基于最小累積阻力模型的生態(tài)安全格局構(gòu)建研究進(jìn)展

楊 凱，曹銀貴，2①,馮 喆,2，耿冰瑾，馮 漪，王舒菲

〔1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.自然資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035〕

快速城市化使經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人們生活水平極大提高，但其代價(jià)是生態(tài)系統(tǒng)諸多服務(wù)功能退化，非線性變化的風(fēng)險(xiǎn)增加[1]。黨的十九屆五中全會(huì)明確提出要優(yōu)化國(guó)土空間布局，在這一背景下，生態(tài)安全必須擺在重要且突出的位置。生態(tài)安全格局研究主要針對(duì)中國(guó)國(guó)土和城市規(guī)劃建設(shè)中面臨的重大問(wèn)題：如何協(xié)調(diào)保護(hù)和開(kāi)發(fā)這兩類(lèi)水平生態(tài)過(guò)程之間的矛盾[2]。由于生態(tài)過(guò)程在當(dāng)今快速城鎮(zhèn)化過(guò)程中一直處于劣勢(shì)，因此，確定生態(tài)安全格局，劃定生態(tài)保護(hù)紅線顯得格外重要。國(guó)土空間是由山、水、林、田、湖、草相互關(guān)聯(lián)而形成的有機(jī)整體[3]，單純局限于區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行時(shí)間不同步且空間割裂的生態(tài)修復(fù)難以保障生態(tài)系統(tǒng)健康[4]，須遵循“山水林田湖草是生命共同體”理念，從單一要素修復(fù)轉(zhuǎn)向山、水、林、田、湖、草全要素的全域、全過(guò)程協(xié)同治理[3]。

生態(tài)安全格局理論強(qiáng)調(diào)，景觀中存在某些潛在的生態(tài)空間格局，它由景觀中某些關(guān)鍵元素和空間位置構(gòu)成，對(duì)維護(hù)或控制特定地段的生態(tài)過(guò)程具有重要意義[5]。構(gòu)建生態(tài)安全格局的意義在于站在生態(tài)全局的高度上，識(shí)別和修復(fù)由各關(guān)鍵景觀要素組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，提高各要素的景觀連通性，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)過(guò)程的有效調(diào)控[6]，從而保障生態(tài)功能充分發(fā)揮，維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全。黨的十八大報(bào)告中作為三大戰(zhàn)略格局目標(biāo)之一的生態(tài)安全格局首次被提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度[7]。2020年5月自然資源部印發(fā)的《市級(jí)國(guó)土空間總體規(guī)劃編制指南(試行)》(自然資辦發(fā)[2020]46號(hào))強(qiáng)調(diào)“構(gòu)建連續(xù)、完整、系統(tǒng)的生態(tài)保護(hù)格局，優(yōu)先確定國(guó)土保護(hù)空間”。因此，構(gòu)建科學(xué)、合理的生態(tài)保護(hù)格局對(duì)保障區(qū)域生態(tài)空間安全具有重要基礎(chǔ)作用，也是當(dāng)前國(guó)土空間總體規(guī)劃編制過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題[8]。由此可見(jiàn)，構(gòu)建生態(tài)安全格局作為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)的重要方式，是從末端生態(tài)治理走向前端生態(tài)管理的必然選擇，為尋求更加契合區(qū)域發(fā)展需求的生態(tài)保護(hù)模式提供了技術(shù)支撐[9]。

從研究方法來(lái)看，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局多采用最小累積阻力模型[10-14]、電路模型[15-18]和斑塊重力模型[12,19]等方法，其中最小累積阻力模型能較好地反映景觀格局變化和生態(tài)過(guò)程演變的相互作用關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建和優(yōu)化[20]。但是，目前的研究大多停留在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)搭建的層次上，對(duì)景觀要素的規(guī)劃和設(shè)計(jì)、有效性評(píng)價(jià)、景觀格局優(yōu)化以及成果應(yīng)用等其他重要配套環(huán)節(jié)缺少研究和探討，以致構(gòu)建的生態(tài)安全格局可能會(huì)達(dá)不到預(yù)期效果[9]。此外，鮮有學(xué)者對(duì)不同的構(gòu)建方法進(jìn)行對(duì)比和分析，指明各方法的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。該文以“格局要素規(guī)劃與設(shè)計(jì)-源地識(shí)別-阻力面設(shè)置與修正-廊道提取-格局優(yōu)化與有效性評(píng)價(jià)-研究成果應(yīng)用”為邏輯線，系統(tǒng)梳理基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局的各個(gè)重要環(huán)節(jié)，整理和分析各環(huán)節(jié)研究要點(diǎn)和存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)建議，同時(shí)，與其他生態(tài)安全格局構(gòu)建方法進(jìn)行對(duì)比，提出方法優(yōu)化方向。

1 生態(tài)安全格局構(gòu)建的發(fā)展歷程

生態(tài)安全起源于1940年代土地健康問(wèn)題的研究，其目的是為了有效遏制區(qū)域生物棲息地遭到破壞、生物多樣性減少及生態(tài)安全水平顯著下降的趨勢(shì)。國(guó)外的生態(tài)安全格局研究多圍繞生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、綠色基礎(chǔ)設(shè)施等方面展開(kāi)，其保護(hù)體系已較為完整和成熟[7]。歐洲生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究主要集中于開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較大或是人類(lèi)擾動(dòng)較為劇烈及頻繁的區(qū)域，北美則側(cè)重于自然保護(hù)區(qū)、森林公園等未開(kāi)發(fā)或是人類(lèi)脅迫程度較小的區(qū)域[21]。綠色基礎(chǔ)設(shè)施研究最早出現(xiàn)在1990年代美國(guó)，但其可追溯到19世紀(jì)中期的英國(guó)，當(dāng)時(shí)工業(yè)化地區(qū)以“綠帶”、公共公園和開(kāi)放空間等形式來(lái)達(dá)到消遣娛樂(lè)和生態(tài)保護(hù)的目的[22]。目前國(guó)際生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施研究主要關(guān)注化解城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和增加人類(lèi)福祉等方面內(nèi)容，并向多元化目標(biāo)方向發(fā)展。

國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)安全格局的研究最早可追溯到1990年代[23]。生態(tài)安全理念旨在確保資源、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的安全、健康和可持續(xù)發(fā)展，強(qiáng)化有利的生態(tài)過(guò)程，控制有害的生態(tài)過(guò)程，尋求生態(tài)安全保障途徑[9]。早期的生態(tài)安全格局研究區(qū)域主要為自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)，目標(biāo)較為單一，以生物多樣性保護(hù)為主[7]。近年來(lái)針對(duì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展區(qū)[19,24]、重要水源涵養(yǎng)區(qū)[25]和生態(tài)脆弱區(qū)[26]的生態(tài)安全格局研究逐漸增多，研究范疇從基于單一物種保護(hù)目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)涵蓋生物多樣性保護(hù)、氣候調(diào)節(jié)和文化遺產(chǎn)多個(gè)目標(biāo)的區(qū)域綜合生態(tài)安全格局構(gòu)建。研究的空間尺度也趨向多元化，無(wú)論是對(duì)我國(guó)各類(lèi)自然資源的宏觀統(tǒng)籌還是對(duì)各地方、行政單元特定地理?xiàng)l件生態(tài)過(guò)程的微觀調(diào)控都極大豐富了生態(tài)安全格局的內(nèi)涵，并推動(dòng)了該研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。此外，多數(shù)研究集中在生態(tài)格局識(shí)別與構(gòu)建，例如采用空間疊加、目標(biāo)優(yōu)化等方法構(gòu)建生態(tài)安全格局，還有生態(tài)格局的功能、服務(wù)評(píng)估和相互關(guān)系等研究，并對(duì)所識(shí)別的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)提出針對(duì)性保護(hù)、修復(fù)建議以及舉措[7]。近些年來(lái)生態(tài)安全格局逐漸由定性、靜態(tài)分析走向定量、動(dòng)態(tài)分析，研究方法和指標(biāo)也趨向多元化，但仍存在機(jī)制研究不足、關(guān)鍵閾值尚未達(dá)成共識(shí)等問(wèn)題[9]。以生態(tài)廊道為例，當(dāng)前研究?jī)?nèi)容主要為生態(tài)廊道識(shí)別，對(duì)生態(tài)廊道寬度、結(jié)構(gòu)、功能和邊緣效應(yīng)等關(guān)鍵問(wèn)題缺少深入分析，不利于構(gòu)建的生態(tài)安全格局具體實(shí)施和后續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。因此，未來(lái)需加強(qiáng)生態(tài)安全格局構(gòu)建與景觀生態(tài)學(xué)、干擾生態(tài)學(xué)等學(xué)科的交叉融合，深化機(jī)制研究，進(jìn)一步加強(qiáng)定量分析和系統(tǒng)分析。

2 生態(tài)安全格局的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

源于景觀生態(tài)規(guī)劃，生態(tài)安全格局能夠針對(duì)區(qū)域主要生態(tài)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間格局的優(yōu)化，以及對(duì)維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展具有關(guān)鍵意義的點(diǎn)、線、面的識(shí)別，保障生態(tài)功能的充分發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)區(qū)域資源和基礎(chǔ)設(shè)施合理配置[26]。由“源地-廊道”組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已成為生態(tài)安全格局構(gòu)建的基本模式[4]，而構(gòu)成生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的各種關(guān)鍵要素也是從景觀生態(tài)學(xué)中引入的。

2.1 生態(tài)源地的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

生態(tài)源地指現(xiàn)存的鄉(xiāng)土物種棲息地以及擴(kuò)散和維持的元點(diǎn)[26]。它們對(duì)區(qū)域生態(tài)過(guò)程與功能起決定性作用，并且對(duì)區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義或者擔(dān)負(fù)重要輻射功能[27]。確定生態(tài)源地的最根本目的在于滿足人類(lèi)各項(xiàng)需求，因此多是從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度，由各種生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)價(jià)值作為生態(tài)源地的篩選標(biāo)準(zhǔn)[28]。不同區(qū)域的自然資源稟賦不同，生態(tài)源地的規(guī)劃與設(shè)計(jì)必須因地制宜，從人類(lèi)需求出發(fā)，依據(jù)需要的各項(xiàng)功能選擇匹配的覆被類(lèi)型。此外，生態(tài)源地的生態(tài)價(jià)值還受到覆被密度、氣候水文和地形地貌等其他因素制約[29-31]。參考相關(guān)文獻(xiàn)[28,32]，同時(shí)考慮生態(tài)安全格局構(gòu)建要求，總結(jié)生態(tài)源地的生態(tài)功能(表1)。

表1 不同生態(tài)源地功能辨析

2.2 生態(tài)廊道的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

景觀中的生態(tài)廊道指不同于兩側(cè)基質(zhì)的狹長(zhǎng)地帶[33]。FORMAN等[34]將生態(tài)廊道功能歸為生境(habitat)、通道(conduit)、過(guò)濾(filter)、障礙(barrier)、源(source)和匯(sink)。朱強(qiáng)等[35]主張遵循景觀結(jié)構(gòu)與功能原理，分析主要生態(tài)過(guò)程，以此確定生態(tài)廊道的土地類(lèi)型和寬度。生態(tài)源地景觀的異質(zhì)性產(chǎn)生生態(tài)功能的分化，相應(yīng)生態(tài)廊道的土地類(lèi)型和寬度也因此有不同要求，如FU等[36]構(gòu)建生態(tài)阻力面時(shí)按照生態(tài)源地的差異將阻力面賦予不同參數(shù)。阻力值的設(shè)定受到如覆蓋度、土壤和水文等其他條件影響，但總體而言，陸地生態(tài)廊道各土地類(lèi)型阻力值由小到大為林地<草地<濕地<其他農(nóng)業(yè)用地<水域<建設(shè)用地，而作為河流兩側(cè)覆被緩沖帶的河流生態(tài)廊道各土地類(lèi)型阻力值由小到大為水域<林地<濕地<草地<其他農(nóng)業(yè)用地<建設(shè)用地[27,36]。

多數(shù)學(xué)者認(rèn)為生態(tài)廊道越寬則生境質(zhì)量越好，但土地的稀缺性決定了寬度閾值的設(shè)定要同時(shí)兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間需求[37]。生物通道的寬度效應(yīng)受生物體行為、氣候水文和具體生態(tài)過(guò)程等因素的影響，按照結(jié)構(gòu)和功能的不同具有多種分類(lèi)方式。從生物通道角度出發(fā)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[35,38-41]，總結(jié)適宜的生態(tài)廊道寬度(表2)。陸地生態(tài)廊道閾值的設(shè)定主要考慮生物多樣性維護(hù)及擴(kuò)散，河流生態(tài)廊道考慮水資源保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)功能完整性[35]。

表2 不同功能的生態(tài)廊道的寬度閾值

3 生態(tài)安全格局的構(gòu)建

3.1 生態(tài)源地的識(shí)別

生態(tài)源地作為物種生存和擴(kuò)散的起點(diǎn)，與周?chē)h(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的物質(zhì)、能量和信息交換，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)和景觀層面的整體功能起到重要作用[6]。從發(fā)展脈絡(luò)來(lái)看，自開(kāi)展生態(tài)安全格局構(gòu)建研究以來(lái)，學(xué)者們對(duì)生態(tài)源地識(shí)別的方法和指標(biāo)不斷進(jìn)行完善，從最初只考慮生態(tài)用地斑塊自身功能屬性，到逐步關(guān)注斑塊屬性變化趨勢(shì)和強(qiáng)調(diào)斑塊在整個(gè)景觀格局中的連通重要性[7]。目前來(lái)講，識(shí)別生態(tài)源地的方法主要包括直接識(shí)別和間接識(shí)別[9]。直接識(shí)別指選取重要的自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)作為生態(tài)源地。這一方法相對(duì)比較便捷，在進(jìn)行生態(tài)保護(hù)時(shí)更易操作，但也存在固有缺陷。自然保護(hù)區(qū)劃分通常受到很強(qiáng)的行政管制因素影響，沒(méi)有考慮生態(tài)系統(tǒng)各組分之間的聯(lián)系[9]，另外自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)不太可能將所有產(chǎn)生重大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或生態(tài)環(huán)境較脆弱區(qū)域涵蓋在內(nèi)。間接識(shí)別指通過(guò)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系識(shí)別生態(tài)源地(表3[5，28，33，48-52])，主要從生態(tài)服務(wù)功能重要性、生態(tài)敏感性和景觀連通性等方面展開(kāi)[5,19](圖1)。

當(dāng)前生態(tài)源地識(shí)別方法已由自然保護(hù)區(qū)劃定等直接識(shí)別逐步過(guò)渡為以生態(tài)服務(wù)功能重要性和景觀連通性等目標(biāo)為導(dǎo)向的間接識(shí)別，也有學(xué)者[47]通過(guò)自然保護(hù)區(qū)或生態(tài)保護(hù)紅線對(duì)間接識(shí)別方法得到的生態(tài)源地進(jìn)行修正，其目的在于獲得較完整、連續(xù)的生態(tài)斑塊。從實(shí)踐角度出發(fā)，間接識(shí)別方法基于定量分析提取生態(tài)源地，相較于直接識(shí)別方法更加科學(xué)、精準(zhǔn)。但為了與現(xiàn)行的城市規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)紅線相銜接，以及為方便不同層級(jí)和不同區(qū)域行政部門(mén)管理和監(jiān)督，可以借鑒生態(tài)保護(hù)紅線劃定方式，采用直接識(shí)別與間接識(shí)別相結(jié)合的方式提取生態(tài)源地。

3.2 生態(tài)廊道的識(shí)別

生態(tài)廊道作為能量和物質(zhì)循環(huán)的載體，是保持物質(zhì)流、生態(tài)流、生態(tài)過(guò)程及能量在區(qū)域內(nèi)連續(xù)、連通的關(guān)鍵生態(tài)用地[48]。提取對(duì)生態(tài)源地起關(guān)鍵連通作用的廊道并給予適當(dāng)保護(hù)，是區(qū)域生態(tài)功能得到充分發(fā)揮的基本保障，同時(shí)也有助于增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)功能完整性[43]。生態(tài)廊道識(shí)別已發(fā)展出多種方法，其中最小累積阻力(MCR)模型的兼容性和適用性較好[49]，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全格局構(gòu)建。該模型根據(jù)KNAAPEN等建立的費(fèi)用距離修改而來(lái)，其原理為景觀中生物物種、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其他物質(zhì)和能量在空間組分間流動(dòng)需要克服一定景觀阻力，景觀生態(tài)服務(wù)功能越強(qiáng)，景觀功能越完善，完成這一生態(tài)過(guò)程所遇到的阻力就越小[50]。該模型計(jì)算物種在不同生態(tài)源地間運(yùn)動(dòng)所需要耗費(fèi)的代價(jià)，可以反映物種運(yùn)動(dòng)的潛在可能性及趨勢(shì)，能模擬生物穿越不同景觀基面的過(guò)程[20]。該模型考慮源、距離和景觀介面特征3個(gè)因素，其計(jì)算公式為

(1)

式(1)中，RMC為最小累積阻力值；f為反映某點(diǎn)到基面最小累積阻力與生態(tài)過(guò)程的正相關(guān)關(guān)系的正函數(shù)；Dij為生態(tài)源地斑塊j到景觀單元i的實(shí)際距離；Ri為景觀單元對(duì)生物物種遷徙的阻力系數(shù)。該模型較簡(jiǎn)單，能較好模擬景觀要素對(duì)物質(zhì)流、生態(tài)流的阻礙作用，但未考慮生態(tài)源地自身功能和屬性，因此有學(xué)者[51]利用相對(duì)阻力因子等要素對(duì)該模型進(jìn)行修正，從而體現(xiàn)不同等級(jí)生態(tài)源地?cái)U(kuò)展能力的強(qiáng)弱差異。下一步研究應(yīng)更加關(guān)注生態(tài)源地面積、形狀及邊緣效應(yīng)等要素對(duì)生態(tài)過(guò)程的影響機(jī)制。

表3 生態(tài)源地間接識(shí)別的常用指標(biāo)及原理

3.2.1生態(tài)阻力面的設(shè)置與修正

最小累積阻力模型通過(guò)構(gòu)建生態(tài)阻力面，篩選出物質(zhì)及能量在生態(tài)源地間傳輸阻力較小的路徑作為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳輸通道。就生態(tài)網(wǎng)絡(luò)而言，生態(tài)阻力面構(gòu)建方法和指標(biāo)直接決定了其構(gòu)建質(zhì)量和傳輸效率。目前阻力面賦值方式主要有基于專(zhuān)家咨詢(xún)對(duì)土地覆被/土地類(lèi)型打分賦值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)賦值2種。

對(duì)土地類(lèi)型進(jìn)行賦值的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)單明了，數(shù)據(jù)需求也相對(duì)較少，且不同土地類(lèi)型之間在傳輸物質(zhì)和能量效率上存在顯著差距。但是借助專(zhuān)家咨詢(xún)方式對(duì)植被類(lèi)型進(jìn)行賦值的主觀性較強(qiáng)，學(xué)術(shù)界對(duì)生態(tài)阻力大小設(shè)定存在爭(zhēng)議，尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[9]。而且這種“一刀切”的劃分方式忽略了同一土地類(lèi)型內(nèi)部的阻力差異，不能有效反映人類(lèi)干擾程度、地形地貌等自然因素對(duì)生態(tài)阻力的影響。為更好反映其他要素對(duì)阻力面的影響，很多學(xué)者在構(gòu)建阻力面時(shí)通常會(huì)引入不同空間數(shù)據(jù)對(duì)土地類(lèi)型生態(tài)阻力系數(shù)進(jìn)行修正。如陳昕等[5]在構(gòu)建云浮市生態(tài)安全格局時(shí)為了體現(xiàn)人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)生態(tài)阻力系數(shù)的影響，借助表征城市化水平、經(jīng)濟(jì)因素及人口狀況等人類(lèi)活動(dòng)因子的夜間燈光數(shù)據(jù)對(duì)阻力面進(jìn)行調(diào)整；史芳寧等[25]通過(guò)高程對(duì)阻力面修正以強(qiáng)調(diào)地形因素對(duì)陸生生物擴(kuò)散的影響。這些修正方法能夠有效提升生態(tài)廊道提取的準(zhǔn)確性和合理性，且土地類(lèi)型賦值對(duì)這些修正方法具有較好的兼容性，擴(kuò)大了適用范圍。

有研究[27,50]認(rèn)為阻力值大小取決于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)多少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供的服務(wù)越多，物質(zhì)和能量在景觀單元之間的流動(dòng)越容易，生態(tài)過(guò)程流動(dòng)遇到的阻力就越小，因此基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)建阻力面廣為研究者接受。但這種方法同樣存在一定弊端，如水體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值通常較高，但其對(duì)林地、草地等陸地生態(tài)源地內(nèi)多數(shù)陸生生物阻隔作用較強(qiáng)[35-36]，基于該阻力值識(shí)別的生態(tài)廊道反而不利于生態(tài)源地?cái)U(kuò)展。

3.2.2生態(tài)廊道的提取

生態(tài)廊道提取建立在生態(tài)阻力面構(gòu)建基礎(chǔ)上，基于最小累積阻力模型識(shí)別出源與源或源與目標(biāo)點(diǎn)之間最小成本路徑，并將其作為生物遷徙及能量流通的通道加以保護(hù)和修復(fù)，進(jìn)而提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體連通性。假設(shè)把每個(gè)單獨(dú)的源或目標(biāo)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)，若無(wú)新的交叉形成，V個(gè)節(jié)點(diǎn)最大可能的生態(tài)廊道連接數(shù)為3(V-2)個(gè)[52]。當(dāng)前研究多集中于利用連通性、環(huán)度和閉合度等指標(biāo)對(duì)生態(tài)廊道構(gòu)成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連通性進(jìn)行評(píng)價(jià)，鮮有對(duì)斑塊間物種遷徙或其他生態(tài)過(guò)程進(jìn)展順利程度的研究，需依據(jù)具體生態(tài)過(guò)程加強(qiáng)功能連通性的分析。

3.3 生態(tài)安全格局的優(yōu)化及有效性評(píng)價(jià)

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)搭建完成后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化和評(píng)價(jià)，使整個(gè)生態(tài)安全格局保護(hù)和修復(fù)更有針對(duì)性。對(duì)于生態(tài)安全格局的優(yōu)化，有研究[53-54]從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)自身出發(fā)，利用斑塊重力模型及景觀指數(shù)對(duì)生態(tài)廊道的重要性以及生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度和閉合度等指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并以調(diào)整廊道數(shù)量的方式優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)布局；也有學(xué)者[24,49]將識(shí)別出的關(guān)鍵要素與當(dāng)?shù)刈匀灰貟煦^，進(jìn)而提出相應(yīng)優(yōu)化舉措。例如王曉玉等[24]在江蘇省生態(tài)安全格局構(gòu)建中，提出將既是生態(tài)廊道相接處又是生態(tài)源地分布聚集點(diǎn)的區(qū)域劃為生態(tài)保育區(qū)，針對(duì)不同生態(tài)保育區(qū)的空間異質(zhì)性分別提出相應(yīng)保護(hù)目標(biāo)及策略；李恒凱等[49]建議在稀土礦區(qū)周邊生態(tài)源地建立緩沖區(qū)，從而保存并擴(kuò)大生態(tài)源地面積。

大多數(shù)已有研究多依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)、生態(tài)保護(hù)目標(biāo)或安全格局水平，構(gòu)建相應(yīng)生態(tài)安全格局，但對(duì)所構(gòu)建生態(tài)安全格局有效性或合理性缺少評(píng)價(jià)，尤其是定量評(píng)價(jià)極為少見(jiàn)[9]。依據(jù)評(píng)價(jià)方法可將有效性評(píng)價(jià)分為3類(lèi)，即模型評(píng)價(jià)、對(duì)照評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)[9]。模型評(píng)價(jià)主要是借助數(shù)學(xué)模型和假設(shè)理論進(jìn)行情景模擬，如俞孔堅(jiān)等[55]選取不同水平生態(tài)安全格局作為城市空間發(fā)展的預(yù)景前提，模擬未來(lái)城鎮(zhèn)空間發(fā)展格局，對(duì)比不同預(yù)景下生態(tài)安全、城市邊界增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)的可能性和程度；賈艷紅等[56]選取多個(gè)數(shù)值差異較大的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，采用熵權(quán)法與綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合定量測(cè)度甘肅牧區(qū)草原生態(tài)安全狀況。對(duì)照評(píng)價(jià)將生態(tài)安全格局構(gòu)建結(jié)果與生態(tài)保護(hù)紅線、綠色基礎(chǔ)設(shè)施等進(jìn)行對(duì)比，從理論上探討不同模式構(gòu)建的生態(tài)安全格局實(shí)施效果差異。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是在設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，通過(guò)定期觀測(cè)評(píng)定方案實(shí)施效果，并對(duì)照初始目標(biāo)反饋和調(diào)整設(shè)計(jì)方案(表4)。

表4 生態(tài)安全格局有效性評(píng)價(jià)方法

模型評(píng)價(jià)和對(duì)照評(píng)價(jià)雖然有較大局限性，但是可以作為生態(tài)安全格局設(shè)計(jì)方案實(shí)施前的評(píng)價(jià)手段，用來(lái)評(píng)定方案可行性，從而降低成本，避免不成熟設(shè)計(jì)方案實(shí)施造成的不必要經(jīng)濟(jì)和人力資源損失；對(duì)照評(píng)價(jià)最大優(yōu)勢(shì)在于能與現(xiàn)有規(guī)劃體系進(jìn)行有效銜接，防止設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)行規(guī)劃相矛盾導(dǎo)致后續(xù)實(shí)施中的混亂。

基于生態(tài)安全格局構(gòu)建各環(huán)節(jié)得到生態(tài)安全格局構(gòu)建邏輯范式(圖2)。圖2顯示，生態(tài)安全格局構(gòu)建各環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密，有效性評(píng)價(jià)對(duì)整個(gè)生態(tài)安全格局構(gòu)建起到較強(qiáng)的反饋?zhàn)饔谩?/p>

3.4 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與生態(tài)保護(hù)紅線的關(guān)系

生態(tài)保護(hù)紅線是中國(guó)環(huán)境保護(hù)的重要制度創(chuàng)新，重點(diǎn)是嚴(yán)格確定自然生態(tài)服務(wù)功能、環(huán)境質(zhì)量安全和自然資源利用等方面保護(hù)的空間邊界和管理限值[2]。與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)相比，生態(tài)保護(hù)紅線類(lèi)似于耕地紅線，它的定位是一種“底線思維”的管控方式，被認(rèn)為是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)不被破壞，生態(tài)過(guò)程正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生態(tài)功能持續(xù)發(fā)揮的最低要求。此外，生態(tài)保護(hù)紅線更注重保護(hù)區(qū)域空間分布和面積比例，是一種剛性保護(hù)空間，在實(shí)施層面也是以法律法規(guī)的形式禁止工農(nóng)生產(chǎn)和建設(shè)活動(dòng)突破生態(tài)保護(hù)紅線界限[47]。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)則更加關(guān)注生態(tài)源地間物種擴(kuò)散、遷徙等水平生態(tài)過(guò)程的維護(hù)及修復(fù)，尤其是借助生態(tài)廊道將對(duì)生物多樣性和生態(tài)功能起支撐作用的重要生境連接起來(lái)，強(qiáng)化各景觀要素的整體性和連通性。相較于生態(tài)保護(hù)紅線是對(duì)生態(tài)用地的最低數(shù)量管控，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)則具備一定彈性，生態(tài)源地面積以及生態(tài)廊道數(shù)量和寬度可以根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)收縮及擴(kuò)張，生態(tài)廊道中起“踏腳石”作用的生態(tài)節(jié)點(diǎn)的建設(shè)要與預(yù)期收益和區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)[47](表5)。

表5 生態(tài)安全格局相關(guān)概念辨析

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與生態(tài)保護(hù)紅線在內(nèi)涵、側(cè)重點(diǎn)及應(yīng)用范圍等方面存在差異，是2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的概念。但兩者都隸屬于國(guó)土空間規(guī)劃體系，其目標(biāo)都是解決生態(tài)用地的優(yōu)化配置，強(qiáng)化國(guó)土空間源頭保護(hù)和用途[2]。在方法上，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與生態(tài)保護(hù)紅線有很多相似之處，譬如生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)源地的識(shí)別和生態(tài)保護(hù)紅線范圍的劃定都是從生態(tài)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性這2個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。從已有生態(tài)安全格局構(gòu)建對(duì)象類(lèi)型來(lái)看，多以省、市、縣等行政單元為研究范圍，鮮有以城市群以及更大范圍的跨尺度、跨行政邊界的區(qū)域?yàn)檠芯糠秶?，其原因是定量分析時(shí)較難選取指標(biāo)和確定關(guān)鍵閾值。而生態(tài)保護(hù)紅線可以作為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基底，促進(jìn)兩者相互融合，形成多尺度的生態(tài)安全格局。鑒于生態(tài)保護(hù)紅線對(duì)于景觀空間格局考慮不足，強(qiáng)調(diào)空間異質(zhì)性但未從生態(tài)過(guò)程角度對(duì)需要特定保護(hù)的景觀要素加以說(shuō)明，而生態(tài)廊道這一對(duì)于區(qū)域物質(zhì)、能量和信息輸送具有重要意義的關(guān)鍵要素沒(méi)有納入指標(biāo)體系[9]，因此可以將生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建作為生態(tài)保護(hù)紅線未來(lái)的優(yōu)化方向。

4 生態(tài)安全格局構(gòu)建研究方法對(duì)比

最小累積阻力模型能較好模擬不同景觀對(duì)于生態(tài)流的阻力作用，因而被廣泛用于生態(tài)廊道的提取。此外，生態(tài)安全格局構(gòu)建方法還有電路模型、斑塊重力模型和蟻群模型等(圖3)。

如圖3所示，最小累積阻力模型、電路模型、斑塊重力模型和蟻群模型各有優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)生態(tài)源地選址數(shù)據(jù)量較為龐大時(shí)，蟻群模型可以較好地解決效率問(wèn)題[57]；斑塊重力模型方法簡(jiǎn)單，用于評(píng)價(jià)斑塊間相互作用強(qiáng)度，從而判定生態(tài)源地的相對(duì)重要性[12,19]。但這2種方法都不能很好地識(shí)別生態(tài)廊道，因此未被廣泛用于生態(tài)安全格局構(gòu)建。電路模型的優(yōu)勢(shì)在于基于電流密度來(lái)表達(dá)物種多路徑擴(kuò)散可能性，探討生態(tài)廊道寬度以及識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)和障礙點(diǎn)[4,15]。但電路理論也存在諸多局限性，譬如電路理論模擬的生態(tài)走廊寬度閾值取決于基于總體樣本的電流值頻率分布，同時(shí)很難定義高電流范圍[58]；電路理論反映多條路徑的擴(kuò)散概率更符合物種初次擴(kuò)散的“隨機(jī)游走”性，就長(zhǎng)期的物種遷徙而言，生物具有趨利避害的天性，會(huì)在現(xiàn)存路徑中選擇最優(yōu)路徑，所以電路理論在量化階段需要進(jìn)一步對(duì)實(shí)際生態(tài)過(guò)程進(jìn)行研究。

最小累積阻力模型雖然沒(méi)有考慮多路徑擴(kuò)散可能性，但卻是物種遷徙和能量流動(dòng)的最優(yōu)路徑，更加符合現(xiàn)實(shí)中多數(shù)生物遷徙時(shí)做出的選擇，有較好適用性[49]。此外，該模型能兼容其他多種阻力因素對(duì)基本阻力面的修正，且對(duì)于數(shù)據(jù)需求具有一定彈性。數(shù)據(jù)需求少，成圖質(zhì)量高的特性使該模型在缺少研究實(shí)證數(shù)據(jù)和資料的情況下相比于其他方法更具備優(yōu)勢(shì)[9,27]。

5 展望

基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全格局的構(gòu)建，但目前仍存在阻力面賦值主觀性強(qiáng)、生態(tài)過(guò)程機(jī)制研究不足等缺陷，今后可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：

(1)完善指標(biāo)體系，提高生態(tài)阻力面賦值科學(xué)性。土地覆被類(lèi)型、空間景觀結(jié)構(gòu)和人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)是影響物種擴(kuò)散和能量流動(dòng)的3個(gè)主要因子。當(dāng)前基于最小累積阻力模型構(gòu)建的生態(tài)安全格局在阻力面設(shè)置上雖然采用定量分析，但在賦值方面仍主要采用專(zhuān)家咨詢(xún)法，尚未形成統(tǒng)一的范式和標(biāo)準(zhǔn)。以土地覆被類(lèi)型為例，不同土地覆被類(lèi)型阻力值的相對(duì)大小已基本達(dá)成較為一致的意見(jiàn)，但如何以絕對(duì)阻力值反映不同土地類(lèi)型的阻力差距和建立指標(biāo)體系反映同一土地類(lèi)型內(nèi)的阻力分化仍是亟待解決的問(wèn)題。

(2)注重空間尺度差異，加強(qiáng)生態(tài)過(guò)程的機(jī)制研究。目前最小累積阻力模型數(shù)學(xué)公式較為簡(jiǎn)單，雖能較好模擬物種遷徙及能量流動(dòng)過(guò)程中的阻力因素，但未考慮生態(tài)源地自身的擴(kuò)散能力，對(duì)其輻射范圍和對(duì)外部環(huán)境變化的響應(yīng)等生態(tài)過(guò)程缺少機(jī)制研究；同時(shí)，最小累積阻力模型適用對(duì)象的空間尺度跨度較大，但公式使用和指標(biāo)選取尚未能體現(xiàn)相應(yīng)差異，仍需進(jìn)一步明確不同尺度下生態(tài)安全格局構(gòu)建在目標(biāo)、方法和指標(biāo)選取等方面的區(qū)別。

(3)增加多路徑分析，識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)。與其他生態(tài)安全格局構(gòu)建方法相比，最小累積阻力模型雖能較好模擬不同景觀對(duì)生態(tài)流的阻力作用，但難以進(jìn)行多路徑分析。潛在生態(tài)廊道識(shí)別的意義在于當(dāng)關(guān)鍵生態(tài)廊道與相關(guān)規(guī)劃產(chǎn)生沖突的情況下可將其作為備選路徑，使生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的搭建更加靈活多變。此外，關(guān)鍵生態(tài)廊道與潛在生態(tài)廊道高度重合的區(qū)域應(yīng)作為生態(tài)節(jié)點(diǎn)，其保護(hù)和修復(fù)對(duì)生態(tài)廊道傳輸效率和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性起到重要促進(jìn)作用，因此有必要參考其他方法識(shí)別多條路徑和生態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)而優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)布局。