顧及石漠化敏感性的山地型城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
——以云南省曲靖市為例

陳 艷,馬月偉,*,潘健峰,馮小鶴

1 西南林業(yè)大學(xué)地理與生態(tài)旅游學(xué)院,昆明 650224 2 云南師范大學(xué)地理學(xué)部,昆明 650224

優(yōu)化國土空間開發(fā)保護(hù)格局和提升區(qū)域生態(tài)安全是生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)之一[1]。隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速推進(jìn),資源緊缺、生態(tài)退化、環(huán)境污染等問題日益明顯,生態(tài)安全修復(fù)與保護(hù)迫在眉睫[2]。構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對于保障城鄉(xiāng)生態(tài)安全、緩解生態(tài)環(huán)境壓力具有重大意義[3],是恢復(fù)維持生物連通性和生境連續(xù)性的關(guān)鍵手段[4],也是優(yōu)化國土空間結(jié)構(gòu)的有效方法[5]。在這一背景下,如何以維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與健康為前提[6],精準(zhǔn)識別關(guān)鍵保護(hù)區(qū)是構(gòu)建生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),也是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。

目前學(xué)術(shù)界關(guān)于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究已初步形成了“源地識別—構(gòu)建阻力面—生態(tài)廊道與節(jié)點提取”的基本范式[7]。生態(tài)源地是物種擴散和維持區(qū)域生態(tài)安全的源點,以往研究主要借助于直接法或綜合指標(biāo)法等實現(xiàn)[8]。然而,前者未充分考慮綜合環(huán)境對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的差異性特征的響應(yīng)[9];相比之下,綜合指標(biāo)法能夠有效辨識自然系統(tǒng)與社會系統(tǒng)的空間特征[10],因而得到了廣泛應(yīng)用。盡管在源地識別方面積累了豐富的成果,但大量研究僅局限于生態(tài)系統(tǒng)本身的功能屬性或生態(tài)重要性[9],將生態(tài)系統(tǒng)功能和狀態(tài)相結(jié)合納入識別源地的研究較少。生態(tài)阻力面是生成生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的核心環(huán)節(jié)[11],其反映了生物遷徙過程中所面臨的障礙,多借助于經(jīng)驗法判斷[12],然而該方法并不適用于地形復(fù)雜的高原山區(qū),且對于地表崎嶇、山高坡陡的喀斯特山地城市,采用經(jīng)驗法賦值會忽略地貌因素對于物種遷徙的阻礙作用。借助于石漠化敏感性對基于地類的生態(tài)阻力面進(jìn)行修正,則可以提高阻力面設(shè)置的科學(xué)性,但相關(guān)研究還有待深入。生態(tài)廊道是生態(tài)源地之間供以物種遷徙及能量交換的通道[13],常通過最小累積阻力模型、蟻群模型、電路理論等方法提取,其中最小累積阻力模型的應(yīng)用廣泛[6]。既有研究積累了豐富的成果,但在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的理論指引與具體實踐等方面仍存在脫節(jié)[14],可能會影響生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的客觀性。綜上,充分考慮生態(tài)系統(tǒng)的功能與狀態(tài)特征,構(gòu)建能反映區(qū)域環(huán)境特色的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),是目前生態(tài)安全格局研究中關(guān)注的重點問題。

生態(tài)系統(tǒng)健康是保障生態(tài)系統(tǒng)功能在持續(xù)健康狀態(tài)下提供服務(wù)的重要基礎(chǔ),同樣也是優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間格局的重要前提[6—15]。目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康的評估體系主要包括壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型、活力-組織力-恢復(fù)力(VOR)模型等[16],其中活力-組織力-恢復(fù)力(VOR)模型可用于反映生態(tài)系統(tǒng)的整體性與結(jié)構(gòu)性特征,但缺乏將社會-自然系統(tǒng)相互耦合的橋梁,而Costanza提出的活力-組織力-恢復(fù)力-服務(wù)(VORE)模型能夠客觀地反映人類活動對于生態(tài)系統(tǒng)的擾動[17],并表征綜合景觀對區(qū)域環(huán)境的影響,由此可實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)的基本判別。當(dāng)前,生態(tài)系統(tǒng)健康評價廣泛應(yīng)用于河流、海岸帶、森林等生態(tài)系統(tǒng)的研究中,為降低生境破碎化、保障區(qū)域生態(tài)安全提供了重要的參考,但針對生態(tài)脆弱區(qū)這一具有特殊生態(tài)過程地區(qū)的安全評價仍有待進(jìn)一步深入。

曲靖市作為西南巖溶大省云南的副中心城市,屬典型的喀斯特多山城市,潛在石漠化面積居于全省首位,區(qū)內(nèi)建設(shè)用地可擴張空間有限,環(huán)境承載力低[18],雖然自然資源豐富,但生態(tài)本底脆弱,人地關(guān)系緊張。基于此,選擇曲靖市為研究對象,將生境質(zhì)量、水源供給和土壤保持三項重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入到生態(tài)系統(tǒng)健康診斷模型(VORE)中,依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)重要性評價識別生態(tài)源地;同時,利用石漠化敏感性修正基于土地利用類型的生態(tài)阻力面,借助最小累積阻力模型和重力模型劃分生態(tài)廊道,從而構(gòu)建曲靖市的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局,以期為生態(tài)脆弱性城市的生物多樣性保護(hù)與生態(tài)安全屏障構(gòu)建提供參考。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

曲靖市(103°03′E—104°50E,24°19′N—27°03′N)位于云貴高原滇東腹地(圖1),地處滇、桂、黔三省接合部,轄域面積2.89萬km2[19]。該地區(qū)屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候,年均降水量1036 mm,年均溫15.1℃。地勢西高東低,略呈階梯狀下沉,市境地貌以高原山地為主,嶺谷交錯相間,境內(nèi)喀斯特地貌廣泛發(fā)育,生態(tài)系統(tǒng)脆弱[20]。研究區(qū)介于長江、珠江水系的上游分水嶺地帶和珠江水系源頭區(qū),生態(tài)區(qū)位特殊,因而被納入珠江源生態(tài)安全保障區(qū)和水土保持重點規(guī)劃區(qū)[21],在保障河流生態(tài)系統(tǒng)安全等方面具有生態(tài)意義。此外,曲靖市是中國“一帶一路”、“長江經(jīng)濟帶”和“滇中城市群”等經(jīng)濟規(guī)劃的關(guān)鍵節(jié)點[19],經(jīng)濟區(qū)位重要。隨著工業(yè)化和城市化建設(shè)的快速發(fā)展,曲靖市的生態(tài)問題愈發(fā)突出,經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護(hù)矛盾尖銳。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源及說明如下:(1)土地覆被數(shù)據(jù)(2000年、2010年、2020年)來源于資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/),30 m;(2)高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://gscloud.cn/),30 m,并據(jù)此生成坡度;(3)土壤數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD) (V1.2),1 km;(4)歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)來源于國家生態(tài)數(shù)據(jù)中心資源共享服務(wù)平臺(http://www.nesdc.org.cn/),30 m;(5)氣象數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn/),1 km;(6)景觀格局指數(shù)使用Fragststs 4.2軟件計算得出;(7)人口密度數(shù)據(jù)來源于Worldpop(https://www.worldpop.org/),1 km;(8)石漠化敏感性數(shù)據(jù)來源于徐紅楓等[22]的研究成果,該數(shù)據(jù)借助谷歌地球引擎GEE)云計算平臺調(diào)用Landsat影像進(jìn)行批處理,數(shù)據(jù)精度較好,可用于本研究;(9)自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)來源于中國自然保護(hù)區(qū)標(biāo)本資源共享平臺地理信息庫(http://www.papc.cn/html/folder/946895-1.htm);(10)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來源于地理國情監(jiān)測云平臺(http://www.dsac.cn);本文所有影像統(tǒng)一采用WGS84坐標(biāo)系,分辨率統(tǒng)一為300 m。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)健康評估

生態(tài)系統(tǒng)健康是指生態(tài)系統(tǒng)滿足人類發(fā)展的合理需求的能力,以及自我維護(hù)和更新的能力[23]。本文采用生態(tài)系統(tǒng)健康(VORE)模型量化曲靖市的生態(tài)安全狀況,公式如下[24]:

(1)

式中,EHI為生態(tài)系統(tǒng)健康;EV為生態(tài)系統(tǒng)活力,EO為生態(tài)系統(tǒng)組織力、ER為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、ES為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

2.1.1生態(tài)系統(tǒng)活力

生態(tài)系統(tǒng)活力(EV)指生態(tài)系統(tǒng)的活力、新陳代謝或凈初級生產(chǎn)力[25]。本研究選用歸一化植被指數(shù)(NDVI)作為生態(tài)系統(tǒng)活力指標(biāo)[26]。

2.1.2生態(tài)系統(tǒng)組織力

生態(tài)系統(tǒng)組織力(EO)指生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣性與穩(wěn)定性,生態(tài)系統(tǒng)組織受景觀異質(zhì)性(LH)、景觀連通性(LC)和景觀形狀指數(shù)(LS)的共同影響[27]。采用景觀分割度和蔓延度指數(shù)表征景觀連通性,連通性高則物種交流與遷徙能力強。采用香農(nóng)多樣性和香農(nóng)均勻性指數(shù)表征景觀異質(zhì)性,景觀異質(zhì)性水平越高則景觀穩(wěn)定性越好。采用周長面積分維數(shù)表征景觀形狀指數(shù),景觀形狀指數(shù)越高表明景觀的破碎化程度越高,形狀越為復(fù)雜。本研究借助于Fragststas4.2軟件計算各景觀指標(biāo),權(quán)重設(shè)置參考研究[28],公式如下[27]:

EO=0.3×LC+0.5×LH+0.2×LS

=0.15×DIVISION+0.15×CONTAG+0.25×SHDI+0.25×SHEI+0.2×PAFRAC

(2)

式中,EO為生態(tài)系統(tǒng)組織力,LC為景觀連通性指數(shù),LH為景觀異質(zhì)性指數(shù),LS為景觀形態(tài)指數(shù),DIVISION為景觀分割度指數(shù),CONTAG為蔓延度指數(shù),SHDI為香農(nóng)多樣性指數(shù),SHEI為香農(nóng)均勻性指數(shù),PAFRAC為周長面積分形維數(shù)。

2.1.3生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(ER)是指生態(tài)系統(tǒng)在外界脅迫下維持其自身結(jié)構(gòu)、功能的能力,通常由抵抗力和彈性兩方面組成,其中抵抗力是指生態(tài)系統(tǒng)對自然災(zāi)害或人類活動等外部干擾的抵抗力,通過自我調(diào)節(jié)來避免破壞并保持穩(wěn)定的物種[29];彈性是指生態(tài)系統(tǒng)受破壞后恢復(fù)到原始狀態(tài)的能力[30]。本文參考Peng等[31]的研究,對不同土地利用類型的抵抗力和彈性系數(shù)進(jìn)行賦值,并分別設(shè)置抵抗力和彈性的權(quán)重為0.7、0.3。公式如下[29]:

ER=0.3×Resisl+0.7×Resist

(3)

式中,ER為生態(tài)系統(tǒng)彈性,Resisl為生態(tài)系統(tǒng)彈力,Resist為生態(tài)系統(tǒng)抵抗力。

2.1.4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

結(jié)合曲靖市的環(huán)境特征并參考前人研究[32—34],選取生境質(zhì)量(HQ)、產(chǎn)水量(WY)、土壤保持(SC) 3項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評估。曲靖市生態(tài)本底脆弱,環(huán)境一旦受到嚴(yán)重破壞,可能會加劇區(qū)域內(nèi)的生態(tài)風(fēng)險,而生境質(zhì)量模型則可以估算生態(tài)環(huán)境的基本情況;研究區(qū)位于云南省東部,受東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)的影響,降雨量波動,干旱發(fā)生頻率較高[35],加之受特殊的喀斯特地貌影響,地表保水困難,故評估該地的產(chǎn)水量對于保障高原山地的水資源安全具有重要意義;土壤退化、水土流失問題是制約喀斯特地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵問題,故本研究選取土壤保持服務(wù)功能衡量研究區(qū)的泥沙儲積保持能力。各項服務(wù)的計算公式(表1)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計算公式Table 1 Calculation formula of ecosystem services

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在量綱差異性,為便于分析,將2000年、2010年、2020曲靖市的三種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行歸一化處理,并通過加權(quán)求均值的方法,得到曲靖市綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)圖層。

2.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.2.1生態(tài)源地識別

本研究借助于生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)輔助識別生態(tài)源地,將生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)按等間距分類法劃分為“[0—0.2)、[0.2—0.4)、[0.4—0.6)、[0.6—0.8)、[0.8—1.0)”五個級別,提取非常健康區(qū)域(EHI>0.8)的區(qū)域作為備選源地,剔除面積小于2 km2的斑塊,將其編碼后輸入Conefor軟件測算斑塊重要性指數(shù)(dPC),設(shè)置斑塊連通距離為2500 m,連通概率為0.5,提取dPC介于前15%的區(qū)域作為曲靖市的生態(tài)源地[35]。公式如下[36]:

(4)

(5)

(6)

2.2.2生態(tài)阻力面設(shè)置及修正

結(jié)合曲靖市的實際及相關(guān)研究[14,18,37—39],選取坡度、高程、歸一化植被指數(shù)、生境質(zhì)量、土地利用類型、距道路距離、距水體距離、人口密度作為阻力因子。采用因子分析法確定阻力權(quán)重(表2)。

表2 生態(tài)源地阻力因子權(quán)重及分級Table 2 Schematic diagram of weight and classification of resistance factor of ecological source

石漠化不僅會影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力,同時會降低生態(tài)源地的連通性,干擾物種的跨區(qū)域流動[40]。本研究選取石漠化敏感性修正基于地類賦值的基本阻力面,公式如下[22]:

(7)

式中,Ri為基于石漠化敏感性修正的柵格i的生態(tài)阻力系數(shù);NLi為柵格i的石漠化敏感性指數(shù);NLα為柵格i對應(yīng)的土地利用類型α的平均石漠化敏感性;R為柵格i對應(yīng)土地類型的阻力系數(shù)。

2.2.3生態(tài)廊道提取及重要性分級

最小累積阻力(MCR)模型通過計算物種在源地之間遷徙的最小累積成本距離,進(jìn)而獲取物種為遷徙所選的最低成本路徑[41]。公式如下[41]:

(8)

式中,MCR為最小累積阻力值,Dab為物種從源地a到景觀單元b的空間距離,Ra為景觀單元a的阻力值,fmin表示最小累積阻力與生態(tài)過程的正相關(guān)關(guān)系。

重力模型通過計算生態(tài)源地之間的相互作用強度來衡量源地之間潛在生態(tài)廊道的重要程度。公式如下[37]:

(9)

式中,Gab為生態(tài)源地a和b之間的相互作用強度;Na和Nb分別為源地a和源地b的權(quán)重;Dab為標(biāo)準(zhǔn)化之后的生態(tài)廊道阻力值;Pa和Pb為生態(tài)源地a和b之間的平均阻力值;Sa和Sb為生態(tài)源地a和b的面積;Lab為生態(tài)源地a和b之間的廊道阻力值;Lmax為區(qū)域內(nèi)最大廊道阻力值。

3 結(jié)果與分析

3.1 曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康診斷

曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康評估結(jié)果顯示(圖2),2000年、2010年、2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)(EHI_Mean)為0.625、0.644、0.601,呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,總體處于健康狀態(tài)。從空間布局來看,曲靖市以北地區(qū)的生態(tài)狀況優(yōu)于南部地區(qū),中部地區(qū)形成了以麒麟?yún)^(qū)為主的生態(tài)健康惡化點,且惡化范圍逐年擴大。具體來看,會澤縣、宣威市等地以林草植被為主,健康指數(shù)介于0.632—0.678之間,能夠為人類的生產(chǎn)和生物的棲息提供穩(wěn)定的生態(tài)產(chǎn)品,這與該地生態(tài)基底良好、植被覆蓋率高、區(qū)域健康狀況穩(wěn)定,人為干擾小等因素有關(guān)。此外,近些年來,中國開展的國土空間治理、生態(tài)修復(fù)等工程,客觀上加強了生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)力度;陸良縣、麒麟?yún)^(qū)、馬龍區(qū)等地的生態(tài)健康狀況整體較差,以耕、園地等為主,人造地表近年來急劇擴張,受多重因素影響,局域生態(tài)風(fēng)險有所攀升,多發(fā)于人口密集的中心城區(qū),生境破碎化、水土流失、環(huán)境污染等環(huán)境問題逐漸暴露,亟待制定與曲靖市經(jīng)濟發(fā)展階段和區(qū)域環(huán)境條件相匹配的未來發(fā)展方案。

圖2 2000—2020年曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康格局Fig.2 Ecosystem health pattern of Qujing City from 2000 to 2020

3.2 生態(tài)源地識別

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷結(jié)果得曲靖市的生態(tài)源地(圖3)。結(jié)果顯示,曲靖市生態(tài)源地面積共計8656.65 km2,占研究區(qū)總面積的29.92%,與曲靖市“三線一單”生態(tài)環(huán)境分區(qū)管控規(guī)劃要求大致相當(dāng)。從土地利用類型來看,生態(tài)源地主要由林、草地構(gòu)成,二者分別占比50.21%、46.69%,森林和草地生態(tài)系統(tǒng)具有重要的支持和調(diào)節(jié)功能,在保障區(qū)域生態(tài)安全方面具有突出貢獻(xiàn);耕地約占源地面積的2.83%,保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地同樣有益于生態(tài)空間布局的優(yōu)化;濕地僅占了生態(tài)源地總面積的0.13%,造成生態(tài)源地構(gòu)成中濕地面積差異或與曲靖市水資源空間分配不均、景觀斑塊零散分布等有關(guān)。從空間分布來看,源地編號為14、19、17、24的景觀斑塊(dPC>20)相對重要,主要呈帶狀沿東緣蔓延,集中分布在東北部、東南部和南部的山地區(qū)域,包括宣威市、富源縣、師宗縣等,這些區(qū)域植被覆蓋率高、生物多樣性豐富、斑塊破碎化程度小,景觀連通度較高;源地編號為12、10、9、7、11、6、8、1、2的源地(dPC<1)重要性低,呈塊狀零散分布于會澤縣東、宣威市北和沾益區(qū)西部等地,斑塊小而分散,在一定程度上會影響大型生物的遷徙;而馬龍區(qū)、陸良縣等未分布有生態(tài)源地,不利于物種的跨區(qū)域流動,亟待增加生態(tài)源地、開展生態(tài)保護(hù)工程。研究發(fā)現(xiàn),生態(tài)源地斑塊的面積大小會對源地之間的連通性造成一定的影響,具有完整性、結(jié)構(gòu)性的綠色生境可以為城市的生態(tài)健康安全提供保障。

圖3 曲靖市生態(tài)源地及與自然保護(hù)區(qū)重疊分析Fig.3 Analysis on the Ecological Source and Overlap with Natural Reserve in Qujing City序號1—24為生態(tài)源地編號

將生態(tài)源地與4個國家級、省級自然保護(hù)區(qū)疊置分析,發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)、國家森林公園有70.18%落入曲靖市的生態(tài)源地中。其中重疊率較高的區(qū)域涵蓋珠江源保護(hù)區(qū)、會澤駕車自然保護(hù)區(qū)、沾益海峰自然保護(hù)區(qū),多位于宣威市、沾益區(qū)、會澤縣;其余源地與保護(hù)區(qū)之間的重疊率較低。

3.3 綜合阻力面

將石漠化敏感性納入景觀阻力面的構(gòu)建環(huán)節(jié)中,在一定程度上會影響生態(tài)廊道的分布和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。由圖4可知,石漠化高敏感區(qū)分布于曲靖市西北部邊緣的灌叢草甸區(qū),以25°—35°的陡坡、緩陡坡為主,空間上未與綜合阻力高值區(qū)重疊;中高敏感區(qū)集中分布于東南部的巖溶丘原區(qū),以15°—25°的緩坡為主;中、低敏感區(qū)景觀類型多樣,以麒麟?yún)^(qū)為核心的區(qū)域人類活動密集,綜合阻力值高。阻力值高值區(qū)由東北向西南呈點帶狀分布,其空間分布能夠大致反映生物在遷徙過程中遇到的阻力。受曲靖市地質(zhì)地貌特殊性的影響,結(jié)合石漠化敏感性對基于土地利用類型的阻力面進(jìn)行修正,修正前后的阻力面高低分異顯著,東南和西北部等的阻力值趨于增強,中部地區(qū)的阻力值略有削弱,修正后的阻力面能夠更精準(zhǔn)地反映曲靖市的景觀障礙性元素的空間布局。

3.4 石漠化敏感性對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響

利用MCR模型計算曲靖市的生態(tài)廊道,基于修正前后的生態(tài)阻力面(不考慮和考慮石漠化敏感性)分析不同石漠化敏感性等級區(qū)內(nèi)生態(tài)廊道的長度占比(圖5)。結(jié)果表明,當(dāng)不考慮石漠化敏感性時,落入高、中高、中低、低敏感性區(qū)的廊道分別占比1.28%、17.04%、48.17%、33.51%;相比之下,考慮石漠化敏感性時,落入高、中高、中低、低敏感性區(qū)的廊道分別占比0.50%、15.70%、52.06%、31.74%;二者對比后發(fā)現(xiàn),不考慮石漠化敏感性的廊道長度明顯長于考慮石漠化敏感性時的長度,在區(qū)域規(guī)劃中容易導(dǎo)致廊道建設(shè)冗余、進(jìn)而增加建設(shè)成本,而考慮石漠化敏感性的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)強化了環(huán)境因子在生物遷徙過程中可能起到的作用,使得生態(tài)網(wǎng)格的構(gòu)建更具有科學(xué)性、客觀性。

圖5 不考慮石漠化敏感性和考慮石漠化敏感性在不同敏感性區(qū)的占比Fig.5 Regardless of rock desertification sensitivity and proportion of considering rock desertification sensitivity in different sensitive areas

本研究基于石漠化敏感性對曲靖市的生態(tài)廊道作進(jìn)一步分析,共識別143條潛在廊道,總長度約為3468.18 km,呈網(wǎng)狀輻射分布,基本覆蓋全域,能夠最大限度滿足生物的遷徙需求。采用重力模型劃分廊道等級,將相互作用力大于1000的廊道作為重要廊道,相互作用力介于100到1000的廊道作為一般廊道,為避免該模型產(chǎn)生大量冗余路徑,剔除重復(fù)路徑和相互作用力小于100的廊道(圖6)。其中,曲靖市的重要廊道38條,長度為902.13 km,主要以短、中程廊道為主,零散分布于研究區(qū)的西北、東南部地區(qū),具有連接生態(tài)源地的重要作用,基本避免了與人類活動區(qū)距離過近而導(dǎo)致的廊道截斷,能夠滿足生物在一定范圍內(nèi)的移動需求;一般生態(tài)廊道105條,長度為2566.05 km,空間上南北相連,加強了區(qū)域的連通性,相較于重要廊道,其連接了距離較遠(yuǎn)的生態(tài)源地,斑塊連通性指數(shù)明顯高于其他廊道,有利于物種的遠(yuǎn)距離遷移;從空間分布來看,曲靖市生態(tài)廊道的建設(shè)基本避開了人類生活區(qū),且多與林、水、草地等綠色用地相重疊,促進(jìn)了多物種的傳播與交流,客觀上保障了生物群落的穩(wěn)定性;西南部及其以西地區(qū)無廊道分布,與該處地勢起伏坡度大、建成區(qū)集中等因素有關(guān),廊道未及之處易與其他源地斑塊隔斷,亟需從整體性角度提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性。

圖6 曲靖市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)及生態(tài)斷裂點空間分布Fig.6 Spatial Distribution of Ecological Network and Ecological Breakpoints in Qujing City

3.5 生態(tài)節(jié)點識別

本研究共識別出生態(tài)節(jié)點137處,其中資源型生態(tài)節(jié)點24處,分布于生態(tài)源地的幾何中心,是生態(tài)系統(tǒng)、物種多樣性最為豐富的地段(圖6);生態(tài)暫歇點113處,位于廊道與廊道的交點處,與耕地、草地等人類活動較頻繁的地區(qū)多有重合,能夠充當(dāng)生物短途遷徙的暫歇點;選取生態(tài)廊道與國道、鐵路、高速公路的交叉點為生態(tài)斷裂點,共識別斷裂點82處,其中與國道相交31處、與鐵路相交39處、與高速公路相交12處,斷裂點在布局上相近,路網(wǎng)的建設(shè)容易加劇生態(tài)源地的島嶼化,不利于廊道的連通性,未來應(yīng)適當(dāng)修復(fù)生態(tài)斷裂點,優(yōu)化路網(wǎng)與廊道相協(xié)調(diào)的生物遷徙通道。

3.6 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)健康評價和MCR模型結(jié)果,針對性地提出以下保護(hù)建議。本文所構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)基本能夠保障石漠化中、高敏感區(qū)的生物流動,生態(tài)廊道、源地在空間上呈西北向東南傾斜分布,其中西南地區(qū)是曲靖市石漠化低敏感區(qū),然而并無廊道、源地和節(jié)點分布,為避免生境孤島化,宜適當(dāng)設(shè)置“生態(tài)踏腳石”,提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性;曲靖市東北、南部等地生境斑塊質(zhì)量高、源地面積大,應(yīng)設(shè)置生態(tài)修復(fù)與防護(hù)并舉的重點保護(hù)生態(tài)空間,并增設(shè)廊道緩沖區(qū)以保障生物的跨區(qū)流動;生態(tài)斷裂點處應(yīng)率先修復(fù)與路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等重疊的區(qū)域,限制人類活動對重要節(jié)點的內(nèi)部擾動。最后,應(yīng)立足于完整性、結(jié)構(gòu)性等原則,動態(tài)優(yōu)化曲靖市生態(tài)系統(tǒng)的布局、結(jié)構(gòu)、要素布局,依托系統(tǒng)治理的思維優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而保障已識別的生態(tài)關(guān)鍵要素在促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展中持續(xù)發(fā)揮正面作用。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1石漠化敏感性對生態(tài)廊道的影響

生態(tài)廊道是保障區(qū)域內(nèi)優(yōu)質(zhì)生態(tài)資源能量與物質(zhì)流動的重要橋梁[42],具有保護(hù)生物多樣性、維持生態(tài)過程等功能[43]。但生態(tài)廊道建設(shè)的合理性與有效性均受生態(tài)阻力面的綜合影響。已有研究多借助于夜間燈光數(shù)據(jù)[44]、災(zāi)害敏感性[9—11]等作為阻力修正因子,受制于社會生態(tài)背景差異性的影響,該方法并不適用于所有地區(qū),尤其對于生態(tài)敏感和致災(zāi)系數(shù)高的喀斯特地區(qū)。因而,為補充喀斯特地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的案例,本研究嘗試將生態(tài)用地的功能屬性和生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)屬性相結(jié)合篩選生態(tài)源地,利用石漠化敏感性修正生態(tài)阻力面,在空間上對比分析了考慮石漠化敏感性前后曲靖市生態(tài)廊道的空間變化,論證了區(qū)域特有的地貌因素對物種遷移路徑的干擾作用[43],充實了石漠化敏感性因子在喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究,該項研究同樣可為生態(tài)系統(tǒng)健康監(jiān)測和國土空間優(yōu)化提供參考依據(jù),有利于區(qū)域生物多樣性的保護(hù),可為構(gòu)建更加科學(xué)的生態(tài)安全格局提供參考。

4.1.2研究局限性及展望

本研究在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為影響要素納入生態(tài)系統(tǒng)健康評估框架中,通過生態(tài)系統(tǒng)活力、組織力、恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)四個維度構(gòu)建綜合評估體系選取生態(tài)源地,在生態(tài)源地識別的過程中充分考慮了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性、功能性等內(nèi)部特征,同時考慮了人類活動對于地表景觀的外部干擾作用,可精準(zhǔn)識別潛在生態(tài)風(fēng)險發(fā)生區(qū),表征曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康的空間分異狀況,有助于提高生態(tài)源地識別的科學(xué)性與客觀性。考慮到傳統(tǒng)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法往往會忽略區(qū)域環(huán)境的個性特征,因此,本研究采用石漠化敏感性對基于土地利用類型的基本阻力面進(jìn)行了修正,研究結(jié)果為具有類似背景的喀斯特山地型的生態(tài)修復(fù)和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了重要的參考依據(jù)。然而,本研究也存在一定不足。首先,本研究主要基于供給、支持、調(diào)節(jié)服務(wù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的衡量指標(biāo),疊加各指標(biāo)表征曲靖市的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),但其中缺少關(guān)于文化服務(wù)的評價指標(biāo),因而不能全面地說明區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力,此外,采用等權(quán)疊加的方法計算綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)忽略了各服務(wù)之間的差異性,如何在生態(tài)系統(tǒng)健康評估過程中量化綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值得進(jìn)一步探討。其次,本研究關(guān)注于基于石漠化敏感性的山地型城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,未對生態(tài)廊道寬度進(jìn)行設(shè)置,且囿于行政區(qū)尺度,忽略了市域尺度對宏觀尺度的支撐作用和微觀尺度的影響作用,未來可深入探討跨尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)要素對不同尺度的響應(yīng)。

4.2 結(jié)論

本研究將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)健康相結(jié)合,借助VORE模型評估曲靖市的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,基于此獲得生態(tài)源地,并選取石漠化敏感性修正基于土地類型的生態(tài)阻力面,最后利用最小累積阻力模型等識別生態(tài)廊道與節(jié)點,構(gòu)建曲靖市的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。主要結(jié)論如下:

(1)2000—2020年,曲靖市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平先上升后下降,整體上呈下降趨勢。除城鎮(zhèn)建成區(qū)的生態(tài)風(fēng)險范圍逐年擴大外,其余地區(qū)的健康狀況總體穩(wěn)定。

(2)曲靖市的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)由24個生態(tài)源地、143條潛在生態(tài)廊道、137個生態(tài)節(jié)點和82個生態(tài)斷裂點構(gòu)成,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)由西北向東南呈不規(guī)則狀分布,識別的生態(tài)源地與自然保護(hù)區(qū)重合率達(dá)70.18%,西南部地區(qū)未有源地和廊道分布,景觀連通性較差。

(3)經(jīng)石漠化敏感性修正前后的生態(tài)廊道,在廊道長度方面存在顯著差異,空間分布格局相似。顧及石漠化敏感性的生態(tài)廊道在石漠化高發(fā)區(qū)的占比稍有下降,在結(jié)果上更具有科學(xué)性。