王嘉琰

（長安大學(xué)土地工程學(xué)院，陜西 西安 710054）

0 引言

20 世紀(jì)80 年代以來，我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，高強(qiáng)度土地開發(fā)利用活動對自然環(huán)境造成了巨大的影響，出現(xiàn)了水土流失、土地荒漠化、生物多樣性銳減等生態(tài)問題［1-2］。區(qū)域生態(tài)安全是人類賴以生存的保障，維持區(qū)域生態(tài)安全是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵［3］。構(gòu)建生態(tài)安全格局，是以維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性和過程穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，針對區(qū)域內(nèi)主要的生態(tài)環(huán)境問題，提出具有時效性、可行性的解決措施與策略的行為，也是實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一［4-5］，對于科學(xué)整合各類保護(hù)分區(qū)、優(yōu)化國土空間開發(fā)保護(hù)格局和推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要作用［6］。

志丹縣是陜西省延安市下轄縣，位于陜北地區(qū)的黃土高原丘陵溝壑區(qū)。黃土質(zhì)地疏松，地表植被覆蓋少，自然條件惡劣［7］。石油開采、砍伐樹木等人類活動加劇了水土流失，進(jìn)一步導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。研究生態(tài)敏感性、構(gòu)建生態(tài)安全格局對志丹縣生態(tài)保護(hù)與國土開發(fā)具有重要意義。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

志丹縣位于東經(jīng)108°11'56″～109°3'48″，北緯36°21'23″～37°11'47″之間，總面積為3 794 ㎞2。杏子河、洛河、周河三條河流由西北向東南縱貫全縣，地勢由西北向東南傾斜。全縣海拔為1 093～1 741 m，地表支離破碎。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，全縣年平均降水量為474.2 mm，年平均氣溫為8.1 ℃，年均無霜期為142 天，年平均日照時長為2 332 h。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用高程、坡度和坡向數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云下載的DEM數(shù)據(jù)高程數(shù)據(jù)。歸一化植被指數(shù)來源于MODIS 衛(wèi)星中的合成產(chǎn)品數(shù)據(jù)，空間分辨率為500 m。土地利用數(shù)據(jù)來源于GLOBELAND30網(wǎng)站，下載中國研制的30 米空間分辨率全球地表覆蓋度數(shù)據(jù)，使用圖幅號為N49_35的2020年數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)敏感性評價。

①評價因子選取。生態(tài)敏感性是指區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)遇到干擾時，自然環(huán)境自身表現(xiàn)出來的變化程度，體現(xiàn)了區(qū)域發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題可能性的大小和難易程度［8］。根據(jù)全面系統(tǒng)性、科學(xué)性、針對性與準(zhǔn)確性等原則，結(jié)合志丹縣地形地貌特征、氣候條件等自然因素，選取最能體現(xiàn)志丹縣生態(tài)敏感性特征的因素作為指標(biāo)因子［9］進(jìn)行評價，包括高程、坡度、坡向、植被覆蓋度和土地利用類型。評價結(jié)果通過自然斷點法劃分為5 個等級，并按敏感性從高到低進(jìn)行賦值，見表1。

表1 志丹縣敏感性評價因子指標(biāo)體系

②因子權(quán)重確定。不同的敏感因子對區(qū)域生態(tài)的影響程度不同，科學(xué)賦權(quán)能夠保證綜合評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。層次分析法通過構(gòu)建判斷矩陣，將敏感因子進(jìn)行兩兩比較，依據(jù)重要性程度賦予不同的數(shù)值。檢查矩陣無誤后，計算得到每個敏感因子的權(quán)重值。

③生態(tài)敏感性指數(shù)計算。依據(jù)單因子生態(tài)敏感性評價結(jié)果和層次分析法確定的因子權(quán)重，選用公式如下［10］。

式中：Pj表示第j個像元的綜合生態(tài)敏感性評價指數(shù)；Aij表示第i項指標(biāo)、第j個柵格像元上的生態(tài)敏感性等級指數(shù)；Wj表示第j個指標(biāo)的生態(tài)敏感性權(quán)重；n表示柵格像元數(shù)目。

1.3.2 生態(tài)源地識別。生態(tài)源地是生態(tài)功能較強(qiáng)、生物多樣性較好的區(qū)域，是最需要生態(tài)保護(hù)的區(qū)域［11］。生態(tài)敏感性的評價結(jié)果中極高敏感的區(qū)域人類活動較少，生態(tài)價值極高［12］，選取志丹縣生態(tài)敏感性評價的極高敏感性地區(qū)，對圖斑進(jìn)行篩選整合后作為生態(tài)源地。

1.3.3 生態(tài)阻力面構(gòu)建。生態(tài)阻力面是指生態(tài)流在生態(tài)功能區(qū)之間運行時受到阻力強(qiáng)度的空間分布［13］。生態(tài)阻力面構(gòu)建步驟為選取阻力因子、確定阻力值，對阻力值進(jìn)行加權(quán)疊加后得到綜合生態(tài)阻力面。敏感性與阻力之間存在著密切的關(guān)系，生態(tài)敏感性越小，該地區(qū)的生態(tài)價值越低，生態(tài)擴(kuò)張難度越高，生態(tài)阻力值也越大。基于此，以生態(tài)敏感性綜合評價結(jié)果為基礎(chǔ)得到生態(tài)阻力面。

1.3.4 生態(tài)廊道提取。生態(tài)廊道是生態(tài)源地之間阻力最小的路徑，是生物最容易穿過的通道，用于能量與物種之間的溝通交流。采用最小累積阻力模型提取出生態(tài)廊道。以生態(tài)源地中心點作為生態(tài)源點，以源點為起點，利用ArcGIS 中成本距離分析工具、成本路徑工具，提取生態(tài)廊道［14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)敏感性評價結(jié)果

志丹縣單因子和綜合生態(tài)敏感性分布如圖1 所示。由圖1 可知，志丹縣高程敏感性等級較高區(qū)域占全縣面積的15.83%，以極高敏感區(qū)域為中心，高度敏感、中度敏感和輕度敏感地區(qū)依次在其四周向外擴(kuò)散；坡度以中度敏感為主，占全縣總面積的64.67%，極高敏感和高度敏感區(qū)域集中分布在志丹縣三條河流附近區(qū)域；坡向敏感性呈現(xiàn)南坡分布少、其余坡向分布較為均勻的特征；用NDVI數(shù)值表示植被覆蓋度的敏感性，縣域南部植被覆蓋程度最高，中部區(qū)域覆蓋度程度較高，北部植被覆蓋程度最低；土地利用高敏感性區(qū)域主要集中在，縣域南部地區(qū)，該地區(qū)以林地為主，集中分布著極高敏感。高度敏感地區(qū)占比最大，說明草地是志丹縣域分布最多的土地利用類型。

圖1 志丹縣單因子和綜合生態(tài)敏感性分布

基于單因子的生態(tài)敏感評價，利用層次分析法確定高程、坡度、坡向、植被覆蓋度、土地利用類型的權(quán)重值分別為0.325 9、0.120 9、0.120 9、0.246 2、0.186 1，得到志丹縣綜合生態(tài)敏感性分級結(jié)果，如圖1（f）所示。志丹縣生態(tài)極高敏感性區(qū)域集中分布在縣域南部及順寧鎮(zhèn)南部。主要受到高程和土地利用類型因子影響，這些區(qū)域海拔較高且林地分布廣泛，植被覆蓋程度相對較好，具有極高的生態(tài)保護(hù)價值。杏河鎮(zhèn)分布有較大面積極高敏感、高度敏感區(qū)域，除了高海拔等因素影響外，杏河鎮(zhèn)分布有水庫等水域用地，增加了生態(tài)保護(hù)價值。金丁鎮(zhèn)、雙河鎮(zhèn)和保安街道辦事處多以中度敏感和輕度敏感性為主。

2.2 生態(tài)安全格局構(gòu)建

2.2.1 生態(tài)源地。提取綜合生態(tài)敏感性評價中的極高敏感地區(qū)，將面積大于10 km2的圖斑確定為志丹縣生態(tài)源地，如圖2（a）所示。源地總面積為451.52 km2，占全縣總面積的11.91%。位于縣域南部的生態(tài)源地面積最大，達(dá)到252.71 km2，該地區(qū)分布著全縣最大的天然次生林。順寧鎮(zhèn)西部、雙河鎮(zhèn)東部、永寧鎮(zhèn)北部和杏河鎮(zhèn)北部也是分布面積較為集中的源地。

2.2.2 生態(tài)阻力面?；谏鷳B(tài)敏感性得到綜合生態(tài)阻力面，如圖2（b）所示。高阻力分布與志丹縣三條河流的分布高度吻合，河流經(jīng)過的區(qū)域生態(tài)阻力值較高，河流的存在阻隔了生態(tài)源地之間的交流溝通。高阻力主要分布在縣域的東部和中部地區(qū)，低阻力在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有不同程度的分布，表現(xiàn)出連片性與碎片化并存的特點。

2.2.3 生態(tài)廊道?；谏鷳B(tài)源地提取的生態(tài)源點計算生態(tài)廊道。研究區(qū)內(nèi)共有18 條生態(tài)廊道，如圖2（c）所示?？h域東南部的生態(tài)源地與其他源地僅有兩條廊道連接。中部生態(tài)源地之間的廊道數(shù)量較多，有利于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和生態(tài)安全的發(fā)展。西部生態(tài)阻力高，不僅沒有生態(tài)源地的集中分布，也沒有生態(tài)廊道穿過區(qū)域內(nèi)，未能實現(xiàn)志丹縣域內(nèi)生態(tài)廊道完全覆蓋。

2.2.4 生態(tài)節(jié)點。生態(tài)節(jié)點是生態(tài)廊道中的敏感區(qū)域，對生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)有重要意義。以生態(tài)廊道的交點作為生態(tài)節(jié)點，共選取13個，如圖2（d）所示。其中，順寧鎮(zhèn)、雙河鎮(zhèn)分布著8 個節(jié)點，占全縣生態(tài)節(jié)點的61.5%，其余節(jié)點在縣域內(nèi)分散分布。生態(tài)節(jié)點對于維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整性具有重要作用，應(yīng)給予重點保護(hù)和建設(shè)。

2.2.5 生態(tài)安全格局。基于生態(tài)敏感性綜合評價結(jié)果和最小累積阻力模型，將志丹縣生態(tài)安全格局劃分為3 級分區(qū)，以生態(tài)源地為生態(tài)保護(hù)區(qū)，高度敏感和中度敏感區(qū)域為生態(tài)過渡區(qū)，輕度敏感和不敏感區(qū)域為生態(tài)可塑區(qū)，如圖2（e）所示。生態(tài)保護(hù)區(qū)、過渡區(qū)、可塑區(qū)面積分別為664.28 km2、1 445.13 km2、1 681.21 km2，占全縣總面積的17.5%、38.2%和44.3%。從數(shù)量上看，生態(tài)條件較好的地區(qū)面積占比相對較少，分布不均，破碎化程度較高。從分布來看，保護(hù)區(qū)大面積分布在南部，東部和中部有少量分布，過渡區(qū)和可塑區(qū)在全縣交叉分布。

2.3 生態(tài)安全保護(hù)建議

2.3.1 嚴(yán)禁建設(shè)占用生態(tài)節(jié)點，加強(qiáng)生態(tài)廊道建設(shè)，確保生態(tài)系統(tǒng)的連通性。生態(tài)節(jié)點是確保廊道溝通的關(guān)鍵點，不可隨意建設(shè)占用。距離越長，廊道保護(hù)的難度越大。對于距離較長的廊道，除了自身的建設(shè)之外，應(yīng)以廊道為中心向四周擴(kuò)大生態(tài)建設(shè)，確保生態(tài)廊道不受破壞。距離較短的廊道，多分布于生態(tài)源地附近，在建設(shè)廊道的同時，可最大程度降低四周的生態(tài)阻力值，將其發(fā)展成為生態(tài)源地的一部分，提高志丹縣生態(tài)源地面積，強(qiáng)化生態(tài)建設(shè)。

2.3.2 實施分區(qū)保護(hù)，維持生態(tài)安全格局的健康穩(wěn)定。生態(tài)保護(hù)區(qū)是生態(tài)建設(shè)的核心，禁止任何破壞生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的行為，確保生態(tài)保護(hù)區(qū)面積不減少。林地是志丹縣生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)最主要的土地利用類型，應(yīng)加強(qiáng)對林地的保護(hù)，提高森林的覆蓋率，維持生態(tài)保護(hù)區(qū)的穩(wěn)定。由于大面積的生態(tài)過渡區(qū)與生態(tài)保護(hù)區(qū)相鄰，因此該區(qū)域也應(yīng)采取措施大力保護(hù)，加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測防治，因地制宜進(jìn)行生態(tài)管理。生態(tài)過渡區(qū)的環(huán)境狀況直接影響到生態(tài)保護(hù)區(qū)，在進(jìn)行管理時要著重關(guān)注環(huán)境狀況，可采取調(diào)整地類等活動逐漸促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展。生態(tài)可塑區(qū)是最適宜開發(fā)建設(shè)的地區(qū)，可在生態(tài)保護(hù)的前提下開展城市建設(shè)等生產(chǎn)活動，及時處理生活垃圾和廢棄物，走可持續(xù)發(fā)展之路。

3 結(jié)論

本研究以生態(tài)敏感性為基礎(chǔ)，選用最小累積阻力模型等方法，構(gòu)建志丹縣生態(tài)安全格局。志丹縣生態(tài)安全格局由點、線、面三要素組成。13 個生態(tài)節(jié)點對維系生態(tài)廊道的貫通、保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整發(fā)揮重要作用。18 條生態(tài)廊道交錯分布，連接著分散的7 塊生態(tài)源地，共同維護(hù)縣域的生態(tài)安全。將志丹縣生態(tài)安全格局劃分為3 級分區(qū)，其中生態(tài)保護(hù)區(qū)面積相對較少，僅占全縣面積的17.5%。

志丹縣生態(tài)安全格局的總體特征是生態(tài)源地分布不均，集中分布在縣域南部，其余源地面積較小，分布零散，破碎化程度高；生態(tài)廊道分布不均，縣域南部的源地與其余源地之間的生態(tài)廊道距離較長、數(shù)量少，增加了保護(hù)建設(shè)的難度。分別從生態(tài)廊道、節(jié)點和分區(qū)的角度提出了生態(tài)保護(hù)建議。