師鵬飛, 李爽, 姜虎生, 馬會強(qiáng)

沈撫新城生態(tài)安全格局的構(gòu)建

師鵬飛, 李爽, 姜虎生, 馬會強(qiáng)*

遼寧石油化工大學(xué), 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部, 遼寧 撫順 113001

以沈撫新城為研究對象, 利用GIS空間分析功能, 分析得到基于水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、土壤侵蝕敏感性、地質(zhì)災(zāi)害敏感性四種單一生態(tài)過程評價(jià)的生態(tài)用地, 將評價(jià)結(jié)果疊加重分類為一般重要生態(tài)用地、重要生態(tài)用地、極重要生態(tài)用地, 并以面積＞1 km2的極重要生態(tài)用地為生態(tài)源, 現(xiàn)狀土地類型為阻力因子, 基于MCR模型構(gòu)建了沈撫新城綜合安全格局體系。結(jié)果表明: 研究區(qū)內(nèi)高水平安全格局緩沖區(qū)面積112.96 km2, 占研究區(qū)土地總面積的18.66%; 中水平安全格局緩沖區(qū)面積94.43 km2, 占研究區(qū)土地面積的15.60%; 低水平安全格局緩沖區(qū)面積176.23 km2, 占研究區(qū)土地面積的29.11%; 生態(tài)廊道60條, 總長275.77 km; 生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)49個(gè)。本研究可以摸清研究區(qū)的生態(tài)安全狀況, 同時(shí)可以為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴(kuò)張以及生態(tài)用地空間的保護(hù)提供定量指引。

生態(tài)用地; 生態(tài)安全格局; MCR模型; 沈撫新城

0 前言

隨著我國城鎮(zhèn)化速度的不斷加快, 城市的發(fā)展與有限的資源承載力、脆弱的生態(tài)環(huán)境之間的矛盾越來越明顯, 保障城市發(fā)展與區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全之間的平衡已經(jīng)成為當(dāng)下城市健康發(fā)展需要解決的首要問題[1–3]。生態(tài)安全格局(ecological security pattern, ESP)緣起于景觀生態(tài)規(guī)劃, 通過識別和提取對區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)展具有重要意義的點(diǎn)-線-面, 從而構(gòu)建多層次的區(qū)域空間優(yōu)化方案, 它能夠維護(hù)區(qū)域生態(tài)結(jié)構(gòu)和過程的完整, 保障區(qū)域資源和基礎(chǔ)設(shè)施的合理配置, 實(shí)現(xiàn)城市精明保護(hù)與精明增長[4–6]。最初的研究對象主要為風(fēng)景名勝區(qū)和重大工程建設(shè)等領(lǐng)域, 近幾年國內(nèi)學(xué)者針對江蘇、深圳、廈門等經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的地區(qū)進(jìn)行了大量的探索與實(shí)踐[7–9]。區(qū)域生態(tài)安全格局對于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的維護(hù)和人類社會可持續(xù)發(fā)展的保障具有重要意義, 因此早已成為多學(xué)科學(xué)者共同關(guān)注的熱點(diǎn)[10–12]。

隨著近10年來國內(nèi)學(xué)者的不斷探索, 生態(tài)安全格局的概念及理論基礎(chǔ)基本清晰, 構(gòu)建模式逐漸成熟。目前, 形成了源地識別-阻力面構(gòu)建-廊道提取的基本范式[13–14]。源地的確定, 需要滿足三個(gè)層次的目標(biāo): 保障現(xiàn)存生態(tài)過程的完整、維護(hù)重要生態(tài)功能的可持續(xù)、預(yù)防生態(tài)系統(tǒng)退化[15]。它是生態(tài)安全格局構(gòu)建的關(guān)鍵, 目前其識別方式主要有兩種, 分別為單一要素生態(tài)源地疊加、生態(tài)重要性評價(jià)[16–17]。前者忽略了區(qū)域綜合環(huán)境體系的影響, 后者評價(jià)因子的選擇仍需進(jìn)一步探索。構(gòu)建阻力面是確定區(qū)域生態(tài)安全格局的核心環(huán)節(jié)[18–19], 設(shè)置方法多采用基于地物類型以及對各類生態(tài)功能重要性評價(jià)因子進(jìn)行賦值的方式, 該方法主觀性較強(qiáng), 模糊了局地之間的空間差異, 無法詳細(xì)的表征生態(tài)流流動的過程中可能遇到的真正的阻力。

通過在知網(wǎng)中檢索區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建方面的文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn): 對于省市尺度生態(tài)安全格局的構(gòu)建, 國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量實(shí)踐, 對于小尺度區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)卻建鮮有提及。本文以位于沈陽市東部、撫順市西部的沈撫新城為研究區(qū), 探討了該尺度區(qū)域生態(tài)源地的篩選以及生態(tài)安全格局構(gòu)建的方法, 以期為區(qū)域生態(tài)安全格局的合理構(gòu)建提供科學(xué)參考和依據(jù), 為沈撫新城城鎮(zhèn)用地的選擇和空間優(yōu)化提供定量指引。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

沈撫新城位于沈陽市東部、撫順市西部(41.52N,123.55E), 地處沈陽經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心位置, 研究區(qū)土地總面積605.34 km2, 屬于沈陽、撫順共管區(qū)域(圖1), 其中沈陽管轄區(qū)域?yàn)闁|陵區(qū)部分區(qū)域、棋盤山風(fēng)景區(qū), 面積分別為132.54 km2和203 km2, 撫順市管轄區(qū)域包括高灣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)50 km2, 撫順市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)68 km2, 方曉、撫順縣、塔峪地區(qū)、望花區(qū)部分區(qū)域共140.8 km2(圖1)。研究區(qū)整體地勢北側(cè)低南側(cè)高, 整體海拔在60到70米之間。主導(dǎo)風(fēng)向冬季為東北風(fēng), 其他季節(jié)以西南風(fēng)為主, 年均氣溫為7攝氏度, 渾河、拉古河、小沙河、沈撫灌渠流經(jīng)其中。研究區(qū)地貌類型豐富, 奇山、險(xiǎn)谷、森林、草地、河流交錯(cuò)分布, 生態(tài)環(huán)境良好, 林地和水域面積分別為100 km2和15 km2。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1.2.1 遙感數(shù)據(jù)

本研究中遙感影像數(shù)據(jù)主要為2017 年的OLI影像, 數(shù)據(jù)選擇的時(shí)間范圍為9到10月份。利用遙感圖像處理軟件ENVI5.0對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了校正、裁剪、投影轉(zhuǎn)換等。

1.2.2 SRTMDEM數(shù)據(jù)

本研究中的高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn/)上發(fā)布的GDEM數(shù)字高程數(shù)據(jù), 空間分辨率為30米。利用遙感圖像處理軟件ENVI5.0對以上高程數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了投影轉(zhuǎn)換、裁剪等處理。

1.2.3 其他輔助數(shù)據(jù)

其他輔助數(shù)據(jù)具體包括土地利用類型數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)。其中土地利用數(shù)據(jù)課題組采用監(jiān)督分類的方法解譯自30米分辨率的Landsat8-OLI遙感數(shù)據(jù), 對OLI遙感影像以7/5/4波段進(jìn)行彩色合成, 土地類型具體劃分為6類, 分別為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、裸地, 主要用于阻力面的建立; NDVI數(shù)據(jù)通過遙感影像波段運(yùn)算獲得。

2 研究方法

本文首先對研究區(qū)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價(jià)以及生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價(jià), 識別生態(tài)用地, 然后以極重要生態(tài)用地為生態(tài)源, 構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)安全格局。通過在知網(wǎng)中查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn): 國內(nèi)學(xué)者在進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價(jià)時(shí)用到較多的因子為水源涵養(yǎng)功能、生物多樣性保護(hù)功能、水土保持功能、防風(fēng)固沙等因子, 結(jié)合沈撫新城生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn), 水土保持、防風(fēng)固沙對于該尺度區(qū)域意義不大, 研究區(qū)的主要生態(tài)問題是水資源保護(hù)以及城鎮(zhèn)化引起的生物多樣性減少等問題, 因此本文選取水源涵養(yǎng)功能、生物多樣性保護(hù)功能對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行綜合評估。在進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價(jià)中主要考慮因子為土壤侵蝕、土地沙化、地質(zhì)災(zāi)害、鹽漬化、酸雨危害、石漠化等因子, 由于酸雨危害、鹽漬化評價(jià)的數(shù)據(jù)無法獲取, 在生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價(jià)中舍棄這2個(gè)因子, 土地沙化和石漠化對研究區(qū)的危害程度有限, 不予考慮, 由上, 本文生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價(jià)主要考慮土壤侵蝕、地質(zhì)災(zāi)害2個(gè)因子。

圖1 區(qū)位及行政區(qū)劃圖

Figure 1 Location and administrative divisions

綜上, 本文首先基于水源涵養(yǎng)功能重要性評價(jià)、生物多樣性保護(hù)重要性評價(jià)、土壤侵蝕敏感性評價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價(jià)的單一生態(tài)過程, 分別完成各因子一般重要、重要、極重要和一般敏感、敏感、極敏感三個(gè)等級生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和生態(tài)系統(tǒng)敏感性的評價(jià)。然后將以上四個(gè)單一過程的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行等權(quán)疊加得到一般重要、重要、極重要三個(gè)級別的生態(tài)用地。最后以極重要生態(tài)用地為生態(tài)源, 利用最小累積阻力模型完成研究區(qū)生態(tài)用地安全格局的構(gòu)建。

2.1 單一生態(tài)過程評價(jià)

2.1.1 水源涵養(yǎng)功能重要性評價(jià)

相關(guān)研究表明, 影響區(qū)域水源涵養(yǎng)功能因素主要包括地表覆蓋層植被類型和土壤, 本文以前人研究成果為基礎(chǔ)[20], 綜合考慮沈撫新城的地理位置、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀以及數(shù)據(jù)獲取的難易程度, 選擇地形和現(xiàn)狀土地類型兩個(gè)因子作為評價(jià)指標(biāo), 根據(jù)表1中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級賦值。利用ArcGIS10.1軟件空間分析模塊中的柵格計(jì)算器功能進(jìn)行計(jì)算, 方法如下:

式中ss為第個(gè)柵格像元的水源涵養(yǎng)功能重要性評價(jià)指數(shù),C表示第i個(gè)評價(jià)因子在第個(gè)像元的評價(jià)分值。利用ArcGIS10.1軟件空間分析模塊中的重分類功能以2和4為分割點(diǎn)將水源涵養(yǎng)功能重要性評價(jià)結(jié)果分為3級, 即一般重要、重要、極重要。

2.1.2 生物多樣性重要性評價(jià)

結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況, 選擇土地利用類型、坡度為指標(biāo), 對沈撫新城生物多樣性功能進(jìn)行評價(jià),分級標(biāo)準(zhǔn)詳見表2[21]。土地利用類型數(shù)據(jù)以及坡度數(shù)據(jù)按照表2進(jìn)行重新分類賦值后, 利用ArcGIS10.1軟件空間分析模塊中的疊加求和功能進(jìn)行計(jì)算, 具體方法如下:

表1 水源涵養(yǎng)功能評價(jià)指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)

式中ss為第個(gè)柵格像元的生物多樣性評價(jià)值,C表示第i個(gè)評價(jià)因子在第個(gè)像元的單元值,P表示第i個(gè)因子的權(quán)重值。利用ArcGIS的自然斷裂法將疊加求和結(jié)果劃分為一般重要、重要、極重要3級。

2.1.3 土壤侵蝕敏感性評價(jià)

本文采用水利部土壤侵蝕強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)(SL190- 2007)進(jìn)行土壤侵蝕敏感性評價(jià)[22], 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見表3。在將沈撫新城土地利用類型分為耕地和非耕地的基礎(chǔ)上, 利用ArcGIS中的坡度計(jì)算工具, 基于研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)計(jì)算研究區(qū)的坡度, 計(jì)算結(jié)果按照表3中坡度分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類。非耕地部分與植被覆蓋度進(jìn)行掩膜分析, 分析結(jié)果根據(jù)表3中的植被覆蓋度分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類。然后對重分類之后矢量的坡度和植被覆蓋度進(jìn)行鑲嵌至新柵格處理, 對新柵格中耕地、<30、30—45、45—60、60—75依次賦值1、2、3、4、5, 對坡度5°—8°、8°—15°、15°—25°、25°—35°、>35°依次賦值1、10、100、1000、10000, 利用柵格計(jì)算器對以上兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行乘計(jì)算, 計(jì)算結(jié)果根據(jù)表3中標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類, 最終得到研究區(qū)土壤侵蝕敏感性評價(jià)結(jié)果(輕度敏感、中度敏感、強(qiáng)烈敏感、極強(qiáng)烈敏感、劇烈敏感)。

2.1.4 地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價(jià)

本研究區(qū)主要受到地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的威脅, 通過總結(jié)相關(guān)研究成果可以發(fā)現(xiàn), 影響地面塌陷的因素主要包括植被覆蓋度、高程、坡度、地形起伏度以及人類活動強(qiáng)度等。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上[23], 對以上地質(zhì)災(zāi)害影響因子進(jìn)行分級賦值(表4), 利用ArcGIS空間分析模塊中的疊加求和功能對分級賦值結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算, 然后將計(jì)算結(jié)果以60和130為分割點(diǎn)進(jìn)行分級(一般敏感、敏感、極敏感), 最終得到地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價(jià)圖。

表2 生物多樣性保護(hù)功能評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)

表3 土壤侵蝕分級指標(biāo)

表4 地質(zhì)災(zāi)害影響因子及敏感性劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 綜合生態(tài)用地識別

本文基于單一生態(tài)過程評價(jià)結(jié)果識別綜合生態(tài)用地, 利用ArcGIS空間分析模塊中的疊加求和功能將以上評價(jià)結(jié)果進(jìn)行等權(quán)疊加, 采用自然間斷點(diǎn)分級法對疊加結(jié)果進(jìn)行重分類, 將生態(tài)用地分為一般重要生態(tài)用地、重要生態(tài)用地、極重要生態(tài)用地, 得到沈撫新城綜合生態(tài)用地空間分布圖。同時(shí)以單一生過程評價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ), 提取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)、生態(tài)系統(tǒng)極敏感區(qū)劃定生態(tài)紅線。

2.3 生態(tài)安全格局構(gòu)建

關(guān)于區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建方法國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量的探索和實(shí)踐, 本文在參考已有學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上[24], 采用了源地選取-阻力面建立-廊道提取的基本模式基于MCR模型構(gòu)建了沈撫新城綜合生態(tài)安全格局體系, 探究了此模式在該尺度區(qū)域構(gòu)建安全格局的可行性。

2.3.1 源的識別

生態(tài)源是鄉(xiāng)土物種的棲息地,具有內(nèi)部同質(zhì)性和向四周擴(kuò)散或吸引的能力, 它本身生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高[27–29]。極重要生態(tài)用地是保護(hù)區(qū)域生態(tài)安全的關(guān)鍵區(qū)域, 是保障生態(tài)空間正常為社會提供服務(wù)的基礎(chǔ), 因此本文選取面積大于1 km2的極重要生態(tài)用地作為生態(tài)源地, 該識別方法考慮了區(qū)域綜合環(huán)境體系的影響, 避免了單一要素疊加的方式確定生態(tài)源地的缺陷。

2.3.2 阻力面的建立

物種在水平空間的運(yùn)動以及生態(tài)功能的流動主要受到土地覆被類型的影響, 土地覆被類型與生態(tài)源中的景觀特征越相近, 對生態(tài)流的阻力越小; 而人類活動干擾強(qiáng)度較大的覆被類型對生態(tài)流的阻力越大。本文在參考已有學(xué)者研究成果[30–31]的基礎(chǔ)上, 以對生態(tài)源內(nèi)生物多樣性以及生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)為目標(biāo), 選擇土地覆被類型作為影響因子, 根據(jù)各類土地受人類活動的干擾強(qiáng)度, 采用專家打分法依據(jù)土地覆被類型進(jìn)行阻力賦值, 從而建立生態(tài)源地?cái)U(kuò)張的阻力面(表5)。

2.3.3 生態(tài)安全格局構(gòu)建

本文選取面積>1 km2的極重要生態(tài)用地作為沈撫新城生態(tài)安全格局的生態(tài)源地, 選擇土地覆蓋類型作為影響因子, 建立阻力面, 基于MCR模型最終確定了構(gòu)成研究區(qū)生態(tài)安全格局的各要素的空間分布情況。

本文以最小累積阻力差值與面積的關(guān)系曲線為依據(jù), 以阻力閾值作為劃分安全格局緩沖區(qū)的潛在邊界, 確定了研究區(qū)高、中、低三種水平的生態(tài)安全格局緩沖區(qū)的范圍[32]。

“源”間廊道是各生態(tài)源地之間的低累積阻力谷線區(qū)域, 是相互靠近的的生態(tài)源之間最容發(fā)生聯(lián)系的低阻力生態(tài)通道[33]。本文首先以阻力面為基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 通過水文分析的方法, 提取了研究區(qū)的生態(tài)廊道, 其次以中國地圖出版社的專題地圖和研究區(qū)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 對地物的幾何形狀, 顏色特征、紋理特征和空間分布情況進(jìn)行分析, 采用全數(shù)字化人機(jī)交互方法獲取了研究區(qū)的河流生態(tài)廊道。

生態(tài)張略點(diǎn)對于生態(tài)流的控制以及區(qū)域內(nèi)景觀連通度的提高具有關(guān)鍵作用, 在MCR阻力面上, 它是以相鄰“生態(tài)源地”為中心的等阻力谷線的切點(diǎn)。本文提取了各生態(tài)廊道之間以及各生態(tài)廊道與最大累積阻力谷線的交點(diǎn)作為生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)。

表5 生態(tài)源地?cái)U(kuò)張阻力因子與阻力賦值

3 結(jié)果與分析

3.1 單一生態(tài)過程評價(jià)結(jié)果分析

通過上述評價(jià)方法對研究區(qū)水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、土壤侵蝕敏感性、地質(zhì)災(zāi)害敏感性進(jìn)行評價(jià), 具體評價(jià)結(jié)果和空間分布情況見表6、圖2。

在水源涵養(yǎng)功能重要性評價(jià)結(jié)果中(圖2a): 一般重要區(qū)面積為420.07 km2, 占研究區(qū)土地面積的69.39%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)南部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)南部、沈陽市東陵區(qū)、撫順經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、塔峪等區(qū)域, 重要區(qū)面積184.80 km2, 占研究區(qū)土地面積的30.53%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)北部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)、方曉北部、撫順縣北部等區(qū)域,將此區(qū)域劃定為水源涵養(yǎng)紅線區(qū)(圖2b), 這些區(qū)域?qū)τ谛鲁撬Y源的安全具有重要意義, 應(yīng)該加大保護(hù)力度, 禁止開發(fā)建設(shè); 在生物多樣性保護(hù)評價(jià)結(jié)果中(圖2c): 一般重要區(qū)面積312.72 km2, 占研究區(qū)土地面積的51.66%, 主要分布在研究區(qū)中部棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)南部、沈陽市東陵區(qū)、撫順經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、塔峪等區(qū)域, 重要區(qū)面積125.83 km2, 占研究區(qū)土地面積20.79%, 主要分布在撫順經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、沈陽市東陵區(qū)以及渾河兩側(cè)等區(qū)域, 極重要區(qū)面積166.79 km2, 占研究區(qū)土地面積的27.55%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)北部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)北部、方曉等區(qū)域, 將此區(qū)域劃定為生物多樣性保護(hù)紅線區(qū)(圖2d), 這些區(qū)域植被茂密、動物種類繁多, 應(yīng)該嚴(yán)格保護(hù); 在土壤侵蝕敏感性評價(jià)結(jié)果中(圖2e): 一般敏感區(qū)面積512.89 km2, 占研究區(qū)土地面積的84.73%, 敏感區(qū)面積81.91km2, 占研究區(qū)土地面積的13.53%, 極敏感區(qū)面積9.60 km2, 占研究區(qū)土地面積的1.59%, 結(jié)果表明研究區(qū)大部分區(qū)域?yàn)橥寥狼治g一般敏感區(qū), 土壤侵蝕敏感區(qū)主要分布在研究區(qū)內(nèi)的主要水體區(qū)域, 應(yīng)該加強(qiáng)該區(qū)域的保護(hù)力度, 由于評價(jià)結(jié)果在研究區(qū)內(nèi)比較分散, 未劃定土壤侵蝕紅線區(qū); 在地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價(jià)結(jié)果中(圖2f): 一般敏感區(qū)面積221.23 km2, 占研究區(qū)土地面積的36.55%, 主要分布在高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)南部、方曉中部、棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)南部、撫順經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、沈陽東陵等區(qū)域, 敏感區(qū)面積323.31 km2, 占研究區(qū)土地面積的53.41%, 主要位于棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)南部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)南部、沈陽市東陵區(qū)、塔峪等區(qū)域, 極敏感區(qū)面積60.8 km2, 占研究區(qū)土地面積的10.04%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)北部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)北部、方曉、撫順縣北部等區(qū)域, 將此區(qū)域劃定為地質(zhì)災(zāi)害紅線區(qū)(圖2g), 這些區(qū)域地勢較高、坡度較大, 多易發(fā)生山體滑坡和坍塌等地質(zhì)災(zāi)害, 不適宜開發(fā)建設(shè), 應(yīng)該采取生態(tài)治理措施加以保護(hù)。

3.2 綜合生態(tài)用地識別結(jié)果分析

在綜合生態(tài)用地評價(jià)結(jié)果中(圖2h、表6): 一般重要生態(tài)用地面積321.38 km2, 占研究區(qū)土地面積的53.09%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)南部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)南部、撫順經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、沈陽東陵區(qū)等區(qū)域, 重要生態(tài)用地面積91.46 km2, 占研究區(qū)土地面積的15.11%, 在研究區(qū)內(nèi)比較分散,主要分布在研究區(qū)南部和北部, 極重要生態(tài)用地面積192.51 km2, 占研究區(qū)土地面積的31.80%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)北部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)北部、方曉、撫順縣北部等區(qū)域, 將此區(qū)域劃定為綜合紅線區(qū)(圖2i), 這些區(qū)域是保障為新城提供正常生態(tài)服務(wù)功能的最小生態(tài)空間, 應(yīng)該嚴(yán)格保護(hù), 禁止任何工程開發(fā)建設(shè)活動。

3.3 生態(tài)安全格局構(gòu)建結(jié)果分析

本文選擇＞1 km2的極重要生態(tài)用地作為生態(tài)源, 面積為136 km2, 占研究區(qū)土地面積的22.47%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)北部、方曉地區(qū)、渾河水域等區(qū)域, 利用MCR模型建立生態(tài)源地?cái)U(kuò)張(圖3)的阻力面。通過結(jié)果可以發(fā)現(xiàn), 在研究區(qū)的北部和南部形成了生態(tài)流擴(kuò)張的低阻力谷線區(qū)。

本文依據(jù)最小累積阻力差值與面積的關(guān)系曲線, 最終劃定沈撫新城高、中、低三種水平生態(tài)安全格局緩沖區(qū)(圖4)。其中高水平安全格局緩沖區(qū)面積112.96 km2, 占研究區(qū)土地總面積的18.66%, 主要分布在研究區(qū)西南部; 中水平安全格局緩沖區(qū)面積94.43 km2, 占研究區(qū)土地面積的15.60%, 主要分布在渾河南側(cè)以及東陵區(qū)東側(cè); 低水平安全格局緩沖區(qū)面積176.23 km2, 占研究區(qū)土地面積的29.11%, 主要分布在研究區(qū)的南部和北部生態(tài)源地周圍。

表6 單一生態(tài)過程評價(jià)及綜合生態(tài)用地識別結(jié)果(km2)

圖2 單一生態(tài)過程評價(jià)及綜合生態(tài)用地識別圖

Figure 2 Single ecological process assessment and compre-he-nsive ecological land recognition

本文共識別了研究區(qū)內(nèi)部的生態(tài)廊道60條(圖4), 總長275.77 km。其中通過水文分析方法提取生態(tài)廊道41條, 總長114.47 km, 河流生態(tài)廊道19條, 總長161.30 km。共識別生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)49個(gè)(圖4), 其中生態(tài)廊道之間的交叉點(diǎn)25個(gè), 生態(tài)廊道與最大的阻力路徑之間交叉點(diǎn)24個(gè)。生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)對于生態(tài)流的控制具有至關(guān)重要的意義, 應(yīng)該加強(qiáng)對于該區(qū)域的保護(hù)和建設(shè)。通過源地識別-阻力面設(shè)置-生態(tài)安全格局構(gòu)建等關(guān)鍵步驟之后最終完成了沈撫新城綜合生態(tài)安全格局的創(chuàng)建, 確定了研究區(qū)內(nèi)高、中、低三種水平的生態(tài)安全格局緩沖區(qū)的范圍以及生態(tài)廊道、生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)的空間分布情況。

圖3 生態(tài)源擴(kuò)張阻力面

Figure 3 Resistance surface of ecological source

圖4 綜合生態(tài)安全格局體系

Figure 4 Comprehensive ecological security pattern system

4 討論與結(jié)論

本研究基于對水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、土壤侵蝕、地質(zhì)災(zāi)害單一生態(tài)過程的評價(jià)分析, 得到沈撫新城生態(tài)用地綜合識別結(jié)果, 并將評價(jià)結(jié)果劃分為一般重要生態(tài)用地、重要生態(tài)用地、極重要生態(tài)用地。其中極重要生態(tài)用地是保護(hù)沈撫新城生態(tài)安全所劃定的最小生態(tài)空間, 面積為192.51 km2, 占研究區(qū)土地面積的31.80%, 主要分布在棋盤山風(fēng)景名勝區(qū)北部、高灣經(jīng)濟(jì)區(qū)北部、方曉、撫順縣北部等區(qū)域。

本文以面積＞1 km2的極重要生態(tài)用地為生態(tài)源, 基于MCR模型構(gòu)建了沈撫新城綜合安全格局體系, 確定了不同安全格局緩沖區(qū)的范圍, 明確了生態(tài)廊道、生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)的空間分布情況, 并提出了相應(yīng)的管控和保護(hù)對策。沈撫新城生態(tài)安全格局的構(gòu)建對于研究區(qū)生態(tài)用地空間的保護(hù)具有重要作用, 對于同類尺度區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

隨著城鎮(zhèn)化速度的不斷提高, 城鎮(zhèn)快速擴(kuò)張對保障區(qū)域生態(tài)功能可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)用地的影響程度日益增強(qiáng)。區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)作為區(qū)域生態(tài)管理的重要依據(jù), 不僅可以指導(dǎo)城鎮(zhèn)建設(shè)進(jìn)行合理的空間布局, 同時(shí)對于重點(diǎn)地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)以及建設(shè)的管控都具有關(guān)鍵意義, 并能夠作為城市總體規(guī)劃以及各類專項(xiàng)規(guī)劃進(jìn)行科學(xué)合理布局的重要依據(jù)。

本文在生態(tài)用地識別方面, 僅選取水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、土壤侵蝕、地質(zhì)災(zāi)害四個(gè)重要生態(tài)過程, 出于對于研究區(qū)尺度的考慮, 沒有將氣候因子納入識別體系, 生態(tài)用地的識別應(yīng)考慮到各因子的全面性和綜合性, 所以應(yīng)該根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況選擇關(guān)鍵因子的生態(tài)過程。除此之外, 各單一生態(tài)過程影響因子的體系和各阻力因子的選擇與賦值, 主要是在前人研究成果的基礎(chǔ)上獲得, 其合理性仍需在日后的研究中進(jìn)一步探討。

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Construction of regional ecological security pattern for Shenfu new town

shi Pengfei, LI Shuang, JIANG Husheng, MA Huiqiang*

College of Chemistry, Chemical Engineering and Environmental Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, China

Taking Shenfu New Town as the research object, and utilizing the spatial analysis function of GIS, the ecological land based on water conservation, biodiversity conservation, soil erosion sensitivity and geological hazard sensitivity were analyzed. The results are overlapped and classified into general important ecological land, important ecological land and extremely important ecological land. Based on the MCR model, the comprehensive security pattern system of Shenfu New Town was constructed with the extremely important ecological land with an area larger than 1 km2as the ecological source and the current land type as the resistance factor. The results show that the buffer area of high level security pattern in the study area is 112.96 km2, accounting for 18.66% of the total land area of the study area; the buffer area of medium level security pattern is 94.43 km2, accounting for 15.60% of the land area of the study area; the buffer area of low level security pattern is 176.23 km2, accounting for 29.11% of the land area of the study area; including 60 ecological corridors with a total length of 275.77 km and 49 ecological strategic points. In this study, the ecological security situation of the study area was figured out, and quantitative guidance for the expansion of urban construction land and the protection of ecological land space was provided.

ecological land; ecological security pattern; MCR; Shenfu New Town

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.02.006

X321

A

1008-8873(2020)02-041-09

2018-10-10;

2019-01-01

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372236); 遼寧省高等學(xué)校創(chuàng)新人才支持計(jì)劃(LR2016059); 遼寧省自然科學(xué)基金指導(dǎo)計(jì)劃(201602469); 遼寧省教育廳基本科研項(xiàng)目(L2017LQN001)

師鵬飛(1990—), 男, 內(nèi)蒙通遼人, 碩士研究生, 主要從事生態(tài)評價(jià)與生態(tài)安全研究, E-mail: 1329370013@qq.com

馬會強(qiáng), 男, 博士, 教授,主要從事環(huán)境修復(fù)及規(guī)劃咨詢研究, E-mail:mahuiqiang0921@126.com

師鵬飛, 李爽, 姜虎生, 等. 沈撫新城生態(tài)安全格局的構(gòu)建[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(2): 41-49.

SHI Pengfei, LI Shuang, JIANG Husheng, et al. Construction of regional ecological security pattern for Shenfu new town[J]. Ecological Science, 2020, 39(2): 41-49.