潘竟虎,王 云

西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 蘭州 730070

生態(tài)安全被認(rèn)是國家穩(wěn)定、社會(huì)安定、經(jīng)濟(jì)繁榮、民生改善最為基礎(chǔ)和最為牢固的構(gòu)成要素。美麗中國、新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略、生態(tài)文明建設(shè)的宏觀背景下,人們對(duì)美好生活環(huán)境的需求日益增加,生態(tài)安全格局的構(gòu)建也成為區(qū)域不可或缺的、底線式的生態(tài)系統(tǒng)宏觀管理行為[1]。生態(tài)安全格局優(yōu)化能夠防止生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作出現(xiàn)盲目、低效保護(hù),有效緩解社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的沖突[1],是實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[2]。生態(tài)安全是以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與健康為前提的[3],區(qū)域生態(tài)安全格局優(yōu)化以維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程的完整性、穩(wěn)定性為基礎(chǔ),針對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境問題,提出可落實(shí)于空間地域的綜合解決措施及策略。生態(tài)安全格局構(gòu)建就是識(shí)別區(qū)域內(nèi)已有的對(duì)保護(hù)、維持特定區(qū)域某種生態(tài)過程起到重要作用的關(guān)鍵生態(tài)要素(如斑塊、廊道、節(jié)點(diǎn)等),并優(yōu)化、整合,從而對(duì)特定生態(tài)過程進(jìn)行調(diào)控,確保生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)提供服務(wù)和健康發(fā)展[1]。黨的十九大明確提出將生態(tài)文明建設(shè)提升為“千年大計(jì)”,并指出應(yīng)“實(shí)施重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程,優(yōu)化生態(tài)安全屏障體系,構(gòu)建生態(tài)廊道和生物多樣性保護(hù)網(wǎng)絡(luò),提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性”。在此背景下,開展以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與健康框架評(píng)估生態(tài)安全并選取生態(tài)源地,識(shí)別重要生態(tài)廊道,針對(duì)生態(tài)地位重要而生態(tài)環(huán)境問題日益突出的干旱內(nèi)陸河流域,進(jìn)行生態(tài)安全格局優(yōu)化研究,意義重大。

生態(tài)安全格局及優(yōu)化的概念源于西方。1967年,Mac Arthur和Wilson提出島嶼生物地理學(xué)理論,以此為基礎(chǔ)提出了“生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模式”[4]。目前,學(xué)者們基于土地利用、景觀格局、生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等不同視角,從最初簡(jiǎn)單定性、定量的格局、規(guī)劃分析,逐步向靜態(tài)格局優(yōu)化、動(dòng)態(tài)格局模擬以及生態(tài)狀態(tài)趨勢(shì)分析等更復(fù)雜、更空間化的研究發(fā)展[5]。研究方法主要有多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法、最小累積阻力模型分析、情景模擬、景觀生態(tài)指數(shù)等。綜合來看,生態(tài)安全格局研究的指標(biāo)構(gòu)建與方法還在進(jìn)一步探索中,多數(shù)研究以“源地-阻力面-廊道”的框架范式構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局。但已有研究在認(rèn)定生態(tài)源地時(shí)多依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià),考慮生態(tài)系統(tǒng)健康的研究較少。生態(tài)廊道的識(shí)別多采用最小累積阻力模型(MCR,Minimum cumulative resistance model),MCR選擇出的廊道是最優(yōu)路徑,卻忽視了生物的隨機(jī)游走性,而且不能反映廊道的真實(shí)寬度。此外,多數(shù)研究將生態(tài)源地、生態(tài)廊道的識(shí)別作為生態(tài)安全格局構(gòu)建的重要部分,卻忽略了戰(zhàn)略點(diǎn)的識(shí)別。

生態(tài)安全研究的最終目的就是要保障生態(tài)系統(tǒng)在持續(xù)健康的狀態(tài)下提供服務(wù)[6],關(guān)注生態(tài)安全問題,不僅要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性,還要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[7]以及生態(tài)系統(tǒng)提供給人類的惠益。Costanza等在1992年提出了 “活力—組織力—恢復(fù)力”的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系[8]；陳克龍等提出應(yīng)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人群健康狀況納入評(píng)價(jià)體系[9]；Peng等將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)引入城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[10-11]；Kang等將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)健康相結(jié)合,評(píng)價(jià)了京津冀城市群的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[3]；袁毛寧等基于生態(tài)系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)—功能—過程—服務(wù)”研究范式,將傳統(tǒng)的三維評(píng)估框架拓展為“活力—組織力—恢復(fù)力—貢獻(xiàn)力(vigor, organization, resilience and contribution)”四維評(píng)估框架[12]。本文借鑒以上學(xué)者的研究思想,依據(jù)“貢獻(xiàn)力-活力-組織力-恢復(fù)力”框架,將生態(tài)系統(tǒng)健康與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)共同納入評(píng)價(jià)體系中,對(duì)討賴河流域生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果識(shí)別生態(tài)源地,采用Linkage Mapper識(shí)別和繪制最優(yōu)路徑,利用電路理論連通度模型識(shí)別潛在路徑及廊道寬度,采用Barrier Mapper識(shí)別影響景觀連通性的障礙點(diǎn),為討賴河流域生態(tài)安全格局優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

討賴河位于甘肅省河西走廊中部地段,是黑河流域最大的支流。發(fā)源于青海省祁連山地討賴南山東段討賴掌,主河道全長約370 km,流域面積2.8萬km2。流域北低南高,由祁連山區(qū)、酒泉盆地和金塔盆地三個(gè)地貌類型組成。冰溝出口以上區(qū)域?yàn)樯嫌?海拔3000—5000 m,年降水量約300 mm,為討賴河主要的產(chǎn)流區(qū)；冰溝至金塔縣鴛鴦池水庫為中游,年蒸發(fā)量約為2150 mm,年降水量?jī)H85 mm,是典型的干旱灌溉農(nóng)業(yè)區(qū),也是流域主要工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)；鴛鴦池水庫以下為下游,基本處于常年斷流狀態(tài)[13]。行政區(qū)劃上包括金塔縣、嘉峪關(guān)市、酒泉市肅州區(qū)、肅南縣的大部分地區(qū)及高臺(tái)縣、肅北縣、祁連縣的小部分區(qū)域(圖1)。2015年流域總?cè)丝?3.1萬,城鎮(zhèn)化率為57.06%,GDP為420.66億元,糧食總產(chǎn)量為25.17萬t,大(小)牲畜共計(jì)201.15萬頭(只)。流域內(nèi)農(nóng)業(yè)綠洲區(qū)人口稠密,灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)。葡萄釀造業(yè)、冶金業(yè)、裝備制造業(yè)、新能源有了長足的發(fā)展,是甘肅省區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略中的核心區(qū)域之一。討賴河作為流經(jīng)縣區(qū)最重要的生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水來源,其流域生態(tài)安全對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[14]。討賴河流域?qū)儆诘湫偷母珊祪?nèi)陸河流域,生態(tài)環(huán)境脆弱,長期不合理的開發(fā)利用加劇了流域生態(tài)環(huán)境的惡化。出現(xiàn)了上游超載過牧及草場(chǎng)水源涵養(yǎng)能力退化,中游用水矛盾突出,下游土地沙漠化加劇等生態(tài)環(huán)境問題。

圖1 研究區(qū)位置

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

氣溫、降水和太陽輻射數(shù)據(jù)源自國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)(http://data.cma.cn/),并利用Anuspline軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值,得到空間分辨率500 m的氣象數(shù)據(jù)。數(shù)字高程模型(DEM)取自土地覆被數(shù)據(jù)庫(http://glcf.umd.edu/date/srtm),空間分辨率為90 m。歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)獲取自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/),為MODIS MYD13Q1植被指數(shù)16天合成產(chǎn)品,空間分辨率為250 m。土壤柵格數(shù)據(jù)(1∶100萬)來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織(http://www.fao.org/)和維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)研究所(IIASA)所構(gòu)建的世界和諧土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)。討賴河流域范圍數(shù)據(jù)來自黑河計(jì)劃數(shù)據(jù)管理中心(http://www.heihedata.org/)。

2000年討賴河流域土地利用數(shù)據(jù)為 Landsat 影像解譯結(jié)果,2015年土地利用數(shù)據(jù)為Landsat影像及當(dāng)年7—8月環(huán)境衛(wèi)星的CCD影像(空間分辨率為30 m)并參考谷歌地球等高分辨率影像共同解譯結(jié)果。結(jié)合討賴河流域自然環(huán)境的實(shí)際情況,根據(jù)土地的用途、利用方式和覆蓋特征等因素作為土地利用的分類依據(jù),將土地利用分為草地、耕地、林地、水域、未利用地、建設(shè)用地6個(gè)一級(jí)地類和24個(gè)二級(jí)地類。按照先易后難、先整體后局部、先宏觀后微觀、先大類后小類的解譯順序,采用多要素、分主次和逐步判別的人工目視解譯,實(shí)地驗(yàn)證和高分辨率衛(wèi)星影像輔助驗(yàn)證,綜合判讀精度85%以上,Kappa系數(shù)0.72,可以滿足研究的需求.考慮到數(shù)據(jù)的精度差異,本文將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理為500 m×500 m的柵格。

2 研究方法

2.1 生態(tài)安全狀況評(píng)估

生態(tài)安全研究的根本目標(biāo)是保障生態(tài)系統(tǒng)健康以使其能持續(xù)發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類福祉的增益功效[15]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)反映了與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程相關(guān)的生態(tài)功能的產(chǎn)物,而生態(tài)系統(tǒng)健康反映了涉及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能的空間實(shí)體的維持狀態(tài)。簡(jiǎn)言之,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可以表示功能,生態(tài)系統(tǒng)健康則代表保護(hù)實(shí)體[3]。健康的生態(tài)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的完整性、可持續(xù)性[16],是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的前提[6],被認(rèn)為是環(huán)境管理的目標(biāo)之一。本文借鑒Kang[3]、Peng[10-11]、袁毛寧[12]等學(xué)者對(duì)城市(群)生態(tài)系統(tǒng)健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)框架及指標(biāo)設(shè)置,以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與健康共同構(gòu)建“貢獻(xiàn)力-活力-組織力-恢復(fù)力”4個(gè)準(zhǔn)則層的生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系(表1),評(píng)價(jià)討賴河流域2000和2015年生態(tài)安全狀況。

表1 基于“貢獻(xiàn)力-活力-組織力-恢復(fù)力”的生態(tài)安全評(píng)估指標(biāo)體系

2.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)的選取及評(píng)估

根據(jù)討賴河流域生態(tài)環(huán)境狀況及能夠提供的主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),本文選取氣候調(diào)節(jié)、維持生物多樣性、土壤保持、水資源供給、提供美學(xué)景觀等五項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)估。

(1)氣候調(diào)節(jié)。選用InVEST模型的Carbon模塊計(jì)算流域碳儲(chǔ)量。Carbon模塊將生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量Ctotal劃分為地上部分碳儲(chǔ)量Cabove、地下部分碳儲(chǔ)量Cbelow、土壤碳儲(chǔ)量Csoil和死亡有機(jī)物碳儲(chǔ)量Cdead四部分[17]。由于研究區(qū)內(nèi)的死亡有機(jī)碳儲(chǔ)量較小且數(shù)據(jù)獲取較難,本文將其忽略不計(jì),其余碳密度數(shù)據(jù)所需相關(guān)參數(shù)參考前人研究成果確定[18]。計(jì)算式為：

Ctotal=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead

(1)

(2)維持生物多樣性。本文選用InVEST模型的Habitat Quality模塊,以土地利用數(shù)據(jù)、每一種威脅性土地利用類型的相對(duì)影響、生境柵格與威脅因子之間的距離、每一類生境對(duì)每一種威脅因子的相對(duì)敏感性4個(gè)因素來評(píng)價(jià)維持生物多樣性服務(wù)[19]。

(3)土壤保持。選用InVEST模型的SDR模塊計(jì)算土壤保持量,公式如下[20]：

RUSLE=RKLS-USLE

(2)

RKLS=R×K×L×S

(3)

USLE=R×K×L×S×C×P

(4)

式中,RKLS為裸地的土壤侵蝕量；USLE為實(shí)施了管理措施或有植被覆蓋的土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕因子；K為土壤可蝕性因子；LS為地形因子；C為覆蓋與管理因子；P為水土保持措施因子。P、C系數(shù)參考胡勝等[21]研究結(jié)果。降雨侵蝕力利用Arnoldus[22]提出的基于逐月降雨量和年平均降雨量計(jì)算研究區(qū)各水文站點(diǎn)年平均降雨侵蝕力,并進(jìn)行Kriging插值后重采樣為500 m×500 m的柵格。K因子的計(jì)算公式為[23]:

K={(0.2+0.3exp[-0.0256Sand(1-Silt/100)]}×[Silt/(Clay+Silt)]0.3

×{1-0.25C/[C+exp(3.72-2.95C)]}×{1-0.7SN1/[SN1+exp(-5.51+22.9SN1)]}

(5)

式中,Sand、Silt、Clay、C分別為砂礫、粉粒、黏粒和有機(jī)碳的含量(%)。SN1=(1-Sand)/100。

(4)水資源供給。利用InVEST模型的Water Yield模塊計(jì)算。首先,確定研究區(qū)每個(gè)柵格單元x的年產(chǎn)水量Y(x),公式為：

(6)

式中,AET(x)為柵格x的年實(shí)際蒸散量,P(x)為柵格x的年降水量。

(5)提供美學(xué)景觀。公共游憩空間具有較高的文化和觀賞價(jià)值,是衡量居民生活質(zhì)量、城市社會(huì)文明的指標(biāo)之一[24]。考慮到研究時(shí)段內(nèi)酒泉市肅州區(qū)、金塔縣、嘉峪關(guān)市大力推進(jìn)生態(tài)城市建設(shè),本文在計(jì)算2015年討賴河流域娛樂文化指數(shù)時(shí),按照重要性分別對(duì)不同游憩場(chǎng)所進(jìn)行賦值[25]。根據(jù)流域游憩狀況,將嘉峪關(guān)市草湖、酒泉肅州區(qū)花城湖、金塔縣北海子國家濕地公園等重要生態(tài)功能區(qū)賦值為1.75；嘉峪關(guān)市黑山湖水庫、南湖文化生態(tài)園、明珠文化生態(tài)園,金塔縣沙漠胡楊林景區(qū)、金鼎湖風(fēng)景區(qū)等賦值為1.5；嘉峪關(guān)市森林公園、討賴河公園、肅州區(qū)北郊公園、錦繡酒泉公園、航天公園、酒泉公園、肅州植物園、體育公園等賦值為1.25；其他區(qū)域均賦為1。

本文根據(jù)研究區(qū)土地利用類型和謝高地等[26]制定的娛樂文化服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表示娛樂文化指數(shù)。2015年討賴河娛樂文化指數(shù)(Recreation and culture index,RCI)根據(jù)游憩場(chǎng)所重要性予以修正,公式為[25]：

RCI=nl×m

(9)

式中,nl為第l種土地利用類型的娛樂文化服務(wù)當(dāng)量,m為修正值。

由于五項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果的量綱不統(tǒng)一,直接對(duì)其進(jìn)行整體評(píng)價(jià)較為困難。為消除因量綱不同而造成的影響,先對(duì)各單項(xiàng)服務(wù)功能評(píng)估結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,再計(jì)算五項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總指數(shù),計(jì)算式為：

(10)

式中,ESI為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)；Pi為歸一化處理后指標(biāo)值；Wi為第i項(xiàng)服務(wù)的權(quán)重,文中取均值權(quán)重。

2.1.2生態(tài)系生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)的選取及評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)空間實(shí)體的生態(tài)系統(tǒng)健康體現(xiàn)了在壓力下保持健康結(jié)構(gòu),自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)的能力,可以分為三類：活力、組織力和恢復(fù)力[27]。本文以活力V、組織力O、恢復(fù)力R三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行離差標(biāo)準(zhǔn)化后評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)EHI的計(jì)算式為：

EHI=W1×V+W2×O+W3×R

(11)

式中,W1、W2、W3分別為V、O和R的權(quán)重,文中權(quán)重各取1/3。

(1)活力。生態(tài)系統(tǒng)活力V通過生態(tài)系統(tǒng)的新陳代謝或初級(jí)生產(chǎn)力(Net Primary Production,NPP)來表征。本文使用光能利用率模型(Carnegie-Ames-Stanford Approach,CASA)評(píng)估討賴河流域2000、2015年NPP,以此來表征生態(tài)系統(tǒng)活力。計(jì)算方法詳見參考文獻(xiàn)[28]。

(2)組織力。生態(tài)系統(tǒng)組織O是指由景觀格局決定的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。景觀異質(zhì)性(Landscape Heterogeneity,LH)和景觀連通性(Landscape Connectivity,LC)都會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的組織[3]。景觀異質(zhì)性是由景觀多樣性支持,以面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)指數(shù)(Area Weighted Mean Shape Index,AWMPFD)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon′s Diversity Index,SDI)、修正的辛普森多樣性指數(shù)(Modified Simpson′s Diversity Index,MSDI)來表征景觀多樣性,指數(shù)值越高,景觀多樣性越高[12]。

景觀連通性由整體景觀和重要生態(tài)斑塊(例如本文中的林地與水域)的連通性決定。景觀連通性越高,組織力越強(qiáng)。本文選用蔓延度(Contagion,CONTAG)量化整體景觀連通性,用分離度指數(shù)(Splitting Index,SPLIT)和景觀連接指數(shù)(Connectance Index,CONNECT)量化林地和水域的連通性[12]。參考Kang等[3]的研究,將景觀異質(zhì)性和景觀連通性權(quán)重均賦為0.35。此外,林地和水域?qū)φ麄€(gè)流域景觀極其重要,是維護(hù)流域生態(tài)環(huán)境的重要斑塊,應(yīng)優(yōu)先保護(hù),將重要生態(tài)斑塊連通性權(quán)重設(shè)定為0.3。利用Fragstates軟件計(jì)算,公式如下[3]：

EO=0.35×LC+0.35×LH+0.3×IC

=0.1×AWMPED+0.25×SPLIT+0.15×SDI+0.1×MSDI+0.1×CONTAG

+0.1×(SPLIT1+SPLIT2)+0.05×(CONNECT1+CONNECT2)

(12)

式中,EO為評(píng)估單元的生態(tài)系統(tǒng)組織,IC為重要生態(tài)斑塊連通性,SPLIT1、SPLIT2分別為林地、水域分離度指數(shù),CONNECT1、CONNECT2分別為林地、水域連接度指數(shù)。權(quán)重的設(shè)置參考了Kang等[3]的研究結(jié)果。

(3)恢復(fù)力。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力R是指區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在受到自然、人文因素干擾后恢復(fù)其原有結(jié)構(gòu)和功能的能力,反映區(qū)域在生態(tài)系統(tǒng)過程中抵御與適應(yīng)外來干擾的能力[3]。本文參考劉明華等[29]的研究,對(duì)不同土地利用類型恢復(fù)力系數(shù)(Resilience Coefficient,RC)進(jìn)行賦值,并基于研究區(qū)的NDVI數(shù)據(jù)對(duì)其修正。公式為：

(13)

式中,RCi為第i個(gè)柵格的恢復(fù)力系數(shù)；NDVIi表示第i個(gè)柵格的NDVI值；NDVImeanj為第i個(gè)柵格所在土地利用類型j的NDVI平均值,RCj為地類j的恢復(fù)力系數(shù)。

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)ESI及生態(tài)健康指數(shù)EHI計(jì)算生態(tài)安全值(Ecological Security Value, ESV),計(jì)算式為：

(14)

2.2 生態(tài)安全格局優(yōu)化

2.2.1電路理論連通度模型

生物個(gè)體流或基因流在特定景觀中的流動(dòng)具有隨機(jī)性,正如電路中的電荷同樣是隨機(jī)游走的。因此,根據(jù)兩者共有的隨機(jī)游走特性,電路理論把電路與運(yùn)動(dòng)生態(tài)學(xué)聯(lián)系起來,將復(fù)雜景觀中的物種個(gè)體或基因流類比于電荷,將景觀視為電阻面(即生態(tài)學(xué)中的阻力面),根據(jù)是否利于某種生態(tài)過程為各類景觀賦予相應(yīng)的電阻值(即阻力值)[30]。例如,可將草地、林地等易于物種遷移或促進(jìn)基因流動(dòng)的土地利用類型賦予低電阻值,將建設(shè)用地、裸巖裸土等阻礙遷移、流動(dòng)的土地利用類型賦予高電阻值。據(jù)此,異質(zhì)景觀可被視為一系列節(jié)點(diǎn)(動(dòng)物棲息地、生態(tài)保護(hù)區(qū)等)和電阻組成的電路[31]。Circuitscape軟件可根據(jù)用戶提供的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)及電阻數(shù)據(jù)計(jì)算橫跨景觀的電流和電壓圖。電流可反映游走者沿某一節(jié)點(diǎn)或路徑遷移的概率。電流越大,則該地區(qū)通過水平越高[30]。該軟件有成對(duì)、高級(jí)、一對(duì)多和多對(duì)一4種測(cè)算連接度的計(jì)算模式。

2.2.2生態(tài)源地提取

本文將每個(gè)生態(tài)源作為電路節(jié)點(diǎn)處理。生態(tài)源地不僅需要提供多種高質(zhì)量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),而且需要維持高水平的綜合生態(tài)系統(tǒng)健康[3]。已有研究在識(shí)別生態(tài)源地時(shí),往往直接選取水域、林地、自然保護(hù)區(qū)等重要生態(tài)斑塊做為生態(tài)源地,或利用指標(biāo)體系對(duì)斑塊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進(jìn)行評(píng)價(jià),很少有研究根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)健康選擇生態(tài)源地,這忽略了生態(tài)安全就是要保障生態(tài)系統(tǒng)能夠在持續(xù)健康的狀態(tài)下提供服務(wù)的根本目的[6]。因此,本文根據(jù)2015年討賴河流域生態(tài)安全評(píng)估結(jié)果來選取生態(tài)源地。考慮到流域高度安全區(qū)生態(tài)斑塊較少,生態(tài)環(huán)境脆弱,水資源有限,一旦遭到破壞,將很難恢復(fù),應(yīng)首先保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)安全狀況相對(duì)較好的區(qū)域。本文選取高度安全區(qū)、較高安全區(qū)作為質(zhì)量較高的生態(tài)源地備選區(qū),將中等安全區(qū)作為應(yīng)繼續(xù)維護(hù)和恢復(fù)的生態(tài)源地備選區(qū)。由于生態(tài)源地須具有一定面積才能使核心區(qū)不受外界干擾,結(jié)合討賴河流域特征,剔去備選區(qū)中面積小于0.3 km2的斑塊作為生態(tài)源地[20]。

2.2.3阻力面建立

人類活動(dòng)及引起的土地利用/覆被變化會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)間的物質(zhì)流動(dòng)和能量交換。物種在空間上的的遷移需克服不同景觀單元間的阻礙,阻力面可以反映景觀異質(zhì)性對(duì)生態(tài)過程流動(dòng)的影響[32]。阻力值一般依據(jù)土地利用類型差異導(dǎo)致的生境適宜性差異來賦值,根據(jù)本文構(gòu)建生態(tài)廊道所用到的Circuitscape軟件及Linkage Mapper工具對(duì)阻力值的要求,參考劉佳等[33]的研究構(gòu)建阻力面。

2.2.4生態(tài)廊道構(gòu)建

構(gòu)建討賴河流域生態(tài)廊道首先須確定生態(tài)源地,然后分析生物隨機(jī)游走特征,識(shí)別最優(yōu)路徑和次優(yōu)潛在路徑。

(1)最優(yōu)路徑識(shí)別。Linkage Mapper可利用生態(tài)源地及阻力面來識(shí)別和繪制核心區(qū)域之間的最小成本路徑(least cost path,LCP),LCP是物種遷移的最優(yōu)路徑[30]。Linkage Mapper通過確定相鄰源地、用鄰接關(guān)系和距離數(shù)據(jù)構(gòu)建源地間網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算成本加權(quán)距離和LCP、計(jì)算成本最低的走廊并將其鑲嵌到一張地圖中,按照以上四個(gè)步驟繪制最優(yōu)路徑圖。LCP的成本加權(quán)距離與路徑長度的比值用以描述沿該路徑移動(dòng)的相對(duì)阻力[30]。

(2)次優(yōu)潛在路徑識(shí)別。LCP識(shí)別出了物種在棲息地之間遷徙或擴(kuò)散時(shí)具有最大生存幾率的路徑,但這是基于物種在遷徙時(shí)“知道哪條路是最容易的”的假設(shè)[34]。事實(shí)上,物種對(duì)周圍景觀并沒有選擇偏好,而是隨意游走。電路理論連通度模型與最小成本分析方法都是基于阻力面來考察連接度的模型,但該模型并不識(shí)別最優(yōu)路徑,而是借助物理學(xué)電路知識(shí),將電流回路類比為物種擴(kuò)散和遷移過程,通過歐姆定律確定有效電阻和電流,有效電阻可衡量生境或種群間有效距離,電流可表征預(yù)測(cè)目標(biāo)物種沿著節(jié)點(diǎn)間模擬路徑移動(dòng)的凈流量概率[30]。電路理論通盤考慮了存在于景觀中的多條連接路徑,可以補(bǔ)充最小成本路徑,并有助于優(yōu)先考慮重要的連通性保護(hù)領(lǐng)域,有研究已證明該模型在各種尺度上均能較好模擬生物在異質(zhì)性景觀中的移動(dòng)[34],因此,本文采用基于電路理論的Circuitscape 5.0軟件成對(duì)模式來識(shí)別討賴河流域次優(yōu)潛在路徑。

2.2.5障礙點(diǎn)識(shí)別

障礙點(diǎn)是阻礙物種在生態(tài)斑塊間移動(dòng)的區(qū)域,障礙點(diǎn)識(shí)別可為決策者進(jìn)行景觀規(guī)劃提供參考。借助Linkage Mapper計(jì)算得出的斑塊間歐式距離結(jié)果,將Barrier Mapper工具的最小搜索半徑設(shè)置為與柵格大小相同的500 m,最大搜索半徑設(shè)置為1500 m,通過移動(dòng)窗口法搜索障礙點(diǎn)。得分越高的障礙點(diǎn)被清除后對(duì)整體景觀連通性改善越大。

3 結(jié)果分析

3.1 討賴河流域生態(tài)安全評(píng)價(jià)及其時(shí)空演變

3.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

討賴河流域2000、2015年碳儲(chǔ)量、生境質(zhì)量、土壤保持量、產(chǎn)水量和美學(xué)景觀服務(wù)的空間分布如圖2所示。五項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估指數(shù)ESI的空間分布如圖3所示。2000年流域ESI的數(shù)值范圍為0—0.47,平均值為0.050,且大部分區(qū)域以中低值居多,表明討賴河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)揮有待提高。ESI的高值區(qū)主要分布在肅南縣祁連山區(qū),中值區(qū)以酒泉市肅州區(qū)、金塔縣的城市綠地、耕地等土地利用類型為主,低值區(qū)在全流域均有分布。2015年五項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)為0—0.51,平均值提升至0.054。由于土地利用類型轉(zhuǎn)換引發(fā)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化。例如金塔北海子濕地、嘉峪關(guān)草湖濕地、酒泉肅州區(qū)花城湖等濕地的恢復(fù),金塔縣鴛鴦池水庫的擴(kuò)大,嘉峪關(guān)市新城鎮(zhèn)、酒泉市肅州區(qū)下河清鎮(zhèn)、金塔縣西壩鎮(zhèn)等地的耕地面積增大,都給討賴河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能帶來了正向影響。

圖2 2000和2015年討賴河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布

圖3 2000年和2015年討賴河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)ESI空間分布

3.1.2生態(tài)系統(tǒng)健康

討賴河流域2000、2015年生態(tài)系統(tǒng)活力(NPP)、組織力(EO)和恢復(fù)力(RC)的空間分布如圖4所示。圖5是EHI的空間分布圖,由圖5可知,2000年討賴河流域EHI為0—0.62,中高值區(qū)以流域南部祁連山區(qū)低海拔的林草地、中部農(nóng)業(yè)區(qū)為主；北部農(nóng)業(yè)區(qū)的耕地斑塊更破碎,與中部農(nóng)業(yè)區(qū)相比EHI較低；祁連山區(qū)高海拔區(qū)為高寒戈壁,將部分林地、草地割裂成面積較小的斑塊,這些斑塊EHI較低；戈壁荒漠區(qū)土地利用單一,植被覆蓋率低,EHI最低。2015年流域部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康有明顯好轉(zhuǎn),城市綠地、水域、耕地的增加使得嘉峪關(guān)市城區(qū)、肅南縣明花鄉(xiāng)EHI指數(shù)上升。

圖4 2000年和2015年討賴河流域生態(tài)系統(tǒng)活力(NPP)、組織力系數(shù)和恢復(fù)力系數(shù)空間分布

圖5 2000年和2015年討賴河流域生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)空間分布

3.1.3生態(tài)安全時(shí)空格局

依據(jù)自然斷點(diǎn)法將生態(tài)安全指數(shù)劃分為低度安全、較低安全、中等安全、較高安全和高度安全5個(gè)安全等級(jí)(圖6)。2000年、2015年討賴河流域低度安全等級(jí)區(qū)面積最大,分別占流域總面積的63.68%、61.25%,較高安全區(qū)、高安全區(qū)僅占總面積的13.93%、15.80%。從空間分布來看,2000年與2015年討賴河流域生態(tài)安全總體格局變化不大。高度安全區(qū)主要分布在肅南縣祁連山區(qū),較高安全區(qū)主要分布于酒泉市肅州區(qū)銀達(dá)鎮(zhèn)、總寨鎮(zhèn)、東洞鎮(zhèn)、紅山鄉(xiāng)、豐樂鎮(zhèn)、嘉峪關(guān)市新城鎮(zhèn)及金塔縣西壩鎮(zhèn)、東壩鎮(zhèn)等耕地斑塊。低度安全區(qū)以沙地、裸巖、裸土等土地利用類型為主,生態(tài)環(huán)境非常惡劣,難以提供良好的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),與實(shí)際狀態(tài)相符。嘉峪關(guān)市、酒泉市肅州區(qū)城區(qū)是討賴河流域的人口和產(chǎn)業(yè)集中區(qū),城市化推進(jìn)相對(duì)較快,土地開發(fā)和利用力度較大,生態(tài)破壞較嚴(yán)重,生態(tài)安全等級(jí)較低。2015年嘉峪關(guān)市、肅州區(qū)較低安全區(qū)域隨城市擴(kuò)展而擴(kuò)展,嘉峪關(guān)市新城鎮(zhèn)、肅州區(qū)明花鄉(xiāng)一部分由未利用地轉(zhuǎn)換而來的耕地生態(tài)安全等級(jí)由低度安全提升為中等安全。2000—2015年,安全等級(jí)升高的區(qū)域面積為5431 km2,占總面積的34.30%；安全等級(jí)下降的區(qū)域面積有6952.75 km2,占總面積的43.90%。

圖6 2000和2015年討賴河流域生態(tài)安全等級(jí)空間分布

3.2 生態(tài)安全格局優(yōu)化

3.2.1生態(tài)安全格局組分識(shí)別

(1)生態(tài)源地及阻力面。剔除面積小于0.3 km2的斑塊后,討賴河流域生態(tài)源地斑塊分布如圖7所示。全流域共有源地891個(gè),面積3006.16 km2。最大斑塊面積625.41 km2,最小斑塊面積僅0.34 km2,平均面積3.37 km2,破碎化程度高。生態(tài)源地主要分布在嘉峪關(guān)市、酒泉市肅州區(qū)、金塔縣灌溉綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)以及南部祁連山區(qū)?；谏鷳B(tài)源地及阻力面數(shù)據(jù)(圖7),利用Circuitscape模型多對(duì)一模式模擬電流密度(圖8)。斑塊的電流密度值越高,則該斑塊對(duì)流域景觀連通性貢獻(xiàn)越大,斑塊重要性越高[33]。結(jié)果可知,電流密度高值區(qū)主要分布于流域祁連山區(qū),該區(qū)域的冰川融水與高山積雪融水是河流補(bǔ)給的重要來源,草地、森林及野生動(dòng)物資源豐富,是討賴河流域重要的生物多樣性分布區(qū)及水源涵養(yǎng)區(qū)。除此之外,流域中部如嘉峪關(guān)市東北部新城鎮(zhèn)新城草湖,為天然亞高山草甸草場(chǎng),是北部沙地與農(nóng)田的過渡地帶,是重要的生態(tài)屏障,該區(qū)域也為電流密度高值區(qū)。中值區(qū)主要分布于嘉峪關(guān)市、酒泉市肅州區(qū)、金塔縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū),該區(qū)域受人類活動(dòng)影響大,斑塊類型單一,生物多樣性較低。流域中面積大于10 km2的水域及冰川電流密度較小,這是由于一定程度上阻擋了生物物種的遷移,影響了整體景觀的連通性。

圖7 阻力面

圖8 多對(duì)一模式模擬結(jié)果

(2)生態(tài)廊道。生態(tài)源地之間共生成1122條最小成本路徑,共長3468.15 km,平均長度2.16 km,最長的路徑長度為24.35 km,最短為0.5 km。長度小于2 km的路徑占總路徑的67.41%,最小成本路徑破碎度較高。平均歐式距離為2.95 km,最長為3.765 km,最短為0.09 km。從圖9可知,討賴河流域最優(yōu)廊道的空間分布差異明顯：流域北部戈壁灘缺少生態(tài)源地,沒有廊道連通；中部斑塊間廊道的數(shù)量較多且網(wǎng)絡(luò)密度大,連通性強(qiáng)；南部祁連山區(qū)片狀源地內(nèi)阻力小,廊道數(shù)量較多,但片狀源地間相隔高原荒漠,阻力相對(duì)較大,其中分布有面積較小的源地起到“踏腳石”作用,將各個(gè)片狀源地連接起來,生成多條生態(tài)廊道,共同構(gòu)成流域最優(yōu)廊道網(wǎng)。

圖9 最小成本廊道分布圖

成本加權(quán)距離與路徑長度的平均比值為248.56,最大比值是640.83,而最小比值是10,將各廊道比值按自然斷點(diǎn)法分為阻力較小、阻力中等、阻力較大三等(圖10),較大阻力廊道有242條,分布在距離相對(duì)較遠(yuǎn)且相隔裸巖、裸土等阻力較大的的源地間。中等阻力廊道有386條,大部分分布在祁連山地區(qū)相隔較遠(yuǎn)的生態(tài)源地間。較小阻力廊道有494條,主要分布于金塔縣、嘉峪關(guān)市、肅州區(qū)距離近且密集的耕地斑塊間。

圖10 不同阻力等級(jí)廊道分布圖

由Circuitscape多對(duì)一模式模擬結(jié)果及獲得的次優(yōu)路徑分布圖(圖11)可得,流域北部無電流,而中部農(nóng)業(yè)區(qū)與南部祁連山區(qū)均有電流值,這與生態(tài)源地斑塊的分布、數(shù)量、距離有關(guān),斑塊數(shù)量越多、距離越近,功能連通性會(huì)越高[33]。嘉峪關(guān)市、肅州區(qū)城區(qū)均出現(xiàn)電流高值,這是由于城市建成區(qū)將周圍的耕地、綠地等生態(tài)斑塊隔離,這些斑塊間的聯(lián)系需經(jīng)過城區(qū)生態(tài)廊道。根據(jù)電流密度圖得到的次優(yōu)廊道分布圖,流域北部無廊道,中部廊道通過解放村水庫、鴛鴦池水庫將金塔縣與嘉峪關(guān)市、肅州區(qū)的生態(tài)源地連接,又通過祁文鄉(xiāng)、紅山鄉(xiāng)、豐樂鎮(zhèn)耕地斑塊將肅南縣山地區(qū)連接起來,構(gòu)成流域次優(yōu)生態(tài)廊道。

圖11 成對(duì)模式模擬結(jié)果和次優(yōu)路徑分布圖

3.2.2生態(tài)安全格局優(yōu)化策略

生態(tài)安全格局優(yōu)化的目標(biāo)是針對(duì)特定區(qū)域環(huán)境問題,通過設(shè)計(jì)、規(guī)劃區(qū)域內(nèi)景觀組分的數(shù)量、分布空間格局,保護(hù)生物多樣性,維持生態(tài)系統(tǒng)過程完整性,實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境與人類社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展。在進(jìn)行討賴河流域生態(tài)安格局優(yōu)化時(shí),首先要保護(hù)流域重要生態(tài)源地,保護(hù)源地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,發(fā)揮區(qū)域本底優(yōu)勢(shì),在此基礎(chǔ)上,建設(shè)與源地協(xié)調(diào)的生態(tài)廊道,清除障礙點(diǎn)、增添“踏腳石”斑塊,以提高生態(tài)廊道數(shù)量與質(zhì)量,推進(jìn)廊道網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。根據(jù)流域狀況劃分功能區(qū),實(shí)現(xiàn)流域綜合治理,提高流域生態(tài)環(huán)境安全。

由障礙點(diǎn)識(shí)別結(jié)果可知,在討賴河流域內(nèi),阻礙景觀連通性的障礙點(diǎn)分布較廣(圖12)。流域內(nèi)障礙點(diǎn)的總面積9405.25 km2,占流域總面積的59.4%。障礙點(diǎn)改善得分最高值為762.462,最低值0.017,平均值215.45,約有25.8%的區(qū)域改善得分大于平均值。改善得分較低的區(qū)域主要分布于肅州區(qū)、金塔縣、嘉峪關(guān)市的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。由于耕地斑塊數(shù)量眾多且密集,清除該部分障礙點(diǎn)對(duì)整體景觀連通度提升不大。流域內(nèi)廣闊分布的戈壁、沙地,雖為改善得分高值區(qū),但由于干旱內(nèi)陸河流域降水稀少,生態(tài)環(huán)境惡劣,未利用地轉(zhuǎn)化為草地的幾率很小,加上斑塊破碎度高,實(shí)施難度極大。

圖12 障礙點(diǎn)的改善得分及空間分布圖

為保證討賴河流域生態(tài)系統(tǒng)能在持續(xù)健康的狀況下提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),以生態(tài)系統(tǒng)健康及服務(wù)為評(píng)估依據(jù)提取生態(tài)源地。為更貼近生物遷移真實(shí)狀況,識(shí)別成本最低的最優(yōu)路徑,同時(shí)以電路連通度模型識(shí)別生物遷移可能的潛在路徑,共同構(gòu)建流域生態(tài)安全格局(圖13)。結(jié)合流域生態(tài)狀況劃分功能區(qū),實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)空間管制,提高生態(tài)安全。具體措施上,要著力保護(hù)生態(tài)源地,并逐步提高源地質(zhì)量。祁連山區(qū)的自然生態(tài)源地要優(yōu)先保護(hù),也要注重發(fā)揮綠洲農(nóng)用地、綠地的生態(tài)功能。其次要加強(qiáng)廊道建設(shè),完善流域廊道網(wǎng)絡(luò)。流域內(nèi)戈壁面積較大且與綠洲區(qū)交錯(cuò)分布,導(dǎo)致現(xiàn)有生態(tài)廊道阻力較大、連接度不夠,無法實(shí)現(xiàn)生態(tài)流的良好流通。應(yīng)加強(qiáng)廊道建設(shè),在廊道外圍設(shè)置緩沖區(qū),拓寬廊道以提高其對(duì)連通性的貢獻(xiàn)率；加大荒漠化治理力度,建設(shè)阻沙墻、草方格沙障,抑制沙漠化,逐步提高植被覆蓋率,減小廊道阻力。第三,要清除障礙點(diǎn),提高生態(tài)廊道質(zhì)量。對(duì)于居民區(qū)類障礙點(diǎn),可合理利用空間增加綠地面積,改善人居環(huán)境；對(duì)于道路障礙點(diǎn),可擴(kuò)寬兩側(cè)綠化帶、增加綠化植被群落層次；對(duì)于河道兩側(cè)障礙點(diǎn),可擴(kuò)展綠地、護(hù)岸林面積,打造濱河景觀；對(duì)于沙地、戈壁等類型的障礙點(diǎn),可通過鋪設(shè)草方格截留水分、提高沙層含水量,提高固沙植物的存活率。對(duì)于范圍較廣的障礙點(diǎn),可先對(duì)障礙點(diǎn)內(nèi)部進(jìn)行調(diào)整,建立斑塊間連接路徑。對(duì)于面積廣、阻力大的障礙點(diǎn),如金塔縣生態(tài)源地與嘉峪關(guān)、酒泉市肅州區(qū)生態(tài)源地間的戈壁灘,雖然該障礙點(diǎn)改善得分高,清除后對(duì)整個(gè)流域連通性產(chǎn)生積極影響,但需花費(fèi)大量人力物力,因此不建議盲目復(fù)綠,應(yīng)先控制沙化蔓延勢(shì)頭,防止沙漠化侵害農(nóng)業(yè)綠洲區(qū)。第四,要建立“踏腳石”,增強(qiáng)斑塊連通性。在南部祁連山區(qū),重要的生態(tài)源地之間應(yīng)合理配置點(diǎn)狀狀生態(tài)斑塊,起到“踏腳石”的作用,壓縮斑塊之間的距離,期望構(gòu)成廊道,增大生態(tài)服務(wù)功能的連通性。

圖13 優(yōu)化后的討賴河流域生態(tài)安全格局

生態(tài)穩(wěn)定區(qū)土地利用類型均為戈壁、裸巖石礫地、裸土等未利用地,該區(qū)域應(yīng)當(dāng)防止土壤沙化蔓延,合理開發(fā)沙漠戈壁旅游和發(fā)展沙產(chǎn)業(yè)。生態(tài)發(fā)展區(qū)主要為中部耕地區(qū),人口稠密、水土資源緊缺,應(yīng)嚴(yán)格遵循保護(hù)耕地和基本農(nóng)田的原則,以環(huán)境承載力為基礎(chǔ),提高水土資源利用率,尋求生產(chǎn)、生活、生態(tài)、生意等“四生”空間協(xié)調(diào)發(fā)展。重點(diǎn)保護(hù)區(qū)主要為祁連山區(qū)的草地、林地等,生態(tài)環(huán)境脆弱,措施上應(yīng)保護(hù)冰川、濕地、林地、草原,加強(qiáng)退化草地治理、天然林保護(hù)和水土流失防治,提升水源涵養(yǎng)和生物多樣性保護(hù)服務(wù)功能。

水資源是影響討賴河流域發(fā)展的關(guān)鍵因素,但一味追求“恢復(fù)”生態(tài)系統(tǒng),使其回到低效能自然平衡狀態(tài)是不可取的。在進(jìn)行水資源的配置時(shí),應(yīng)考慮現(xiàn)有水資源承載能力,尋求最佳發(fā)展規(guī)模；協(xié)調(diào)生態(tài)用水及城市生活、工業(yè)用水關(guān)系,上游、中游、下游用水關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)水資源的有效利用。2000年討賴河流域人口為63.48萬,至2015年增長了19.62萬。為提供足夠的糧食和農(nóng)副產(chǎn)品,草地、未利用地等被大面積開墾以補(bǔ)充耕地、園地。流域應(yīng)以資源環(huán)境承載力為前提,發(fā)展綠色循環(huán)農(nóng)業(yè),提高水土資源利用率,增強(qiáng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。推進(jìn)流域生態(tài)綜合治理,提高流域生態(tài)環(huán)境安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié)論

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與健康角度出發(fā),構(gòu)建“貢獻(xiàn)力-活力-組織力-恢復(fù)力”生態(tài)安全評(píng)價(jià)框架,評(píng)估2000、2015年討賴河流域生態(tài)安全狀況,識(shí)別生態(tài)源地。借鑒電路理論思想,利用Linkage Mapper及Circuitscape工具,構(gòu)建最適宜生物流遷移、擴(kuò)散的最優(yōu)廊道及潛在的次優(yōu)路徑。借助Barrier Mapper工具識(shí)別影響景觀聯(lián)通度的“障礙點(diǎn)”,分析影響流域生態(tài)安全格局的因素。主要結(jié)論如下：討賴河流域總體生態(tài)安全狀況不樂觀,2000和2015年低度安全等級(jí)區(qū)分別占流域總面積的63.68%、61.25%,高安全區(qū)和較高安全區(qū)僅占總面積的13.93%、15.80%。生態(tài)安全狀況差異顯著,呈現(xiàn)南高北低的分布格局。生態(tài)源地面積3165.41 km2,破碎度高,分布于流域南部山區(qū)及中部綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。最小成本路徑共1122條,共長3468.15 km,較大阻力廊道有242條。生態(tài)源地、最優(yōu)生態(tài)廊道及具有一定寬度的次優(yōu)廊道共同構(gòu)成討賴河流域生態(tài)安全格局。將流域生態(tài)格局優(yōu)化分區(qū)劃分為生態(tài)穩(wěn)定區(qū)、生態(tài)發(fā)展區(qū)和重點(diǎn)保護(hù)區(qū)。根據(jù)討賴河流域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn),提出了保護(hù)生態(tài)源地、加強(qiáng)廊道建設(shè)、提高生態(tài)廊道質(zhì)量、清除障礙點(diǎn),增加“踏腳石”斑塊、因地制宜分區(qū)治理等優(yōu)化措施。

千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(Millennium Ecosystem Assessment,MA)所建議的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)多達(dá)十余種,本文僅根據(jù)討賴河流域的實(shí)際選取了五種服務(wù)進(jìn)行評(píng)估,存在片面性。文中使用了InVEST等模型用于量化關(guān)鍵指標(biāo),但這些模型對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的假設(shè)、簡(jiǎn)化及參數(shù)的設(shè)置,可能會(huì)造成結(jié)果的不確定性[36]。此外,由于數(shù)據(jù)可獲取性和方法限制,一些重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)難以空間化,降低了研究的全面性。今后將在獲取更多期數(shù)據(jù)和測(cè)度更多種生態(tài)服務(wù)的基礎(chǔ)上,對(duì)流域生態(tài)安全格局優(yōu)化展開深入研究。