基于生態(tài)安全格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別與診斷——以汶上縣為例

劉金花,楊 朔,呂永強(qiáng)

基于生態(tài)安全格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別與診斷——以汶上縣為例

劉金花1,楊 朔2,呂永強(qiáng)2

(1.山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250101；2.山東建筑大學(xué)測(cè)繪地理信息學(xué)院,山東 濟(jì)南 250101)

以山東省濟(jì)寧市汶上縣為研究區(qū),基于最小阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局,結(jié)合脆弱性評(píng)價(jià)識(shí)別生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,對(duì)關(guān)鍵區(qū)域分類提出針對(duì)性修復(fù)保護(hù)措施.結(jié)果表明在汶上縣共識(shí)別出11處生態(tài)源地,總面積38.72km2,35條生態(tài)廊道,總長(zhǎng)度259.56km;生態(tài)脆弱性分級(jí)以中度脆弱與低度脆弱為主,兩類型區(qū)域總面積594.32km2,占比67.40%.中部城區(qū)脆弱性較高,西南洼地脆弱性較低;識(shí)別出生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域5處,總面積107.14km2,分布于中部城區(qū)及周邊;根據(jù)區(qū)位特征將關(guān)鍵區(qū)域分為三類,并分類別提出其生態(tài)修復(fù)策略,以期為國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)提供參考.

生態(tài)安全格局；生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)；關(guān)鍵區(qū)域；修復(fù)措施；汶上縣

國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)是構(gòu)建新時(shí)代美麗國(guó)土空間格局的重要手段,也是落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措.統(tǒng)籌全要素資源并診斷識(shí)別關(guān)鍵區(qū)域?qū)β鋵?shí)生態(tài)修復(fù)工程具有重要意義.我國(guó)當(dāng)前國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)主要體現(xiàn)在構(gòu)建生態(tài)安全格局、劃分生態(tài)修復(fù)區(qū),恢復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)自然風(fēng)貌[1-2].而如何綜合研判全方位要素對(duì)生態(tài)空間的影響,識(shí)別國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,完善國(guó)土空間生態(tài)安全格局,提升生態(tài)系統(tǒng)整體服務(wù)功能是當(dāng)前國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)研究的難點(diǎn)之一[3].

識(shí)別并診斷生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域作為生態(tài)修復(fù)的重要一環(huán),利于實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)功能提升、國(guó)土空間格局優(yōu)化[4].在系統(tǒng)性思維的指導(dǎo)下,當(dāng)前基于生態(tài)安全格局識(shí)別關(guān)鍵區(qū)域的研究[5-6]較多,更注重維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過(guò)程的完整性以及改善區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境[7].眾多學(xué)者基于最小阻力模型識(shí)別能量流動(dòng)的最優(yōu)路徑作為生態(tài)廊道,將廊道的交點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn),廊道與山脊線的交點(diǎn)作為關(guān)鍵區(qū)域[8-10].近年也有學(xué)者將電路理論應(yīng)用到景觀格局的構(gòu)建[11-13],利用電子的隨機(jī)游走特性模擬物種的遷徙過(guò)程[14],將物種遷徙“必經(jīng)之路”的生態(tài)夾點(diǎn)與阻礙物質(zhì)能量流動(dòng)的生態(tài)斷裂點(diǎn)、障礙點(diǎn)做為生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域[15-17].總體來(lái)說(shuō),基于生態(tài)安全格局的關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別雖然考慮到了整體保護(hù)和系統(tǒng)修復(fù)的理念,但受限于阻力面與土地利用現(xiàn)狀,不能全方面考慮包括人類活動(dòng)、氣候等因素對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響.而當(dāng)前的生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究雖未體現(xiàn)系統(tǒng)性思維,但可通過(guò)構(gòu)建多角度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,全方位剖析生態(tài)環(huán)境受自然和人為因素共同作用而產(chǎn)生的異變[18-19],二者恰好相輔相成.鑒于此,本文嘗試將生態(tài)安全格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)相結(jié)合,探索既能保證生態(tài)系統(tǒng)連通性又能準(zhǔn)確識(shí)別生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域的方法,以此識(shí)別連通性強(qiáng)但生態(tài)環(huán)境脆弱的關(guān)鍵區(qū)域,以指引開展相應(yīng)生態(tài)修復(fù)工程.

汶上縣地處山東省西南部,東北部有少量山丘,西南部多湖洼,大部分地區(qū)處于平原地帶.,在快速城鎮(zhèn)化的沖擊之下,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷下降,嚴(yán)重影響到糧食產(chǎn)量.,本文選取生態(tài)紅線、自然保護(hù)地為生態(tài)源地,基于應(yīng)用最廣泛的最小阻力模型構(gòu)建阻力面并提取生態(tài)廊道,進(jìn)一步疊加生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果識(shí)別生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域并分類別提出生態(tài)修復(fù)策略,以期為國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)提供參考.

1 研究區(qū)概述

汶上縣東臨兗州古城,西接水泊梁山,南依微山湖,北枕泰山.地處116°41′E～116°18′E,35°30′N～35°56′N.南北最大縱距58km,東西最大橫距35km.

汶上縣轄2個(gè)街道、13處鄉(xiāng)鎮(zhèn)和1個(gè)省級(jí)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),總面積889km2.其中耕地面積占比62.47%,多分布于中部平原與西南洼地,受地形限制較大.林地占比12.86%,多分布于東南林地片區(qū),林地分布不均,不利于全域水土保持,同時(shí)西北丘陵區(qū)存在裸地.草地面積僅為167.58hm2,占比不足0.2%.汶上縣屬北溫帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),光照充足,四季分明,無(wú)霜期長(zhǎng),降水年季節(jié)變化大,三十年平均降水量628mm,土壤條件地域性差異不明顯[20].汶上縣整個(gè)地勢(shì)由東北傾向西南,耕地面積占比較大,存在水土流失與山體禿斑現(xiàn)象,生態(tài)環(huán)境脆弱性高,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨較大威脅.

圖1 研究區(qū)地理位置

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

2.1.1 生態(tài)源地識(shí)別 生態(tài)源地是生態(tài)用地保護(hù)的“源”,是現(xiàn)有物種的棲息地,也是物種交流與擴(kuò)散的源點(diǎn),對(duì)區(qū)域的生態(tài)安全具有重要意義.本文借鑒前人研究方法[21-22],采用直接識(shí)別法劃定生態(tài)源地,具體選取依據(jù)見表1.選取生態(tài)紅線,蓮花湖濕地公園、大汶河濕地公園等自然保護(hù)地,泉河、小汶河等主要河流與曇山、彩山等山脈片區(qū)作為生態(tài)源地.

2.1.2 阻力面構(gòu)建 生態(tài)廊道提取方法目前已有多種,其中最小阻力模型(MCR)的兼容性和實(shí)用性較好.本研究采用最小阻力模型提取生態(tài)廊道,MCR模型刻畫的是從“源”經(jīng)過(guò)不同阻力的景觀所耗費(fèi)的費(fèi)用或者克服阻力所作的功[23].計(jì)算公式為:

式中:MCR為最小累計(jì)阻力值;D為物種從源到景觀單元經(jīng)過(guò)的單元距離;R為景觀單元的生態(tài)阻力系數(shù);為最小累計(jì)阻力與生態(tài)過(guò)程的正相關(guān)關(guān)系.

表1 生態(tài)源地識(shí)別依據(jù)

結(jié)合汶上縣地形地貌特點(diǎn)以及數(shù)據(jù)的可獲取性,因地制宜地選取了土地利用類型、高程、坡度三個(gè)對(duì)環(huán)境影響程度較大的因素作為阻力因子構(gòu)建阻力面.參考前人研究成果[24],將土地利用類型、高程、坡度賦值權(quán)重0.35、0.35、0.3,并對(duì)各因子分級(jí)賦值阻力系數(shù),最后利用柵格計(jì)算器得到阻力面.其中,三個(gè)阻力面的阻力系數(shù)如下所示.

圖2 土地利用類型阻力系數(shù)

表2 高程與坡度系數(shù)

2.1.3 生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別 生態(tài)廊道作為各個(gè)生態(tài)源地之間進(jìn)行物質(zhì)能量交互與物種遷徙的通道,是生態(tài)安全格局的基礎(chǔ)框架.本研究基于ArcGIS10.3軟件的cost-distance功能生成各個(gè)源地之間最低阻力路徑,當(dāng)兩路徑距離過(guò)近則保留較長(zhǎng)廊道并去除重復(fù)路徑得到生態(tài)廊道[25].生態(tài)節(jié)點(diǎn)一般指廊道上生態(tài)價(jià)值寶貴,對(duì)維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)連通性、穩(wěn)定性有重要意義的點(diǎn).本文選取生態(tài)廊道的交點(diǎn)、廊道與源地的連接點(diǎn)作為生態(tài)節(jié)點(diǎn).

2.1.4 生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建 汶上縣地處山東省西南部,農(nóng)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),植被覆蓋度、水系、土壤類型等因素對(duì)汶上縣糧食生產(chǎn)與生態(tài)安全有重要影響.為科學(xué)、客觀、全面評(píng)價(jià)汶上縣的生態(tài)脆弱性,通過(guò)對(duì)汶上縣實(shí)際地物研判與參考前人研究成果[26-27],選取表征人類活動(dòng)、土地利用、氣候、土壤、地形地貌5個(gè)層面的7個(gè)影響因子來(lái)建立評(píng)價(jià)體系.人類活動(dòng)方面選取人口密度指標(biāo);土地利用方面選取NDVI指數(shù)、距水體距離指標(biāo);氣候方面選取年均降水量指標(biāo);土壤方面選取土壤類型指標(biāo);地形地貌方面選取高程、坡度指標(biāo).基于Arcgis10.3分別生成7個(gè)指標(biāo)因子的柵格圖并做歸一化處理,后通過(guò)柵格計(jì)算器計(jì)算生態(tài)脆弱性總分值,各因子權(quán)重通過(guò)層次分析法得出,詳細(xì)指標(biāo)體系見表3.

表3 生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.5 指標(biāo)歸一化 由于各指標(biāo)的量綱不同,無(wú)法直接疊加,因此需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理.本文采用極差法將各個(gè)指標(biāo)數(shù)值歸于0～1,將7個(gè)指標(biāo)因子分類成正向指標(biāo)與負(fù)向指標(biāo).其中,正向指標(biāo)數(shù)值越大,生態(tài)脆弱性越高;負(fù)向指標(biāo)數(shù)值越小,生態(tài)脆弱性低.正向指標(biāo)與負(fù)向指標(biāo)采用不同的計(jì)算公式,具體公式如下.

正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式:

負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式:

式中:A為柵格上評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;X為柵格上評(píng)價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)狀值;min(X)為指標(biāo)的最小值;max(X)為指標(biāo)的最大值.

對(duì)于定性指標(biāo)土壤類型,為得到不同土壤類型的定量分值,本文參考前人研究成果[28]與《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)土壤類型分類分級(jí)賦值,標(biāo)準(zhǔn)見表4.

表4 土壤因子賦值標(biāo)準(zhǔn)

2.1.6 脆弱性等級(jí)劃分 將各因子標(biāo)準(zhǔn)化后的柵格圖層加權(quán)疊加得到最終脆弱性分值,公式如下:

=S(A′B) (4)

式中:為最終脆弱性分值;A為柵格上評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;B為柵格的權(quán)重.

基于Arcgis10.3將脆弱性分值通過(guò)自然斷點(diǎn)法重分類為4個(gè)等級(jí),分別為非脆弱、低度脆弱、中度脆弱、高度脆弱.

2.1.7 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別 在整體性思維的指導(dǎo)下,生態(tài)修復(fù)不僅要注重單一區(qū)域的生態(tài)修復(fù)與治理,更要考慮各個(gè)生態(tài)源地間的整體性與連通性.故本文將生態(tài)安全格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)疊加,首先以中、高脆弱區(qū)范圍為基礎(chǔ),后結(jié)合生態(tài)安全格局中的生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn),將中、高脆弱區(qū)內(nèi)廊道與節(jié)點(diǎn)分布密集的區(qū)域進(jìn)一步劃定為關(guān)鍵區(qū)域.

表5 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用生態(tài)紅線與三調(diào)數(shù)據(jù)來(lái)源于汶上縣自然資源與規(guī)劃局,DEM與NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái),分辨率均為30m′30m,人口密度數(shù)據(jù)來(lái)源于汶上縣統(tǒng)計(jì)手冊(cè),降水量與土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心.

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)安全格局構(gòu)建

3.1.1 生態(tài)源地識(shí)別 本研究共識(shí)別11處生態(tài)源地,其中河湖濕地類7處,山林類4處(表6),總面積38.72km2,僅占汶上縣總面積的4.3%,空間上,東北部分布密集,西南部分布稀疏山地片區(qū)分布于軍屯鄉(xiāng)、楊店鎮(zhèn)、白石鎮(zhèn);三大濕地公園沿北泉河依次分布;河流方面西部分布密集,東南分布稀疏.

圖3 生態(tài)源地

表6 生態(tài)源地

3.1.2 阻力面構(gòu)建 利用GIS柵格計(jì)算器將各阻力因子按照權(quán)重疊加,得到綜合阻力面(圖4),阻力值呈現(xiàn)出東北高西南低的特點(diǎn).高值區(qū)分布在東北山地,主要與高程與坡度有關(guān);次高值區(qū)分布于縣域中部,該區(qū)域建設(shè)用地集中,周邊耕地、林地板塊被分割;低值區(qū)位于西南部,土地利用以耕地與林地為主,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好.

圖4 綜合阻力面

3.1.3 生態(tài)廊道提取與生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別 基于生態(tài)源地與綜合阻力面,運(yùn)用GIS成本距離工具提取生態(tài)廊道(圖5),共提取35條廊道,總長(zhǎng)度259.56km.為了區(qū)分各廊道重要程度,綜合考慮廊道長(zhǎng)度,連接斑塊重要性等因素,將汶上縣生態(tài)廊道劃分為三個(gè)等級(jí)(表7).一級(jí)廊道9條,連接汶上縣三大省級(jí)濕地公園,維持東西各源地與中軸線的連通性,平均長(zhǎng)度10.55km,總長(zhǎng)度占比36.58%;二級(jí)廊道15條,作為各河流間物質(zhì)能量交互的通道共同保障“汶水”的生態(tài)安全,平均長(zhǎng)度8.62km,總長(zhǎng)度占比49.83%,占比最高;三級(jí)廊道11條,是東北部各山地片區(qū)間生物遷徙、物質(zhì)交流的重要通道,平均長(zhǎng)度3.21km,總長(zhǎng)度占比13.59%.共識(shí)別49處生態(tài)節(jié)點(diǎn),作為生態(tài)廊道的交點(diǎn)是物質(zhì)能量轉(zhuǎn)移與生物遷徙的樞紐,具有重要的生態(tài)價(jià)值.節(jié)點(diǎn)主要分布于汶上縣中部與西北部,在兩街道處分布密集.

圖5 態(tài)安全格局

表7 生態(tài)廊道分類

3.2 生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)

3.2.1 單指標(biāo)分析 根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化柵格圖(圖6)所示,在人類活動(dòng)影響方面,汶上縣城區(qū)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)間人口密度差異較大,中心兩街道人口密度較高,人類活動(dòng)相對(duì)頻繁,是造成生態(tài)環(huán)境脆弱的一大重要因素.土地利用方面,植被覆蓋度對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響尤為重要,林地可以起到涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候等作用,草地可起到防止土地沙化和水土流失的作用,通常植被覆蓋度高的區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定性強(qiáng).根據(jù)4月份云量在3%以下的衛(wèi)星遙感影像提取到的NDVI指數(shù)柵格圖顯示,汶上縣NDVI指數(shù)整體上南高北低,北方山地植被覆蓋較少,南方洼地植被覆蓋高,此外,中心城區(qū)建設(shè)用地面積較大,相對(duì)NDVI指數(shù)較低,白石鎮(zhèn)境內(nèi)因礦山開采造成山體禿斑現(xiàn)象嚴(yán)重,NDVI指數(shù)也相對(duì)較低;水系作為生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,一方面河流的流動(dòng)性連通各個(gè)生態(tài)系統(tǒng),提高各區(qū)域間的連通性,另一方面,汶上縣作為“國(guó)家糧倉(cāng)”,密集的水源也為灌溉提供保障.通過(guò)DEM提取水系并且通過(guò)歐式距離工具生成水系距離柵格,主要河流為北泉河,北泉河貫通汶上縣南北地域,流經(jīng)紅紗河、蓮花湖濕地公園,其余河流也分布較密集,水系影響的地域性差異不明顯;氣候方面,降水利于植被與農(nóng)作物生長(zhǎng),對(duì)生態(tài)環(huán)境起到重要影響作用.汶上縣屬北溫帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),相對(duì)干燥少雨,降水量多年平均628mm,東部降水量高于西部約20mm.土壤方面,土壤作為自然界組成部分起到調(diào)節(jié)、提供動(dòng)植物棲息地、作物生產(chǎn)的功能,山東半島主要土壤為棕壤、褐土,有機(jī)質(zhì)含量較高,是北方較好的農(nóng)業(yè)土壤.對(duì)汶上縣而言,東邊地域土壤優(yōu)于西邊.地形地貌方面,東北山地區(qū)域海拔明顯高于西南洼地,山地區(qū)域坡度數(shù)值也較高,通常而言,坡度越大,發(fā)生水土流失等地質(zhì)災(zāi)害的可能性較高,也不利于植被的生長(zhǎng),生態(tài)脆弱性高.

圖6 指標(biāo)歸一化結(jié)果

Fig.6 Index normalization results

3.2.2 脆弱性綜合評(píng)價(jià) 將生態(tài)脆弱性單因子評(píng)價(jià)柵格圖加權(quán)疊加,生成脆弱性綜合評(píng)價(jià)圖(圖7).通過(guò)自然斷點(diǎn)法將脆弱性等級(jí)分為高度脆弱、中度脆弱、低度脆弱、非脆弱4個(gè)等級(jí),各級(jí)別面積依次占比6.12%、29.27%、38.13%及26.48%.汶上縣生態(tài)脆弱性以中度脆弱與低度脆弱為主,兩類型區(qū)域總面積594.32km2,整體生態(tài)環(huán)境面臨較大威脅.空間分布上,汶上縣生態(tài)脆弱性的地域差異較明顯,南北向以兩街道為中心,脆弱性等級(jí)向兩極逐級(jí)遞減,東西向則由內(nèi)向外呈現(xiàn)出“高低高”的分布特征,脆弱性低的區(qū)域被脆弱性高的區(qū)域包圍.具體而言,高度脆弱區(qū)主要分布于中心兩街道,受人類活動(dòng)影響較大,建設(shè)用地?cái)U(kuò)張現(xiàn)象嚴(yán)重,在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)不能忽略生態(tài)問(wèn)題;中度脆弱區(qū)分布于東部與西部邊緣土壤條件較差,植被覆蓋度較低的區(qū)域;中度脆弱區(qū)與低度脆弱區(qū)分布鄰近,形成脆弱性等級(jí)遞減的緩沖地帶,大部分分布于西南洼地,呈現(xiàn)出大斑塊孤立,小斑塊破碎的分布特征[29];非脆弱區(qū)分布于西南洼地水熱條件較好的地區(qū).

圖7 生態(tài)脆弱性綜合評(píng)價(jià)

表8 脆弱性等級(jí)

圖8 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域

3.3 關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別與診斷

3.3.1 關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別 以中、高度脆弱區(qū)范圍為基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步篩選生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)密集的區(qū)域,將該部分區(qū)域劃定為生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域.共識(shí)別5處生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,總面積107.14km2,分布于中部,北部與東西邊境.中部區(qū)域面積最大,其余四處零散分布于周邊.汶上縣南部無(wú)生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,生態(tài)環(huán)境條件較好.

圖9 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域分類

3.3.2 關(guān)鍵區(qū)域診斷與修復(fù)策略 綜上所識(shí)別關(guān)鍵區(qū)域?yàn)檫B通性強(qiáng)但生態(tài)環(huán)境脆弱的區(qū)域,需開展生態(tài)修復(fù)工程以提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量并保障各源地間物質(zhì)能量流通.以便對(duì)關(guān)鍵區(qū)域開展針對(duì)性生態(tài)修復(fù)工程,本文基于區(qū)域內(nèi)實(shí)際地物研判與主要土地利用類型,如東北山地片區(qū)因開山采礦存在山體禿斑;東側(cè)區(qū)域內(nèi)湖東排水河與西側(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)軍渠存在水體污染;中部區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地規(guī)模大,植被覆蓋率較低等,將關(guān)鍵區(qū)分為三類(圖9),分類別提出生態(tài)修復(fù)策略.一類關(guān)鍵區(qū)面積57.38km2,分布于汶上、中都街道,土地利用類型主要為耕地與建設(shè)用地,建設(shè)用地包含農(nóng)村宅基地和公路用地.該區(qū)域人口密度大,生態(tài)環(huán)境極易受人類活動(dòng)影響,建設(shè)用地的修復(fù)建議依托鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,通過(guò)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)來(lái)增強(qiáng)生態(tài)建設(shè),以充分發(fā)揮生態(tài)效能[30].二類關(guān)鍵區(qū)面積13.26km2,分布于東北山地片區(qū),土地利用類型以林地、耕地為主.區(qū)域修復(fù)以自然恢復(fù)為主,人工修復(fù)為輔,實(shí)施嚴(yán)格的封山育林,恢復(fù)鄉(xiāng)土植被群落,豐富生物多樣性,強(qiáng)化山地間的景觀連通性.三類關(guān)鍵區(qū)面積36.50km2,分布于東西邊境處,以耕地、林地、水域?yàn)橹?修復(fù)涉及水域治理和河岸綠化,加快水源涵養(yǎng)林和水土保持林的建設(shè),打造汶水之上美麗鄉(xiāng)鎮(zhèn).

表9 關(guān)鍵區(qū)修復(fù)策略

4 討論

在整體保護(hù)與系統(tǒng)治理的生態(tài)修復(fù)宗旨下,本文首先考慮到生態(tài)系統(tǒng)間的連通性與整體性,依照“選取源地—構(gòu)建阻力面—識(shí)別生態(tài)廊道”的基本范式構(gòu)建生態(tài)安全格局.通過(guò)對(duì)眾多學(xué)者研究成果的梳理,發(fā)現(xiàn)當(dāng)前構(gòu)建阻力面所選用因子多為土地利用類型、高程、坡度等,并不能反映降水、土壤等諸多因素對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響.故本文嘗試將生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)與生態(tài)安全格局相結(jié)合,通過(guò)構(gòu)建包括人類活動(dòng)、土地利用、氣候、土壤、地形地貌5個(gè)層面的指標(biāo)體系來(lái)評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性,以彌補(bǔ)因構(gòu)建阻力面選用因素不全面,所導(dǎo)致的僅通過(guò)生態(tài)安全格局識(shí)別關(guān)鍵區(qū)域不夠準(zhǔn)確這一不足.本文將生態(tài)安全格局與中度脆弱、高度脆弱區(qū)域疊加,將中、高度脆弱區(qū)內(nèi)生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)分布密集的區(qū)域劃定為關(guān)鍵區(qū)域,即對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)間連通性有重要作用,但生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差的區(qū)域.根據(jù)土地利用現(xiàn)狀與研究區(qū)實(shí)際情況將關(guān)鍵區(qū)域分為三類,分類別提出生態(tài)修復(fù)策略,以達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量并維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)間整體性與連通性的生態(tài)修復(fù)目的,以期為國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)提供借鑒.

本文基于較為傳統(tǒng)的最小阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局.將各源地間的最低阻力路徑作為生態(tài)廊道,雖然可識(shí)別自然界物種遷徙與能量流動(dòng)的最優(yōu)路徑,但也存在一定的局限性,即不能確定潛在廊道.近年越來(lái)越多學(xué)者將電路理論應(yīng)用到生態(tài)安全格局的構(gòu)建,以電子的隨機(jī)游走特性模擬物種遷徙過(guò)程,通過(guò)計(jì)算電流強(qiáng)度識(shí)別主要廊道與潛在廊道,可更直觀反映自然界物質(zhì)能量的隨機(jī)流動(dòng)性.故下一步可探索基于電路理論構(gòu)建生態(tài)安全格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)合識(shí)生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域.

5 結(jié)論

5.1 本文共識(shí)別生態(tài)源地38.72km2,占比4.3%,源地面積過(guò)小;生態(tài)廊道35條,總長(zhǎng)度259.55km,其中連接重要生態(tài)斑塊的一級(jí)廊道9條,總長(zhǎng)度94.94km;生態(tài)節(jié)點(diǎn)49處,廊道與節(jié)點(diǎn)在中部城區(qū)分布密集,南部分布稀疏.

5.2 汶上縣生態(tài)脆弱性以中度脆弱與低度脆弱為主,兩類區(qū)域總面積594.32km2,占比67.40%;極度脆弱區(qū)面54km2,占比僅為6.12%;非脆弱區(qū)面積233.49km2,占比26.48%.汶上縣生態(tài)脆弱性問(wèn)題較嚴(yán)重,生態(tài)安全問(wèn)題不容忽視.

5.3 結(jié)合生態(tài)安全格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià),識(shí)別5處生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,總面積107.14km2,分布于汶上縣中部城區(qū)、東北部山地、東西邊界.

5.4 一類關(guān)鍵區(qū)位于中部城區(qū),面積57.38km2,適宜構(gòu)建城鎮(zhèn)新型生態(tài)系統(tǒng);二類關(guān)鍵區(qū)位于東北山地片區(qū),面積13.26km2,建議封山育林,提高生物多樣性;三類關(guān)鍵區(qū)位于東西邊界處,面積36.50km2,建議加快水源涵養(yǎng)林和水土保持林的建設(shè).

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Identification and diagnosis of critical areas for ecological rehabilitation based on eco-security patterns and ecological vulnerability assessment - a case study over Wenshang County.

LIU Jin-hua1, YANG Shuo2, Lü Yong-qiang2

(1.School of surveying, mapping and geographic information, Shandong Jianzhu University, Ji’nan 250101, China；2.School of Survey, Mapping and Geographic Information, Shandong Jianzhu University, Ji’nan 250101, China)., 2022,42(7)：3343～3352

Selecting Wenshang County, Jining, Shandong Province as the study area, ecological security pattern was constructed based on the minimum resistance model, then the critical areas of ecological restoration were identified by using vulnerability assessment. Finally this study makes recommendations for protecting and restorating the ecology of the critical areas respectively. The results showed that Wenshang County contained 11ecological source areas, occupying 38.72km2, this county also had 35 ecological corridors with total length of 259.55km; the moderate and severe vulnerability area (594.32km2) dominated and shared 67.64% of total study area in Wenshang County. What’s more, the vulnerability of the central urban area was relatively high, and vulnerability of the southwestern low-lying area was low. In addition, five key areas of ecological restoration were identified, with a total area of 107.14km2, and they were mainly distributed in and around the central urban area. According to the location characteristics, these key areas were divided into three categories, and the strategies of ecological restoration were put forward separately to provide references for the overall protection and restoration of the ecosystem.

eco-security pattern；ecological vulnerability assessment；key areas；restoration measures；Wenshang County

X171

A

1000-6923(2022)07-3343-10

劉金花(1979-),女,山東濰坊人,教授,博士,主要從事國(guó)土空間規(guī)劃與評(píng)價(jià)、土地信息建模研究.發(fā)表論文20余篇.

2021-12-27

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41801173)

* 責(zé)任作者, 教授, liujinhua@sdjzu.edu.cn