基于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)
——以陜西省為例

朱炳臣，李同昇，2，朱小青，陳謝揚(yáng)，徐博，王建成，楊林朋，李炬霖

（1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127；2.西北大學(xué)陜西省情研究院，西安 710127；3.陜西省國土空間勘測規(guī)劃院，西安 710054）

生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)是通過表征生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能重要性程度的綜合指標(biāo)來劃分生態(tài)重要性等級[1]。隨著人類對生態(tài)保護(hù)重視程度的提升，需要開展更高質(zhì)量的生態(tài)保護(hù)評價(jià)工作。如何提升生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性已成為地理學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科的研究焦點(diǎn)[2-3]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者高度關(guān)注如何科學(xué)識別生態(tài)保護(hù)重要性空間這一科學(xué)問題。國外研究大多關(guān)注于生態(tài)保護(hù)（修復(fù)）關(guān)鍵區(qū)的識別，主要基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)確定生態(tài)保護(hù)關(guān)鍵區(qū)[4]，通常由單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)域或多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)域的簡單疊加確定[5]，這種方法實(shí)用性與針對性強(qiáng)，但是已有研究證實(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在著復(fù)雜的互作關(guān)系[6]，需要進(jìn)一步綜合權(quán)衡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。國內(nèi)研究則聚焦在國土空間規(guī)劃大背景下，多數(shù)學(xué)者基于多要素疊置分析方法，先采用單一要素分別評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和生態(tài)敏感性，再綜合確定生態(tài)保護(hù)重要性等級。從研究尺度來看，生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)既有大尺度研究[3，7]，也有小尺度研究[8]，不同尺度的評價(jià)方法基本相似。但實(shí)際上，不同尺度下的生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)目標(biāo)具有差異性，小尺度評價(jià)涉及空間范圍不大，核心目標(biāo)是提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)保障、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)生活功能的協(xié)調(diào)發(fā)展[9]；大尺度評價(jià)則側(cè)重于從整體生態(tài)格局出發(fā)，強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)完整性和生態(tài)過程可持續(xù)性[10-11]。生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)一般基于多要素疊置評價(jià)，利用GIS 軟件分析各類生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)要素并加權(quán)賦值，通過加權(quán)疊加得出綜合分析結(jié)果[12]，并采用自然斷點(diǎn)法劃分重要性等級，這種方法能夠反映各評價(jià)單元生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健康狀態(tài)等。在大尺度生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)中，若單純采用疊加分析的方法會(huì)忽視生態(tài)系統(tǒng)的完整性和連通性，評價(jià)結(jié)果就不夠科學(xué)全面。有學(xué)者將生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、生態(tài)節(jié)點(diǎn)、生態(tài)屏障等納入生態(tài)保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域的識別研究[13-14]，能夠全面識別生態(tài)保護(hù)的重要區(qū)域，構(gòu)建更加全面的生態(tài)安全格局。通過補(bǔ)充識別重要生態(tài)斑塊、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)等生態(tài)保護(hù)重要空間，可以使評價(jià)由單一孤立向系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)變[15]。例如生態(tài)源地的選取不僅重視生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，而且考慮了生態(tài)系統(tǒng)的完整性和連通性，能夠較好地權(quán)衡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；生態(tài)廊道能夠加強(qiáng)自然生境間結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系，提高種群生存可能性，有利于增加物種豐度[16]；健全的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)能夠促進(jìn)物質(zhì)、能量、信息流動(dòng)，使生態(tài)系統(tǒng)處于結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定的狀態(tài)[17]。

本研究在傳統(tǒng)的疊置評價(jià)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行省域尺度生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)研究，旨在提升生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性[18]；并且將生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用到生態(tài)保護(hù)空間，構(gòu)建由點(diǎn)-線-面組成的網(wǎng)絡(luò)狀省域生態(tài)保護(hù)格局。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

陜西省位于中國內(nèi)陸腹地，總面積20.56 萬km2。地勢南北高、中間低，由北向南分別為黃土高原區(qū)、關(guān)中平原區(qū)和秦巴山區(qū)。大部分河流為外流河，分屬黃河、長江兩大水系。陜西省由北向南跨越三個(gè)氣候區(qū)，植被和地貌類型豐富，森林、灌叢、草原、草甸等均有分布，形成了復(fù)雜的動(dòng)植物區(qū)系和多樣的生態(tài)系統(tǒng)（圖1）。陜北長城沿線風(fēng)沙草灘區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，黃土高原丘陵溝壑區(qū)水土流失嚴(yán)重。隨著人類活動(dòng)的加劇，秦巴山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)局部退化，生物多樣性瀕臨威脅，水環(huán)境問題凸顯，生態(tài)保護(hù)與修復(fù)任務(wù)艱巨。陜西省是黃土高原-川滇生態(tài)屏障的關(guān)鍵組成部分，在以“三區(qū)四帶”為核心的國家生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程實(shí)施中具有重要戰(zhàn)略地位。鑒于此，開展陜西省生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)，對促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

圖1 研究區(qū)域圖Figure 1 Research area

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源如表1 所示。數(shù)據(jù)經(jīng)過ArcGIS軟件進(jìn)行一系列預(yù)處理，統(tǒng)一空間坐標(biāo)系，并轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，重采樣至1 km×1 km分辨率的柵格。

表1 數(shù)據(jù)來源及說明Table 1 Data source and description

1.3 研究方法

首先，開展生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性和生態(tài)敏感性單項(xiàng)評價(jià)，初始評價(jià)陜西省生態(tài)保護(hù)重要性；其次，采用源地識別-阻力面確定-廊道獲取的路徑構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；最后，基于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修正和優(yōu)化生態(tài)保護(hù)重要性初始評價(jià)結(jié)果。具體技術(shù)路線見圖2。

圖2 生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)研究框架Figure 2 Research framework of ecological protection importance evaluation

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性與生態(tài)敏感性評價(jià)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要包括生態(tài)系統(tǒng)的供給功能、調(diào)節(jié)功能和文化功能等。大尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià)研究多重視調(diào)節(jié)服務(wù)，而小尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價(jià)則多重視供給服務(wù)和文化服務(wù)[19]。因此，生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能在大尺度區(qū)域能夠較好地代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能是維持人類生存與可持續(xù)發(fā)展的自然環(huán)境條件與效用[20]；生態(tài)敏感性是生態(tài)過程在自然環(huán)境條件下產(chǎn)生潛在生態(tài)環(huán)境問題的可能性，敏感性高的區(qū)域是生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)?；诖?，生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性和生態(tài)敏感性等級較高的區(qū)域是生態(tài)保護(hù)重要區(qū)域。

首先，參考《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價(jià)技術(shù)指南（試行）》（2020）中的模型評估法[21]，同時(shí)參考《陜西省主體功能區(qū)劃規(guī)劃》和《陜西省國土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃（2021—2035 年）》，明確陜西省主要的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能是水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙和生物多樣性維護(hù)，而土地沙化、水土流失是其最突出的生態(tài)環(huán)境問題。具體評價(jià)方法見表2。

表2 單要素評價(jià)指標(biāo)體系Table 2 Single factor evaluation index system

其次，為使評價(jià)指標(biāo)能夠適用于生態(tài)地理單元和生態(tài)系統(tǒng)有較大差異的區(qū)域，本研究基于自然斷點(diǎn)法，根據(jù)陜北、關(guān)中、陜南三地的區(qū)域差異性，在評價(jià)指標(biāo)方面設(shè)置不同的評價(jià)閾值和分級標(biāo)準(zhǔn)，如表3 所示。其中防風(fēng)固沙和土地沙化的評價(jià)閾值、分級標(biāo)準(zhǔn)分別參考陜西省對風(fēng)蝕控制非常重要的森林?jǐn)?shù)據(jù)和第五次荒漠化沙化監(jiān)測結(jié)果確定。

表3 評級指標(biāo)重要性分區(qū)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Rating index importance zoning grading standards

在生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性和生態(tài)敏感性綜合評價(jià)方面，為了體現(xiàn)各單一評價(jià)指標(biāo)對綜合評價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)程度，采用最大值方法判別評價(jià)單元的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性和生態(tài)敏感性，評價(jià)等級確定方法見公式（1）～（2），得到一般、重要和極重要3個(gè)等級。

式中：ESi為第i類空間單元生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性等級；Bi、TQi、Ai、CSi分別為第i類空間單元生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持和防風(fēng)固沙重要性等級。

式中：Sj為第j類空間單元生態(tài)敏感性等級；SSj為第j類空間單元水土流失敏感性等級；Dj為第j類空間單元土地沙化敏感性等級。

1.3.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

現(xiàn)階段生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建多采用最小累積阻力模型[22]、電路模型[23]和斑塊重力模型[24]等方法，其中最小累積阻力模型能較好地反映景觀格局變化和生態(tài)過程演變的相互作用關(guān)系[25]。因此，本研究通過源地識別-阻力面確定-廊道獲取的研究路徑構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

（1）生態(tài)源地選取

生態(tài)源地是生物生存和發(fā)展的場所，景觀連通性是景觀要素在斑塊間促進(jìn)或阻礙生態(tài)過程運(yùn)動(dòng)的程度，PC指數(shù)（可能連通性連接指數(shù)）可反映景觀的連通性和景觀中各斑塊對景觀連通性的重要值[26]。首先，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)建過程中，參數(shù)的設(shè)置具有隨機(jī)性，導(dǎo)致不同結(jié)果具有較大差異。本研究在第三次全國國土調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，在MSPA（Morphological spatial pattern analysis）分析中將林地和濕地視為前景，其余地類作為背景，采用八領(lǐng)域分析法對研究區(qū)域進(jìn)行分析，識別“核心區(qū)”作為生態(tài)源地的備選區(qū)域[27]，與研究目的相符合。然后，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，參考相關(guān)研究[28]，將斑塊連通距離閾值設(shè)為2 500 m，連通概率設(shè)為0.5，運(yùn)用Conefor 2.6 計(jì)算dPC的值，進(jìn)而評價(jià)各個(gè)備選區(qū)域的景觀連通性，將備選區(qū)內(nèi)連通性高的生態(tài)斑塊識別為生態(tài)源地，避免只考慮面積而忽略具有重要連通作用的斑塊[29]。計(jì)算公式如下：

式中：Pij表示斑塊i與斑塊j之間擴(kuò)散的最大可能性；ai和aj表示斑塊i和j的面積；表示林地（濕地）景觀的總面積；PC的取值范圍為［0，1]，PC值越小，表明斑塊間的連通能力越低。

式中：PCremove表示去除某斑塊后剩余斑塊的整體指數(shù)值；dPC指可能連接性指數(shù)的變化量；該指數(shù)能夠評價(jià)要素對整體景觀連接性的重要程度，數(shù)值越大說明生態(tài)斑塊的重要性等級越高。

（2）景觀阻力面構(gòu)建

景觀阻力面表征基質(zhì)阻礙物種遷移和能量流動(dòng)的程度大小，阻力值越小，物種的遷移與擴(kuò)散阻力越低[30]。結(jié)合陜西省實(shí)際情況選取阻力因子、分級和阻力值，并且采用層次分析法確定權(quán)重，進(jìn)而構(gòu)建各因子阻力面[31]，如表4 所示。在此基礎(chǔ)上采用多要素加權(quán)疊加分析的方法，獲得研究區(qū)綜合阻力面。

表4 阻力面等級分級Table 4 Grade classification of resistance surface

（3）生態(tài)廊道提取

重力模型可定量評價(jià)源地（斑塊）間相互作用強(qiáng)度和識別生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中重要生態(tài)廊道，斑塊間的相互作用越大，說明斑塊間的物種遷徙和能量流動(dòng)的阻力越小，則生態(tài)廊道的重要性越高[32]。首先，借助GIS 軟件平臺下的Cost Connectivity 工具，計(jì)算源點(diǎn)之間的最小耗費(fèi)路徑，獲得研究區(qū)域的最小成本路徑，作為物種在源地之間遷徙的最優(yōu)廊道。其次，通過重力模型構(gòu)建生態(tài)源地間的相互作用矩陣，定量評價(jià)各斑塊間的相互作用強(qiáng)度，以判別生態(tài)廊道的重要性等級。計(jì)算公式如下：

式中：Gij表示斑塊i和j之間的相互作用力大??；Dij是斑塊i和j的潛在廊道阻力的標(biāo)準(zhǔn)化值；Ni、Nj、Pi、Pj、Si、Sj分別為i和j的權(quán)重、阻力值和面積；Lij是i到j(luò)之間廊道的累積阻力值；Lmax是各廊道阻力中的最大值。

（4）生態(tài)節(jié)點(diǎn)識別

生態(tài)節(jié)點(diǎn)位于生態(tài)廊道中生態(tài)功能脆弱的地方，提高該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，對提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和促進(jìn)生態(tài)流的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要作用，可實(shí)現(xiàn)斑塊間從結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)到功能連通的轉(zhuǎn)變[24]?；谘芯繀^(qū)的DEM 數(shù)據(jù)，采用ArcGIS 軟件中的水文分析方法識別出“山脊線”。本研究將生態(tài)廊道與“山脊線”的交匯點(diǎn)視為生態(tài)節(jié)點(diǎn)[33]。其中重要林地生態(tài)廊道與“山脊線”的交點(diǎn)視為重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)；一般林地生態(tài)廊道與“山脊線”的交點(diǎn)視為一般生態(tài)節(jié)點(diǎn)。

1.3.3 生態(tài)保護(hù)重要性優(yōu)化評價(jià)

生態(tài)廊道為物種擴(kuò)散提供庇護(hù)與指引、增加破碎斑塊間結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系、加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)連通與過程維護(hù)，已成為生態(tài)保護(hù)的重要手段[17]。參考已有研究[34]，將重要林地生態(tài)廊道1 200 m、一般林地生態(tài)廊道600 m、重要水域生態(tài)廊道200 m、一般水域生態(tài)廊道100 m 的寬度范圍確定為生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)。首先，基于資源環(huán)境承載能力的短板效應(yīng)原理和每個(gè)評價(jià)指標(biāo)對識別生態(tài)保護(hù)區(qū)域的貢獻(xiàn)程度，采用木桶原理的方法，取生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性等級與生態(tài)敏感性等級二者最高值作為生態(tài)保護(hù)重要性等級評價(jià)結(jié)果。采用公式（6），把疊置評價(jià)結(jié)果劃分為極重要、重要、一般3個(gè)等級：

式中：EPE為生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)等級；ESI為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合評價(jià)等級；ES為生態(tài)敏感性綜合評價(jià)等級。

然后，將生態(tài)源地和生態(tài)廊道疊加在生態(tài)保護(hù)重要性初始評價(jià)結(jié)果上，將重要生態(tài)源地、一般生態(tài)源地、重要生態(tài)廊道和一般生態(tài)廊道范圍修正為生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性

生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能包括生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持功能和防風(fēng)固沙功能4 個(gè)方面。如圖3所示，生物多樣性維護(hù)極重要區(qū)主要分布在子午嶺地區(qū)、秦嶺山地區(qū)西部和大巴山山地區(qū)，該地區(qū)海拔高、植被覆蓋度高、降雨量多。水源涵養(yǎng)極重要區(qū)主要位于黃龍山地區(qū)、秦嶺山地區(qū)中部偏西、大巴山山地區(qū)和關(guān)山地區(qū)，該地區(qū)植被覆蓋度高、蒸散發(fā)量小、地表徑流量小。水土保持極重要區(qū)主要分布在關(guān)山地區(qū)、秦嶺山地區(qū)、大巴山山地區(qū)和黃龍山東南部地區(qū)，該地區(qū)地形起伏度大、降雨侵蝕力弱、土壤侵蝕性低、植被覆蓋度高。防風(fēng)固沙極重要區(qū)主要位于榆林市西北部區(qū)域，該地區(qū)風(fēng)速大、植被覆蓋度高、土壤含砂量大，并且對風(fēng)蝕控制非常重要。生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能極重要區(qū)面積為67 562.30 km2，占全省總面積的32.8%，主要分布在秦嶺山地區(qū)、大巴山山地區(qū)、關(guān)山地區(qū)和子午嶺地區(qū)，零星分布在黃龍山地區(qū)與榆林市西部地區(qū)。該區(qū)域海拔高、受人為活動(dòng)干擾較小、森林資源豐富。生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要區(qū)面積為73 431.12 km2，占全省總面積的35.7%，主要位于關(guān)中地區(qū)西北部區(qū)域和延安市黃土高原區(qū)，零星分布在榆林市西北部地區(qū)和陜南低山丘陵盆地區(qū)。

圖3 陜西省生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性綜合評價(jià)圖Figure 3 Comprehensive evaluation map of the importance of ecosystem regulation function in Shaanxi Province

2.1.2 生態(tài)敏感性

生態(tài)敏感性評價(jià)包括水土流失敏感性和土地沙化敏感性兩方面。如圖4 所示，水土流失極敏感區(qū)主要分布在榆林市東南部地區(qū)，零星分布在延安市黃土高原丘陵溝壑區(qū)和白于山區(qū)，該地區(qū)土壤可蝕性等級高、地形起伏度小、植被覆蓋度低。土地沙化極敏感區(qū)零星分布在長城以北區(qū)域，該地區(qū)氣候干燥、風(fēng)沙天數(shù)多、植被覆蓋度低、土壤含砂量多。生態(tài)極敏感區(qū)面積為13 260.88 km2，占全省總面積的6.4%，主要位于陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，零星分布在長城北部風(fēng)沙高原區(qū)。長城北部風(fēng)沙高原區(qū)以草地生態(tài)系統(tǒng)和荒漠化生態(tài)系統(tǒng)為主，屬于半干旱氣候區(qū)，海拔低、降水量少、土壤砂粒含量高、鹽漬化程度高，土地沙化較為嚴(yán)重；陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)以草地生態(tài)系統(tǒng)為主，屬于半干旱氣候區(qū)，海拔較高、降雨量少。該區(qū)域溝壑縱橫，丘陵梁峁交錯(cuò)，流水、重力作用不顯著，溝壑不發(fā)育，水土流失較為嚴(yán)重。

圖4 陜西省生態(tài)敏感性綜合評價(jià)結(jié)果圖Figure 4 Comprehensive assessment results of ecological sensitivity in Shaanxi Province

2.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)

2.2.1 生態(tài)源地識別

基于用地類型數(shù)據(jù)，采用MSPA 軟件識別出面積占比前40 的林地斑塊和濕地斑塊，將其視為生態(tài)源地備選區(qū)域，進(jìn)一步計(jì)算景觀連通性，篩選出生態(tài)源地。根據(jù)dPC計(jì)算結(jié)果，將生態(tài)源地分為2 個(gè)等級：dPC≥0.1 為重要生態(tài)源地，0.1>dPC≥0.01 為一般生態(tài)源地。圖5 為生態(tài)源地識別結(jié)果，林地生態(tài)源地15個(gè)，占研究區(qū)總面積的16.75%，其中重要林地生態(tài)源地為13、14、15 號，主要分布在秦嶺山地區(qū)中西部；濕地生態(tài)源地15 個(gè)，占研究區(qū)總面積的0.14%，其中重要濕地生態(tài)源地為28、29、30 號，主要位于黃河流域?？傮w來說，陜西省濕地面積較小，濕地對維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要作用，應(yīng)該實(shí)施一些措施改善流域周圍生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

圖5 陜西省生態(tài)源地空間分布圖Figure 5 Spatial distribution of ecological sources in Shaanxi Province

2.2.2 阻力面構(gòu)建

基于單因子阻力面和各阻力因子權(quán)重，采用多因子加權(quán)疊置分析的方法計(jì)算出研究區(qū)的綜合阻力面。如圖6 所示，秦巴山區(qū)、子午嶺地區(qū)、黃龍山地區(qū)、關(guān)山地區(qū)和渭北高原丘陵溝壑區(qū)海拔較高，坡度大，地貌類型以山地為主，是生態(tài)高阻力區(qū)；白于山區(qū)地表覆蓋類型以草地、耕地、荒漠和裸露地表為主，海拔較高，河網(wǎng)密度小，生態(tài)阻力值較高；陜北黃土高原地區(qū)北部以荒漠生態(tài)系統(tǒng)為主，河網(wǎng)密度小，公路密度和鐵路密度大，人造地表覆蓋阻力值高，屬于高阻力區(qū)。綜合來看，陜西省阻力值南北高、中間低，阻力由西向東逐漸降低。這種東西跨度大的高阻力空間格局，影響了區(qū)域南北生境斑塊之間的生態(tài)聯(lián)系。因此，構(gòu)建潛在生態(tài)廊道可以識別陜南與陜北生境斑塊間的最小生態(tài)阻力路徑，在促進(jìn)區(qū)域間物質(zhì)、能量、信息流動(dòng)方面具有不可替代的作用。

圖6 研究區(qū)各因子及綜合阻力面圖Figure 6 The factors and comprehensive resistance of the study area

2.2.3 生態(tài)廊道與節(jié)點(diǎn)識別

基于生態(tài)源地和綜合阻力面，借助MCR 最小累計(jì)阻力模型獲得研究區(qū)域的最小成本路徑，進(jìn)而構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。通過重力模型劃分生態(tài)廊道等級：林地生態(tài)廊道中，G≥10 為重要林地生態(tài)廊道，10>G≥0為一般林地生態(tài)廊道；水域生態(tài)源地中，G≥100 為重要水域生態(tài)廊道，100>G≥0 為一般水域生態(tài)廊道。

如圖7 所示，共識別出重要林地生態(tài)廊道24 條、一般林地生態(tài)廊道41條、重要濕地生態(tài)廊道12條、一般濕地生態(tài)廊道26條、重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)37個(gè)、一般生態(tài)節(jié)點(diǎn)69 個(gè)。從空間分布來看，關(guān)山和秦嶺山地區(qū)林地生態(tài)廊道較為密集且等級高，大致呈南北走向，生態(tài)節(jié)點(diǎn)沿河流縱向分布。秦嶺山地區(qū)植被覆蓋度高、人類活動(dòng)干擾較少、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平高，生態(tài)廊道貫通南北，加強(qiáng)了秦巴山地、關(guān)山、黃龍山和子午嶺等生態(tài)保護(hù)地之間的生態(tài)聯(lián)系。關(guān)中地區(qū)是城市化高度發(fā)達(dá)的區(qū)域，林地生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)稀疏、斑塊破碎度高，不利于物種遷徙與能量流動(dòng)。陜北地區(qū)林地生態(tài)源地和生態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少，并且具有較大面積的高阻力區(qū)，與其他生態(tài)源地的生態(tài)聯(lián)系阻力較大。水域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)主要分布在漢江、渭河、黃河和無定河等流域。秦嶺山地區(qū)生態(tài)阻力值高，導(dǎo)致漢江流域與渭河流域的生態(tài)聯(lián)系較弱；黃河流域是聯(lián)系陜北地區(qū)與關(guān)中地區(qū)生態(tài)源地的主要廊道，而北洛河雖然是陜西省重要的流域，但是陜北黃土高原區(qū)較高的生態(tài)阻力不利于北洛河流域發(fā)揮生態(tài)連通功能，其廊道的重要性等級偏低。

圖7 陜西省綜合生態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖Figure 7 Comprehensive ecological network of Shaanxi Province

2.3 生態(tài)保護(hù)重要性優(yōu)化評價(jià)

基于生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性和生態(tài)敏感性評價(jià)結(jié)果，結(jié)合生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建識別的生態(tài)廊道和生態(tài)源地，采用多要素疊置的方法確定陜西省生態(tài)保護(hù)重要性等級。如圖8 所示，生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)面積為84 362.30 km2，占研究區(qū)域總面積的40.97%，主要集中分布在秦巴山地、關(guān)山和黃土高原等地區(qū)。生態(tài)保護(hù)重要區(qū)面積為79 070.35 km2，占研究區(qū)域總面積的38.40%，主要分布在關(guān)中地區(qū)西北部和陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，零星分布在榆林市西北部和陜南低山丘陵盆地區(qū)。生態(tài)保護(hù)一般區(qū)面積為45 315.42 km2，占研究區(qū)域總面積的20.63%，主要分布在關(guān)中平原區(qū)?？傮w上來說，生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)結(jié)果主要與海拔、生態(tài)系統(tǒng)類型、降雨、溫度、土壤、地形和植被覆蓋度等有關(guān)。如圖8所示，海拔高、植被覆蓋度高、坡度大、氣候濕潤、以森林生態(tài)系統(tǒng)為主的區(qū)域，生態(tài)保護(hù)重要性等級高，如秦巴山地等地區(qū)。降雨侵蝕和土壤侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域，面臨水土流失、生態(tài)系統(tǒng)退化和資源型缺水等重大生態(tài)問題，生態(tài)保護(hù)重要性等級高，如陜北黃土高原區(qū)中沿黃河流域和無定河流域周邊地區(qū)。

圖8 陜西省生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)圖Figure 8 Evaluation of the importance of ecological conservation in Shaanxi Province

如圖9 所示，經(jīng)過生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后的生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)面積比優(yōu)化前多識別出3.3%，面積新增加7 410.21 km2。優(yōu)化前未能識別出的空間是部分生態(tài)源地和部分生態(tài)廊道。未識別生態(tài)源地主要分為三類：①大面積林地斑塊，該區(qū)域用地類型為林地、連通性好、斑塊破碎度低，起到生態(tài)歇腳石的作用，有利于生物物種遷移和物質(zhì)的能量流動(dòng)，對穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義。而該區(qū)域的生物多樣性維護(hù)功能、水源涵養(yǎng)功能和水土保持功能一般，如黃龍山地區(qū)。②高連通性林地斑塊，該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能一般，而作為連通性高的綠地斑塊，對于強(qiáng)化重要生態(tài)斑塊間聯(lián)系、穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用，如寶雞市的鳳翔縣和岐山縣地區(qū)。③濕地生態(tài)源地，生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性評價(jià)不能識別，此區(qū)域是面積較大、連通性較好的濕地，如紅堿淖和黃河流域地區(qū)。未識別生態(tài)廊道主要分為兩類：①生態(tài)源地間廊道，主要分布在關(guān)中平原地區(qū)，林地生態(tài)廊道是連通陜北黃龍山、子午嶺地區(qū)和陜南秦巴山地之間生態(tài)聯(lián)系的橋梁；濕地生態(tài)廊道加強(qiáng)了區(qū)域間橫向與縱向的生態(tài)聯(lián)系，如漢江流域加強(qiáng)陜南地區(qū)之間聯(lián)系、渭河流域加強(qiáng)關(guān)中地區(qū)生態(tài)聯(lián)系、北洛河和黃河流域加強(qiáng)關(guān)中地區(qū)與陜北地區(qū)之間的聯(lián)系。②生態(tài)源地內(nèi)部廊道，該廊道主要是生態(tài)源地內(nèi)部濕地廊道，如秦嶺山地區(qū)。

圖9 陜西省生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)優(yōu)化區(qū)域分布Figure 9 Ecological protection importance evaluation optimization regional distribution in Shaanxi Province

2.4 生態(tài)保護(hù)空間格局

如表5 和圖10 所示，將生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)結(jié)果應(yīng)用于生態(tài)保護(hù)空間識別，最終形成點(diǎn)-線-面相結(jié)合的生態(tài)保護(hù)空間格局，豐富了生態(tài)保護(hù)空間形式，對科學(xué)劃定生態(tài)保護(hù)與修復(fù)區(qū)域具有理論與實(shí)踐意義。面狀生態(tài)修復(fù)區(qū)主要分布在黃土高原丘陵溝壑區(qū)和長城以北風(fēng)沙灘地區(qū)；面狀生態(tài)保護(hù)區(qū)主要分布在秦巴山地、關(guān)山和子午嶺等地區(qū)；線狀生態(tài)保護(hù)區(qū)主要分布在秦巴山地；線狀生態(tài)修復(fù)區(qū)和點(diǎn)狀生態(tài)修復(fù)區(qū)主要位于關(guān)中平原地區(qū)和陜南秦巴山地。

表5 生態(tài)保護(hù)重要性各要素轉(zhuǎn)換生態(tài)保護(hù)空間Table 5 Conversion of ecological protection importance factors to ecological protection space

圖10 生態(tài)保護(hù)空間類型分布Figure 10 Distribution of ecological conservation space type

3 討論

目前，生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)以疊置評價(jià)為主，該評價(jià)方法可以揭示生態(tài)調(diào)節(jié)功能的空間差異性，識別潛在生態(tài)環(huán)境問題以及生態(tài)問題發(fā)生的可能性大小，反映評價(jià)單元生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健康狀態(tài)等。但這種方法忽視了生態(tài)系統(tǒng)完整性和生態(tài)過程可持續(xù)性，而生態(tài)廊道可以連接孤立的景觀斑塊，增加斑塊間生態(tài)聯(lián)系的連通性，降低自然系統(tǒng)破碎化帶來的物種多樣性喪失和生態(tài)過程退化。因此，本研究采用疊置評價(jià)和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建相結(jié)合的方法評價(jià)生態(tài)保護(hù)重要性，將研究區(qū)域劃分為生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)、重要區(qū)和一般區(qū)，其中極重要區(qū)對于維持區(qū)域內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)平衡、降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和提高生態(tài)安全格局具有重要作用，嚴(yán)格禁止任何破壞生態(tài)環(huán)境的建設(shè)活動(dòng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)；重要區(qū)則需要嚴(yán)格控制破壞生態(tài)環(huán)境的活動(dòng)，并處理好生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間三者之間的協(xié)調(diào)關(guān)系；一般區(qū)則適宜從事建設(shè)活動(dòng)和生產(chǎn)活動(dòng)。

本研究在生態(tài)協(xié)調(diào)功能重要性和生態(tài)敏感性評價(jià)中，考慮了陜西省三大地理區(qū)域的差異性，將評價(jià)指標(biāo)方面設(shè)置了不同的閾值和分級標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)評價(jià)了不同區(qū)域的生態(tài)保護(hù)重要性；將生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的方法應(yīng)用到生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)中，對疊置評價(jià)結(jié)果進(jìn)行修正與優(yōu)化，能夠有效提高生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，具有較大的潛在應(yīng)用價(jià)值。例如：結(jié)合相關(guān)自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)，可以綜合劃定和調(diào)整生態(tài)保護(hù)紅線范圍；生態(tài)節(jié)點(diǎn)、源地間生態(tài)廊道和生態(tài)極敏感區(qū)作為生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域識別的基礎(chǔ)，可為進(jìn)一步確定生態(tài)修復(fù)重大工程提供依據(jù)；在評價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)換成生態(tài)保護(hù)空間的基礎(chǔ)上，與禁止開發(fā)區(qū)域和其他需要嚴(yán)格保護(hù)的自然保護(hù)地進(jìn)行校驗(yàn)，可以有效地構(gòu)建生態(tài)安全格局。

本研究基于自然資源數(shù)據(jù)庫對陜西省生態(tài)保護(hù)重要性進(jìn)行評價(jià)，在此基礎(chǔ)上使用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析的方法對生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而構(gòu)建陜西省生態(tài)保護(hù)空間格局，今后研究還需進(jìn)一步完善。首先，生態(tài)廊道的寬度與物種、廊道結(jié)構(gòu)、連接度等有關(guān)，因此生態(tài)廊道寬度取值范圍有待后續(xù)深入研究；其次，生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能屬于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的一部分，因此有待后續(xù)完善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價(jià)指標(biāo)體系；最后，濕地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)不同于陸地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，今后有待提高濕地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

4 結(jié)論

本研究以陜西省為例，在生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能重要性和生態(tài)敏感性評價(jià)基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，對陜西省生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)論如下：

（1）生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能極重要區(qū)占全省總面積的32.8%，主要分布在秦巴山地、關(guān)山和子午嶺等地區(qū)，這些區(qū)域植被覆蓋度高、降雨量比較豐沛，人類活動(dòng)強(qiáng)度相對較?。簧鷳B(tài)極敏感區(qū)占全省總面積的6.4%，主要位于黃土高原丘陵溝壑地區(qū)，地表類型以草地為主，水土流失較為嚴(yán)重；生態(tài)源地和生態(tài)節(jié)點(diǎn)分布呈現(xiàn)出南多北少、西多東少的格局，濕地生態(tài)源地面積較小，生態(tài)廊道以縱向分布為主。

（2）利用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對生態(tài)保護(hù)重要性初始評價(jià)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，識別并增加3.3%生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)域。新增的生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)域一類是生態(tài)廊道，對維持生態(tài)過程的連續(xù)性具有重要作用；另一類是連通性高的斑塊，對優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用，主要分布在黃龍山和關(guān)山地區(qū)。

（3）全省生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)面積為84 362.30 km2，占全省總面積的40.97%。其中需要重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域主要分布在秦巴山地、子午嶺、黃龍山等地區(qū)；重點(diǎn)修復(fù)與保護(hù)的區(qū)域主要位于榆林東南部地區(qū)，該區(qū)域水土流失較為嚴(yán)重，需要通過調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和退耕還林還草，做好水土保持工作。

（4）陜西省生態(tài)安全程度總體呈陜南高、陜北低，關(guān)中中部低、四周高的特點(diǎn)，要嚴(yán)格管控生態(tài)保護(hù)與修復(fù)區(qū)域，加強(qiáng)生態(tài)廊道和節(jié)點(diǎn)建設(shè)與管控，同時(shí)兼顧城市發(fā)展需求，制定針對性的治理策略，提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域綠色協(xié)調(diào)發(fā)展。