全域土地綜合整治背景下樂平市生態(tài)安全格局構建與優(yōu)化研究

向文武　蔡海生　張學玲　查東平

［關鍵詞］ MSPA；MCR；重力模型；生態(tài)安全格局；全域土地綜合整治；樂平市

［摘 要］ 全域土地綜合整治對于促進耕地保護、實現(xiàn)土地集約節(jié)約、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有非常積極的作用。樂平市是江西省全域土地綜合整治試點，為實現(xiàn)對礦產資源型地區(qū)生態(tài)安全格局構建與優(yōu)化的目標，運用形態(tài)學空間格局分析法（MSPA）、景觀連通性指數(shù)提取生態(tài)源地，通過最小累積阻力模型（MCR）和重力模型提取生態(tài)廊道和節(jié)點，分析區(qū)域生態(tài)安全格局現(xiàn)狀并探索樂平市生態(tài)安全格局優(yōu)化方案。結果表明：樂平市有生態(tài)源地19處、生態(tài)廊道74條、生態(tài)節(jié)點44個，呈現(xiàn)地區(qū)不均勻分布的特點；生態(tài)安全水平總體上不高，生態(tài)網絡連通性一般，生態(tài)阻力大；優(yōu)化后的生態(tài)安全格局新增生態(tài)源地9處、生態(tài)廊道19條、生態(tài)節(jié)點7個，形成了“一軸三帶三區(qū)”的戰(zhàn)略布局。

［中圖分類號］ X826 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1000－0941（2023）07－0005－07

全域土地綜合整治是生態(tài)保護修復的實施載體，生態(tài)安全格局的構建與優(yōu)化是生態(tài)保護修復的實施途徑，科學合理的生態(tài)安全格局構建是精準有效實施全域土地綜合整治、提高生態(tài)安全水平的具體抓手，兩者相輔相成、互為支撐?；谌蛲恋鼐C合整治開展生態(tài)保護修復是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和美麗中國的重要舉措。隨著社會經濟發(fā)展進程不斷加快，人類對大部分自然資源的使用已經逼近或者達到生態(tài)承載力上限，生態(tài)系統(tǒng)在數(shù)量和質量上均遭到破壞，國土空間生態(tài)安全受到威脅[1]。在此背景下，作為生態(tài)保護修復項目實施的新方向，隨著鄉(xiāng)村振興的不斷推進，全域土地綜合整治逐漸向系統(tǒng)化、全局化演進。全域土地綜合整治明確要求保護和恢復區(qū)域生態(tài)功能，維護生物多樣性?；谏鲜鲆螅瑯嫿ㄉ鷳B(tài)安全格局并進行優(yōu)化研究，對于保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、提高生態(tài)系統(tǒng)供給能力具有重要意義。

全域土地綜合整治的前提是對區(qū)域生態(tài)安全格局的研判，而生態(tài)安全格局目前較成熟的研究范式[2-3]是“識別源地—構建阻力面—提取廊道及節(jié)點”，已在不同尺度和典型區(qū)域得到了廣泛應用。其中：生態(tài)源地是具有重要生態(tài)功能和較強敏感性的大型生境斑塊，如自然保護區(qū)、森林公園、濕地公園等，通常運用生態(tài)系統(tǒng)服務和權衡的綜合評估模型（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs，InVEST）[4]、形態(tài)學空間格局分析法（Morphological Spatial Pattern Analysis，MSPA）[5]、模型指標法[6]提??；阻力面反映了物種空間擴散和潛在流動面臨的阻礙和困難程度，通常運用地類賦值[7-8]、修正指數(shù)[9]、最小累積阻力模型 （Minimum Cumulative Resistance，MCR） [10-11]構建；生態(tài)廊道是物種遷移擴散的通道，通常運用電路理論[12]、重力模型[4]、成本路徑[13]等方法提取。上述研究理論和方法豐富了生態(tài)保護修復研究，但全域土地綜合整治是對生態(tài)安全格局的系統(tǒng)保護和整體修復，因此本研究基于“源地—阻力面—廊道與節(jié)點”的生態(tài)安全格局，識別生態(tài)建設、保護帶和生態(tài)保育區(qū)，提出具體有效的生態(tài)保護修復與空間優(yōu)化方案，從而統(tǒng)籌宏觀空間優(yōu)化和具體生態(tài)保護修復措施，相比生態(tài)修復的工程措施研究考量更加系統(tǒng)，更有利于生態(tài)系統(tǒng)功能整體發(fā)揮。本研究以江西省樂平市為例，以資源型城市的生態(tài)安全格局構建與優(yōu)化為切入點，基于生態(tài)源地識別、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點判別，進行生態(tài)安全格局優(yōu)化分區(qū)，并提出優(yōu)化策略，以期在全域土地綜合整治中為區(qū)域生態(tài)保護修復提供參考。

1 研究區(qū)概況及研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

樂平市位于江西省東北部，地理位置116°53′36″～117°32′40″E、28°42′14″～29°23′24″N，行政區(qū)劃總面積1 980.11 km2，下轄16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2個街道和2個鄉(xiāng)級園區(qū)。樂平市礦產資源豐富，還是全國商品糧基地、江西省最大的無公害蔬菜生產基地等，但過于偏重礦產開采和農業(yè)生產的經濟發(fā)展模式也導致了一系列生態(tài)環(huán)境問題，比如地表沉降、土壤損失、植被破壞、耕地損毀、固體廢棄物污染等。在生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展戰(zhàn)略導向下，江西省自然資源廳將樂平市列為全省首批全域土地綜合整治試點區(qū)，重點開展全域生態(tài)安全格局宏觀把控和生態(tài)保護修復精準施策方面的研究。本研究對樂平市開展生態(tài)安全格局構建與優(yōu)化修復研究，對于同類型城市或地區(qū)具有代表性和示范性。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究植被覆蓋數(shù)據(jù)來源于中國科學院生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心（http：//www.nesdc.org.cnHYPERLINK"http：//www.nesdc.org.cn"），分辨率為30 m，并進行歸一化處理。土地利用數(shù)據(jù)、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.cnHYPERLINK"http：//www.gscloud.cn"）。以地理空間數(shù)據(jù)云平臺2020年分辨率為30 m和行列號分別為121/40、120/40的Landsat8 OLI遙感影像為基礎，利用軟件ENVI5.3進行解譯處理，結合《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）、樂平市土地調查數(shù)據(jù)得到2020年樂平市土地利用數(shù)據(jù)，并根據(jù)生態(tài)源地識別和生態(tài)阻力面構建的需要劃分為城鎮(zhèn)及其他建設用地、農村居民點、耕地、草地、水域、林地和其他土地7類，其中采礦點數(shù)據(jù)根據(jù)樂平市自然資源局土地利用調查結果進行提取。其他參考數(shù)據(jù)包括《樂平市礦產資源總體規(guī)劃（2021—2035）》（公示稿）、樂平市生態(tài)保護紅線等來源于樂平市自然資源和規(guī)劃局。

2 研究方法

2.1 形態(tài)學空間格局分析

生態(tài)源地是生態(tài)用地保護的“源”，其生境質量高、生態(tài)功能良好，作為生物資源豐富的集聚地，具有穩(wěn)定性、擴展性等。本研究基于2020年樂平市土地利用柵格數(shù)據(jù)，運用形態(tài)學空間格局分析法（MSPA），利用Guidos軟件，采用八臨域分析法對土地利用進行MSPA分析，識別出研究區(qū)的核心區(qū)、孤島、分支、邊緣區(qū)、穿孔、環(huán)道區(qū)和橋接區(qū)等，得到7種互不重疊的景觀類型，結合Conefor軟件計算斑塊的景觀（可能）連通性（PC）與斑塊連通的重要性（dPC）。斑塊連通性的值越大，斑塊連通性越強；斑塊連通重要性的值越大，斑塊連通重要性越強[14]。其計算公式分別為

2.2 最小累積阻力模型

1）阻力因子選取。生態(tài)阻力是指物種及生態(tài)功能在對空間的控制和覆蓋過程中所需克服的阻力。阻力值越低，區(qū)域生態(tài)功能越完善，生態(tài)服務價值越高[15]。參考文獻[16-17]與專家意見，從自身因子和干擾因子兩方面選取8個影響樂平市生態(tài)安全格局的生態(tài)因子進行阻力賦值，除次要因子高程賦值1～50外，其余因子均賦值1～100，對應權重采用Yaahp軟件分析確定，經過一致性檢驗，最終得到生態(tài)阻力因子賦值見表1。

2）最小累積阻力計算。最小累積阻力模型 （MCR） 是由俞孔堅等根據(jù)KNAAPPEN等的研究改進而來，它的原理是模擬計算生態(tài)源地之間物種及生態(tài)功能遷移所需克服的最小累積阻力，以判斷斑塊之間的物質和能量流動趨勢。具體計算公式為

評價指標反映了生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點的數(shù)量關系，指標數(shù)值的大小反映了生態(tài)網絡結構的復雜程度和生態(tài)效能情況。其中：α指數(shù)越大表示生態(tài)網絡中生物循環(huán)和流通越暢通；β指數(shù)越大表示生態(tài)網絡中生態(tài)源地之間連接越緊密；γ指數(shù)越大表示生態(tài)節(jié)點之間連接程度越好；CostRatio指數(shù)表示投入與產出的關系，數(shù)值越低越有利于生態(tài)網絡建設。

3 結果分析

構建樂平市生態(tài)安全格局可以掌握生態(tài)要素的現(xiàn)狀格局，明確當前生態(tài)源地、生態(tài)節(jié)點、生態(tài)廊道及生態(tài)阻力的分布格局，以便開展全域土地綜合整治生態(tài)保護修復項目，促進生態(tài)價值顯化。

3.1 生態(tài)源地識別

基于2020年30 m×30 m土地利用柵格單元，考慮到樂平市景觀格局現(xiàn)狀中林地、水域分布區(qū)域集中且穩(wěn)定、受人類干擾少、生態(tài)服務功能好，運用ArcGIS 10.2軟件重分類功能將林地、水域作為MSPA分析的前景數(shù)據(jù)設為2，其余地類作為背景數(shù)據(jù)設為1，空白區(qū)域設為0。運用Guidos軟件分析得到MSPA景觀類型（圖1）。并運用Confer2.6軟件計算PC和dPC，其中連通概率設為0.5。根據(jù)MSPA分析和dPC計算結果，選取斑塊面積＞250 hm2且dPC＞4.0的18塊核心區(qū)域作為生態(tài)源地，此外樂安河是重要的生態(tài)功能服務地，也將其列為生態(tài)源地，共選取19塊區(qū)域作為生態(tài)源地（圖1）。研究區(qū)生態(tài)源地面積共482.63 km2，占總面積的24.37%，生態(tài)源地土地利用類型以林地、水域為主，主要分布在市域北部及東南部山地丘陵地區(qū)。

3.2 生態(tài)阻力面構建

根據(jù)生態(tài)因子賦值結果（表1），運用ArcGIS 10.2重分類功能和柵格計算器得到樂平市生態(tài)因子阻力面（圖2）。圖2中，生態(tài)因子阻力值越大，表明穿越該斑塊所耗費的成本越高。研究區(qū)生態(tài)阻力高值區(qū)域總體上位于人類活動密集區(qū)，這些區(qū)域人口密度大，交通線密集，土地利用強度大，植被覆蓋度低，生態(tài)破壞較為嚴重。通過綜合阻力面可以看出，樂平市中部、西部地區(qū)及東部丘陵地勢平坦地區(qū)的生態(tài)阻力值較大，西北和南部地區(qū)生態(tài)阻力值較小，呈現(xiàn)由中部向四周輻射降低的特點，是典型的高原型阻力面分布類型。

由圖2可知，阻力值出現(xiàn)最大值的地類主要有居民點、交通線和采礦點，其分布區(qū)域廣泛，是綜合阻力面的主要阻力因素，其余地類的阻力值高值區(qū)域較少，這表明樂平市生態(tài)安全格局主要受到居民點、交通線和采礦點的影響，即人類活動是影響生物遷移交換的主要阻力。

3.3 生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點選取

通過ArcGIS 10.2軟件成本距離、成本路徑分析，剔除距離較遠和累積阻力較大的成本路徑，最終得到19個生態(tài)源地之間的潛在生態(tài)廊道74條。根據(jù)重力模型的計算結果，篩選出重要生態(tài)廊道30條，其余44條為一般生態(tài)廊道。通過生態(tài)廊道分布圖[圖3（a）]統(tǒng)計重要生態(tài)廊道長度共170.19 km，占潛在生態(tài)廊道總長度的38.04%。

通過ArcGIS 10.2軟件水文分析功能提取樂平市最大生態(tài)阻力值脊線，并與重要生態(tài)廊道、一般生態(tài)廊道經過相交分析得到生態(tài)節(jié)點，最終共提取重要生態(tài)節(jié)點16個、一般生態(tài)節(jié)點30個，生態(tài)節(jié)點分布見圖3（a）。由圖3（a）可知，樂平市生態(tài)廊道整體連接程度一般，空間閉合程度一般，且空間分布不均勻。其中，生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點主要分布在樂平市南部、東北部地區(qū)，這些地區(qū)生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點較多且分布較密集，使得區(qū)域內生態(tài)源地較好地連接了起來；而中部平原與丘陵地區(qū)等綜合生態(tài)阻力值較高的區(qū)域，生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點缺失，加之人類聚集容易造成生態(tài)廊道斷裂，因此生態(tài)功能薄弱，不利于物種遷移交換，需要加大投入，建設和保護區(qū)域內潛在生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點。

3.4 生態(tài)安全格局構建與分析

基于MSPA與MCR生態(tài)阻力分析，構建“源地—廊道—節(jié)點”三位一體的樂平市生態(tài)安全格局，見圖3（a）。由圖3（a）可見，樂平市生態(tài)安全格局景觀連通性總體水平不高；生態(tài)網絡整體上表現(xiàn)為生態(tài)廊道閉合、連接性一般，生態(tài)源地、廊道、節(jié)點較多但空間分布不均勻。

通過自然斷點法將綜合生態(tài)阻力值分級得到生態(tài)安全等級，見圖3（c）。統(tǒng)計得到生態(tài)安全較低和低等級區(qū)域面積為1 493.24 km2，占總面積的75.41%，集中分布在市域中西部、東南部地區(qū)。這些區(qū)域是城市化發(fā)展的重要區(qū)域，人類活動密集，分布有少量生態(tài)節(jié)點和細長的生態(tài)廊道，但與其他生態(tài)源地連通性較差，難以進行物種交換遷移，已經形成了生態(tài)孤島，需要進行重點保護和生態(tài)建設。生態(tài)安全等級高和較高的區(qū)域面積僅486.87 km2，占總面積的24.59%，主要分布在市域南端、東南部和東北部地區(qū)。這些區(qū)域內林地、大型水庫眾多，海拔較高且坡度變化大，人類活動干擾少，分布著除樂安河外的全部生態(tài)源地，為市域生態(tài)安全提供了重要的物質支撐，是維護生態(tài)系統(tǒng)服務功能的主要地區(qū)，需要長期堅持保護。

通過生態(tài)網絡完整度評價，能夠判斷樂平市生態(tài)安全格局中的生態(tài)網絡連接情況。其中：α值在0～1之間，數(shù)值越大則生態(tài)網絡越暢通；樂平市α指數(shù)值為0.33，表明生態(tài)網絡中物種交換、遷移受到的阻力較大。β值＞1時，表明區(qū)域生態(tài)節(jié)點間連接線較多；樂平市β值為1.61，略高于1，說明該區(qū)域生態(tài)廊道連通性一般。γ值在0～1之間，數(shù)值越大則生態(tài)節(jié)點連接性越強；樂平市γ值為0.56，表明該區(qū)域生態(tài)節(jié)點連接性不強。CostRatio指數(shù)值在0～1之間，數(shù)值越大表明物種交換遷移成本越高；樂平市CostRatio指數(shù)值為0.81，說明成本比較高，原因主要是生態(tài)源地空間跨度大，部分源地之間物種遷移、交換需要經過的路程遠。因此，樂平市需要擴張生態(tài)源地，增加生態(tài)節(jié)點，建設重點生態(tài)廊道，以促進生態(tài)安全格局優(yōu)化。

3.5 生態(tài)安全格局空間優(yōu)化

1）生態(tài)源地。為了增強現(xiàn)有生態(tài)源地之間物種交換遷移的物質流和能量流，通過對研究區(qū)已有生態(tài)源地進行500、1 000 m緩沖區(qū)分析發(fā)現(xiàn)，緩沖距離達到1 000 m時生態(tài)源地之間斑塊連接處較多，提高了源地之間的連接性，說明需要加強生態(tài)源地周圍1 000 m范圍內的生態(tài)保護，而1 000 m緩沖區(qū)覆蓋面積為1 449.57 km2，覆蓋全市73.21%的區(qū)域，能有效促進全市的生態(tài)源地保護。同時，為了優(yōu)化生態(tài)源地空間分布格局、增加市域內以及市域內外物種遷移過程中的休憩和調整空間，結合研究區(qū)生態(tài)保護紅線劃定范圍，在西部和西北部生態(tài)紅線和生態(tài)源地缺失的地區(qū)選取面積較大或斑塊連通性較強的9個斑塊作為“踏腳石”型生態(tài)源地，以增強市域西部地區(qū)生物遷移交換的棲息地。最終得到研究區(qū)生態(tài)源地優(yōu)化結果見圖3（b），優(yōu)化后共得到28塊生態(tài)源地。

2）生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點。為了進一步提高生態(tài)源地之間的連通性，重復運用前文成本距離、成本路徑工具，模擬得到優(yōu)化生態(tài)源地之間的生態(tài)廊道，以連通性和阻力值為條件，篩選出連通性較強、阻力值較小的新增生態(tài)廊道19條，新增生態(tài)廊道長度167.54 km。此外考慮到樂安河及其岸線濕地對物種遷移交換的重要作用，也將其列為優(yōu)化生態(tài)廊道范疇。優(yōu)化后的生態(tài)廊道增加了生態(tài)源地之間的連接性，為物種遷移交換增添了路徑。為了保障生態(tài)廊道的暢通和穩(wěn)定性，還需要進行生態(tài)廊道保護帶建設，如投入工程保護措施，建設30 m寬度的生態(tài)廊道帶。

生態(tài)節(jié)點是生態(tài)網絡中物種遷移交換的關鍵點，對生態(tài)網絡的暢通起到了關鍵作用。為了增強生態(tài)網絡的暢通性，提取最大阻力脊線與生態(tài)廊道交點，新增生態(tài)節(jié)點7個。同時生態(tài)廊道的交點既是物種遷移的交匯點，也是生態(tài)網絡中的脆弱點。為了提高生態(tài)網絡穩(wěn)定性，需要開展對生態(tài)節(jié)點的保護修復，減少人類活動的干擾。具體做法如建設生態(tài)保護帶、架設通行橋梁等為物種遷移提供通道，促進區(qū)域之間生物交換流通。

3）生態(tài)安全格局戰(zhàn)略設計。以樂平市生態(tài)安全格局構建為基礎，以保護優(yōu)先、綠色發(fā)展為原則，以優(yōu)化空間格局為目標，最終達到增強生態(tài)網絡連通性、保護生態(tài)源地的效果。通過生態(tài)問題的分析，結合樂平市區(qū)位設計“一軸三帶三區(qū)”的生態(tài)安全格局戰(zhàn)略策略，見圖3（c）。其中：①樂安河生態(tài)建設軸。該區(qū)是連接南北的重要生態(tài)源地，阻礙了陸生生物的南北遷移，需要加強沿岸生態(tài)防護林建設，重點推進水生態(tài)保護修復。②西部生態(tài)建設帶。該區(qū)以新增生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點為主，區(qū)域內生態(tài)阻力較大，因此需要注重生態(tài)修復，恢復采礦地生態(tài)，構建生態(tài)廊道緩沖帶，促進西部地區(qū)的物種交換遷移。③中部生態(tài)修復帶。中部南北貫通的兩條生態(tài)修復帶總體上分布在丘陵山谷地區(qū)，區(qū)域內人類活動頻繁、交通線密集，形成了眾多孤島，應當加強對生態(tài)脆弱點的修復和保護，加寬道路綠化帶，從而增強生態(tài)系統(tǒng)的連通性，減小生物遷移阻力。④北部生態(tài)保育區(qū)、東部生態(tài)保育區(qū)、南部生態(tài)保育區(qū)。該區(qū)域生態(tài)源地多，生態(tài)阻力值總體較低，是重要的物種棲息地，需要禁止生態(tài)破壞行為，避免破壞生物生存環(huán)境。3個生態(tài)保育區(qū)面積共1 025 km2，占全市總面積超50%，能有效提升全市生態(tài)環(huán)境質量。

4 結論與討論

4.1 結 論

基于全域土地綜合整治視角，構建樂平市生態(tài)安全格局，并設計生態(tài)安全格局優(yōu)化策略。研究結論：①通過MSPA分析，以景觀連通重要性和斑塊面積為依據(jù)，選取19個生態(tài)源地，面積共482.63 km2，占樂平市總面積的24.37%，源地分布以樂安河為南北界線，集中在北部和東南部地區(qū)。②通過MCR累積阻力面和重力模型構建樂平市生態(tài)安全格局，得到有效生態(tài)廊道74條、生態(tài)節(jié)點44個。總體上生態(tài)安全等級不高且局部地區(qū)生態(tài)問題突出，生態(tài)網絡連通性一般，表現(xiàn)出較強的生態(tài)保護修復需求。③基于“點-線-面”的生態(tài)安全格局，從節(jié)點、廊道、源地三方面入手優(yōu)化生態(tài)安全格局，并設計“一軸三帶三區(qū)”的生態(tài)安全戰(zhàn)略布局，提出了市域尺度的優(yōu)化策略。④優(yōu)化后的生態(tài)安全格局擁有28個生態(tài)源地、93條生態(tài)廊道、51個生態(tài)節(jié)點，將為生物遷移流動提供更多的休憩和調整空間。其中，生態(tài)廊道的建設能夠增強區(qū)域內生物流通性，生態(tài)節(jié)點的建設有助于加強對生態(tài)廊道薄弱點的保護，提高生態(tài)網絡的穩(wěn)定性。

4.2 討 論

通過MSPA和MCR模型的運用，識別了樂平市生態(tài)安全格局總體問題，找出了生態(tài)安全格局的優(yōu)化路徑，有助于生態(tài)系統(tǒng)的維護。本研究綜合考慮多方面因素，MSPA分析的多形態(tài)運算能夠更好地識別重要生境斑塊，同時景觀連通性和斑塊連通重要性能夠為生態(tài)廊道的篩選提供客觀依據(jù)，避免了主觀判斷的干擾，因此研究結果具有較高的準確性和可信度。此外，生態(tài)安全格局的形成是一個多因素綜合作用的結果，后續(xù)應加強從時間序列分析生態(tài)系統(tǒng)的演變過程，注重從時間上和空間上雙重優(yōu)化。同時，本研究中樂安河作為一個更大范圍的生態(tài)系統(tǒng)，后續(xù)可以加強流域視角的生態(tài)安全格局構建與優(yōu)化。

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收稿日期：2023-04-19

基金項目：國家自然科學基金項目（31660140）；江西省高校人文社科重點研究基地項目（2018-32）；江西省自然資源權益與儲備保障中心項目（QY20220084）

第一作者：向文武（1993—），男，四川蒼溪人，碩士，研究方向為土地經濟和土地生態(tài)。

通信作者：蔡海生（1972—），男，江西萬年人，教授，博士，博士生導師，研究方向為土地經濟和土地生態(tài)。

E-mail： 1247650750@qq.com

（責任編輯 李楊楊）