肖華斌 張慧瑩 劉 瑩 況苑霖 XIAO Huabin, ZHANG Huiying, LIU Ying, KUANG Yuanlin

2015年9月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《生態(tài)文明體制改革總體方案》，要求樹(shù)立山水林田湖是一個(gè)生命共同體的理念，按照生態(tài)系統(tǒng)的整體性、系統(tǒng)性及其內(nèi)在規(guī)律，統(tǒng)籌考慮自然生態(tài)各要素、山上山下、地上地下、陸地海洋以及流域上下游，進(jìn)行整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)能力，維護(hù)生態(tài)平衡。為貫徹落實(shí)開(kāi)展山水林田湖草生態(tài)保護(hù)的部署要求，財(cái)政部、原國(guó)土資源部、原環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)山水林田湖生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的通知》，分三批次開(kāi)展山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程試點(diǎn)。通過(guò)對(duì)山水林田湖草生命共同體實(shí)施生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程，提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和整體環(huán)境質(zhì)量。中共中央、國(guó)務(wù)院《關(guān)于建立國(guó)土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見(jiàn)》和《關(guān)于在國(guó)土空間規(guī)劃中統(tǒng)籌劃定落實(shí)三條控制線的指導(dǎo)意見(jiàn)》等相關(guān)文件的出臺(tái)，標(biāo)志著國(guó)土空間規(guī)劃中以“雙評(píng)價(jià)”為基礎(chǔ)的底線管控和全域自然要素的統(tǒng)籌管理制度已經(jīng)建立[1-2]。山水林田湖草生命共同體理念的提出，將空間規(guī)劃中的自然資源內(nèi)涵從傳統(tǒng)的空間系統(tǒng)擴(kuò)展到生態(tài)系統(tǒng)，并強(qiáng)調(diào)其內(nèi)在的有機(jī)聯(lián)系和相互作用。厘清自然資源內(nèi)在聯(lián)系和作用，就需要理解自然要素間物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞的生態(tài)過(guò)程，才能確保山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的順利開(kāi)展。如何在國(guó)土空間規(guī)劃中，將山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)目標(biāo)與全域全類型自然資源要素統(tǒng)籌管理相結(jié)合，推進(jìn)落實(shí)生命共同體理念中的整體性、系統(tǒng)性、協(xié)同性和關(guān)聯(lián)性的要求，是國(guó)土空間規(guī)劃中面臨的重要問(wèn)題。

1 自然資源整合視角下區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建途徑

景觀生態(tài)安全格局（Security pattern，SP）是20世紀(jì)90年代后期以景觀生態(tài)學(xué)理論和方法為基礎(chǔ)，基于景觀過(guò)程和格局的關(guān)系，通過(guò)景觀過(guò)程的分析和模擬，來(lái)判別對(duì)這些過(guò)程的健康與安全具有關(guān)鍵意義的景觀格局。景觀生態(tài)安全格局把景觀過(guò)程（包括區(qū)域水文循環(huán)、災(zāi)害過(guò)程擴(kuò)散、物種空間運(yùn)動(dòng)以及城市蔓延擴(kuò)張等）作為通過(guò)克服空間阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)景觀控制和覆蓋的過(guò)程。要有效地實(shí)現(xiàn)控制和覆蓋，必須具備有戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵性的景觀元素、空間位置和聯(lián)系。這種由關(guān)鍵性元素、戰(zhàn)略位置和聯(lián)系所形成的格局就是景觀生態(tài)安全格局，對(duì)維護(hù)和控制生態(tài)過(guò)程或其他水平過(guò)程具有重要的意義[3-4]。同時(shí)，某些生態(tài)過(guò)程的景觀安全格局也可有效控制突發(fā)性災(zāi)害，如洪水安全格局、地質(zhì)災(zāi)害安全格局等。通過(guò)確定自然生態(tài)過(guò)程的一系列閾限和安全層次，提出維護(hù)與控制生態(tài)過(guò)程的關(guān)鍵性的時(shí)空量序格局。生態(tài)安全格局理論由于其具有主動(dòng)、空間聯(lián)系和高效的生態(tài)戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用于國(guó)土空間規(guī)劃、綠色基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建以及生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程中[5-8]。目前識(shí)別景觀生態(tài)安全格局比較成熟的方法是通過(guò)構(gòu)建生態(tài)過(guò)程的最小阻力面（Minimum cumulative resistance，MCR） 實(shí) 現(xiàn) 景 觀控制，分析景觀斑塊的分離程度并作為景觀格局優(yōu)化的依據(jù)。基于垂直過(guò)程的疊加分析方法和基于水平過(guò)程的空間分析方法構(gòu)建生態(tài)安全格局，并采用形態(tài)學(xué)空間格局分析法（Morphological spatial pattern analysis，MSPA）識(shí)別潛在的生態(tài)廊道。MSPA是基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理對(duì)柵格圖像進(jìn)行度量、識(shí)別和分割的一種圖像處理方法[9-10]。該方法強(qiáng)調(diào)研究?jī)?nèi)容的結(jié)構(gòu)性連接，在進(jìn)行生態(tài)源地與生態(tài)廊道的選取時(shí)，能夠減少傳統(tǒng)方法中依據(jù)面積較大、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高選取核心斑塊的主觀性判斷，增加源地和生態(tài)廊道選取的科學(xué)性[11-13]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是保障生態(tài)過(guò)程、維護(hù)生態(tài)安全、提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效途徑，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)為自然要素及生境斑塊間生態(tài)過(guò)程的有效調(diào)控提供了重要的空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)成系統(tǒng)、完整的生態(tài)空間格局，實(shí)現(xiàn)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的提高和生物多樣性的保護(hù)[14-15]。

在厘清山水林田湖草自然要素內(nèi)在關(guān)系和生態(tài)過(guò)程的基礎(chǔ)上，整合生態(tài)保護(hù)修復(fù)目標(biāo)與生態(tài)保護(hù)紅線劃定途徑，選取適宜的單因子/要素進(jìn)行水平過(guò)程空間分析，得到單因子/要素生態(tài)安全格局，然后進(jìn)行垂直疊加，獲取綜合生態(tài)安全格局。在此基礎(chǔ)上，基于MSPAS識(shí)別潛在的重要生態(tài)廊道，構(gòu)建山水林田湖草區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖1）。

2 泰山區(qū)域山水林田湖草自然要素識(shí)別

泰山區(qū)域作為我國(guó)第二批山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程試點(diǎn)，其范圍包括泰安市全域與濟(jì)南市大部分區(qū)域，總面積約為13 500 km2，占山東省陸地面積約8.6%。地勢(shì)中部高，南北低，中部為山區(qū)，南部和北部為丘陵、平原（見(jiàn)圖2）。泰山區(qū)域山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程根據(jù)修復(fù)任務(wù)不同分成了泰山生態(tài)區(qū)、大汶河—東平湖生態(tài)區(qū)、小清河生態(tài)區(qū)3個(gè)生態(tài)修復(fù)區(qū)域。通過(guò)遙感影像解譯并結(jié)合土地利用現(xiàn)狀（數(shù)據(jù)主要來(lái)源于30 m×30 m的LANDSAT8遙感影像、30 m×30 m的DEM高程數(shù)據(jù)），可以得到泰山區(qū)域的山水林田湖草自然要素面積數(shù)量和空間分布（見(jiàn)圖3，表1）。

圖1 自然資源整合視角下山水林田湖草區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建途徑

圖2 泰山區(qū)域山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程區(qū)位圖

3 泰山區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建

根據(jù)泰山區(qū)域生態(tài)保護(hù)修復(fù)目標(biāo)和國(guó)土空間規(guī)劃中生態(tài)保護(hù)紅線劃定要求，以景觀生態(tài)安全格局理論為指導(dǎo)，構(gòu)建泰山區(qū)域水源涵養(yǎng)、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)和生物多樣性保護(hù)生態(tài)安全格局，通過(guò)空間疊加和運(yùn)算構(gòu)成泰山區(qū)域綜合生態(tài)安全格局。

表1 泰山區(qū)域山水林田湖草要素面積及分布情況表

圖3 泰山區(qū)域山水林田湖草自然要素分布圖

圖4 泰山區(qū)域水源涵養(yǎng)安全格局

3.1 水源涵養(yǎng)安全格局

泰山區(qū)域中大汶河—東平湖生態(tài)區(qū)和小清河生態(tài)區(qū)的生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)涉及水生態(tài)環(huán)境和泉域滲透帶保護(hù)，水源涵養(yǎng)是提升水生態(tài)環(huán)境和保護(hù)泉域滲漏帶的關(guān)鍵因子。水源涵養(yǎng)安全格局是保障區(qū)域正常的生產(chǎn)、生活用水，并能維持區(qū)域水源涵養(yǎng)不被破壞、污染的關(guān)鍵格局。本文識(shí)別了泰山區(qū)域重要區(qū)域河湖水系、濕地分布、飲用水源區(qū)等的水資源要素以及洪泛平原、自然河流、湖泊及其沿岸濕地、灘涂等用地類型?；贏rcGIS對(duì)不同等級(jí)的水資源和濕地進(jìn)行緩沖分析，構(gòu)建不同安全水平的水源涵養(yǎng)安全格局（見(jiàn)圖4，表2）。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)安全格局

對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)安全格局的分析，應(yīng)首先建立在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析基礎(chǔ)上，疊加地震帶、滑坡、滑塌、崩塌、地面沉降和地裂縫等多種地質(zhì)災(zāi)害要素的空間分布，確定地質(zhì)災(zāi)害源；然后通過(guò)對(duì)各地質(zhì)災(zāi)害類型的誘因和災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)土地利用格局的分析，確定對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)起關(guān)鍵作用的區(qū)域和空間聯(lián)系[16]。地質(zhì)災(zāi)害源的識(shí)別分析方法，就是通過(guò)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征及地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制的研究，確定影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因子的評(píng)價(jià)指標(biāo)。泰山區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害因子主要包括地震帶、滑坡、滑塌、崩塌、地面沉降和地裂縫等多種地質(zhì)災(zāi)害要素。基于ArcGIS對(duì)高程和坡度的分級(jí)運(yùn)算，得到地質(zhì)災(zāi)害的敏感性分布，通過(guò)疊加各類地質(zhì)災(zāi)害因子，識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害源的空間分布（見(jiàn)圖5，表3）。

3.3 生物多樣性保護(hù)安全格局

生物多樣性保護(hù)安全格局構(gòu)建通常通過(guò)最小阻力模型為代表的水平生態(tài)過(guò)程分析模擬指示物種在空間運(yùn)動(dòng)中所需要克服的最小阻力，生物過(guò)程的安全格局一般由源（核心棲息地）、緩沖區(qū)（源周圍的低阻力區(qū)域）、廊道和輻射道（連接多個(gè)源的低阻力通道）和戰(zhàn)略點(diǎn)（對(duì)生物過(guò)程具有關(guān)鍵意義的節(jié)點(diǎn)）等景觀元素構(gòu)成。本文選取白鸛（Ciconia）和雕鸮（Bubo）作為指示物種，并依據(jù)指示物種的生境需求，確定源（見(jiàn)表4）。研究選取適宜白鸛棲息、繁殖的生境類型為源地（面積較大的水體及其200 m內(nèi)的林地和草地），選擇影響白鸛生存條件的土地利用類型為阻力因子，依據(jù)各類用地對(duì)白鸛運(yùn)動(dòng)的相對(duì)阻力大小，賦予相應(yīng)的阻力值來(lái)構(gòu)建阻力面?；贛CR模型，運(yùn)用ArcGIS計(jì)算成本距離，模擬不同土地利用類型對(duì)白鸛從源地向外擴(kuò)散過(guò)程中的阻力大小，構(gòu)建白鸛保護(hù)安全格局。雕鸮在泰山區(qū)域?yàn)榱豇B(niǎo)，宜采用適宜性分析法構(gòu)建雕鸮保護(hù)安全格局。林地是鸮類主要的棲息地類型，根據(jù)其生活習(xí)性，選擇海拔高于500 m的林地為物種保護(hù)的核心斑塊。雕鸮活動(dòng)范圍較廣，土地利用類型對(duì)其影響較小，在源地周圍劃定適宜的緩沖區(qū)，構(gòu)建雕鸮保護(hù)安全格局。對(duì)白鸛保護(hù)安全格局和雕鸮保護(hù)安全格局進(jìn)行空間疊加，得到不同安全水平的泰山區(qū)域生物多樣性保護(hù)安全格局（見(jiàn)圖6）。

圖5 泰山區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)安全格局

圖6 泰山區(qū)域生物多樣性保護(hù)安全格局

圖7 泰山區(qū)域綜合生態(tài)安全格局

3.4 泰山區(qū)域綜合生態(tài)安全格局

綜合以上水源涵養(yǎng)安全格局、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)安全格局和生物多樣性保護(hù)安全格局，進(jìn)行等權(quán)重空間疊加，得到不同安全水平的泰山區(qū)域綜合生態(tài)安全格局。低安全格局是保障生態(tài)功能的最低要求，是建設(shè)用地不可突破的生態(tài)底線，是生態(tài)保護(hù)修復(fù)任務(wù)的重點(diǎn)區(qū)域；中安全格局是保障生態(tài)過(guò)程不受干擾的緩沖區(qū)域，是生態(tài)保護(hù)修復(fù)任務(wù)與生態(tài)工程建設(shè)相互協(xié)調(diào)的區(qū)域；高安全格局是各生態(tài)要素實(shí)現(xiàn)生態(tài)功能充分發(fā)揮的理想狀態(tài)，是生態(tài)保護(hù)修復(fù)任務(wù)與人類活動(dòng)緊密聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)的重要區(qū)域（見(jiàn)圖7，表5）。

表2 水源涵養(yǎng)安全格局建構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

表3 地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)安全格局建構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

表4 指示物種特征及生境條件

表5 不同安全水平的泰山區(qū)域生態(tài)安全格局面積及占比

4 泰山區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

4.1 潛在重要生態(tài)廊道識(shí)別

4.1.1 生態(tài)源地選取

形態(tài)學(xué)空間格局分析法應(yīng)用的關(guān)鍵在于對(duì)生態(tài)要素與非生態(tài)要素的劃分。本文將林地、草地、水體作為MSPA分析的前景要素（值為2），建設(shè)用地、耕地作為背景要素（值為1），利用GuidosToolbox 2.8分析軟件將生態(tài)要素劃分成7種景觀類型：核心區(qū)（Core）、孤 島（Islet）、邊 緣（Edge）、穿 孔（Perforation）、連接橋（Bridge）、環(huán)（Loop）、分支（Branch）（見(jiàn)圖8）。根據(jù)島嶼生物地理學(xué)原理，在MSPA分析結(jié)果中，面積較大且景觀連接度較高的核心區(qū)可作為物種棲息地，對(duì)生物多樣性的保護(hù)具有重要意義。本文首先選取面積（S）≥3 km2的核心區(qū)為重要核心區(qū)[17]，共計(jì)80個(gè)；其次運(yùn)用景觀連通性分析軟件Conefor Sensinode2.2計(jì)算80個(gè)重要核心區(qū)的景觀連接度指數(shù)（PC），利用自然段點(diǎn)法將景觀連接度指數(shù)分為8個(gè)重要程度等級(jí)；最后，按連接度重要程度由高到低排序，將前6個(gè)等級(jí)（PC≥0.2）的重要核心區(qū)確定為最終的生態(tài)源地，共計(jì)34個(gè)。

4.1.2 生態(tài)廊道提取與重要性分析

生態(tài)廊道的提取常用最小累積阻力模型計(jì)算源地與目標(biāo)源地間的最小耗費(fèi)距離來(lái)決定。生物在不同源地斑塊間運(yùn)動(dòng)需要克服景觀阻力，阻力面設(shè)置能夠確定最小阻力路徑。選取土地利用類型、高程、坡度3種阻力因子，對(duì)阻力因子進(jìn)行權(quán)重賦值來(lái)構(gòu)建阻力面（見(jiàn)表6）。采用ArcGIS的成本距離與成本路徑來(lái)計(jì)算基于生態(tài)阻力面的源地與目標(biāo)源地間的潛在生態(tài)廊道。重要生態(tài)廊道選取依據(jù)多個(gè)源地與目標(biāo)源地重合的潛在生態(tài)廊道與MSPA分析的具有廊道功能的橋接區(qū)、環(huán)、分支進(jìn)行確定（見(jiàn)圖8）。由于泰山斑塊面積與生境質(zhì)量較高，重要生態(tài)廊道在研究區(qū)域主要沿南北向分布于源地間的山林地、草地和耕地（見(jiàn)圖9）。

4.2 泰山區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

基于泰山區(qū)域的綜合生態(tài)安全格局和MSPA識(shí)別的潛在生態(tài)廊道，規(guī)劃泰山區(qū)域“一核三心，一軸一帶多節(jié)點(diǎn)”的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖10）。“一核”為以山、林為主的泰山生態(tài)核心區(qū)，是泰山區(qū)域規(guī)模最大、生態(tài)價(jià)值最高的生態(tài)空間，用以涵養(yǎng)水源、維持關(guān)鍵物種的生存等生態(tài)功能；“三心”分別為東平湖濕地生態(tài)綠心、徂徠山生態(tài)綠心和蓮花山生態(tài)綠心，東平湖是研究區(qū)域最大的湖泊，也是山東省第二大淡水湖，提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型，徂徠山和蓮花山是研究區(qū)域面積較大、斑塊較為完整的獨(dú)立山體，生態(tài)要素類型多樣，在區(qū)域中發(fā)揮著重要的生態(tài)功能；“一軸”是大汶河生態(tài)軸，東西向貫穿泰山區(qū)域南部，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)斑塊間信息流、能量流、物質(zhì)流的東西向傳遞；“一帶”是連接核心區(qū)間生態(tài)過(guò)程的潛在生態(tài)廊道，基于核心區(qū)之間的山林地、河流、農(nóng)田構(gòu)建起生態(tài)聯(lián)系；“多節(jié)點(diǎn)”是生態(tài)價(jià)值較核心區(qū)低、可作為生態(tài)過(guò)程踏腳石的一般核心區(qū)，能夠加強(qiáng)研究區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系。

圖8 泰山區(qū)域MSPA要素分析

圖9 泰山區(qū)域重要生態(tài)廊道識(shí)別

圖10 泰山區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

表6 生態(tài)阻力值及權(quán)重

5 結(jié)語(yǔ)

山水林田湖草生命共同體的核心就是從過(guò)去的單一要素保護(hù)修復(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐远嘁貥?gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升為導(dǎo)向的保護(hù)修復(fù)。泰山區(qū)域是華北平原重要的生態(tài)屏障，本文從自然資源整合和自然演進(jìn)的視角，探討山水林田湖草生命共同體內(nèi)在關(guān)系和生態(tài)過(guò)程，通過(guò)結(jié)合生態(tài)修復(fù)目標(biāo)與生態(tài)保護(hù)紅線劃定需求，構(gòu)建了不同安全水平的水源涵養(yǎng)、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)、生物多樣性保護(hù)以及綜合生態(tài)安全格局。基于形態(tài)學(xué)空間格局分析法識(shí)別重要潛在生態(tài)廊道，構(gòu)建泰山區(qū)域的“一核三心，一軸一帶多節(jié)點(diǎn)”的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。泰山區(qū)域的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是國(guó)土空間中的重要結(jié)構(gòu)性要素，不僅為生態(tài)過(guò)程提供空間支持和生態(tài)服務(wù)功能，還是維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和提升環(huán)泰山城市群人居環(huán)境質(zhì)量的前提和保障。在構(gòu)建完善的泰山區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，針對(duì)性地識(shí)別生態(tài)敏感性高的生態(tài)受損空間，重點(diǎn)考慮山上山下、地上地下等不同生態(tài)單元的相互影響，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)修復(fù)和協(xié)同修復(fù)的目標(biāo)。在生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)上，通過(guò)復(fù)合營(yíng)建的方式探索供給高質(zhì)量的生態(tài)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)從自然資源向自然資產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，打造泰山區(qū)域“山青、水綠、林郁、田沃、湖美”的山水林田湖草生命共同體。