基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流域生態(tài)安全格局構(gòu)建
——以遼寧省遼河流域?yàn)槔?/h1>

2020-11-12 07:29:36毛誠(chéng)瑞代力民周旺明于大炮趙福強(qiáng)

生態(tài)學(xué)報(bào)訂閱 2020年18期 收藏

關(guān)鍵詞：區(qū)域生態(tài)服務(wù)

毛誠(chéng)瑞,代力民,齊 麟,王 炎,周旺明,周 莉,于大炮,趙福強(qiáng),*

1 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所,森林生態(tài)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽(yáng) 110016 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

20世紀(jì)80年代以來(lái),隨著人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng),土地利用格局發(fā)生了極大的改變,深刻影響了區(qū)域物質(zhì)能量流通和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供給,進(jìn)而威脅了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。通過(guò)區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建與優(yōu)化,改善區(qū)域生態(tài)安全狀況已經(jīng)成為迫切的社會(huì)需求[3-6]。目前,生態(tài)安全格局構(gòu)建方法的研究日趨完善,“識(shí)別生態(tài)源-構(gòu)建阻力面-提取廊道”的框架模式成為當(dāng)前生態(tài)安全格局構(gòu)建的基本范式[7-8]。

生態(tài)源地和生態(tài)廊道的識(shí)別是構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的重要步驟。生態(tài)源地是物種或生態(tài)流向外擴(kuò)散的起點(diǎn),可以促進(jìn)生態(tài)過(guò)程、維持系統(tǒng)完整性和提供高質(zhì)量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),是保障區(qū)域生態(tài)安全的關(guān)鍵區(qū)域[9]。生態(tài)源的識(shí)別方法有基于生態(tài)敏感性、生態(tài)重要性和景觀連通性等[8,10-11],其中基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)重要性評(píng)估應(yīng)用最為廣泛[8,12]。阻力面的構(gòu)建則通常根據(jù)土地利用/覆被類型參數(shù)[13]、修訂的土地利用類型參數(shù)[7]或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值參數(shù)[14]等計(jì)算得到。廊道是指景觀基質(zhì)中連接相鄰生態(tài)源地之間的不同于周邊基質(zhì)的帶狀或線狀要素,是生物遷徙和物質(zhì)能量流通的重要路徑[15]。目前對(duì)生態(tài)廊道的提取應(yīng)用最廣泛的是最小累積阻力模型,該模型數(shù)據(jù)收集簡(jiǎn)單,地圖成果形式表達(dá)好,并且可以快速地指出生態(tài)流的最優(yōu)路徑。但該方法忽略了潛在的替代路徑,并且不能明確廊道的具體范圍和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。2007年,McRae和Beier[16]結(jié)合電路與運(yùn)動(dòng)生態(tài)學(xué),將物理學(xué)領(lǐng)域中的電路理論引入生態(tài)學(xué)中,用以研究在異質(zhì)景觀中的基因流動(dòng)。在電路理論中,異質(zhì)景觀被抽象為由一系列節(jié)點(diǎn)和電阻組成的網(wǎng)絡(luò)。由于生態(tài)流具有與電流相似的隨機(jī)游走特性,因此可以通過(guò)電路理論計(jì)算出與運(yùn)動(dòng)生態(tài)學(xué)相關(guān)的有效電阻、有效電壓和有效電流(這種電流與異質(zhì)景觀中的隨機(jī)漫步者的密度相類似,對(duì)預(yù)測(cè)廊道范圍和識(shí)別有助于增加區(qū)域連接度的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)十分有用[17])。目前已經(jīng)有不少學(xué)者將電路理論運(yùn)用到識(shí)別潛在的保護(hù)區(qū)域和廊道上,結(jié)果表明應(yīng)用電路理論進(jìn)行關(guān)鍵生態(tài)區(qū)的識(shí)別具有明顯的優(yōu)勢(shì)[18-20]。

近幾年來(lái),生態(tài)安全格局的構(gòu)建被廣泛運(yùn)用于濕地[21]、城市[22]和山區(qū)[23]等研究中,但關(guān)于流域生態(tài)安全格局的研究卻很少涉及。流域作為典型的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),是區(qū)域和自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,具有顯著的時(shí)空異質(zhì)性和流動(dòng)性特征,其特征決定著對(duì)流域進(jìn)行生態(tài)安全格局構(gòu)建及優(yōu)化可有效提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平[24]。通過(guò)構(gòu)建流域生態(tài)安全格局將景觀格局與生態(tài)過(guò)程相結(jié)合,識(shí)別并保護(hù)景觀中有助于提高區(qū)域景觀連接度和維持重要生態(tài)過(guò)程的關(guān)鍵斑塊,是實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)可持續(xù)性發(fā)展的重要途徑[25]。

遼河流域是我國(guó)的七大水系之一,在《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃(2015年修編)》中,遼河流域被劃定為生物多樣性保護(hù)、水源涵養(yǎng)和產(chǎn)品提供重要保護(hù)區(qū)。然而,隨著遼河流域城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速,流域人口大量增加,自然資源的開(kāi)發(fā)利用和城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張導(dǎo)致了區(qū)域景觀格局的巨大改變,并引起了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[26-28]。本文以遼河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,選用電路理論構(gòu)建流域生態(tài)安全格局,識(shí)別區(qū)域內(nèi)有助于生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)的關(guān)鍵生態(tài)區(qū)域。研究結(jié)果對(duì)提升該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,促進(jìn)生態(tài)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展具有重要意義。

1 研究地區(qū)與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省遼河流域(以下簡(jiǎn)稱遼河流域)位于遼寧省北部,介于121°16′—125°17′E,40°28′—43°26′N之間(圖1)。流域總面積6.4萬(wàn)km2,占全省總面積的40.54%,主要包括柳河口以上、柳河口以下、渾河、太子河及大遼河干流4大子流域。該地區(qū)土地利用類型較為單一,以耕地和林地為主(圖2),分別占研究區(qū)總面積的53.42%和32.72%。流域東部以山地丘陵為主,植被覆蓋度高,流域中下游以平原為主,工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)。研究區(qū)屬于半濕潤(rùn)半干旱的季風(fēng)氣候,年平均氣溫在4—9℃之間。年均降水量在500—600 mm,降水量多集中在6—9月份,占全年降水量的60%—70%,從東部向西部逐漸減少。

圖1 研究區(qū)地理位置

圖2 研究區(qū)土地利用類型

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：(1)2015年數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http：//www.gscloud.cn/),空間分辨率為30 m,主要用于土壤保持服務(wù)中地形因子的測(cè)算；(2)2015年氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http：//data.cma.cn/),包括溫度與降水?dāng)?shù)據(jù),主要用于產(chǎn)水量的計(jì)算；(3)2015年歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)航空航天局(https：//search.earthdata.nasa.gov/),空間分辨率為250 m,主要用于凈初級(jí)生產(chǎn)力的計(jì)算；(4)2015年土壤屬性數(shù)據(jù)來(lái)源于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http：//www.resdc.cn/),主要用于土壤保持服務(wù)的計(jì)算；(5)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(土地利用與覆被、河流水域等)來(lái)源于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)(http：//www.dsac.cn/)。

2 研究方法

2.1 生態(tài)源的識(shí)別

生態(tài)源是對(duì)于區(qū)域生態(tài)過(guò)程與功能起決定性作用生境斑塊,同時(shí)它對(duì)區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義并擔(dān)負(fù)著重要輻射功能[29]。對(duì)于不同的生態(tài)系統(tǒng),選取不同的評(píng)價(jià)指標(biāo),定量評(píng)估其關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力,將提供優(yōu)質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生境斑塊作為生態(tài)源地,是當(dāng)前生態(tài)源地識(shí)別較好的方法。研究區(qū)占地面積大,跨度范圍廣,但是土地利用類型較單一,主要以耕地和林地為主。西部為平原農(nóng)耕區(qū),地勢(shì)平坦,是區(qū)域糧食供給的主要來(lái)源。東部山區(qū)屬于長(zhǎng)白山山脈,植被覆蓋度較高。然而由于山區(qū)地形起伏較大,導(dǎo)致其土壤流失較嚴(yán)重。因此,針對(duì)研究區(qū)的自然特征和生態(tài)環(huán)境狀況,本文選取固碳釋氧、土壤保持、產(chǎn)水和糧食供給4個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行定量評(píng)估。其中,固碳釋氧功能由凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)表示,采用基于過(guò)程的CASA模型計(jì)算[30]；土壤保持功能采用修正的通用土壤流失方程計(jì)算得到,根據(jù)潛在土壤侵蝕量與實(shí)際土壤侵蝕量的差值計(jì)算土壤保持量[31]；產(chǎn)水功能采用InVEST模型產(chǎn)水模塊計(jì)算,該模型基于水量平衡原理進(jìn)行產(chǎn)水評(píng)估[32]；糧食供給服務(wù)根據(jù)各市統(tǒng)計(jì)年鑒中的糧食產(chǎn)量,對(duì)歸一化植被指數(shù)(NDVI)進(jìn)行空間插值分配,得到單個(gè)像元的糧食產(chǎn)量[12]。各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的具體計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算方法

根據(jù)研究區(qū)土地利用類型較簡(jiǎn)單的自然特征,權(quán)衡區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供給,本文將處于每種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值前25%的斑塊提取出來(lái)進(jìn)行疊加分析,取其交集作為生態(tài)源地。同時(shí)為了避免忽略生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型單一,但是對(duì)特定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)又具有突出貢獻(xiàn)的生境斑塊,將每種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值前10%的斑塊也視為生態(tài)源地。綜合二者的并集得到最終的生態(tài)源地[8]。此外,考慮到面積小的斑塊輻射功能較弱,對(duì)區(qū)域整體的生態(tài)安全格局影響較小。因此,本文在參考相關(guān)文獻(xiàn)[8,33]以及多次生態(tài)源面積閾值調(diào)試后,將面積小于5 km2且分布零散的斑塊從生態(tài)源中剔除,同時(shí)對(duì)面積小但分布集中的斑塊進(jìn)行合并處理后作為生態(tài)源地。

2.2 生態(tài)阻力面設(shè)置

生態(tài)阻力面描述了物種、能量在異質(zhì)景觀間遷移、流動(dòng)的困難程度,阻力值大小既與遷移、流動(dòng)的距離有關(guān),還受到自然干擾和人為活動(dòng)的影響,這些影響可以用不同土地利用類型之間的差異來(lái)體現(xiàn)。因此,很多學(xué)者根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定與土地利用類型相對(duì)應(yīng)的阻力值[34],從而構(gòu)建生態(tài)阻力面。雖然這種方法簡(jiǎn)單明了,但是它忽略了相同土地利用類型之間的內(nèi)部差異。也有研究認(rèn)為阻力值的大小取決于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的大小,生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)越多,物質(zhì)、能量在景觀單元之間的流動(dòng)就越容易,生態(tài)過(guò)程流動(dòng)所遇到的阻力也就越小,因此基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來(lái)進(jìn)行阻力面的構(gòu)建廣為研究者接受[22,35-36]。本研究將4項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行等權(quán)疊加并將值域化為0—1,以其反表面(1減本身)作為生態(tài)阻力面。

2.3 生態(tài)廊道提取和“夾點(diǎn)”的識(shí)別

生態(tài)廊道是物種、能量流和信息流在生態(tài)系統(tǒng)中流通的具有特定寬度的條狀區(qū)域,可以增強(qiáng)自然生境斑塊之間的連通性和穩(wěn)定性,是生態(tài)安全格局的重要組成部分之一。“夾點(diǎn)”一般位于生態(tài)廊道中,是生態(tài)過(guò)程流經(jīng)的高頻區(qū)域,對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)連通性十分重要,是生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)對(duì)象。本文根據(jù)電路理論模型Linkage Mapper軟件計(jì)算生成廊道和識(shí)別“夾點(diǎn)”。

在電路理論中,景觀被視為導(dǎo)電表面,生境良好的斑塊(生態(tài)源)被視為節(jié)點(diǎn),促進(jìn)物種遷移擴(kuò)散的景觀類型賦予較低的電阻,反之賦予高電阻。這樣異質(zhì)景觀就被抽象成由一系列節(jié)點(diǎn)和電阻組成的網(wǎng)絡(luò),結(jié)合生態(tài)過(guò)程將有效電阻、電流和電壓等與物理電路相類比,賦予其生態(tài)學(xué)意義。

根據(jù)物理學(xué)中的歐姆定律,電路中的電流與電壓呈正比,與電阻呈反比,表達(dá)式如下：

式中,I為電流；V為電壓；Reff為有效電阻。在生態(tài)學(xué)中,Reff被認(rèn)為是反映節(jié)點(diǎn)間隔離程度的指標(biāo),電阻值越大,則表示對(duì)物種運(yùn)動(dòng)或基因交流阻礙能力越強(qiáng)；I表示物種運(yùn)動(dòng)或基因交流過(guò)程中沿某一路徑擴(kuò)散的概率[37],電流密度值越高的地區(qū)表示物種沿該地區(qū)擴(kuò)散的概率越大,因此可以將識(shí)別出來(lái)的高電流區(qū)作為生態(tài)廊道和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局

遼河流域單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局揭示了不同生態(tài)過(guò)程對(duì)于區(qū)域生態(tài)安全的影響與作用,如圖3所示。糧食產(chǎn)量高的地方為柳河口以上流域和渾河流域內(nèi)的沈陽(yáng)、鐵嶺地區(qū),該地區(qū)地勢(shì)平坦,光照充足,適宜耕種。土壤保持方面,西部農(nóng)耕區(qū)處于東北平原輕度侵蝕區(qū),潛在土壤侵蝕與實(shí)際土壤侵蝕都很小；東部山區(qū)由于植被覆蓋度高,因此其土壤保持量較高?？臻g上呈現(xiàn)東部山區(qū)土壤保持量高,西部平原較低的特征。產(chǎn)水功能方面,由于農(nóng)作物需水量大,因此相比較而言,東部山區(qū)的產(chǎn)水量普遍高于中西部的農(nóng)耕區(qū)；產(chǎn)水量較高的區(qū)域多為水域,洼地坑塘等,這些區(qū)域在汛期可以起到蓄水防洪的作用；又由于城市不透水層的影響,地面降水入滲率低,洪峰流量大,中部沈陽(yáng)城區(qū)出現(xiàn)局部產(chǎn)水高值的現(xiàn)象。固碳釋氧功能方面,研究區(qū)具有較高的固碳能力。固碳值高的地方主要位于東部山區(qū),該地區(qū)降雨充沛、植被茂盛,人類活動(dòng)相對(duì)較少,因此其固碳能力遠(yuǎn)高于中西部平原地區(qū),在平原山區(qū)交錯(cuò)帶形成明顯的分界線。

圖3 遼河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局

3.2 重要生態(tài)源地

通過(guò)疊加法選取提供各類優(yōu)質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域,把該類優(yōu)質(zhì)區(qū)在空間上取并集最終得到遼河流域生態(tài)源分布格局(圖4)。根據(jù)表2可知,生態(tài)源地面積一共21179 km2,占研究區(qū)總面積的33.1%。整體上看,遼河流域生態(tài)源地斑塊數(shù)量較多,但斑塊破碎化程度較高,空間分布不均勻,大多集中分布在遼東山區(qū),零散分布在研究區(qū)中西部以及西南部；從子流域區(qū)劃上來(lái)看,生態(tài)源主要分布在太子河及大遼河干流、柳河口以上和渾河3個(gè)子流域,分別占研究區(qū)的生態(tài)源面積的37.6%、31.6%和24.5%。柳河口以下子流域由于區(qū)域氣候干燥缺水,生態(tài)環(huán)境惡劣,因此生態(tài)源分布非常少；從土地利用類型上看,生態(tài)源斑塊主要以林地和耕地為主,分別占生態(tài)源地面積的65.33%和30.48%。建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值較低,基本上不屬于生態(tài)源,而水體、草地等則分別只占小部分；從多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給上來(lái)看,提供1項(xiàng)、2項(xiàng)區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域分別占生態(tài)源地總面積的20.78%和18.19%,零散分布在整個(gè)研究區(qū)內(nèi),提供3項(xiàng)、4項(xiàng)區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分別占10.5%和7.87%,主要分布在研究區(qū)東部,中部、西南部有零星的分布。提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)源斑塊占比較少,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系較為明顯。

圖4 研究區(qū)生態(tài)安全格局的空間分布

3.3 關(guān)鍵生態(tài)廊道和“夾點(diǎn)”

從整體上看,遼河流域的生態(tài)廊道分布較為廣泛,沿著研究區(qū)平原山區(qū)交錯(cuò)帶由南部向北部縱向延伸(圖4)。流域內(nèi)一共有243條生態(tài)廊道(總長(zhǎng)度為1606 km,平均長(zhǎng)度為6609 m),主要由林地、耕地和小部分水域和農(nóng)村居民地組成。由表2可以看出,遼河流域內(nèi)生態(tài)廊道在空間上有明顯的差異,柳河口以上流域最多,一共有121條生態(tài)廊道；其次是渾河、太子河及大遼河干流,分別擁有68和52條生態(tài)廊道；柳河口以下流域的生態(tài)廊道數(shù)量最少,僅有2條。此外,各子流域生態(tài)廊道的平均長(zhǎng)度也大不相同,柳河口以下流域內(nèi)雖然生態(tài)廊道分布稀少,但是卻擁有2條極長(zhǎng)的廊道,平均長(zhǎng)度達(dá)到9.0 km；太子河及大遼河干流流域內(nèi)生境質(zhì)量良好,生態(tài)源地分布廣而連續(xù),因此平均生態(tài)廊道長(zhǎng)度較長(zhǎng),為7.5 km；柳河口以上流域和渾河流域的平均生態(tài)廊道相似,分別為6.4 km和6.2 km。另外,全區(qū)一共還識(shí)別出38個(gè)“夾點(diǎn)”,其中柳河口以上流域內(nèi)的“夾點(diǎn)”分布最多,總共有19個(gè),渾河流域、太子河及大遼河干流流域和柳河口以下流域分別只有10個(gè)、7個(gè)和2個(gè)。這些“夾點(diǎn)”主要由林地和耕地組成,極大的增加了區(qū)域景觀的連接性,是未來(lái)流域內(nèi)重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)對(duì)象。

表2 遼河流域各子流域生態(tài)源地、廊道和節(jié)點(diǎn)的數(shù)量特征

4 討論

4.1 研究方法的優(yōu)點(diǎn)與待改進(jìn)之處

遼河流域中、下游地區(qū)是東北工業(yè)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一,承載著振興東北的歷史使命。構(gòu)建遼河流域生態(tài)安全格局對(duì)于促進(jìn)協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)安全建設(shè)有重要意義。本研究根據(jù)遼河流域自然特征和生態(tài)環(huán)境狀況,選取固碳釋氧、土壤保持、產(chǎn)水和糧食供給4個(gè)區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行定量評(píng)估,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性選取生態(tài)源地,具有較強(qiáng)的理論性和科學(xué)性。其次,本研究采用電路理論的方法不但確定了生態(tài)廊道的空間范圍,還識(shí)別出廊道中影響棲息地連接度的重要景觀要素——關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。文章首次將電路理論的方法運(yùn)用在遼河流域,并把流域內(nèi)重要生態(tài)保護(hù)區(qū)域的位置空間化,為區(qū)域生態(tài)保護(hù)提供了重要的參考,也為珍稀物種保護(hù)和區(qū)域重要景觀要素識(shí)別提供了一種全新的方法。結(jié)果表明,所識(shí)別的生態(tài)源斑塊和生態(tài)廊道與遼寧省的生態(tài)保護(hù)紅線的劃定基本吻合,也證明了該方法的可靠性與合理性。

目前對(duì)于生態(tài)阻力面的構(gòu)建,尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和量化方式。文中將地形因子(如高程、坡度、地形等)作為二級(jí)指標(biāo)計(jì)算其對(duì)生態(tài)阻力的影響,地形因子是計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要指標(biāo),而生態(tài)阻力面基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進(jìn)行構(gòu)建。如何將地形因子作為一級(jí)指標(biāo)校正景觀阻力面仍然有待進(jìn)一步的研究。其次,本研究主要著重于遼河流域生態(tài)安全格局的構(gòu)建,探討生態(tài)廊道在空間上的分布格局,沒(méi)有展開(kāi)對(duì)生態(tài)廊道寬度的分析。生態(tài)廊道的寬度可直接影響其生態(tài)功能的發(fā)揮,不同的物種在不同的生態(tài)系統(tǒng)下對(duì)廊道的寬度需求也不盡相同[7],如何確定最佳的生態(tài)廊道的寬度是生態(tài)安全格局構(gòu)建下一步需要重點(diǎn)研究的方向。

4.2 人類活動(dòng)對(duì)關(guān)鍵生態(tài)廊道的影響

遼河流域植被覆蓋率高,生態(tài)廊道分布廣泛。由圖5可以看出,遼河流域的生態(tài)廊道主要分布在人類活動(dòng)較為密集的地方。這些地方的地表粗糙度較小,很適合人類活動(dòng)。近些年來(lái),隨著遼河流域內(nèi)人口增長(zhǎng)和城市擴(kuò)張,流域內(nèi)土地利用格局發(fā)生了巨大的改變。耕地和城市建設(shè)用地的擴(kuò)張,大量自然生境斑塊被侵占,生態(tài)源地破碎化程度增加,平均生態(tài)廊道的長(zhǎng)度減小,城市擴(kuò)張與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾與日俱增。

生態(tài)廊道促進(jìn)了生態(tài)過(guò)程和野生動(dòng)物在自然生境斑塊間的流動(dòng)和遷移。如果生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)被道路、鐵路或者城鎮(zhèn)等阻斷,這些廊道將失去它們?cè)械墓δ?并阻止生態(tài)過(guò)程和野生動(dòng)物的進(jìn)一步擴(kuò)散。因此,在空間上識(shí)別和保護(hù)這些關(guān)鍵的生態(tài)廊道顯得格外重要。人工濕地、人工林和城市綠化帶等的建立,對(duì)改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)連通性有重要的意義。同時(shí),從生態(tài)源地和廊道的土地利用類型上來(lái)看,遼河流域生態(tài)源地和廊道主要由林地組成。近些年來(lái)遼寧省政府大力實(shí)行的退耕還林還草、天然林保護(hù)等生態(tài)保護(hù)政策增加了流域內(nèi)森林覆蓋率,降低生態(tài)源地的破碎化程度。從源頭上防止水土流失、減少自然災(zāi)害和增加固碳等,進(jìn)一步改善和保護(hù)了區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)廊道,推動(dòng)了區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展,對(duì)提高區(qū)域景觀連接度和提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性有重要的意義。

4.3 遼河流域生態(tài)安全格局分布的影響因素及未來(lái)生態(tài)保護(hù)管理的建議

總的來(lái)說(shuō),遼河流域生態(tài)安全格局在空間上分布差異較為顯著,這是在人與自然共同作用下導(dǎo)致的結(jié)果。太子河及大遼河干流的生態(tài)安全最好,該區(qū)域以大面積覆蓋的林地為主,生態(tài)系統(tǒng)類型和生物多樣性豐富,生境質(zhì)量高。良好的生態(tài)環(huán)境以及較少的人類活動(dòng)是該區(qū)域生態(tài)源地連續(xù)、面積大,平均生態(tài)廊道長(zhǎng)度較長(zhǎng)的主要原因；其次是柳河口以上流域,該地區(qū)以耕地為主,是整個(gè)流域的主要糧食供給地。流域內(nèi)土壤肥沃、地勢(shì)平坦并且光照和水分充足,是理想的糧食種植地。但是農(nóng)作物需水量大,遼河上游灌溉用水的大量使用勢(shì)必給遼河下游水資源安全狀況帶來(lái)巨大的壓力；渾河流域的生態(tài)安全排在第三位,該地區(qū)城市發(fā)展迅速,人類活動(dòng)頻繁,近年來(lái)沈撫新區(qū)的建設(shè)又進(jìn)一步加快了區(qū)域的城市擴(kuò)張進(jìn)程。城市擴(kuò)張和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將不可避免地導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的喪失和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的退化,這也是流域內(nèi)生態(tài)源地破碎化和平均生態(tài)廊道較短的主要原因；柳河口以下流域生態(tài)安全最不穩(wěn)定,該區(qū)域干旱缺水,森林覆蓋率低,區(qū)域內(nèi)生態(tài)阻力值高。區(qū)域內(nèi)主要以礦產(chǎn)業(yè)、造船業(yè)和化工業(yè)為主,進(jìn)一步破壞了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。因此柳河口以下流域內(nèi)的生態(tài)源和生態(tài)廊道數(shù)量都很稀少。

綜上所述,結(jié)合遼河流域各子流域的生態(tài)安全狀況,應(yīng)該制定相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)措施,優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全格局。首先柳河口以上流域應(yīng)大力發(fā)展生態(tài)、綠色、節(jié)水農(nóng)業(yè),減少農(nóng)業(yè)用水需求,既發(fā)揮了良好的區(qū)域糧食種植優(yōu)勢(shì)還可以緩解遼河下游水資源短缺的壓力。渾河流域內(nèi)環(huán)沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)圈的發(fā)展是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力,大力開(kāi)展城市建設(shè)是今后必不可免的趨勢(shì)。因此以渾河為生態(tài)走廊,大力開(kāi)展流域內(nèi)生態(tài)廊道的建設(shè),保護(hù)現(xiàn)有的生態(tài)廊道和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),是渾河流域乃至整個(gè)遼河流域可持續(xù)發(fā)展的必然要求。此外,未來(lái)城市發(fā)展規(guī)劃中高人為干擾區(qū)應(yīng)與生態(tài)廊道保持安全距離,保證生態(tài)源地之間物質(zhì)能量的有效流動(dòng)。太子河及大遼河干流森林覆蓋率高,生態(tài)環(huán)境好,可發(fā)展為水源涵養(yǎng)生態(tài)保護(hù)區(qū),為遼河流域提供重要的水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。柳河口以下流域的產(chǎn)水服務(wù)、固碳釋氧服務(wù)和土壤保持服務(wù)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較低,生態(tài)基底較為薄弱。近些年耕地和建設(shè)用地的過(guò)度開(kāi)發(fā)加上人口的增長(zhǎng),導(dǎo)致流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)一步惡化,未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展生態(tài)保護(hù)建設(shè)。首先開(kāi)展遼河生態(tài)走廊建設(shè),沿著干流修建人工濕地、種植人工林和綠化帶等以構(gòu)建生態(tài)源地和生態(tài)廊道,增強(qiáng)區(qū)域景觀的連通性。其次大力開(kāi)展產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,把高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)向低能耗、低污染的新型環(huán)保產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

5 結(jié)論

本文依照“識(shí)別生態(tài)源-構(gòu)建阻力面-提取廊道”的研究框架,定量評(píng)估了糧食供給、土壤保持、產(chǎn)水和固碳釋氧4個(gè)區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能用以識(shí)別區(qū)域生態(tài)源地,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能構(gòu)建阻力面,采用電路理論模型提取生態(tài)廊道和“夾點(diǎn)”,從而構(gòu)建遼河流域生態(tài)安全格局。主要結(jié)論如下：遼河流域生態(tài)安全格局主要由129塊生態(tài)源地、243條生態(tài)廊道和38個(gè)“夾點(diǎn)”構(gòu)成。生態(tài)源地、廊道和“夾點(diǎn)”主要由林地、耕地組成,林地和耕地的保護(hù)對(duì)區(qū)域生態(tài)安全的維持意義重大。在區(qū)域開(kāi)發(fā)建設(shè)、城市擴(kuò)張等過(guò)程中,應(yīng)盡量避免這些重要的源地、生態(tài)廊道和“夾點(diǎn)”,以保持區(qū)域生態(tài)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。此外,渾河流域生態(tài)源較其他子流域而言破碎化較為嚴(yán)重,未來(lái)要重視破碎化生境的保護(hù)與修復(fù)。

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