魏露露 金 蓮
(1.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)公共管理學(xué)院,貴州 貴陽 550025;2.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院,貴州 貴陽 550025)
生態(tài)系統(tǒng)具有食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、水土保持、文化娛樂等服務(wù)功能[1]。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展在促進(jìn)人口急劇增長和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的同時(shí),對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)造成了難以自我恢復(fù)的負(fù)面影響[2]。生態(tài)修復(fù)通過生態(tài)工程有意識(shí)地利用生物與非生物的優(yōu)化組合來改變一個(gè)區(qū)域的生物區(qū)系和物理?xiàng)l件,以此來啟動(dòng)或加速生態(tài)系統(tǒng)在健康、整體性和可持續(xù)性方面的恢復(fù)進(jìn)程,進(jìn)而修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)[3]。以往的生態(tài)修復(fù)只涉及土壤、礦區(qū)、海洋等單一的對(duì)象,并且只存在于局部地區(qū)或微觀層面,分散且單一的生態(tài)修復(fù)難以同現(xiàn)行的空間規(guī)劃相銜接,落地困難[4]。
國土空間生態(tài)修復(fù)是從宏觀的空間尺度出發(fā),利用生態(tài)工程等措施,通過調(diào)整優(yōu)化和修整重建國土空間的結(jié)構(gòu)及其要素,使已遭受不同程度影響的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程以及服務(wù)逐步實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的方法,相較于以往微觀或局部的生態(tài)修復(fù)其成效更加顯著[5]。當(dāng)前主要是通過構(gòu)建山水林田湖草生命共同體,從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)修復(fù)的[6]。構(gòu)建生態(tài)廊道,識(shí)別待修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全格局,分區(qū)分類分階段開展生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工作成為國土空間生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容[7]3407。
生態(tài)安全格局理論來源于景觀生態(tài)學(xué),自20世紀(jì)90年代發(fā)展至今,已成為開展生態(tài)修復(fù)、優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)格局、實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全的重要基礎(chǔ)[8]。最小累積阻力(MCR)模型能夠通過構(gòu)建生態(tài)阻力面進(jìn)而構(gòu)建生態(tài)廊道,電路理論則用于生態(tài)廊道的模擬和生態(tài)夾點(diǎn)、生態(tài)障礙點(diǎn)的識(shí)別,是構(gòu)建生態(tài)安全格局“源地—阻力面—廊道”研究范式的重要方法[9]。基于國土空間的生態(tài)安全格局是國土資源各類景觀的要素、空間位置在相互作用下構(gòu)成的空間格局[10]。它立足區(qū)域尺度,從水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護(hù)等角度為國土空間生態(tài)修復(fù)提供理論和技術(shù)支持[11]204。
當(dāng)前的生態(tài)修復(fù)研究多側(cè)重于小尺度、單一或綜合項(xiàng)目的微觀層面[12-14],將生態(tài)安全格局理論與國土空間生態(tài)修復(fù)相結(jié)合并將其納入?yún)^(qū)域尺度宏觀層面的研究較少[7]3408,[11]205,[15-16]。清鎮(zhèn)市隸屬貴州省貴陽市,是典型的重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)地和農(nóng)業(yè)大市,下轄的紅楓湖國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)擁有豐富的濕地資源和生物資源,是貴陽市一級(jí)水源保護(hù)區(qū)所在地,也是黔中水利樞紐工程的重要組成部分。清鎮(zhèn)市肩負(fù)“保湖”和“富民”兩大使命,然而,城市景觀破碎、石漠化、水土流失問題突出,國土空間生態(tài)修復(fù)工作面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本研究以清鎮(zhèn)市為研究區(qū)域,運(yùn)用生態(tài)安全格局理論構(gòu)建清鎮(zhèn)市國土空間生態(tài)安全格局,基于山水林田湖草生命共同體理念劃定生態(tài)修復(fù)分區(qū),并針對(duì)性提出優(yōu)化策略,為緩解有限環(huán)境資源與無限需求之間的矛盾提供空間指引。
清鎮(zhèn)市地處云貴高原黔中腹地,是貴州省貴陽市下轄的縣級(jí)市。該市位于106°7′E~106°33′E,26°21′N~26°59′N,全市總面積將近1 400 km2。境內(nèi)以山地和丘陵為主,東部和西部為巖溶丘陵山地,中部為丘陵盆地,南部為丘陵洼地。清鎮(zhèn)市有著典型的山地氣候特點(diǎn),雨熱同期且雨量充沛,擁有豐富的水文資源,南部紅楓湖面積57.20 km2,控制流域面積1 551 km2。復(fù)雜的地形地貌促成了該地豐富的物種多樣性,清鎮(zhèn)市擁有光葉珙桐等獨(dú)特的大型木本植物和白鶴、白鷺、鉗嘴鸛等珍稀保護(hù)動(dòng)物,因此該市是貴州省生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)地區(qū)之一,但是,清鎮(zhèn)市生態(tài)環(huán)境脆弱,生態(tài)問題日益顯現(xiàn),耕地質(zhì)量較低,耕地石漠化程度、水土流失狀況嚴(yán)重。清鎮(zhèn)市全市常住人口50.29萬人,建設(shè)用地隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快不斷無序擴(kuò)張,生態(tài)用地亟需控制和修復(fù)。
研究所涉及的空間分辨率為30 m的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云(http:// www.gscloud.cn);行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)(2019年)來自全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(https://www.webmap.cn/main.do?method=index);2019年的土地利用相關(guān)數(shù)據(jù)來自地理國情監(jiān)測云平臺(tái)(http://www.dsac.cn/),比例尺為1∶100 000;自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)來自中國生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估與生態(tài)安全數(shù)據(jù)庫(http://www.ecosystem.csdb.cn/index.jsp);年降水量和人口密度數(shù)據(jù)分別來自《貴陽市2019年度氣候影響評(píng)價(jià)》和《2020貴陽統(tǒng)計(jì)年鑒》。
從景觀連通性、生態(tài)保護(hù)重要性、生態(tài)功能重要區(qū)域和生態(tài)保護(hù)重要區(qū)域幾個(gè)方面識(shí)別研究區(qū)域內(nèi)具有重要生態(tài)價(jià)值的斑塊作為生態(tài)源地[7]3408。景觀連通性是由林地斑塊通過歸一化處理而得;生態(tài)保護(hù)重要性是通過資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)和國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)而得;生態(tài)功能重要區(qū)域是通過反地形DEM提取山頂點(diǎn)的方法得到;生態(tài)保護(hù)重要區(qū)域是通過生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià),再疊加自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)得到。根據(jù)這4個(gè)方面的重要程度和空間分布,選取清鎮(zhèn)市生態(tài)源地。
根據(jù)斑塊土地利用類型及其特征,考慮源、距離和景觀基面,參考已有研究并結(jié)合清鎮(zhèn)市實(shí)際情況對(duì)不同土地利用類型阻力系數(shù)進(jìn)行賦值(見表1),構(gòu)建清鎮(zhèn)市的生態(tài)阻力面[17]。運(yùn)用MCR模型來模擬物種在清鎮(zhèn)市域中從源地到空間任意一處需要耗費(fèi)的代價(jià),即源地之間的最小成本路徑(LCP),以反映這些物種在運(yùn)動(dòng)過程中存在選擇耗費(fèi)成本最小的路徑的可能性[18]。
電路理論能夠識(shí)別研究區(qū)域是否存在阻礙生態(tài)過程的情況以及阻礙程度,它以單位距離連通性值的大小來表示生態(tài)障礙區(qū)其景觀連通性的強(qiáng)弱程度,以此模擬生態(tài)廊道,形成基礎(chǔ)的生態(tài)格局[11]207。研究綜合考慮生態(tài)廊道的長度、可替代性以及連接生態(tài)源地的重要性,將生態(tài)廊道劃分為關(guān)鍵生態(tài)廊道、重要生態(tài)廊道、一般生態(tài)廊道,以便能夠分級(jí)分類管理。
表1 不同土地利用類型阻力系數(shù)Table 1 Resistance coefficients of different land use types
生態(tài)夾點(diǎn)源于將生物流看作電流的電路理論,夾點(diǎn)是電流高度密集的區(qū)域,將其應(yīng)用到景觀生態(tài)學(xué),是指區(qū)域景觀連通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),它具有不可替代性,是防止生態(tài)源地退化或損失的關(guān)鍵位置,此位置的破壞會(huì)對(duì)生態(tài)穩(wěn)定造成很大的影響,對(duì)生態(tài)源地起著至關(guān)重要的作用[19]。
生態(tài)障礙點(diǎn)是指阻礙物種在重要生態(tài)區(qū)域之間運(yùn)動(dòng)的區(qū)域,移除這些區(qū)域?qū)⒃黾又匾鷳B(tài)區(qū)域之間的景觀連通性[20]。本研究利用生態(tài)源地、生態(tài)阻力面以及生態(tài)廊道成果,并結(jié)合研究區(qū)域的土地利用類型來識(shí)別生態(tài)障礙點(diǎn)。
生態(tài)夾點(diǎn)、生態(tài)障礙點(diǎn)分別由Circuitscape軟件中的Pinchpoint Mapper模塊和Barrier Mapper模塊識(shí)別,該軟件能夠計(jì)算景觀中的電流密度和有效電阻并與生態(tài)過程相聯(lián)系,將低阻力部分分配到最能促進(jìn)生態(tài)過程的景觀類型當(dāng)中,而高阻力部分則是分配到阻礙生態(tài)過程的景觀類型中,最終生成生態(tài)廊道的生態(tài)夾點(diǎn)和生態(tài)障礙點(diǎn)。
生態(tài)修復(fù)分區(qū)是分級(jí)分類分階段開展國土空間生態(tài)修復(fù)的前提[21],因區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)變化性,在劃分生態(tài)修復(fù)分區(qū)時(shí)綜合考慮影響生態(tài)安全格局的各個(gè)因素,才能更好地反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境狀況[11]204。
結(jié)合清鎮(zhèn)市實(shí)際情況選取具有代表性的生態(tài)指標(biāo)(見表2),運(yùn)用層次分析法(AHP)并利用Yaahp軟件確定指標(biāo)權(quán)重,通過ArcGIS軟件將指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理之后再利用加權(quán)評(píng)分法進(jìn)一步測算清鎮(zhèn)市國土空間生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)。綜合考慮各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)其生態(tài)廊道和生態(tài)夾點(diǎn)、生態(tài)障礙點(diǎn)的情況,合理劃定清鎮(zhèn)市國土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)。
表2 生態(tài)修復(fù)分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 2 Evaluation index of ecological restoration zoning
考慮到生態(tài)系統(tǒng)的整體性和國土空間生態(tài)修復(fù)工作的連續(xù)性,剔除生態(tài)源地評(píng)價(jià)結(jié)果中零星的細(xì)小斑塊。共選取了14個(gè)生態(tài)源地(見圖1),面積為235.72 km2。清鎮(zhèn)市生態(tài)源地主要由林地、水域構(gòu)成,主要分布在南部、東部和北部,主要位于紅楓湖鎮(zhèn)、站街鎮(zhèn)和衛(wèi)城鎮(zhèn)。清鎮(zhèn)市東南部和西北部的生態(tài)環(huán)境狀況較差,沒有成片的生態(tài)源地,犁倭鎮(zhèn)、流長苗族鄉(xiāng)、王莊布依族苗族鄉(xiāng)以及新店鎮(zhèn)的生態(tài)源地分布較少,中心城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,呈東南—西北走向破壞了該市的景觀連通性。
阻力的大小受人類活動(dòng)和自然條件的影響,阻力大的區(qū)域表明物種穿越該斑塊需要耗費(fèi)更大的代價(jià),不利于生態(tài)過程。清鎮(zhèn)市生態(tài)阻力面構(gòu)建成果如圖2(a)所示,生態(tài)阻力高值區(qū)主要分布在南部,主要的土地利用類型為水域和建設(shè)用地。生態(tài)阻力大的區(qū)域主要是中心城區(qū)和紅楓湖鎮(zhèn),以及站街鎮(zhèn)、麥格苗族布依族鄉(xiāng)、衛(wèi)城鎮(zhèn)、王莊布依族苗族鄉(xiāng)的中心鎮(zhèn)區(qū),除了紅楓湖鎮(zhèn)的阻力是受水域面積的影響之外,其他行政區(qū)域阻力值的高低主要受建設(shè)用地的集中程度和面積的影響,說明這些區(qū)域人類活動(dòng)的干預(yù)程度較高。
生態(tài)廊道可以連接斑塊,為物種的流動(dòng)提供路徑,將清鎮(zhèn)市的生態(tài)廊道劃分為關(guān)鍵生態(tài)廊道、重要生態(tài)廊道、一般生態(tài)廊道,構(gòu)建了清鎮(zhèn)市“兩橫三縱”的基礎(chǔ)生態(tài)格局,結(jié)果見圖2(b)。
如表3所示,關(guān)鍵生態(tài)廊道數(shù)量最多,長度也最長,主要分布在市域西部、北部和東部;其次是一般生態(tài)廊道,呈西南—東北向分布;重要生態(tài)廊道最少,僅分布在北部和中部。生態(tài)廊道和生態(tài)源地一同呈現(xiàn)了清鎮(zhèn)市的基礎(chǔ)生態(tài)安全格局,對(duì)于市域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的整體性和生態(tài)景觀的連通性有著重要意義。
研究利用LCP得出的生態(tài)阻力值,結(jié)合生態(tài)源地和生態(tài)廊道,識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn)與生態(tài)障礙點(diǎn)。清鎮(zhèn)市生態(tài)廊道電流強(qiáng)度即物種流動(dòng)通暢度分布見圖3(a)。生態(tài)廊道上的深色區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)夾點(diǎn),其電流強(qiáng)度最弱,說明該區(qū)域?qū)τ趨^(qū)域生態(tài)景觀連通性至關(guān)重要。清鎮(zhèn)市的生態(tài)夾點(diǎn)共有11處,面積共計(jì)21.17 km2,待修復(fù)區(qū)域平均斑塊面積1.92 km2,具體為站街鎮(zhèn)3處、犁倭鎮(zhèn)1處、暗流鎮(zhèn)1處、衛(wèi)城鎮(zhèn)2處、流長苗族鄉(xiāng)2處以及麥格苗族布依族鄉(xiāng)2處,數(shù)量和面積最多的皆為麥格苗族布依族鄉(xiāng)。
表3 清鎮(zhèn)市生態(tài)廊道分類Table 3 Classification of ecological corridor in Qingzhen City
圖3 清鎮(zhèn)市生態(tài)夾點(diǎn)和生態(tài)障礙點(diǎn)電流強(qiáng)度分布Fig.3 Distribution of current intensity of ecological pinch point and ecological barrier in Qingzhen City
清鎮(zhèn)市生態(tài)障礙點(diǎn)識(shí)別結(jié)果見圖3(b),生態(tài)廊道上的深色區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)障礙點(diǎn),多位于建設(shè)用地分布較為集中的區(qū)域或礦山分布區(qū)域,且多為生態(tài)廊道同生態(tài)源地連接的關(guān)鍵區(qū)域。研究共識(shí)別出38處生態(tài)障礙點(diǎn),面積共計(jì)24.92 km2??臻g分布上,除了中心城區(qū)和紅楓湖鎮(zhèn)以外皆存在生態(tài)障礙點(diǎn),主要分布在站街鎮(zhèn)、衛(wèi)城鎮(zhèn)和新店鎮(zhèn),尤其是站街鎮(zhèn),面積達(dá)11.08 km2。
對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞的主要因素是人類活動(dòng),人口越集中,對(duì)生產(chǎn)用地、生活用地的需求越高,對(duì)生態(tài)用地的破壞程度越大。研究區(qū)域當(dāng)前生態(tài)價(jià)值低,耕地以坡耕地為主且質(zhì)量較低,平均坡度為3.22°,平均耕地質(zhì)量等別為10~12,耕地石漠化程度嚴(yán)重,以中度、重度和極重度石漠化為主,此外水土流失情況也較為嚴(yán)重。礦山分布越密集,其開采力度越大,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞也就越大。區(qū)域森林覆蓋率、草地覆蓋率、年降水量越高,其生態(tài)價(jià)值越大。
基于山水林田湖草生命共同體理念,結(jié)合研究區(qū)域各地的生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)和生態(tài)安全格局,利用自然斷點(diǎn)分級(jí)法劃定清鎮(zhèn)市國土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū),成果見圖4。研究將清鎮(zhèn)市國土空間劃分為生態(tài)修復(fù)區(qū)、生態(tài)控制區(qū)、生態(tài)提升區(qū)以及生態(tài)保育區(qū),面積分別為684.34、243.93、248.40、179.11 km2。生態(tài)保育區(qū)主要是生物棲息地,是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最優(yōu)也是研究區(qū)域最為關(guān)鍵的地區(qū),劃分該區(qū)的目的是保護(hù)生物物種,進(jìn)而修復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)。設(shè)立生態(tài)提升區(qū)的目的是提高生態(tài)環(huán)境較好區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。生態(tài)控制區(qū)是以生態(tài)保護(hù)為前提,通過控制人類的開發(fā)活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域的生態(tài)保護(hù)。生態(tài)修復(fù)區(qū)旨在通過人工干預(yù)修復(fù)已遭受嚴(yán)重破壞的區(qū)域。
將紅楓湖及周邊區(qū)域劃定為生態(tài)保育區(qū),建立嚴(yán)格的棲息地保護(hù)政策,實(shí)施針對(duì)性的瀕危珍稀物種保護(hù)措施,保護(hù)清鎮(zhèn)市生物多樣性。生態(tài)提升區(qū)包含百花社區(qū)、犁倭鎮(zhèn)以及王莊布依族苗族鄉(xiāng),是具有一定生態(tài)基礎(chǔ),但仍需要提升其總體生態(tài)質(zhì)量的區(qū)域。新店鎮(zhèn)和暗流鎮(zhèn)為生態(tài)控制區(qū),該區(qū)域距中心城區(qū)最遠(yuǎn),且受人類活動(dòng)的影響程度最小,在未來區(qū)域發(fā)展進(jìn)程中應(yīng)該合理控制該分區(qū)的開發(fā),推動(dòng)其生態(tài)恢復(fù)。生態(tài)修復(fù)區(qū)涉及站街鎮(zhèn)、衛(wèi)城鎮(zhèn)、流長苗族鄉(xiāng)和麥格苗族布依族鄉(xiāng),該分區(qū)為生態(tài)夾點(diǎn)和生態(tài)障礙點(diǎn)集中分布的區(qū)域,其景觀流通性對(duì)于市域生態(tài)系統(tǒng)的整體性和連續(xù)性極為重要,需要優(yōu)先考慮修復(fù)這個(gè)分區(qū)的生態(tài)環(huán)境。
圖4 清鎮(zhèn)市國土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)Fig.4 Ecological restoration zoning of territorial space in Qingzhen City
(1) 清鎮(zhèn)市生態(tài)源地共14個(gè),面積235.72 km2,主要由林地、水域構(gòu)成,主要分布在南部、東部和北部,主要位于紅楓湖鎮(zhèn)、站街鎮(zhèn)和衛(wèi)城鎮(zhèn)。
(2) 關(guān)鍵、重要、一般3個(gè)等級(jí)的生態(tài)廊道形成了清鎮(zhèn)市“兩橫三縱”的基礎(chǔ)生態(tài)格局,其中關(guān)鍵生態(tài)廊道主要分布在市域西部、北部和東部,一般生態(tài)廊道呈西南—東北向分布,重要生態(tài)廊分布在北部和中部。
(3) 待修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域?yàn)椋呵彐?zhèn)市生態(tài)夾點(diǎn)11處,面積21.17 km2,平均斑塊面積1.92 km2,其中麥格苗族布依族鄉(xiāng)數(shù)量和面積最多。生態(tài)障礙點(diǎn)38處,面積共計(jì)24.92 km2,主要分布在站街鎮(zhèn)、衛(wèi)城鎮(zhèn)和新店鎮(zhèn)。
(4) 選取人口密度、耕地質(zhì)量等別、礦山分布密度、森林覆蓋率、草地覆蓋率、年降水量6個(gè)指標(biāo),結(jié)合基礎(chǔ)生態(tài)安全格局將清鎮(zhèn)市劃分為生態(tài)保育區(qū)、生態(tài)提升區(qū)、生態(tài)控制區(qū)以及生態(tài)修復(fù)區(qū),分區(qū)分類分階段進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。需要優(yōu)先考慮開展修復(fù)工作的是生態(tài)修復(fù)區(qū),面積為684.34 km2,包括站街鎮(zhèn)、衛(wèi)城鎮(zhèn)、流長苗族鄉(xiāng)和麥格苗族布依族鄉(xiāng);需要提升總體生態(tài)質(zhì)量的是生態(tài)提升區(qū),面積為248.40 km2,包括百花社區(qū)、犁倭鎮(zhèn)以及王莊布依族苗族鄉(xiāng);需要控制開發(fā)利用程度的是生態(tài)控制區(qū),面積為243.93 km2,包括新店鎮(zhèn)和暗流鎮(zhèn);生態(tài)保育區(qū)涵蓋紅楓湖鎮(zhèn)及周邊區(qū)域,是重要的生物棲息地,應(yīng)實(shí)施嚴(yán)格的生物多樣性保護(hù)措施,其面積為179.11 km2。