基于“問題-風(fēng)險(xiǎn)”認(rèn)知體系的縣域國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局構(gòu)建與對策研究

程 勇,張曉琳

(1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇 南京 210023;2.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210023;3.自然資源部海岸帶開發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210023)

作為將自然過程與人類活動(dòng)聯(lián)系起來的橋梁和紐帶,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是人類直接或間接地從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的利益,是生態(tài)系統(tǒng)所形成和維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[1]。然而,聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估計(jì)劃報(bào)告表明全球60%以上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已經(jīng)退化或不可持續(xù)利用[2],特別是在快速城鎮(zhèn)化過程中,建設(shè)用地?zé)o序擴(kuò)張和土地不合理開發(fā)利用,導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)退化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能喪失[3]。國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)是解決區(qū)域生態(tài)問題的一項(xiàng)重要規(guī)劃實(shí)踐工具,通過設(shè)立自然保護(hù)區(qū)、實(shí)施國土綜合整治和修復(fù)退化土地等綜合措施,以實(shí)現(xiàn)國土空間整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)和綜合治理的目的[4]。中共十九大報(bào)告將國土空間用途管制和生態(tài)保護(hù)修復(fù)上升到國家戰(zhàn)略高度[5]。立足新時(shí)期國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)的需求,從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合解析視角,如何有序開展國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)、保護(hù)區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以及遏制生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化,值得進(jìn)一步探討。

有效識(shí)別國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,制定差異化的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)策略,是開展國土空間保護(hù)修復(fù)的前提。如岳文澤等[6]基于InVEST模型、耦合協(xié)調(diào)度模型對鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)量和需求量開展評價(jià),從供需平衡視角提出差異化生態(tài)修復(fù)路徑。姜莉欣[7]通過InVEST模型對吉林省西部草地碳儲(chǔ)存、土壤保持、水源供給、生境質(zhì)量等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化進(jìn)行評估,提出“政策+技術(shù)+產(chǎn)業(yè)” 一體化的草地生態(tài)修復(fù)策略。吳健生等[8]基于InVEST模型評價(jià)區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、最小阻力路徑模型分別識(shí)別重要生態(tài)源地和關(guān)鍵生態(tài)廊道,構(gòu)建了珠三角區(qū)域生態(tài)安全和修復(fù)格局?？偨Y(jié)相關(guān)研究,以InVEST模型為主的評價(jià)方法已成為分析區(qū)域重要生態(tài)服務(wù)功能的有效手段,該模型為開展綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能解析提供了有利基礎(chǔ)。然而,相關(guān)研究仍以單目標(biāo)維度構(gòu)建生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局,如對區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評價(jià)與保護(hù)[9-10],或者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別與修復(fù)[7]。并且,相關(guān)研究側(cè)重對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化過程進(jìn)行分析,而缺乏對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知評價(jià)[11]。遵循“概率×損失”研究范式,以“景觀干擾度-景觀脆弱度”為核心研究指標(biāo)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型是開展區(qū)域尺度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析的有效方法[12]。將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能引入景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系,可為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知提供科學(xué)支撐[12]。綜上所述,基于“問題-風(fēng)險(xiǎn)”認(rèn)知的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局亟待構(gòu)建。

長江下游平原區(qū)擁有得天獨(dú)厚的自然條件和地理環(huán)境,境內(nèi)湖泊眾多,水網(wǎng)密集,植被茂盛,整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較優(yōu)[13]。與此同時(shí),該地區(qū)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá),快速的人口集聚和城市化擴(kuò)張,導(dǎo)致該區(qū)域部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生嚴(yán)重退化[14],并且面臨較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[15]。綜上,筆者研究立足區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,以快速城鎮(zhèn)化地區(qū)的江蘇省江陰市為案例區(qū),采用InVEST模型開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià),確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)和功能退化修復(fù)區(qū);采用基于“概率×損失”研究范式的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法,識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化風(fēng)險(xiǎn),最終構(gòu)建縣域尺度國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局,并制定差異化生態(tài)保護(hù)修復(fù)策略,為生態(tài)保護(hù)區(qū)劃定、生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)工程布局和生態(tài)修復(fù)政策制定提供案例支撐。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1.1研究區(qū)概況

江陰市是江蘇省省轄縣級(jí)市,由無錫市代管。該市地處江蘇省南部,屬于長江下游平原區(qū),位于31°40′34″ N～31°57′36″ N、119°59′ E～120°34′30″ E之間。該市北枕長江,南近太湖,東鄰蘇州,西連常州。該市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),地處江尾海頭、長江咽喉,歷代為江防要塞,是長江南北的重要交通樞紐和江海聯(lián)運(yùn)的天然良港城市。研究區(qū)土地利用覆被類型以耕地和建設(shè)用地為主,其次是水域和森林。江陰市地處太湖水網(wǎng)平原北側(cè)、長江南部沖積平原地帶。境內(nèi)地勢平緩,平均海拔約為6 m,西南邊緣地勢偏低,中部、東部和北部有零星低丘散布其間。江陰市經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá),城鎮(zhèn)化率較高。2020年江陰市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示,江陰市人均地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)24.88萬元,第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例為48.2%。長期社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成一定破壞,自然棲息地面積發(fā)生萎縮,部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生明顯退化。面對“現(xiàn)代化濱江花園城市”的規(guī)劃愿景,江陰市在生態(tài)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃布局及其應(yīng)對策略方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1.1.2數(shù)據(jù)來源

所使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其說明見表1[16-17]。其中,所用土地利用數(shù)據(jù)為武漢大學(xué)制作的中國土地利用覆被數(shù)據(jù)集[16]。該數(shù)據(jù)集精度為30 m,總體精度優(yōu)于MCD12Q1、ESACCI _ LC、 FROM _ GLC 和 GlobaLand30等數(shù)據(jù)產(chǎn)品;生態(tài)保護(hù)紅線和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界數(shù)據(jù)來自所在地自然資源管理部門。所有數(shù)據(jù)均統(tǒng)一行政區(qū)邊界與坐標(biāo)投影(高斯-克呂格投影,1980年西安坐標(biāo)系)。

表1 數(shù)據(jù)來源及說明[16-17]

1.2 基于“問題-風(fēng)險(xiǎn)”認(rèn)知體系的生態(tài)保護(hù)修復(fù)研究框架

縱觀世界范圍內(nèi)區(qū)域生態(tài)保護(hù)修復(fù)活動(dòng),大致可分為3種類型：(1)針對區(qū)域重要的生態(tài)資源進(jìn)行保護(hù)[18],以避免遭受人類活動(dòng)破壞和干擾,如保護(hù)生物多樣性[19]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[20-21]和景觀多樣性[22];(2)針對受損或退化的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù),以遏制不可持續(xù)的利用,如全球森林恢復(fù)[23]、土壤微生物修復(fù)[24]和河流恢復(fù)[25];(3)針對氣候變化等不確定風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性管理,以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)彈性,如碳減排[26]。這些保護(hù)修復(fù)行動(dòng)計(jì)劃是人類主動(dòng)參與的生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)和管理活動(dòng),既包括對區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的綜合治理,又包括對產(chǎn)生區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)測評估與防控管理。然而,由于存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源多樣和不易量化的問題,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)活動(dòng)中往往容易被忽略。缺乏風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對管理措施的生態(tài)保護(hù)修復(fù)活動(dòng),可能會(huì)降低未來保護(hù)區(qū)規(guī)劃的效率和生態(tài)修復(fù)的綜合成效。

作為自然生態(tài)系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的潛在關(guān)聯(lián)者,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵作用。立足生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能視角,國土空間生態(tài)環(huán)境問題包括：(1)重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的保護(hù)欠缺問題,通過設(shè)立自然保護(hù)區(qū)、國家公園等形式進(jìn)行保護(hù)區(qū)規(guī)劃和管理,限制保護(hù)區(qū)內(nèi)部人類活動(dòng)強(qiáng)度[27];(2)受損或退化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的修復(fù)問題,通過基于自然解決方案[28]或者人工干預(yù)措施[29]修復(fù)生態(tài)系統(tǒng),遏制生態(tài)系統(tǒng)退化狀況。此外,仍需要增強(qiáng)針對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化問題的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知,通過降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以應(yīng)對各項(xiàng)社會(huì)挑戰(zhàn),增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)韌性。因此,“問題-風(fēng)險(xiǎn)”認(rèn)知體系是指通過解析區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),采取綜合治理和風(fēng)險(xiǎn)管控手段,開展國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)體系的研究。該體系可為解決生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能保護(hù)欠缺和退化問題以及減小生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給下降風(fēng)險(xiǎn)提供指導(dǎo)。

為共同維護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,基于“問題-風(fēng)險(xiǎn)”認(rèn)知體系的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局是指通過保護(hù)區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,以及降低服務(wù)功能退化風(fēng)險(xiǎn)等方式,立足保護(hù)區(qū)規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)工程和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理等措施,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有效發(fā)揮,保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可持續(xù)供給能力的國土空間生態(tài)安全格局的整體布局和系統(tǒng)謀劃(圖1)。

圖1 基于“問題-風(fēng)險(xiǎn)”認(rèn)知體系的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)

具體地,可分為以下3個(gè)步驟：(1)在研究時(shí)段內(nèi),對處于持續(xù)高值區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行保護(hù),制定保護(hù)區(qū)規(guī)劃策略以限制人類活動(dòng)強(qiáng)度,維持區(qū)域重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能;(2)在研究時(shí)段內(nèi),對出現(xiàn)明顯生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化的區(qū)域進(jìn)行修復(fù),通過自然或人工修復(fù)措施使得退化或喪失的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能得以恢復(fù);(3)在研究時(shí)段內(nèi),對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)管理,通過預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢采取相應(yīng)管控措施。考慮江陰市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程以及生態(tài)修復(fù)實(shí)施的可能性,將研究時(shí)段定為2000—2019年,并選取2000和2019年作為研究時(shí)點(diǎn)。

1.2.1重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià)

選取與生態(tài)保護(hù)修復(fù)關(guān)系密切的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能開展評價(jià)。相關(guān)研究指出與中國生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)關(guān)系密切的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,分別是植被碳固定、土壤保持、水源涵養(yǎng)與提供及棲息地提供[30]。根據(jù)《江蘇省縣級(jí)國土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)規(guī)劃編制指南(試行)》以及區(qū)域自然環(huán)境特征分析,最終選取固碳釋氧、水土保持、生境維持和水源涵養(yǎng)4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,分別采用InVEST模型中固碳量、土壤保持、生境質(zhì)量和產(chǎn)水量模塊進(jìn)行評價(jià)[31]。根據(jù)各項(xiàng)服務(wù)功能評價(jià)結(jié)果,采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對各服務(wù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以消除度量單位的影響。將各項(xiàng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果進(jìn)行疊加運(yùn)算,得到綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能?；跇?biāo)準(zhǔn)化結(jié)果,參照文獻(xiàn)[32],采用自然斷點(diǎn)法對各項(xiàng)服務(wù)功能進(jìn)行分級(jí)。

(1)生境維持服務(wù)

選取生境質(zhì)量模塊表征生境維持服務(wù)。生境質(zhì)量實(shí)際上是指生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給物種生存繁衍所需條件的潛力。InVEST模型假設(shè)生境質(zhì)量好的地區(qū),其生物多樣性也高。采用生境質(zhì)量指數(shù)來反映生境質(zhì)量,其計(jì)算公式為

(1)

式(1)中,Qxj為土地利用覆被(生境類型)j中柵格x的生境質(zhì)量;Dxj為土地利用覆被j中柵格x所受脅迫水平;k為半飽和常數(shù),通常取Dxj最大值的一半;Hj為土地利用覆被j的生境適宜性;z為歸一化常量,通常取值2.5;k為比例因子(常數(shù))。

InVEST模型中生境質(zhì)量是4個(gè)變量的函數(shù),即各期土地利用/覆被、各期脅迫因子圖層數(shù)據(jù)、脅迫因子表(包括脅迫強(qiáng)度、最大脅迫距離等)。將建設(shè)用地、耕地作為脅迫因子,各脅迫因子最大脅迫距離、權(quán)重以及不同生境類型對脅迫因子敏感性的設(shè)置結(jié)合InVEST模型實(shí)例,參照相似區(qū)域特征的研究結(jié)果[17]進(jìn)行綜合賦值。

(2)水源涵養(yǎng)服務(wù)

InVEST模型產(chǎn)水量是一種基于水量平衡的估算方法,以柵格為單元的降雨量減去實(shí)際蒸散發(fā)量后的水量即為產(chǎn)水量。產(chǎn)水量通過地形、土壤飽和導(dǎo)水率等因素進(jìn)行校正后即獲得區(qū)域水源涵養(yǎng)量,兩者空間分布相似?；诖?采用產(chǎn)水量表征水源涵養(yǎng)服務(wù)。產(chǎn)水量計(jì)算公式為

(2)

式(2)中,Yxj為第j類土地覆被柵格x的產(chǎn)水量,mm;TAExj為第j類土地覆被柵格x的實(shí)際蒸散發(fā)量,mm;Px為柵格x的降水量,mm。其中,

(3)

(4)

(5)

CAWx=min(DSx,DRx)CPAWx。

(6)

式(3)～(6)中,ωx為表征流域特征的非物理參數(shù);Rxj為潛在蒸散發(fā)量與降水量的比值,也稱為干旱系數(shù);TE0為潛在蒸散發(fā)量,或稱為參考蒸散發(fā)量,mm;k為某種植被類型的蒸散系數(shù);Z為Zhang系數(shù),表示降水分布和深度的參數(shù);CAWx為植被有效利用含水量,mm;DSx為最大土壤深度,mm;DRx為最大根系限制深度,mm;CPAWx為植物可利用水含量,mm。

(3)水土保持服務(wù)

土壤保持反映地表植被對水土流失量的降低狀況,也反映對研究區(qū)上游泥沙的攔截狀況。在InVEST模型中考慮了地塊攔截上游沉積物的能力,土壤保持量為土壤侵蝕減少量和泥沙持流量之和。土壤侵蝕減少量為潛在土壤侵蝕量與實(shí)際土壤侵蝕量之差,其中,潛在土壤侵蝕量為無植被覆蓋和水土保持措施下的土壤侵蝕量,實(shí)際土壤侵蝕量為考慮地表植被覆蓋和水土保持措施下的土壤侵蝕量。模型的主要公式為

TSEDREx=RxKxSLx(1-CxPx)+RSEDx,

(7)

(8)

EUSLx=RxKxSLxCxPx。

(9)

式(7)～(9)中,TSEDREx和RSEDx分別為柵格x的土壤保持量(t)和泥沙持流量(t);EUSLx和EUSLy分別為柵格x及其上坡柵格y的實(shí)際土壤侵蝕量,t;ESx為泥沙持留效率;Rx為降水侵蝕力因子,基于月降水量和年降水量計(jì)算[33];Kx為土壤可蝕性因子,利用WILLIAMS等[34]建立的公式計(jì)算;SLx為坡度坡長因子,無量綱;Cx和Px分別為植被與經(jīng)營管理因子和水土保持措施因子,借鑒相關(guān)研究成果[35-36],對Cx、Px因子賦值。

(4)固碳釋氧服務(wù)

選用InVEST 模型的碳存儲(chǔ)模塊估算研究區(qū)碳儲(chǔ)量。該模塊將陸地生態(tài)系統(tǒng)碳存儲(chǔ)分為4大基本碳庫,分別為地上生物量(土壤以上所有存活的植物材料)中所含碳、地下生物量(植物活的根系)中所含碳、土壤碳庫(礦質(zhì)土壤有機(jī)碳)和死亡的有機(jī)物質(zhì)(凋落物和已死亡的樹木)中所含碳[31]。將不同土地利用類型的4大碳庫相加,即可得到該區(qū)域碳儲(chǔ)總量,其計(jì)算公式為

(10)

式(10)中,Cx為區(qū)域x碳儲(chǔ)量,t;Axj為區(qū)域x中土地覆被類型j面積,hm2;Caj、Cbj、Csj和Cdj分別為土地覆被類型j的地上碳密度、地下碳密度、土壤碳密度和死亡有機(jī)物碳密度,t·hm2。參考具有相似自然氣候、地形和地貌條件的太湖流域相關(guān)參數(shù)設(shè)置[36],確定該研究區(qū)每種土地利用類型碳儲(chǔ)量。

1.2.2景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型是關(guān)于景觀干擾度和景觀脆弱度的函數(shù),具體評價(jià)模型為

(11)

式(11)中,RLEk為風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元k的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);N為景觀類型數(shù);Rki為風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元k中景觀類型i的景觀干擾度;Aki為風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元k中景觀類型i面積,hm2;Ak為景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元k總面積,hm2;Vk為風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元k的景觀脆弱度。

景觀干擾度指數(shù)(Rki)反映了景觀格局變化造成的生態(tài)損失風(fēng)險(xiǎn),其計(jì)算公式[22]為

Hki=aCki+bNki+cDki,

(12)

(13)

式(12)～(13)中,Hki為風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元k中景觀類型i的景觀干擾度;Cki、Nki和Dki分別為風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元k中景觀類型i的景觀破碎度、景觀分離度和景觀優(yōu)勢度;a、b、c分別為各個(gè)景觀格局指數(shù)的權(quán)重。

景觀脆弱度指數(shù)用于表示不同生態(tài)系統(tǒng)的易損程度,在以往研究中多采用土地利用類型專家打分法確定[37],但是該方法忽略了相同土地利用類型內(nèi)部差異。筆者研究改進(jìn)了僅基于景觀格局指數(shù)評價(jià)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型,采用4種標(biāo)準(zhǔn)化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià)結(jié)果量化景觀脆弱度,用以表征由于景觀格局變化所帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合相關(guān)研究[12]和城市景觀變化特點(diǎn),將風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)定為500 m×500 m格網(wǎng)。景觀破碎度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)和景觀優(yōu)勢度指數(shù)的權(quán)重分別賦值為0.6、0.3和0.1?；诰坝^生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果,將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)按照自然斷點(diǎn)法進(jìn)行劃分[38]。按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不同,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)需重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增加區(qū)和持續(xù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)兩種類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分布及變化

從2019年江陰市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能現(xiàn)狀評價(jià)結(jié)果(圖2)來看,研究區(qū)生境維持服務(wù)大部分處于最低和較低等級(jí),說明研究區(qū)生境維持服務(wù)的重要性程度較低。部分區(qū)域如長江沿線、南部連片的河蕩濕地以及中部丘陵林地提供了區(qū)域重要的生境維持服務(wù)。研究區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)空間分布與生境維持服務(wù)類似。江陰市水源涵養(yǎng)服務(wù)最高值主要分布在長江河道,涵蓋研究區(qū)主要的水源保護(hù)地,較高值區(qū)域則分布在中部若干山體,是重要的備用水源地。對于固碳釋氧服務(wù),大部分區(qū)域處于較低和最低水平,只有中部零散山體、丘陵的固碳釋氧服務(wù)較高。因此,江陰市固碳釋氧服務(wù)極重要區(qū)主要分布在觀山、秦望山、花山、定山和砂山等森林覆蓋區(qū)域。此外,得益于以平原為主的地形地貌,江陰市大部分區(qū)域水土保持服務(wù)值均較高。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值較高和最高區(qū)域分布在中部山體和長江沿線,最低區(qū)域分布在城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū),其余大面積區(qū)域處于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的中等水平。與2000年相比,部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均發(fā)生明顯退化。退化范圍主要集中在城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)周邊,這在一定程度上說明城市化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給產(chǎn)生了顯著的負(fù)面效應(yīng)。

圖2 2000和2019年研究區(qū)重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評價(jià)結(jié)果

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布特征

從時(shí)序上看,部分區(qū)域景觀破碎度、景觀分離度和景觀優(yōu)勢度發(fā)生明顯變化,而景觀干擾度格局特征變化相對不顯著(圖3)。2000—2019年研究區(qū)景觀破碎度高值區(qū)明顯增加,空間分布趨于破碎化;景觀分離度逐漸增強(qiáng),尤其是在研究區(qū)西部和中部部分區(qū)域,說明該區(qū)域景觀在地域分布上較為分散,破碎化程度較高;景觀優(yōu)勢度高值區(qū)發(fā)生明顯縮減,說明優(yōu)勢景觀類型面積在減少;景觀干擾度高值區(qū)分布零散,主要集中在人類活動(dòng)較強(qiáng)的城市化區(qū)域。

圖3 2000和2019年研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)測算結(jié)果與等級(jí)劃分

就景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)而言,2019年江陰市大部分區(qū)域處于較低和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(圖3),這與自身自然環(huán)境條件密切相關(guān)。較高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占區(qū)域總面積的7.38%,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比為38.14%,較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比為53.45%。較高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在長江沿線以及南部河流水系和河蕩濕地。從時(shí)序變化上來看,2000—2019年研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)明顯降低。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比增加126.53個(gè)百分點(diǎn),較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比減少27.76個(gè)百分點(diǎn)。較高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比與空間分布變化差異不大。風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生明顯降低的區(qū)域主要分布在城市建成區(qū)及城郊建設(shè)用地區(qū)、農(nóng)業(yè)景觀分布區(qū)。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布在濕地、森林和河流等自然生境景觀中。

2.3 生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局與對策

2.3.1生態(tài)保護(hù)修復(fù)總體格局

依據(jù)“問題-風(fēng)險(xiǎn)”的不同研究層級(jí),按照“生態(tài)系統(tǒng)問題或者風(fēng)險(xiǎn)特征+保護(hù)修復(fù)方式”的命名原則,將研究區(qū)國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局劃分為重要生態(tài)系統(tǒng)功能保護(hù)區(qū)、綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能修復(fù)區(qū)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)管控區(qū)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一般管控區(qū)4大類型(圖4)。(1)重要生態(tài)系統(tǒng)功能保護(hù)區(qū)在研究時(shí)段一直處于綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能最高和較高等級(jí),代表著區(qū)域重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能集中分布區(qū),在未來國土空間規(guī)劃中應(yīng)注重保護(hù),避免人類活動(dòng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給造成影響。該區(qū)域主要分布在長江、中部的山區(qū)森林景觀,其面積占區(qū)域總面積的6.68%。(2)綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能修復(fù)區(qū)是指在研究時(shí)段綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生顯著退化,包括由高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變?yōu)檩^低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能或者較低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變?yōu)樽畹蜕鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等情況。該區(qū)域人類活動(dòng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給造成明顯的負(fù)面效應(yīng),在未來國土空間規(guī)劃中應(yīng)加強(qiáng)自然或人工措施,恢復(fù)自然生態(tài)系統(tǒng)功能,增強(qiáng)整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給。該區(qū)域主要分布在各城鎮(zhèn)中心外圍區(qū)域,以建設(shè)用地為主,其面積占區(qū)域總面積的23.92%。(3)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)管控區(qū)是指在研究時(shí)段內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一直處于較高和高等級(jí)區(qū)域,表明該區(qū)域面臨較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化可能性較高,這些區(qū)域需制定綜合風(fēng)險(xiǎn)管控措施,如加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)管,在關(guān)鍵自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)建設(shè)保護(hù)區(qū),盡可能地降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化風(fēng)險(xiǎn)。該區(qū)域主要分布在長江沿線、錫澄運(yùn)河和徐霞客鎮(zhèn)南部支流,其面積占區(qū)域總面積的5.34%。(4)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一般管控區(qū)是指在研究時(shí)段生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)處于增加狀態(tài)的區(qū)域,這些區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增加。在未來應(yīng)制定完善的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制,對風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)狀態(tài)持續(xù)跟蹤監(jiān)測,必要時(shí)啟動(dòng)重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控措施進(jìn)行生態(tài)保護(hù)修復(fù)綜合治理。該區(qū)域空間分布細(xì)碎零散,較大斑塊分布在綺山應(yīng)急備用水源保護(hù)區(qū)、江陰敔山灣湖,土地利用類型以水域?yàn)橹?其面積占區(qū)域總面積的4.63%。

圖4 研究區(qū)生態(tài)保護(hù)修復(fù)總體格局與對策分析

2.3.2生態(tài)保護(hù)修復(fù)對策

針對生態(tài)保護(hù)修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域采取差異化生態(tài)保護(hù)修復(fù)策略(表2),以實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可持續(xù)利用。由于風(fēng)險(xiǎn)增加區(qū)、持續(xù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)可能與保護(hù)區(qū)和退化修復(fù)區(qū)發(fā)生空間重疊,應(yīng)統(tǒng)籌考慮不同類型生態(tài)保護(hù)修復(fù)對策,綜合安排保護(hù)修復(fù)時(shí)序,避免具體對策之間的沖突。遵循以“保護(hù)優(yōu)先,自然修復(fù)”為主的原則,對多重屬性的生態(tài)保護(hù)修復(fù)區(qū)域進(jìn)行綜合解析,提出相應(yīng)的治理對策。在重要生態(tài)系統(tǒng)功能保護(hù)區(qū)增加水域和森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù),將保護(hù)空缺區(qū)域(如定山、綺山、鳳凰山、觀西第一林場、華西世界公園和五峰頂?shù)葏^(qū)域)納入現(xiàn)有的保護(hù)區(qū)規(guī)劃體系,并加強(qiáng)監(jiān)管以維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。在綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)修復(fù)區(qū)應(yīng)根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況進(jìn)行生態(tài)修復(fù)規(guī)劃和試點(diǎn)工程部署,需重點(diǎn)關(guān)注綺山森林公園南側(cè)的耕地景觀生態(tài)修復(fù)工作。通過設(shè)立耕地功能修復(fù)試點(diǎn),推廣綠色高效農(nóng)業(yè)種植模式,實(shí)施耕地污染防控與修復(fù)技術(shù),營造多功能農(nóng)業(yè)景觀體系,提升耕地景觀生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。對于生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重的區(qū)域,應(yīng)采取必要的工程修復(fù)措施,在遵循基于自然解決方案的原理基礎(chǔ)上進(jìn)行局地尺度的生態(tài)修復(fù)規(guī)劃設(shè)計(jì)。同時(shí),將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因素納入生態(tài)保護(hù)修復(fù)監(jiān)察體系,加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域(持續(xù)高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)持續(xù)增加區(qū)域)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)監(jiān)測與防控。對于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)管控區(qū),需加強(qiáng)河流景觀風(fēng)險(xiǎn)管理,在錫澄運(yùn)河、徐霞客鎮(zhèn)南部支流等地設(shè)立重要水源地保護(hù)區(qū)。對于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一般管控區(qū)應(yīng)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制,重點(diǎn)加強(qiáng)江陰敔山灣湖的水質(zhì)監(jiān)測和管護(hù)。

表2 生態(tài)保護(hù)修復(fù)區(qū)域與對策

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

既往國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局研究多通過生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)綜合評價(jià)以及區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,發(fā)掘保護(hù)欠缺和生態(tài)系統(tǒng)退化的問題區(qū)域,而對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知往往缺乏考慮。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)作為區(qū)域生態(tài)問題研究的重要內(nèi)容,應(yīng)納入國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)分區(qū)體系。筆者通過構(gòu)建“問題-風(fēng)險(xiǎn)”認(rèn)知體系的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)研究框架,立足區(qū)域重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化風(fēng)險(xiǎn)等問題,并兼顧區(qū)域重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的保護(hù)需求,較為全面地開展了生態(tài)保護(hù)修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域識(shí)別與策略研究,為快速城鎮(zhèn)化地區(qū)的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局構(gòu)建與對策制定提供指導(dǎo)。

筆者研究旨在構(gòu)建快速城鎮(zhèn)化地區(qū)的國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局的識(shí)別體系,并為類似區(qū)域的生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作提供案例基礎(chǔ)?？紤]江陰市近年來社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)修復(fù)可能性,筆者研究的評價(jià)基期是2000和2019年,并未對長時(shí)間、連續(xù)序列的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化情況進(jìn)行分析。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型具有多樣性,筆者選取與生態(tài)保護(hù)修復(fù)密切相關(guān)的4類重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,對糧食供給、景觀文化等服務(wù)未納入分析范圍。此外,由于不同研究方法的差異,結(jié)果的分析精度也存在一定區(qū)別,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià)結(jié)果精度為30 m,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)設(shè)定為500 m×500 m格網(wǎng),不同研究精度對國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)格局的影響仍需進(jìn)一步研究。關(guān)于綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、景觀干擾度計(jì)算過程的權(quán)重設(shè)置,仍需根據(jù)不同研究區(qū)的實(shí)際情況差異進(jìn)行合理調(diào)整。

3.2 結(jié)論

(1)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間分布差異明顯,部分區(qū)域發(fā)生顯著退化。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給現(xiàn)狀較高區(qū)域分布在中部森林和沿江景觀,較低區(qū)域分布在城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū),其余大面積區(qū)域處于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給的中等水平。2000—2019年,江陰市各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生不同程度的退化,城市化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給產(chǎn)生了顯著的負(fù)面影響。

(2)研究區(qū)整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平較低,部分區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)明顯降低。研究區(qū)2019年較高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比為7.38%,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比為38.14%,較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比為53.45%。在研究期間,研究區(qū)較高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比與空間分布差異變化不大。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)發(fā)生明顯降低的區(qū)域主要分布在城市建成區(qū)及城郊建設(shè)用地區(qū)、農(nóng)業(yè)景觀分布區(qū)。

(3)針對生態(tài)保護(hù)修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域,采取差異化的整治修復(fù)策略。重要生態(tài)系統(tǒng)功能保護(hù)區(qū)主要分布在長江、中部的山區(qū)森林景觀,其面積占區(qū)域總面積的6.68%,未來應(yīng)增加水域和森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù),將保護(hù)空缺區(qū)域(如定山、綺山等區(qū)域)納入現(xiàn)有的保護(hù)區(qū)規(guī)劃體系。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能修復(fù)區(qū)主要分布在各城鎮(zhèn)中心的外圍區(qū)域,其面積占區(qū)域總面積的23.92%。在該區(qū)域可適度開展生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)工程建設(shè),重點(diǎn)關(guān)注綺山森林公園南側(cè)的耕地景觀生態(tài)修復(fù)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)管控區(qū)主要分布在長江沿線、錫澄運(yùn)河和徐霞客鎮(zhèn)南部支流,其面積占區(qū)域總面積的5.34%,未來需加強(qiáng)河流景觀風(fēng)險(xiǎn)管理和重要水源地的保護(hù)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一般管控區(qū)空間分布較為零散,其面積占區(qū)域總面積的4.63%,應(yīng)構(gòu)建河湖水系的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制,重點(diǎn)加強(qiáng)江陰敔山灣湖的水質(zhì)監(jiān)測和管護(hù)。