膠東半島生態(tài)安全格局識別與優(yōu)化布局

康潔銘,劉 雨,朱曉偉,金昌東,孫 碩,張寶雷①

(1.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東 濟南 250358；2.山東省土地儲備中心，山東 濟南 250014)

國土生態(tài)安全是民族生存和國家持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是和諧社會的根本保障[1]。十八大報告中提出著力構(gòu)建我國國土空間三大戰(zhàn)略格局，而生態(tài)安全格局就是三大戰(zhàn)略格局之一。國土空間開發(fā)格局的構(gòu)建與優(yōu)化首次提升到國家戰(zhàn)略高度，其意義不言而喻[2]。然而，基于生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容與土地利用總體規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃的成果之間存在嚴(yán)重脫節(jié)，生態(tài)安全格局與生態(tài)空間優(yōu)化之間銜接不足，導(dǎo)致生態(tài)安全格局構(gòu)建未對空間優(yōu)化和管理起到指導(dǎo)作用[3]。因此，設(shè)計和優(yōu)化生態(tài)空間、生活空間、生產(chǎn)空間復(fù)雜耦合系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和功能定位，形成結(jié)構(gòu)完整、功能完備、分布連續(xù)的生態(tài)空間布局形態(tài)，是新一輪國土空間規(guī)劃的基礎(chǔ)和前提[4-5]，對踐行生態(tài)保護、推進生態(tài)文明建設(shè)和保障國土空間永續(xù)發(fā)展意義重大[6-7]。

從20世紀(jì)末開始，國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)安全格局開展了廣泛的研究，包括理論探索、指標(biāo)制定、方法實現(xiàn)等，取得了一系列重要成果[8-10]，其應(yīng)用范圍包括物種保護[11]、土地管理[12]、城市規(guī)劃[13]和物種棲息地保護[14]等。目前，識別源地-構(gòu)建阻力面-提取廊道的研究框架已成為構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的標(biāo)準(zhǔn)范式[15]。生態(tài)源地是擔(dān)負區(qū)域主要輻射功能的大型生態(tài)斑塊，對實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能作用重大。生態(tài)源地的確定是構(gòu)建生態(tài)安全格局的基礎(chǔ)。然而，目前多數(shù)研究主要選取大型生境斑塊、自然保護區(qū)和風(fēng)景區(qū)[16-17]，忽視了區(qū)域及生態(tài)源地本身的生態(tài)環(huán)境狀況[18]，對生態(tài)安全格局的構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)性不足，也有學(xué)者通過生態(tài)脆弱區(qū)[19]、適應(yīng)性評價[20]、生態(tài)紅線[21]等角度識別源地。生態(tài)源阻力面的構(gòu)建是生態(tài)廊道準(zhǔn)確提取的前提，阻力面則用來反映物種遷移或生態(tài)過程的空間遷移困難程度[22]。已有研究大多基于土地利用類型、坡度、高程等與生態(tài)因素相關(guān)的阻力系數(shù)[23]，再根據(jù)專家的經(jīng)驗進行賦值，但是此方法主觀性較強，忽略了相同地表覆蓋類型下的內(nèi)部差異，也未考慮人類活動強度對生態(tài)阻力系數(shù)的影響[24]。生態(tài)廊道一般以線狀景觀要素存在于生態(tài)系統(tǒng)中，具有生態(tài)、文化、社會等多種功能[25]，是保障生態(tài)源地核心斑塊之間物質(zhì)流、能量流等順暢流動的關(guān)鍵載體。因此，識別區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有組團廊道并予以重點保護，合理增設(shè)景觀廊道以實現(xiàn)廊道組團網(wǎng)絡(luò)化，對實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性具有重要意義。廊道的提取方法中最早的是KNAAPEN等[26]提出的基于GIS的建模方法，此方法較為繁瑣。俞孔堅[27]根據(jù)最小累積阻力模型(minimum cumulative resistance，MCR)改進了提取廊道的方法。最小累積阻力模型可以模擬物種在空間的移動趨勢與景觀格局變化之間的動態(tài)關(guān)系，在廊道識別和生態(tài)安全格局的構(gòu)建中得到了廣泛應(yīng)用。

膠東半島三面環(huán)海，交通發(fā)達、設(shè)施完善、區(qū)位優(yōu)勢顯著，是環(huán)渤海經(jīng)濟圈的重要組成，擁有全省主要優(yōu)勢資源和先進生產(chǎn)力，是全省發(fā)展水平最高、潛力最大、活力最強的區(qū)域[28]。然而，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化與工業(yè)化進程不斷加快，膠東半島區(qū)域生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾日益突顯。在城市開發(fā)建設(shè)過程中大量生態(tài)空間被開發(fā)利用，城市綠色空間減少，經(jīng)濟利益驅(qū)使下又出現(xiàn)大規(guī)模的填海造地，濱海濕地不斷萎縮，導(dǎo)致部分原始生態(tài)功能喪失、生態(tài)環(huán)境承載力下降，直接影響區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。2019年10月12日山東省委下發(fā)《關(guān)于加快膠東半島經(jīng)濟圈一體化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，意見中提到要全面推進膠東半島一體化發(fā)展，建立健全分工協(xié)作利益共享機制，充分發(fā)揮各市比較優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、錯位協(xié)同、合作共贏，努力建設(shè)世界知名半島城市群。在此背景下，該研究以構(gòu)建生態(tài)安全格局為基礎(chǔ)，對格局組分要素優(yōu)化與重組，制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，著重優(yōu)化區(qū)域國土空間，保護核心生態(tài)用地，為推進膠東區(qū)域一體化協(xié)調(diào)發(fā)展提供技術(shù)思路。

1 研究區(qū)概況

膠東半島(35°35′～38°23′ N，119°30′～122°42′ E)是膠萊河以東地區(qū)的簡稱，地處山東省東部沿海地區(qū)，瀕臨渤海、黃海。膠東半島是山東省的經(jīng)濟核心地區(qū)，是帶動全省發(fā)展的龍頭區(qū)域，轄青島、煙臺、威海3市，共26個區(qū)(縣)，土地總面積為30 645.95 km2。膠東半島的地形多為起伏平緩的丘陵地帶，形成了以山地、丘陵為骨架，平原盆地交錯環(huán)列其間的地貌大勢，有嶗山、昆崳山、牙山等少數(shù)中低山突出于群丘之上，構(gòu)成膠東半島的中脊。膠東半島三面環(huán)海，受海洋性氣候的影響，與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比有溫度適中、雨量充沛、空氣濕潤等特點，屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，年均氣溫為11～14 ℃，年均降水量為650～850 mm。膠東半島屬溫帶落葉闊葉林生態(tài)區(qū)，該區(qū)兼有涵養(yǎng)水源、保持水土、保護生物多樣性和糧食生產(chǎn)等多種生態(tài)功能，其主要生態(tài)環(huán)境問題是經(jīng)濟開發(fā)活動強度大，工農(nóng)業(yè)爭水矛盾較大，局部地區(qū)水土流失嚴(yán)重，近海區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能有退化趨勢。因膠東半島區(qū)域內(nèi)包含若干海上島嶼，如長島、劉公島、雞鳴島等，海上島嶼人類活動強度小，生境良好，故該研究中生態(tài)安全格局的構(gòu)建與優(yōu)化僅考慮膠東半島陸域范圍。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、凈初級生產(chǎn)力(NPP)、數(shù)字高程模型(DEM)、歸一化差分植被指數(shù)(NDVI)、土壤數(shù)據(jù)、夜間燈光數(shù)據(jù)(VIIRS/DNB)、氣象數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)來源、精度及用途見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源、精度及用途

2.2 總體思路

基于識別源地-構(gòu)建阻力面-提取廊道的框架確定技術(shù)路線(圖1)。

圖1 技術(shù)路線

首先，根據(jù)綜合評價確定初步生態(tài)源地，將自然保護區(qū)數(shù)據(jù)與初步生態(tài)源地空間疊加，驗證所評價源地合理性后進一步整合至生態(tài)源地；其次，利用夜間燈光數(shù)據(jù)模擬人類活動強度，校正基于不同地類賦值得到的生態(tài)阻力面；最后，應(yīng)用最小累積阻力模型識別生態(tài)廊道、生態(tài)源地緩沖區(qū)，完成生態(tài)安全格局的構(gòu)建后分析其空間布局并提出具體優(yōu)化方案。

2.2.1識別生態(tài)源地

“源”是指物種維持或擴散的原點，具有向自身集聚或向周圍擴散的能力。生態(tài)源地一般由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較重要、生態(tài)環(huán)境較敏感的大型自然斑塊構(gòu)成，對維護區(qū)域生態(tài)安全意義重大。結(jié)合研究區(qū)主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與自然地理現(xiàn)狀，選取相關(guān)因子進行生態(tài)重要性評價，確定初步生態(tài)源地。

膠東半島三面環(huán)海，受海洋性氣候的調(diào)節(jié)作用，有著不完全同于內(nèi)陸的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境?？諝鉂駶?、雨量充沛、溫度適中等特點使這里自然條件優(yōu)越，境內(nèi)有嶗山、昆崳山、羅山等多個國家級森林公園。這些區(qū)域植被覆蓋率極高，有涵養(yǎng)水分、保持水土、防風(fēng)固沙等眾多生態(tài)功能。同時這些區(qū)域內(nèi)生境質(zhì)量優(yōu)越，各類野生動植物資源極為豐富，生物多樣性高。因此選取水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性保護作為生態(tài)服務(wù)功能重要性評價因子，均通過植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)定量指標(biāo)法完成評估，各項因子詳細提取方法或計算方法見文獻[29]，此方法以NPP數(shù)據(jù)為主，相關(guān)評價參數(shù)易獲取且易操作。公式中各項參數(shù)原始數(shù)據(jù)分辨率有30、250和1 000 m，將各因子數(shù)據(jù)統(tǒng)一重采樣至250 m分辨率，歸一化處理后進行計算。生態(tài)服務(wù)功能重要性評價公式為

Rw=Pm×Fs×Fp×(1-Fl)。

(1)

式(1)中，Rw為水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)；Pm為植被凈初級生產(chǎn)力年均值因子；Fs為土壤滲流因子；Fp為年均降水量因子；Fl為坡度因子。

Sp=Pm×(1-K)×(1-Fl)。

(2)

式(2)中，Sp為水土保持服務(wù)能力指數(shù)；K為土壤可蝕性因子。

Sb=Pm×Fp×Ft×(1-Fa)。

(3)

式(3)中，Sb為生物多樣性維護服務(wù)能力指數(shù)；Ft為年均氣溫因子；Fa為海拔因子。

Sw=Pm×K×Fq×D。

(4)

式(4)中，Sw為防風(fēng)固沙服務(wù)能力指數(shù)；Fq為年均氣候侵蝕力因子；D為地表粗糙度因子。

膠東半島區(qū)域地形以低山丘陵為主，區(qū)內(nèi)常有強降雨與大風(fēng)天氣，易引發(fā)水土流失，沿海地區(qū)有土地沙化趨勢。因此選取水土流失、土地沙化作為生態(tài)環(huán)境敏感性評價因子，其中土地沙化敏感性結(jié)合已有研究選取干燥度指數(shù)、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤質(zhì)地、植被覆蓋度4類指標(biāo)進行評估[30]，水土流失敏感性評價基于修正的通用水土流失方程基本原理進行評估[21]，生態(tài)環(huán)境敏感性評價公式為

(5)

式(5)中，D為土地沙化敏感性指數(shù)；I為評估區(qū)域干燥度因子；W為起沙風(fēng)天數(shù)因子；C為地表植被覆蓋因子。

(6)

式(6)中，SS為水土流失敏感性指數(shù)；R為降雨侵蝕力因子；LS為坡長坡度因子。

將上述4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性因子評價結(jié)果使用ArcGIS 10.5軟件中的Raster Calculator工具等權(quán)疊加計算，得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值。將屬性表中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值按降序排列后進行累加計算，累加值占總值的前50%與80%作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價分級的斷點，使用ArcGIS 10.5軟件中的Reclassify工具分成極重要、重要、一般重要3個等級；參照《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》的分級標(biāo)準(zhǔn)，使用自然斷點法將土地沙化、水土流失敏感性評價的疊加結(jié)果劃分為極敏感、敏感、一般敏感3個等級。提取研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)域和生態(tài)環(huán)境極敏感區(qū)域后轉(zhuǎn)矢量圖層，通過剔除細碎圖斑、非生態(tài)用地等操作得到初步的生態(tài)源地。

自然保護區(qū)被視為生態(tài)系統(tǒng)的天然環(huán)境本底，在涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、提供動物棲息地、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡等方面作用重大。若僅考慮將研究區(qū)范圍內(nèi)的自然保護區(qū)納入生態(tài)源地范圍，會忽視區(qū)域內(nèi)其他生態(tài)系服務(wù)功能價值高的區(qū)域，因此將生態(tài)重要性評價結(jié)果與自然保護區(qū)數(shù)據(jù)疊加，一方面是取兩者交集來驗證評價所得初步生態(tài)源地的準(zhǔn)確度，另一方面是取兩者并集作為生態(tài)源地，保證后續(xù)系列研究結(jié)果的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性。

2.2.2生態(tài)阻力面

參考膠東半島的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和已有研究對土地利用類型賦予的阻力值[25,31]，將土地類型合并為林地、草地、園地、耕地、水域、交通用地、建設(shè)用地、其他土地8種類型，分別賦予1、10、20、30、50、500、800、300的阻力值。生態(tài)阻力面的設(shè)置是否科學(xué)會影響后續(xù)一系列評價結(jié)果，僅對土地利用類型進行生態(tài)阻力的賦值會忽視相同地表類型下生態(tài)阻力的差異，未能考慮人類活動強度的影響。有研究表明，夜間燈光數(shù)據(jù)能在一定程度上反映人口密度、經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、城市化水平等人類活動因素[24]，因此，使用VIIRS/DNB夜間燈光數(shù)據(jù)模擬人類活動強度對生態(tài)阻力面進行校正。

(7)

式(7)中，Zx為柵格x由夜間燈光系數(shù)校正后的阻力值；Gx為柵格x的夜間燈光指數(shù)；Ga為x所屬景觀類型a的平均燈光指數(shù)；Z為柵格x初始生態(tài)阻力值。

2.2.3生態(tài)廊道與生態(tài)緩沖區(qū)

生態(tài)廊道具有多種生態(tài)功能，如物質(zhì)交換、能量流動、動物遷徙、生物多樣性保護等[32]。最小累積阻力模型可以測算物種從源至目標(biāo)單元的累積距離以及每個要素流在逐漸向外擴張過程中需要的最小阻力值，根據(jù)阻力值的大小可判斷目標(biāo)單元與生態(tài)源地間景觀的連通性與可達性[33]。根據(jù)該模型提取生態(tài)廊道，計算公式為

(8)

式(8)中，R為最小累積阻力值；Dij為源j至目標(biāo)單元i的距離；Ri為目標(biāo)單元i對源j的阻力；f為生態(tài)過程中的一個正相關(guān)系數(shù)。

基于MCR模型，生態(tài)源地以生態(tài)阻力面為成本柵格逐步擴張得到最小累積阻力面，通過分析最小阻力面的阻力值與柵格面積變化曲線，利用ArcGIS 10.5進行重分類后采用Natural Break(Jenks)斷點法基于閾值限定將生態(tài)源地以外的區(qū)域劃分為高、中、低3種不同安全級別，分別對應(yīng)生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)過渡區(qū)與開發(fā)建設(shè)區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 膠東半島陸域生態(tài)安全格局

3.1.1生態(tài)源地識別與驗證

生態(tài)重要性的評估結(jié)果見圖2和表2。其中生態(tài)服務(wù)功能極重要區(qū)面積為7 036.38 km2，生態(tài)環(huán)境極敏感區(qū)面積為2 310.25 km2，分別占研究區(qū)面積的23.06%和7.57%。提取極重要極敏感區(qū)，得到初步確定的生態(tài)源地區(qū)域。

圖2 生態(tài)重要性與生態(tài)源地評價結(jié)果

將評價得到的初步生態(tài)源地與自然保護區(qū)數(shù)據(jù)進一步整合后，通過邊界處理、現(xiàn)狀和規(guī)劃銜接等操作，得到最終確定的膠東半島生態(tài)源地，總面積為3 296.85 km2，占膠東半島陸域面積的10.71%。從空間分布看，膠東半島陸域生態(tài)源地東西方向上在煙臺威海腹地范圍內(nèi)分布較集中，根據(jù)這些生態(tài)源地主要為大型水庫、山脈和自然保護區(qū)等，為區(qū)域內(nèi)的人口和整個生態(tài)系統(tǒng)提供了重要的生命保障，在維持區(qū)域生態(tài)功能穩(wěn)定、促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用，必須嚴(yán)禁任何開發(fā)建設(shè)等活動。分析生態(tài)源地內(nèi)各地類組成，林地占生態(tài)源地總面積比重最大，為68.47%，其次為水域與濕地、耕地、園地、草地，面積占比分別為8.52%、7.98%、6.80%和4.90%，建設(shè)用地占比為2.21%，有少數(shù)開發(fā)建設(shè)活動已延伸至源地范圍內(nèi)，需嚴(yán)格管控；此外，交通用地、其他用地面積占比均不足1%(表3)。

3.1.2生態(tài)緩沖區(qū)

基于MCR模型，生態(tài)源地以生態(tài)阻力面為成本柵格逐步擴張得到最小累積阻力面〔圖4(a)〕。膠東半島的中偏下部平度市、萊西市、即墨區(qū)一帶最小累積阻力值最高。煙臺南部沿海與青島主城區(qū)累積阻力值也較高，這些區(qū)域地勢相對平緩，人類活動強度大，建設(shè)開發(fā)利用率高，所以最小累積阻力值也在這些區(qū)域達到峰值。煙威腹地龍口、棲霞、牟平、文登一帶溝壑縱橫，山地、大型水庫與自然保護區(qū)互相環(huán)繞，人類活動難以延伸至此，對自然生態(tài)影響較弱，生態(tài)源地的擴張阻力也較低。

表2 生態(tài)重要性評價結(jié)果

基于最小累積阻力面，利用ArcGIS 10.5軟件進行重分類后采用Natural Break(Jenks)斷點法根據(jù)突變點將阻力面劃分為3個不同安全級別〔圖4(b)〕。其中，圍繞生態(tài)源地的低阻力緩沖地帶定義為生態(tài)緩沖區(qū)，面積9 917.52 km2，占比32.21%。生態(tài)緩沖區(qū)是圍繞生態(tài)源地范圍容易被物種擴散利用的生態(tài)空間，也是生態(tài)源地的安全屏障，可保護內(nèi)部自然生態(tài)過程，應(yīng)禁止開發(fā)建設(shè)。生態(tài)安全緩沖區(qū)以外由于人類活動干擾等因素的影響，累積阻力值較高，已不適合生態(tài)源地的發(fā)展與擴散，定義為生態(tài)過渡區(qū)，面積為9 303.98 km2，占比30.22%。作為生態(tài)源地保護與城市建設(shè)開發(fā)之間的過渡地帶，生態(tài)過渡區(qū)可用于建設(shè)城郊生態(tài)園、果蔬種植等不干擾生態(tài)環(huán)境的開發(fā)活動。剩余區(qū)域定義為開發(fā)建設(shè)區(qū)，面積為8 268.20 km2，占比為26.86%，可作為城市的開發(fā)建設(shè)備選區(qū)域。

1—嶗山自然保護區(qū)；2—煙臺沿海防護林自然保護區(qū)；3—牙山自然保護區(qū)；4—昆崳山保護區(qū)；5—之萊山自然保護區(qū)；6—艾山自然保護區(qū)；7—大澤山自然保護區(qū)；8—羅山自然保護區(qū)；9—大基山自然保護區(qū)；10—招虎山自然保護區(qū)；11—銀湖濕地自然保護區(qū)；12—老寨山自然保護區(qū)；13—大飄山自然保護區(qū)；14—圍子山自然保護區(qū)；15—五龍河濕地自然保護區(qū)；16—山自然保護區(qū)；17—黃水河濕地自然保護區(qū)；18—艾山地質(zhì)遺跡自然保護區(qū)；19—馬山自然保護區(qū)；20—榮成大天鵝自然保護區(qū)。

表3 生態(tài)源地內(nèi)各地類占比

3.1.3生態(tài)廊道

根據(jù)最終確定膠東半島陸域生態(tài)源地的位置分布特征把膠東半島陸域生態(tài)源地整合為14個生態(tài)斑塊，以每個斑塊的質(zhì)心點作為生態(tài)結(jié)點?；谧钚±鄯e阻力模型，以每個結(jié)點為匯，以相鄰生態(tài)結(jié)點為源，通過ArcGIS 10.5軟件的成本路徑工具計算最小耗費路徑(Best-Single)。觀察發(fā)現(xiàn)得到的藍色廊道未連成完整生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，而是分成4個組團，將其定義為組團廊道[34]，這些藍色組團廊道的功能主要是實現(xiàn)組團內(nèi)部生態(tài)源地斑塊間的連通性和生態(tài)系統(tǒng)的完整性(圖5)。

為使膠東半島陸域范圍內(nèi)所有生態(tài)源地斑塊間互相連接，需要計算4個組團之間的最小耗費路徑。

以組團廊道兩端的生態(tài)結(jié)點為起點，將相鄰生態(tài)組團作為目的地求最小耗費路徑，得到3條紅色廊道，它們的作用在于實現(xiàn)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)化，稱為景觀廊道。

經(jīng)統(tǒng)計，膠東半島陸域范圍共有13條生態(tài)廊道，總長度約為624.5 km，其中10條組團廊道總長度為452.4 km，3條景觀廊道總長度約為172.1 km。組團廊道是組團內(nèi)部連通生態(tài)結(jié)點間的最小阻力路徑，一般受人類活動的干擾較小；景觀廊道是基于MCR模型再次識別的組團之間的最小耗費路徑廊道，其目的是使生態(tài)廊道之間互相連接，實現(xiàn)廊道組團網(wǎng)絡(luò)化。景觀廊道可能會從組團廊道之間的城鎮(zhèn)穿過，因此受人類活動的干擾較大，面臨的生態(tài)壓力也更大。重點建設(shè)景觀廊道對實現(xiàn)廊道組團網(wǎng)絡(luò)化進而發(fā)揮區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能至關(guān)重要。

3.2 生態(tài)安全格局優(yōu)化方案

3.2.1核心生態(tài)用地管控

隨著城市化進程不斷加快，城市建設(shè)用地的無序擴張給生態(tài)環(huán)境保護帶來了巨大壓力。城市開發(fā)過程中大量生態(tài)土地性質(zhì)發(fā)生變化，重要敏感型生態(tài)斑塊日趨破碎化、島嶼化，區(qū)域生態(tài)安全難以得到保障。在分析生態(tài)源地區(qū)域內(nèi)地類組成時發(fā)現(xiàn)有少數(shù)建設(shè)用地已延伸至生態(tài)源地范圍內(nèi)，生態(tài)源地對維系區(qū)域生態(tài)功能穩(wěn)固意義重大，應(yīng)嚴(yán)禁各類開發(fā)建設(shè)活動?；谘芯繀^(qū)土地利用現(xiàn)狀，提取城市建設(shè)用地與生態(tài)源地、生態(tài)緩沖區(qū)(以下稱生態(tài)用地)疊加分析，識別生態(tài)用地與城市擴張的沖突區(qū)域(圖6)，經(jīng)統(tǒng)計沖突區(qū)域為990.38 km2，占生態(tài)用地的7.49%，說明當(dāng)前城市的無序擴張已對生態(tài)環(huán)境造成了一定的干擾。受到城市擴張干擾較大的地區(qū)主要有青島市嶗山區(qū)的嶗山自然保護區(qū)(25.7 km2)、黃島區(qū)的珠山風(fēng)景區(qū)與小珠山水庫(59.12 km2)、膠州市與即墨區(qū)接壤的大沽河(69.07 km2)；煙臺市的萊州市大澤山風(fēng)景名勝區(qū)(54.57 km2)、龍口市大飄山自然保護區(qū)(47.24 km2)；威海市的環(huán)翠區(qū)崮山水庫、仙姑頂風(fēng)景區(qū)(69.71 km2)等，這些沖突區(qū)域有的屬歷史遺留問題，需現(xiàn)場勘察和進一步科學(xué)評估，避免“一刀切”，對于不屬歷史遺留問題的違法建設(shè)應(yīng)全面拆除，優(yōu)先在這些已受損生態(tài)區(qū)域開展生態(tài)修復(fù)工作。周圍應(yīng)建設(shè)防護林隔離帶，降低外界土地覆被變化對核心生態(tài)用地產(chǎn)生的干擾。

3.2.2構(gòu)建“一廊、一帶、四區(qū)、四組團”格局，優(yōu)化生態(tài)空間結(jié)構(gòu)布局

根據(jù)膠東半島區(qū)域自然地理特征、土地利用現(xiàn)狀、生態(tài)基質(zhì)要素，對區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全格局各組分要素進行優(yōu)化重組，依托自然水系、丘陵、山地，構(gòu)建整體以“一廊、一帶、四區(qū)、四組團”(表4)為核心的布局體系，內(nèi)部以生態(tài)廊道組團網(wǎng)絡(luò)化作為重點優(yōu)化方向，實現(xiàn)膠東半島區(qū)域全方位、復(fù)合型、網(wǎng)絡(luò)化的生態(tài)空間結(jié)構(gòu)模式，如圖7所示。

(1)“一廊一帶”天然山水格局

以大沽河、膠萊河為南北主軸打造天然生態(tài)水廊，連通以落藥河、豬拱河、小沽河、界河、黃水河等為軸線的自然水系。作為膠東半島的重要飲用水水源地，需合理把控生態(tài)水廊沿線開發(fā)強度，建設(shè)周邊防護林綠化帶。同時，大沽河作為汛期洪水下泄的重要通道，河槽易占滿，使得下游排水困難，引發(fā)內(nèi)澇等災(zāi)害，可適當(dāng)增設(shè)下游支流，引水入渠，灌溉農(nóng)田。以昆崳山、之萊山為東西主軸線打造天然生態(tài)綠帶，連通以圍子山、艾山、牙山、大飄山等為軸線的自然常綠山林。自然生態(tài)綠帶橫跨煙臺、威海城市腹地，可有效緩解城市熱島效應(yīng)。其作為“天然氧吧”的同時具有多種生態(tài)效益，需加強對其沿線山體的保護。

(2)“四區(qū)四組團”協(xié)同共生

在分析半島內(nèi)生態(tài)廊道分布與組成時得到4組廊道，同時建議新增3條人工景觀廊道以實現(xiàn)組團廊道間互相連接，保證景觀網(wǎng)絡(luò)的整體連通性。基于廊道組團區(qū)的自然生態(tài)基質(zhì)，以生態(tài)廊道組團區(qū)為基本區(qū)劃單元，將膠東半島區(qū)域劃分為4個生態(tài)主體功能分區(qū)。人工景觀廊道可使4個生態(tài)功能區(qū)協(xié)同共生，構(gòu)筑“四區(qū)、四組團”的新生態(tài)格局。其中膠東半島的東部地區(qū)的土地類型主要以耕地為主，生態(tài)源地較少，宜發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，為區(qū)域提供基本糧食保障的同時可提升經(jīng)濟效益；西部地區(qū)以產(chǎn)芝水庫、大沽河飲用水水源保護區(qū)等眾多水源地為核心，為研究區(qū)域提供水源涵養(yǎng)、水資源供給等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)重點保護好其水源不受污染；南部地區(qū)以青島市為核心，依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)集群，打造城市內(nèi)部發(fā)展組團，并依靠大城市的輻射作用拓寬城市化發(fā)展水平，帶動萊西市、萊陽市等地的發(fā)展；中部地區(qū)地形以山地丘陵為主，溝壑縱橫交錯，大量生態(tài)源地集中于此，擁有豐富的林地生態(tài)資源，為大量野生動植物提供棲息地，在維持生物多樣性、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候等方面作用重大，需進行重點保護。

圖4 最小累積阻力面與不同生態(tài)安全級別劃分

圖5 生態(tài)廊道

圖6 生態(tài)用地與城市擴張沖突

表4 “一廊、一帶、四區(qū)、四組團”內(nèi)涵解析

4 討論

在以往相關(guān)研究中，圍繞生態(tài)安全格局的思考多是基于土地利用現(xiàn)狀建立相關(guān)評價體系,進行重要生態(tài)斑塊識別后應(yīng)用MCR模型識別廊道、生態(tài)緩沖區(qū)等，構(gòu)建的結(jié)果僅存在生態(tài)優(yōu)先保護空間，缺少對區(qū)域生態(tài)空間格局結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體落實，研究區(qū)多局限在市域或縣域等小范圍內(nèi)，缺少區(qū)域、城市間協(xié)作產(chǎn)生的耦合效應(yīng)研究，從更大范圍統(tǒng)籌考慮自然資源共享、生態(tài)共建，以實現(xiàn)自然資源的合理配置，建立區(qū)域生態(tài)平衡[35-36]。該研究在全力推進膠東半島一體化發(fā)展、打造世界知名半島城市群的背景下，基于區(qū)域生態(tài)安全格局分析，為膠東半島定制“一廊、一帶、四區(qū)、四組團”的生態(tài)藍圖。根據(jù)研究結(jié)果，對膠東半島提出以下幾點建議：一是核心生態(tài)用地的管控。目前已知生態(tài)用地與建設(shè)用地沖突區(qū)域面積為990.38 km2，出現(xiàn)這種問題的根源在于長期以來保護區(qū)界限不明，應(yīng)盡快建立和完善相關(guān)生態(tài)補償機制，強化自然保護區(qū)的管理體制與運行機制的頂層設(shè)計，使各級政府、部門之間職責(zé)明確，形成有效的運作體系，促進生態(tài)保護與土地開發(fā)的良性發(fā)展；二是加強對生態(tài)廊道沿線周邊的綠化建設(shè)工作，使廊道成為生態(tài)源地核心斑塊之間物質(zhì)交換、能量流動、物種遷徙等的關(guān)鍵載體，這對促成景觀網(wǎng)絡(luò)化有重要作用；三是“一廊一帶”的建設(shè)工作因橫跨范圍大，各市域間應(yīng)做好相互協(xié)調(diào)與合作。“一廊一帶”可充分發(fā)揮膠東半島的自然條件優(yōu)勢，保持其自然山水生態(tài)格局與城市形態(tài)平衡，提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載能力，促進城市群健康持續(xù)發(fā)展，從而在膠東半島區(qū)域形成生態(tài)創(chuàng)新、緊湊高效、互利共贏、高度一體化的模范城市群。

圖7 膠東半島陸域生態(tài)安全格局優(yōu)化方案

該研究可為膠東半島相關(guān)政府部門在產(chǎn)業(yè)布局、生態(tài)保護與城市建設(shè)規(guī)劃中提供堅實的理論依據(jù)與決策支持。然而，研究也存在一定的局限性：針對筆者提出重點建設(shè)的3條人工景觀廊道，由于廊道本身的結(jié)構(gòu)與承載功能都較為復(fù)雜,很難確定廊道的最適宜寬度，廊道生態(tài)功能的發(fā)揮與其寬度密切相關(guān)，如果廊道寬度設(shè)置不合適，不但不能保護區(qū)域內(nèi)生態(tài)要素流，可能會有其他物種入侵造成生境被破壞等后果。生態(tài)廊道對生物多樣性保護有重要意義，生態(tài)格局也往往會因廊道寬度的設(shè)置不同而變化，研究中考慮到膠東半島生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，未深入研究廊道的具體寬度，如何確定生態(tài)廊道的最適宜寬度，是接下來生態(tài)安全格局的構(gòu)建與優(yōu)化布局中需要重點研究的方向。

5 結(jié)論

膠東半島陸域生態(tài)源地為3 296.85 km2，占研究區(qū)總面積的10.78%，共整合為14個生態(tài)斑塊；除生態(tài)源地外生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)過渡區(qū)和開發(fā)建設(shè)區(qū)分別占比32.21%、30.22%和26.86%；識別生態(tài)廊道共13條，總長度為624.5 km；城鎮(zhèn)建設(shè)用地與生態(tài)用地之間存在沖突區(qū)域，面積為990.38 km2，占生態(tài)用地總面積的7.49%。

依據(jù)互利共生、協(xié)同進化等理論，對生態(tài)安全格局組分要素進行優(yōu)化與重組，將膠東區(qū)域劃分4個生態(tài)功能區(qū)，又設(shè)3條人工廊道，使各生態(tài)功能區(qū)緊密聯(lián)系。同時將研究區(qū)南北方向與東西方向上的延伸的自然生態(tài)水廊與天然生態(tài)綠帶一并納入格局體系中進行重點建設(shè)與保護，構(gòu)建以“一廊、一帶、四區(qū)、四組團”為核心的整體布局結(jié)構(gòu)，內(nèi)部以生態(tài)廊道組團網(wǎng)絡(luò)化作為重點優(yōu)化方向，實現(xiàn)膠東半島區(qū)域全方位、復(fù)合型、網(wǎng)絡(luò)化的生態(tài)空間結(jié)構(gòu)模式。