長(zhǎng)江中下游平原區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線的劃定
——以江蘇省為例

梁鑫源,金曉斌,3,4,*,朱鳳武,何 杰,張曉琳,張孟真,樊應(yīng)憑,胡 靜,周寅康,3,4

1 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院,南京 210023 2 江蘇省土地勘測(cè)規(guī)劃院,南京 210024 3 國土資源部海岸帶開發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210023 4 江蘇省土地開發(fā)整理技術(shù)工程中心,南京 210023 5 重慶市農(nóng)村土地整治中心,重慶 401121

資源與環(huán)境作為完整的生態(tài)系統(tǒng)是緊密相連的[1],由于人口增長(zhǎng)引起的城市化過程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)相互關(guān)系部分影響重大[2- 3]。景觀作為反映土地及地上空間和物質(zhì)所構(gòu)成的綜合體,產(chǎn)生了一系列生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),然而土地利用決策往往忽略了這些服務(wù)的價(jià)值[4]。已有研究表明,土地利用決策的權(quán)衡會(huì)影響地方一級(jí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生物多樣性價(jià)值[5],如傳統(tǒng)土地利用決策強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)價(jià)值,但忽視非市場(chǎng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[4]。由此可見,為維持地球生命支持系統(tǒng)和滿足人類未來需求,人類活動(dòng)必須首先被視為生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分[6],而資源與環(huán)境的過度開發(fā)或退化勢(shì)必會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的完整性與可持續(xù)性。因此,自然資源和環(huán)境管理需要一種綜合生態(tài)系統(tǒng)的整體戰(zhàn)略框架,通過制定環(huán)境政策以管理和可持續(xù)利用土地、水與生物資源[7]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展,自然環(huán)境尤其在資源開發(fā)嚴(yán)重的地區(qū)受到巨大影響,如江蘇太湖的富營(yíng)養(yǎng)化和藻類泛濫、廣東珠江口地區(qū)赤潮現(xiàn)象、青島海域滸苔繁殖等[8]。為應(yīng)對(duì)土地利用的急劇變化和管理效率低下,克服管理沖突和保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)安全,尋求生態(tài)保護(hù)與人類社會(huì)發(fā)展的和諧平衡[9],2014年中國環(huán)境保護(hù)部出臺(tái)“生態(tài)保護(hù)紅線”政策,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為實(shí)現(xiàn)國家和區(qū)域生態(tài)安全及經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的途徑[10]。中心目標(biāo)類似于美國和澳大利亞的自然保護(hù)區(qū)[11]、加拿大的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[12-13]、泛歐地區(qū)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)以及新西蘭和南非等地區(qū)的戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)估體系[14],關(guān)注功能維護(hù)所需的最小面積、生態(tài)系統(tǒng)完整性及穩(wěn)定性等方面。至今,生態(tài)保護(hù)紅線已被定義為生態(tài)功能保障基線、環(huán)境質(zhì)量安全底線及自然資源利用上限。其范圍確定需要對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行可靠評(píng)估,進(jìn)而了解生態(tài)系統(tǒng)之間和內(nèi)部空間的連通性[15]。但由于區(qū)域多尺度效應(yīng)存在,面對(duì)差別化的區(qū)域自然環(huán)境條件與資源利用特征,統(tǒng)一剛性的紅線劃定標(biāo)準(zhǔn)的有效性面臨巨大挑戰(zhàn),如何解決生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與政府管理方式,以及利益需求的空間匹配是當(dāng)前中國生態(tài)保護(hù)紅線制度進(jìn)一步完善的當(dāng)務(wù)之急。

長(zhǎng)江中下游平原是中國傳統(tǒng)的人口密集區(qū)和土地高度集約化利用地區(qū),自然地勢(shì)特征與經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)促使該區(qū)域農(nóng)業(yè)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,同時(shí)由于資源過度開發(fā)利用造成了一系列的水體污染、大氣污染、土壤異化等生態(tài)環(huán)境問題。2019年12月國務(wù)院頒發(fā)《長(zhǎng)江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》指出需加強(qiáng)長(zhǎng)三角地區(qū)重要生態(tài)空間、生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與修復(fù)。生態(tài)保護(hù)紅線是對(duì)生態(tài)安全格局的層級(jí)性監(jiān)管,以及區(qū)域發(fā)展權(quán)利的再分配,紅線劃定的合理性對(duì)區(qū)域保護(hù)與發(fā)展的沖突協(xié)調(diào)具有重要意義。本文通過解析生態(tài)保護(hù)紅線制度的基礎(chǔ)性問題,結(jié)合生態(tài)安全格局的研究框架提出基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)多功能性的省域生態(tài)保護(hù)紅線劃定方法。研究?jī)?nèi)容可為長(zhǎng)江中下游平原制定差別化生態(tài)保護(hù)紅線劃定標(biāo)準(zhǔn)提供參考,為土地利用高度集約化地區(qū)的生態(tài)安全格局構(gòu)建提供解析思路,研究結(jié)果對(duì)于生態(tài)保護(hù)紅線制度約束下的國土空間管控與管制制度改革具有借鑒價(jià)值。

1 生態(tài)保護(hù)紅線制度解析

保護(hù)與發(fā)展的沖突是挑戰(zhàn)全球社會(huì)的重要議題,人類必須在保護(hù)和發(fā)展的需求之間取得平衡[16]。研究表明[17-18],全球擁有超過12%的地表面積被指定為保護(hù)區(qū),且預(yù)計(jì)在2030年達(dá)到15%—29%；然而全球4000多個(gè)保護(hù)區(qū)的綜合分析結(jié)果顯示40%以上的保護(hù)區(qū)沒有達(dá)到預(yù)期效果。資源利用和環(huán)境保護(hù)的“紅線”管理戰(zhàn)略迫切需要從數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變,以實(shí)現(xiàn)土地管理過程的多目標(biāo)權(quán)衡[19]。為應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展造成的土地利用急劇變化、土地管理效率低下及生態(tài)系統(tǒng)退化問題,中國從2000年開始投入巨資保護(hù)和恢復(fù)自然資本[20]。2012年政府制定生態(tài)紅線政策,旨在限制生態(tài)脆弱地區(qū)的人類活動(dòng)[21],該計(jì)劃被認(rèn)為是控制人類活動(dòng)強(qiáng)度、建立工業(yè)發(fā)展環(huán)境準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)狀況評(píng)價(jià)體系的綜合管理框架[22]。2017年2月國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于劃定并驗(yàn)收生態(tài)保護(hù)紅線的若干意見》,提出建立整合統(tǒng)一的保護(hù)區(qū)管理體系[23]。同年5月,環(huán)境保護(hù)部與國家發(fā)展改革委印發(fā)《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》,將生態(tài)保護(hù)紅線視為保障和維護(hù)國家生態(tài)安全的底線和生命線,并將其確定為在生態(tài)空間范圍內(nèi)具有特殊重要生態(tài)功能、必須強(qiáng)制性嚴(yán)格保護(hù)的區(qū)域。其中生態(tài)空間是指具有自然屬性、以提供生態(tài)服務(wù)或生態(tài)產(chǎn)品為主體功能的國土空間,包括森林、草原、濕地、河流、湖泊、灘涂等地類。生態(tài)保護(hù)紅線制度是中國解決保護(hù)與發(fā)展問題的重要制度創(chuàng)新,但仍存在科學(xué)與實(shí)踐銜接過程中的部分基礎(chǔ)性問題(圖1)。

圖1 生態(tài)保護(hù)紅線劃定制度的基礎(chǔ)性問題Fig.1 Fundamental issues of EPRL planning system

(1)紅線劃定標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域差異性。紅線劃定強(qiáng)調(diào)生態(tài)功能重要性評(píng)估和生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估結(jié)合的方法,但該方法對(duì)土地開發(fā)高度集約化、生態(tài)空間稀缺等地區(qū)指導(dǎo)意義較小。此外國家-省域-地方的層級(jí)式管理需求不同導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義不明確,進(jìn)而形成不一致的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),體現(xiàn)在基本評(píng)估單元、評(píng)估方法選擇、評(píng)估結(jié)果分級(jí)等方面。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多功能性。生態(tài)保護(hù)紅線的劃定基于具備自然屬性、提供生態(tài)服務(wù)或產(chǎn)品的生態(tài)空間,內(nèi)容包括生態(tài)功能重要區(qū)域及生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)域。作為生態(tài)系統(tǒng)組成部分,旱地、水田等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間同樣具有除糧食供給外的氣候調(diào)節(jié)等多功能屬性,但為簡(jiǎn)化國土空間管理方式,生態(tài)保護(hù)紅線劃定并未考慮非生態(tài)空間的服務(wù)功能。

(3)生態(tài)安全格局體系的模糊化。生態(tài)安全的前提是由關(guān)鍵性保護(hù)地構(gòu)成的結(jié)構(gòu)完整、功能完備、分布連續(xù)的生態(tài)空間格局。生態(tài)安全格局是指對(duì)生態(tài)過程的安全和健康至關(guān)重要的景觀要素,包括生態(tài)斑塊(源地)與廊道所形成的完整體系[24]。現(xiàn)有制度側(cè)重于生態(tài)源地識(shí)別,對(duì)于保護(hù)地及保護(hù)地之間生態(tài)廊道的連通性關(guān)注較弱。

(4)系統(tǒng)保護(hù)與分區(qū)管控的矛盾。生態(tài)保護(hù)紅線的中心指導(dǎo)思想強(qiáng)調(diào)按照山水林田湖草生命共同體的系統(tǒng)保護(hù)要求劃定紅線管控重要生態(tài)空間,然而統(tǒng)一的紅線劃定標(biāo)準(zhǔn)促使耕地與生態(tài)保護(hù)區(qū)不可避免地被劃分為兩個(gè)區(qū)域,由于二者管制的目標(biāo)追求與方式差異顯著,因此導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)思維與分區(qū)管制目標(biāo)之間產(chǎn)生矛盾。

以長(zhǎng)江中下游平原典型省份——江蘇為例,該區(qū)域的土地利用類型以農(nóng)用地為主且自然生態(tài)空間稀少,傳統(tǒng)生態(tài)源地由湖泊、灘涂等濕地類型組成,區(qū)域內(nèi)地勢(shì)低平、水熱條件均衡,生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估指標(biāo)相對(duì)缺乏,在現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下科學(xué)劃定生態(tài)保護(hù)紅線面臨巨大挑戰(zhàn)。有必要根據(jù)區(qū)域特征,對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行差別化調(diào)整,綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多功能性,并引入生態(tài)安全格局“點(diǎn)-線-面”分析框架,以便在識(shí)別關(guān)鍵源地的同時(shí)對(duì)源地之間具備連通功能的生態(tài)廊道增強(qiáng)保護(hù)。

2 平原農(nóng)區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定思路

2.1 區(qū)域概況

長(zhǎng)江是亞洲最長(zhǎng)的河流,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的人口與國民生產(chǎn)總值在中國所占比重超過40%[25],生態(tài)地位重要且發(fā)展?jié)摿薮蟆?014年國務(wù)院制定并實(shí)施《關(guān)于依托黃金水道推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的指導(dǎo)意見》,此后相關(guān)部門接連出臺(tái)多個(gè)發(fā)展規(guī)劃以推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。然而,長(zhǎng)江流域的環(huán)境和生態(tài)條件受到人類活動(dòng)的嚴(yán)重影響[26],尤其長(zhǎng)江下游地區(qū)經(jīng)歷高強(qiáng)度建設(shè)發(fā)展,成為流域內(nèi)迄今為止城市化和工業(yè)化程度最高的區(qū)域。致使區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況形勢(shì)嚴(yán)峻,主要表現(xiàn)為棲息地退化、廣泛的化學(xué)污染、以及棲息地喪失導(dǎo)致的生物多樣性減少[27],生態(tài)保護(hù)紅線政策的實(shí)施對(duì)于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的可持續(xù)發(fā)展意義重大。江蘇長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是長(zhǎng)三角世界級(jí)城市群的重要組成部分,也是整個(gè)中國長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶節(jié)點(diǎn)區(qū)域,本文擬選取江蘇省為案例探討長(zhǎng)江中下游平原生態(tài)保護(hù)紅線劃定的科學(xué)方法。

江蘇省位于中國大陸東部沿海,北緯30°45′—35°20′,東經(jīng)116°18′—121°57′之間,國土總面積103229.17 km2(圖2)。屬東亞季風(fēng)氣候區(qū),處于亞熱帶和暖溫帶的氣候過渡地帶,地跨長(zhǎng)江、淮河兩大水系,河渠縱橫、水網(wǎng)稠密、地勢(shì)平坦。地形地貌特征以平原、低山丘陵為主,其中平原面積占比86.89%,比例居全國各省首位。下轄13個(gè)地級(jí)市,是我國綜合發(fā)展水平最高的省份,已步入“中上等”發(fā)達(dá)國家水平。與此同時(shí),江蘇自然條件優(yōu)越,農(nóng)耕文明歷史悠久,是全國的農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)和糧食主產(chǎn)省,農(nóng)業(yè)與生態(tài)空間的沖突問題成為阻礙江蘇國土空間可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。江蘇于2009年就開始探索生態(tài)空間管制,編制了《江蘇省重要生態(tài)功能保護(hù)區(qū)區(qū)域規(guī)劃》,作為全國試點(diǎn)區(qū)在2013年率先實(shí)施《江蘇省生態(tài)紅線區(qū)域保護(hù)規(guī)劃》,2018年2月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),省政府制定并發(fā)布《江蘇省國家級(jí)生態(tài)保護(hù)紅線規(guī)劃》劃定結(jié)果。綜合而言,江蘇省具有長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)的典型性與代表性,其生態(tài)保護(hù)紅線劃定方法對(duì)相似地區(qū)具有借鑒價(jià)值。

圖2 研究區(qū)概況Fig.2 General situation of study area

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括2018年江蘇省土地利用與覆被、ASTER GDEM數(shù)據(jù)、2016年江蘇省主要道路、江蘇省土壤數(shù)據(jù)庫、2017年江蘇省分縣糧食產(chǎn)量、2015年降雨量數(shù)據(jù)、2018年江蘇省MODIS EVI數(shù)據(jù)。其中,土地利用類型數(shù)據(jù)比例尺為1∶5000,源自2018年全國土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫,二級(jí)地類共37種,為保證生態(tài)源地提取的精確性,將其轉(zhuǎn)換為30 m分辨率的柵格數(shù)據(jù)；DEM數(shù)據(jù)取自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn),分辨率為30 m；道路數(shù)據(jù)包括高速、鐵路、國道、省道等主要道路,取自長(zhǎng)江三角洲科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://nnu.geodata.cn:8008/)；土壤數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織和維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)研究所所構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫,比例尺為1∶100萬；糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)通過2018年江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒獲得；氣象相關(guān)數(shù)據(jù)源于地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái),數(shù)據(jù)精度為1 km；增強(qiáng)植被指數(shù)(Enhanced Vegetation Index,EVI)數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)調(diào)查局(https://www.usgs.gov/),數(shù)據(jù)精度為250 m。

2.3 研究方法

有針對(duì)性的空間規(guī)劃可以使科學(xué)認(rèn)知在保護(hù)和可持續(xù)利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)際努力中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4],本文的生態(tài)保護(hù)紅線劃定思路參考景觀生態(tài)學(xué)中生態(tài)安全格局的研究范式。作為生態(tài)安全格局的重要組成部分,生態(tài)源地提供重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的斑塊,對(duì)于保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、防止生態(tài)系統(tǒng)退化及維護(hù)現(xiàn)有景觀完整性具有重要意義[28]?；谏鲜鲋贫冉馕鰞?nèi)容呈現(xiàn)的基礎(chǔ)性問題,本文考慮選擇針對(duì)性的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行源地識(shí)別進(jìn)而獲得江蘇生態(tài)保護(hù)紅線,并設(shè)置廊道與節(jié)點(diǎn)以增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的連通性。

2.3.1生態(tài)源地識(shí)別

鑒于江蘇自然基底特征與生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀,參考相關(guān)研究[29],選取生境維持、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、糧食供給和土壤保持5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中生境維持、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)功能分別利用InVEST模型[30]的生境質(zhì)量、固碳、產(chǎn)水量模塊進(jìn)行估算；糧食供給功能基于分縣糧食產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)利用EVI對(duì)耕地柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,通過空間分配的方式使糧食產(chǎn)量落實(shí)到柵格單元；土壤保持功能通過修正的通用土壤流失方程測(cè)算土壤侵蝕量而得。

提取各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正向效益最大值作為各項(xiàng)服務(wù)的優(yōu)勢(shì)區(qū),最終通過合并優(yōu)勢(shì)區(qū)得到江蘇省生態(tài)源地空間分布格局。源地提取方法如下：

ES=Max10(Vi)

(1)

式中ES為生態(tài)源地,Max10為各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的正向效益前10%的熱點(diǎn)區(qū)域,Vi為第i項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。其中,熱點(diǎn)區(qū)域的確定標(biāo)準(zhǔn)以是否覆蓋各項(xiàng)服務(wù)的基本區(qū)域?yàn)橹?可根據(jù)本地條件適當(dāng)調(diào)整閾值[27],本研究采用等間距分級(jí)方法提取前10%的服務(wù)功能作為熱點(diǎn)區(qū)；其次,水源涵養(yǎng)功能需提取產(chǎn)水量最低值,即蓄水量最大值作為優(yōu)勢(shì)區(qū)[29]；此外,土壤侵蝕量可反映狹義上的保土服務(wù)功能(減少侵蝕量)[31],因此土壤保持功能需篩選負(fù)向效益最大值即土壤侵蝕量的高值區(qū)間作為待保護(hù)優(yōu)勢(shì)區(qū)。

2.3.2生態(tài)阻力面設(shè)置

物種與能量在空間中遷移和流動(dòng)時(shí),會(huì)受到自然干擾或人類活動(dòng)的影響,并集中體現(xiàn)為不同土地利用類型之間的特征差異。根據(jù)江蘇省實(shí)際情況,參考現(xiàn)有研究[32- 34],對(duì)不同土地利用類型設(shè)定基本生態(tài)阻力系數(shù)。由于本文使用地類劃分相對(duì)具體的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù),因此首先將37種二級(jí)地類合并后再依據(jù)現(xiàn)有研究中的系數(shù)設(shè)定情況圈定各大類系數(shù)范圍,進(jìn)而明確并詳細(xì)劃分二級(jí)地類阻力系數(shù)。其中,林草地類1—3,園地類5—10,農(nóng)用地類30—50,濕地類(如沼澤地、水體、灘涂等)100—500,公共服務(wù)設(shè)施地類(如道路、水利、交通服務(wù)等)1000—2500,未利用地類(如沙地、裸地、鹽堿地等)3500,城鎮(zhèn)村建設(shè)用地類4000—5000。因?yàn)閮H對(duì)土地利用類型賦值會(huì)掩蓋同一地表覆被類型下的生態(tài)阻力差異性,忽視了人為活動(dòng)干擾的影響。因此利用城市、主要公路、鎮(zhèn)村的距離柵格數(shù)據(jù)表征人為干擾強(qiáng)度,對(duì)基本生態(tài)阻力面進(jìn)行修正,賦值權(quán)重為城市0.4、主要公路0.4、鎮(zhèn)村0.2。具體修正方法如下：

(2)

式中R為通過人類干擾強(qiáng)度修正后的生態(tài)阻力系數(shù),Ri為i柵格內(nèi)基于土地利用類型設(shè)定的基本生態(tài)阻力系數(shù),Fi為i柵格內(nèi)某種人為干擾活動(dòng)的強(qiáng)度,wi為i柵格內(nèi)相應(yīng)人為干擾類型的權(quán)重。其中,人為干擾強(qiáng)度指標(biāo)需要利用模糊化算法進(jìn)行歸一化處理[35],即將輸入柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為介于[0,1]的數(shù)值區(qū)間,以指示其對(duì)某一集合的隸屬度。

2.3.3生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道負(fù)責(zé)傳遞區(qū)域內(nèi)的生態(tài)流、生態(tài)過程和生態(tài)功能的轉(zhuǎn)移,生態(tài)廊道的設(shè)置在一定程度上影響生態(tài)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性與可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵生態(tài)廊道的提取通常采用基于生態(tài)阻力面的最小累積阻力模型(Minimum Cumulative Resistance,MCR)[36],該模型通過計(jì)算物種在源地之間運(yùn)動(dòng)所需耗費(fèi)的最小代價(jià),可以反映物種運(yùn)動(dòng)的潛在可能性及趨勢(shì),計(jì)算公式為：

(3)

式中,MCR為最小累積阻力值；Dij為物種從源j到景觀單元i的空間距離；Ri為景觀單元i對(duì)某物種運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)；f表示最小累積阻力與生態(tài)過程的正相關(guān)關(guān)系。

3 江蘇省生態(tài)保護(hù)紅線劃定結(jié)果

3.1 生態(tài)源地識(shí)別

江蘇省各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局如圖1所示。①生境維持功能的熱點(diǎn)區(qū)域主要由湖泊、灘涂等濕地類與林地類土地利用類型構(gòu)成,大規(guī)模地塊集中分布在駱馬湖、洪澤湖、高郵湖及太湖等湖泊水體區(qū)域。②氣候調(diào)節(jié)功能的熱點(diǎn)區(qū)域主要分布在蘇南、蘇北低山丘陵地帶,基本以林草地類型為主,輔以少量的農(nóng)用地類；表明除林地、草地等土壤碳固持能力較強(qiáng)的自然生態(tài)系統(tǒng)外,規(guī)?；母?、水田等人工生態(tài)系統(tǒng)同樣具有部分碳匯功能。③水源涵養(yǎng)方面,產(chǎn)水量較大的區(qū)域基本分布在蘇中、蘇南地區(qū),長(zhǎng)江以北產(chǎn)水量逐漸減小,即蓄水能力逐漸增強(qiáng),水源涵養(yǎng)熱點(diǎn)區(qū)主要由省域內(nèi)的湖泊、河流等濕地類構(gòu)成。④糧食供給方面,江蘇作為平原農(nóng)區(qū)的典型代表,耕地面積廣闊,糧食產(chǎn)量高值區(qū)主要集中在蘇北、蘇中地區(qū)。⑤由于地形條件約束,江蘇土壤侵蝕狀況表現(xiàn)規(guī)律相對(duì)一致,基本均屬于輕微侵蝕類型,區(qū)域土壤保持服務(wù)功能較強(qiáng)。整體上生態(tài)源地由區(qū)域內(nèi)河流、湖泊、灘涂與林地構(gòu)成,斑塊破碎化現(xiàn)象較為嚴(yán)重(圖1)。該現(xiàn)象與省域土地利用結(jié)構(gòu)密切相關(guān),全省農(nóng)用地面積占比達(dá)50%以上,公共設(shè)施和城鄉(xiāng)建設(shè)用地達(dá)到17.80%,而林草地與濕地所占比例分別為2.81%和17.07%。人工生態(tài)系統(tǒng)范圍廣泛與河流水系結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)是導(dǎo)致區(qū)域源地破碎化的主要原因。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及生態(tài)源地識(shí)別Fig.3 Ecosystem service function and eco-source identification

3.2 生態(tài)保護(hù)紅線劃定與關(guān)鍵廊道提取

考慮部分破碎化斑塊的生態(tài)服務(wù)能力較弱,對(duì)整體生態(tài)安全格局影響較小,故對(duì)生態(tài)源地斑塊進(jìn)行剔除與聚合處理。首先參考2017年環(huán)境保護(hù)部與國家發(fā)展改革委頒發(fā)的《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》技術(shù)要求,剔除生態(tài)源地中面積小于1 km2的斑塊,將距離小于250 m的生態(tài)源地斑塊進(jìn)行聚合,形成生態(tài)保護(hù)紅線最終成果。其次依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的等級(jí)理論,按照面積規(guī)模將生態(tài)保護(hù)紅線(Ecological Protection Red Line,EPRL)分為I級(jí)(area > 100 km2)、II級(jí) (100 km2≥ area > 10 km2)和III級(jí)(area ≤ 10km2),I級(jí)EPRL基本可代表生態(tài)保護(hù)紅線的核心斑塊。最后基于I級(jí)EPRL進(jìn)行最小耗費(fèi)路徑分析,提取生態(tài)源地間的生態(tài)廊道。將連接源地獨(dú)立個(gè)體的廊道歸為關(guān)鍵生態(tài)廊道,與生態(tài)源地存在交叉覆蓋的廊道歸為潛在生態(tài)廊道,關(guān)鍵生態(tài)廊道與潛在生態(tài)廊道長(zhǎng)度分別為1296.27 km和1726.33 km,生態(tài)廊道交匯處即為生態(tài)節(jié)點(diǎn)(圖4)。

省級(jí)尺度下,江蘇省共有生態(tài)廊道47條,其中關(guān)鍵生態(tài)廊道33條,主要集中在兩個(gè)組團(tuán)區(qū)域,即太湖周邊,以及揚(yáng)州-泰州-鹽城交界處；潛在生態(tài)廊道14條,大致集中分布在駱馬湖附近組團(tuán)和高郵湖附近組團(tuán)。生態(tài)節(jié)點(diǎn)主要集中在江蘇省西部,東部沿海地區(qū)生態(tài)節(jié)點(diǎn)較為缺乏。綜合而言,“點(diǎn)-線-面”的多尺度生態(tài)安全格局相對(duì)于單一源地模式的生態(tài)保護(hù)紅線更具備生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)的發(fā)展?jié)摿?因此在制定生態(tài)保護(hù)紅線規(guī)劃政策時(shí),有必要同時(shí)考慮相關(guān)生態(tài)廊道與節(jié)點(diǎn)的保護(hù)與設(shè)置。

圖4 生態(tài)保護(hù)紅線、生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)Fig.4 Ecological protection red line(EPRL),ecological corridor and ecological node

3.3 生態(tài)保護(hù)紅線的土地利用結(jié)構(gòu)分析

不合理的空間規(guī)劃和管理會(huì)對(duì)人類和自然社會(huì)造成嚴(yán)重的破壞[8]。為保證生態(tài)保護(hù)紅線劃定適用于國土空間管控,通過地類疊加分析本研究提取的生態(tài)保護(hù)紅線的土地利用結(jié)構(gòu),同時(shí)利用生態(tài)廊道和節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建1 km緩沖區(qū)探討廊道與節(jié)點(diǎn)的主要構(gòu)成(圖5)。I級(jí)EPRL的土地利用類型主要以濕地類為主,總面積11230.51 km2,占I級(jí)EPRL的73.52%；II級(jí)EPRL主要由濕地、林草地、農(nóng)用地等土地利用類型構(gòu)成,其中濕地類面積1083.85 km2,占比45.71%,其次為林草地類26.6%和農(nóng)用地類18.26%；III級(jí)EPRL土地利用類型結(jié)構(gòu)與II級(jí)相近,但農(nóng)用地類占比與濕地類占比基本持平,均達(dá)到32%以上。整體上生態(tài)保護(hù)紅線核心區(qū)以濕地類為主,林草地類、農(nóng)用地類也是生態(tài)保護(hù)紅線的重要組成部分,其他地類所占比例基本均在5%以下,這與江蘇省自身的資源稟賦條件密切相關(guān)。限于省域生態(tài)用地空間約束,生態(tài)廊道與節(jié)點(diǎn)的土地利用構(gòu)成均以農(nóng)用地為主,關(guān)鍵生態(tài)廊道、潛在生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)中的農(nóng)用地類占比分別為56.73%、59.75%和52.38%,其他地類占比之和達(dá)到40%以上,排除緩沖區(qū)距離設(shè)置影響,廊道與節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成基本由水田和旱地構(gòu)成。基于此,若考慮平原農(nóng)區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線及其輔助生態(tài)廊道與節(jié)點(diǎn)的綜合管制,整體生態(tài)系統(tǒng)的土地利用管理制度與土地功能重疊空間即面臨全面的權(quán)衡與協(xié)調(diào)。

圖5 各生態(tài)要素中的地類面積Fig.5 Land type area in each ecological factor

4 討論

4.1 生態(tài)保護(hù)紅線劃定的合理性

為驗(yàn)證本文生態(tài)保護(hù)紅線劃定的合理性,以江蘇省0 m等深線為參考線提取江蘇省2018年陸域生態(tài)保護(hù)紅線(簡(jiǎn)稱陸域紅線,包含沿海灘涂)與本文的生態(tài)保護(hù)紅線進(jìn)行比對(duì)。江蘇省陸域紅線的劃定是在生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估的基礎(chǔ)上,綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)完整性與生態(tài)空間連續(xù)性進(jìn)而確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要區(qū)域[37]。2018年陸域紅線總面積10453.68 km2,其中林草地類、農(nóng)用地類、濕地類比重較大,分別為5.32%、16.66%和68.52%,整體上與I級(jí)EPRL的土地利用結(jié)構(gòu)相近。I級(jí)—III級(jí)EPRL的面積分別為15325.65 km2、2393.48 km2和1688.36 km2,相應(yīng)與陸域紅線重疊部分分別占陸域紅線總面積的72.87%、5.25%、2.18%,基本涵蓋重要的陸域紅線斑塊,劃定結(jié)果相對(duì)合理。

紅線區(qū)是生態(tài)保護(hù)最小面積與生態(tài)安全基本底線,生態(tài)安全閾值主要由區(qū)域自然環(huán)境特征決定,將所有生態(tài)用地全部劃為紅線區(qū)是不現(xiàn)實(shí)的[38]。限于平原農(nóng)區(qū)資源環(huán)境條件,江蘇省林草地類等生態(tài)用地相對(duì)匱乏,野生動(dòng)物的遷徙多經(jīng)過水田、旱地等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地,加之水網(wǎng)密布,不可逆轉(zhuǎn)的棲息地破碎化是對(duì)生物多樣性的嚴(yán)重威脅[39]。根據(jù)狹義的生態(tài)安全概念,生態(tài)安全是生態(tài)系統(tǒng)完整性與健康性的整體水平反映,這充分表明生態(tài)系統(tǒng)完整性對(duì)于生態(tài)安全的重要性。建立和保護(hù)野生動(dòng)物廊道可以加強(qiáng)孤立棲息地斑塊之間的聯(lián)系,使物種種群克服破碎化,進(jìn)而保持有效的種群規(guī)模、維持基因流、促進(jìn)定期遷徙擴(kuò)散與再定居,因此生態(tài)廊道的建立對(duì)種群生存能力的維持發(fā)揮重要作用[40]。

圖6 研究結(jié)果與2018年陸域紅線對(duì)比Fig.6 A comparison between the results of the study and the terrestrial EPRLs in 2018

4.2 生態(tài)保護(hù)紅線與國土空間管控

劃定生態(tài)保護(hù)紅線是國土空間布局優(yōu)化的重要前提。江蘇生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域存在生境斑塊嚴(yán)重破碎化、重疊非生態(tài)空間等問題,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)整體性與連通性受損。針對(duì)生境破碎化問題,需要增加生態(tài)重要地區(qū)之間的連通性以防止其成為生態(tài)孤立的島嶼[41]；針對(duì)空間重疊問題,則應(yīng)區(qū)分核心區(qū)與非核心區(qū)進(jìn)而采取不同保護(hù)措施。

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的平原農(nóng)區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線的劃定范圍基本無法避讓農(nóng)業(yè)空間,尤其在建立生態(tài)廊道與設(shè)置生態(tài)節(jié)點(diǎn)的過程中。從而導(dǎo)致國土空間管理目標(biāo)沖突,表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)空間生態(tài)化、生態(tài)空間農(nóng)業(yè)化。具體而言,一方面生態(tài)安全格局的構(gòu)建意味著平原農(nóng)區(qū)的重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)須納入生態(tài)保護(hù)紅線評(píng)估框架,另一方面生態(tài)系統(tǒng)的完整性約束條件迫使平原農(nóng)區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線范圍吸納農(nóng)業(yè)空間。因此,為保證國土空間的可持續(xù)利用,在紅線范圍內(nèi)建立有效的監(jiān)管制度意義重大。

綜上,若紅線區(qū)域及廊道涉及農(nóng)業(yè)空間核心區(qū)(永久基本農(nóng)田)范圍,生態(tài)保護(hù)紅線應(yīng)退讓；若紅線區(qū)域及廊道內(nèi)包含農(nóng)業(yè)空間非核心區(qū)(一般耕地),則可保留至紅線范圍內(nèi)。此外,紅線區(qū)域原則上應(yīng)按禁止開發(fā)區(qū)域的要求進(jìn)行管理,“確保功能不降低、面積不減少、性質(zhì)不改變”是嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的重點(diǎn)。但不開發(fā)并不意味著不發(fā)展,高度城市化地區(qū)中部分生態(tài)源地內(nèi)的人類活動(dòng)(如道路建設(shè)、景觀游憩等)基本無法避免,因此生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)的人類活動(dòng)約束制度亟待明確。

4.3 不足與展望

本文的生態(tài)保護(hù)紅線劃定思路對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的平原地區(qū)具有借鑒價(jià)值,但在生態(tài)系統(tǒng)完整性的限制條件約束下,該區(qū)域生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間的權(quán)衡與協(xié)調(diào)仍是后期研究的重點(diǎn)。此外,本文在設(shè)置生態(tài)阻力面與提取生態(tài)廊道過程中并未詳細(xì)區(qū)分動(dòng)物物種(較側(cè)重陸生動(dòng)物)。一方面,濕地類是研究區(qū)內(nèi)生態(tài)空間比重最大的地類,且該區(qū)域具有河湖縱橫交錯(cuò)的自然特征,實(shí)際上基于重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能熱點(diǎn)區(qū)域提取的生態(tài)保護(hù)紅線已基本涵蓋研究區(qū)的河湖水系,而廊道的提取主要依托生態(tài)保護(hù)紅線核心區(qū)進(jìn)行,導(dǎo)致生態(tài)源地中的水生動(dòng)物廊道被忽視；另一方面,本文主要側(cè)重于在宏觀上提出“點(diǎn)-線-面”式的多尺度劃定方法為生態(tài)保護(hù)紅線制度完善提供思路,針對(duì)生態(tài)廊道以及生態(tài)節(jié)點(diǎn)的分析并不深入。目前已有學(xué)者將廊道按照特征細(xì)分為河流型、綠帶型、道路型等多功能類型廊道[34,42-43],可綜合考慮水生動(dòng)物與陸生動(dòng)物及鳥類的遷移過程。后續(xù)研究可在分區(qū)劃定紅線的基礎(chǔ)上,結(jié)合區(qū)域差異性與物種多樣性深入探討廊道與節(jié)點(diǎn)的設(shè)置及優(yōu)化策略。

5 結(jié)論

生態(tài)保護(hù)紅線是我國解決保護(hù)與發(fā)展沖突問題的重要手段,紅線的劃定對(duì)于國家生態(tài)安全戰(zhàn)略實(shí)施具有重要意義。本文通過解析生態(tài)保護(hù)紅線制度的實(shí)施框架提出紅線劃定過程中的部分基礎(chǔ)性問題,包括紅線劃定標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域差異性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多功能性、生態(tài)安全格局體系的模糊化以及系統(tǒng)保護(hù)與分區(qū)管控的矛盾。實(shí)證研究結(jié)果表明,(1)江蘇省生態(tài)源地主要由區(qū)域內(nèi)河流、湖泊、灘涂與林地構(gòu)成,斑塊破碎化現(xiàn)象嚴(yán)重,耕地等人工生態(tài)系統(tǒng)范圍廣泛與河流水系結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)是導(dǎo)致區(qū)域源地破碎化的主要原因。(2)江蘇生態(tài)保護(hù)紅線可根據(jù)生態(tài)源地面積按照景觀規(guī)模大小分為3個(gè)等級(jí),依托生態(tài)保護(hù)紅線的核心斑塊可獲取33條關(guān)鍵生態(tài)廊道與14條潛在生態(tài)廊道,總長(zhǎng)度分別為1296.27 km、1726.33 km。(3)生態(tài)保護(hù)紅線圖斑的土地利用類型主要由濕地、林草地、農(nóng)用地等地類構(gòu)成,水體、灘涂等濕地類是I級(jí)EPRL的重要組成部分,水田、旱地等農(nóng)用地類則是生態(tài)廊道與節(jié)點(diǎn)的核心結(jié)構(gòu)類型。(4)針對(duì)與長(zhǎng)江中下游平原相近的土地集約利用高度發(fā)達(dá)地區(qū),生態(tài)保護(hù)紅線中的農(nóng)業(yè)與生態(tài)空間疊加問題難以避免,需參照禁止開發(fā)區(qū)域的要求在紅線范圍內(nèi)建立有效的監(jiān)管制度以促進(jìn)國土空間的可持續(xù)利用。