康潔銘,劉 雨,朱曉偉,金昌東,孫 碩,張寶雷①

(1.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250358；2.山東省土地儲(chǔ)備中心，山東 濟(jì)南 250014)

國(guó)土生態(tài)安全是民族生存和國(guó)家持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是和諧社會(huì)的根本保障[1]。十八大報(bào)告中提出著力構(gòu)建我國(guó)國(guó)土空間三大戰(zhàn)略格局，而生態(tài)安全格局就是三大戰(zhàn)略格局之一。國(guó)土空間開發(fā)格局的構(gòu)建與優(yōu)化首次提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，其意義不言而喻[2]。然而，基于生態(tài)學(xué)的研究?jī)?nèi)容與土地利用總體規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃的成果之間存在嚴(yán)重脫節(jié)，生態(tài)安全格局與生態(tài)空間優(yōu)化之間銜接不足，導(dǎo)致生態(tài)安全格局構(gòu)建未對(duì)空間優(yōu)化和管理起到指導(dǎo)作用[3]。因此，設(shè)計(jì)和優(yōu)化生態(tài)空間、生活空間、生產(chǎn)空間復(fù)雜耦合系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和功能定位，形成結(jié)構(gòu)完整、功能完備、分布連續(xù)的生態(tài)空間布局形態(tài)，是新一輪國(guó)土空間規(guī)劃的基礎(chǔ)和前提[4-5]，對(duì)踐行生態(tài)保護(hù)、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和保障國(guó)土空間永續(xù)發(fā)展意義重大[6-7]。

從20世紀(jì)末開始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生態(tài)安全格局開展了廣泛的研究，包括理論探索、指標(biāo)制定、方法實(shí)現(xiàn)等，取得了一系列重要成果[8-10]，其應(yīng)用范圍包括物種保護(hù)[11]、土地管理[12]、城市規(guī)劃[13]和物種棲息地保護(hù)[14]等。目前，識(shí)別源地-構(gòu)建阻力面-提取廊道的研究框架已成為構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的標(biāo)準(zhǔn)范式[15]。生態(tài)源地是擔(dān)負(fù)區(qū)域主要輻射功能的大型生態(tài)斑塊，對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能作用重大。生態(tài)源地的確定是構(gòu)建生態(tài)安全格局的基礎(chǔ)。然而，目前多數(shù)研究主要選取大型生境斑塊、自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景區(qū)[16-17]，忽視了區(qū)域及生態(tài)源地本身的生態(tài)環(huán)境狀況[18]，對(duì)生態(tài)安全格局的構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)性不足，也有學(xué)者通過生態(tài)脆弱區(qū)[19]、適應(yīng)性評(píng)價(jià)[20]、生態(tài)紅線[21]等角度識(shí)別源地。生態(tài)源阻力面的構(gòu)建是生態(tài)廊道準(zhǔn)確提取的前提，阻力面則用來反映物種遷移或生態(tài)過程的空間遷移困難程度[22]。已有研究大多基于土地利用類型、坡度、高程等與生態(tài)因素相關(guān)的阻力系數(shù)[23]，再根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行賦值，但是此方法主觀性較強(qiáng)，忽略了相同地表覆蓋類型下的內(nèi)部差異，也未考慮人類活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)生態(tài)阻力系數(shù)的影響[24]。生態(tài)廊道一般以線狀景觀要素存在于生態(tài)系統(tǒng)中，具有生態(tài)、文化、社會(huì)等多種功能[25]，是保障生態(tài)源地核心斑塊之間物質(zhì)流、能量流等順暢流動(dòng)的關(guān)鍵載體。因此，識(shí)別區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有組團(tuán)廊道并予以重點(diǎn)保護(hù)，合理增設(shè)景觀廊道以實(shí)現(xiàn)廊道組團(tuán)網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性具有重要意義。廊道的提取方法中最早的是KNAAPEN等[26]提出的基于GIS的建模方法，此方法較為繁瑣。俞孔堅(jiān)[27]根據(jù)最小累積阻力模型(minimum cumulative resistance，MCR)改進(jìn)了提取廊道的方法。最小累積阻力模型可以模擬物種在空間的移動(dòng)趨勢(shì)與景觀格局變化之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，在廊道識(shí)別和生態(tài)安全格局的構(gòu)建中得到了廣泛應(yīng)用。

膠東半島三面環(huán)海，交通發(fā)達(dá)、設(shè)施完善、區(qū)位優(yōu)勢(shì)顯著，是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的重要組成，擁有全省主要優(yōu)勢(shì)資源和先進(jìn)生產(chǎn)力，是全省發(fā)展水平最高、潛力最大、活力最強(qiáng)的區(qū)域[28]。然而，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化與工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，膠東半島區(qū)域生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾日益突顯。在城市開發(fā)建設(shè)過程中大量生態(tài)空間被開發(fā)利用，城市綠色空間減少，經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下又出現(xiàn)大規(guī)模的填海造地，濱海濕地不斷萎縮，導(dǎo)致部分原始生態(tài)功能喪失、生態(tài)環(huán)境承載力下降，直接影響區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。2019年10月12日山東省委下發(fā)《關(guān)于加快膠東半島經(jīng)濟(jì)圈一體化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，意見中提到要全面推進(jìn)膠東半島一體化發(fā)展，建立健全分工協(xié)作利益共享機(jī)制，充分發(fā)揮各市比較優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、錯(cuò)位協(xié)同、合作共贏，努力建設(shè)世界知名半島城市群。在此背景下，該研究以構(gòu)建生態(tài)安全格局為基礎(chǔ)，對(duì)格局組分要素優(yōu)化與重組，制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，著重優(yōu)化區(qū)域國(guó)土空間，保護(hù)核心生態(tài)用地，為推進(jìn)膠東區(qū)域一體化協(xié)調(diào)發(fā)展提供技術(shù)思路。

1 研究區(qū)概況

膠東半島(35°35′～38°23′ N，119°30′～122°42′ E)是膠萊河以東地區(qū)的簡(jiǎn)稱，地處山東省東部沿海地區(qū)，瀕臨渤海、黃海。膠東半島是山東省的經(jīng)濟(jì)核心地區(qū)，是帶動(dòng)全省發(fā)展的龍頭區(qū)域，轄青島、煙臺(tái)、威海3市，共26個(gè)區(qū)(縣)，土地總面積為30 645.95 km2。膠東半島的地形多為起伏平緩的丘陵地帶，形成了以山地、丘陵為骨架，平原盆地交錯(cuò)環(huán)列其間的地貌大勢(shì)，有嶗山、昆崳山、牙山等少數(shù)中低山突出于群丘之上，構(gòu)成膠東半島的中脊。膠東半島三面環(huán)海，受海洋性氣候的影響，與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比有溫度適中、雨量充沛、空氣濕潤(rùn)等特點(diǎn)，屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，年均氣溫為11～14 ℃，年均降水量為650～850 mm。膠東半島屬溫帶落葉闊葉林生態(tài)區(qū)，該區(qū)兼有涵養(yǎng)水源、保持水土、保護(hù)生物多樣性和糧食生產(chǎn)等多種生態(tài)功能，其主要生態(tài)環(huán)境問題是經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)強(qiáng)度大，工農(nóng)業(yè)爭(zhēng)水矛盾較大，局部地區(qū)水土流失嚴(yán)重，近海區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能有退化趨勢(shì)。因膠東半島區(qū)域內(nèi)包含若干海上島嶼，如長(zhǎng)島、劉公島、雞鳴島等，海上島嶼人類活動(dòng)強(qiáng)度小，生境良好，故該研究中生態(tài)安全格局的構(gòu)建與優(yōu)化僅考慮膠東半島陸域范圍。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)、數(shù)字高程模型(DEM)、歸一化差分植被指數(shù)(NDVI)、土壤數(shù)據(jù)、夜間燈光數(shù)據(jù)(VIIRS/DNB)、氣象數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)來源、精度及用途見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源、精度及用途

2.2 總體思路

基于識(shí)別源地-構(gòu)建阻力面-提取廊道的框架確定技術(shù)路線(圖1)。

圖1 技術(shù)路線

首先，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)確定初步生態(tài)源地，將自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)與初步生態(tài)源地空間疊加，驗(yàn)證所評(píng)價(jià)源地合理性后進(jìn)一步整合至生態(tài)源地；其次，利用夜間燈光數(shù)據(jù)模擬人類活動(dòng)強(qiáng)度，校正基于不同地類賦值得到的生態(tài)阻力面；最后，應(yīng)用最小累積阻力模型識(shí)別生態(tài)廊道、生態(tài)源地緩沖區(qū)，完成生態(tài)安全格局的構(gòu)建后分析其空間布局并提出具體優(yōu)化方案。

2.2.1識(shí)別生態(tài)源地

“源”是指物種維持或擴(kuò)散的原點(diǎn)，具有向自身集聚或向周圍擴(kuò)散的能力。生態(tài)源地一般由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較重要、生態(tài)環(huán)境較敏感的大型自然斑塊構(gòu)成，對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全意義重大。結(jié)合研究區(qū)主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與自然地理現(xiàn)狀，選取相關(guān)因子進(jìn)行生態(tài)重要性評(píng)價(jià)，確定初步生態(tài)源地。

膠東半島三面環(huán)海，受海洋性氣候的調(diào)節(jié)作用，有著不完全同于內(nèi)陸的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境?？諝鉂駶?rùn)、雨量充沛、溫度適中等特點(diǎn)使這里自然條件優(yōu)越，境內(nèi)有嶗山、昆崳山、羅山等多個(gè)國(guó)家級(jí)森林公園。這些區(qū)域植被覆蓋率極高，有涵養(yǎng)水分、保持水土、防風(fēng)固沙等眾多生態(tài)功能。同時(shí)這些區(qū)域內(nèi)生境質(zhì)量?jī)?yōu)越，各類野生動(dòng)植物資源極為豐富，生物多樣性高。因此選取水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性保護(hù)作為生態(tài)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)因子，均通過植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)定量指標(biāo)法完成評(píng)估，各項(xiàng)因子詳細(xì)提取方法或計(jì)算方法見文獻(xiàn)[29]，此方法以NPP數(shù)據(jù)為主，相關(guān)評(píng)價(jià)參數(shù)易獲取且易操作。公式中各項(xiàng)參數(shù)原始數(shù)據(jù)分辨率有30、250和1 000 m，將各因子數(shù)據(jù)統(tǒng)一重采樣至250 m分辨率，歸一化處理后進(jìn)行計(jì)算。生態(tài)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)公式為

Rw=Pm×Fs×Fp×(1-Fl)。

(1)

式(1)中，Rw為水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)；Pm為植被凈初級(jí)生產(chǎn)力年均值因子；Fs為土壤滲流因子；Fp為年均降水量因子；Fl為坡度因子。

Sp=Pm×(1-K)×(1-Fl)。

(2)

式(2)中，Sp為水土保持服務(wù)能力指數(shù)；K為土壤可蝕性因子。

Sb=Pm×Fp×Ft×(1-Fa)。

(3)

式(3)中，Sb為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)；Ft為年均氣溫因子；Fa為海拔因子。

Sw=Pm×K×Fq×D。

(4)

式(4)中，Sw為防風(fēng)固沙服務(wù)能力指數(shù)；Fq為年均氣候侵蝕力因子；D為地表粗糙度因子。

膠東半島區(qū)域地形以低山丘陵為主，區(qū)內(nèi)常有強(qiáng)降雨與大風(fēng)天氣，易引發(fā)水土流失，沿海地區(qū)有土地沙化趨勢(shì)。因此選取水土流失、土地沙化作為生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)因子，其中土地沙化敏感性結(jié)合已有研究選取干燥度指數(shù)、起沙風(fēng)天數(shù)、土壤質(zhì)地、植被覆蓋度4類指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估[30]，水土流失敏感性評(píng)價(jià)基于修正的通用水土流失方程基本原理進(jìn)行評(píng)估[21]，生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)公式為

(5)

式(5)中，D為土地沙化敏感性指數(shù)；I為評(píng)估區(qū)域干燥度因子；W為起沙風(fēng)天數(shù)因子；C為地表植被覆蓋因子。

(6)

式(6)中，SS為水土流失敏感性指數(shù)；R為降雨侵蝕力因子；LS為坡長(zhǎng)坡度因子。

將上述4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性因子評(píng)價(jià)結(jié)果使用ArcGIS 10.5軟件中的Raster Calculator工具等權(quán)疊加計(jì)算，得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值。將屬性表中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值按降序排列后進(jìn)行累加計(jì)算，累加值占總值的前50%與80%作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)分級(jí)的斷點(diǎn)，使用ArcGIS 10.5軟件中的Reclassify工具分成極重要、重要、一般重要3個(gè)等級(jí)；參照《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使用自然斷點(diǎn)法將土地沙化、水土流失敏感性評(píng)價(jià)的疊加結(jié)果劃分為極敏感、敏感、一般敏感3個(gè)等級(jí)。提取研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)域和生態(tài)環(huán)境極敏感區(qū)域后轉(zhuǎn)矢量圖層，通過剔除細(xì)碎圖斑、非生態(tài)用地等操作得到初步的生態(tài)源地。

自然保護(hù)區(qū)被視為生態(tài)系統(tǒng)的天然環(huán)境本底，在涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、提供動(dòng)物棲息地、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡等方面作用重大。若僅考慮將研究區(qū)范圍內(nèi)的自然保護(hù)區(qū)納入生態(tài)源地范圍，會(huì)忽視區(qū)域內(nèi)其他生態(tài)系服務(wù)功能價(jià)值高的區(qū)域，因此將生態(tài)重要性評(píng)價(jià)結(jié)果與自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)疊加，一方面是取兩者交集來驗(yàn)證評(píng)價(jià)所得初步生態(tài)源地的準(zhǔn)確度，另一方面是取兩者并集作為生態(tài)源地，保證后續(xù)系列研究結(jié)果的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性。

2.2.2生態(tài)阻力面

參考膠東半島的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和已有研究對(duì)土地利用類型賦予的阻力值[25,31]，將土地類型合并為林地、草地、園地、耕地、水域、交通用地、建設(shè)用地、其他土地8種類型，分別賦予1、10、20、30、50、500、800、300的阻力值。生態(tài)阻力面的設(shè)置是否科學(xué)會(huì)影響后續(xù)一系列評(píng)價(jià)結(jié)果，僅對(duì)土地利用類型進(jìn)行生態(tài)阻力的賦值會(huì)忽視相同地表類型下生態(tài)阻力的差異，未能考慮人類活動(dòng)強(qiáng)度的影響。有研究表明，夜間燈光數(shù)據(jù)能在一定程度上反映人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、城市化水平等人類活動(dòng)因素[24]，因此，使用VIIRS/DNB夜間燈光數(shù)據(jù)模擬人類活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)生態(tài)阻力面進(jìn)行校正。

(7)

式(7)中，Zx為柵格x由夜間燈光系數(shù)校正后的阻力值；Gx為柵格x的夜間燈光指數(shù)；Ga為x所屬景觀類型a的平均燈光指數(shù)；Z為柵格x初始生態(tài)阻力值。

2.2.3生態(tài)廊道與生態(tài)緩沖區(qū)

生態(tài)廊道具有多種生態(tài)功能，如物質(zhì)交換、能量流動(dòng)、動(dòng)物遷徙、生物多樣性保護(hù)等[32]。最小累積阻力模型可以測(cè)算物種從源至目標(biāo)單元的累積距離以及每個(gè)要素流在逐漸向外擴(kuò)張過程中需要的最小阻力值，根據(jù)阻力值的大小可判斷目標(biāo)單元與生態(tài)源地間景觀的連通性與可達(dá)性[33]。根據(jù)該模型提取生態(tài)廊道，計(jì)算公式為

(8)

式(8)中，R為最小累積阻力值；Dij為源j至目標(biāo)單元i的距離；Ri為目標(biāo)單元i對(duì)源j的阻力；f為生態(tài)過程中的一個(gè)正相關(guān)系數(shù)。

基于MCR模型，生態(tài)源地以生態(tài)阻力面為成本柵格逐步擴(kuò)張得到最小累積阻力面，通過分析最小阻力面的阻力值與柵格面積變化曲線，利用ArcGIS 10.5進(jìn)行重分類后采用Natural Break(Jenks)斷點(diǎn)法基于閾值限定將生態(tài)源地以外的區(qū)域劃分為高、中、低3種不同安全級(jí)別，分別對(duì)應(yīng)生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)過渡區(qū)與開發(fā)建設(shè)區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 膠東半島陸域生態(tài)安全格局

3.1.1生態(tài)源地識(shí)別與驗(yàn)證

生態(tài)重要性的評(píng)估結(jié)果見圖2和表2。其中生態(tài)服務(wù)功能極重要區(qū)面積為7 036.38 km2，生態(tài)環(huán)境極敏感區(qū)面積為2 310.25 km2，分別占研究區(qū)面積的23.06%和7.57%。提取極重要極敏感區(qū)，得到初步確定的生態(tài)源地區(qū)域。

圖2 生態(tài)重要性與生態(tài)源地評(píng)價(jià)結(jié)果

將評(píng)價(jià)得到的初步生態(tài)源地與自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)一步整合后，通過邊界處理、現(xiàn)狀和規(guī)劃銜接等操作，得到最終確定的膠東半島生態(tài)源地，總面積為3 296.85 km2，占膠東半島陸域面積的10.71%。從空間分布看，膠東半島陸域生態(tài)源地東西方向上在煙臺(tái)威海腹地范圍內(nèi)分布較集中，根據(jù)這些生態(tài)源地主要為大型水庫、山脈和自然保護(hù)區(qū)等，為區(qū)域內(nèi)的人口和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)提供了重要的生命保障，在維持區(qū)域生態(tài)功能穩(wěn)定、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用，必須嚴(yán)禁任何開發(fā)建設(shè)等活動(dòng)。分析生態(tài)源地內(nèi)各地類組成，林地占生態(tài)源地總面積比重最大，為68.47%，其次為水域與濕地、耕地、園地、草地，面積占比分別為8.52%、7.98%、6.80%和4.90%，建設(shè)用地占比為2.21%，有少數(shù)開發(fā)建設(shè)活動(dòng)已延伸至源地范圍內(nèi)，需嚴(yán)格管控；此外，交通用地、其他用地面積占比均不足1%(表3)。

3.1.2生態(tài)緩沖區(qū)

基于MCR模型，生態(tài)源地以生態(tài)阻力面為成本柵格逐步擴(kuò)張得到最小累積阻力面〔圖4(a)〕。膠東半島的中偏下部平度市、萊西市、即墨區(qū)一帶最小累積阻力值最高。煙臺(tái)南部沿海與青島主城區(qū)累積阻力值也較高，這些區(qū)域地勢(shì)相對(duì)平緩，人類活動(dòng)強(qiáng)度大，建設(shè)開發(fā)利用率高，所以最小累積阻力值也在這些區(qū)域達(dá)到峰值。煙威腹地龍口、棲霞、牟平、文登一帶溝壑縱橫，山地、大型水庫與自然保護(hù)區(qū)互相環(huán)繞，人類活動(dòng)難以延伸至此，對(duì)自然生態(tài)影響較弱，生態(tài)源地的擴(kuò)張阻力也較低。

表2 生態(tài)重要性評(píng)價(jià)結(jié)果

基于最小累積阻力面，利用ArcGIS 10.5軟件進(jìn)行重分類后采用Natural Break(Jenks)斷點(diǎn)法根據(jù)突變點(diǎn)將阻力面劃分為3個(gè)不同安全級(jí)別〔圖4(b)〕。其中，圍繞生態(tài)源地的低阻力緩沖地帶定義為生態(tài)緩沖區(qū)，面積9 917.52 km2，占比32.21%。生態(tài)緩沖區(qū)是圍繞生態(tài)源地范圍容易被物種擴(kuò)散利用的生態(tài)空間，也是生態(tài)源地的安全屏障，可保護(hù)內(nèi)部自然生態(tài)過程，應(yīng)禁止開發(fā)建設(shè)。生態(tài)安全緩沖區(qū)以外由于人類活動(dòng)干擾等因素的影響，累積阻力值較高，已不適合生態(tài)源地的發(fā)展與擴(kuò)散，定義為生態(tài)過渡區(qū)，面積為9 303.98 km2，占比30.22%。作為生態(tài)源地保護(hù)與城市建設(shè)開發(fā)之間的過渡地帶，生態(tài)過渡區(qū)可用于建設(shè)城郊生態(tài)園、果蔬種植等不干擾生態(tài)環(huán)境的開發(fā)活動(dòng)。剩余區(qū)域定義為開發(fā)建設(shè)區(qū)，面積為8 268.20 km2，占比為26.86%，可作為城市的開發(fā)建設(shè)備選區(qū)域。

1—嶗山自然保護(hù)區(qū)；2—煙臺(tái)沿海防護(hù)林自然保護(hù)區(qū)；3—牙山自然保護(hù)區(qū)；4—昆崳山保護(hù)區(qū)；5—之萊山自然保護(hù)區(qū)；6—艾山自然保護(hù)區(qū)；7—大澤山自然保護(hù)區(qū)；8—羅山自然保護(hù)區(qū)；9—大基山自然保護(hù)區(qū)；10—招虎山自然保護(hù)區(qū)；11—銀湖濕地自然保護(hù)區(qū)；12—老寨山自然保護(hù)區(qū)；13—大飄山自然保護(hù)區(qū)；14—圍子山自然保護(hù)區(qū)；15—五龍河濕地自然保護(hù)區(qū)；16—山自然保護(hù)區(qū)；17—黃水河濕地自然保護(hù)區(qū)；18—艾山地質(zhì)遺跡自然保護(hù)區(qū)；19—馬山自然保護(hù)區(qū)；20—榮成大天鵝自然保護(hù)區(qū)。

表3 生態(tài)源地內(nèi)各地類占比

3.1.3生態(tài)廊道

根據(jù)最終確定膠東半島陸域生態(tài)源地的位置分布特征把膠東半島陸域生態(tài)源地整合為14個(gè)生態(tài)斑塊，以每個(gè)斑塊的質(zhì)心點(diǎn)作為生態(tài)結(jié)點(diǎn)?；谧钚±鄯e阻力模型，以每個(gè)結(jié)點(diǎn)為匯，以相鄰生態(tài)結(jié)點(diǎn)為源，通過ArcGIS 10.5軟件的成本路徑工具計(jì)算最小耗費(fèi)路徑(Best-Single)。觀察發(fā)現(xiàn)得到的藍(lán)色廊道未連成完整生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，而是分成4個(gè)組團(tuán)，將其定義為組團(tuán)廊道[34]，這些藍(lán)色組團(tuán)廊道的功能主要是實(shí)現(xiàn)組團(tuán)內(nèi)部生態(tài)源地斑塊間的連通性和生態(tài)系統(tǒng)的完整性(圖5)。

為使膠東半島陸域范圍內(nèi)所有生態(tài)源地斑塊間互相連接，需要計(jì)算4個(gè)組團(tuán)之間的最小耗費(fèi)路徑。

以組團(tuán)廊道兩端的生態(tài)結(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，將相鄰生態(tài)組團(tuán)作為目的地求最小耗費(fèi)路徑，得到3條紅色廊道，它們的作用在于實(shí)現(xiàn)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)化，稱為景觀廊道。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，膠東半島陸域范圍共有13條生態(tài)廊道，總長(zhǎng)度約為624.5 km，其中10條組團(tuán)廊道總長(zhǎng)度為452.4 km，3條景觀廊道總長(zhǎng)度約為172.1 km。組團(tuán)廊道是組團(tuán)內(nèi)部連通生態(tài)結(jié)點(diǎn)間的最小阻力路徑，一般受人類活動(dòng)的干擾較小；景觀廊道是基于MCR模型再次識(shí)別的組團(tuán)之間的最小耗費(fèi)路徑廊道，其目的是使生態(tài)廊道之間互相連接，實(shí)現(xiàn)廊道組團(tuán)網(wǎng)絡(luò)化。景觀廊道可能會(huì)從組團(tuán)廊道之間的城鎮(zhèn)穿過，因此受人類活動(dòng)的干擾較大，面臨的生態(tài)壓力也更大。重點(diǎn)建設(shè)景觀廊道對(duì)實(shí)現(xiàn)廊道組團(tuán)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)而發(fā)揮區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能至關(guān)重要。

3.2 生態(tài)安全格局優(yōu)化方案

3.2.1核心生態(tài)用地管控

隨著城市化進(jìn)程不斷加快，城市建設(shè)用地的無序擴(kuò)張給生態(tài)環(huán)境保護(hù)帶來了巨大壓力。城市開發(fā)過程中大量生態(tài)土地性質(zhì)發(fā)生變化，重要敏感型生態(tài)斑塊日趨破碎化、島嶼化，區(qū)域生態(tài)安全難以得到保障。在分析生態(tài)源地區(qū)域內(nèi)地類組成時(shí)發(fā)現(xiàn)有少數(shù)建設(shè)用地已延伸至生態(tài)源地范圍內(nèi)，生態(tài)源地對(duì)維系區(qū)域生態(tài)功能穩(wěn)固意義重大，應(yīng)嚴(yán)禁各類開發(fā)建設(shè)活動(dòng)。基于研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀，提取城市建設(shè)用地與生態(tài)源地、生態(tài)緩沖區(qū)(以下稱生態(tài)用地)疊加分析，識(shí)別生態(tài)用地與城市擴(kuò)張的沖突區(qū)域(圖6)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)沖突區(qū)域?yàn)?90.38 km2，占生態(tài)用地的7.49%，說明當(dāng)前城市的無序擴(kuò)張已對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定的干擾。受到城市擴(kuò)張干擾較大的地區(qū)主要有青島市嶗山區(qū)的嶗山自然保護(hù)區(qū)(25.7 km2)、黃島區(qū)的珠山風(fēng)景區(qū)與小珠山水庫(59.12 km2)、膠州市與即墨區(qū)接壤的大沽河(69.07 km2)；煙臺(tái)市的萊州市大澤山風(fēng)景名勝區(qū)(54.57 km2)、龍口市大飄山自然保護(hù)區(qū)(47.24 km2)；威海市的環(huán)翠區(qū)崮山水庫、仙姑頂風(fēng)景區(qū)(69.71 km2)等，這些沖突區(qū)域有的屬歷史遺留問題，需現(xiàn)場(chǎng)勘察和進(jìn)一步科學(xué)評(píng)估，避免“一刀切”，對(duì)于不屬歷史遺留問題的違法建設(shè)應(yīng)全面拆除，優(yōu)先在這些已受損生態(tài)區(qū)域開展生態(tài)修復(fù)工作。周圍應(yīng)建設(shè)防護(hù)林隔離帶，降低外界土地覆被變化對(duì)核心生態(tài)用地產(chǎn)生的干擾。

3.2.2構(gòu)建“一廊、一帶、四區(qū)、四組團(tuán)”格局，優(yōu)化生態(tài)空間結(jié)構(gòu)布局

根據(jù)膠東半島區(qū)域自然地理特征、土地利用現(xiàn)狀、生態(tài)基質(zhì)要素，對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全格局各組分要素進(jìn)行優(yōu)化重組，依托自然水系、丘陵、山地，構(gòu)建整體以“一廊、一帶、四區(qū)、四組團(tuán)”(表4)為核心的布局體系，內(nèi)部以生態(tài)廊道組團(tuán)網(wǎng)絡(luò)化作為重點(diǎn)優(yōu)化方向，實(shí)現(xiàn)膠東半島區(qū)域全方位、復(fù)合型、網(wǎng)絡(luò)化的生態(tài)空間結(jié)構(gòu)模式，如圖7所示。

(1)“一廊一帶”天然山水格局

以大沽河、膠萊河為南北主軸打造天然生態(tài)水廊，連通以落藥河、豬拱河、小沽河、界河、黃水河等為軸線的自然水系。作為膠東半島的重要飲用水水源地，需合理把控生態(tài)水廊沿線開發(fā)強(qiáng)度，建設(shè)周邊防護(hù)林綠化帶。同時(shí)，大沽河作為汛期洪水下泄的重要通道，河槽易占滿，使得下游排水困難，引發(fā)內(nèi)澇等災(zāi)害，可適當(dāng)增設(shè)下游支流，引水入渠，灌溉農(nóng)田。以昆崳山、之萊山為東西主軸線打造天然生態(tài)綠帶，連通以圍子山、艾山、牙山、大飄山等為軸線的自然常綠山林。自然生態(tài)綠帶橫跨煙臺(tái)、威海城市腹地，可有效緩解城市熱島效應(yīng)。其作為“天然氧吧”的同時(shí)具有多種生態(tài)效益，需加強(qiáng)對(duì)其沿線山體的保護(hù)。

(2)“四區(qū)四組團(tuán)”協(xié)同共生

在分析半島內(nèi)生態(tài)廊道分布與組成時(shí)得到4組廊道，同時(shí)建議新增3條人工景觀廊道以實(shí)現(xiàn)組團(tuán)廊道間互相連接，保證景觀網(wǎng)絡(luò)的整體連通性。基于廊道組團(tuán)區(qū)的自然生態(tài)基質(zhì)，以生態(tài)廊道組團(tuán)區(qū)為基本區(qū)劃單元，將膠東半島區(qū)域劃分為4個(gè)生態(tài)主體功能分區(qū)。人工景觀廊道可使4個(gè)生態(tài)功能區(qū)協(xié)同共生，構(gòu)筑“四區(qū)、四組團(tuán)”的新生態(tài)格局。其中膠東半島的東部地區(qū)的土地類型主要以耕地為主，生態(tài)源地較少，宜發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，為區(qū)域提供基本糧食保障的同時(shí)可提升經(jīng)濟(jì)效益；西部地區(qū)以產(chǎn)芝水庫、大沽河飲用水水源保護(hù)區(qū)等眾多水源地為核心，為研究區(qū)域提供水源涵養(yǎng)、水資源供給等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)好其水源不受污染；南部地區(qū)以青島市為核心，依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)集群，打造城市內(nèi)部發(fā)展組團(tuán)，并依靠大城市的輻射作用拓寬城市化發(fā)展水平，帶動(dòng)萊西市、萊陽市等地的發(fā)展；中部地區(qū)地形以山地丘陵為主，溝壑縱橫交錯(cuò)，大量生態(tài)源地集中于此，擁有豐富的林地生態(tài)資源，為大量野生動(dòng)植物提供棲息地，在維持生物多樣性、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候等方面作用重大，需進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。

圖4 最小累積阻力面與不同生態(tài)安全級(jí)別劃分

圖5 生態(tài)廊道

圖6 生態(tài)用地與城市擴(kuò)張沖突

表4 “一廊、一帶、四區(qū)、四組團(tuán)”內(nèi)涵解析

4 討論

在以往相關(guān)研究中，圍繞生態(tài)安全格局的思考多是基于土地利用現(xiàn)狀建立相關(guān)評(píng)價(jià)體系,進(jìn)行重要生態(tài)斑塊識(shí)別后應(yīng)用MCR模型識(shí)別廊道、生態(tài)緩沖區(qū)等，構(gòu)建的結(jié)果僅存在生態(tài)優(yōu)先保護(hù)空間，缺少對(duì)區(qū)域生態(tài)空間格局結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體落實(shí)，研究區(qū)多局限在市域或縣域等小范圍內(nèi)，缺少區(qū)域、城市間協(xié)作產(chǎn)生的耦合效應(yīng)研究，從更大范圍統(tǒng)籌考慮自然資源共享、生態(tài)共建，以實(shí)現(xiàn)自然資源的合理配置，建立區(qū)域生態(tài)平衡[35-36]。該研究在全力推進(jìn)膠東半島一體化發(fā)展、打造世界知名半島城市群的背景下，基于區(qū)域生態(tài)安全格局分析，為膠東半島定制“一廊、一帶、四區(qū)、四組團(tuán)”的生態(tài)藍(lán)圖。根據(jù)研究結(jié)果，對(duì)膠東半島提出以下幾點(diǎn)建議：一是核心生態(tài)用地的管控。目前已知生態(tài)用地與建設(shè)用地沖突區(qū)域面積為990.38 km2，出現(xiàn)這種問題的根源在于長(zhǎng)期以來保護(hù)區(qū)界限不明，應(yīng)盡快建立和完善相關(guān)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，強(qiáng)化自然保護(hù)區(qū)的管理體制與運(yùn)行機(jī)制的頂層設(shè)計(jì)，使各級(jí)政府、部門之間職責(zé)明確，形成有效的運(yùn)作體系，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)與土地開發(fā)的良性發(fā)展；二是加強(qiáng)對(duì)生態(tài)廊道沿線周邊的綠化建設(shè)工作，使廊道成為生態(tài)源地核心斑塊之間物質(zhì)交換、能量流動(dòng)、物種遷徙等的關(guān)鍵載體，這對(duì)促成景觀網(wǎng)絡(luò)化有重要作用；三是“一廊一帶”的建設(shè)工作因橫跨范圍大，各市域間應(yīng)做好相互協(xié)調(diào)與合作?！耙焕纫粠А笨沙浞职l(fā)揮膠東半島的自然條件優(yōu)勢(shì)，保持其自然山水生態(tài)格局與城市形態(tài)平衡，提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載能力，促進(jìn)城市群健康持續(xù)發(fā)展，從而在膠東半島區(qū)域形成生態(tài)創(chuàng)新、緊湊高效、互利共贏、高度一體化的模范城市群。

圖7 膠東半島陸域生態(tài)安全格局優(yōu)化方案

該研究可為膠東半島相關(guān)政府部門在產(chǎn)業(yè)布局、生態(tài)保護(hù)與城市建設(shè)規(guī)劃中提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)與決策支持。然而，研究也存在一定的局限性：針對(duì)筆者提出重點(diǎn)建設(shè)的3條人工景觀廊道，由于廊道本身的結(jié)構(gòu)與承載功能都較為復(fù)雜,很難確定廊道的最適宜寬度，廊道生態(tài)功能的發(fā)揮與其寬度密切相關(guān)，如果廊道寬度設(shè)置不合適，不但不能保護(hù)區(qū)域內(nèi)生態(tài)要素流，可能會(huì)有其他物種入侵造成生境被破壞等后果。生態(tài)廊道對(duì)生物多樣性保護(hù)有重要意義，生態(tài)格局也往往會(huì)因廊道寬度的設(shè)置不同而變化，研究中考慮到膠東半島生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，未深入研究廊道的具體寬度，如何確定生態(tài)廊道的最適宜寬度，是接下來生態(tài)安全格局的構(gòu)建與優(yōu)化布局中需要重點(diǎn)研究的方向。

5 結(jié)論

膠東半島陸域生態(tài)源地為3 296.85 km2，占研究區(qū)總面積的10.78%，共整合為14個(gè)生態(tài)斑塊；除生態(tài)源地外生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)過渡區(qū)和開發(fā)建設(shè)區(qū)分別占比32.21%、30.22%和26.86%；識(shí)別生態(tài)廊道共13條，總長(zhǎng)度為624.5 km；城鎮(zhèn)建設(shè)用地與生態(tài)用地之間存在沖突區(qū)域，面積為990.38 km2，占生態(tài)用地總面積的7.49%。

依據(jù)互利共生、協(xié)同進(jìn)化等理論，對(duì)生態(tài)安全格局組分要素進(jìn)行優(yōu)化與重組，將膠東區(qū)域劃分4個(gè)生態(tài)功能區(qū)，又設(shè)3條人工廊道，使各生態(tài)功能區(qū)緊密聯(lián)系。同時(shí)將研究區(qū)南北方向與東西方向上的延伸的自然生態(tài)水廊與天然生態(tài)綠帶一并納入格局體系中進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)與保護(hù)，構(gòu)建以“一廊、一帶、四區(qū)、四組團(tuán)”為核心的整體布局結(jié)構(gòu)，內(nèi)部以生態(tài)廊道組團(tuán)網(wǎng)絡(luò)化作為重點(diǎn)優(yōu)化方向，實(shí)現(xiàn)膠東半島區(qū)域全方位、復(fù)合型、網(wǎng)絡(luò)化的生態(tài)空間結(jié)構(gòu)模式。