基于最小累積阻力差值模型的北京市生態(tài)安全格局構(gòu)建

漢瑞英， 趙志平， 肖能文， 史娜娜， 孫 光， 高曉奇

(中國環(huán)境科學(xué)研究院 國家環(huán)境保護(hù)區(qū)域生態(tài)過程與功能評估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100012)

快速城市化深刻影響城市生態(tài)系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)及其空間演化過程[1-2]，尤其是大城市城區(qū)生態(tài)斑塊連通性差、城郊過渡區(qū)的生態(tài)斑塊破碎等問題突出。良好的生態(tài)安全格局既可以兼顧生物多樣性保護(hù)又可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，因此科學(xué)構(gòu)建生態(tài)安全格局對于城市生態(tài)系統(tǒng)的健康和發(fā)展意義重大[3]。

國內(nèi)外針對生態(tài)安全格局的研究較為豐富，基本形成“識別源地—構(gòu)建阻力面—廊道構(gòu)建—安全格局構(gòu)建”的主流方法[4-5]，即“斑塊—廊道—基質(zhì)”的構(gòu)建模式。生態(tài)源地是生物多樣性較好且生境質(zhì)量較高的生態(tài)用地，以往研究中源地識別直接選取自然保護(hù)區(qū)[6]，識別地篩選標(biāo)準(zhǔn)相對單一，可采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能疊加分析來識別[7-8]，最小累積阻力模型(minimal cumulative resistance, MCR)能較好模擬生態(tài)流遷移擴(kuò)散，廣泛應(yīng)用于阻力面構(gòu)建和生態(tài)廊道模擬，以往生態(tài)阻力面構(gòu)建直接采用土地覆被賦值方法[5，9]，近年來已有研究引入同類地塊的空間異質(zhì)性，基于土地覆被將不同的空間數(shù)據(jù)引入來修正生態(tài)阻力因子[10-12]。北京市地處快速城鎮(zhèn)化與工業(yè)化背景下，屬超大規(guī)模城市，人口密度大[13]，長期面臨經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境難以協(xié)調(diào)的壓力，城市發(fā)展空間回旋余地小、水資源和土地資源供需矛盾突出，區(qū)域生態(tài)格局趨向孤島化。作為中國向世界展示綠色發(fā)展的一個(gè)窗口，北京的城市生態(tài)安全需要考慮可持續(xù)發(fā)展所面臨的生態(tài)環(huán)境壓力和建設(shè)發(fā)展的雙重問題，因此如何有效協(xié)調(diào)城市發(fā)展和生態(tài)保護(hù)之間的矛盾，增強(qiáng)生態(tài)環(huán)境承載力，保護(hù)生物多樣性，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處，已成為當(dāng)前北京市面臨的重要挑戰(zhàn)。本文疊加水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙和生物多樣性維持等服務(wù)功能，結(jié)合各類自然保護(hù)地范圍提取生態(tài)源地，然后綜合考慮北京市土地覆被、生態(tài)、交通可達(dá)性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子，利用最小累積阻力模型生成北京市生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力值和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展阻力差值，劃分生態(tài)區(qū)、城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)和生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)，構(gòu)建適合北京城市區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)和社會(huì)發(fā)展水平相對完整的城市生態(tài)安全體系，以期為有效控制城市擴(kuò)張發(fā)展生態(tài)安全底線[14]和城市生物多樣性保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

北京市地處華北平原北端，地理坐標(biāo)為39°26′—41°03′N，115°25′—117°30′E，總面積16 140.54 km2，西北部山地、東南部平原，平均海拔368 m。北京市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量548.86 mm，全年無霜期180～200 d，年平均氣溫為12.77 ℃，境內(nèi)有大清河、永定河、北運(yùn)河、潮白河和薊運(yùn)河五大水系，共100多條支流。全市主要包括森林、灌叢、草地、濕地、農(nóng)田等5類生態(tài)系統(tǒng)，占全市總面積的81%。區(qū)域地帶性植被為落葉闊葉林和溫帶針葉林。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

2019土地利用數(shù)據(jù)來源于國家遙感中心(www.nrscc.gov.cn)，空間分辨率為30 m；NDVI數(shù)據(jù)來源于NASA官網(wǎng)(http:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov)；交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)來自北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院地理數(shù)據(jù)平臺(tái)(http:∥geo data.pku.edu.cn)；氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn/satellite)；DEM數(shù)據(jù)來源于地理數(shù)據(jù)空間云平臺(tái)GDEMV2數(shù)據(jù)集，空間分辨率為30 m；土壤數(shù)據(jù)來源于中國西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站(http:∥westdc.westgis.ac.cn)，分辨率為1 km；DMSPOLS夜間燈光影響數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)站(National Geophysical Data Center, NGDC)，研究應(yīng)用非輻射定標(biāo)的夜間燈光影響數(shù)據(jù)集DMSP/OLSZ作為社會(huì)影響因子之一建立生態(tài)源地?cái)U(kuò)展阻力面。其中風(fēng)因子和土壤濕度因子來源于網(wǎng)站(http:∥cdc.cma.gov.cn)區(qū)域內(nèi)的27個(gè)國家臺(tái)站的日均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、溫度、降水等數(shù)據(jù)來計(jì)算完成。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)源地提取 研究評價(jià)了北京市水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性4個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，評價(jià)方法參考《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南(2017)》，基于GIS柵格分類功能，采用自然斷點(diǎn)法將評價(jià)結(jié)果分為4級：一般重要區(qū)域、中等重要區(qū)域、較重要區(qū)域、極重要區(qū)域[15]。對北京市4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理，加權(quán)后得到該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性柵格圖，采用熵權(quán)法對4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)賦權(quán)重，提取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性為第4級的區(qū)域，剔除破碎小斑塊(面積<20 km2)，并矢量化提取的斑塊，得到北京市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)域空間分布；再選取北京市現(xiàn)有自然保護(hù)地(自然保護(hù)區(qū)、濕地、森林公園等)，基于GIS工具箱合并功能(uion)，疊加生態(tài)功能極重要區(qū)域，最終生成北京市生態(tài)源地。

(1) 自然保護(hù)地選取。北京市共有5類79處自然保護(hù)地，研究選取北京市3類63處自然保護(hù)地和7處城市公園(表1)。選取的保護(hù)區(qū)面積總共3 948.75 km2，其中城市公園面積最小，為17.713 km2，自然保護(hù)區(qū)面積最大，為1 402.23 km2，森林公園595.31 km2，濕地、湖泊面積184.21 km2(圖1)。

表1 北京市自然保護(hù)地

圖1 北京市生態(tài)源地分布

(2) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)?；谏鷳B(tài)環(huán)境部《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南(2017)》生態(tài)紅線劃定方法，選取生態(tài)服務(wù)功能(水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙功能、水土保持同能和生物多樣性維持與保護(hù)功能)4個(gè)指標(biāo)[16]。

①水源涵養(yǎng)。采用水量平衡方程計(jì)算水源涵養(yǎng)量：

(1)

式中：TQ為總水源涵養(yǎng)量(m3);P為降水量(mm);R為地表徑流量(mm); ET為蒸散發(fā)(mm);A為類生態(tài)系統(tǒng)面積(km2);i為研究區(qū)第i類生態(tài)系統(tǒng)類型;j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)型數(shù)。

②土壤保持。采用修正通用水土流失方程(RUSLE)的水土保持服務(wù)模型開展評價(jià)：

Ac=Aρ-Ar=R×K×L×S×(1-C)

(2)

式中：Ac為水土保持量(t/hm2·a);Aρ為潛在土壤侵蝕量;Ar為實(shí)際土壤侵蝕量;R為降雨侵蝕力因子〔MJ·mm/(hm2·h·a)〕;K為土壤可蝕性因子〔t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)〕;LS為地形因子;L表示坡長因子;S表示坡度因子;C為植被覆蓋因子。

③生物多樣性。生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)作為評估指標(biāo)，計(jì)算公式為：

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem×(1-Falt)

(3)

式中：Sbio為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù); NPPmean為多年植被凈初級生產(chǎn)力平均值;Fpre為多年平均降水量;Ftem為多年平均氣溫;Falt為海拔因子。

④防風(fēng)固沙。修正風(fēng)蝕方程(RWEQ)是美國農(nóng)業(yè)部應(yīng)用于預(yù)測農(nóng)田土壤風(fēng)蝕量的模型[17]，采用RWEQ方程充分考慮氣候條件、植被狀況、地表土壤粗糙度、土壤可蝕性、土壤結(jié)皮的情況，計(jì)算公式為：

Qmax=109.8(W·E·S·K′·C)

(4)

s=150.71(W·E·S·K′·C)-0.371 1

(5)

(6)

式中：Qmax表示最大沙塵土通量;W表示氣象因子;E表示土壤可侵蝕因子;S表示土壤結(jié)皮因子;K表示土壤糙度因子;C表示植被因子;s為關(guān)鍵地塊長度;SL為土壤損失量;X表示距上風(fēng)向距離,取X=50 m。通過上述公式計(jì)算得到北京市生態(tài)服務(wù)重要性空間分布如圖2所示。

圖2 北京市生態(tài)服務(wù)重要性空間分布

2.2.2 阻力面構(gòu)建 研究參考俞孔堅(jiān)[18]構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局思路，分別建立北京市生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力(表2)、城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張阻力因子[8](表3)，采用熵值法并結(jié)合李紅波等[19]研究方法對各評價(jià)因子賦值，相對阻力值擬定在0～100之間，并基于層析分析法(AHP)確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合北京市生態(tài)現(xiàn)狀和城市建設(shè)擴(kuò)展水平，依據(jù)不同目標(biāo)選擇與生態(tài)源地、城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張過程相關(guān)程度高的影響因子，通過GIS10.2柵格計(jì)算器對評價(jià)因子采用加權(quán)求和構(gòu)建阻力面模型，利用空間分析技術(shù)求取生態(tài)源地?cái)U(kuò)展阻力面和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張阻力面(圖3)。

采用最小累積阻力(MCR)模型來建立阻力面[20]；

(7)

式中：MCR為最小累積阻力值;f為MCR與變量(Dij×Ri)之間的正函數(shù);Dij為從源j擴(kuò)散至空間某點(diǎn)穿過生態(tài)表面i的空間距離;Ri為生態(tài)表面i對源擴(kuò)散方向的阻力。

MCR差值=MCR生態(tài)源地-MCR城鎮(zhèn)用地

(8)

當(dāng)MCR差值<0時(shí)，表示區(qū)域生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力小，適合擴(kuò)張生態(tài)用地，MCR差值>0時(shí)，表示區(qū)域生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力大，適合城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張；MCR差值=0的區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)源地?cái)U(kuò)張與城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的臨界區(qū)域，即生態(tài)城鎮(zhèn)分界區(qū)(圖4)。西北部區(qū)域生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力小，該區(qū)域適合生態(tài)源地?cái)U(kuò)張，東城區(qū)、西城區(qū)、朝陽區(qū)、豐臺(tái)區(qū)和海淀區(qū)域生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力較大，城鎮(zhèn)建設(shè)、交通用地密度大。生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力最大值的區(qū)域位于通州、大興部分區(qū)域、這些區(qū)域適合城市建設(shè)。

圖3 北京市生態(tài)阻力面分布

圖4 北京市最小累積阻力差值

表2 北京市生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力因子權(quán)重分級

表3 北京市城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展阻力因子權(quán)重分級

2.2.3 生態(tài)廊道構(gòu)建 生態(tài)廊道是連接生態(tài)源地的線狀景觀，為生物遷移擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)提供路徑[21]。當(dāng)生態(tài)阻力差值較小時(shí)，有利于生態(tài)流擴(kuò)張，研究利用 模型計(jì)算各生物在阻力面上遷移所需要克服的最小累積阻力值，并識別最小成本路徑，構(gòu)建潛在生態(tài)廊道，選取MCR差值面上相鄰兩個(gè)源地之間的阻力低谷，即累積阻力差值較大(負(fù)值)的路徑構(gòu)建區(qū)域生態(tài)廊道，并剔除冗余性較高的重復(fù)、交叉路徑，保留相鄰生態(tài)源地之間的最短路徑。

生態(tài)節(jié)點(diǎn)可以給進(jìn)行遷徙的物種提供休憩地，生態(tài)作用關(guān)鍵[22]，提取生態(tài)廊道的交點(diǎn)、生態(tài)廊道和最小阻力路徑的交點(diǎn)作為生態(tài)節(jié)點(diǎn)。交通道路會(huì)增大物種在生態(tài)源地間遷移的阻力[23]，阻礙物種在生態(tài)源地間的遷移和交流。生態(tài)廊道與交通線路交匯區(qū)域形成生態(tài)斷裂點(diǎn)，會(huì)阻礙生物信息傳播和交流。研究選取高速公路、主干道、次干道路和其他道路與生態(tài)廊道的圖層疊加，識別生態(tài)斷裂點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)源地劃定

如圖5所示，北京市生態(tài)源地總面積為3 568.95 km2，總共118塊，占全區(qū)總面積的21.7%，其中北京市西北區(qū)域分布較多，中心城區(qū)中零星分布的小塊生態(tài)源地主要是水域、公園和城市綠地，中心城區(qū)大量土地用來城市建設(shè)，導(dǎo)致生境斑塊破碎化，生態(tài)源地的缺失嚴(yán)重影響了一些分布范圍較廣物種的繁殖。

圖5 北京市生態(tài)源地分布

3.2 生態(tài)安全格局構(gòu)建

當(dāng)生態(tài)阻力差值較小時(shí)，有利于生態(tài)流擴(kuò)張，研究基于生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力模型提取生態(tài)路徑，并選擇累積阻力差值較大(負(fù)值)和相鄰生態(tài)源地之間的最短路徑作為生態(tài)廊道，并采用最小累積阻力差值，利用分位數(shù)法將生態(tài)源地?cái)U(kuò)張成本劃分為高水平生態(tài)區(qū)、中水平生態(tài)區(qū)、低水平生態(tài)區(qū)、生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)、低水平城建區(qū)、中水平城建區(qū)、高水平城建區(qū)，從而構(gòu)建北京市生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)(圖6)。

圖6 北京市生態(tài)安全格局

“高水平生態(tài)區(qū)”主要分布在北京市西北部，屬于生態(tài)系統(tǒng)功能高值區(qū)，大部分生態(tài)源地分布在“高水平生態(tài)區(qū)”和“中水平生態(tài)區(qū)”的合圍區(qū)域?！暗退缴鷳B(tài)區(qū)”集中分布在高、中水平生態(tài)區(qū)域的延伸緩沖帶，大興區(qū)和房山區(qū)南部連片分布有“低水平生態(tài)區(qū)”?！吧鷳B(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)”屬于生態(tài)區(qū)域和城鎮(zhèn)區(qū)域的緩沖帶，集中分布在“低水平生態(tài)區(qū)”和“低水平城建區(qū)”之間，這些區(qū)域既是生態(tài)流緩慢擴(kuò)散流動(dòng)的區(qū)域，也是城市發(fā)展擴(kuò)張的潛在區(qū)，應(yīng)合理規(guī)劃該區(qū)域的生態(tài)廊道布設(shè)，避免人工建筑阻礙生物物種交流、遷徙?！爸?、高水平城建區(qū)”集中分布在北京市中心城區(qū)，屬于城市建設(shè)高度發(fā)達(dá)區(qū)域，這些區(qū)域中零星鑲嵌著“低水平生態(tài)區(qū)”斑塊，這些生態(tài)源地斑塊主要是城市公園、城市綠地和濕地。

生態(tài)廊道把相互獨(dú)立的生態(tài)源地在空間上連接起來，是保持生態(tài)流、生態(tài)功能連通的關(guān)鍵生態(tài)組分構(gòu)成[24]。本研究計(jì)算得到188條生態(tài)廊道，形成了北京市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間分布(圖6)，西北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)廊道數(shù)量較多，中心城區(qū)生態(tài)廊道數(shù)量較少?？紤]生態(tài)廊道連續(xù)性和可落地實(shí)施要求，篩選同時(shí)服務(wù)多個(gè)生態(tài)源地與節(jié)點(diǎn)的生態(tài)廊道作為重要生態(tài)廊道(11條)，其他生態(tài)廊道作為一般生態(tài)廊道。生態(tài)節(jié)點(diǎn)是生物遷徙和交流的關(guān)鍵生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)[25]，提取生態(tài)廊道交匯點(diǎn)，即關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)建立“踏腳石”斑塊，生態(tài)節(jié)點(diǎn)共有153個(gè)(圖6)，主要分布在研究區(qū)西北部，這些生態(tài)節(jié)點(diǎn)可以加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)安全與保護(hù)。比較北京市16個(gè)區(qū)廊道網(wǎng)絡(luò)密度(圖7)；石景山區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)密度最大，其次是昌平區(qū)、懷柔區(qū)和密云區(qū)，東城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)密度最小。

圖7 北京市各區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)密度

北京城市交通發(fā)達(dá)，路網(wǎng)密度較大，將生態(tài)廊道與研究區(qū)路網(wǎng)疊加，提取生態(tài)斷裂點(diǎn)720個(gè)。其中，一級斷裂點(diǎn)為生態(tài)廊道與高速公路的交匯點(diǎn)，共計(jì)55個(gè)；二級斷裂點(diǎn)為生態(tài)廊道與主干道的交匯點(diǎn)，共計(jì)224個(gè)；三級斷裂點(diǎn)為生態(tài)廊道與次干道的交匯點(diǎn)，共計(jì)198個(gè)；四級斷裂點(diǎn)為生態(tài)廊道與其他道路的交匯點(diǎn)，共計(jì)243個(gè)；生態(tài)斷裂點(diǎn)集中分布中心城區(qū)(東西城區(qū)、朝陽區(qū)、海淀區(qū)、豐臺(tái)區(qū))，這些區(qū)域路網(wǎng)聚集，人口數(shù)密集，生態(tài)廊道斷裂程度較高，其次生態(tài)斷裂點(diǎn)較多的區(qū)域分布在昌平區(qū)、順義和大興區(qū)，這些區(qū)域的生態(tài)廊道也不利于生物物種遷徙擴(kuò)散。針對斷裂程度較高的生態(tài)廊道，不建議規(guī)劃生態(tài)廊道，針對現(xiàn)有的珍稀瀕危物種可采取就地、遷地保護(hù)措施。

4 討論與結(jié)論

4.1 結(jié) 論

本文綜合考慮城市生態(tài)安全格局空間完整性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，選取北京市63處自然保護(hù)地和7處城市公園，疊加4類綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等級最高的區(qū)域，共提取118塊生態(tài)源地和11條重要生態(tài)廊道，利用最小阻力模型差值模型(MCR差值)將北京市劃分為7大區(qū)域(高水平生態(tài)區(qū)、中水平生態(tài)區(qū)、低水平生態(tài)區(qū)、生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)、低水平城鎮(zhèn)區(qū)、中水平城鎮(zhèn)區(qū)、高水平城鎮(zhèn)區(qū))，構(gòu)建北京市生態(tài)安全格局。

(1) 生態(tài)源地集中分布在北京市西北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，呈包圍中西城區(qū)態(tài)勢，在空間上連片集中，位于“城建區(qū)”的小斑塊生態(tài)源地主要是城市公園、城市綠地和水域，“城建區(qū)”生態(tài)源地破碎化程度較高，呈離散性分布。

(2) “高水平生態(tài)區(qū)”與生態(tài)源地分布區(qū)域基本疊合，總面積占研究區(qū)12.01%，屬于生態(tài)核心區(qū)域；“中水平生態(tài)區(qū)”面積占研究區(qū)31.3%，主要分布在生態(tài)核心區(qū)外圍，屬于生態(tài)緩沖區(qū)域；“低水平生態(tài)區(qū)”面積占研究區(qū)25.63%，主要分布在“中水平生態(tài)區(qū)”外圍，屬于生態(tài)過渡區(qū)域；“生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)”面積占研究區(qū)5%，分布較零碎，該區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)流擴(kuò)散形成阻隔，因此該區(qū)域是生態(tài)化改造的關(guān)鍵區(qū)域。

(3) 根據(jù)生態(tài)廊道分析，由于城區(qū)密集路網(wǎng)和高密度人類活動(dòng)影響，城區(qū)的生態(tài)廊道斷裂程度較高，生態(tài)保護(hù)安全性較低，生態(tài)源地破碎程度較高，很難建立完整連通的生態(tài)廊道。西北生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)域的“中、低水平建城區(qū)”呈蔓延發(fā)展趨勢，占用生態(tài)綠地較多，中心城區(qū)呈組團(tuán)連片發(fā)展趨勢。

(4) 未來應(yīng)優(yōu)化生態(tài)節(jié)點(diǎn)空間布局，對生態(tài)環(huán)境良好且具有一定生態(tài)功能的“踏腳石”進(jìn)行篩選和保護(hù)，并采用科學(xué)合理的空間格局設(shè)計(jì)，即以保護(hù)生態(tài)源地、規(guī)劃生態(tài)廊道，控制生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)建設(shè)等方式獲得生態(tài)效益。

4.2 討 論

構(gòu)建城市生態(tài)安全格局對于緩解城市建設(shè)和生態(tài)保護(hù)的矛盾具有積極意義，尤其是生態(tài)空間受到嚴(yán)重?cái)D壓的超大人口城市。本文選取北京市為研究區(qū)域，將生態(tài)資源保護(hù)與城市合理發(fā)展相協(xié)調(diào)，充分考慮人類活動(dòng)和生態(tài)系統(tǒng)之間各組分的關(guān)聯(lián)性，建立了“生態(tài)評價(jià)—生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建—生態(tài)安全格局”的生態(tài)安全格局方法。國內(nèi)外相關(guān)生態(tài)安全格局研究中，主要關(guān)注生態(tài)源地、緩沖區(qū)、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)的組成[26]。超大城市的結(jié)構(gòu)和功能較為復(fù)雜，城鎮(zhèn)建設(shè)用地已經(jīng)趨向飽和，生態(tài)城鎮(zhèn)相交互的臨界區(qū)應(yīng)是城市生態(tài)安全關(guān)注的重點(diǎn)，以往的生態(tài)安全格局相關(guān)研究很少關(guān)注生態(tài)區(qū)和城鎮(zhèn)區(qū)的過渡區(qū)域[27-28]，本研究采用最小累積阻力模型(MCR)生成生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力面與城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張阻力面的差值面，并利用分位數(shù)法將生態(tài)源地差值成本面劃分成7個(gè)區(qū)域：高水平生態(tài)區(qū)、中水平生態(tài)區(qū)、低水平生態(tài)區(qū)、生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)、低水平城建區(qū)、中水平城建區(qū)、高水平城建區(qū)，其中生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)分布較為零散且廣泛(圖6)，是北京市生態(tài)安全格局構(gòu)建需要重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域。

北京市生態(tài)格局破碎化現(xiàn)象明顯。北京市中心城區(qū)由于建設(shè)用地較多，對生態(tài)資源造成割裂，導(dǎo)致生態(tài)廊道破碎化嚴(yán)重，集中連片的生態(tài)資源極少，生態(tài)源地破碎化程度較高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較低；西北部分地區(qū)自然條件良好，生態(tài)源地和生態(tài)節(jié)點(diǎn)集中分布在西北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，但生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)廊道受道路基礎(chǔ)設(shè)施阻隔，造成生態(tài)斷裂點(diǎn)，這對于物種遷徙安全形成威脅，在建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)需要充分考慮生態(tài)廊道的保護(hù)需求，采取相關(guān)工程措施盡可能降低道路設(shè)施對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響[28]；部分生態(tài)廊道冗余性較高，重要生態(tài)廊道有待進(jìn)一步拓寬，以保障生態(tài)要素連通交流[29]。

近10 a來，北京市人口壓力劇增，生態(tài)安全面臨嚴(yán)重威脅，對比2008年俞孔堅(jiān)[30]對北京市生態(tài)安全格局城市增長預(yù)測，北京城市建設(shè)進(jìn)一步擴(kuò)張，建城區(qū)呈“攤大餅”式蔓延，中心城區(qū)綠地面積減少，中心城區(qū)與周邊區(qū)域組團(tuán)連片發(fā)展，城區(qū)生態(tài)空間破碎化程度較高，現(xiàn)亟需控制“低水平生態(tài)區(qū)”和“生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)”城建水平，防止西北部屏障進(jìn)一步割裂。研究基于生態(tài)安全格局構(gòu)建范式，從維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)完整性視角出發(fā)，識別生態(tài)源地、構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、分級國土空間制定生態(tài)保護(hù)措施，尤其針對城市發(fā)展空間有限的超大人口城市，劃分“生態(tài)城鎮(zhèn)臨界區(qū)”，這對于阻礙城鎮(zhèn)化無序擴(kuò)張，緩解資源環(huán)境壓力有重要現(xiàn)實(shí)意義。研究可為科學(xué)規(guī)劃國土空間安全格局、實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置提供參考，下一步研究中，應(yīng)確定單一因子的城市生態(tài)安全格局構(gòu)建以及邊界的確定方法。