can provide a reliable basis for urbanization construction and ecological environment protection in different ecological security level regions of Beibu Gulf Economic Area.

GIS; InVEST model; MCR model; ecological security patterns; Beibu Gulf Economic Zone

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.027

X826; P901

A

1008-8873(2019)04-202-07

2018-07-19;

2018-08-08

國家973項(xiàng)目(2015CB452706); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40771144)

張麗芳(1993—), 女, 山東菏澤人.碩士研究生, 主要從事土地資源評價(jià)、景觀生態(tài)方面的研究, E-mail:zhanglf_edu@163.com

楊存建, 男, 博士, 教授, 主要從事遙感和地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究, E-mail:yangcj2008@126.com

張麗芳, 冉丹陽, 張鑫, 等. 基于GIS的北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建與評價(jià)[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(4): 202-208.

ZHANG Lifang, RAN Danyang, ZHANG Xin, et al. Construction and evaluation of ecological security pattern in Beibu Gulf Economic Zone based on GIS[J]. Ecological Science, 2019, 38(4): 202-208.