基于生態(tài)安全格局的海島型城市生態(tài)保護(hù)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別
——以福州市海壇島為例

胡俊峰，陳昱星，徐曉慧，朱芃凱，陳凌艷

（福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院，福建 福州 350002）

我國海域面積廣闊，海岸線漫長，可管轄海域約300萬km2，海島資源豐富，共計(jì)1.1萬個(gè)[1]，其中面積大于0.5 km2的海島達(dá)6971個(gè)[2]，有人類居住的433個(gè)，約占總數(shù)的6%[3]。海島作為海洋重要能量和生態(tài)物質(zhì)的儲(chǔ)藏庫，是海島文化和生產(chǎn)的重要載體[4]。伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，城市加速擴(kuò)張，生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。生態(tài)安全格局從系統(tǒng)全局的角度對(duì)生態(tài)區(qū)域進(jìn)行維護(hù)，對(duì)重要的生態(tài)源地和區(qū)域進(jìn)行保護(hù)和修復(fù)，通過對(duì)生態(tài)過程的有效調(diào)控[5]，實(shí)現(xiàn)從末端生態(tài)治理到前端生態(tài)管理的轉(zhuǎn)變[6]。

基于“源地識(shí)別—阻力面建立—廊道識(shí)別”的構(gòu)建范式在生態(tài)廊道的構(gòu)建中較多運(yùn)用。其中生態(tài)源地作為生態(tài)格局構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)受到普遍重視，目前有基于風(fēng)景名勝區(qū)和自然保護(hù)區(qū)的直接識(shí)別方法[7]和基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的間接識(shí)別方法[8]。直接識(shí)別忽略了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部之間聯(lián)系，人為干擾性較大。間接識(shí)別方法通過多種生態(tài)系統(tǒng)功能疊加識(shí)別生態(tài)源地。由于生態(tài)系統(tǒng)問題的復(fù)雜性和深刻性，通過簡單的生態(tài)疊加難以反映生態(tài)問題?；诙嘀厣鷳B(tài)目標(biāo)下的系統(tǒng)管理，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為支撐構(gòu)建生態(tài)安全格局，能夠維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，為后期的生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供前提條件。王秀明等利用水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護(hù)和碳儲(chǔ)存服務(wù)開展生態(tài)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)進(jìn)行生態(tài)源地識(shí)別構(gòu)建生態(tài)安全格局，結(jié)合中大尺度區(qū)域研究提出相關(guān)生態(tài)修復(fù)建議[9]；姜虹等利用生境維持、水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化、糧食生產(chǎn)、土壤保持、洪水調(diào)節(jié)和沿海災(zāi)害緩解共計(jì)7種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行生態(tài)源地識(shí)別構(gòu)建生態(tài)安全格局保護(hù)框架，為廣東省未來的生態(tài)修復(fù)提供指引[10]；倪慶琳等從生態(tài)連通性-生態(tài)敏感性-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性入手，利用生態(tài)連通度、水源涵養(yǎng)、固氧釋氮、生物多樣性保護(hù)等進(jìn)行生態(tài)評(píng)估劃分生態(tài)源地，構(gòu)建生態(tài)安全格局并提出相應(yīng)生態(tài)修復(fù)策略[11]。因此，在進(jìn)行海島型城市生態(tài)治理中應(yīng)當(dāng)注重多種生態(tài)目標(biāo)之間的耦合與連接關(guān)系，建立并優(yōu)化多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合生態(tài)源地識(shí)別機(jī)制，構(gòu)建綜合生態(tài)安全格局，為后期生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作提供參考。

海壇島生態(tài)環(huán)境脆弱，淡水資源匱乏，土壤貧瘠，氣象災(zāi)害頻發(fā)。海島生態(tài)系統(tǒng)一旦遭受破壞，恢復(fù)與重建的周期較為漫長，構(gòu)建島內(nèi)生態(tài)安全格局，建立生態(tài)過程響應(yīng)-預(yù)警機(jī)制成為協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)共同發(fā)展的重要途徑?；趰u內(nèi)生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜性，本研究以生物多樣性保護(hù)、水土保持、水源涵養(yǎng)、土地生產(chǎn)力以及沿海災(zāi)害防護(hù)五種生態(tài)保護(hù)目標(biāo)構(gòu)建綜合生態(tài)保護(hù)體系識(shí)別多功能生態(tài)源地，基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局并識(shí)別生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點(diǎn)、生態(tài)敏感區(qū)和生境脆弱區(qū)，基于研究結(jié)果提出相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)策略，以期為海壇島生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作提供相關(guān)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

海壇島位于福建省東南側(cè)，全島面積為267.13 km2，南北長約29 km2，東西寬約19 km2。島內(nèi)地勢低平，地形以海積平原為主，東部偏高，君山插云峰為最高峰，海拔為434.6m。分屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣侯，溫暖濕潤，多年平均氣溫為19.3℃，降水時(shí)空分布不均，年際變化較大。植被以木麻黃林和臺(tái)灣相思混交林為主（圖1）。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Figure 1 Location map of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用分類數(shù)據(jù)來源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdec.cn）,將研究區(qū)分為了耕地、林地、草地、灌木地、水體、濕地、建設(shè)用地和難利用土地8個(gè)地類，空間分辨率為30 m；多年降水侵蝕數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn)地面氣候降水蒸散年值數(shù)據(jù)集；NDVI歸一化植被指數(shù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.gscloud.cn）;Landsat8 OLI_TIRS遙感影像和ASTERGDEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)；土壤類型數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院南京土壤研究所（http://www.issas.ac.cn）土壤柵格數(shù)據(jù)集。

1.3 海島生態(tài)環(huán)境分析

1.3.1 生態(tài)環(huán)境脆弱性

生態(tài)環(huán)境脆弱性最初源于生態(tài)交錯(cuò)帶的研究，是指海島生態(tài)系統(tǒng)中諸如海水侵蝕、水資源短缺以及地質(zhì)災(zāi)害等多種能量相交匯形成的作用面[12]。生態(tài)交錯(cuò)帶注重相互交錯(cuò)的界面，生態(tài)環(huán)境脆弱性更加注重自身結(jié)構(gòu)的普遍性，表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)不足以應(yīng)對(duì)氣候變化（氣候異常以及極端氣候）及異常干擾而造成負(fù)面的不易恢復(fù)程度[13]。自然災(zāi)害、氣候變化以及海平面上升等自然擾動(dòng)以及旅游開發(fā)、圍海造陸等人類擾動(dòng)都不可避免地對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)造成破壞[14]。

1.3.2 生態(tài)環(huán)境敏感性

生態(tài)環(huán)境敏感性是指海島生態(tài)系統(tǒng)由于特殊的生態(tài)環(huán)境，面對(duì)突如其來的影響而產(chǎn)生自身生態(tài)結(jié)構(gòu)演變的性質(zhì)，反映了生態(tài)問題發(fā)生的難易程度及可能性。海島土地瘠薄，生態(tài)敏感性較高，對(duì)自然變化易產(chǎn)生影響。同時(shí)海島生態(tài)環(huán)境敏感性的出現(xiàn)與增強(qiáng)也是自然系統(tǒng)自身出于應(yīng)對(duì)泥石流、海水侵蝕、風(fēng)暴潮等外界干擾而產(chǎn)生的正?，F(xiàn)象，在海島生態(tài)系統(tǒng)漫長的進(jìn)化過程中難以消弭。

1.3.3 生態(tài)難恢復(fù)性

生態(tài)難恢復(fù)性表現(xiàn)為海島生態(tài)系統(tǒng)在受到外部擾動(dòng)后，系統(tǒng)自身無法通過自我更新和調(diào)節(jié)能力對(duì)受損區(qū)域進(jìn)行隔離和恢復(fù)至受擾動(dòng)前的狀態(tài)。海島由于所處地帶的特殊性，自身的生態(tài)系統(tǒng)更易受到自然或者人為損害。由于海島周期性的風(fēng)沙以及風(fēng)暴潮、洪澇災(zāi)害、鹽水入侵、臺(tái)風(fēng)、泥石流以及海岸侵蝕等影響，生態(tài)系統(tǒng)受到干擾，往往難以得到有效恢復(fù)；同時(shí)由于海島自身結(jié)構(gòu)較簡單，自我恢復(fù)和調(diào)節(jié)能力較低，一旦受到較為嚴(yán)重的損害便難以恢復(fù)。

2 研究方法

通過協(xié)調(diào)生物多樣性保護(hù)、水源涵養(yǎng)服務(wù)、水土保持服務(wù)、作物生產(chǎn)服務(wù)以及沿海災(zāi)害防護(hù)服務(wù)構(gòu)建綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)識(shí)別生態(tài)源地，將2020年海壇島土地利用作為初級(jí)阻力面，利用地質(zhì)災(zāi)害和水源污染敏感性疊加綜合生態(tài)敏感性對(duì)阻力面進(jìn)行修正，基于最小累積阻力模型識(shí)別生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點(diǎn)；根據(jù)生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)提取生態(tài)敏感區(qū)域。將生態(tài)源地、各級(jí)生態(tài)廊道和景觀戰(zhàn)略點(diǎn)作為生態(tài)保護(hù)區(qū)域，將生態(tài)敏感區(qū)和生境退化區(qū)作為生態(tài)修復(fù)區(qū)域。

2.1 生態(tài)源地識(shí)別

生態(tài)源地作為島內(nèi)物種的棲息地以及物質(zhì)和能量流維持和擴(kuò)散的起點(diǎn)[15]，擔(dān)負(fù)著對(duì)周邊環(huán)境的輻射作用，有助于滿足生物的生存需要，對(duì)各類生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能所衍生的服務(wù)提供生態(tài)支持[16]。本研究對(duì)各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行定量識(shí)別(表1)，利用自然斷點(diǎn)法分為4個(gè)等級(jí)，其中生物多樣性保護(hù)、沿海災(zāi)害防護(hù)以及土地生產(chǎn)力服務(wù)取前1等級(jí)，水源涵養(yǎng)和水土保持服務(wù)取前2等級(jí)作為生態(tài)源地。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估方法Table 1 Ecosystem Services Importance Assessment Methods

生物多樣性保護(hù)重要性：采用InVEST模型生境質(zhì)量模塊計(jì)算海壇島的生物多樣性分布。本研究取農(nóng)田、建設(shè)用地、公路和難利用土地作為生境威脅因子進(jìn)行計(jì)算。

水源涵養(yǎng)服務(wù)重要性：采用InVEST模型年水產(chǎn)量模塊進(jìn)行計(jì)算研究區(qū)的水源涵養(yǎng)服務(wù)。

水土保持服務(wù)重要性：采用通用水土流失方程RUSLE進(jìn)行計(jì)算研究區(qū)的水土保持服務(wù)重要性。

沿海災(zāi)害防護(hù)服務(wù)重要性：根據(jù)地形起伏度、土壤類型、土地利用類型和NDVI歸一化均值進(jìn)行計(jì)算。

土地生產(chǎn)力服務(wù)重要性：采用土地生產(chǎn)力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（PI）模型進(jìn)行計(jì)算。

2.2 景觀連通性評(píng)估

景觀連通性表示了物質(zhì)和能量在景觀中流動(dòng)的難易程度，良好的景觀連通性能夠增強(qiáng)景觀斑塊之間的聯(lián)系，有效應(yīng)對(duì)突發(fā)的自然災(zāi)害，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[21]。景觀連通性指數(shù)PC作為判斷景觀傳輸和連通度被較多運(yùn)用。公式如下：

式中，n為生態(tài)源點(diǎn)數(shù)量；ai和aj為源地i和j的面積；AL為生態(tài)源地總面積；Pij為為源地i和源地j之間最大傳播可能性路徑。PC的取值范圍在0～1之間，其數(shù)值與景觀連通性成正比[22]。

2.3 生態(tài)阻力面構(gòu)建

生態(tài)阻力面即島內(nèi)易對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生系統(tǒng)影響的景觀要素體系，當(dāng)生態(tài)阻力值越大時(shí)，該區(qū)域物質(zhì)和能量流動(dòng)則越困難。本研究以2020年海壇島的土地利用類型設(shè)為基礎(chǔ)阻力面，將不同土地類型阻力值擬定在 1～250 之間（表 2）。

表2 研究區(qū)土地利用類型基礎(chǔ)阻力面設(shè)定Table 2 Basic resistance surface setting of land use types in the study area

面對(duì)海壇島地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)以及水資源污染和短缺問題，本研究選取坡度、高程、年均降水量、NDVI四個(gè)地質(zhì)因子以及距水體距離、流域范圍、年均降水量、距居住區(qū)距離四個(gè)水文因子分別構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害敏感性和水源污染敏感性，等權(quán)疊加得到海壇島綜合生態(tài)敏感性，基于此對(duì)基礎(chǔ)阻力面進(jìn)行修正。

式中：Ri為修正后的柵格i的生態(tài)阻力值；NLi為柵格i的綜合生態(tài)敏感性；NLa為柵格i對(duì)應(yīng)的土地利用類型a的平均綜合生態(tài)敏感性；R為柵格i對(duì)應(yīng)土地利用類型的基礎(chǔ)生態(tài)阻力值。

2.4 生態(tài)保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別

2.4.1 生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道作為島內(nèi)能量和物質(zhì)流動(dòng)的主要通道，能夠促進(jìn)生態(tài)流和生態(tài)斑塊之間的流通，有助于維持島內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性[23]，維護(hù)資源、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)安全和持續(xù)發(fā)展[24]。最小累積阻力模型通過對(duì)物種和能量在不同景觀阻力面之間流通所需耗費(fèi)的代價(jià)進(jìn)行分析，能夠較好地反映能量流動(dòng)的途徑和趨勢[25]，被廣泛用于生態(tài)廊道的識(shí)別當(dāng)中[26-27]。本研究中利用Cost Path工具識(shí)別最小成本路徑。

2.4.2 廊道重要性分析

重力模型可以對(duì)生態(tài)源地間的作用強(qiáng)度進(jìn)行量化[28]，本研究中用來評(píng)價(jià)不同生態(tài)源地之間的廊道重要性程度。公式如下：

式中：Gab為源地a和b之間的相互作用強(qiáng)度；Na和Nb為源地a和b的權(quán)重；Dab為生態(tài)廊道阻力值；Pa和Pb表示源地a和b的平均阻力值；Sa和Sb為源地a和b的面積；Lab為源地a和b之間的廊道阻力值；Lmax為區(qū)域內(nèi)的最大廊道阻力值。

2.4.3 景觀戰(zhàn)略點(diǎn)識(shí)別

景觀戰(zhàn)略點(diǎn)是指在空間位置與局部具有特殊意義的關(guān)鍵點(diǎn)，能夠有效地控制對(duì)物種的空間流動(dòng)與蔓延[29]，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)過程管理的控制與維護(hù)。將研究中的景觀戰(zhàn)略點(diǎn)進(jìn)行整合，作為生態(tài)閥值與生態(tài)敏感區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，能夠以較小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)獲取較大的生態(tài)效益。本研究中依據(jù)生態(tài)源地和阻力面的空間形態(tài)，將景觀戰(zhàn)略點(diǎn)分為鞍部戰(zhàn)略點(diǎn)、交匯處戰(zhàn)略點(diǎn)、高原型戰(zhàn)略點(diǎn)。

鞍部戰(zhàn)略點(diǎn)：相鄰生態(tài)源地之間輻射面的切點(diǎn)，作為生態(tài)踏板，為相鄰的源地能量流通提供支撐。

交匯處戰(zhàn)略點(diǎn)：通過阻力面研究，阻力值由低到高呈現(xiàn)有序線性分布，低阻力值網(wǎng)絡(luò)在阻力交匯點(diǎn)和分枝點(diǎn)處出現(xiàn)聚合與分流，這些點(diǎn)能夠有效控制生態(tài)空間聯(lián)系和物質(zhì)流通，提升景觀的完整性。

高原型戰(zhàn)略點(diǎn)：當(dāng)高阻力值區(qū)域?qū)Φ妥枇χ低瓿砂鼑鷷r(shí)，阻力值較低的區(qū)域就成為生物與能量向周圍擴(kuò)散的源，景觀戰(zhàn)略點(diǎn)位于源地的中心，維持著周邊生態(tài)過程的能量流動(dòng)。

2.5 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別

2.5.1 生態(tài)敏感區(qū)識(shí)別

生態(tài)安全是指自身發(fā)展不受外界干擾的狀態(tài)[30]。不合理的生產(chǎn)活動(dòng)易對(duì)環(huán)境造成影響。生態(tài)敏感區(qū)是指面對(duì)外界干擾與變化受到破壞，不能保持穩(wěn)定和自我恢復(fù)的區(qū)域。本研究選取水土流失、水源污染敏感型前20%的區(qū)域作為生態(tài)敏感區(qū)。

2.5.2 生境退化區(qū)識(shí)別

不合理的生產(chǎn)活動(dòng)易對(duì)環(huán)境造成消極影響。當(dāng)棲息地生境對(duì)于危害脅迫越敏感時(shí)，棲息地生境就越容易退化。本研究利用InVEST模型生境質(zhì)量模塊對(duì)島內(nèi)生境退化指數(shù)進(jìn)行計(jì)算[31]，選取生境退化度前20%的區(qū)域作為生境退化區(qū)。生境退化指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：Dxj為第j類土地覆被類型中柵格單元x的生境退化程度；R為生境脅迫因子r的個(gè)數(shù)；wr為脅迫因子r的權(quán)重；y為第r類脅迫因子的柵格數(shù)；Yr為威脅因子r的柵格單元總數(shù)；βx為各類脅迫因子對(duì)柵格x的阻力值；Sjr為第j類土地覆被類型對(duì)第r類脅迫因子的敏感度。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性

通過研究可知，海壇島各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈現(xiàn)不均衡分布，不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的差異性較大（圖2）。

圖2 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間分布圖Figure 2 Spatial distribution map of the importance of ecosystem services in the study area

生物多樣性保護(hù)服務(wù)重要性：研究區(qū)生境質(zhì)量最大值為0，最低值為1，均值為0.43，略小于中間值。高值區(qū)位于北部的白青鄉(xiāng)、中原鎮(zhèn)和蘇澳鎮(zhèn)的煙堆山、貓頭墘山，東北部的中樓鄉(xiāng)和流水鎮(zhèn)的君山、虎頭山和楊梅山，西南部的北厝鎮(zhèn)的牛寨山和程安山，低值主要位于譚城鎮(zhèn)、嵐城鄉(xiāng)和中樓鄉(xiāng)等城鎮(zhèn)用地。其中PC＞1的生物多樣性保育源地共14個(gè)，總面積為39.95 km2，占島內(nèi)總面積的14.9%。

水源涵養(yǎng)服務(wù)重要性：研究區(qū)水源涵養(yǎng)量最高值為17609mm，最低值僅1103mm，年均值為11913mm，時(shí)空分布差異較大。高值區(qū)位于中部中樓鄉(xiāng)、流水鎮(zhèn)、嵐城鄉(xiāng)、潭城鎮(zhèn)和澳前鎮(zhèn)一帶，低值區(qū)位于北部白青鄉(xiāng)、蘇澳鎮(zhèn)、平原鎮(zhèn)和蘆洋鄉(xiāng)一帶，南部的北厝鎮(zhèn)和敖東鎮(zhèn)一帶。其中PC＞1的水源涵養(yǎng)源地共20個(gè)，總面積為8.54 km2，僅占島內(nèi)總面積的3.1%，PC均值為5.61。

水土保持服務(wù)重要性：研究區(qū)最高值為6567 t·hm-2a-1，水體保持年均值為1518 t·hm-2a-1,其空間分布近似于研究區(qū)地勢走向。高值區(qū)主要位于中樓鄉(xiāng)東北部的君山、流水鎮(zhèn)東南部的王爺山和北厝鎮(zhèn)西北部的牛園底山。低值區(qū)主要位于平原鎮(zhèn)、流水鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)和北厝鎮(zhèn)等居住和建設(shè)用地，植被覆蓋度較低。其中PC＞1的水土保持源地共21個(gè)，源地總面積為7.87 km2，僅占島內(nèi)總面積的2.9%，PC均值為9.52，連通性較高。

沿海災(zāi)害防護(hù)服務(wù)重要性：研究區(qū)災(zāi)害防護(hù)水平總體較好，高值區(qū)位于北部的白青鄉(xiāng)、平原鎮(zhèn)和蘇澳鎮(zhèn)的南澳仔、煙堆山和貓頭墘山，中部流水鎮(zhèn)的王爺山和老孟山、南部北厝鎮(zhèn)和敖東鎮(zhèn)的南嶺及部分地區(qū)；低值區(qū)主要位于潭城鎮(zhèn)城區(qū)以及北厝鎮(zhèn)的部分城區(qū)，以人工建設(shè)用地為主。識(shí)別PC＞1的沿海災(zāi)害防護(hù)源地共23個(gè)，總面積為14.91 km2，占島內(nèi)總面積的5.8%，PC均值為7.77。

土地生產(chǎn)力服務(wù)重要性：研究區(qū)作物生產(chǎn)指數(shù)最高值為31.5，最低值為2.43，年均值為11.73。高值區(qū)主要位于煙堆山、貓頭墘山、君山、王爺山、老孟山、牛園底山以及南鄰部分地區(qū)等林地和三十六腳湖、竹嶼湖等水源地。識(shí)別PC＞1的作物生產(chǎn)源地共17個(gè)，總面積為42.86 km2，占島內(nèi)總面積的16.05%，PC均值為10.90。

3.2 生態(tài)阻力面修正

海壇島地質(zhì)環(huán)境脆弱，水資源短缺，兩者對(duì)生態(tài)格局分布產(chǎn)生影響。由地質(zhì)災(zāi)害敏感性與水源污染敏感性疊加得到綜合生態(tài)敏感性分布（圖3）。島內(nèi)整體生態(tài)敏感性良好，白青鄉(xiāng)、澳前鎮(zhèn)、北厝鎮(zhèn)西部以及流水鎮(zhèn)東部和北部生態(tài)敏感性較高，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，水資源易受污染；平原鎮(zhèn)、蘇澳鎮(zhèn)、蘆洋鄉(xiāng)、中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)、北厝鎮(zhèn)中部以及敖東鎮(zhèn)北部生態(tài)敏感性較低?；诰C合生態(tài)敏感性對(duì)基本阻力面進(jìn)行修正，以便更好地表達(dá)物種及能量流動(dòng)時(shí)的阻力作用。

圖3 研究區(qū)阻力面空間分布圖Figure 3 Spatial distribution map of resistance surface in the study area

3.3 生態(tài)保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域

3.3.1 生態(tài)源地

將生物多樣性保護(hù)、沿海災(zāi)害防護(hù)與土地生產(chǎn)力服務(wù)重要性前25%的區(qū)域以及水源涵養(yǎng)、水土保持重要性前50%的區(qū)域進(jìn)行融合，得到約27172個(gè)破碎生態(tài)斑塊，總面積約為97.13 km2，占島內(nèi)總面積的36.37%，斑塊面積區(qū)間為0.1～68.3 km2。通過相關(guān)研究[32]以及斑塊個(gè)數(shù)與面積的數(shù)量關(guān)系，當(dāng)單一斑塊面積＞3 km2時(shí)，斑塊數(shù)量與面積的比值趨于穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)生態(tài)斑塊個(gè)數(shù)為42個(gè)，面積為39.42 km2，占生態(tài)斑塊總面積的40.55%，主要分布于煙堆山、貓頭墘山、君山、虎頭山、楊梅山、老孟山、務(wù)里山、牛寨山、牛園底山、山利山、南嶺以及三十六腳湖和竹嶼湖附近，并以此代表海壇島生態(tài)源地分布格局。通過景觀連通性分析，最高值位于君山、虎頭山和楊梅山，PC為35.53，最低值位于風(fēng)球山和將軍山，PC僅為0.02，景觀連通性較低。研究中將PC＞1的區(qū)域設(shè)為一級(jí)源地，共30個(gè)生態(tài)源地，面積為37.74 km2，將PC＜1的區(qū)域設(shè)為二級(jí)源地，共12個(gè)生態(tài)源地，面積為4.68 km2。

3.3.2 生態(tài)廊道

通過識(shí)別生態(tài)源地、構(gòu)建阻力面，識(shí)別最小阻力路徑并篩選出生態(tài)廊道（圖4）。識(shí)別研究區(qū)潛在生態(tài)廊道共116條，總長度為23.40 km，其中一級(jí)生態(tài)源點(diǎn)19個(gè)、潛在一級(jí)生態(tài)廊道66條，總長度為11.28 km，主要分布于平原鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)以及北厝鎮(zhèn)，其景觀類型主要以林地、濕地和水域?yàn)橹?；二?jí)生態(tài)源點(diǎn)10個(gè)，潛在二級(jí)生態(tài)廊道50條，總長度為12.12 km，主要分布于蘇澳鎮(zhèn)、平原鎮(zhèn)、流水鄉(xiāng)、澳前鎮(zhèn)和敖東鎮(zhèn)，其景觀類型主要以林地、草地為主。

圖4 研究區(qū)生態(tài)安全格局Figure 4 Ecological security pattern in the study area

3.3.3 廊道重要性分析

通過重力模型對(duì)研究區(qū)生態(tài)源地之間作用強(qiáng)度對(duì)比，可以對(duì)潛在生態(tài)廊道進(jìn)行重要性評(píng)價(jià)。本研究選取19個(gè)一級(jí)生態(tài)源地進(jìn)行廊道重要性分析（表3）。生態(tài)廊道整體重要性偏低，重要性均值為0.74。源地1（山門村水壩）到源地11（西樓山）之間的連通重要性均處于0～0.5之間，其中源地9（隆興嶺）與源地11（西樓山）、源地9（隆興嶺）與源地10（平潭海島國家森林公園）之間的廊道重要性最高，分別為0.31和0.27，源地3（竹嶼湖公園）與源地6（下洋村濕地）、源地4（三十六腳湖）與源地7（南嶺）之間的廊道重要性最低，分別為0.00029和0.00039，需加強(qiáng)生態(tài)廊道保護(hù)。源地12（牛園底山）與源地19（南寨山）之間的連通重要性較高，處于0.1～10的區(qū)間，其中源地12（牛園底山）與源地16（虎頭山）、源地10（平潭海島國家森林公園）與源地16（虎頭山）、源地15（二角山）與源地19（南寨山）之間的廊道重要性最高，分別為9.67、8.92和6.37，源地7（南嶺）與源地13（貓頭墘）、源地7（南嶺）與源地17（君山）之間的作用強(qiáng)度最低，分別為0.0057和0.0098，生態(tài)廊道重要性偏低。

表3 生態(tài)源地相互作用強(qiáng)度矩陣Table 3 Ecological source-Site interaction strength matrix

3.3.4 景觀戰(zhàn)略點(diǎn)

通過對(duì)生態(tài)源地、生態(tài)阻力面和高程分析，考慮到多種生物的流動(dòng)與擴(kuò)散方式，選取大白鷺、豹貓作為目標(biāo)物種，默認(rèn)海拔越低、植被覆蓋度越高、水域越廣闊則越有利于動(dòng)物的擴(kuò)散，以生態(tài)源地作為物種的擴(kuò)散源，將修正后的生態(tài)阻力面作為物種流動(dòng)的基質(zhì)，采用目譯的方式對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行解譯（圖5）。識(shí)別研究區(qū)景觀戰(zhàn)略點(diǎn)共54個(gè)，景觀類型以林地和水域?yàn)橹?，其中鞍部?zhàn)略點(diǎn)13個(gè)，主要位于中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)、澳前鎮(zhèn)和北厝鎮(zhèn)；交匯處戰(zhàn)略點(diǎn)25個(gè)，主要位于蘆洋鄉(xiāng)、中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)和北厝鎮(zhèn)；高原型戰(zhàn)略點(diǎn)16個(gè)，主要位于白青鄉(xiāng)、蘇澳鎮(zhèn)、流水鎮(zhèn)和北厝鎮(zhèn)。

圖5 研究區(qū)景觀戰(zhàn)略點(diǎn)分布圖Figure 5 Distribution map of landscape strategic points in the study area

3.4 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別

3.4.1 生態(tài)敏感區(qū)

通過建立研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害和水源污染生態(tài)敏感性阻力面，選取敏感度前20%區(qū)域作為生態(tài)敏感區(qū)（圖6）。識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害敏感區(qū)總面積為63.15 km2，主要位于潭城鎮(zhèn)中心城區(qū)以及流水鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)的部分城區(qū)，用地類型主要為居住及建設(shè)用地；水源污染敏感區(qū)總面積為28.82 km2，主要位于澳前鎮(zhèn)和白青鄉(xiāng)。將地質(zhì)災(zāi)害與水源安全敏感區(qū)進(jìn)行疊加得到研究區(qū)的生態(tài)敏感區(qū)，總面積為66.07 km2，主要用地類型為城鎮(zhèn)建設(shè)用地、部分林地以及農(nóng)業(yè)用地，受人們生產(chǎn)生活影響較大。

圖6 研究區(qū)生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域分布圖Figure 6 Distribution map of key areas for ecological restoration in the study area

3.4.2 生境退化區(qū)

海壇島整體生境退化度較低。生境退化區(qū)域主要位于潭城鎮(zhèn)、嵐城鎮(zhèn)以及蘆洋鄉(xiāng)的部分城區(qū)，用地類型以居住用地和建設(shè)用地為主（圖6）。耕地和草地的退化較為嚴(yán)重，生境退化指數(shù)為0.079和0.074，存在一定的生態(tài)退化風(fēng)險(xiǎn)；灌木地、濕地和水域的生境退化度較低，退化指數(shù)分別為0.024、0.020和0.028，這些地區(qū)具有多種植被群落，具備生態(tài)抗性，自然條件較好；居住及建設(shè)用地的生境退化指數(shù)為0.014，生境退化區(qū)總面積為21.36 km2，主要位于平原鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)和蘆洋鄉(xiāng)，用地類型主要為農(nóng)業(yè)用地及部分城鎮(zhèn)建設(shè)用地。

4 討論與建議

4.1 研究討論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在著較為復(fù)雜的生態(tài)運(yùn)行與交替作用，單一生態(tài)阻力面構(gòu)建難以反映物種遷移與能量流動(dòng)的關(guān)系，無法維系日益多元化的生態(tài)要求。本研究通過生物多樣性保護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持、土地生產(chǎn)力以及沿海災(zāi)害防護(hù)5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)識(shí)別多種生態(tài)源地，基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局識(shí)別生態(tài)保護(hù)和修復(fù)區(qū)域，利用景觀連通度與重力模型進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)源地保護(hù)和脆弱區(qū)修復(fù)的協(xié)同。

本文采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性構(gòu)建生態(tài)安全格局識(shí)別生態(tài)源地、生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點(diǎn)和生態(tài)脆弱區(qū)。主要不足在于：（1）生態(tài)源地面積最小閥值確定：源點(diǎn)識(shí)別是生態(tài)安全格局構(gòu)建的前提與重要環(huán)節(jié)，具有關(guān)鍵作用。通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進(jìn)行定量識(shí)別中，源地最小面積閥值的確定有所不同。研究中識(shí)別的生態(tài)斑塊27172個(gè)，其中生態(tài)斑塊大于1 km2的有140個(gè)，生態(tài)斑塊大于10 km2的只有10個(gè)，斑塊數(shù)量伴隨面積增大而急劇減小，在面積閥值大于3 km2后趨于平穩(wěn)，斑塊個(gè)數(shù)為42個(gè)，雖然本研究最終確定3 km2作為生態(tài)源地面積閥值，但是否有更確切的變量關(guān)系還有待研究；（2）面向海島型生態(tài)安全格局的構(gòu)建：海壇島兼受大陸和海洋型氣候影響，生態(tài)環(huán)境脆弱，地質(zhì)災(zāi)害和水源短缺問題依舊突出。本研究選取水源涵養(yǎng)和水土保持模型進(jìn)行源地識(shí)別，并利用地質(zhì)災(zāi)害和水源污染敏感性進(jìn)行阻力面修正，以期構(gòu)建面向水土保護(hù)的生態(tài)安全格局。囿于數(shù)據(jù)所限，研究區(qū)的地下水儲(chǔ)量、地表水流速、臺(tái)風(fēng)以及雨洪災(zāi)害未在研究之列，今后可以嘗試探究其對(duì)生態(tài)格局的影響；（3）基于傳統(tǒng)土地利用類型的阻力面設(shè)置：阻力面反映了物種流動(dòng)于遷徙過程中的難易差異，本研究選取綜合生態(tài)敏感性對(duì)基礎(chǔ)阻力面進(jìn)行修正，但本質(zhì)仍然是基于土地利用進(jìn)行賦值，對(duì)于不同物種之間的流動(dòng)，其基礎(chǔ)阻力面應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)其特點(diǎn)，面對(duì)多元化的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。

4.2 生態(tài)保護(hù)修復(fù)建議

4.2.1 完善生態(tài)修復(fù)規(guī)劃，落實(shí)生態(tài)監(jiān)管

研究區(qū)域生態(tài)流活躍，生態(tài)系統(tǒng)易受損害。通過劃定生態(tài)紅線以及設(shè)立生態(tài)保護(hù)區(qū)等方式，擴(kuò)大君山、鹽堆山、牛寨山以及三十六腳湖等重要生態(tài)源地和生態(tài)廊道的保護(hù)范圍，同時(shí)加強(qiáng)景觀戰(zhàn)略點(diǎn)的生態(tài)監(jiān)管，連接竹嶼湖公園進(jìn)而輻射島內(nèi)中心城區(qū)，提升島內(nèi)整體生態(tài)水平。完善用地性質(zhì)及產(chǎn)權(quán)制度管理，加大對(duì)違規(guī)違期使用土地的懲治力度?？梢詫?duì)居住及建設(shè)用地設(shè)定生態(tài)紅線、嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村的增長范圍，防止村鎮(zhèn)的無序擴(kuò)張的同時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)生態(tài)紅線和生態(tài)保護(hù)區(qū)的監(jiān)管、逐步推進(jìn)水土保持綜合治理，開展坡地退耕還林等工作。

4.2.2 開展水土專項(xiàng)綜合整治，適地適林適樹

研究區(qū)域自身災(zāi)害問題較為突出，部分生態(tài)災(zāi)害區(qū)域位于島內(nèi)中心城區(qū)，一旦發(fā)生滑坡、泥石流等將對(duì)人們生活造成嚴(yán)重?fù)p失。在島內(nèi)生態(tài)調(diào)控中應(yīng)當(dāng)注重地質(zhì)災(zāi)害的防治，采取植樹造林、修建擋土墻以及坡地退耕還林等必要措施；將生態(tài)敏感區(qū)、生境退化區(qū)、生態(tài)保護(hù)紅線以及歷史古村落等納入重點(diǎn)修復(fù)區(qū)域，進(jìn)行相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)；有序推進(jìn)生態(tài)安全格局建設(shè)進(jìn)行有效的分類整治，實(shí)行礦山環(huán)境整治修復(fù)[33]、生態(tài)廊道修復(fù)[35]以及海岸帶修復(fù)[35]；對(duì)君山、牛寨山等重要生態(tài)源地進(jìn)行有效保護(hù)，重要林地和水源地應(yīng)減少人為干擾影響；諸如開發(fā)區(qū)、居住區(qū)以及建設(shè)用地等生態(tài)敏感區(qū)應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)管控，進(jìn)行水土保持等相關(guān)治理。

4.2.3 明確修復(fù)主次及分區(qū)治理，統(tǒng)籌生態(tài)全局

依據(jù)研究區(qū)域自身狀況，明確修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域和修復(fù)次序。海壇島北部由于開發(fā)較晚，生態(tài)環(huán)境良好，可以作為生態(tài)維護(hù)與生物多樣性保護(hù)片區(qū)進(jìn)行管控，保護(hù)生態(tài)源地，對(duì)生態(tài)薄弱區(qū)域進(jìn)行適度整治；中部地區(qū)由于城區(qū)關(guān)系人口密集，作為中部城區(qū)水源涵養(yǎng)與生態(tài)開發(fā)片區(qū)進(jìn)行保護(hù)和治理，加強(qiáng)水源地監(jiān)管保障用水安全進(jìn)行水源地管控，注重本土樹種的培育與利用提升城區(qū)整體植被覆蓋度；海壇島南部靠近重要的生態(tài)斑塊，作為部生境保護(hù)與生態(tài)旅游片區(qū)，保護(hù)好生境的同時(shí)進(jìn)行適度的旅游開發(fā)，開展生態(tài)旅游帶動(dòng)島內(nèi)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。依據(jù)《平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)總體規(guī)劃》等上位規(guī)劃，結(jié)合生態(tài)保護(hù)地和生態(tài)修復(fù)區(qū)識(shí)別與構(gòu)建，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)海壇島生態(tài)治理工作。

4.3 研究展望

4.3.1 加強(qiáng)生態(tài)機(jī)理研究，提高生態(tài)阻力面賦值科學(xué)性

海島型生態(tài)安全格局基于生態(tài)阻力面構(gòu)建，其土地覆被利用類型、人類干擾活動(dòng)以及景觀的空間結(jié)構(gòu)是影響物種擴(kuò)散以及能量流動(dòng)的三個(gè)主要因素。以往基于專家咨詢的賦值方法對(duì)環(huán)境干擾的人為主觀性較大，且對(duì)土地進(jìn)行均一化賦值容易忽視不同類型下的土地利用對(duì)生態(tài)的影響，尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和范式。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土地內(nèi)在機(jī)理的研究，優(yōu)化單一的均值以反映不同類型的生態(tài)阻力面，同時(shí)引入不透水表面指數(shù)以及夜間燈光系數(shù)等數(shù)據(jù)，豐富生態(tài)阻力面賦值的方法。

4.3.2 完善生態(tài)指標(biāo)因子，提升生態(tài)格局評(píng)價(jià)有效性

海島型生態(tài)安全格局構(gòu)建已有多種研究方法，最小累積阻力模型能夠反映物種遷徙以及能量流動(dòng)的阻力，但對(duì)其周邊環(huán)境脅迫與響應(yīng)的生態(tài)過程研究較少。利用景觀連通性、網(wǎng)絡(luò)閉合度、節(jié)點(diǎn)連接率等指標(biāo)因子對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠?qū)坝^數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析。完善相關(guān)的生態(tài)指標(biāo)體系的建設(shè)，研究并建立有效的評(píng)價(jià)體系對(duì)區(qū)域安全格局進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)，對(duì)相關(guān)景觀生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行有效區(qū)分并完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建設(shè)，能為后續(xù)的生態(tài)空間規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

4.3.3 注重生態(tài)過程耦合，優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間布局

生態(tài)過程維持生態(tài)格局的運(yùn)行，而生態(tài)格局從整體反作用于生態(tài)過程。當(dāng)前研究注重生態(tài)格局的構(gòu)建與表達(dá)，其構(gòu)建將生態(tài)要素置于不同層次的生態(tài)肌理中進(jìn)行綜合疊加。生態(tài)安全格局依循整體格局和功能，對(duì)重要的生態(tài)斑塊與源地進(jìn)行保護(hù)，能夠促進(jìn)物種與能量之間的流動(dòng)。在海島生態(tài)規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)注重對(duì)生態(tài)格局與過程之間耦合作用研究，建立與優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的空間布局，構(gòu)建面向多元化生態(tài)目標(biāo)的綜合性海島生態(tài)安全格局。

5 結(jié)論

本研究以福建省海壇島為例，基于最小累積阻力模型融合多種生態(tài)保護(hù)目標(biāo)構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)安全格局，識(shí)別生態(tài)源地、生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點(diǎn)和生態(tài)脆弱區(qū)并提出相關(guān)建議。研究結(jié)果表明：（1）研究區(qū)識(shí)別生物多樣性保護(hù)源地39.95 km2，水源涵養(yǎng)服務(wù)源地8.54 km2，水土保持服務(wù)源地7.87 km2，土地生產(chǎn)力服務(wù)源地42.86 km2，沿海災(zāi)害防護(hù)源地14.91 km2，識(shí)別綜合生態(tài)源地97.13 km2，主要分布于煙堆山、貓頭墘山、君山、虎頭山、楊梅山、老孟山、務(wù)里山、牛寨山、牛園底山、山利山、南嶺以及三十六腳湖和竹嶼湖附近；（2）研究區(qū)識(shí)別一級(jí)生態(tài)源地37.74 km2，一級(jí)生態(tài)源點(diǎn)19個(gè)，潛在一級(jí)生態(tài)廊道66條，總長11.28 km，二級(jí)生態(tài)源地4.68 km2，二級(jí)生態(tài)源點(diǎn)10個(gè)，潛在二級(jí)生態(tài)廊道50條，總長12.12 km，識(shí)別景觀戰(zhàn)略點(diǎn)54個(gè)，生態(tài)敏感區(qū)域66.07 km2，生境退化區(qū)21.36 km2；（3）海壇島今后的生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作，可以通過劃定保護(hù)區(qū)和保育區(qū)的方式加強(qiáng)對(duì)重要生態(tài)源地、廊道和景觀戰(zhàn)略點(diǎn)的保護(hù)與監(jiān)督，對(duì)生態(tài)敏感區(qū)和生境退化區(qū)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分類整治修復(fù)工作，遏制生態(tài)退化趨勢。