于成龍，劉 丹,*，馮 銳，唐 權(quán)，郭春玲

1 黑龍江省氣象科學(xué)研究所，哈爾濱 150030

2 中國氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所，沈陽 110166

3 凌海市生態(tài)建設(shè)發(fā)展中心，凌海 121200

高強(qiáng)度土地利用方式以及人類對自然資源的不合理開發(fā)與利用,直接影響區(qū)域景觀空間格局和生態(tài)過程,使原本脆弱的自然生態(tài)環(huán)境日漸惡化[1],由此,以維護(hù)生態(tài)過程完整、健康和可持續(xù)發(fā)展為出發(fā)點的生態(tài)安全理念逐步受到政府和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[2-3],經(jīng)過幾十年的發(fā)展,生態(tài)安全已經(jīng)成為緩解自然生態(tài)保護(hù)與人類社會發(fā)展之間矛盾的重要理念之一,生態(tài)安全理論也為政府尋求區(qū)域生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展之間的平衡提供了有力支撐。生態(tài)安全理念強(qiáng)調(diào)資源、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的健康和可持續(xù)發(fā)展[4-5],通過構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局(Ecological Security Pattern,ESP)以實現(xiàn)區(qū)域必要的自然資源保護(hù)與物質(zhì)福祉[6],經(jīng)過多年探索和實踐,區(qū)域生態(tài)安全格局已從最初的定性規(guī)劃、定量格局分析[7-8],逐步進(jìn)入到空間數(shù)據(jù)演算、靜態(tài)格局優(yōu)化、動態(tài)格局模擬以及狀態(tài)趨勢分析等快速發(fā)展歷程[9-10],其研究方法則主要涉及生態(tài)適宜性/敏感性、景觀格局指數(shù)、情景分析、綜合指標(biāo)體系等[11-12]。

東北地區(qū)地域遼闊、地形復(fù)雜、溫濕分異典型、植被分布獨特、自然地理區(qū)域相對完整,擁有廣袤的森林和草原,是我國東北平原、華北平原和東北亞區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可替代的生態(tài)屏障,同時該地區(qū)又是全球氣候變化響應(yīng)的敏感區(qū)和脆弱區(qū),加上近幾十年快速的城市化進(jìn)程和人類對自然資源的不合理開發(fā)利用,導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)環(huán)境面臨巨大挑戰(zhàn),出現(xiàn)諸如大氣污染[13]、黑土地退化[14]、濕地消亡[15]、森林生態(tài)功能衰退[16]、草地沙化[17]等一系列生態(tài)環(huán)境問題,因此構(gòu)建科學(xué)合理的生態(tài)安全格局,已經(jīng)成為本區(qū)域乃至華北和東北亞區(qū)域維持生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。

區(qū)域尺度是生態(tài)安全格局在空間層次上研究的重點,相對完整的自然地理區(qū)域?qū)ρ芯可鷳B(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)過程具有重要意義[18-19],構(gòu)建適合該區(qū)域環(huán)境特點和社會發(fā)展水平的相對完整的生態(tài)安全框架體系,對于避免因行政區(qū)的分割降低生態(tài)安全格局完整性,使特定生態(tài)過程能夠得到有效保護(hù)和調(diào)控具有重要作用和積極意義。當(dāng)前主流的生態(tài)安全格局構(gòu)建方法是“源地—廊道”組合,生態(tài)源地的識別是生態(tài)安全格局構(gòu)建的基礎(chǔ),緣起于俞孔堅[20]以生物保護(hù)區(qū)為重點對生態(tài)安全格局理論的探索,生態(tài)源地構(gòu)建方法和理論正在深入發(fā)展,但之前的多數(shù)方法只從生態(tài)功能重要性、生態(tài)敏感性/脆弱性等單一方面開展,直到環(huán)境保護(hù)部2015年發(fā)布的《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南》,提出了生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能和生態(tài)敏感性的綜合指標(biāo)方法,給生態(tài)源地識別提供了重要依據(jù),有研究者參照該方法開展了相關(guān)研究,取得了較好效果[21-22],但該方法選取的指標(biāo)具有較強(qiáng)的普適性,而我國幅員遼闊,生態(tài)系統(tǒng)類型多樣,生態(tài)系統(tǒng)功能與過程對于自然和社會經(jīng)濟(jì)活動變化的影響與響應(yīng)存在較大差異,如何結(jié)合區(qū)域特點構(gòu)建符合本區(qū)域生態(tài)過程完整、生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展、能更好地服務(wù)于當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)安全格局是一個涵待解決的科學(xué)問題。本研究以東北地區(qū)為研究對象,參考《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南》中生態(tài)保護(hù)紅線的劃分方法,以《全國生態(tài)功能區(qū)劃》中的生態(tài)服務(wù)功能極重要區(qū)域和生態(tài)極敏感區(qū)域作為生態(tài)源地劃分的主要依據(jù),綜合東北地區(qū)自然資源稟賦和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展實際,利用最小累積阻力模型構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全體系,探討東北地區(qū)生態(tài)安全框架,明晰區(qū)域生態(tài)安全格局,為保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的正常發(fā)揮和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

東北地區(qū)包括黑龍江省、吉林省、遼寧省和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的赤峰市、通遼市、呼倫貝爾市及興安盟[23],位于111.15°E—135.09°E,37.95°N—53.56°N之間,土地面積1.44×106km2。水繞山環(huán)、沃野千里是東北地區(qū)地面結(jié)構(gòu)的基本特征,東面和北面有鴨綠江、圖們江、烏蘇里江和黑龍江環(huán)繞,內(nèi)部有大興安嶺、小興安嶺、長白山系和東北平原(包括松遼平原、遼河平原和三江平原),海拔高度介于2—2667m之間(圖1)。該區(qū)自然植被屬歐亞森林—草原植物亞區(qū)和中國—日本森林植物亞區(qū)[24]。氣候型屬溫帶季風(fēng)氣候,冬季寒冷干燥,夏季高溫多雨,自東向西從濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)過渡到半干旱區(qū),近30年(數(shù)據(jù)來源：中國地面累年值日值數(shù)據(jù)集(1981—2010年),http://data.cma.cn/site/index.html)年平均氣溫-4.04℃—1.26℃；最冷月為1月,平均-28.61—3.64℃；最熱月為7月,平均16.87—26.19℃；年降水量132.90—1314.00mm。

圖1 研究區(qū)位置圖

2 數(shù)據(jù)及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

2.1.1數(shù)字高程模型

數(shù)字高程模型(DEM)為SRTM地形產(chǎn)品V4.1版本數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn),空間分辨率為90m。利用該數(shù)據(jù)在ARCGIS軟件的支持下計算研究區(qū)坡度、坡長、坡向等地形地貌因子,參與土地利用分類。

2.1.2土地利用數(shù)據(jù)

收集2014—2018年Landsat8(數(shù)據(jù)來源為美國地質(zhì)調(diào)查局官網(wǎng),https://www.usgs.gov/)和HJ-1A/1B星數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心,http://www.cresda.com/n16/index.html)無云數(shù)據(jù),提取東北地區(qū)土地利用類型,形成近期東北地區(qū)土地利用分類圖。具體方法是首先對下載的一級數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,采用Chavez等[25]提出的最佳指數(shù)因子法(Optmum Index Factor,簡稱OIF)的OIF值來判斷最佳波段組合,根據(jù)選取的最佳組合波段利用隨機(jī)森林分類模型[26],將東北地區(qū)分為森林、濕地、灌木林地、疏林地、草地、耕地等共9種土地利用類型。采用目視解譯選取的驗證點進(jìn)行分類精度驗證,總體分類精度為89.08%,kappa系數(shù)為0.8664。

2.1.3DMSPOLS夜間燈光影像

相比于傳統(tǒng)概念模型,最小累積阻力模型能夠更好地表達(dá)景觀格局和生態(tài)過程的相互作用關(guān)系[19],該方法的關(guān)鍵在于生態(tài)阻力面的設(shè)定,其中擴(kuò)張阻力指標(biāo)的選取和分級賦值又是其中的核心問題之一。土地利用類型的數(shù)據(jù)由于易獲取、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值易區(qū)分、空間連續(xù)性好等特點,在構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)安全格局研究中得到較好應(yīng)用[27-29],但限于數(shù)據(jù)精度問題,土地利用類型不可能無限細(xì)分,對于同一土地覆蓋類型(尤其城鎮(zhèn)用地)內(nèi)部的差異往往被忽略,均一化賦值會掩蓋同一土地利用類型下人為干擾程度對生態(tài)阻力系數(shù)的影響差異[19],而夜間燈光數(shù)據(jù)能夠基于柵格水平,更細(xì)致地反映同一土地利用類型內(nèi)部受人類活動的影響程度,本研究應(yīng)用非輻射定標(biāo)的夜間燈光影像數(shù)據(jù)集DMSP/OLS(Version4)作為社會影響因子之一建立生態(tài)源地擴(kuò)展阻力面,從而實現(xiàn)對阻力面中土地利用類型因子的修正。該數(shù)據(jù)是由美國國家海洋與大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)下屬的美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心(National Geophysical Data Center,NGDC)發(fā)布,選取其中的“stable_lights.avg_vis”數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)的DN值范圍為1—63,DN值高代表人類活動強(qiáng)度大。

2.1.4植被覆蓋度

采用李苗苗等[30]的像元二分模型,基于MOD13Q1數(shù)據(jù)中的歸一化差異植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,簡稱NDVI)計算植被覆蓋度,公式如下：

式中,NDVI為像元歸一化植被指數(shù),NDVIsoil為裸土或無植被覆蓋區(qū)的NDVI值,NDVIveg為完全被植被所覆蓋像元的NDVI值。

MOD13Q1數(shù)據(jù)源于LAADSDAAC官方網(wǎng)站(網(wǎng)址為：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/),該數(shù)據(jù)為16d合成數(shù)據(jù),空間分辨率為250m,本研究利用2008—2017年NDVI數(shù)據(jù),計算每年的植被覆蓋度,再取10年平均植被覆蓋度作為植被覆蓋度因子參與評價。

以上數(shù)據(jù)最終的空間分辨率均統(tǒng)一為500m,將投影轉(zhuǎn)換為Albers投影。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)源地劃定方法

參考環(huán)境保護(hù)部2015年提出的《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南》中生態(tài)保護(hù)紅線的劃分方法,選取生態(tài)服務(wù)功能(包括水源涵養(yǎng)功能、防風(fēng)固沙功能、生物多樣性維持與保護(hù)功能)和生態(tài)系統(tǒng)敏感性(包括沙漠化敏感性、土壤侵蝕敏感性)共5個指標(biāo),以《全國生態(tài)功能區(qū)劃》結(jié)果中(來源于中國生態(tài)系統(tǒng)評估與生態(tài)安全數(shù)據(jù)庫,http://www.ecosystem.csdb.cn/)生態(tài)服務(wù)功能極重要區(qū)域和生態(tài)極敏感區(qū)域作為生態(tài)源地劃分的主要依據(jù),同時綜合東北地區(qū)自然資源稟賦和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展實際,添加自然保護(hù)區(qū)域作為生物多樣性維持與保護(hù)功能的極重要區(qū)域,同時考慮到東北地區(qū)2010年以來耕地面積占全國的19.77%(數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局http://data.stats.gov.cn/index.htm),是我國永久基本農(nóng)田保護(hù)的重點區(qū)域,因此剔除2010年以來穩(wěn)定耕地區(qū)域(2000—2015年均為耕地的區(qū)域,數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心,網(wǎng)址：http://www.resdc.cn),最終形成生態(tài)源地區(qū)域。

為減少生態(tài)源地的破碎化程度,在地理信息系統(tǒng)軟件的支持下將距離小于250m的圖斑聚合為相對完整連片的圖斑,保證最小空洞為1km2,再將面積小于1km2的獨立圖斑刪除。

2.2.2構(gòu)建阻力面

以彭建和俞孔堅[19,31]構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的思想為基礎(chǔ),參考楊姍姍等[22]建立的生態(tài)源地擴(kuò)張阻力和城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張阻力因子,結(jié)合東北地區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,針對生態(tài)源地和城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張過程,依據(jù)不同目標(biāo)選擇與生態(tài)源地和城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張過程相關(guān)程度高的影響因子(圖2和圖3),對評價因子采用加權(quán)求和方法構(gòu)建阻力面模型(其中各評價因子的權(quán)重采用層次分析法確定),利用空間分析技術(shù)求取生態(tài)源地擴(kuò)張阻力面和城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張阻力面。

圖2 生態(tài)源地擴(kuò)張阻力因子權(quán)重及分級示意圖

圖3 城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張阻力因子權(quán)重及分級示意圖

以最小累積阻力(Minimum cumulative resistance,簡稱MCR)模型來建立阻力面,MCR模型為俞孔堅[32]在Knaapen等[33]的模型和地理信息系統(tǒng)中常用的費用距離(Costdistance)模型的基礎(chǔ)上修改而來,MCR模型考慮了源、距離和景觀界面特征,阻力面反映了物種運動的潛在可能性及趨勢。再將生態(tài)源地與城鎮(zhèn)擴(kuò)張用地的最小累計阻力面代入最小累積阻力差值公式,以兩個阻力面的差值為基礎(chǔ),劃分東北地區(qū)生態(tài)安全格局。最小累積阻力差值公式如下：

MCR差值=MCR生態(tài)源地-MCR城鎮(zhèn)用地

當(dāng)MCR差值<0時,表示該區(qū)域生態(tài)源地擴(kuò)張阻力小,適合生態(tài)源地擴(kuò)張,反之適合城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張,MCR差值=0的區(qū)域為生態(tài)源地擴(kuò)張與城鎮(zhèn)用地擴(kuò)張的分界線。

2.2.3緩沖區(qū)判別

以生態(tài)源地為中心,基于MCR差值,利用ArcGIS軟件的成本距離工具計算MCR差值的成本距離變率,并利用分位數(shù)法選擇生態(tài)源地擴(kuò)張成本的分界線,將東北地區(qū)生態(tài)安全格局分為高水平緩沖區(qū)、中水平緩沖區(qū)、低水平緩沖區(qū)和其它區(qū)域。

2.2.4生態(tài)廊道和生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點確定

生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點的確定方法是首先提取生態(tài)廊道之間的交點,如果兩節(jié)點之間的距離小于1.20km(2倍生態(tài)廊道寬度),則保留所在生態(tài)廊道較長的節(jié)點。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價

分析圖4可見,水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)域主要分布在大興安嶺和長白山北部地區(qū),總面積為2.60×105km2,主要土地覆蓋類型為森林,占東北地區(qū)總面積的17.99%；防風(fēng)固沙功能極重要區(qū)域主要分布于科爾沁沙地、渾善達(dá)克沙地和松嫩沙地的部分地區(qū)(圖4),總面積為1.07×104km2,以草地、沙地和灌木林為主,占東北地區(qū)總面積的0.74%；生物多樣性維持與保護(hù)功能的極重要區(qū)域分布比較零散(圖4),其中面積較大的有大興安嶺北部和中部、小興安嶺南部、長白山的部分區(qū)域,總面積為2.07×105km2,主要為森林和草地,占東北地區(qū)總面積的14.34%；土壤侵蝕極敏感區(qū)域主要分布于科爾沁沙地的部分地區(qū)(圖4),總面積為9.50×103km2,以草地和沙地為主,占東北地區(qū)總面積的0.66%；沙漠化極敏感區(qū)域主要分布于渾善達(dá)克沙地、科爾沁沙地和呼倫貝爾草原的大部分地區(qū)(圖4),總面積為2.69×105km2,以沙地和草地為主,占東北地區(qū)總面積的18.64%。

圖4 東北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)域和生態(tài)極敏感區(qū)域分布意圖

進(jìn)一步分析可見,各指標(biāo)的空間位置有相互重疊現(xiàn)象,表1統(tǒng)計了兩兩指標(biāo)之間重疊區(qū)域的面積比例,其中水源涵養(yǎng)功能區(qū)與其他指標(biāo)之間的重疊面積比例最大,占水源涵養(yǎng)功能區(qū)總面積的54.05%,期間有22.67%的水源涵養(yǎng)功能區(qū)與生物多樣性與保護(hù)功能區(qū)重疊,有21.55%與土壤侵蝕敏感區(qū)重疊。防風(fēng)固沙功能區(qū)域其他指標(biāo)重疊區(qū)域較少,只占該功能區(qū)總面積的17.28%。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)域和生態(tài)極敏感區(qū)域重疊的面積比例/%

3.2 生態(tài)源地分布

根據(jù)2.2.1條中生態(tài)源地劃分方法,將東北地區(qū)生態(tài)源地按主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)功能歸類,確定18個生態(tài)源地,總面積為6.50×105km2,占全區(qū)土地總面積的45.02%,各生態(tài)源地類型空間分布如圖5,生態(tài)源地類型統(tǒng)計如表2。分析各類生態(tài)源地區(qū)的空間分布特征和保護(hù)方向如下：

表2 東北地區(qū)生態(tài)源地分區(qū)

大興安嶺水源涵養(yǎng)源地(圖5中編號11區(qū)和12區(qū))位于黑龍江省北部和內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部,是嫩江、額爾古納河、呼瑪河、綽爾河、阿倫河、諾敏河、甘河等諸多河流的源頭,是重要水源涵養(yǎng)區(qū),該區(qū)的北部植被類型以興安落葉松為代表的寒溫帶落葉針葉林為主；長白山水源涵養(yǎng)源地(13區(qū))和長白山水源涵養(yǎng)與生物多樣性保護(hù)源地(14區(qū))位于長白山北部,是拉林河、第二松花江、松花江、穆棱河、圖們江、鴨綠江等眾多支流的源頭,同時也是“長白植物區(qū)系”的中心地帶,植被類型包括以落葉松林為代表的寒溫帶山地落葉針葉林,云杉、冷杉林為代表的溫帶山地常綠針葉林,落葉闊葉—紅松混交林為代表的溫帶落葉闊葉—常綠針葉混交林,以落葉櫟林、椴、榆、樺雜木林等為代表的溫帶落葉闊葉林等。

圖5 東北地區(qū)生態(tài)源地分布示意圖

呼倫貝爾草原防風(fēng)固沙源地(21區(qū))位于內(nèi)蒙古自治區(qū)北部,在內(nèi)蒙古自治區(qū)的呼倫貝爾；渾善達(dá)克沙地防風(fēng)固沙源地(22區(qū))和渾善達(dá)克沙地防風(fēng)固沙與生物多樣性保護(hù)源地(23區(qū))地處陰山北麓東部半干旱農(nóng)牧交錯帶、燕山山地、壩上高原,23區(qū)還包含了渾善達(dá)克沙地柏自然保護(hù)區(qū)；科爾沁沙地防風(fēng)固沙與水源涵養(yǎng)源地(24區(qū))、科爾沁沙地防風(fēng)固沙源地(25區(qū))位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東南部,防風(fēng)固沙功能重要,同時是西拉木倫河、老哈河、教來河和烏爾吉木倫河的眾多支流的源頭,植被類型以草原沙地錦雞兒、柳、蒿灌叢為代表的溫帶落葉灌叢矮林、溫帶禾草、雜類草草原,溫帶叢生禾草草原,溫帶草甸為主；松嫩沙地防風(fēng)固沙與生物多樣性保護(hù)源地(26區(qū))、松嫩沙地防風(fēng)固沙源地(27區(qū))位于黑龍江省和吉林西部,防風(fēng)固沙功能重要,同時包含扎龍濕地等重要自然保護(hù)區(qū)。

大興安嶺生物多樣性保護(hù)源地(31區(qū))位于黑龍江省北部,毗鄰俄羅斯,是興安落葉松為代表的寒溫帶落葉針葉林的主要分布區(qū)域；呼倫貝爾草原生物多樣性保護(hù)源地(32區(qū))包含鄂溫克旗輝河、呼倫湖自然保護(hù)區(qū)；三江平原生物多樣性保護(hù)源地(33區(qū))位于黑龍江省松花江下游,是我國平原地區(qū)沼澤分布最大、最集中的地區(qū)之一,自然濕地面積大,濕地生態(tài)系統(tǒng)類型多樣,有多處國際重要濕地；小興安嶺生物多樣性保護(hù)源地(34區(qū))位于黑龍江省中北部,以紅松、黃菠蘿、胡桃楸、水曲柳、白樺等為主,生物多樣性豐富；長白山生物多樣性保護(hù)源地(35區(qū))是“長白植物區(qū)系”的中心地帶,暖溫帶植被類型豐富。

科爾沁沙地水土保持源地(41區(qū))和松嫩沙地水土保持源地分別位于科爾沁沙地和松嫩沙地邊緣,水土保持功能重要。

3.3 生態(tài)安全格局

分析圖6可見,最小阻力差值較大的區(qū)域主要分布在東北平原,分布趨勢與主要公路、城鎮(zhèn)用地、山谷、河流走向相關(guān)性較高,原因是交通便利、地勢平坦、有水系分布的區(qū)域有利于人類活動,而地形復(fù)雜、水系分布較少的區(qū)域人類活動較少,生態(tài)流擴(kuò)張阻力在這里形成谷地。

圖6 東北地區(qū)最小累積阻力差值分布

基于最小累積阻力差值,分析生態(tài)源地的擴(kuò)張成本,并利用分位數(shù)法選擇生態(tài)源地擴(kuò)張成本的分界線,在生態(tài)源地外劃分低、中、高3個水平緩沖區(qū)(圖7)。從生態(tài)安全水平緩沖區(qū)所占面積來看,低水平緩沖區(qū)面積最大,占東北地區(qū)總面積的11.07%,是保障生態(tài)源地安全的最后防御區(qū)域,需要重點保護(hù)和嚴(yán)格限制人類建設(shè)用地的擴(kuò)張；中水平緩沖區(qū)占4.24%,需要限制開發(fā),實行適當(dāng)保護(hù)措施,對原有生態(tài)系統(tǒng)實行保護(hù)與修復(fù)并重的策略；高水平緩沖區(qū)占5.37%,是保護(hù)區(qū)域生態(tài)安全的理想的區(qū)域,在這個范圍內(nèi)可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況進(jìn)行有條件的建設(shè)活動；從空間分布上看,東北地區(qū)生態(tài)安全格局形成了以生態(tài)源地為中心,生態(tài)安全水平由低到高依次向外擴(kuò)展的分布格局,其中“低水平緩沖區(qū)”和“中水平緩沖區(qū)”的合圍區(qū)域把很多分布零散的生態(tài)源地連接起來,基本形成了東西兩塊生態(tài)屏障。

圖7 東北地區(qū)生態(tài)安全格局

生態(tài)廊道把相互獨立的生態(tài)源地在空間上連接起來,總面積6744.11km2,廊道中心線總長11073.52km,形成了東北地區(qū)生態(tài)源地之間的網(wǎng)狀空間布局,從而增加了各個生態(tài)源地之間的空間連通性。分析生態(tài)廊道的分布格局可見,多數(shù)生態(tài)源地之間的生態(tài)廊道明顯偏離了二者的最短幾何直線距離,并盡量避開了主要城市,但有些西部與東部地區(qū)生態(tài)源地之間的廊道不可避免地要穿越人類活動頻繁的耕地或城市邊緣區(qū)域,隨著城市的擴(kuò)張,這些廊道可能會受到進(jìn)一步脅迫,而且這些廊道無法繞開已有的交通路線,因此建議在生態(tài)廊道與交通路線相交的節(jié)點處布設(shè)如高架橋、涵洞等生態(tài)流通道,在一定程度上減緩這種截斷效應(yīng)。

產(chǎn)生29個生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點,其中有27個落入生態(tài)源地,有1個落入低水平緩沖區(qū),有1個落入中水平緩沖區(qū)。進(jìn)一步統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),有13個生態(tài)戰(zhàn)略結(jié)點落入自然保護(hù)區(qū)內(nèi),這些自然保護(hù)區(qū)多為面積較小而且地理位置上獨立于大面積生態(tài)源地,可見這些生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點是生態(tài)廊道得以暢通的關(guān)鍵區(qū)域,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)該給予重點生態(tài)保護(hù)和建設(shè)。

4 討論

構(gòu)建生態(tài)安全格局的目的是在保護(hù)東北地區(qū)生態(tài)屏障、恢復(fù)生物多樣性、維持自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程完整性的基礎(chǔ)上強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)功能的空間分布格局,為社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供重要生態(tài)保障[34-35],生態(tài)安全格局理論認(rèn)為景觀中的生態(tài)空間格局是由一系列關(guān)鍵因素、這些關(guān)鍵因素的空間位置及其相互聯(lián)系共同組成,基于格局與過程互饋原理,對維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)過程及其可持續(xù)發(fā)展起著重要作用[32]。生態(tài)源地、緩沖區(qū)、生態(tài)廊道和生態(tài)戰(zhàn)略結(jié)點是生態(tài)安全格局的主要組成部分,分析東北地區(qū)生態(tài)源地的土地利用類型組成及所占比例發(fā)現(xiàn),生態(tài)源地中面積最大的土地利用類型為草地,為2.99×105km2,占生態(tài)源地總面積的46.02%；其次是森林,面積為2.62×105km2,占生態(tài)源地總面積的40.28%；從緩沖區(qū)的土地利用類型組成看,森林和草地面積所占比例隨著緩沖區(qū)級別的增高而降低；生態(tài)廊道覆蓋了東北地區(qū)的主要土地利用類型,各土地利用類型面積占全部生態(tài)廊道面積的比例由大到小依次為森林、草地、耕地、未利用地、水域和建筑用地；在生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點中,有48.28%是森林,17.24%是草地。因此從土地利用類型組成比例看,能夠為維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全提供有效空間。

從生態(tài)安全格局各組成部分的地理空間位置看,東北地區(qū)的生態(tài)源地主要分布在大興安嶺、小興安嶺、長白山脈和西部草原,在西面、北面和東面對東北平原形成了3個方位的類似于馬蹄形的半包圍態(tài)勢,這些區(qū)域天然植被覆蓋度高、野生動植物資源豐富,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值高,對區(qū)域生態(tài)安全具有極其重要的意義；關(guān)鍵生態(tài)廊道在各生態(tài)源地之間成網(wǎng)狀分布,把大興安嶺、小興安嶺、長白山脈和西部草原幾個大片的生態(tài)源地連接為一個整體,尤其值得注意的是多數(shù)分布在東北平原中面積較小的生態(tài)源地成為關(guān)鍵生態(tài)戰(zhàn)略結(jié)點,減小了單條貫通型生態(tài)廊道的長度,降低了生態(tài)廊道阻斷的風(fēng)險,對生態(tài)廊道的維持與保護(hù)具有積極意義,由此進(jìn)一步驗證了生態(tài)安全格局構(gòu)建的合理性。

本研究將東北地區(qū)作為整體區(qū)域劃分生態(tài)安全格局,得到很多成片的生態(tài)源地分屬不同省份,例如“大興安嶺水源涵養(yǎng)區(qū)”在黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)、“長白山水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)區(qū)”和“松嫩沙地防風(fēng)固沙區(qū)”均在黑龍江省和吉林省境內(nèi),如果單純根據(jù)行政區(qū)劃構(gòu)建生態(tài)安全格局,可能會將本來完整的生態(tài)源地人為割裂開來,更會減少具有貫通意義的關(guān)鍵生態(tài)廊道。但這并不排斥小區(qū)域內(nèi)生態(tài)安全格局的細(xì)化,本研究結(jié)果的意義更在于給東北地區(qū)構(gòu)建一個總體生態(tài)安全格局框架,各個小區(qū)域可以在不破壞生態(tài)安全格局整體性的基礎(chǔ)上根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境特點和社會發(fā)展水平進(jìn)一步細(xì)化各個要素的時空量序格局。

另外,生態(tài)學(xué)理論研究如何轉(zhuǎn)化為應(yīng)用仍處于探索階段,而且本研究劃分的生態(tài)源地區(qū)域并未進(jìn)行實地勘查,也未考慮包括區(qū)內(nèi)人口、社區(qū)數(shù)量與分布、土地權(quán)屬、所在區(qū)域產(chǎn)業(yè)類型、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局等因素,因此所得結(jié)果雖然可為區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建提供新思路,但應(yīng)用到實踐還存在一定差距。

5 結(jié)論

生態(tài)安全格局是保障區(qū)域生態(tài)安全,實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要途徑,綜合東北地區(qū)自然資源稟賦和社會發(fā)展實際,探討在一個相對完整的自然地理區(qū)域內(nèi)構(gòu)建生態(tài)安全格局的合理性和技術(shù)方法具有一定的現(xiàn)實意義。本研究在東北地區(qū)劃分了水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、生物多樣性保護(hù)和水土保持共4個主體功能區(qū)和18個生態(tài)源地,總面積為6.50×105km2,占全區(qū)土地總面積的45.02%,主要分布在大興安嶺、小興安嶺、長白山脈和西部草原,從西面、北面和東面對東北平原形成了3個方位的類似于馬蹄形的半包圍態(tài)勢；形成了高、中、低3個水平緩沖區(qū),其中低水平緩沖區(qū)面積最大,占東北地區(qū)總面積的11.07%,是保障生態(tài)源地安全的最后防御區(qū)域；確立了總面積6744.11km2、廊道中心線總長11073.52km的關(guān)鍵生態(tài)廊道,形成了東北地區(qū)生態(tài)源地之間的網(wǎng)狀空間布局；產(chǎn)生了29個生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點,為維系生態(tài)廊道得以貫通、保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整性發(fā)揮重要作用。