高夢(mèng)雯,胡業(yè)翠,2,*,李 向,宋 榮

1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京 100083

2 自然資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100035

新型城鎮(zhèn)化的蓬勃發(fā)展是21世紀(jì)以來(lái)人類社會(huì)共同面對(duì)的課題之一,也是社會(huì)進(jìn)步的必然結(jié)果和未來(lái)趨勢(shì)[1]。在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化與城鄉(xiāng)一體化的同時(shí),土地資源的高度開發(fā)與浪費(fèi)、土地利用方式的轉(zhuǎn)變[2]、三生空間的結(jié)構(gòu)性矛盾沖突日益加劇,使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境加速惡化,生態(tài)系統(tǒng)功能明顯減弱[3-4],嚴(yán)重威脅了經(jīng)濟(jì)全球化背景下國(guó)家安全與人類可持續(xù)發(fā)展[5]。隨著國(guó)內(nèi)外各界對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的廣泛關(guān)注與持續(xù)研究,生態(tài)安全格局(Ecological Security Patterns, ESP)構(gòu)建理念應(yīng)運(yùn)而生,開展生態(tài)安全格局理論研究不僅是解決國(guó)土開發(fā)空間規(guī)模無(wú)限擴(kuò)張的必然選擇,也是優(yōu)化國(guó)土景觀格局[6],保障生態(tài)安全,實(shí)現(xiàn)城市高質(zhì)量發(fā)展,促進(jìn)人類文明福祉的關(guān)鍵一步。生態(tài)安全作為人類發(fā)展的戰(zhàn)略性問(wèn)題,逐步成為全球可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)議題之一[7]。如今,構(gòu)建生態(tài)安全格局的研究已經(jīng)從基礎(chǔ)理論分析層面發(fā)展到多尺度、多區(qū)域的實(shí)踐層次[8],成為國(guó)土空間規(guī)劃、景觀生態(tài)學(xué)、資源環(huán)境學(xué)等跨學(xué)科領(lǐng)域交叉性的研究熱點(diǎn)。

國(guó)外對(duì)生態(tài)安全課題的關(guān)注最初起源于1941年的土地健康研究[9],早期的生態(tài)安全格局大多圍繞著對(duì)生物多樣性的保護(hù)[10],后在此基礎(chǔ)上開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方面[11]的研究。隨著社會(huì)對(duì)生態(tài)保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng),以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)愈發(fā)日益緊密,生態(tài)安全格局由構(gòu)建逐漸變?yōu)樽匀簧鷳B(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)耦合分析[12-13]。而國(guó)內(nèi)有關(guān)生態(tài)安全的研究起步較晚,從早期的關(guān)于概念、理論的研究階段,逐步過(guò)渡到對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系研究[14],生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究[15],以及至今對(duì)生態(tài)安全景觀格局構(gòu)建的研究[16]。生態(tài)安全格局概念最早源于20世紀(jì)90年代由俞孔堅(jiān)提出的景觀生態(tài)安全格局[17],隨后馬克明等在此基礎(chǔ)上提出以協(xié)調(diào)社會(huì)與自然關(guān)系、改善生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的區(qū)域生態(tài)安全格局[7]。目前,生態(tài)安全格局可被認(rèn)為是在區(qū)域生態(tài)空間中進(jìn)行國(guó)土空間優(yōu)化配置的良性方案,對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全,促進(jìn)景觀格局的連通性和整體性具有關(guān)鍵意義[2]。伴隨學(xué)者們不斷豐富的科學(xué)研究與實(shí)踐,生態(tài)安全格局的理論研究逐漸向構(gòu)建方法與實(shí)證研究轉(zhuǎn)變,研究熱潮多圍繞景觀格局優(yōu)化[18]、生態(tài)系統(tǒng)敏感性[19]、生態(tài)系統(tǒng)承載力[20]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[21]等展開激勵(lì)討論與研究,實(shí)證研究區(qū)域涵蓋了城市化區(qū)域[22]、濕地[23]、農(nóng)牧交錯(cuò)帶[24]、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)[25]、以及其他生態(tài)脆弱敏感區(qū)[26-27]。最小累積阻力模型(Minimal Cumulative Resistance,MCR)作為構(gòu)建生態(tài)安全格局基本方法之一,最早由荷蘭生態(tài)學(xué)家Knaape提出[28],后被廣泛應(yīng)用,目前的主流范式為“識(shí)別重要源地-構(gòu)建基本阻力面-提取生態(tài)廊道-構(gòu)建生態(tài)安全格局”[2],其優(yōu)越性在于綜合考量景觀生態(tài)單元之間存在的內(nèi)在聯(lián)系,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,能夠較為直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)整體性、系統(tǒng)性、有機(jī)性的特征[29],適用于喀斯特生態(tài)脆弱敏感區(qū)的生態(tài)安全格局構(gòu)建。源地作為構(gòu)建生態(tài)安全格局的基礎(chǔ),是指提供生態(tài)服務(wù)功能的重要斑塊[30]。其主要的識(shí)別方法為直接選取風(fēng)景林和自然保護(hù)區(qū)等生境質(zhì)量良好、生態(tài)服務(wù)性功能較強(qiáng)的斑塊[31],此方法帶有較強(qiáng)的主觀性,難以真實(shí)反映生境系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)關(guān)系。生態(tài)阻力面的構(gòu)建作為生態(tài)安全格局的關(guān)鍵一步,其構(gòu)建方法大多是根據(jù)植被覆蓋度,坡度和高程等要素在地類圖斑上依權(quán)重賦值阻力系數(shù),或利用夜間燈光數(shù)據(jù)[32]和不透水表面指數(shù)[33],進(jìn)一步修正阻力面。但對(duì)于聚焦研究區(qū)典型生態(tài)問(wèn)題,依據(jù)生態(tài)過(guò)程反映生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)受干擾程度,從而修正基本阻力面的方法鮮有研究。

喀斯特山區(qū)地形地貌復(fù)雜,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較好但生態(tài)基底脆弱敏感,生態(tài)環(huán)境具有特殊性。水土流失和石漠化是該地區(qū)典型的生態(tài)問(wèn)題,制約了河池市的城市發(fā)展。本文以典型的喀斯特山區(qū)——河池市為例,選取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo),定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值,識(shí)別生態(tài)源地,再通過(guò)生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果修正基本阻力面,并利用最小累積阻力模型來(lái)提取生態(tài)源地之間的廊道,實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全格局的構(gòu)建。文章最后探究了喀斯特山區(qū)的生態(tài)安全格局優(yōu)化建議與實(shí)施的現(xiàn)實(shí)路徑,以期推動(dòng)喀斯特地區(qū)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程,改善土地利用結(jié)構(gòu),為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)土空間格局優(yōu)化與生態(tài)紅線的劃定提供科學(xué)參考,對(duì)保障生態(tài)安全具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

河池市地處低緯,位于廣西西北邊陲、云貴高原南麓,地跨106°34′E—109°09′E,23°41′N—25°37′N。東連柳州,南界南寧,西接百色,北鄰貴州省黔南布依族苗族自治州,下轄2區(qū)9縣,總面積3.35×104km2,區(qū)域內(nèi)土地利用類型以林地、耕地為主(圖1)。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),熱量豐富,光照充足,自然環(huán)境適宜,生態(tài)本底狀況良好,物種要素資源豐富,但隨著城市化進(jìn)程的不斷加快,生物數(shù)量急劇下降,生物多樣性保護(hù)問(wèn)題刻不容緩。河池境內(nèi)河網(wǎng)密布,水系發(fā)達(dá),河流總長(zhǎng)度達(dá)5130 km,水源涵養(yǎng)成為該市重大生態(tài)問(wèn)題之一,影響著河池市水資源的持續(xù)利用與用水安全。該區(qū)地形地貌多樣,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,巖溶廣布,地勢(shì)西北高東南低,喀斯特地貌面積為21795 km2,占廣西喀斯特地貌總面積的24.34%,是主要的喀斯特地貌資源分布區(qū)。研究區(qū)雨量充沛,年平均降雨量一般在1200—1600 mm之間,常年的水土流失和石漠化問(wèn)題給喀斯特山區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大危害,也使河池社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。

圖1 研究區(qū)概況

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所采用的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)以及縣級(jí)行政區(qū)劃圖,來(lái)源于2019年河池市第三次國(guó)土調(diào)查,從河池市自然資源局獲取；DEM數(shù)字高程模型來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/),分辨率為30 m×30 m,用于獲取及處理坡度和高程；NDVI植被指數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.resdc.cn)；其他基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括：地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、河流水系分布圖、土壤侵蝕分布圖、自然保護(hù)區(qū)分布圖等,均源于河池市自然資源部門。

1.3 研究方法

本文聚焦河池市典型的喀斯特山區(qū)地貌特征、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題以及其人文經(jīng)濟(jì)背景,圍繞水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護(hù)因子進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià),定量識(shí)別其重點(diǎn)區(qū)域,以確定生態(tài)源地；考慮生態(tài)系統(tǒng)受自然或人為干擾的敏感程度,圍繞水土流失、石漠化等典型生態(tài)過(guò)程進(jìn)行生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià),基于綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,以修正依據(jù)不同土地利用類型賦值的基本阻力面；最后,通過(guò)MCR方法提取生態(tài)廊道,構(gòu)建河池市的生態(tài)安全格局。

1.3.1源地識(shí)別

生態(tài)源地是物種擴(kuò)散和維持的源點(diǎn),具有提供生態(tài)服務(wù)、維持景觀格局形態(tài)的完整性、保障生態(tài)安全等功能[34]。為了使源地的識(shí)別更加準(zhǔn)確,本文在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上,將生態(tài)重要區(qū)域作為生態(tài)源地。

(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)

本文聚焦喀斯特地區(qū)典型生態(tài)問(wèn)題和研究區(qū)自然地理特征,遵循生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間異質(zhì)規(guī)律,篩選出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值良好的重要斑塊,予以重點(diǎn)保護(hù)修復(fù)。選取生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持重要性3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),分析生態(tài)過(guò)程與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)在聯(lián)系,采用層次分析法,確定各因子權(quán)重值：生物多樣性維護(hù)為0.25、水源涵養(yǎng)為0.45、水土保持為0.30。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合結(jié)果由以上各維度分級(jí)值加權(quán)進(jìn)行空間疊加分析,采用的分級(jí)方法均為ArcGIS的自然斷點(diǎn)法,此類方法利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的Jenk最優(yōu)化法得出的分界點(diǎn),能夠使各級(jí)的內(nèi)部方差之和最小。評(píng)價(jià)結(jié)果分成重要、較重要、一般重要、較不重要、不重要5個(gè)等級(jí),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)見表1。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及量化分級(jí)

① 生物多樣性維護(hù)功能重要性評(píng)價(jià)

參照謝高地[35]等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子法的研究,先將各類保護(hù)區(qū)直接劃分為生物多樣性維護(hù)功能重要性一級(jí)區(qū)域,再結(jié)合地理、土壤、植被等要素,根據(jù)各項(xiàng)因子特征差異對(duì)生物多樣性的重要程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

② 水源涵養(yǎng)功能重要性

水源涵養(yǎng)是生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)其特有的結(jié)構(gòu)與水相互作用,對(duì)降水進(jìn)行截留、滲透、蓄積,并通過(guò)蒸散發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)水循環(huán)的調(diào)控[36]。評(píng)價(jià)方法常采用水量平衡方程,用總降水量與森林蒸散量及其他消耗的差作為水源涵養(yǎng)總量,公式如下：

式中,Pi為降雨量(mm),Ri為地表徑流量(mm),ETi為蒸散發(fā)量(mm),Ai為i類生態(tài)系統(tǒng)面積(km2),i為研究區(qū)第i類生態(tài)系統(tǒng)類型,j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)。

③ 水土保持功能重要性

水土保持功能主要與土壤、地形和植被有關(guān)。水土保持重要性采用修正土壤流失方程,潛在土壤侵蝕量與實(shí)際土壤侵蝕量之差即為生態(tài)系統(tǒng)的水土保持量[37],公式如下：

A=R×K×L×S×(1-C)

式中,A為水土保持量,R為降雨侵蝕力因子,K為土壤可蝕性因子,L表示坡長(zhǎng)因子,S表示坡度因子,C為植被因子。

1.3.2阻力面構(gòu)建

在生態(tài)系統(tǒng)中,物質(zhì)和能量的流動(dòng)傳遞以及物種的遷徙流通會(huì)受到土地覆被類型以及生態(tài)環(huán)境因素的影響,從而對(duì)生態(tài)連通過(guò)程產(chǎn)生一定阻力[25]。本文根據(jù)不同土地覆被類型賦值阻力系數(shù),構(gòu)建基本阻力面。聚焦喀斯特地區(qū)典型的生態(tài)過(guò)程對(duì)阻力面系數(shù)的影響,選定水土流失敏感性和石漠化敏感性兩個(gè)指標(biāo),對(duì)生態(tài)環(huán)境敏感性進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)生態(tài)環(huán)境敏感綜合性評(píng)價(jià)結(jié)果修正各柵格的阻力系數(shù),構(gòu)建最小累積阻力面。

(1)土地覆被類型賦值阻力系數(shù)

土地覆被類型對(duì)生態(tài)空間流通過(guò)程產(chǎn)生了主要影響,因此根據(jù)不同景觀類型的植被覆蓋程度對(duì)阻力系數(shù)進(jìn)行賦值。參考相關(guān)文獻(xiàn)[30],本文將河池市各土地利用類型對(duì)物種和生態(tài)系統(tǒng)的阻力系數(shù)擬定在1—500之間(表2)。

表2 基于土地覆被類型的生態(tài)阻力系數(shù)

(2)生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)受人類活動(dòng)干擾的敏感程度,用來(lái)表征生態(tài)失衡與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的可能性大小[38]。喀斯特山區(qū)地貌復(fù)雜,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),石漠化分布廣泛,水土流失嚴(yán)重,加劇了生態(tài)環(huán)境的脆弱性和敏感性。本文選取水土流失敏感性和石漠化敏感性兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),等權(quán)疊加生成生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,分為高敏感、較高敏感、中度敏感、較低敏感、低敏感5個(gè)等級(jí),生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)見表3。

表3 生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)及量化分級(jí)

① 水土流失敏感性

本文采用降雨侵蝕力、土壤可蝕性、地形起伏度和植被覆蓋等因子開展評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)公式為：

式中,R、K、LS和C分別為降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、地形起伏度因子和植被覆蓋因子的敏感性分級(jí)值。具體分級(jí)如下表：

② 石漠化敏感性

采用生態(tài)系統(tǒng)類型、地形坡度和植被覆蓋等因子開展評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)公式為：

式中,D、P和C分別為生態(tài)系統(tǒng)類型、地形坡度和植被覆蓋的敏感性分級(jí)值。

最后,根據(jù)生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)估結(jié)果對(duì)各柵格的阻力系數(shù)進(jìn)行修正,并利用ArcGIS 10.3中的cost distance功能構(gòu)建出最小累積阻力面。公式如下：

式中,Ri為基于生態(tài)敏感性修正的柵格i生態(tài)阻力系數(shù);SLi為柵格i的生態(tài)敏感性;SLa為柵格i對(duì)應(yīng)土地利用類型a的平均生態(tài)敏感性;R為柵格i對(duì)應(yīng)土地利用類型的基本阻力系數(shù)。

1.3 廊道提取及生態(tài)安全格局構(gòu)建

生態(tài)廊道是指線性的、連接網(wǎng)絡(luò)中心和重要節(jié)點(diǎn)斑塊資源的廊道,為動(dòng)植物的遷徙、繁殖等過(guò)程提供了通道和場(chǎng)所[17]。本文采用MCR模型來(lái)提取生態(tài)源地之間的廊道,最小累積阻力模型考慮了源、距離和景觀界面特征,計(jì)算物種從源地到目的地運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所需要耗費(fèi)的最小代價(jià)?；竟饺缦拢?/p>

式中,MCR為最小累積阻力值,Dij為物種從源地j到目標(biāo)地i的空間距離,Ri為景觀單元i對(duì)于物種移動(dòng)的阻力系數(shù),f表示最小累積阻力和生態(tài)過(guò)程的正相關(guān)關(guān)系。

具體方法為：在識(shí)別生態(tài)源地的基礎(chǔ)上,以主要生態(tài)源地的中心點(diǎn)作為生態(tài)節(jié)點(diǎn),基于生態(tài)節(jié)點(diǎn)和阻力面,通過(guò)ArcGIS 10.3的cost path工具得到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)最小耗費(fèi)路徑,隨后,將所有兩點(diǎn)之間的最小耗費(fèi)路徑進(jìn)行疊加,生成所有源地節(jié)點(diǎn)之間的生態(tài)廊道,將其作為關(guān)鍵廊道。為了使生態(tài)源地之間形成連通性更加完整的生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò),充分發(fā)揮生態(tài)源地的功能,需要再構(gòu)建出基于圖層的潛在廊道,和關(guān)鍵生態(tài)廊道一起構(gòu)成更高水平的、完整的河池市生態(tài)安全格局。

2 結(jié)果分析

2.1 基于生態(tài)服務(wù)重要性的源地識(shí)別

將生物多樣性維護(hù)重要性、水源涵養(yǎng)重要性、水土保持重要性評(píng)價(jià)結(jié)果的圖層依權(quán)重疊加后得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合性評(píng)價(jià)結(jié)果(圖2、表4),研究區(qū)劃分為重要、較重要、一般重要、較不重要、不重要共5個(gè)等級(jí),分別對(duì)應(yīng)一至五級(jí)。結(jié)果顯示：河池市生態(tài)重要區(qū)面積為7308.82 km2,占全市總面積的21.86%。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性高值區(qū)分布集中,經(jīng)過(guò)打狗江、紅水河、澄江等重要水系沿岸。生態(tài)較重要區(qū)面積為13413.11 km2,占總面積的40.11%,沿生態(tài)服務(wù)價(jià)值極重要區(qū)邊緣延伸,廣泛分布于全市各縣區(qū),為城市健康穩(wěn)定發(fā)展提供了重要的生態(tài)服務(wù)。生態(tài)一般重要區(qū)面積為6673.71 km2,占比19.96%,主要分布在河池市西北部及東部地區(qū),經(jīng)過(guò)龍江及其支流沿岸,為城市用水安全、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保持提供了有力保障,該區(qū)域大多為人口分布密集的城市建設(shè)區(qū),對(duì)生態(tài)價(jià)值需求較高。生態(tài)較不重要區(qū)以及不重要區(qū)分布零散,大致分布在其他各區(qū)的邊緣地帶,面積分別為3700.78 km2、2342.84 km2,各占總面積比重11.07%、7.00%。

圖2 河池市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)結(jié)果

表4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級(jí)面積及占比

選取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要區(qū),剔除散碎和生態(tài)服務(wù)價(jià)值功能相對(duì)較低斑塊,篩選后作為生態(tài)源地(圖3),經(jīng)統(tǒng)計(jì),河池市生態(tài)源地面積為5706.63 km2,占全市面積的17.07%,比重大致與河池市生態(tài)本底狀況和生態(tài)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃要求相吻合。從空間上看,這些生態(tài)源地主要分布在河池市西部和南部,少量分布在東北部,主要包括天峨縣東部、鳳山縣、東蘭縣、巴馬縣北部、大化縣、都安縣、金城江東部,經(jīng)過(guò)打狗江、刁江、澄江和紅水河等重要水系沿岸,或分布在南部地區(qū)海拔坡度較高的山區(qū)地帶,生境質(zhì)量高,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能良好。

圖3 河池市生態(tài)源地

從景觀分布來(lái)看(圖4),林地、園地是生態(tài)源地主要的土地類型,占全市生態(tài)源地面積的51.29%和22.37%,其次是耕地、草地和水域,各占比9.80%、7.43%和7.96%,建設(shè)用地和未利用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值較低,大部分為非源地。但因部分建設(shè)用地和未利用地臨河流水系、自然保護(hù)區(qū)和地質(zhì)公園,為生態(tài)保護(hù)區(qū)起到了一定的緩沖作用,可以在水土流失防治以及城市排水防洪方面發(fā)揮服務(wù)功能,因而成為源地的一部分,共占比1.14%,但其中也反映了生態(tài)保護(hù)修復(fù)與城市建設(shè)發(fā)展之間的矛盾沖突。

從區(qū)域特征來(lái)看(圖4),都安縣生態(tài)源地面積最多,占比全市生態(tài)源地面積的29.72%,其次為大化、東蘭等,南丹和宜州生態(tài)源地面積最少,各占0.27%和1.26%,反映了南丹縣和宜州區(qū)城市發(fā)展較快,生態(tài)需求迫切,生態(tài)保護(hù)修復(fù)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)之間存在矛盾。金城江區(qū)河流水系發(fā)達(dá),水網(wǎng)密布,水域占該區(qū)生態(tài)源地總面積的85.33%,為城市水資源安全提供了保障。其他各縣區(qū)源地組成比例大致相近,在東蘭、巴馬、鳳山和都安縣中,林地在生態(tài)源地組成中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其中巴馬、鳳山和都安林地占比90%以上；大化縣以園地為主,占比該區(qū)生態(tài)源地的87.99%；天峨縣的生態(tài)源地中耕地和園地比例接近,各占52.57%和45.17%；羅城和環(huán)江的源地以草地為主。

圖4 河池市生態(tài)源地景觀類型及區(qū)域分布特征

2.2 阻力面構(gòu)建

基于水土流失敏感性和石漠化敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果,將兩者等權(quán)疊加得到生態(tài)環(huán)境敏感性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(圖5、表5),分為高敏感、較高敏感、中度敏感、較低敏感、低敏感共5個(gè)等級(jí)。研究表明：生態(tài)高敏感區(qū)面積為212.50 km2,占全市面積的0.63%,大多分布在河池市環(huán)江縣、羅城縣東南部、巴馬縣以及大化縣和都安縣南部地區(qū),該地區(qū)地質(zhì)地貌復(fù)雜,屬地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū),生態(tài)環(huán)境脆弱。較高敏感區(qū)面積為493.74 km2,占全市面積的1.48%,大多分布在敏感區(qū)邊緣地帶,對(duì)敏感區(qū)起到了一定的緩沖作用。中等敏感區(qū)多分布于環(huán)江縣中部和南部,面積共為895.40 km2,占比2.68%。較低敏感區(qū)分布最為廣泛,在各縣區(qū)范圍內(nèi)均有分布,占全市面積的78.78%。而低敏感區(qū)大多分布在天峨縣、南丹縣、羅城縣、金城江區(qū)以及宜州區(qū),該區(qū)域大多為城市建設(shè)區(qū),人口密集,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較為穩(wěn)定,面積為2342.84 km2,占比16.44%。

圖5 生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果

表5 生態(tài)環(huán)境敏感性等級(jí)面積及占比

綜合以上水土流失、石漠化單因子敏感性、綜合敏感性分布空間布局以及土地覆被類型對(duì)物質(zhì)能量交換的影響,利用ArcGIS的 cost distance 工具,構(gòu)建出最小累積阻力面(圖6)。從圖中可明顯看出阻力值的分布狀況：南丹縣和金城江區(qū)的西部等區(qū)域,在空間上呈現(xiàn)出集聚成片的高阻力值格局,阻力水平最高。該區(qū)域土地利用類型以建設(shè)用地為主,且金城江區(qū)水系發(fā)達(dá),河網(wǎng)密布,城市從事生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)氛圍活躍,經(jīng)濟(jì)水平較發(fā)達(dá),人口密集,活動(dòng)頻率較高,對(duì)周圍區(qū)域的物種遷徙與物質(zhì)信息交換擴(kuò)散產(chǎn)生一定的抗性效應(yīng)。環(huán)江縣、宜州區(qū)以及羅城縣東部等區(qū)域處于生態(tài)阻力中值區(qū),該區(qū)域地勢(shì)平坦,城市建設(shè)區(qū)域分布較為集中,人類活動(dòng)強(qiáng)度一般,對(duì)物質(zhì)信息流的傳遞交換起到了一定的負(fù)向作用。天峨縣、東巴鳳地區(qū)以及大化縣、都安縣等區(qū)域,在空間上形成集聚成片的低阻力值格局,對(duì)物種的遷移所產(chǎn)生的阻力干擾較小,主要原因是該區(qū)土地利用類型多以林地、耕地為主,地貌復(fù)雜,地勢(shì)較高,生境質(zhì)量良好,且受人類活動(dòng)行為干擾較少,因此生態(tài)源的擴(kuò)散阻力值在該區(qū)域處于低水平狀態(tài),對(duì)周圍物種的遷移擴(kuò)散可產(chǎn)生正向推動(dòng)效應(yīng)。

圖6 最小累積阻力面

2.3 廊道識(shí)別

生態(tài)廊道對(duì)促進(jìn)生態(tài)過(guò)程的流動(dòng)、保障生態(tài)功能服務(wù)和維持生物多樣性等具有關(guān)鍵作用[13]。本研究將源地中心點(diǎn)作為生態(tài)節(jié)點(diǎn),通過(guò)構(gòu)建出的最小累積阻力面,利用MCR模型和ArcGIS 10.3的cost path分析工具,得到最小耗費(fèi)路徑廊道,作為關(guān)鍵廊道,進(jìn)一步尋求基于圖層的次最小耗費(fèi)路徑廊道,作為潛在廊道。關(guān)鍵廊道和潛在廊道共同構(gòu)成河池市生態(tài)廊道(圖7)。結(jié)果表明：河池市共有11條關(guān)鍵廊道,呈蛛網(wǎng)式輻射分布,總長(zhǎng)度約為325.44 km,15條潛在廊道,總長(zhǎng)約為456.82 km,共計(jì)782.26 km。河池市生態(tài)廊道保障了生態(tài)源地之間的連通,主要沿林地和河流水系分布,并經(jīng)過(guò)大部分的自然保護(hù)區(qū)和濕地,基本避開了非生態(tài)用地區(qū)。其中,潛在廊道更大意義上是為了保障格局的完整性和連通性,在阻力上受到的影響相較于關(guān)鍵廊道略高,受到人為活動(dòng)影響和威脅較大,為保證河池市生態(tài)安全格局的整體性和連通性,需要對(duì)潛在廊道加以更多的保護(hù)修復(fù)。

圖7 生態(tài)廊道

2.4 生態(tài)安全格局構(gòu)建

河池市生態(tài)源地主要集中在西部和南部的生境質(zhì)量高值區(qū),東部和北部地勢(shì)較平坦,人口密集,多為非生態(tài)區(qū)。生態(tài)廊道沿源地和河流水系呈蛛網(wǎng)式輻射分布,貫通了河池市大部分的生態(tài)源地,保障了生態(tài)格局的整體性。因此,本文從生態(tài)保護(hù)視角出發(fā),依托河池市自然生態(tài)本底、生態(tài)源地和廊道的空間分布特征,構(gòu)建出河池市生態(tài)安全格局(圖8)。在宏觀上,對(duì)源生態(tài)要素進(jìn)行整體規(guī)劃布局,提出“四屏兩區(qū)三帶”的生態(tài)安全格局優(yōu)化方案,以期為河池市生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作提供借鑒(圖9)。

圖8 河池市生態(tài)安全格局

圖9 河池市生態(tài)安全格局優(yōu)化

“四屏”指東巴鳳生態(tài)旅游屏障、七百弄濕地保育屏障、都安林地保護(hù)屏障、龍江水源涵養(yǎng)屏障；東巴鳳生態(tài)旅游屏障生態(tài)服務(wù)功能重要性等級(jí)高,生態(tài)源地較為集中,多條生態(tài)廊道交叉穿過(guò),物種豐富且自然基底良好,集鳳山巖溶國(guó)家地質(zhì)公園、東蘭國(guó)家地質(zhì)公園、頗豪湖國(guó)家濕地公園等多個(gè)重要自然生態(tài)斑塊,提供了較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,同時(shí)也是河池市生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域,可帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展；七百弄濕地保育屏障屬湖泊濕地匯水集中區(qū),紅水河、澄江穿區(qū)而過(guò),水源豐富,水土保持功能性強(qiáng),喀斯特地貌遍布,植被覆蓋以林地為主,棲息地生境質(zhì)量高,是區(qū)域發(fā)展的自然山水基底,具有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保持、調(diào)節(jié)徑流、降解污染等多重生態(tài)功能。都安林地保護(hù)屏障是重要林地保護(hù)區(qū)域,也是喀斯特地貌分布最為典型的地帶,巖溶廣布,地貌復(fù)雜,有豐富的天然林和生態(tài)防護(hù)林帶,林地占該區(qū)生態(tài)源地95%以上,植被覆蓋率高,生物資源豐富,為地區(qū)的水土保持、生物多樣性維護(hù)和固碳釋氧提供了較高的服務(wù)價(jià)值；龍江水源涵養(yǎng)屏障是區(qū)域發(fā)展的重要生態(tài)屏障,也是河池市主要的流域生態(tài)單元,承擔(dān)著龍江、刁江、澄江等主要干支流的水源涵養(yǎng)和土壤保持功能,流域水環(huán)境質(zhì)量關(guān)系著河池市的用水安全。

“兩區(qū)”指龍灘生態(tài)功能建設(shè)區(qū)、石漠化生態(tài)安全提升區(qū)。龍灘生態(tài)功能建設(shè)區(qū)水土流失問(wèn)題嚴(yán)重,生態(tài)敏感性較強(qiáng),崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā),給當(dāng)?shù)厝嗣裨斐闪松?cái)產(chǎn)威脅；九萬(wàn)山石漠化生態(tài)安全提升區(qū)處于河池市生態(tài)敏感高值區(qū)域,石漠化是區(qū)域典型且長(zhǎng)期存在的生態(tài)安全問(wèn)題,且該區(qū)人口密集,長(zhǎng)期進(jìn)行城市建設(shè)開發(fā)活動(dòng),對(duì)地質(zhì)環(huán)境破環(huán)嚴(yán)重,災(zāi)害頻發(fā),“兩區(qū)”作為生態(tài)環(huán)境敏感的關(guān)鍵地帶,應(yīng)劃為生態(tài)修復(fù)提升區(qū)予以重點(diǎn)保護(hù)。

“三帶”分別由龍灘廊道帶、鳳山-刁江帶、百東河-都安帶三條關(guān)鍵生態(tài)廊道的軸線組成。龍灘廊道帶連通了北部的生態(tài)源地,橫穿了紅水河、龍江、刁江三條主要河流,保障了河池市水源涵養(yǎng)功能。鳳山-刁江帶作為三條廊道長(zhǎng)度之首,連通了大部分生態(tài)源地,實(shí)現(xiàn)源地之間的互通,對(duì)控制城鎮(zhèn)蔓延式擴(kuò)張和開發(fā)邊界的劃定,推進(jìn)山水林田湖草整體保護(hù)修復(fù),保障河池市產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展具有關(guān)鍵意義。百東河-都安帶連通了大面積的濕地與林地,承擔(dān)著土壤保持、生物多樣性維護(hù)等重要生態(tài)功能,應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)綠化林帶建設(shè)。

3 結(jié)論

河池市作為喀斯特地貌的典型地區(qū),生境質(zhì)量高,但生態(tài)環(huán)境脆弱敏感,亟待重點(diǎn)保護(hù)修復(fù)。本文聚焦河池市典型生態(tài)問(wèn)題及生態(tài)過(guò)程,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性識(shí)別生態(tài)源地,依據(jù)生態(tài)敏感性修正基本阻力面,利用最小累積模型識(shí)別生態(tài)廊道,構(gòu)建出河池市基本的生態(tài)安全格局并進(jìn)行優(yōu)化,以期提升河池市生態(tài)安全保障,實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)安全保護(hù)。研究結(jié)果如下：

(1)河池市生態(tài)源地面積共計(jì)5706.63 km2,占全市面積的17.07%,主要分布在天峨縣東部、鳳山縣、東蘭縣、巴馬縣北部、大化縣、都安縣、金城江東部等生態(tài)需求高值區(qū)。生態(tài)廊道包含11條關(guān)鍵廊道和15條潛在廊道,分別為325.44 km和456.82 km,呈蛛網(wǎng)式輻射分布于河池境內(nèi),保障了生態(tài)源地之間的連通。通過(guò)對(duì)河池市生態(tài)要素的空間布局優(yōu)化,構(gòu)建了“四屏兩區(qū)三帶”的綠色生態(tài)安全格局,作為河池市可持續(xù)發(fā)展的底線格局。

(2)本文結(jié)合喀斯特地區(qū)生態(tài)本底,產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及資源開發(fā)利用現(xiàn)狀,對(duì)河池市生態(tài)保護(hù)提出切實(shí)有效的現(xiàn)實(shí)路徑：生態(tài)安全格局在河池市城鄉(xiāng)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與布局調(diào)整中應(yīng)起到剛性約束作用,其中,生態(tài)源地和廊道應(yīng)設(shè)為禁止開發(fā)區(qū),施以最嚴(yán)格的生態(tài)管制措施。首先,針對(duì)東巴鳳生態(tài)屏障、七百弄濕地保育屏障、都安林地保護(hù)屏障區(qū)等源地和喀斯特地貌集中分布地區(qū),尤其是自然保護(hù)區(qū)與國(guó)家公園范圍內(nèi),可大力推進(jìn)封山育林工程、濕地恢復(fù)重建工程、濕地綠化工程等生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目,加大生態(tài)屏障的生態(tài)林帶保護(hù)力度以鞏固水土保持功能,構(gòu)建濕地生態(tài)效應(yīng),形成重要的生態(tài)保育區(qū)；針對(duì)生態(tài)環(huán)境敏感脆弱的龍灘生態(tài)功能建設(shè)區(qū)、九萬(wàn)山石漠化生態(tài)安全提升區(qū)應(yīng)進(jìn)一步提高生態(tài)安全品質(zhì),加大林草植被恢復(fù)和退耕還林力度,加強(qiáng)防護(hù)林的培育治理工作以及污染綜合防治工作,采取礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)、植被恢復(fù)等措施,積極推行綠色產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)循環(huán)發(fā)展,提高自然災(zāi)害防御能力,改善生態(tài)安全格局；其次,對(duì)于龍江水源涵養(yǎng)生態(tài)屏障以及河池市三大重要生態(tài)廊道,應(yīng)全面截污清污,加強(qiáng)入河排污口的治理與定點(diǎn)監(jiān)測(cè),實(shí)施疏浚河道、水源涵養(yǎng)林建設(shè)工程、江河湖庫(kù)與水源地保護(hù)修復(fù)工程、生態(tài)護(hù)岸工程多措并舉,加大對(duì)生態(tài)廊道沿線綠化建設(shè)。同時(shí),加強(qiáng)野生動(dòng)物遷徙通道的保護(hù),改善森林結(jié)構(gòu),嚴(yán)格保護(hù)天然林,防控環(huán)境污染以維護(hù)生物多樣性,杜絕破壞自然資源和污染環(huán)境的建設(shè)活動(dòng)。最后,河池市應(yīng)建立生態(tài)保護(hù)修復(fù)信息分享平臺(tái),對(duì)生態(tài)安全問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),完善生態(tài)補(bǔ)償制度,綜合提升喀斯特地區(qū)生態(tài)安全可持續(xù)發(fā)展水平。

(3)本文定量分析河池市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性、生態(tài)環(huán)境敏感性以及土地利用類型對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,由此科學(xué)識(shí)別了生態(tài)源地及廊道,構(gòu)建出的生態(tài)安全格局系統(tǒng)完整,結(jié)構(gòu)布局更加優(yōu)化,為河池市生態(tài)安全建設(shè)提供了切實(shí)可行的依據(jù)。但本文并未對(duì)喀斯特地區(qū)生態(tài)格局的景觀斑塊連通性與廊道寬度的設(shè)定做進(jìn)一步研究,另外,針對(duì)生態(tài)環(huán)境復(fù)雜敏感的喀斯特地區(qū),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)中多側(cè)重于自然評(píng)價(jià)因子,在后續(xù)研究中,應(yīng)考慮人文社會(huì)因素,結(jié)合地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與人文背景,進(jìn)一步研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與區(qū)域生態(tài)安全的耦合分析。