河西走廊生態(tài)安全格局構(gòu)建與優(yōu)化研究

馬超, 陳英,,*, 張金龍, 謝保鵬, 張強(qiáng)

河西走廊生態(tài)安全格局構(gòu)建與優(yōu)化研究

馬超1, 陳英1,2,*, 張金龍3, 謝保鵬2, 張強(qiáng)4

1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 蘭州 730070 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院, 蘭州 730070 3. 中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院遙感與地理信息科學(xué)研究室, 蘭州 730000 4. 甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站生態(tài)室, 蘭州 730000

基于InVEST生境質(zhì)量模型和最小阻力模型, 以張掖市為例, 開(kāi)展河西走廊生態(tài)安全格局構(gòu)建研究。全市劃分為適宜生態(tài)用地和適宜生產(chǎn)建設(shè)用地兩部分, 共識(shí)別生態(tài)源地5583 km2, 提取生態(tài)廊道1794 km、生態(tài)廊道潛在輻射通道485 km, 基本形成南部祁連山脈、中部黑河—七家?guī)X臺(tái)、北部合黎山—龍首山三縱框架的廊道格局, 得到生態(tài)核心節(jié)點(diǎn)22個(gè)、生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)15個(gè)。通過(guò)分析可得: 張掖市生態(tài)用地空間分布差異較大, 生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理需要重點(diǎn)向肅南縣以外的其它四縣一區(qū)傾斜; 優(yōu)先加強(qiáng)焉支山及周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境改良, 促使已形成的三縱格局廊道聚攏; 重點(diǎn)維護(hù)核心節(jié)點(diǎn), 積極發(fā)展?jié)摿?jié)點(diǎn), 加強(qiáng)相鄰省市合作, 整體推進(jìn)全市生態(tài)環(huán)境治理與優(yōu)化。從生態(tài)安全“點(diǎn)—線—面”角度進(jìn)一步優(yōu)化了以生態(tài)廊道為基礎(chǔ)的生態(tài)安全格局構(gòu)建方法, 從應(yīng)用角度細(xì)化了生態(tài)節(jié)點(diǎn)的重要作用, 對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)安全格局優(yōu)化提出了相應(yīng)策略。

生境質(zhì)量; 生態(tài)安全格局構(gòu)建; 生態(tài)廊道; 生態(tài)節(jié)點(diǎn)

0 前言

日益增強(qiáng)和空間上不斷擴(kuò)大的人類活動(dòng)劇烈改變著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能, 削弱生態(tài)安全得以維持和提升的物理環(huán)境基礎(chǔ)[1], 使社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展增加了來(lái)自自然資源和生態(tài)環(huán)境的剛性約束[2]。面對(duì)生態(tài)安全的復(fù)雜性, 歷來(lái)學(xué)者對(duì)其內(nèi)涵就已進(jìn)行了廣泛研究, 其中生態(tài)安全格局的研究有助于生態(tài)安全問(wèn)題從源頭上得到有效管控及改善。國(guó)際上對(duì)生態(tài)安全格局研究主要集中在按照保護(hù)嚴(yán)格程度, 劃分為最為嚴(yán)格到可持續(xù)利用等不同類型的保護(hù)地體系建設(shè)方面, 生態(tài)安全格局構(gòu)建從早期的以生物多樣性保護(hù)為主, 逐步向自然生態(tài)系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耦合的相互協(xié)同格局的發(fā)展趨勢(shì)轉(zhuǎn)變[3]。Sutton-Grier等[4]通過(guò)自然環(huán)境和人類社會(huì)融合基礎(chǔ)設(shè)建設(shè)增加濱海生態(tài)系統(tǒng)的韌性, Karen[5]通過(guò)城區(qū)土地利用變化的趨勢(shì)預(yù)測(cè), 研究城市化不斷擴(kuò)張對(duì)生物多樣性的潛在作用。國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)安全格局的研究主要圍繞生態(tài)源地識(shí)別與生態(tài)安全格局構(gòu)建方面, 形成了以“源地識(shí)別－阻力面構(gòu)建－廊道提取”的生態(tài)安全格局構(gòu)建基本模式[6]。吳建生等[7]通過(guò)生態(tài)服務(wù)價(jià)值方法優(yōu)化了源地提取方法, 張蕾等[8]利用中心度指標(biāo)對(duì)生態(tài)廊道的重要性進(jìn)行了多級(jí)分類研究, 師鵬飛等[9]探討了基本模式下省市級(jí)以下小區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建, 楊彥昆等[10]通過(guò)連通度指數(shù)對(duì)阻力面構(gòu)建方法進(jìn)行了優(yōu)化。

河西走廊是我國(guó)“一帶一路”倡議中絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶黃金要道, 深處大陸內(nèi)部, 干旱少雨, 生態(tài)環(huán)境脆弱, 生態(tài)安全問(wèn)題直接威脅“一帶一路”建設(shè), 積極開(kāi)展河西走廊生態(tài)安全相關(guān)研究, 有助于為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)提供生態(tài)安全保障。張掖市位于河西走廊中部, 歷史悠久, 為古河西四郡之一, 南部為祁連山脈、中部為走廊平原、北部為沙漠戈壁, 黑河綠洲承載了當(dāng)?shù)刂饕慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。由于歷史原因, 張掖市南部祁連山生態(tài)環(huán)境破嚴(yán)重, 威脅河西走廊及國(guó)家西部生態(tài)安全。2017年中辦、國(guó)辦對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)通報(bào)批評(píng)后, 張掖市開(kāi)始了以祁連山國(guó)家公園為主的全面生態(tài)環(huán)境修復(fù)與整改治理, 并啟動(dòng)實(shí)施祁連山國(guó)家公園和黑河生態(tài)帶、交通大林帶、城市綠化帶“一園三帶”生態(tài)示范工程, 全面突出了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境治理和生態(tài)安全建設(shè)重要性[11]。張掖市在自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域是河西走廊的典型代表, 生態(tài)環(huán)境規(guī)劃與治理亦是河西走廊的先行區(qū), 選作河西走廊生態(tài)安全格局構(gòu)建研究試點(diǎn)優(yōu)勢(shì)明顯。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

張掖市(東經(jīng)90°20′—102°12′, 北緯37°28′—39°57′)位于青藏高原和蒙古高原交匯的河西走廊中部, 地勢(shì)南高北低, 自古就是絲綢之路商賈重鎮(zhèn)和咽喉要道。包括甘州區(qū)、臨澤縣、高臺(tái)縣、山丹縣、民樂(lè)縣、肅南裕固族自治縣(簡(jiǎn)稱: 肅南縣)一區(qū)五縣, 全市總面積38600 km2, 2018年末全市常住人口123.38萬(wàn)人, 城鎮(zhèn)化率47.55%。該市氣候以冷溫帶干旱和祁連山高寒帶半干旱半濕潤(rùn)氣候?yàn)橹? 夏短冬長(zhǎng), 干旱少雨, 降水分布不均, 晝夜溫差大。境內(nèi)祁連山水源涵養(yǎng)區(qū)、黑河綠洲、荒漠戈壁三大生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)銜接, 地貌景觀豐富, 但荒漠戈壁覆蓋面積較大, 生態(tài)環(huán)境整體脆弱。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所涉及的數(shù)據(jù)及來(lái)源情況見(jiàn)表1。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)源地識(shí)別

“源－匯”理論指出, 生態(tài)源一般是由受保護(hù)的物種、自然棲息地構(gòu)成, 具有豐富的生物多樣性[12], 而生境質(zhì)量可以很好的反映生物多樣性, 故本文采取由美國(guó)斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)(TNC)與世界自然基金會(huì)(WWF)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的用于評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值、支持生態(tài)系統(tǒng)管理和決策的InVEST模型中的生境質(zhì)量模塊識(shí)別研究區(qū)生態(tài)源地。

表1 本文數(shù)據(jù)情況介紹及來(lái)源

在InVEST中, 計(jì)算生境質(zhì)量指數(shù)前要計(jì)算生境退化度, 計(jì)算過(guò)程公式如下:

式中:為土地利用/覆被類型中柵格的生境退化度;為威脅因子個(gè)數(shù);為威脅柵格圖上的一組柵格;ω為威脅因子權(quán)重;r為柵格的威脅因子值;i為生境類型柵格與的距離函數(shù), 包括線性距離衰減函數(shù)和指數(shù)距離衰減函數(shù);β為威脅因子可達(dá)性;S為生境類型對(duì)威脅因子的敏感性。

計(jì)算生境質(zhì)量指數(shù)為:

式中:Q為土地利用/覆被類型中柵格的生境質(zhì)量指數(shù);H為土地利用/覆被類型的生境適宜性, 相對(duì)生境適宜性得分值為0—1;D為土地利用/覆被類型中柵格的生境退化度;為半飽和常數(shù), 取最大退化度的一半;為歸一化常量, 是模型默認(rèn)參數(shù)。

威脅因子最大影響距離及其權(quán)重、生境類型對(duì)威脅因子的敏感性是模型中涉及的主要參數(shù), InVEST模型(3.2.0版本)使用手冊(cè)及同類相關(guān)文獻(xiàn)[13–14]是各參數(shù)的設(shè)置主要參考依據(jù), 專家打分法進(jìn)行賦值輔助, 具體參數(shù)見(jiàn)表2和表3。

2.2.2 阻力面建立

阻力面的建立是生態(tài)安全格局構(gòu)建的核心內(nèi)容。本文基于前人研究經(jīng)驗(yàn)[14–18], 從研究區(qū)域的實(shí)際情況出發(fā), 遵循數(shù)據(jù)的可獲得性、可操作性及系統(tǒng)性等原則, 選取生境質(zhì)量指數(shù)、植被覆蓋度、土地利用類型、海拔、坡度、距離道路的距離六項(xiàng)指標(biāo)作為阻力因子, 對(duì)各個(gè)阻力因子由小到大分級(jí)賦值為1、2、3、4、5級(jí), 表示生態(tài)源地?cái)U(kuò)張的阻力逐漸增大。在此基礎(chǔ)之上, 利用綜合指數(shù)法, 加權(quán)得到源地?cái)U(kuò)張的綜合阻力值, 計(jì)算公式如下:

式中:為六個(gè)阻力因子的綜合阻力值;為阻力因子的權(quán)重;為阻力因子的阻力值。其中通過(guò)層次分析法獲得, 相關(guān)賦值打分請(qǐng)教了中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院眾多專家學(xué)者, 計(jì)算結(jié)果與專家進(jìn)行多次溝通反饋, 確定六項(xiàng)阻力因子權(quán)重, 詳見(jiàn)表4。

2.2.3 生態(tài)廊道識(shí)別

生態(tài)廊道作為物種遷徙的綠色通道, 對(duì)傳遞物質(zhì)、交流信息具有重要作用, 是生態(tài)安全格局中的重要組成部分。生態(tài)廊道的識(shí)別方法有斑塊重力模型、最小累積阻力模型、綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系等。其中, 最小累積阻力模型在數(shù)據(jù)需求和結(jié)果可視化中優(yōu)勢(shì)明顯, 被廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全格局構(gòu)建研究中。

最小累積阻力模型(minimum cumulative resistance, MCR)最早由Knaapen等[19]于1992年提出, 其原理是指物種從源地開(kāi)始流動(dòng), 通過(guò)具有不同阻力值的道路斑塊所耗費(fèi)的阻力總值, 反映物種擴(kuò)散的潛在可能性和趨勢(shì)[20], 把源物質(zhì)向四周擴(kuò)散過(guò)程中克服最小阻力代價(jià)通道作為生態(tài)源地之間的生態(tài)廊道。計(jì)算公式如下:

表2 威脅因子屬性

表3 不同生境類型對(duì)不同威脅因子的敏感性

表4 阻力因子及權(quán)重

式中:為最小累積阻力值;D為物種從源到空間某景觀目的地的運(yùn)動(dòng)距離;為景觀目的地對(duì)某物種的運(yùn)動(dòng)阻力。

2.2.4 生態(tài)節(jié)點(diǎn)確定

生態(tài)節(jié)點(diǎn)是指景觀基質(zhì)中對(duì)于生物的擴(kuò)散或移動(dòng)過(guò)程起到關(guān)鍵作用的位置[21]。本文在以往學(xué)者的研究基礎(chǔ)上[20], 將生態(tài)節(jié)點(diǎn)根據(jù)來(lái)源劃分為生態(tài)核心節(jié)點(diǎn)和生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn), 采用生態(tài)廊道的相交點(diǎn)作為生態(tài)核心節(jié)點(diǎn), 生態(tài)廊道潛在輻射通道的交點(diǎn)作為生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn), 即處于生態(tài)擴(kuò)張流動(dòng)最頻繁和最困難的地段。生態(tài)節(jié)點(diǎn)的建立與細(xì)分有利于保障現(xiàn)有的生態(tài)流和促使生態(tài)流突破阻力進(jìn)一步發(fā)展, 在生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃和工程建設(shè)中具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2.2.5 生態(tài)安全分區(qū)

本文采取閾值法, 利用生態(tài)源地?cái)U(kuò)張和人類主要活動(dòng)區(qū)擴(kuò)張的最小累計(jì)阻力差值, 獲得不同的空間范圍, 實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全分區(qū), 為管控人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)源地的干擾做數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)果與分析

3.1 源地識(shí)別

基于InVEST模型生境質(zhì)量模塊, 計(jì)算并分級(jí)張掖市2018年生境質(zhì)量指數(shù)[13], 詳見(jiàn)表5。由圖1可得, 張掖市2018年生境質(zhì)量呈現(xiàn)“南高北低”的分布態(tài)勢(shì), 且以低生境質(zhì)量為主, 其他生境質(zhì)量所占比重較為均衡。其中, 高等級(jí)生境質(zhì)量主要分布在肅南縣中部與東部、山丹縣中部、民樂(lè)縣南部和東部, 占總面積的16.49%, 這些地區(qū)主要是祁連山國(guó)家公園腹地和焉支山森林公園, 土地類型以林地、草地為主; 較高等生境質(zhì)量主要分布在肅南縣中上部、西部和東部邊界區(qū), 以及山丹縣北部、山丹縣和民樂(lè)縣交接區(qū), 占總面積的15.76%; 肅南西部和北部少數(shù)區(qū)域?yàn)橹械壬迟|(zhì)量, 面積占比為16.87%; 較低等生境質(zhì)量集中于民樂(lè)縣、甘州區(qū)、臨澤縣、高臺(tái)縣的中部, 占總面積的15.47%, 土地類型以耕地為主; 低等生境質(zhì)量分布于高臺(tái)縣、臨澤縣、甘州區(qū)的北部, 以及肅南縣西北部, 占總面積的35.41%, 土地類型以戈壁、沙地、裸巖為主。

表5 張掖市各級(jí)生境質(zhì)量面積占比

圖1 張掖市生境質(zhì)量自然分割五級(jí)分布圖

Figure 1 Five level distribution map of the natural segmentation of habitat quality in Zhangye City

選取高等級(jí)生境質(zhì)量中斑塊面積不小于2 km2的區(qū)域, 作為生態(tài)源地。選取城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地、其它建設(shè)用地中斑塊面積不小于1 km2的區(qū)域作為生態(tài)源地?cái)U(kuò)張的最直接障礙——城鎮(zhèn)源地。從圖2可知, 張掖市生態(tài)源地面積為5583 km2, 肅南縣境內(nèi)生態(tài)源地面積4791 km2, 占總生態(tài)源地面積的85.81%, 主要分布在該縣中部與東部; 城鎮(zhèn)源地面積為311 km2, 呈零星狀分布于該市的中部, 主要為河西走廊平原地區(qū)。

3.2 阻力面的建立

3.2.1 綜合阻力值

利用式(3)計(jì)算張掖市生態(tài)源地?cái)U(kuò)張和人類主要活動(dòng)區(qū)擴(kuò)張加權(quán)綜合阻力值。由圖3可得, 生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力增加方向和城鎮(zhèn)源地?cái)U(kuò)張阻力增加方向正好相反, 符合實(shí)際情況。

3.2.2 最小累積阻力面

基于生態(tài)源地?cái)?shù)據(jù)、城鎮(zhèn)源地?cái)?shù)據(jù)及綜合阻力值數(shù)據(jù), 利用ArcGIS10.2中的Cost Distance工具, 分別計(jì)算生態(tài)源地?cái)U(kuò)張最小累計(jì)阻力面和城鎮(zhèn)源地?cái)U(kuò)張最小累計(jì)阻力面。由圖4可知, 生態(tài)擴(kuò)張最小累計(jì)阻力低值區(qū)主要分布在肅南縣中部和東部, 以及高臺(tái)縣、臨澤縣中部和甘州區(qū)中西部, 凸顯了范圍內(nèi)祁連山國(guó)家公園和黑河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)在當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)價(jià)值的重要性; 城鎮(zhèn)擴(kuò)張最小累計(jì)阻力低值區(qū)主要分布在全市中部, 即河西走廊平原區(qū), 高值區(qū)主要分布在全市南部和北部山地, 說(shuō)明山地地形對(duì)全市城鎮(zhèn)擴(kuò)張有明顯抑制作用。

圖2 張掖市生態(tài)源地和城鎮(zhèn)源地分布

Figure 2 Ecological Source and Urban Source of Zhangye City

圖3 源地?cái)U(kuò)張綜合阻力面

Figure 3 Comprehensive resistance to Source Expansion

圖4 源地?cái)U(kuò)張最小累計(jì)阻力面

Figure 4 MCR surface for Source Expansion

3.3 生態(tài)安全分區(qū)

利用生態(tài)源地?cái)U(kuò)張最小累計(jì)阻力面和城鎮(zhèn)源地?cái)U(kuò)張最小累計(jì)阻力面進(jìn)行差值處理, 獲得生態(tài)源地—城鎮(zhèn)源地?cái)U(kuò)張累計(jì)阻力差值面, 值大于0的部分作為適宜生態(tài)用地, 值小于0的部分作為適宜生產(chǎn)建設(shè)用地。通過(guò)計(jì)算可得, 張掖市適宜生態(tài)用地和適宜生產(chǎn)建設(shè)用地分別占全市總面積為44.09%、55.91%, 適宜生態(tài)用地相對(duì)較少, 反映出張掖市整體生態(tài)屬性不顯著。

全市五縣一區(qū)適宜生態(tài)用地面積和占各縣區(qū)總土地面積百分比如表6所示。反映出張掖市適宜生態(tài)用地分布明顯不均, 集中分布在肅南縣, 且每個(gè)縣適宜生態(tài)用地占全縣國(guó)土面積的比重差異較大。

3.4 生態(tài)廊道

生態(tài)廊道作為物種在兩源地間的流動(dòng)通道[22–23], 為不同物種在不同源地間互相交流提供了可能, 一般認(rèn)為在一定的范圍內(nèi)廊道越多就越有利于促進(jìn)物種之間的信息交流[24]。借鑒ArcGIS10.2中水文分析方法, 對(duì)生態(tài)源地?cái)U(kuò)張最小阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行洼地填充、計(jì)算匯流累積量, 經(jīng)過(guò)不同閾值的多次嘗試, 取閾值大于50000的匯流累積量作為研究區(qū)生態(tài)廊道, 共計(jì)約1794 km, 超過(guò)200 km的連續(xù)不間斷廊道有兩條, 全部位于肅南縣祁連山區(qū)域, 大部分在100 km之內(nèi); 在閾值大于5000的匯流累積量中獲得生態(tài)廊道潛在輻射通道, 共計(jì)約485 km。全市生態(tài)廊道空間位置如圖9所示, 基本形成了南部祁連山脈廊道、中部黑河—七家?guī)X臺(tái)廊道、北部合黎山—龍首山廊道三縱框架的格局, 其中祁連山脈廊道規(guī)模最大、連通性最好, 黑河—七家?guī)X臺(tái)廊道規(guī)模次之、連通性差, 合黎山—龍首山廊道規(guī)模最小、連通性最差, 且隨著河西走廊在山丹縣東部束緊, 三條廊道有向焉支山聚攏之勢(shì)。

表6 張掖市各縣區(qū)適宜生態(tài)用地統(tǒng)計(jì)

3.5 生態(tài)節(jié)點(diǎn)

基于已獲取的生態(tài)廊道和生態(tài)廊道潛在輻射通道, 直接提取22個(gè)生態(tài)核心節(jié)點(diǎn), 作為不同廊道間生物信息流動(dòng)的最重要條件基礎(chǔ)重點(diǎn)保護(hù); 提取15個(gè)生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn), 作為優(yōu)化現(xiàn)有生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵點(diǎn)位和生態(tài)恢復(fù)和改善的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域。按照表2中城鎮(zhèn)因素對(duì)生態(tài)源地最遠(yuǎn)威脅距離8 km計(jì)算, 經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可得有17個(gè)生態(tài)核心點(diǎn)和12個(gè)生態(tài)潛力點(diǎn)在威脅距離之內(nèi), 分別占總核心節(jié)點(diǎn)和總潛力節(jié)點(diǎn)的77%、80%, 反映出張掖市生態(tài)環(huán)境治理與改善工作困難較大。通過(guò)分析圖9生態(tài)節(jié)點(diǎn)空間分布情況可知: 一、以黑河為主的生態(tài)廊道在甘州區(qū)東部(10號(hào)生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)處)和北部(7號(hào)生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)處)出現(xiàn)中斷, 原因主要是河道兩邊濕地面積過(guò)少導(dǎo)致, 應(yīng)加強(qiáng)此區(qū)域的濕地恢復(fù)與保護(hù); 二、黑河—七家?guī)X臺(tái)廊道在山丹縣、民樂(lè)縣和甘州區(qū)的交界處(11號(hào)生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)處)有明顯的中斷區(qū)域, 主要原因?yàn)樵搮^(qū)域戈壁面積較大、植被覆蓋較低, 應(yīng)加強(qiáng)此區(qū)域的生態(tài)造林規(guī)模; 三、1、2、3、4、9、13、18、21號(hào)共8個(gè)生態(tài)核心節(jié)點(diǎn)和3、5、8、14號(hào)共4個(gè)生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)位于市界沿線, 占總生態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)的32.43%, 說(shuō)明張掖市生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理需要跨地區(qū)和相鄰省市積極合作。

4 討論

本文基于InVEST生境質(zhì)量模型和最小阻力模型, 從生態(tài)安全分區(qū)、廊道提取、節(jié)點(diǎn)分類等主要過(guò)程, 對(duì)河西走廊張掖市進(jìn)行生態(tài)安全格局綜合構(gòu)建。以往學(xué)者在生態(tài)源地的確定中一般直接采用自然保護(hù)區(qū)、天然林地、大面積水源地, 或者經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高的區(qū)域等方法, 利用基于InVEST生境質(zhì)量模型獲取生態(tài)源地的方法較少使用。生態(tài)源地有很好的生物多樣性, 生境質(zhì)量能很好的反映生物多樣性, 故本文采取此方法進(jìn)行生態(tài)源地提取。在生態(tài)節(jié)點(diǎn)的研究中, 以往學(xué)者一般只是點(diǎn)提取與統(tǒng)計(jì)描述, 進(jìn)一步的深入討論較少, 而在實(shí)際生態(tài)保護(hù)工程建設(shè)中, 一般都是從關(guān)鍵“點(diǎn)”出發(fā), 以點(diǎn)帶面開(kāi)展區(qū)域生態(tài)保護(hù)工程建設(shè), 故本文對(duì)生態(tài)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用方向上進(jìn)行細(xì)分研究具有較高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖5 張掖市生態(tài)安全格局構(gòu)建空間分布圖

Figure 5 Spatial distribution map of ecological security pattern in Zhangye City

張掖市2018年的生境質(zhì)量呈現(xiàn)“南高北低”的分布態(tài)勢(shì), 生態(tài)源地主要集中在南部祁連山地區(qū)的肅南縣, 適宜生態(tài)用地主要分布在肅南縣和山丹縣, 五縣一區(qū)的生態(tài)顯著性差異較大, 應(yīng)該促進(jìn)各縣區(qū)生態(tài)建設(shè)均衡發(fā)展。通過(guò)對(duì)比生態(tài)源地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)源地?cái)U(kuò)張最小累計(jì)阻力面中阻力值的分布情況, 可以反應(yīng)出在生態(tài)源地規(guī)模相較城鎮(zhèn)源地規(guī)模明顯占優(yōu)勢(shì)的情況下, 生態(tài)擴(kuò)張難度仍舊比城鎮(zhèn)擴(kuò)張難度大, 說(shuō)明在全市生態(tài)保護(hù)工作中, 不僅要積極加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與改良建設(shè), 更要強(qiáng)調(diào)城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張管制的必要性。

生態(tài)安全分區(qū)形成了比較獨(dú)立和完整的適宜生態(tài)用地和適宜生產(chǎn)建設(shè)用地區(qū)域, 產(chǎn)生了鮮明的“生態(tài)空間—生產(chǎn)/生活空間”對(duì)抗均衡交接線, 可作為生態(tài)紅線劃定的一種方法探索。提取的“三縱”生態(tài)廊道, 為劃分的生態(tài)安全分區(qū)提煉出內(nèi)在發(fā)展的主要“脈絡(luò)”, 形成全市生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)的“骨架”系統(tǒng)?；谏鷳B(tài)廊道提取生態(tài)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分研究, 發(fā)現(xiàn)以生態(tài)廊道為主的生態(tài)安全格局現(xiàn)狀中所隱含的生態(tài)建設(shè)關(guān)鍵區(qū)域和方向, 為地方生態(tài)安全規(guī)劃與實(shí)施提供具體參考依據(jù)。

本文在“源地”選取方法和生態(tài)節(jié)點(diǎn)的細(xì)分上進(jìn)行適度優(yōu)化研究, 從實(shí)際規(guī)劃應(yīng)用角度, 提出全市“三縱”生態(tài)廊道格局向山丹縣焉支山聚攏的趨勢(shì)判斷, 重點(diǎn)分析了基于生態(tài)核心節(jié)點(diǎn)和潛力節(jié)點(diǎn)的全市生態(tài)安全格局優(yōu)化建設(shè)方向, 具體討論了生態(tài)安全“點(diǎn)—線—面”之間的關(guān)系。限于數(shù)據(jù)獲取的客觀原因, 本研究未能取得當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)紅線數(shù)據(jù)及其它官方生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù), 無(wú)法進(jìn)行生態(tài)安全格局構(gòu)建的進(jìn)一步細(xì)化, 尤其是在生態(tài)安全分區(qū)中缺乏國(guó)土綜合規(guī)劃數(shù)據(jù), 不能與實(shí)際緊密結(jié)合進(jìn)行詳細(xì)分區(qū), 望今后具備相關(guān)條件后持續(xù)研究完善。

5 結(jié)論

本文基于InVEST生境質(zhì)量模型和最小阻力模型, 根據(jù)“源地識(shí)別—構(gòu)建阻力面—提取生態(tài)廊道”的基本思路, 對(duì)張掖市進(jìn)行生態(tài)安全格局構(gòu)建研究, 得出以下幾個(gè)結(jié)論:

(1)張掖市2018年高生境質(zhì)量區(qū)、生態(tài)源地和適宜生態(tài)用地集中分布在肅南縣, 該縣位于祁連山腹地, 是祁連山國(guó)家公園重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域。為實(shí)現(xiàn)全市生態(tài)安全格局整體改善和優(yōu)化, 避免該地區(qū)生態(tài)保護(hù)由于國(guó)家公園建設(shè)出現(xiàn)縣域之間極端不平衡現(xiàn)象, 當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)保護(hù)規(guī)劃及政策應(yīng)該逐步向其它縣區(qū)傾斜。

(2)張掖市基本形成了南部祁連山脈、中部黑河—七家?guī)X臺(tái)、北部合黎山—龍首山三縱框架的生態(tài)廊道格局, 三條生態(tài)廊道有向山丹縣焉支山聚攏的勢(shì)態(tài), 應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)焉支山區(qū)域生態(tài)保護(hù)建設(shè)力度, 推進(jìn)中牧山丹馬場(chǎng)的退耕還草工作, 打通拓寬焉支山到祁連山脈之間的生態(tài)廊道。

(3)張掖市77%的生態(tài)核心節(jié)點(diǎn)和80%的生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)距離城鎮(zhèn)源地較近, 反映出全市生態(tài)保護(hù)工作壓力不小; 32.43%的生態(tài)節(jié)點(diǎn)位于市界附近, 全市生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理需要跨地區(qū)和相鄰省市積極合作。

(4)全市生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)大部分位于國(guó)家公園和自然保護(hù)區(qū)之外, 所在區(qū)域是提升和優(yōu)化全市生態(tài)安全格局的關(guān)鍵位置, 張掖市今后的生態(tài)環(huán)境工作重點(diǎn)應(yīng)逐步向15個(gè)生態(tài)潛力節(jié)點(diǎn)傾斜, 結(jié)合實(shí)際加強(qiáng)該區(qū)域退耕還林、植樹(shù)造林等生態(tài)工程建設(shè), 形成“重點(diǎn)維護(hù)核心節(jié)點(diǎn), 積極發(fā)展?jié)摿?jié)點(diǎn), 促進(jìn)生態(tài)廊道加長(zhǎng)加密, 提高區(qū)域生態(tài)安全整體水平”的全市生態(tài)環(huán)境優(yōu)化改良綜合思路。

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Construction and optimization of ecological security pattern in Hexi Corridor

MA Chao1, CHEN Ying1,2,*, ZHANG Jinlong3, XIE Baopeng2, ZHANG Qiang4

1. College of Resources and Environment, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China 2. School of Management, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China 3. Laboratory of Remote Sensing and Geographic Information Sciences, Northwest Institute of Eco-Environmental Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China 4. Gansu Province Ecological Room of Environmental Monitoring Center Station, Lanzhou 730000, China

Based on the habitat quality module of integrated valuation of ecosystem services and trade-offs and the minimum cumulative resistance model, taking Zhangye City as an example, a study on the construction of ecological security pattern in the Hexi Corridor was carried out. The city is divided into two parts, which are suitable ecological land and suitable constructed land. A total of 5583 km2 of ecological source has been identified, 1794 km of ecological corridors and 485 km of potential ecological corridors have been extracted, basically forming the corridor pattern of the three-vertical frame of the southern Qilian Mountains, the central Heihe-Qijialing terrace, and the northern Heli Mountain-Longshou Mountain, which has 22 ecological core nodes and 15 ecological potential nodes. Through analysis, it can be concluded that the spatial distribution of ecological land in Zhangye City is quite different, and ecological environmental protection management needs to focus on the other four counties and one district outside Sunan County; priority should be given to the improvement of the ecological environment in Yanzhi mountain and its surrounding areas, so as to promote the gathering of the three vertical corridors; focus on maintaining core nodes, actively develop potential nodes, strengthen cooperation between neighboring provinces and cities, and promote the overall governance and optimization of the city's ecological environment. From the perspective of ecological security "point-line-plane", the ecological security pattern construction method based on ecological corridors is further optimized, the important role of ecological nodes is refined from the application perspective, and corresponding strategies are proposed for the optimization of local ecologicalsecurity pattern.

habitat quality; construction of ecological security pattern; ecological corridor; ecological node

馬超, 陳英, 張金龍, 等. 河西走廊生態(tài)安全格局構(gòu)建與優(yōu)化研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2023, 42(1): 206–214.

MA Chao, CHEN Ying, ZHANG Jinlong, et al. Construction and optimization of ecological security pattern in Hexi Corridor[J]. Ecological Science, 2023, 42(1): 206–214.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2023.01.024

S157.2

A

1008-8873(2023)01-206-09

2020-11-25;

2021-01-10

國(guó)家自然科學(xué)基金(71563001)

馬超(1990—), 男, 碩士, 從事生態(tài)安全及遙感應(yīng)用研究, E-mail: 1186963659@qq.com

陳英(1969—), 男, 博士, 教授, 主要從事土地資源管理研究, E-mail: heny@gsau.edu.cn