基于生態(tài)系統(tǒng)服務的京津冀地區(qū)生態(tài)安全格局構建研究

劉雙嘉，張貴軍,2，張蓬濤,2，杜賀秋

(1 河北農(nóng)業(yè)大學 國土資源學院，河北 保定071000；2 河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室，河北 保定071000)

生態(tài)安全影響著地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。京津冀地區(qū)自然環(huán)境稟賦不佳，近年來，大氣污染、水資源短缺等生態(tài)問題愈加嚴重，經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護之間的矛盾進一步深化。因此，從科學性、可行性以及整體性角度構建生態(tài)安全格局，對于京津冀地區(qū)改善生態(tài)環(huán)境、緩解人地矛盾、促進人與自然和諧相處具有重要的現(xiàn)實意義。

生態(tài)安全格局的研究起源于生物保護領域，之后逐漸成為生態(tài)學、地理學等領域的熱點[1-2]。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的矛盾日益突出，生態(tài)安全格局研究逐漸關注于自然生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合[3-4]、生態(tài)保護與恢復[5-7]，生態(tài)安全的政策研究[8-9]等。在研究方法創(chuàng)新方面，國外學者將物理學中的電路理論結合到生態(tài)安全研究中，進而出現(xiàn)了利用有效電阻、有效電壓和有效電流來模擬生態(tài)源地、生態(tài)廊道以及綜合阻力的空間分布的研究模式，豐富了生態(tài)安全格局的研究內容[10-11]。國內學者對生態(tài)安全格局的研究始于20世紀90年代末。以俞孔堅[12]、肖篤寧[13]、陳利頂[14]、傅伯杰[15]為代表的部分學者，對生態(tài)安全格局進行了初步探索，明確了生態(tài)安全格局的基本概念和理論；之后國內基本形成了 “斑塊-廊道-基質”的研究模式[16-17]，并以此為基礎，結合地區(qū)環(huán)境特征，拓展了目標優(yōu)化[18-20]、時空演變分析[21-22]等多種研究思路。在研究尺度上，已經(jīng)涵蓋了省域[23]、市域[24]、城市群[25]、縣域[26]等眾多尺度；在研究內容上，眾多學者圍繞生態(tài)網(wǎng)絡的結構與功能[27-28]、構建方法[29-30]、生態(tài)網(wǎng)絡評價[31]、土地利用與生態(tài)安全[32-34]、國土空間生態(tài)修復[35-36]等展開了系列研究，豐富了生態(tài)安全格局的研究內容。綜上所述，以往研究形成了較為成熟的研究模式，但多局限于行政區(qū)邊界，對多地區(qū)相互結合的生態(tài)安全格局研究較為不足，京津冀地區(qū)地貌類型多樣，各項生態(tài)要素空間異質性明顯，且經(jīng)濟區(qū)位和經(jīng)濟發(fā)展水平差異顯著，構建京津冀地區(qū)生態(tài)安全格局對構筑首都生態(tài)安全屏障，維護京津冀生態(tài)安全，促進地區(qū)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

以京津冀地區(qū)為例，利用InVEST模型評價京津冀地區(qū)產(chǎn)水、碳固持、生境質量和土壤保持4項生態(tài)系統(tǒng)服務，并以此為基礎識別京津冀地區(qū)關鍵生態(tài)源地和廊道的空間分布情況，制定將生態(tài)系統(tǒng)要素有效串聯(lián)起來的空間配置方案，并探究科學、可行的京津冀生態(tài)安全格局構建模式，這不僅有利于解決地區(qū)一系列生態(tài)環(huán)境問題，還可以對優(yōu)化生態(tài)安全屏障體系、構建生物多樣性保護網(wǎng)絡、維護京津冀地區(qū)生態(tài)安全提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

京津冀地區(qū)涵蓋北京市、天津市和河北省，北部為燕山山脈，南部為華北平原，西部為太行山脈，東部為渤海地區(qū)；京津冀地區(qū)地貌類型多樣，西部和北部地區(qū)多為山地、高原、盆地，東部和南部多為平原，整體地形呈現(xiàn)西北高、東南低的態(tài)勢；京津冀地區(qū)總面積為218 000 km2，占全國總面積的2.27%。截至2015年底，京津冀地區(qū)常住人口超過1.1 億人；2015年GDP總量達6.9 萬億元。2015年中央審議通過了《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》，提出了京津冀疏解北京非首都功能，調整優(yōu)化京津冀地區(qū)城市布局和空間結構，擴大環(huán)境容量的主要任務。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究采用的數(shù)據(jù)包括：(1)京津冀地區(qū)2015年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)以Land TM和Landsat-8遙感數(shù)據(jù)為主要信息源，利用ENVI與Arcgis軟件解譯所得，并根據(jù)研究需要將土地劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地6種類型，分辨率為100 m。(2)2015年京津冀地區(qū)年平均降雨量數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng), 通過26個氣象站點的實測數(shù)據(jù)，利用反距離插值法得到京津冀地區(qū)降雨柵格圖。(3)DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺，利用Arcgis中的重采樣工具，將分辨率為30 m的DEM數(shù)據(jù)調整為100 m。(4)潛在蒸騰數(shù)據(jù)來源于全球干旱與潛在蒸騰量數(shù)據(jù)庫(Global Aridity and PET Database)，從全球潛在蒸散分布圖裁剪出京津冀地區(qū)數(shù)據(jù)，并利用Arcgis軟件中的重采樣工具將其分辨率調整為100 m。(5)土壤數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫中國土壤數(shù)據(jù)集。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務評價

2.1.1 產(chǎn)水服務 產(chǎn)水服務是指生態(tài)系統(tǒng)通過攔截降雨儲存淡水資源的能力。采用InVEST模型中的產(chǎn)水模塊(Water yield)評價京津冀地區(qū)產(chǎn)水服務情況，公式如下：

(1)

式中：Yi為柵格i上的年產(chǎn)水量，單位為mm；AETi為柵格i上的年蒸發(fā)量，單位為mm；Pi為柵格i上年降雨量，單位為mm；將柵格面積與Yi相乘得到產(chǎn)水量體積，作為京津冀地區(qū)產(chǎn)水服務量，單位為m3。

2.1.2 碳固持服務 碳固持服務深刻影響著地區(qū)氣候變化，對維護地區(qū)生態(tài)安全具有重要作用。本文利用InVEST模型中的碳固持模塊(Carbon Storage)評價京津冀地區(qū)碳固持服務情況，公式如下：

Ctot=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead

(2)

式中：Ctot為碳固持服務供給量，單位為t/hm2；Cabove為地上生物量的碳密度，單位為t/hm2；Cbelow地下生物量的碳密度，單位為t/hm2；Csoil為土壤中的碳密度，單位為t/hm2；Cdead為死亡有機物中的碳密度，單位為t/hm2。碳密度參數(shù)表示地區(qū)單位面積能夠儲存的碳總數(shù)，現(xiàn)已有較多研究利用土地利用類型表征各項碳密度參數(shù)，所以將土地利用類型分為耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地，參考InVEST模型推薦取值以及相關研究和文獻[37-38]，確定各種地類的碳密度參數(shù)。

2.1.3 生境質量 生境質量的優(yōu)劣表明生態(tài)系統(tǒng)能夠提供物種生存環(huán)境和繁衍發(fā)展的潛力大小。利用運用InVEST模型中的生物多樣性模塊(Habitat Quality)評價京津冀地區(qū)生境質量的空間分布情況，公式如下：

(3)

(4)

(5)

式中：式中Qxj為第j個土地類型中柵格x的生境質量數(shù)值，取值為[0,1]，其中數(shù)值1表示生境質量最佳；Hj為地類j的生境適宜性；Dxj為地類j中柵格x的脅迫水平；k為半飽和常數(shù)，采用InVEST模型的參考取值0.5；z為歸一化常量；T為脅迫因子的個數(shù)，選取建設用地、耕地以及未利用地為脅迫因子；y為某脅迫因子的柵格數(shù)；Yr為某脅迫因子所在地類層上的柵格數(shù)量；wr為脅迫因子權重；ry為地類層每個柵格上脅迫因子的個數(shù)；irxy為柵格y中脅迫因子r對柵格x的生境脅迫水平；βx為柵格x的可達性水平；Sjr為j對脅迫因子r的敏感程度；dxy為柵格x與柵格y之間的直線距離；drmax為脅迫因子r的最大影響距離。

2.1.4 土壤保持服務 京津冀地區(qū)地形條件復雜，城鎮(zhèn)化進程加快，人類活動導致土壤環(huán)境惡化的現(xiàn)象逐漸嚴重，因此定量評價京津冀地區(qū)土壤保持服務具有重要意義。采用InVEST模型中的SDR模塊評價京津冀地區(qū)土壤保持現(xiàn)狀，公式如下:

USLE=R×K×LS×C×P

(6)

RKLS=R×K×LS

(7)

SD=RKLS-ULSE

(8)

式中：RKLS是研究區(qū)在特定地貌氣候條件及裸地情形下的潛在土壤侵蝕量(t)；USLE是考慮了管理、工程措施的實際土壤侵蝕量(t)；SD為土壤保持量(t)；R為降雨侵蝕因子[MJ·mm/(hm2·h·a)]，表示雨水匯集而成的徑流對土層產(chǎn)生沖刷和轉移的參數(shù)，以京津冀地區(qū)年平均降雨量為基礎，采用章文波年降雨量回歸方程計算京津冀地區(qū)侵蝕因子；K為土壤可蝕性因子[t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)]，參考門明新[39]的研究，將不同土壤類型分別賦予相應的K值，得到京津冀地區(qū)土壤可蝕性因子圖層；LS為坡長坡度因子，InVEST模型能夠根據(jù)DEM數(shù)據(jù)自動提取LS數(shù)據(jù)；C為植被覆蓋和管理因子；P為土壤保持措施因子，現(xiàn)已有較多研究采用土地利用類型來表征植被覆蓋和管理因子與水土保持措施因子，因此在參考相關研究的基礎上，并結合京津冀地區(qū)的地類情況，確定C值與P值的取值[40-41]。

2.2 生態(tài)安全格局構建

2.2.1 生態(tài)源地識別 生態(tài)源地是對于區(qū)域生態(tài)過程與功能起決定性作用的生境斑塊，同時它對區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義并擔負著重要輻射功能。研究在評價產(chǎn)水、碳固持、生境質量和土壤保持4項生態(tài)系統(tǒng)服務的基礎上，利用極值標準化法將4種生態(tài)系統(tǒng)服務進行歸一化處理，并通過疊加處理得到京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務綜合分區(qū)狀況，最后利用自然斷點法將分區(qū)結果劃分為高、中、低3個等級，選取綜合生態(tài)系統(tǒng)服務等級為高且面積大于100 km2的斑塊作為研究區(qū)的生態(tài)源地。

2.2.2 生態(tài)阻力面設置 當物種在生態(tài)源地之間遷移時會受到眾多阻力的干擾。在參考相關文獻的基礎上[42-43]，綜合考慮到研究區(qū)的地形地貌條件，選取土地類型、高程和坡度3個因子構建綜合阻力面，依據(jù)因素重要程度比較法確定各阻力因子權重。

2.2.3 生態(tài)廊道提取 根據(jù)最小累積阻力模型，利用Arcgis軟件空間分析模塊中的成本距離分析方法，基于最小累積阻力面，結合生態(tài)源地分布情況，分別以各生態(tài)源地的幾何中心為生態(tài)源點，以其他的生態(tài)源點作為目標點群，生成研究區(qū)每個景觀單元到成本耗費面上鄰近源地斑塊的最小累積成本距離，然后利用成本路徑分析方法，識別從源地到目標區(qū)域的最小成本路徑，去除重復和冗長的路徑后得到最優(yōu)的關鍵生態(tài)廊道。公式如下：

(9)

式中：MCR為最小累積阻力值；f表示生態(tài)過程與最小累積阻力為正相關關系；Dij為生態(tài)源地斑塊j到景觀單元i的空間距離；Ri為景觀單元對生物物種遷徙的阻力系數(shù)。

廊道寬度直接影響著生態(tài)廊道發(fā)揮實際作用，參考相關研究成果，以構建的京津冀地區(qū)生態(tài)廊道為基礎，分別對其進行100 m、200 m、400 m、600 m、800 m、1 000 m、1 200 m 的緩沖區(qū)分析，統(tǒng)計和計算不同寬度內各土地利用類型面積，并以此得到京津冀地區(qū)最佳的生態(tài)廊道寬度區(qū)間[42,44]。

3 研究結果

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務空間格局

利用InVEST模型測算出京津冀地區(qū)產(chǎn)水、碳固持、生境質量以及土壤保持4項生態(tài)系統(tǒng)服務空間分布情況，如圖1所示。

圖1 京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務空間格局Figure 1 Spatial pattern of ecosystem services in Beijing-Tianjin-Hebei region

2015年京津冀地區(qū)平均產(chǎn)水服務量為599.80 m3/hm2，從空間分布來看，產(chǎn)水服務高值區(qū)主要集中唐山市和秦皇島市等環(huán)渤海地區(qū)，而承德市和張家口市則為普遍的較低值區(qū)，一方面京津冀地區(qū)降雨量總體上呈現(xiàn)由東南向西北逐步降低的態(tài)勢，京津冀西部地區(qū)降雨量較為不足，此外張承地區(qū)土地利用類型多為林地，土壤入滲能力較強，因此導致產(chǎn)水服務能力較弱。2015年京津冀地區(qū)碳固持服務高值區(qū)域主要集中于京津冀中北部的燕山山脈，此外石家莊市和邢臺市西部的太行山區(qū)也有部分高值地區(qū)；而東南部廣大平原地區(qū)則由于缺少森林等生態(tài)用地，導致碳固持服務能力較弱。2015年京津冀地區(qū)平均生境質量指數(shù)為0.48，集中連片的高值區(qū)域集中于北部和西部的燕山山脈地區(qū)，低值區(qū)域以各個城市的中心城區(qū)為主。2015年京津冀地區(qū)平均土壤保持量為888.96 t/hm2，高值區(qū)主要集中在北部和西部海拔較高的山區(qū)地帶，這些地區(qū)地表植被覆蓋率高，林地能夠有效防止水土流失；而冀中平原地區(qū)植被覆蓋率較低，但地勢較為平坦，因此土壤潛在侵蝕量與實際侵蝕量均處于較低水平，因此土壤保持量較低。

3.2 生態(tài)源地識別

在定量評價4項生態(tài)系統(tǒng)服務的基礎上，利用極值標準化法對4項服務進行歸一化處理，之后通過疊加分析得到京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務綜合分區(qū)，利用自然斷點法將京津冀地區(qū)綜合生態(tài)系統(tǒng)服務狀況分為高、中、低3個等級，3個等級的面積占比分別為15.6%、17.2%和67.2%。選取綜合生態(tài)系統(tǒng)服務級別為高且面積大于100 km2的斑塊作為京津冀地區(qū)生態(tài)源地，其中共選取生態(tài)源地17 塊。生態(tài)源地空間分布情況如圖2所示。

圖2 京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務綜合分區(qū)及生態(tài)源地空間分布Figure 2 Integrated ecosystem service division and ecological source area in Beijing-Tianjin-Hebei region

基于生態(tài)源地的空間分布狀況，利用Arcgis軟件統(tǒng)計京津冀各地區(qū)生態(tài)源地的分布情況，得到各地區(qū)生態(tài)源地面積占生態(tài)源地總面積的百分比，如表1所示。

表1 京津冀地區(qū)生態(tài)源地分布情況Table 1 Distribution of ecological sources in Beijing-Tianjin-Hebei Region

京津冀地區(qū)生態(tài)源地面積為29 226.90 km2，占研究區(qū)總面積的13.5%；從空間分布來看，生態(tài)源地主要分布在北京市、承德市和張家口市等北部地區(qū)，這3個地區(qū)依托燕山山脈，擁有較為優(yōu)良的生態(tài)本底，其中承德市的生態(tài)源地面積最大，占生態(tài)源地總面積的40.83%，占行政區(qū)面積的30.19%。而京津冀南部地區(qū)生態(tài)源地較少，僅有南部太行山地區(qū)分布面積較少的生態(tài)源地；從土地利用類型來看，生態(tài)源地主要有林地、草地和耕地3種土地利用類型，3種用地類型的面積占比分別為84.43%、10.98%和4.59%，其中林地占據(jù)主導地位，說明林地在維持區(qū)域生態(tài)安全和生態(tài)平衡中發(fā)揮著關鍵的作用。

3.3 生態(tài)廊道構建

生態(tài)阻力面是構建生態(tài)廊道的基礎，利用阻力因子分級及賦值標準，得到京津冀地區(qū)綜合阻力面；從研究區(qū)所構建的阻力面能夠看出，各地區(qū)生態(tài)環(huán)境基礎差異性較大，其空間格局如圖3所示。

圖3 京津冀地區(qū)綜合阻力面構建Figure 3 Comprehensive resistance value in Beijing-Tianjin-Hebei region

由圖3能夠看出，京津冀地區(qū)土地利用類型阻力因子主要為東南高、西北低的態(tài)勢，主要原因在于東南部地形以平原為主，土地利用類型多為建設用地和耕地，受人類活動影響較大，因此雖然東南部的高程阻力因子與坡度阻力因子值較低，但綜合阻力值依然表現(xiàn)為東南高而西北低；低綜合阻力值區(qū)域主要集中于“燕山-太行山”地帶，幾乎涵蓋了所有的生態(tài)源地，是生物遷徙以及生態(tài)要素流動的重要區(qū)域。而高阻力值地區(qū)以建設用地為主，主要集中于各個城市的城區(qū)，特別是以北京和天津城區(qū)為核心，形成了較大范圍的高阻力值區(qū)。

基于京津冀地區(qū)生態(tài)阻力面，利用最小累積阻力模型(MCR)構建京津冀地區(qū)生態(tài)廊道，生態(tài)廊道在各地區(qū)分布情況如表2所示。

表2 京津冀各地區(qū)生態(tài)廊道分布情況Table 2 Distribution of ecological corridors in Beijing-Tianjin-Hebei region

由表2能夠看出，京津冀地區(qū)共構建生態(tài)廊道33條，總長度達到2 391.78 km。其中，承德市生態(tài)廊道長度達到852.50 km，遠高于其他地區(qū)，廊道密度達到0.022 km/km2，從而也進一步佐證了承德市在京津冀生態(tài)安全系統(tǒng)中的核心地位；北京市和保定市的生態(tài)廊道途經(jīng)數(shù)和途經(jīng)廊道長度較為相近，廊道長度均在400 km以上，僅次于承德市，并且兩個地區(qū)廊道密度均在0.022 km/km2以上，遠高于其他地區(qū)。而生態(tài)源地面積較大的張家口市雖然只有一條生態(tài)廊道，但該生態(tài)廊道的長度達到206.38 km，能夠有效地將張家口市東部與西部的生態(tài)源地連接起來；石家莊市生態(tài)源地分布較為分散，因此廊道數(shù)量達到4條，總體上承接北部的生態(tài)廊道從而形成完整的廊道網(wǎng)絡。

京津冀地區(qū)生態(tài)廊道主要分布于西部和北部地區(qū)，將研究區(qū)內生態(tài)源地有效地串聯(lián)起來，生態(tài)廊道的空間分布狀況如圖4所示。

圖4 生態(tài)廊道空間分布情況Figure 4 The spatial distribution of ecological corridor

京津冀地區(qū)生態(tài)廊道主要集中于北部和西部生態(tài)基礎較好的地區(qū)，并呈現(xiàn)出“一橫一縱”的基本態(tài)勢，其中“一橫”主要是連接東西方向的生態(tài)廊道，其基本涵蓋了燕山山脈的主要范圍，主要跨越張家口市、北京市以及秦皇島市，是燕山山脈生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)重要的生態(tài)要素交流通道?！耙豢v”主要是指連接北部燕山山脈與南部太行山脈的生態(tài)廊道，主要經(jīng)過承德市、北京市、保定市、石家莊市，跨越范圍較廣，且主要集中于京津冀西部地區(qū)。而東部冀中平原地區(qū)由于缺少大面積的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，人類活動較為頻繁，因此不適合建立生物遷徙的通道。這種分布格局從空間上較好地規(guī)避了城鎮(zhèn)密集區(qū)，為生態(tài)源地間各物種的聯(lián)系以及生態(tài)流的擴散提供了有利條件。

基于生態(tài)廊道的空間分布狀況與京津冀地區(qū)DEM數(shù)據(jù)，利用Arcgis軟件分析生態(tài)廊道的地形條件，如表3所示。

表3 京津冀地區(qū)不同高程水平下生態(tài)廊道分布情況Table 3 Distribution of ecological corridors at different elevations in Beijing-Tianjin-Hebei Region

由表3能夠看出，共有48%的生態(tài)廊道分布在高程200～500 m的范圍內，共有38%的生態(tài)廊道分布在高程500～1 000 m的范圍內，這2種高程范圍內的地形多為丘陵、低山，受人類影響程度較低；0～200 m的低海拔地區(qū)多為平原地帶，主要表現(xiàn)為建設用地、耕地等地類，不適合生物遷徙；而高程超過1 500 m的地區(qū)雖然受人類影響較小，但多為中山、高山等地形，使動物遷徙面臨較大的阻力。

利用Arcgis軟件計算生態(tài)廊道不同緩沖區(qū)內各種土地利用類型面積，分析生態(tài)廊道寬度，如表4所示。

表4 不同廊道寬度內各土地利用類型面積占比Table 4 Proportion of land use types in different corridor widths

由表4能夠看出，不同廊道寬度內林地的面積占比最高，其中林地與水域的面積占比隨著廊道寬度的增加逐漸降低，草地與耕地的面積占比隨著廊道寬度的增加逐漸升高，其余地類基本處于持平狀態(tài)。在廊道寬度100～600 m的范圍內，林地、草地與水域三種重要生態(tài)用地均擁有較高的面積占比，建設用地面積占比穩(wěn)定在1%～2%的水平內，受人類影響較小。參考朱強[44]等的研究，100～200 m的生態(tài)廊道是保護生物多樣性比較合適的寬度，400 m到600 m的寬度能夠滿足中等哺乳動物的遷徙，因此確定京津冀地區(qū)廊道寬度為100～600 m。

3.4 生態(tài)安全格局

通過識別京津冀地區(qū)重要生態(tài)源地以及構建綜合阻力面與最小累計阻力面，得到京津冀地區(qū)生態(tài)廊道網(wǎng)絡，并以此為基礎構建了“一橫一縱三組團三分區(qū)”的京津冀地區(qū)生態(tài)安全格局。如圖5所示。

圖5 京津冀地區(qū)生態(tài)安全格局Figure 5 Ecological security pattern in Beijing-Tianjin-Hebei region

其中“一橫一縱”分別代表貫穿東西和南北2個方向的主干生態(tài)廊道；“三組團”分別代表北部、中部和南部生態(tài)安全組團，其中北部生態(tài)安全組團主要囊括分布于北京北部、承德、張家口、秦皇島和唐山的生態(tài)網(wǎng)絡，中部生態(tài)安全組團囊括分布于北京和保定的生態(tài)網(wǎng)絡，南部生態(tài)安全組團主要囊括分布于石家莊、邢臺與邯鄲的生態(tài)網(wǎng)絡；根據(jù)生態(tài)源地的最小累計阻力值，采用自然斷點法將京津冀劃分為高水平生態(tài)安全區(qū)、中水平生態(tài)安全區(qū)、低水平生態(tài)安全區(qū)。

在京津冀生態(tài)安全格局中，北部、中部和南部生態(tài)安全組團的范圍基本符合京津冀地區(qū)主要山脈“燕山-太行山”的走勢；構建的生態(tài)網(wǎng)絡較好地規(guī)避了城鎮(zhèn)地區(qū)。城鎮(zhèn)是人類活動的密集區(qū)域，對生態(tài)要素流動具有較強的阻礙作用；但京津冀地區(qū)主要城市均是依托燕山和太行山而建，因此造成了生態(tài)源地與城鎮(zhèn)距離較近的現(xiàn)象，因此在這種地區(qū)條件下，應當嚴格維護生態(tài)源地的穩(wěn)定性，禁止建設用地侵占生態(tài)用地，保護地區(qū)生態(tài)安全。此外，還應加大保護和優(yōu)化現(xiàn)有生態(tài)廊道的力度，加強其周邊環(huán)境保護和生態(tài)建設，維護高水平生態(tài)安全區(qū)的穩(wěn)定性。

京津冀地區(qū)應當依托區(qū)域生態(tài)安全格局，以現(xiàn)有廊道作為主干，建立生態(tài)隔離帶、河流水系等多種支干生態(tài)廊道，進一步提升該區(qū)域各生態(tài)源地之間的連通性；此外生態(tài)廊道之間的交匯處以及生態(tài)廊道與高鐵、高速公路的交匯處是生態(tài)脆弱性較高的地區(qū)，應當通過設置人造林、生態(tài)保護區(qū)等方式維護該地區(qū)的生態(tài)穩(wěn)定性。從京津冀地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡的空間分布狀況來看，東南部地區(qū)缺少大范圍的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，一方面東南部地區(qū)地處平原地帶，人類活動強度較高，使生態(tài)要素難以在該區(qū)域高效流動；另外一方面東南部地區(qū)農(nóng)業(yè)基礎較好，土地利用類型多為耕地，缺少對生態(tài)系統(tǒng)服務貢獻能力較大的林地，生態(tài)源地對東南部地區(qū)的輻射能力較弱，也使該區(qū)域屬于低水平生態(tài)安全區(qū)。因此需要完善生態(tài)補償機制，并通過轉移支付加大冀東南地區(qū)森林公園、濕地公園、防護林帶等項目資金支持力度，加快該區(qū)域生態(tài)建設。

4 結論與討論

4.1 結論

(1)京津冀地區(qū)各項生態(tài)系統(tǒng)服務空間異質性明顯。其中產(chǎn)水服務高值區(qū)集中于東北部環(huán)渤海地帶，而西部為普遍的低值區(qū)。碳固持、生境質量和土壤保持三項服務的高低值空間分布情況相似程度較高，高值區(qū)域基本集中于“燕山-太行山”地區(qū)，分布于京津冀西部和北部，而東南部冀中平原地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務水平較低。

(2)京津冀地區(qū)生態(tài)源地和廊道主要集中于西北部地區(qū)，其空間分布狀況基本符合“燕山-太行山”的走勢，涵蓋了京津冀地區(qū)重要的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)。本研究共識別了17 塊生態(tài)源地，總面積達到29 226.9 km2，占京津冀地區(qū)總面積的13.5%；共構建了33 條生態(tài)廊道，總長度達到2 391.78 km；生態(tài)源地、廊道主要由對維護地區(qū)生態(tài)安全具有重要作用的林地構成。

(3)構建了“一橫一縱三組團三分區(qū)”的京津冀地區(qū)生態(tài)安全格局，其中“一橫一縱”分別代表貫穿東西與南北兩個方向的主干生態(tài)廊道；“三組團”分別代表北部、中部和南部生態(tài)安全組團，三分區(qū)分別代表高水平生態(tài)安全區(qū)、中水平生態(tài)安全區(qū)、低水平生態(tài)安全區(qū)。該生態(tài)安全格局表征了京津冀地區(qū)復合型、網(wǎng)絡化的生態(tài)空間結構，為地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護和生態(tài)建設政策制定提供參考和借鑒。

4.2 討論

生態(tài)系統(tǒng)服務水平取決于當?shù)刈匀画h(huán)境基底狀況。京津冀地區(qū)擁有重要的政治、經(jīng)濟地位，構建京津冀生態(tài)安全格局對促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、維護京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。京津冀地區(qū)擁有種類最全的地貌類型，各地區(qū)自然環(huán)境稟賦差異較大，因此京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特色，具體有如下兩個特征：(1)碳固持、生境質量、土壤保持三項服務的空間分布情況具有較高的相似性，高值區(qū)域集中于西部和北部的山區(qū)地帶，該地區(qū)林地覆蓋范圍廣，擁有較好的生態(tài)基底條件，而東南部地區(qū)人類活動頻繁，生態(tài)系統(tǒng)服務供需狀況不平衡；(2)產(chǎn)水服務水平呈現(xiàn)由東向西逐漸降低的態(tài)勢，東北部地區(qū)是明顯的高值區(qū)域，供需狀況呈顯著的空間異質性。

在以往圍繞生態(tài)安全格局的研究中，多是基于土地利用現(xiàn)狀建立生態(tài)敏感性或生態(tài)風險性評價體系，進而識別生態(tài)源地，之后利用最小累積阻力模型(MCR)識別廊道等；本研究利用InVEST模型從定量角度計算地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務的現(xiàn)狀，可以更為詳實和精確地反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務水平，提高獲取研究區(qū)生態(tài)源地的準確性和可操作性。此外，在以往研究中多將研究區(qū)局限在市域或縣域，缺少多區(qū)域、多城市之間耦合效應分析；京津冀協(xié)同發(fā)展是國家重要戰(zhàn)略，因此跨越北京、天津、河北的行政界限構建生態(tài)安全格局，有利于從更大范圍統(tǒng)籌實現(xiàn)自然資源的合理配置，進而維護區(qū)域生態(tài)平衡。

研究在構建綜合阻力面時多參考前人的研究成果，而普遍采用的阻力系數(shù)等參數(shù)是否符合京津冀地區(qū)實際的自然環(huán)境條件，有待進一步研究。此外，生態(tài)廊道寬度深刻影響著生物遷徙以及生態(tài)要素流動效率， 并且京津冀地形條件復雜，在地理上跨越較大，氣候差異較為明顯，針對不同自然狀況構建不同的生態(tài)廊道寬度，應當是今后京津冀地區(qū)生態(tài)安全格局構建研究的重點。