面向居民生態(tài)福祉的國土空間生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建
——以臨沂市為例

王晨旭,劉焱序,*,于超月,蘇 沖,張文新

1 北京師范大學地理科學學部,地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室,北京 100875

2 中國農(nóng)業(yè)大學,土地科學與技術學院,北京 100193

3 中國城市規(guī)劃設計研究院,北京 100044

生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存和發(fā)展的基礎。當前,高強度的人類活動對生態(tài)系統(tǒng)帶來了深刻的變革,導致了生態(tài)系統(tǒng)功能降低、生態(tài)空間破碎化等問題,嚴重影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。同時,生態(tài)空間與生產(chǎn)、生活空間的相對孤立制約著區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,造成了嚴重的生態(tài)系統(tǒng)服務供需失衡[2]。國土空間生態(tài)保護與修復作為建設美麗中國的重要舉措,以統(tǒng)籌“山水林田湖草沙”系統(tǒng)治理為出發(fā)點,以保障安全、提升功能、兼顧文化為導向,以推動實現(xiàn)人與自然和諧共生為目標引領,強調(diào)國土生態(tài)、生產(chǎn)、生活空間的安全保障和功能提升[3]。在新時代推進生態(tài)文明建設的國家戰(zhàn)略需求下,如何在保證國土空間整體格局穩(wěn)定的情況下,協(xié)同提升生態(tài)系統(tǒng)的保護修復與區(qū)域民生福祉,是當前國土空間治理的熱點和難點議題。

生態(tài)網(wǎng)絡起源于景觀生態(tài)規(guī)劃方法,通過識別維護生態(tài)過程和功能的關鍵空間斑塊,形成點、線、面相結(jié)合的空間配置,將各類生態(tài)要素有效地串聯(lián),是提升生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能完整性,維護區(qū)域生物多樣性的重要途徑[4—5]。因此,生態(tài)網(wǎng)絡是國土空間生態(tài)保護與修復措施的重要組分[6—7],是加強國土空間生態(tài)要素關聯(lián)、提升國土空間要素穩(wěn)定性的重要工具[8—9]。生態(tài)網(wǎng)絡作為溝通生態(tài)源地、傳遞物種間能量與信息的重要景觀結(jié)構(gòu)要素,國內(nèi)外學者已利用“源地識別-阻力面構(gòu)建-廊道識別”的研究范式在景觀尺度下開展了大量研究[1]。其中,對生態(tài)源地的識別通?；谏鷳B(tài)保護紅線、自然保護區(qū)或集中連片的生態(tài)用地,并通過生態(tài)廊道將此類生態(tài)源地相連接構(gòu)成網(wǎng)絡[10—11]。但此類研究往往聚焦于生物多樣性與生境保護本身,較少地考慮自然生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)的潛在關聯(lián)。一些研究關注到生態(tài)源地中生態(tài)系統(tǒng)服務的供給,通過識別生態(tài)系統(tǒng)服務高值區(qū)作為生態(tài)源地構(gòu)建生態(tài)安全格局[12],以生態(tài)系統(tǒng)服務“供給-流動-需求”為理論框架構(gòu)建促進區(qū)域經(jīng)濟-生態(tài)協(xié)同發(fā)展的生態(tài)網(wǎng)絡[13]。但此類研究往往止步于生態(tài)系統(tǒng)服務及服務流制圖,并未考慮生態(tài)系統(tǒng)服務與地區(qū)居民福祉的空間關聯(lián)關系,缺乏對生態(tài)系統(tǒng)服務傳輸與消費空間路徑的認識。

對應于國際上生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務政府間科學政策平臺提出的自然、人類獲得自然福祉以及高質(zhì)量生活三個層面的級聯(lián)框架[14],當前對國土空間生態(tài)網(wǎng)絡的構(gòu)建有必要將高質(zhì)量的居民生態(tài)福祉為最終目標,在夯實自然要素穩(wěn)定的情況下,強化居民獲得生態(tài)福祉的渠道。盡管我國生態(tài)修復在修復退化生態(tài)系統(tǒng)保障生態(tài)安全、國土空間綠化助力碳中和等方面作出了巨大的貢獻[15],但國土空間生態(tài)修復對居民福祉的效用仍有待進一步挖掘。例如,愛知目標11強調(diào),在擴大全球保護區(qū)網(wǎng)絡的同時,也有必要讓當?shù)鼐用褚怨降姆绞较硎鼙Ｗo帶來的好處[16]。而國際上很多生態(tài)系統(tǒng)服務提升工程難以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求,盡管土著居民有高度的環(huán)境意識,但他們的物質(zhì)需求及社會文化需求沒有得到充分滿足[17]。因此,有必要進一步強化國土生態(tài)空間在服務高質(zhì)量居民生活中扮演的作用,以景觀格局為對象,以生態(tài)廊道為載體,識別人類社會與自然環(huán)境聯(lián)系的關鍵紐帶構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡,使居民更便捷的親近自然。

臨沂市是山東省面積最大的市,作為兩大經(jīng)濟圈的結(jié)合點(長三角經(jīng)濟圈與環(huán)渤海經(jīng)濟圈),臨沂市是人口和經(jīng)濟聚集區(qū)。但其地形多為丘陵山地,坡度較大,東南部平原水土流失較為嚴重,又存在人均耕地資源緊缺,水土污染等壓力。本研究基于以上理論背景和研究缺口,提出面向居民生態(tài)福祉提升的國土空間生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建技術體系,在保障自然生態(tài)系統(tǒng)連通性和生態(tài)系統(tǒng)服務供給能力的基礎上,加入生態(tài)系統(tǒng)服務空間供需關系的考量,識別城鎮(zhèn)居民親近自然的潛在空間廊道,從而提升生態(tài)網(wǎng)絡在國土空間治理中的應用價值,強化國土空間生態(tài)保護和修復對我國建設人與自然和諧共生的現(xiàn)代化的決策支撐能力。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

臨沂市地處山東省東南(圖1),北緯34°22′—36°13′,東經(jīng)117°24′—119°11′,屬暖溫帶大陸性季風氣候。市域總面積為17192km2,以沂河、沭河為中軸,西、北、東三面環(huán)山,構(gòu)成南向扇狀沖積平原。沂水、沂南、蒙陰、平邑、莒南等縣地形以山地為主,地勢較高,海拔可達400m以上。丘陵則主要分布于沭河以東。臨沂市林地分布廣泛,以西北部地區(qū)為主要分布地,其中沂蒙山地區(qū)在全市及周邊地區(qū)扮演著重要的生態(tài)功能角色。臨沂市自然資源極為豐富,生物多樣性豐富,坐擁岱崮、地下大峽谷、蒙山景區(qū)等多處自然風景,被譽為中國十佳生態(tài)宜居典范城市。

圖1 研究區(qū)位置

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心,空間分辨率為30m,年份為2015年,劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地以及未利用地；數(shù)字高程模型(DEM)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn/),空間分辨率為30m；土壤數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織和國際應用系統(tǒng)研究所構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫,空間分辨率為1km；氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng),包括降水數(shù)據(jù)；蒸散發(fā)數(shù)據(jù)采用美國國家航空航天局提供的MODIS影像MOD16產(chǎn)品；凈初級生產(chǎn)力、人口數(shù)量以及區(qū)域生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/)空間分辨率為1km；道路矢量數(shù)據(jù)源自于OpenStreetMap,本研究中提取臨沂市的國道、省道和高速公路3類道路信息。

2 研究方法

本研究從供需關系的角度建立了區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡的構(gòu)建框架,識別了景觀生態(tài)維育網(wǎng)絡與生態(tài)系統(tǒng)服務親近網(wǎng)絡(圖2)。前者旨在實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的連通,促進生境斑塊之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)移、能量流動與種間交流,降低物種滅絕概率,維持和保育區(qū)域生態(tài)資源；后者旨在實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉的耦合,協(xié)調(diào)區(qū)域生態(tài)資源的供需失衡,有利于增強居民對地區(qū)自然生態(tài)的體驗和感知,認識地方實施的生態(tài)保護與修復工程,優(yōu)化工程實施方案和居民反饋機制。二者共同為區(qū)域居民福祉的提升提供保障。

圖2 生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建思路

在本研究中,基于生態(tài)系統(tǒng)服務供給能力評估與生態(tài)-經(jīng)濟效益評價,識別重要生態(tài)系統(tǒng)服務供給源地,基于電路理論識別關鍵生態(tài)廊道,結(jié)合重力模型優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡,從而回應保障生態(tài)安全的國土空間生態(tài)保護和修復目標；服務需求源地,指集中消耗生態(tài)系統(tǒng)服務的地區(qū),人的可移動性決定了人可以進入生態(tài)空間親近自然和近距離享受自然景觀的生態(tài)福祉,本研究應用生態(tài)系統(tǒng)服務需求評估框架,識別了服務供需關系。以生態(tài)系統(tǒng)服務供給源地為匯,以供需關系錯配區(qū)域為源,基于最小累計阻力模型識別了生態(tài)系統(tǒng)服務供需路徑,刻畫出面向居民福祉提升的生態(tài)保護與修復網(wǎng)絡,從而回應提升生態(tài)功能、兼顧生態(tài)景觀的國土空間生態(tài)保護和修復目標。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務供給源地識別

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務核算

生態(tài)系統(tǒng)服務(ES)的供給源地能為特定時間和范圍內(nèi)的需求者提供一定數(shù)量和質(zhì)量的服務,是維護地區(qū)生態(tài)安全、提供居民生態(tài)福祉的重要生態(tài)空間[4]。生境質(zhì)量和碳固存反映了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量和活力；土壤是維持地球表面生態(tài)系統(tǒng)完整性的必要資源之一；水是實現(xiàn)人類福祉的重要基礎,不僅表現(xiàn)在產(chǎn)水方面,還體現(xiàn)在提供給人類游憩方面的作用。本研究從生態(tài)功能和游憩價值兩方面,選取了生境質(zhì)量、碳固存、土壤保持、產(chǎn)水以及濱河游憩5個生態(tài)系統(tǒng)服務進行評價,具體評價方法見表1。對歸一化評價結(jié)果進行等權(quán)重疊加獲得綜合生態(tài)系統(tǒng)服務指數(shù)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務計算方法

2.1.2 生態(tài)源地識別閾值

考慮到生態(tài)保護與修復所帶來的成本問題,本研究旨在識別具有高保護效率的生態(tài)源地。將生態(tài)源地的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務作為保護效果,將放棄地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的機會成本作為保護代價(地均GDP),本研究計算生態(tài)保護效果與保護代價隨著保護比例增加而產(chǎn)生的梯度變化(5%—100%),以5%為一個梯度。通過R語言進行二元一次回歸分析,識別成本上升的速度大于保護效果上升速度的拐點所對應的比例,作為最具保護效率的比例。由于生態(tài)系統(tǒng)服務在空間上分布不均,市域和縣域生態(tài)系統(tǒng)服務供給重要區(qū)的位置和面積不一致。本研究通過整合市域及縣域生態(tài)源地,以確保生態(tài)系統(tǒng)服務供給源地的完整性和連通性,提高跨行政區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供給源地管理的一致性[25]。

T=Ta∪Tb

式中,T為整體生態(tài)系統(tǒng)服務供給重要區(qū),Ta為按縣選取的生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū),Tb為按市選取的生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務供需關系量化

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務需求量化

系統(tǒng)考慮生態(tài)系統(tǒng)服務變化的驅(qū)動力及數(shù)據(jù)可得性,參照前人研究選取人口密度、土地利用綜合程度和地均GDP三個指標計算生態(tài)系統(tǒng)服務需求強度、消耗程度和潛在深度[26],并通過取自然對數(shù)求和來綜合反映地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總體需求[27]。

X=lg(X1)+lg(X2)+lg(X3)

式中,X代表評價單元的生態(tài)系統(tǒng)服務總體需求；X1、X2與X3分別代表評價單元的人口密度、土地利用綜合程度以及地均GDP。土地利用綜合程度指數(shù)(X2)反映人類對區(qū)域土地開發(fā)利用的程度,是衡量區(qū)域土地利用深度和廣度的重要指標[28]。其計算公式為：

式中,Ai為土地利用類型i的程度分級指數(shù),參考已有的研究成果,未利用地=1,林地、草地和水域=2,耕地=3,建設用地=4；Ci為對應地類的面積比例。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務供需匹配關系

基于探索性空間數(shù)據(jù)分析軟件(GeoDA)中的雙變量局部空間自相關模型(LISA),本研究識別了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求的空間特征[29—30]。局部空間自相關值Moran′ s I計算公式如下：

2.3 阻力面的構(gòu)建

2.3.1 物種遷徙阻力面

物種在生境斑塊間遷徙時,會受到自然和人為干擾。生態(tài)阻力可以從不同土地利用類型、地形、人類活動強度等,表征對物種空間運動的抑制水平。本研究從人類活動和自然本底特征兩方面入手,利用土地利用數(shù)據(jù)、路網(wǎng)數(shù)據(jù),通過等權(quán)重柵格疊加分析構(gòu)建臨沂市物種遷徙生態(tài)阻力面。根據(jù)干擾強度,將各地類以及距道路距離的阻力值設置如表2所示[31]。

表2 阻力值設定

2.3.2 居民出行阻力面

居民出行時往往會選擇道路廊道,因此在構(gòu)建根據(jù)居民出行阻力面時,考慮到居民的出行特點,將臨沂市劃分為道路區(qū)域以及非道路區(qū)域,居民更偏向于沿道路遷移。因此分別將道路區(qū)域與非道路區(qū)域賦值阻力為10與100。

2.4 生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建

2.4.1 景觀生態(tài)安全維育網(wǎng)絡

利用Linkage Mapper軟件,通過電路理論識別景觀廊道[32],公式如下：

式中,I是通過導體的電流；V是跨導體測量的電壓；Reff是導體的有效電阻,與電路的構(gòu)造方式有關。在具有多個支路且每個支路均具有恒定電阻的并聯(lián)電路中,隨著支路數(shù)量的增加,Reff會減小。在生態(tài)學中,Reff被認為是反映節(jié)點之間空間隔離的指標。同樣,支路的I反映了生態(tài)流,可用于預測基因流量或物種移動的可能性。因此,可以將具有高電流值的區(qū)域確定為生態(tài)廊道的關鍵組成部分。

2.4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務親近網(wǎng)絡

如果在空間上存在生態(tài)系統(tǒng)服務供需不匹配,那么當?shù)鼐用駮菀走h足去尋找充足的生態(tài)體感。本研究基于最小累積阻力模型(MCR)應用成本距離分析模塊(Cost Distance)[33—34],選取了高需求-低供給的區(qū)域作為供需格局源地的起點。將低需求-高供給的區(qū)域作為供需格局源地的終點,計算生態(tài)系統(tǒng)服務供需橋梁,從而構(gòu)建供需生態(tài)網(wǎng)絡。

式中,MCR為最小累積阻力值；f表示最小累積阻力與生態(tài)過程的正相關關系；Dij為物種從源地j到景觀單元i的空間距離；Ri為景觀單元i對物種運動的阻力系數(shù)。

2.5 生態(tài)網(wǎng)絡布局規(guī)劃

本研究通過解構(gòu)生態(tài)網(wǎng)絡組分的“點-線-面”空間結(jié)構(gòu),從維護生態(tài)廊道穩(wěn)定性、協(xié)調(diào)供給源地組團特征以及整合景觀生態(tài)安全維育與生態(tài)系統(tǒng)服務親近的規(guī)劃目標出發(fā),進行生態(tài)網(wǎng)絡空間布局規(guī)劃,以優(yōu)化地區(qū)國土空間的結(jié)構(gòu)。

核心斑塊與目標斑塊之間的相互作用強度可以用以表征潛在廊道的有效性以及連接斑塊的重要性[35]。基于重力模型判定潛在生態(tài)廊道的相對重要性。結(jié)合生態(tài)廊道的識別結(jié)果,本研究共構(gòu)建27個生態(tài)源地間的相互作用矩陣,使用自然斷點法將相互作用力強度分為三級,分別為重要廊道、次重要廊道和一般廊道,以此作為依據(jù),對研究區(qū)生態(tài)廊道進行分級保護修復。公式如下：

式中,Gab為模型測得的斑塊a與b之間的相互作用力強度；N為斑塊所占權(quán)重值；P為斑塊自身的阻力值；Lab是斑塊a到b的累積阻力值；Lmax是各廊道的最大阻力值。

3 研究結(jié)果

3.1 生態(tài)源地識別

不同生態(tài)系統(tǒng)服務的空間分布格局和重要性差異體現(xiàn)了不同景觀斑塊在發(fā)揮服務功能中的變異性。從生境質(zhì)量來看,高值區(qū)主要分布于沂山、蒙山區(qū)域以及邊緣地帶,包括平邑縣西部以及五蓮山周邊,相比于河東區(qū)、羅莊區(qū)等中部城區(qū),這里受到人類干擾的程度更低；產(chǎn)水服務的低值區(qū)主要位于臨沂東南部的中心城區(qū)、蘭陵縣及郯城縣,主要是由于硬化路面蒸發(fā)量較大,水資源存蓄能力較弱；固碳服務高值區(qū)集中在臨沂市東南部耕地；土壤保持服務高值區(qū)主要集中于東北部的林地；濱河游憩服務的高值區(qū)圍繞河流沿岸分布；通過等權(quán)重疊加的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務高值區(qū)主要位于尼山-沂山-蒙山-五蓮山地區(qū),以及東部主要河流(圖3)。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務制圖

回歸分析表明(圖4),不同梯度提取的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務高值區(qū)域,GDP均值的分布差異較大,在綜合生態(tài)系統(tǒng)服務高值區(qū)的前5%—45%的高值區(qū)域,GDP均值較低,表示對該區(qū)域進行保護或修復工作帶來的機會成本較低。隨著綜合生態(tài)系統(tǒng)服務的降低,45%—75%的生態(tài)系統(tǒng)服務高值區(qū)域?qū)腉DP均值穩(wěn)步上升。并且,在75%—80%處出現(xiàn)了顯著的升高,說明該區(qū)域可能位于郊區(qū)與城區(qū)的交界處,在此區(qū)域進行生態(tài)保護或修復活動可能會通過抑制當?shù)卣５纳a(chǎn)生活帶來較高的機會成本。因此,本研究在保證生態(tài)-經(jīng)濟效益均衡的基礎上,選擇45%作為提取綜合生態(tài)系統(tǒng)服務高值區(qū)的閾值。

圖4 綜合生態(tài)系統(tǒng)服務指數(shù)與單位面積GDP的關系

通過市域-縣域間整合方法得出的生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū)的空間格局如圖5所示。總體來看,臨沂市生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū)主要分布在西部山區(qū)和中部平原沿河地區(qū)。平邑市、蒙陰縣及沂水縣占據(jù)了大部分生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū),面積分別為586.32、732.92及1116.54km2,占生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū)的45.15%。市域與分區(qū)縣提取的重要區(qū)域的重疊面積占分區(qū)縣重要區(qū)域的82.39%,相比于市域提取的生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū),分區(qū)縣進行提取強調(diào)了部分生態(tài)本底不足區(qū)域的生態(tài)斑塊,例如蘭陵縣、臨沭縣以及莒南縣。這也說明,在識別重要生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)域時,有必要更加重視生態(tài)源地選取時區(qū)域和區(qū)域間的比較和整合,以提高區(qū)域生態(tài)保護的公平性。基于生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評估結(jié)果,剔除破碎的生態(tài)斑塊后,共篩選出生態(tài)系統(tǒng)服務供給源地27個,總面積為1230.89km2,約占臨沂市總面積的7.16%。

圖5 整合縣域-市域生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū)提取生態(tài)源地

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務供需匹配

臨沂市人口密度和地均GDP空間分布存在差異,中部區(qū)縣及周邊部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)普遍較高,西北山區(qū)人口稀疏,經(jīng)濟水平較差；此外,臨沂市整體土地利用綜合程度為292.17,開發(fā)程度一般,蘭山區(qū)及羅莊區(qū)土地開發(fā)利用程度相對較高,約為318.84。綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務總體需求表明,生態(tài)系統(tǒng)服務需求的高值區(qū)主要位于羅莊區(qū),河東區(qū)以及其他區(qū)縣的主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道,例如沂城街道、界湖街道、平邑街道、卞莊街道等。而臨沂西北部各區(qū)縣對生態(tài)系統(tǒng)服務的需求相對較低(圖6)。

基于空間自相關模型(LISA)模型計算的生態(tài)系統(tǒng)服務供需格局如圖6所示,臨沂市生態(tài)系統(tǒng)服務供需匹配關系存在較強的區(qū)域差異性,大致可分為四種匹配類型：高供給-高需求的空間匹配型(高高型,39個鄉(xiāng)鎮(zhèn))、低供給-高需求的空間錯配型(低高型,30個鄉(xiāng)鎮(zhèn))、低供給-低需求的空間匹配型(低低型,11個鄉(xiāng)鎮(zhèn))、高供給-低需求的空間錯配型 (高低型,35個鄉(xiāng)鎮(zhèn))。同時,在進行生態(tài)系統(tǒng)服務供需雙變量局部空間自相關分析時,其Moran′s I指數(shù)值為-0.413,并在95%的置信度下大多數(shù)縣市單元表現(xiàn)為非顯著性,即大多數(shù)縣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供需無明顯的聚合現(xiàn)象。各縣市生態(tài)系統(tǒng)服務供需匹配空間自相關以高-低或低-高的空間聚集為主,高低聚集型的是蒙陰縣、沂水縣、沂南縣等6個區(qū)縣,低高聚集型的有蘭山區(qū)、河東區(qū)、羅莊區(qū)等11個區(qū)縣,表明生態(tài)系統(tǒng)服務供給低的區(qū)域,其需求量往往較高。

圖6 生態(tài)系統(tǒng)服務供需關系

3.3 生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建

基于土地利用及路網(wǎng)數(shù)據(jù),構(gòu)建臨沂市景觀生態(tài)安全阻力面(圖7)。高阻力值地區(qū)主要分布在沂河東西兩側(cè)以及公路沿線,主要原因是沂河東西兩側(cè)為臨沂市人類活動集中的地區(qū),道路網(wǎng)絡在阻礙物種遷徙和阻斷能量與物質(zhì)交流上具有重要的作用。而另一方面,道路被視為居民親近自然生態(tài)、享受生態(tài)服務、了解生態(tài)工程的重要路徑。考慮到居民出行的習慣,以臨沂市主要城市道路作為低阻力通道,構(gòu)建居民親近生態(tài)系統(tǒng)服務的阻力面(圖7)。

圖7 景觀生態(tài)安全維育和生態(tài)系統(tǒng)服務親近阻力面

基于最小成本距離識別出臨沂市潛在生態(tài)廊道的基本走向(圖8),通過電路理論識別生態(tài)廊道的空間范圍。結(jié)果表明,臨沂市潛在生態(tài)廊道共計75條,總長度4375km,其中重要廊道1054km,次重要廊道1154km,一般廊道1366km。從生態(tài)廊道的空間分布來看,蒙陰縣及其周邊區(qū)縣生態(tài)本底優(yōu)質(zhì),但由于被農(nóng)田和果園分割導致原始生態(tài)斑塊較為破碎,因此該區(qū)域生態(tài)廊道以重要廊道為主,呈現(xiàn)出寬而短的特點,分布較為密集,將沂山、蒙山、尼山串聯(lián),不僅發(fā)揮著生態(tài)連通的作用,同時也可作為生態(tài)源地的一部分提供生態(tài)系統(tǒng)服務。沂河周邊地區(qū)生態(tài)斑塊小而分散,生態(tài)源地以沂河、沭河等大型河流為主形成南北連通的趨勢。西南部廊道主要打通了蘭陵縣、平邑縣生態(tài)斑塊與沂蒙山和沂沭河的連接,但由于該區(qū)域人類活動頻繁,生態(tài)阻力大,導致廊道以一般廊道為主,呈現(xiàn)長而窄的結(jié)構(gòu),生態(tài)退化風險大。

基于最小累計阻力模型共識別出23條生態(tài)系統(tǒng)服務親近廊道,總長度為757.56km(圖8)。這些廊道連通著供給源地與需求源地,維系著臨沂市生態(tài)系統(tǒng)服務的供給流動。從供需匹配的空間格局來看,目前臨沂市生態(tài)系統(tǒng)服務流受阻,高供給區(qū)域主要集中于北部,高需求區(qū)域集中于南部,局部區(qū)域存在服務流阻斷現(xiàn)象。從供需廊道的空間布局上看,生態(tài)服務流通道分為十簇向外輻射。蒙陰縣及沂水縣的生態(tài)系統(tǒng)服務流通道的建立主要依賴于森林系統(tǒng)的完整性。羅莊區(qū)與河東區(qū)作為臨沂市最大的生態(tài)系統(tǒng)服務需求區(qū)域,由于距高供給區(qū)域的生態(tài)源地較遠,其供需廊道主要輻射到近郊地區(qū)的生態(tài)源地,主要有沂河及濱河濕地構(gòu)成。此外,莒南縣、費縣、蘭陵縣等地區(qū)的供需廊道較為稀疏,亟待通過控制區(qū)域開發(fā)強度,保育修復區(qū)域綠地,建設集中的生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)域,滿足區(qū)域居民生態(tài)福祉需求。

圖8 景觀生態(tài)安全維育網(wǎng)絡與生態(tài)系統(tǒng)服務親近網(wǎng)絡

3.4 國土生態(tài)安全格局空間優(yōu)化

立足山水林田湖草全要素治理,以生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)域為分區(qū)布局基礎；以供需錯配城鎮(zhèn)與供給源地的匹配簇為滿足城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務需求的發(fā)展組團；以河流廊道、道路綠廊、森林廊道構(gòu)成的生態(tài)網(wǎng)絡連接農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)及重要生態(tài)節(jié)點。形成臨沂市“三區(qū)兩帶五廊多組團”的生態(tài)網(wǎng)絡優(yōu)化布局方案,打造“四山環(huán)城、五廊入城、多點耀城”的國土空間生態(tài)格局(圖9)。

圖9 “三區(qū)兩帶五廊多組團”的國土生態(tài)安全格局

依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務差異將“三區(qū)”劃分為沂蒙山生態(tài)保育與生物多樣性保護核心區(qū)、環(huán)沂水生態(tài)-農(nóng)業(yè)交錯區(qū)以及城郊生態(tài)區(qū)。其中,沂蒙山生態(tài)保育與生物多樣性保護核心區(qū)位于臨沂西北部,以丘陵山地為主,提供的服務以物種多樣性保護為核心,并融合水源涵養(yǎng)、土壤保持等形成具備綜合生態(tài)系統(tǒng)服務的供給體系。同時,該區(qū)域是山東省少有的野生狼群分布區(qū),物種多樣性豐富。應限制開發(fā)建設,積極實施山水林田湖草修復工程。環(huán)沂水生態(tài)-農(nóng)業(yè)交錯區(qū)以農(nóng)耕為主,是臨沂市農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)地,生境斑塊破碎,應推進生態(tài)廊道建設,提升區(qū)域生態(tài)結(jié)構(gòu)連通性與穩(wěn)定性,大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),提升農(nóng)田生物多樣性,建設沿河綠色河岸,控制水土污染。城郊生態(tài)區(qū)指城市及近郊生態(tài)區(qū),以羅莊區(qū)、蘭山區(qū)和河東區(qū)為主,生態(tài)斑塊呈條狀和點狀,缺少生態(tài)系統(tǒng)服務供給能力,應以城中河流水質(zhì)及河流沿岸濕地的治理為主,補充城市綠心綠地,同時建立向外連通的道路綠廊,為居民向外親近自然提供暢通和優(yōu)美的路徑。

依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務供給源地的生態(tài)要素及廊道走向,將“兩帶五廊”劃分為通山觀河體驗帶、綠水青山修復帶與“兩橫三縱”的五條主要自然生態(tài)廊道。其中,綠水青山修復帶以沂山、蒙山為中心,是生態(tài)系統(tǒng)修復與生物多樣性保護重點區(qū)域。通山觀河體驗帶以羅莊區(qū)、蘭山區(qū)、河東區(qū)為中心的縱向交錯帶,串聯(lián)尼山、沂河、沭河、新沭河及五蓮山,是為生態(tài)系統(tǒng)服務錯配區(qū)提供服務支持的主要來源,應以“綠色農(nóng)村、生態(tài)旅游”為抓手,以文旅景點為重要節(jié)點,以生態(tài)廊道和道路綠廊為導線,構(gòu)建臨沂近郊生態(tài)文旅體系。

依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務供需錯配區(qū)域與就近生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)域形成的連接,形成以城鎮(zhèn)-生態(tài)“多組團”的發(fā)展新格局。依托人工-自然的生態(tài)交互廊道打通居民親近自然,了解生態(tài)工程,認同自然文化的渠道,通過多組團的發(fā)展格局和道路綠廊的建設,帶動城鎮(zhèn)中心向生態(tài)化、宜居化發(fā)展。

4 結(jié)論與討論

本研究以山東省臨沂市為例,基于生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評估與供需匹配評價,通過對景觀生態(tài)廊道和供需生態(tài)廊道的識別,提出山水林田湖草生態(tài)保護與修復格局構(gòu)建的新途徑。研究表明,臨沂市多數(shù)主要城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務供需錯配,而具備較強生態(tài)系統(tǒng)服務供應能力的生態(tài)斑塊普遍遠離城鎮(zhèn)。研究建議了面向居民福祉提升的國土空間生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建技術體系,在打造立足于綠水青山保護修復的生態(tài)安全格局的基礎上,識別城鎮(zhèn)居民親近自然的23條潛在空間廊道。提出了“三區(qū)兩帶五廊多組團”的國土生態(tài)安全格局布局方案,提升居民福祉,促進臨沂市社會-生態(tài)協(xié)同發(fā)展。本研究所建立的生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建技術體系有潛力為國土空間生態(tài)保護與修復規(guī)劃和實踐提供科技支撐,生態(tài)網(wǎng)絡結(jié)果也將為研究區(qū)優(yōu)化國土空間布局、打造生態(tài)宜居城市提供方案指引。

當前,生態(tài)源地的閾值設置仍未形成統(tǒng)一范式,多通過設置固定面積比例的手段識別生態(tài)源地。但生態(tài)源地的設置和保護往往制約與規(guī)劃目的以及規(guī)劃的可行性,過小的生態(tài)源地缺乏有效供給生態(tài)系統(tǒng)服務的能力,過大的生態(tài)源地則就要較高的保護成本。從管理的角度出發(fā),需要擬定合理的生態(tài)源地劃定閾值,確保生態(tài)源地的保護措施可以權(quán)衡提高生態(tài)系統(tǒng)服務供給能力和社會經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿?。在國土生態(tài)安全格局的優(yōu)化方面,鮮有將生態(tài)系統(tǒng)服務供需格局納入生態(tài)安全格局構(gòu)建的研究,僅考慮生態(tài)用地之間的結(jié)構(gòu)和功能連通無法實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的既定目標,規(guī)劃應堅持以人為本,促進人類對自然福祉的理解和獲取。其中,獲取包括兩個層次,一個是在大的時間和空間尺度上的自然福祉,如調(diào)節(jié)氣候、生產(chǎn)氧氣；另一個則關注小尺度上人類與自然之間的親近程度。后者有利于在小時間尺度內(nèi)提升居民對生態(tài)文明的認同感和居民幸福感,同時有利于前者的實現(xiàn)。

本文僅從生態(tài)系統(tǒng)服務供需空間相關性分析的角度出發(fā),探究生態(tài)系統(tǒng)服務供需網(wǎng)絡納入地方生態(tài)安全格局的優(yōu)化框架,而關于定量、定向化生態(tài)系統(tǒng)服務流量,以及將人類親近自然的方式納入網(wǎng)絡構(gòu)建的問題仍有待深入。此外,本文所提及的優(yōu)化方案僅注重市級行政區(qū)域內(nèi)部的整體及局部性優(yōu)化,缺乏對地區(qū)生態(tài)整體的角度考量,這可能會在一定程度上制約生態(tài)安全格局的整體性,例如臨沂西北與泰安相接壤,臨近的城市同樣可能會選擇前往沂蒙山體驗生態(tài)服務。在生態(tài)系統(tǒng)服務的量化上,由于數(shù)據(jù)限制,本研究使用植被凈初級生產(chǎn)力代表固碳能力存在局限性。由于臨沂市大部分森林均為成熟林,維持著穩(wěn)定的固碳和釋碳的速率,而作為農(nóng)業(yè)大市,臨沂市水熱條件優(yōu)越,因此,耕地的固碳量顯著高于林地。但耕地往往其他生態(tài)系統(tǒng)服務的供給能力弱,同時由于農(nóng)業(yè)道路的交錯,耕地缺乏連通性,因此對最終結(jié)果影響較小。另一方面,在識別生態(tài)系統(tǒng)服務親近網(wǎng)絡時,僅考慮將主要城市道路作為居民出行的廊道,忽略了土地利用類型的通行能力。在未來研究中,有必要細化居民出行的空間阻力,基于興趣點的空間可達性評價,進一步考慮對道路信息,如道路等級、是否擁堵。同時應完善生態(tài)系統(tǒng)服務的傳輸方向及范圍的研究、統(tǒng)籌不同行政區(qū)域的生態(tài)安全格局構(gòu)建,構(gòu)建“城鎮(zhèn)-鄉(xiāng)村-生態(tài)”功能耦合的國土空間,更好地協(xié)調(diào)人與自然的關系。