農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)土地生態(tài)安全格局構(gòu)建
——以克東縣為例

張 慧,邱凱玉,王宇瑤,林 佳,章桂芳

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理與法學(xué)院,哈爾濱 150000;2.中山大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,廣州 510275)

人類無節(jié)制的土地開發(fā)和不合理的土地利用，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)以水土流失、土地荒漠化等為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)破壞，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染、農(nóng)村生活污染等為主的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染以及以農(nóng)業(yè)生物多樣性減少為主的農(nóng)業(yè)資源短缺等生態(tài)問題逐漸增多，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性不斷遭受威脅。生態(tài)安全格局作為以保持區(qū)域內(nèi)生物流正常運(yùn)動(dòng)，維持生物多樣性水平和生態(tài)系統(tǒng)健康可持續(xù)為目的而構(gòu)建的生態(tài)保護(hù)區(qū)域[1]，為解決區(qū)域內(nèi)土地和農(nóng)業(yè)生態(tài)安全問題，保障生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和提升生態(tài)環(huán)境可持續(xù)等提供了有效方案。因此，土地生態(tài)安全格局構(gòu)建作為生態(tài)安全格局的延伸研究，逐漸成為土地生態(tài)安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

國內(nèi)生態(tài)安全格局概念源于景觀生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，后被廣泛應(yīng)用于地理學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多個(gè)學(xué)科。土地生態(tài)安全格局作為生態(tài)安全格局的細(xì)化內(nèi)容，國內(nèi)學(xué)者研究主要集中在安全格局的識(shí)別和構(gòu)建方面。目前，“源地—廊道”[2]模式是生態(tài)安全格局構(gòu)建的最主要方法。其中，生態(tài)源地識(shí)別和綜合生態(tài)阻力面生成是安全格局構(gòu)建的關(guān)鍵。生態(tài)源地識(shí)別作為安全格局構(gòu)建的基礎(chǔ)，識(shí)別方式包括直接識(shí)別和評(píng)價(jià)識(shí)別兩種，直接識(shí)別是指將研究區(qū)內(nèi)自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)[3]作為生態(tài)源地，或者將研究區(qū)內(nèi)大面積的林地、草地和水域等生態(tài)用地[4]作為生態(tài)源地。評(píng)價(jià)識(shí)別是指在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，將環(huán)境高質(zhì)量區(qū)域識(shí)別為生態(tài)源地。國內(nèi)源地評(píng)價(jià)識(shí)別經(jīng)歷了由單一的生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)[5]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)[6]向綜合性評(píng)價(jià)[7]發(fā)展的過程。關(guān)于源地識(shí)別，無論是直接識(shí)別還是單一評(píng)價(jià)識(shí)別，雖然具有一定的科學(xué)合理性，以及操作便捷等優(yōu)勢，但此類方法無法全面體現(xiàn)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。阻力面作為構(gòu)建生態(tài)廊道的基礎(chǔ)，反映了物種空間運(yùn)動(dòng)的趨勢[8]。阻力面生成經(jīng)歷了簡單的土地利用類型均一化賦值[9]向土地利用類型、高程和坡地等多指標(biāo)綜合賦值[10]的演變過程，阻力面生成逐漸趨于科學(xué)和綜合，能真實(shí)反映研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況。綜上，本文生態(tài)源地識(shí)別采用以生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)為主的綜合性評(píng)價(jià)識(shí)別以及直接識(shí)別相結(jié)合的方式，選取多指標(biāo)綜合賦值方式構(gòu)建克東縣綜合阻力面。

克東縣是國家主要商品糧生產(chǎn)基地縣之一，第一產(chǎn)業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)?？藮|縣以丘陵地形為主，地勢起伏大，加之長期高強(qiáng)度的耕地開發(fā)利用，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)水土流失、土壤質(zhì)量下降等土地利用問題日益嚴(yán)重，對(duì)縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)安全穩(wěn)定造成威脅。因此，為保障克東縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展和糧食生產(chǎn)亟需構(gòu)建科學(xué)的土地生態(tài)安全格局。本文以黑龍江省克東縣為研究區(qū)，以土地利用斑塊為基本單元，通過土地生態(tài)源地確定、生態(tài)安全區(qū)建立、生態(tài)廊道構(gòu)建和生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別，構(gòu)建基于“源地—安全區(qū)—廊道—節(jié)點(diǎn)”的克東縣土地生態(tài)安全格局，以期為保持克東縣土地生態(tài)安全穩(wěn)定提供支持，以及為縣域尺度土地生態(tài)安全格局構(gòu)建研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

克東縣(47°43′—48°18′N，126°1′—126°41′E)位于黑龍江省中北部，齊齊哈爾市東北部?？藮|縣總面積為2 083 km2，下轄5鎮(zhèn)2鄉(xiāng)10個(gè)農(nóng)林牧場，98個(gè)新政村，578個(gè)自然屯，本文研究區(qū)僅包括克東縣境內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)?？藮|縣作為黑龍江省典型農(nóng)業(yè)區(qū)，位于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期；全縣黑土面積占總面積73%，土質(zhì)肥沃，適合農(nóng)作物生長。2017年全縣農(nóng)業(yè)種植面積1 256.8 km2，是國家主要商品糧生產(chǎn)基地縣之一。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文研究數(shù)據(jù)主要包括研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)、土壤侵蝕數(shù)據(jù)、植被覆蓋度和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。土地利用數(shù)據(jù)來源于克東縣2017年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫；DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(www.gscloud.cn/)，空間分辨率為30 m，并在ArcGIS 10.2中通過表面分析工具進(jìn)行坡度提??；土壤侵蝕數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的中國土壤侵蝕空間分布數(shù)據(jù)(http:∥www.resdc.cn)，并利用ArcGIS 10.2進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲得；植被覆蓋數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(www.gscloud.cn)下載的Landsat遙感影像，空間分辨率為30 m，并利用ENVI經(jīng)過圖像裁剪、大氣校正和輻射定標(biāo)等處理環(huán)節(jié)提取克東縣植被覆蓋值；生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算中糧食作物播種面積及產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《克東縣統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 研究方法

2.2.1 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià) 生態(tài)安全評(píng)價(jià)能直觀反映研究區(qū)生態(tài)安全狀況，對(duì)構(gòu)建土地生態(tài)安全格局具有重要意義。生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型選擇是生態(tài)安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，模型選擇要在綜合考慮研究區(qū)自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各方面因素的前提下，兼顧數(shù)據(jù)的可獲得性?；谏鲜鲈瓌t并結(jié)合克東縣實(shí)際情況，本文選擇土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)和土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)作為克東縣土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)基礎(chǔ)模型。

(1)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)，其價(jià)值評(píng)估是生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)功能區(qū)劃、環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算和生態(tài)補(bǔ)償決策的重要依據(jù)和基礎(chǔ)[11]。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的核算主要有功能價(jià)值法和當(dāng)量因子法。由于當(dāng)量因子法具有構(gòu)建模型數(shù)據(jù)需求量少和模型操作相對(duì)簡易等優(yōu)勢[12]，因此本文采用當(dāng)量因子法進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算，公式如下：

ESV=∑(VCi×Ai)

(1)

式中:ESV為生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元);VCi為生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元/hm2);Ai為第i類土地利用類型的面積。

根據(jù)克東縣土地利用和土地覆蓋現(xiàn)狀，以及參考相關(guān)學(xué)者[11,13-14]關(guān)于生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究成果，將克東縣土地利用類型合并整理為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類，其中建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)全部設(shè)定為0。鑒于謝高地等以全國為研究對(duì)象，研究結(jié)果無法真實(shí)反映克東縣實(shí)際，本文通過借鑒相關(guān)研究[15-16]對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)修正方法，采用生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子法，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系數(shù)修正，計(jì)算得到克東縣單位面積土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(表1)。根據(jù)表1可知，水域和林地作為縣域內(nèi)最主要的生態(tài)用地，生態(tài)服務(wù)功能最齊全，因此生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高；建設(shè)用地作為縣域內(nèi)居民生產(chǎn)生活的集中區(qū)域，對(duì)生態(tài)環(huán)境正向作用較小，甚至存在負(fù)向作用，因此建設(shè)用地提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值最小。

表1 克東縣單位面積土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)

(2)土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)。生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)干擾和自然環(huán)境變化的反應(yīng)程度，說明區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題發(fā)生的難易程度和可能性大小[17]，通過生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)可以識(shí)別遭遇干擾后不易恢復(fù)的地區(qū)，為區(qū)域生態(tài)保護(hù)提供指導(dǎo)[18]。綜上可知，生態(tài)環(huán)境問題的產(chǎn)生受到自然環(huán)境和人為活動(dòng)等多方面因素影響，因此本研究中土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)模型采用多因子綜合指數(shù)評(píng)價(jià)模型。公式如下：

(2)

式中:S為土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)綜合值;n為評(píng)價(jià)因子總數(shù);Wi為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重;Ci為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的敏感性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)化值。

本文在參考大量生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)相關(guān)文獻(xiàn)[19-20]，以及結(jié)合克東縣農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等情況基礎(chǔ)上，從自然環(huán)境背景和人類活動(dòng)干擾兩個(gè)層面建立土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中自然環(huán)境背景包括坡度、高程、土壤侵蝕、植被覆蓋度、距水域距離5個(gè)指標(biāo)；人類活動(dòng)干擾包括距道路距離、距居民點(diǎn)距離、土地利用類型和單位面積化肥量4個(gè)指標(biāo)。其中高程和坡度因子可以衡量不同地理?xiàng)l件下生態(tài)恢復(fù)難易程度，高程和坡度值越大，生態(tài)恢復(fù)越難，敏感性越高；土壤侵蝕因子可以衡量縣域內(nèi)水土流失程度，侵蝕強(qiáng)度越大，敏感性越高；植被覆蓋度可以反映縣域內(nèi)植被生長情況與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，植被覆蓋度越高，對(duì)生態(tài)環(huán)境變化產(chǎn)生的敏感性越強(qiáng)，反之越弱；距道路、距水域和距居民點(diǎn)距離可以衡量人類活動(dòng)范圍對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，距離公路和居民點(diǎn)越近，生態(tài)環(huán)境敏感性越弱，反之越強(qiáng)，距離水域距離越近，對(duì)水域和土地資源的利用越頻繁，生態(tài)敏感性越強(qiáng)，反之越弱；土地利用類型衡量生物多樣性和生態(tài)環(huán)境敏感性的關(guān)系，林地和水域等生態(tài)用地生物多樣性高，因此敏感性強(qiáng)，建設(shè)用地和未利用地生物多樣性低，生態(tài)敏感性弱；單位面積化肥量衡量化肥使用對(duì)生態(tài)環(huán)境影響程度，單位面積化肥量少時(shí)，生態(tài)環(huán)境對(duì)化肥量變動(dòng)的敏感性較強(qiáng)，反之較弱；本文生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的指標(biāo)因子權(quán)重采用熵值法計(jì)算確定，權(quán)重值越高，對(duì)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的影響作用越大。最后本文將生態(tài)敏感性劃分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感和極度敏感共5個(gè)等級(jí)，建立土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

表2 克東縣土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.2 土地生態(tài)安全格局構(gòu)建 本文土地生態(tài)安全格局由土地生態(tài)源地、生態(tài)安全區(qū)、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)4部分組成。其中生態(tài)安全格局構(gòu)建通過最小累積阻力模型實(shí)現(xiàn)。

最小累計(jì)阻力指從源地經(jīng)過不同阻力的景觀所耗費(fèi)的費(fèi)用或克服阻力所做的功。通過最小累計(jì)阻力模型能真實(shí)反映物種間在區(qū)域內(nèi)連通性，阻力值越小，表示物種間連通性約好，反之則表示連通性越差。

(3)

式中:MCR為最小累計(jì)阻力值;f為與距離和阻力系數(shù)呈正相關(guān)的函數(shù);Dij為生境源地j到達(dá)空間柵格i的距離;Ri為空間柵格i的阻力系數(shù)。

(1)土地生態(tài)源地識(shí)別。生態(tài)源地是指區(qū)域范圍內(nèi)需要重點(diǎn)保護(hù)，且對(duì)提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作意義的區(qū)域[21]。土地生態(tài)源地識(shí)別是土地生態(tài)安全格局構(gòu)建的基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)學(xué)者[22-23]對(duì)土地生態(tài)源地識(shí)別研究成果，本文生態(tài)源地識(shí)別分為生態(tài)安全評(píng)價(jià)識(shí)別和均勻化配置識(shí)別。生態(tài)安全評(píng)價(jià)識(shí)別是基于克東縣土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)和土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)分類結(jié)果識(shí)別生態(tài)源地。首先選擇生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高的中值區(qū)、高值區(qū)和極值區(qū)，以及生態(tài)敏感性較高的中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)和極度敏感區(qū)，然后利用ArcGIS 10.2中的空間分析功能將選定區(qū)域進(jìn)行合并處理，最后基于克東縣實(shí)際情況選取面積大于1 km2的15塊源地作為土地生態(tài)源地；均勻化配置識(shí)別生態(tài)源地是指根據(jù)已識(shí)別生態(tài)源地的空間分布情況，對(duì)生態(tài)源地進(jìn)行補(bǔ)充識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)源地在縣域范圍內(nèi)的均勻分布。

(2)阻力面構(gòu)建。不同土地利用類型對(duì)生態(tài)源地間生物流運(yùn)動(dòng)和交流產(chǎn)生的阻力存在明顯差異，即土地利用類型與生態(tài)源地類型越相似，物種運(yùn)動(dòng)過程中阻力越小；以及相同土地類型內(nèi)部覆蓋度越高，阻力值越小。本文在借鑒關(guān)于阻力模型構(gòu)建研究成果基礎(chǔ)上[24]，結(jié)合克東縣漫山漫崗、崗川相間的地形地勢特點(diǎn)，綜合選取研究區(qū)高程、坡度和土地利用類型作為構(gòu)建克東縣綜合阻力面的因子。① 土地利用類型因子：首先，根據(jù)克東縣土地利用實(shí)際，整理得到克東縣25個(gè)二級(jí)土地利用分類；其次，由于生態(tài)源地土地利用類型以水域、林地、草地和大面積的耕地為主，根據(jù)土地利用類型與生態(tài)源地類型越相似阻力值越小的原則，設(shè)定一級(jí)土地利用類型阻力值排序依次為水域、林地、草地、耕地、未利用地和建設(shè)用地，其中水域阻力值最小，建設(shè)用地阻力值最大。最后根據(jù)同一級(jí)土地利用類型內(nèi)部，物種覆蓋度越高，阻力值越小的原則，對(duì)二級(jí)土地利用類型進(jìn)行賦值，25個(gè)二級(jí)土地利用類型整體賦值區(qū)間規(guī)定在0～5，每個(gè)二級(jí)分類產(chǎn)生0.2的阻力梯度差，其中河流水面阻力值最小，建制鎮(zhèn)阻力值最大；② 高程和坡度因子：當(dāng)高程、坡度值越低時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)狀況越復(fù)雜，物種運(yùn)動(dòng)受到的阻力越大，相應(yīng)阻力值也越大，反之阻力值越小。綜上，綜合阻力值設(shè)定見表3。

表3 克東縣綜合阻力系數(shù)

(3)土地生態(tài)安全區(qū)建立。生態(tài)安全區(qū)是為了保護(hù)生態(tài)源地的安全和保證生態(tài)源地作用正常發(fā)揮而劃定的區(qū)域。生態(tài)安全區(qū)越靠近土地生態(tài)源地生物物種越豐富，物種運(yùn)動(dòng)過程中遭受的阻力越小，對(duì)土地生態(tài)源地的促進(jìn)作用越明顯。本文借鑒關(guān)于生態(tài)安全區(qū)劃定研究[25]，以土地生態(tài)源地為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過尋找最小累計(jì)阻力值和柵格面積阻力突變點(diǎn)，將克東縣土地生態(tài)安全區(qū)劃分為低級(jí)生態(tài)安全區(qū)、中級(jí)生態(tài)安全區(qū)和高級(jí)生態(tài)安全區(qū)。

(4)土地生態(tài)廊道構(gòu)建。生態(tài)廊道是生態(tài)源地間物質(zhì)能量流動(dòng)和生物物種遷徙運(yùn)動(dòng)的重要通道，具有保護(hù)生物多樣性、保持水土穩(wěn)定和凈化環(huán)境等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，對(duì)維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性發(fā)揮著重要作用[26]。以生態(tài)源地和綜合阻力成本面為基礎(chǔ)，通過使用ArcGIS 10.2中Spatial Analyst Tools工具，分別計(jì)算出每個(gè)像元到成本面上最近源地的成本距離，以及生態(tài)源地間的最小成本路徑，并將生成的最小成本路徑進(jìn)行疊加，剔除重復(fù)路徑，最終構(gòu)建克東縣土地生態(tài)廊道。

(5)土地生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別。生態(tài)節(jié)點(diǎn)是指在生物擴(kuò)散和遷徙運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的位置點(diǎn)[27]。生態(tài)節(jié)點(diǎn)是區(qū)域生態(tài)流和物質(zhì)流最密集的地區(qū)，容易遭受外界物質(zhì)入侵和干擾，并進(jìn)一步影響物種正常遷移和物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換和交流。本文將生態(tài)廊道間交匯點(diǎn)設(shè)定為生態(tài)節(jié)點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 克東縣土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

3.1.1 土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià) 根據(jù)表1在ArcGIS 10.2中對(duì)克東縣土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行核算，并將結(jié)果利用自然斷點(diǎn)法分為低值區(qū)、一般值區(qū)、中值區(qū)、高值區(qū)和極值區(qū)5類(圖1)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示(表4)，克東縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體較低，大部分處于一般值及以下水平。其中一般值區(qū)最多，面積為822.04 km2，占縣域總面積的50.7%。極值區(qū)分布最少，面積僅為5.46 km2，占縣域總面積的0.34%?？臻g分布上，低值區(qū)和一般值區(qū)相間分布，中值區(qū)零星分布，高值區(qū)分布于縣域內(nèi)的玉崗鎮(zhèn)、蒲峪路鎮(zhèn)、潤津鄉(xiāng)和昌盛鄉(xiāng)，極值區(qū)主要在寶泉鎮(zhèn)，蒲峪路鎮(zhèn)和玉崗鎮(zhèn)有零星分布。

表4 克東縣土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)結(jié)果

結(jié)合克東縣景觀分布，低值區(qū)和一般值分布與克東縣建制鎮(zhèn)、農(nóng)村居民、建設(shè)用地以及小面積耕地等分布相一致；零星分布的中值區(qū)與縣域內(nèi)大面積耕地、林地、草地分布有關(guān)；分布于四鄉(xiāng)鎮(zhèn)的高值區(qū)是以光榮水庫和潤津河為主的水域和沿河流分布的林草地等；極值區(qū)是縣域內(nèi)的玉崗水庫和烏裕爾河。水域和大面積林草地作為縣域內(nèi)主要生態(tài)用地，是保障縣域內(nèi)水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)以及污染物處理等生態(tài)功能的主要區(qū)域，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高，因此是縣域內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的高值區(qū)。建制鎮(zhèn)、居民點(diǎn)和其他建設(shè)用地作為人類活動(dòng)最頻繁區(qū)域，生態(tài)服務(wù)功能減弱的同時(shí)，在建設(shè)用地集中區(qū)域，環(huán)境污染等生態(tài)問題開始出現(xiàn)，因此其不但無法提供生態(tài)服務(wù)功能，還會(huì)對(duì)縣域內(nèi)生態(tài)產(chǎn)生負(fù)向作用，因此被劃定為低值區(qū)。

3.1.2 土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià) 根據(jù)表2克東縣土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表，在ArcGIS 10.2中對(duì)克東縣土地生態(tài)敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算，并將評(píng)價(jià)結(jié)果利用自然斷點(diǎn)法分為不敏感區(qū)、輕度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)和極度敏感區(qū)5等(圖1)。土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示(表5)，克東縣土地生態(tài)敏感性整體較低，大部分處于輕度敏感及以下水平。其中輕度敏感區(qū)域面積最多，面積為466.23 km2，占縣域總面積的28.76%；極度敏感區(qū)域面積最少，面積為137.68 km2，占縣域總面積的8.49%?？臻g分布方面，不敏感和輕度敏感區(qū)域分布于縣域中部的克東鎮(zhèn)和蒲峪路等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，中度敏感區(qū)、高度敏感區(qū)和極度敏感區(qū)零星分布在玉崗鎮(zhèn)、潤津鄉(xiāng)和寶泉鎮(zhèn)。

圖1 克東縣土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

表5 克東縣土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果

克東縣不敏感和輕度敏感區(qū)域主要分布于縣域內(nèi)的農(nóng)村居民點(diǎn)、建制鎮(zhèn)以及公路線周邊。這部分區(qū)域內(nèi)人類生產(chǎn)生活等活動(dòng)頻繁，生態(tài)系統(tǒng)較為簡單，生態(tài)敏感性較弱。不敏感和輕度敏感區(qū)作為適宜開發(fā)建設(shè)區(qū)，可因地制宜布局縣域農(nóng)業(yè)和工業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但開發(fā)建設(shè)過程中要重視生態(tài)環(huán)境問題，農(nóng)業(yè)發(fā)展要合理控制農(nóng)藥化肥等施用量，增加有機(jī)肥施用量，堅(jiān)持農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)；工業(yè)要堅(jiān)持發(fā)展生態(tài)型產(chǎn)業(yè)，嚴(yán)禁以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)發(fā)展經(jīng)濟(jì)。中度敏感、高度敏感區(qū)和極度敏感區(qū)主要由縣域內(nèi)烏裕爾河、玉崗水庫等水域、林草生態(tài)用地構(gòu)成，這部分區(qū)域作為縣域內(nèi)生態(tài)質(zhì)量最好的區(qū)域，不僅保證著區(qū)域生物多樣性穩(wěn)定，而且為土壤保持和水源涵養(yǎng)等提供支持，促進(jìn)了縣域內(nèi)土地生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，必須給予嚴(yán)格保護(hù)。水源地要重視水資源污染等問題，保護(hù)水源地水源涵養(yǎng)等功能；林草地區(qū)域要積極實(shí)施林草生態(tài)工程，不斷提高區(qū)域林草面積，為區(qū)域生物多樣性建設(shè)等提供保護(hù)。

3.2 克東縣土地生態(tài)安全格局構(gòu)建

生態(tài)安全格局是由生態(tài)源地、生態(tài)安全區(qū)、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)等要素構(gòu)成的復(fù)雜的生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)。本文基于識(shí)別生態(tài)源地、確定生態(tài)安全區(qū)、構(gòu)建生態(tài)廊道和識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)的思路構(gòu)建克東縣土地生態(tài)安全格局。

本文通過生態(tài)評(píng)價(jià)識(shí)別土地生態(tài)源地總面積為56.7 km2，占縣域面積3.5%?？臻g分布特征方面，土地生態(tài)源地集中分布于縣域北部的烏裕爾河和中部潤津河周邊地區(qū)，少量分布于縣域南部地區(qū)；土地生態(tài)源地土地利用類型主要包括水域、草地、林地，此外縣域內(nèi)的少量耕地，由于生態(tài)敏感性較高，水土流失嚴(yán)重，不適宜繼續(xù)耕作，需將土地利用類型改變?yōu)榱值?、草地，補(bǔ)充為生態(tài)源地；土地生態(tài)源地鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布方面，寶泉鎮(zhèn)、玉崗鎮(zhèn)生態(tài)源地分布面積最廣，這與烏裕爾河、玉崗水庫等生態(tài)源地空間分布相關(guān)。

本文生態(tài)源地管控主要包括源地均勻化配置和源地分類管控。由于通過評(píng)價(jià)識(shí)別的土地生態(tài)源地存在分布不均勻問題，因此需要通過均勻化配置改善縣域南部生態(tài)源地面積較少問題。結(jié)合縣域生態(tài)用地分布現(xiàn)狀，選擇南部地區(qū)生態(tài)用地分布相對(duì)集中區(qū)域作為基礎(chǔ)，然后通過退耕還林還草等工程將其周圍地塊轉(zhuǎn)為新增生態(tài)用地，最終實(shí)現(xiàn)生態(tài)用地集中連片。通過建設(shè)及識(shí)別，新增生態(tài)源地2塊，新增面積為7.96 km2，生態(tài)源地總面積為64.66 km2，占縣域面積3.99%(圖2)，通過增加生態(tài)源地的方式，不僅解決了縣域內(nèi)生態(tài)源地分布不均勻問題，而且間接增加了縣域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)密度，提高了縣域生態(tài)安全格局的穩(wěn)定性。

圖2 克東縣土地生態(tài)源地

生態(tài)源地分類管控。本文生態(tài)源地主要由水域、林地和草地等構(gòu)成，其次是耕地。水域生態(tài)源地作為縣域內(nèi)重要水源補(bǔ)給點(diǎn)，為縣域農(nóng)業(yè)灌溉和畜牧養(yǎng)殖發(fā)展提供有力支持。水域源地生態(tài)管控要減輕種植業(yè)和畜牧養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域污染，保護(hù)水域生態(tài)質(zhì)量穩(wěn)定。種植業(yè)要減少農(nóng)藥化肥使用量，增加有機(jī)肥的使用，降低化學(xué)品對(duì)水域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量威脅。畜牧養(yǎng)殖業(yè)要控制好養(yǎng)殖領(lǐng)域污染，嚴(yán)格把控新建、改造和擴(kuò)建的畜禽養(yǎng)殖場區(qū)糞污處理設(shè)施，減少糞污等對(duì)水域環(huán)境質(zhì)量威脅。林地和草地源地除部分沿烏裕爾河和潤津河集中分布外，其他均呈現(xiàn)分散分布狀態(tài)，源地面積也相對(duì)較小。針對(duì)沿河流集中分布的林地和草地生態(tài)源地，可以依托水域和林草地環(huán)境優(yōu)勢，實(shí)施人工造林等工程，增加生態(tài)源地面積，并在水域和林草生態(tài)源地集中分布區(qū)域建立保護(hù)區(qū)，進(jìn)一步強(qiáng)化生態(tài)源地在安全格局中的基礎(chǔ)作用。分散分布的林草生態(tài)源地基本處于耕地交匯地區(qū)，這類源地要實(shí)施嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)，同時(shí)可以根據(jù)源地周圍環(huán)境，通過實(shí)施退耕還林還草等生態(tài)恢復(fù)工程改變耕地用途，增加生態(tài)源地面積，降低區(qū)域水土流失風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

生態(tài)安全區(qū)建立。根據(jù)最小累計(jì)阻力值和柵格面積阻力突變點(diǎn)確定克東縣3種不同水平的生態(tài)安全區(qū)。其中低級(jí)生態(tài)安全區(qū)面積為885.5 km2，占縣域面積54.62%。低級(jí)生態(tài)安全區(qū)圍繞生態(tài)源地分布，生物種類豐富，且物種運(yùn)動(dòng)和能量交流轉(zhuǎn)換遭受阻力最小，適宜實(shí)施最為嚴(yán)格生態(tài)保護(hù)；中級(jí)生態(tài)安全區(qū)面積為599.22 km2，占縣域面積36.96%。中級(jí)生態(tài)安全區(qū)作為安全區(qū)過渡帶，仍以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為主，適宜作為限制建設(shè)區(qū)。高級(jí)生態(tài)安全區(qū)面積為136.48 km2，占縣域面積8.42%。高級(jí)生態(tài)安全區(qū)位于生態(tài)安全區(qū)最外層，生物運(yùn)動(dòng)受到阻力最大，且人類活動(dòng)最為頻繁，適宜作為建設(shè)區(qū)，進(jìn)行合理開發(fā)。

生態(tài)安全區(qū)管控以合理控制開發(fā)強(qiáng)度為主。不同級(jí)別的生態(tài)安全區(qū)為縣域區(qū)分開發(fā)建設(shè)強(qiáng)度提供科學(xué)指導(dǎo)。由圖3可知，低級(jí)生態(tài)安全區(qū)圍繞生態(tài)源地分布，是生態(tài)源地內(nèi)生物和能量轉(zhuǎn)換的最佳休憩區(qū)。本區(qū)域要實(shí)施最嚴(yán)格生態(tài)保護(hù)，首先禁止毀林開荒、工礦開采等嚴(yán)重破壞植被質(zhì)量的人類活動(dòng)；其次需要調(diào)整產(chǎn)業(yè)架構(gòu)，堅(jiān)決發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)；最后要控制生產(chǎn)生活中的污染排放問題，居民點(diǎn)要遠(yuǎn)離水域、林地等生態(tài)用地，居民點(diǎn)布局盡量實(shí)現(xiàn)集中安置，確保區(qū)域內(nèi)水資源質(zhì)量和使用安全。中級(jí)生態(tài)安全區(qū)作為過渡地帶，是縣域內(nèi)的限制開發(fā)區(qū)，在發(fā)開建設(shè)中具有一定的靈活性。本區(qū)域在堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)優(yōu)先基礎(chǔ)上，適宜合理布局對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境干擾較小的旅游和交通等設(shè)施。高級(jí)生態(tài)安全區(qū)作為距離生態(tài)源地最遠(yuǎn)的區(qū)域，人類活動(dòng)最頻繁，經(jīng)濟(jì)和建筑密度最高，因此適宜作為開發(fā)建設(shè)區(qū)，布局建設(shè)縣域內(nèi)的工業(yè)園區(qū)以及重大產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目基地，同時(shí)規(guī)劃布局相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，鼓勵(lì)和吸引人口集聚居住，將其建設(shè)成為推動(dòng)縣域經(jīng)濟(jì)增長的集中區(qū)域。

基于評(píng)價(jià)識(shí)別的土地生態(tài)源地和綜合阻力面生成60條生態(tài)廊道，總長度為372.28 km，土地生態(tài)廊道在全域范圍內(nèi)經(jīng)過的土地利用類型以林地、草地和耕地為主。根據(jù)生態(tài)廊道交匯情況識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)18個(gè)。生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)在潤津鄉(xiāng)和玉崗鎮(zhèn)等縣域中部和北部地區(qū)分布較為集中，乾豐鎮(zhèn)等南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布相對(duì)較少。潤津鄉(xiāng)和玉崗鎮(zhèn)境內(nèi)分布數(shù)目較多的生態(tài)源地，且兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)擁有潤津河、玉崗水庫等大面積的土地生態(tài)源地，因此生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)在潤津鄉(xiāng)和玉崗鎮(zhèn)集中分布。

生態(tài)廊道管控以調(diào)整生態(tài)廊道長度、增加生態(tài)廊道數(shù)量和建設(shè)生態(tài)廊道緩沖區(qū)為主。本文生態(tài)廊道土地利用類型以耕地為主，其次是林地、草地和水域，未利用地和建設(shè)用地最少。由圖3可知，烏裕爾河和潤津河、潤津河和縣域南部源地間存在多條長距離生態(tài)廊道，為保證生態(tài)廊道生態(tài)作用，需要在生態(tài)廊道和林地、草地、水域等土地利用類型交匯處將長距離廊道進(jìn)行分段。生態(tài)廊道距離調(diào)整不僅改善了部分地區(qū)生態(tài)源地和生態(tài)廊道較少的狀況，還進(jìn)一步提升了縣域生態(tài)安全格局穩(wěn)定性。根據(jù)新增加的生態(tài)源地，在縣域東南部補(bǔ)充3條生態(tài)廊道，總長度為19.01 km，補(bǔ)充后生態(tài)廊道總長度為391.29 km。增加生態(tài)廊道數(shù)量不僅為新增生態(tài)源地內(nèi)物種運(yùn)動(dòng)和能量交流轉(zhuǎn)換提供了途徑，還進(jìn)一步提升了縣域西南部生態(tài)安全格局穩(wěn)定性。生態(tài)廊道緩沖區(qū)建設(shè)是根據(jù)縣域內(nèi)生物物種類型為生態(tài)廊道建立一定寬度緩沖區(qū)，緩沖區(qū)范圍內(nèi)不允許開展工程建設(shè)活動(dòng)。生態(tài)廊道緩沖區(qū)建設(shè)降低了外部環(huán)境對(duì)生態(tài)廊道干擾，保障了生物運(yùn)動(dòng)安全和能量交流轉(zhuǎn)換效率。

生態(tài)節(jié)點(diǎn)管控以保護(hù)節(jié)點(diǎn)處生態(tài)環(huán)境和調(diào)整生態(tài)節(jié)點(diǎn)布局為主。本文生態(tài)節(jié)點(diǎn)土地利用類型與生態(tài)廊道土地利用類型相似，生態(tài)節(jié)點(diǎn)管控措施也是以保護(hù)林地、草地和水域用地生態(tài)環(huán)境，提高節(jié)點(diǎn)處生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性為主。此外，針對(duì)位于建設(shè)用地上的生態(tài)節(jié)點(diǎn)，要采取相應(yīng)的工程措施將節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，例如對(duì)建設(shè)用地實(shí)施生態(tài)恢復(fù)等工程措施，或者在控制如居民點(diǎn)等建設(shè)用地范圍基礎(chǔ)上，規(guī)劃新生態(tài)節(jié)點(diǎn)，減少人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)節(jié)點(diǎn)破壞，提高節(jié)點(diǎn)處生態(tài)功能。

綜合17塊土地生態(tài)源地、3種不同等級(jí)生態(tài)安全區(qū)、63條生態(tài)廊道和18個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建克東縣土地生態(tài)安全格局(圖3)。

圖3 克東縣土地利用生態(tài)安全格局

4 結(jié) 論

(1)克東縣土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和土地生態(tài)敏感性相對(duì)較低，其中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)中低值區(qū)和一般值區(qū)占縣域面積81.79%，生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)中不敏感和低度敏感區(qū)占縣域面積52.75%。生態(tài)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)敏感性中值以上區(qū)域主要分布于縣域內(nèi)中部和北部地區(qū)，分布相對(duì)集中，土地利用類型以大面積的水域、林地、草地和耕地為主。

(2)本研究通過生態(tài)安全評(píng)價(jià)和均勻化配置在克東縣共識(shí)別土地生態(tài)源地17塊，總面積為64.66 km2，土地利用類型以水域、林地、草地和大面積的耕地為主，生態(tài)源地作為保障縣域土地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，需要實(shí)施嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)；形成低級(jí)、中級(jí)和高級(jí)3個(gè)等級(jí)生態(tài)安全區(qū)，其中低級(jí)生態(tài)安全區(qū)面積最大為885.5 km2，生態(tài)安全區(qū)作為圍繞生態(tài)源地分布的區(qū)域，需根據(jù)級(jí)別分類施策；構(gòu)建土地生態(tài)廊道63條，土地利用類型以林地、草地和耕地為主，生態(tài)廊道構(gòu)建為生物運(yùn)動(dòng)和能量交流轉(zhuǎn)換提供了合理路徑，保證了縣域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)18個(gè)，作為生態(tài)安全格局薄弱點(diǎn)，生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別為生態(tài)安全格局維護(hù)提供了方向。

(3)實(shí)施生態(tài)安全建設(shè)和安全格局組分生態(tài)管控措施，維持生態(tài)安全格局完整性和穩(wěn)定性。針對(duì)土地生態(tài)源地空間分布和地類組成特點(diǎn)，從均勻化配置生態(tài)源地、防治水域污染和調(diào)整林草地源地面積方面實(shí)施源地生態(tài)管控；針對(duì)生態(tài)安全區(qū)級(jí)別差異，從開發(fā)強(qiáng)度方面實(shí)施安全基質(zhì)區(qū)的生態(tài)管控；根據(jù)生態(tài)廊道空間分布特點(diǎn)，從調(diào)整生態(tài)廊道距離、增加生態(tài)廊道數(shù)量和建立生態(tài)廊道緩沖區(qū)等方面進(jìn)行廊道生態(tài)管控；基于生態(tài)節(jié)點(diǎn)空間分布特點(diǎn)，采取生態(tài)恢復(fù)或者規(guī)劃新節(jié)點(diǎn)的方式實(shí)施生態(tài)節(jié)點(diǎn)生態(tài)管控。生態(tài)安全格局組分管控有利于保障區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全格局功能完整，維持縣域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。