薛 強(qiáng),路 路,2,*,牛 韌,張曉婧,杜文強(qiáng)

1 生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院戰(zhàn)略規(guī)劃研究所, 北京 100012 2 生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院美麗中國研究中心, 北京 100012 3 濟(jì)南市環(huán)境研究院, 濟(jì)南 250000

近年來,在城市化演變過程中,經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展會(huì)帶來諸多的生態(tài)環(huán)境問題,如生境質(zhì)量退化[1- 3]、景觀碎裂化[4-5]、生態(tài)流動(dòng)受阻[6]等。而現(xiàn)階段生態(tài)文明理念深入人心,城市發(fā)展也要求提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品以滿足人民日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要。同時(shí)對(duì)國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的要求也提上了一個(gè)新的高度。如何科學(xué)準(zhǔn)確的識(shí)別生態(tài)保護(hù)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域,并提出統(tǒng)籌“山水林田湖草”要素的生態(tài)修復(fù)措施是未來國土空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升的重要問題[7]。

20世紀(jì)90年代,世界上諸多學(xué)者綜合多種學(xué)科知識(shí)[8],已經(jīng)形成“源地選取、阻力面構(gòu)建、廊道提取”生態(tài)安全格局的基本方法,在區(qū)域[8-9]、流域[10]、省[11]、城市[12]、縣[13]、局部區(qū)域[14]也得到了廣泛的應(yīng)用?？茖W(xué)識(shí)別生態(tài)源地[14- 16]、生態(tài)阻力面的修訂[13- 14]、生態(tài)廊道的提取[16- 17]成為近年來生態(tài)學(xué)科的熱點(diǎn)。基于地區(qū)特殊生態(tài)環(huán)境的安全格局的構(gòu)建是新時(shí)期國土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)重要的一環(huán)[12]。其中,生態(tài)源地作為生態(tài)格局構(gòu)建的重要基石,有守住區(qū)域生態(tài)安全底線的重要作用。生態(tài)源地主要包含自然保護(hù)區(qū)、森林公園、濕地公園等具有高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的用地,它的選取目前通過評(píng)估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和敏感性[18]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和景觀連通性等方法確定,其中,主要涉及模型為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評(píng)估模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs, InVEST)模型[19]、形態(tài)學(xué)空間格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)方法[20]、模型指標(biāo)法[21]。其次,生態(tài)阻力面在生態(tài)安全格局構(gòu)建中占有重要的地位,而大多數(shù)研究中阻力面的構(gòu)建是將土地利用類型直接賦值的方法,導(dǎo)致不同地類內(nèi)部的微觀生態(tài)流動(dòng)難以表現(xiàn)出來[12]。也有學(xué)者利用夜間燈光數(shù)據(jù)[21- 22]、坡度數(shù)據(jù)[12]對(duì)基本生態(tài)阻力面進(jìn)行修訂。然而對(duì)于地形種類多、地質(zhì)情況復(fù)雜的山區(qū)和平原過渡帶,僅依靠上述數(shù)據(jù)和方法對(duì)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的區(qū)域進(jìn)行阻力面修訂,而忽略受季節(jié)性降水導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害因素對(duì)山體的空間局部差異性,從而導(dǎo)致無法反映出物種在地質(zhì)災(zāi)害敏感性地帶遷移過程中的遇到的阻力。同時(shí)地質(zhì)災(zāi)害敏感性對(duì)區(qū)域生態(tài)連通性也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響,進(jìn)而導(dǎo)致生物在遷移過程中的阻礙作用加大。因此對(duì)特殊地質(zhì)狀況的研究區(qū),在阻力面構(gòu)建時(shí)需要根據(jù)實(shí)際地形進(jìn)行修訂。生態(tài)廊道從本質(zhì)上是基因流動(dòng)、物種種群動(dòng)態(tài)、種子傳播和外來入侵的主要渠道,對(duì)于生物多樣性的維持具有重要意義。生態(tài)廊道的設(shè)立可以提高斑塊之間的景觀連通性,同時(shí)在生態(tài)廊道中諸如生態(tài)“夾點(diǎn)”作為生態(tài)流動(dòng)中高流量的關(guān)鍵點(diǎn),因其在景觀連通性提升中的不可替代性和重要性而成為生態(tài)保護(hù)的優(yōu)先區(qū)域[13]。生態(tài)障礙點(diǎn)將阻礙具有重要生態(tài)意義的斑塊之間的移動(dòng),加強(qiáng)恢復(fù)不同障礙點(diǎn)的棲息地可以最大程度地改善景觀連通性[8]。在廊道提取中以最小累計(jì)阻力模型(Minimal Cumulative Resistance, MCR)[23]、電路理論[24- 25]等模型較為成熟。雖然MCR模型可以快速識(shí)別生態(tài)流的最優(yōu)路徑,但未能識(shí)別生態(tài)流動(dòng)中的廊道范圍和生態(tài)“節(jié)點(diǎn)”和障礙點(diǎn)[26]。而電路模型中可以高效、科學(xué)的識(shí)別生態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的生態(tài)流動(dòng)過程。在電路理論模型中將景觀類型作為導(dǎo)電表面,低電阻能促進(jìn)生物流動(dòng)的景觀類型,而阻礙了生物流動(dòng)的景觀類型則被賦予高電阻。通過電路理論對(duì)生態(tài)“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別并提出生態(tài)修復(fù)措施,在對(duì)地質(zhì)情況復(fù)雜的景觀內(nèi)部生物流動(dòng)預(yù)測(cè)、提升景觀連通性以及區(qū)域生態(tài)安全格局的完整性和穩(wěn)定性具有重要的作用[12- 13]。

目前國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)研究主要針對(duì)微觀尺度受損的生態(tài)空間修復(fù),主要有礦山生態(tài)修復(fù)[14]、國土空間受損整治[27]、流域生態(tài)修復(fù)[28]。對(duì)維持和恢復(fù)生態(tài)安全格局的完整性具有重要的價(jià)值。而綜合考慮各類生態(tài)要素后構(gòu)建的生態(tài)安全格局對(duì)系統(tǒng)提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也有一定的作用[9]。通過科學(xué)的技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害敏感性的生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別,尤其在明確提出基于本地化的系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)工程指引等方面的研究仍然有待加強(qiáng)。

本文以地質(zhì)災(zāi)害較為敏感的濟(jì)南市為例,通過形態(tài)學(xué)空間格局分析方法、結(jié)合自然保護(hù)地識(shí)別生態(tài)源地,基于地質(zhì)災(zāi)害敏感性構(gòu)建生態(tài)阻力面,利用電路理論模型提取生態(tài)廊道,并結(jié)合土地利用現(xiàn)狀識(shí)別生態(tài)保護(hù)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域(生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)),最后進(jìn)行生態(tài)修復(fù)保護(hù)分區(qū)并提出相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)策略和系統(tǒng)性的生態(tài)修復(fù)工程,以期為濟(jì)南市生態(tài)安全格局和生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

濟(jì)南市介于116°13′—117°58′E, 35°57′—37°32′N之間,位于魯中山區(qū)北側(cè),總面積為10244 km2。南依泰山,北跨黃河。市域地形為南高北低,具體為北部臨黃帶,中部山前平原帶,南部丘陵山區(qū)帶。多年平均氣溫為13.8℃,年平均降水量685 mm,雨季為6—9月。境內(nèi)流域主要有黃河、小清河、大汶河、南四湖等。泉水豐富,包括趵突泉、黑虎泉等十大泉群,具有“山、泉、湖、河、城”的獨(dú)特風(fēng)貌。主要土地利用類型為農(nóng)田、林地、建設(shè)用地(圖1)。然而近年來,由于氣候變化、人類活動(dòng)的影響加之特殊的地質(zhì)環(huán)境,區(qū)域內(nèi)發(fā)生的崩塌、滑坡、泥石流、以及地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),根據(jù)《全國地質(zhì)災(zāi)害通報(bào)》(2019年)濟(jì)南市共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)情27起,轉(zhuǎn)移受威脅群眾431人[29],給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了威脅。

圖1 濟(jì)南市土地覆蓋圖Fig.1 Land cover map of Jinan City

圖2 形態(tài)學(xué)空間格局分析結(jié)果Fig.2 The Result of Morphological Spatial Pattern Analysis

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理方法

全球地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobeLand30(2020年)空間分辨率為30 m,樣本數(shù)超23萬個(gè),總體精度為85.72%(http://www.globallandcover.com/)。數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/)。歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/Default.aspx),分辨率為1 km。月降水?dāng)?shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn/)[30],分辨率為1 km。坡度數(shù)據(jù)由DEM數(shù)據(jù)經(jīng)GIS軟件處理得到。高速公路、鐵路來源獲取自水經(jīng)注地圖。LandScan2019全球人口動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫由美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)開發(fā),East View Cartographic提供(https://landscan.ornl.gov/landscan-datasets)。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過投影至CGCS2000坐標(biāo)系,裁剪后得到研究區(qū)數(shù)據(jù),最后統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為100 m×100 m的柵格數(shù)據(jù)。

1.2.1生態(tài)源地的識(shí)別

生態(tài)源地是區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的重要基礎(chǔ),對(duì)區(qū)域的生態(tài)格局、生物多樣性以及生態(tài)安全有著重要的影響[19]。生態(tài)源地面積的大小與物種多樣性的豐富程度呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系[31]。本文將林地、草地、灌木、濕地、水體作為MSPA模型的前景數(shù)據(jù),其余數(shù)據(jù)作為背景數(shù)據(jù),最后得到七種景觀類型(圖2),將面積大于2 km2的核心區(qū)作為初選生態(tài)源地?？紤]到景觀結(jié)構(gòu)的空間連接程度會(huì)影響生物遷徙過程[32],因此通過計(jì)算斑塊中景觀格局指數(shù)中的可能連通性指數(shù)(dPC)識(shí)別各景觀斑塊中的連通性強(qiáng)度[33- 34]。確定好初選生態(tài)源地后,在Conefor 2.6設(shè)置1500 m為斑塊連通距離閾值[35- 37],當(dāng)各斑塊間之間的成本值在確定閾值內(nèi)部時(shí),認(rèn)為兩個(gè)斑塊之間是連通的,根據(jù)學(xué)者研究,斑塊連通性與距離閾值成正相關(guān)關(guān)系[38],連通概率設(shè)置為0.5,將生態(tài)斑塊dPC值大于0.1的生態(tài)源地劃分為最終生態(tài)源地[36]。最后將生態(tài)源地與濟(jì)南市自然保護(hù)區(qū)名錄相互對(duì)照,發(fā)現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)名錄中的自然保護(hù)區(qū)和森林公園、濕地公園均包含在內(nèi)。

1.2.2生態(tài)阻力面的修訂

生物在不同生態(tài)源地的遷徙過程中,需要克服不同的土地利用類型進(jìn)行生物交流。本文采用土地利用、高程、以及人類可達(dá)性(距高速公路、國道/省道、鐵路距離)共計(jì)三大類因子構(gòu)建基本生態(tài)阻力面?；咀枇γ婀舶?個(gè)阻力因子,然后使用地理空間分析中最大值的模糊疊加方法進(jìn)行基本阻力柵格因子的疊加。在阻力值賦值時(shí),通過參考已有學(xué)者[39- 40]的研究和咨詢相關(guān)專家確定,不同類別的因子權(quán)重利用層次分析法得到(表1)。

表1 基本生態(tài)阻力面賦值及權(quán)重

研究區(qū)地處山區(qū)和平原的交錯(cuò)帶,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣。地質(zhì)災(zāi)害可能會(huì)通過改變地形地貌,進(jìn)一步會(huì)影響本地固有生態(tài)廊道,從而一定程度上會(huì)影響物種之間的交流和生態(tài)廊道的連通性[41- 42]。崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害類型通過改變生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)一步會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)的物種遷移和生物多樣性有直接或者間接的影響[43]。這些巖土體的位移災(zāi)害主要與夏季降水、植被覆蓋度、坡度有關(guān)[44- 46]。因此,本研究選取以上3個(gè)因子,將上述的因子歸一化后等權(quán)重疊加得到濟(jì)南市地質(zhì)災(zāi)害綜合敏感性評(píng)價(jià),并基于該因子對(duì)上文構(gòu)建的基本阻力面進(jìn)行綜合因素修正。修正的公式如下,地質(zhì)災(zāi)害修訂因子和修正后的生態(tài)阻力面見圖3。

(1)

式中,Ri為基于地質(zhì)災(zāi)害修正的柵格i的生態(tài)阻力系數(shù)；NLi為第i個(gè)柵格的地質(zhì)災(zāi)害綜合敏感度；NLm為第i個(gè)柵格對(duì)應(yīng)的基本阻力面類型m的平均地質(zhì)災(zāi)害綜合敏感程度；R0為第i個(gè)柵格對(duì)應(yīng)第i中基本阻力面類型的阻力系數(shù)。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害敏感性評(píng)估以及生態(tài)阻力面的分布Fig.3 Assessment of geological hazard sensitivity and the distribution of ecological resistance surface

1.2.3基于最小成本路徑方法識(shí)別生態(tài)廊道

本研究基于最小成本路徑的方法(Least-Cost Path method,LCP)識(shí)別生物在各種生態(tài)源地中遷徙過程中面對(duì)不同景觀阻力面時(shí)所需要克服的累計(jì)阻力值。依次對(duì)每個(gè)源地與相鄰的源地進(jìn)行分析,再對(duì)所得到的廊道進(jìn)行合并和去冗,將模擬得到的最小費(fèi)用路徑當(dāng)作為最終生態(tài)廊道。

1.2.4基于電路理論的生態(tài)夾點(diǎn)和障礙點(diǎn)的識(shí)別

電路理論是將物理學(xué)中的電子隨機(jī)游走的特性借鑒到生物在生態(tài)源地遷徙過程中,該理論可以確定預(yù)留哪些生境來加強(qiáng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性,從而加強(qiáng)整合了生物的所有可能途徑[25]。本研究使用Linkage Mapper Toolkit工具中的Pinchpoint Mapper模塊來識(shí)別生態(tài)廊道中的存在的生態(tài)“夾點(diǎn)”,也就是電流密度大的區(qū)域,該區(qū)域若有小面積損失也會(huì)對(duì)生態(tài)廊道連通性造成一定的損害。本文選擇“All to one”模式進(jìn)行計(jì)算?？紤]到區(qū)域整體景觀的連通性和生態(tài)夾點(diǎn)的位置并不受到廊道的寬度變化而受到影響。故本研究設(shè)置廊道加權(quán)成本距離為8000 m。

生態(tài)障礙點(diǎn)通過Barrier Mapper模塊進(jìn)行識(shí)別,采用改進(jìn)得分相對(duì)于最小成本路徑百分比的方法進(jìn)行障礙點(diǎn)的識(shí)別。這種模式選擇既可以選擇影響區(qū)域內(nèi)生態(tài)流運(yùn)行的完全障礙點(diǎn)和也可識(shí)別部分障礙區(qū)域但不完全障礙的區(qū)域[47-49]。通過對(duì)完全障礙點(diǎn)和不完全障礙點(diǎn)的識(shí)別可以增強(qiáng)生態(tài)源地之間的連通性。模型計(jì)算時(shí)設(shè)置為“Maximum”計(jì)算模式,迭代半徑為設(shè)置為200 m。

一般而言,對(duì)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行分區(qū)研究是開展生態(tài)修復(fù)的重要一步,生態(tài)修復(fù)區(qū)是區(qū)域內(nèi)具有較強(qiáng)改善意義的生態(tài)空間,改善此類區(qū)對(duì)提升整體生態(tài)安全和增強(qiáng)生物多樣性具有重要的意義[50]。本文利用Barrier Mapper插件將已識(shí)別的生態(tài)障礙區(qū),根據(jù)障礙區(qū)的分布范圍和改善系數(shù),將改善系數(shù)按照自然斷點(diǎn)法由高到低劃分為生態(tài)極重要改善區(qū)、重要改善區(qū)、一般改善區(qū)3類生態(tài)修復(fù)改善區(qū)。并對(duì)劃分后的不同類型生態(tài)改善區(qū)提出針對(duì)性的生態(tài)修復(fù)方向的措施。

圖4 生態(tài)源地最小面積閾值的選取 Fig.4 Selection of the minimum size threshold of ecological sources

圖5 生態(tài)源地和生態(tài)廊道分布Fig.5 Distribution of ecological sources and ecological corridors

2 結(jié)果分析

2.1 生態(tài)源地的確定

本文在生態(tài)源地最小面積閾值選取的過程中,研究了生態(tài)斑塊數(shù)目、生態(tài)源地占MSPA模型確定的生態(tài)核心區(qū)面積的比例與源地最小面積的關(guān)系(圖4)。生態(tài)源地斑塊數(shù)隨著最小面積閾值的增大呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì),生態(tài)斑塊數(shù)最多為1731個(gè),此時(shí)對(duì)應(yīng)的生態(tài)核心區(qū)全域面積為559.25 km2。最小面積閾值在0—0.5 km2時(shí),生態(tài)源斑塊呈現(xiàn)劇烈下降的趨勢(shì),下降到138個(gè)。當(dāng)最小面積閾值在0.5—2 km2時(shí),生態(tài)源斑塊緩慢下降,從138個(gè)下降到45個(gè)。當(dāng)最小面積閾值大于2 km2時(shí),生態(tài)斑塊數(shù)目下降基本穩(wěn)定,此時(shí)生態(tài)斑塊數(shù)與最小面積閾值的一階導(dǎo)數(shù)接近為0?？梢钥闯?最小面積的閾值選取會(huì)對(duì)生態(tài)源地面積有一定的影響,但小于2 km2的1686個(gè)生態(tài)斑塊(占比為97.40%)占核心區(qū)的面積比例不到30%。

本研究通過MSPA模型共識(shí)別生態(tài)景觀要素面積共1359.47 km2,其中核心區(qū)567.15 km2,面積占比為41.7%,景觀類型多為林地和草地,其次為水域。南部山區(qū)部分區(qū)域景觀集聚程度明顯,面積較大且穩(wěn)定性較強(qiáng)。西南部、中部、東南部地區(qū)生態(tài)斑塊分布較為分散且破碎化較為嚴(yán)重。說明研究區(qū)南部的核心斑塊連通性較差,生態(tài)流動(dòng)相對(duì)較為困難。共識(shí)別出35個(gè)生態(tài)源地,面積為567.15 km2,占市域面積的5.54%。最大的生態(tài)源地面積為74.18 km2,最小的生態(tài)源地面積為2.15 km2。

2.2 生態(tài)廊道的提取結(jié)果

生態(tài)廊道是生態(tài)安全格局重要組成部分,一般是一定寬度的條狀區(qū)域。本文共得到63條生態(tài)廊道(圖5)長度介于0.28—58.47 km,總長度為818.42 km,平均廊道長度為12.99 km。全市廊道空間分布存在明顯差異,中南部地區(qū)廊道豐富、阻力低；北部廊道分布較為稀疏,阻力處于高值。受城市建成區(qū)擴(kuò)張以及南部山區(qū)部分生態(tài)用地被占用,部分源地之間雖然有潛在的相互連接的趨勢(shì),但并未模擬出完整的生態(tài)廊道。生態(tài)廊道是各個(gè)生態(tài)源地加強(qiáng)孤立斑塊之間的聯(lián)系,市域總體呈現(xiàn)出“一屏、一帶、三軸、多點(diǎn)”的生態(tài)安全格局?！耙黄痢敝改喜可絽^(qū)生態(tài)安全屏障,從長清區(qū)至萊蕪區(qū)北部,整體沿地勢(shì)相對(duì)較高的南部山區(qū)邊界延伸,主要承擔(dān)區(qū)域水源涵養(yǎng)和維持生物多樣性的重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,是維護(hù)好濟(jì)南生態(tài)安全的重要底線?！耙粠А笔侵秆攸S生態(tài)保護(hù)帶,從西南到東北區(qū)域沿黃跨過市區(qū),主要連接了濟(jì)西國家濕地公園、鵲山水庫等重要生態(tài)源地?！叭S”主要是自西向東依次是：玉符河、小清河、大清河生態(tài)保育軸?！岸帱c(diǎn)”是由濟(jì)西國家濕地公園、鵲山水庫等生態(tài)保護(hù)區(qū)組成的生態(tài)源點(diǎn)。總體而言,濟(jì)南市生態(tài)廊道主要分布在植被覆蓋度高、降水量較高的山區(qū),大部分避開了地質(zhì)災(zāi)害敏感度較高的區(qū)域,為生態(tài)源地彼此間增加物種信息交流、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)搭建了橋梁。

2.3 生態(tài)夾點(diǎn)與障礙點(diǎn)的識(shí)別與修復(fù)策略

本研究初步識(shí)別的生態(tài)“夾點(diǎn)”如圖中紅色區(qū)域(圖6)。為保持生態(tài)系統(tǒng)的完整性、連續(xù)性和便于管理性,本研究將過于破碎的細(xì)小的生態(tài)“夾點(diǎn)”進(jìn)行去除,最終識(shí)別的生態(tài)“夾點(diǎn)”共25處,總面積為16.16 km2,主要分布在山區(qū)廊道的交叉點(diǎn)。其中,歷城區(qū)生態(tài)“夾點(diǎn)”數(shù)量最多共計(jì)14個(gè),面積為8.58 km2,占比最大；長清區(qū)3個(gè),面積為2.60 km2；章丘區(qū)3個(gè),面積為1.94 km2,分布面積占比最?。蝗R蕪區(qū)2個(gè),面積為3.04 km2。

圖6 生態(tài)夾點(diǎn)的識(shí)別Fig.6 Identification of ecological pinch point

圖7 生態(tài)障礙點(diǎn)的識(shí)別Fig.7 Recognition of ecological obstacle points

生態(tài)障礙點(diǎn)的識(shí)別結(jié)果如圖7所示,由藍(lán)到紅的代表著改善區(qū)域的重要性,紅色代表亟需改善的區(qū)域就是生態(tài)障礙點(diǎn)。共識(shí)別生態(tài)障礙點(diǎn)34處,面積為6.90 km2。其中,長清區(qū)的障礙點(diǎn)最為8個(gè),面積為1.26 km2,占比為18.26%；萊蕪區(qū)9個(gè),面積為1.46 km2；歷城區(qū)10個(gè),面積0.74 km2；章丘區(qū)7個(gè),面積為3.44 km2,占比最大為49.86%。其中面積低于0.2 km2的障礙點(diǎn)個(gè)數(shù)為23個(gè),個(gè)數(shù)占比為67.6%,此類障礙點(diǎn)修復(fù)難度較小,修復(fù)完成后對(duì)區(qū)域整體生態(tài)連通性有較大提升幅度。障礙點(diǎn)大部分位于生態(tài)廊道的范圍生境內(nèi)?，F(xiàn)狀用地類型為園地、農(nóng)田、建設(shè)用地、居民點(diǎn)等,此類用地的共同點(diǎn)就是下墊面硬化程度較高,對(duì)生境質(zhì)量的連通性有一定的割裂行為。

針對(duì)識(shí)別出的關(guān)鍵區(qū)域的生態(tài)“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn),提出相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)修復(fù)措施(表2)。在生態(tài)“夾點(diǎn)”中,待保護(hù)修復(fù)的林地、農(nóng)田、園地分別占總節(jié)點(diǎn)面積的58.20%、15.35%、12.90%。在障礙點(diǎn)中,待保護(hù)修復(fù)的農(nóng)業(yè)用地、林地、建設(shè)用地分別占總節(jié)點(diǎn)面積的57.61%、36.53%、5.09%。針對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的修復(fù)提出以下修復(fù)方向的建議。針對(duì)林地的保護(hù)修復(fù),一是應(yīng)該展開山地丘陵地區(qū)森林資源生態(tài)修復(fù),注重實(shí)施新一輪退耕還林,因地制宜降低景觀破碎化程度。二是在地質(zhì)災(zāi)害防治為主的區(qū)域,需通過加強(qiáng)邊坡植被的管理,加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防治工程建設(shè)。三是對(duì)低效林和疏林地,通過優(yōu)化樹種結(jié)構(gòu),提高森林質(zhì)量,進(jìn)一步提升林業(yè)碳匯能力。針對(duì)農(nóng)業(yè)用地的保護(hù)修復(fù),一是應(yīng)該積極推進(jìn)全域土地綜合整治工作,整體推進(jìn)農(nóng)用地整理,加強(qiáng)農(nóng)田整治工程,實(shí)行生態(tài)農(nóng)業(yè)。二是著力改善農(nóng)田及周邊生境,恢復(fù)田間生物群落和生態(tài)鏈,提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性。三是進(jìn)行鄉(xiāng)村道路整治,提高道路兩旁的植被覆蓋度以及植物多樣性。針對(duì)建設(shè)用地的修復(fù),一是道路布局方面應(yīng)該注重避讓周圍生態(tài)用地,避免進(jìn)一步影響生態(tài)空間破碎化。二是加強(qiáng)城市綠廊、綠楔、綠心等系統(tǒng)建設(shè),提高城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。三是利用低影響開發(fā)的理念改變路面和建筑屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)與特性,改變路面的透水性質(zhì),提高城市用地的生態(tài)系統(tǒng)的韌性。

表2 濟(jì)南市關(guān)鍵區(qū)域生態(tài)保護(hù)與生態(tài)修復(fù)策略

3 討論

生態(tài)恢復(fù)區(qū)的改善是城市生態(tài)規(guī)劃和生態(tài)修復(fù)工程規(guī)劃重要的組成部分[51],以往的研究對(duì)部分關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行識(shí)別并給出比較通用的生態(tài)修復(fù)措施,并沒有以加強(qiáng)市域整體生態(tài)連通性的視角給出明確的生態(tài)恢復(fù)改善區(qū)域[27]。在一些已確定的生態(tài)改善恢復(fù)區(qū)域[13],僅提出了較為模糊的生態(tài)修復(fù)措施。這種方法對(duì)開展落地性的市域尺度的生態(tài)修復(fù)難以起到明確的參考意義。本研究基于電路理論模型,構(gòu)建了分區(qū)域、分層次的生態(tài)恢復(fù)改善區(qū)域,并提出相關(guān)的措施。

圖8 生態(tài)保護(hù)與修復(fù)分區(qū)Fig.8 Ecological protection and restoration zones

研究得到需要生態(tài)改善面積為2994.84 km2(圖8)。極重要改善區(qū)面積為96.1 km2,占生態(tài)修復(fù)分區(qū)比例為3.21%,主要分布在長清區(qū)東部、歷城區(qū)西南部、萊蕪區(qū)北部,用地類型主要為林地、農(nóng)業(yè)用地,兩者共占極重要改善區(qū)面積的78.03%。重要改善區(qū)面積為340.481 km2,面積占比為11.37%,用地類型主要為林地、農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地,三者占重要改善區(qū)面積的91%。首先,可以看出極重要和重要改善區(qū)與生態(tài)“夾點(diǎn)”、生態(tài)障礙點(diǎn)的范圍分布較為重合,生態(tài)修復(fù)改善區(qū)的面積也幾乎包含了所有的廊道。其次,通過疊加經(jīng)過地質(zhì)災(zāi)害敏感性修正后的生態(tài)阻力面,可以發(fā)現(xiàn)極重要和重要改善區(qū)同時(shí)也包含了阻力值較大、易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域,如歷城區(qū)的部分重要改善區(qū)。通過對(duì)上述區(qū)域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)對(duì)提升濟(jì)南市的景觀連通性以及生態(tài)安全格局穩(wěn)定程度有重要意義。

考慮到進(jìn)行不同級(jí)別的改善恢復(fù)區(qū)生態(tài)修復(fù)需要不同的經(jīng)濟(jì)成本,例如部分改善區(qū)的土地利用類型為建設(shè)用地等開發(fā)強(qiáng)度較大的區(qū)域,所以在生態(tài)修復(fù)過程中要堅(jiān)持“尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然,自然恢復(fù)”的理念,堅(jiān)持“宜林則林、宜草則草、宜荒則荒”的修復(fù)原則,分類施策,科學(xué)治理?；诖?本文確定的改善區(qū)提出如下生態(tài)修復(fù)措施。一是針對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)注意高效保護(hù)和重點(diǎn)培育,加強(qiáng)森林資源的調(diào)查與保護(hù),運(yùn)用多種樹種混交原則,培育綠色生態(tài)廊道建設(shè),優(yōu)化樹種結(jié)構(gòu),提升林地質(zhì)量。加強(qiáng)破損山體綜合治理修復(fù),實(shí)施一批國土綠化和森林生態(tài)屏障建設(shè)工程、破損山體生態(tài)修復(fù)工程、采空塌陷區(qū)治理工程、地質(zhì)災(zāi)害防治示范工程等系列工程。二是針對(duì)農(nóng)業(yè)用地生態(tài)系統(tǒng)實(shí)施新一輪土地綜合整治,實(shí)施高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè),大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè),提高土地的節(jié)約化和資源化水平。對(duì)存在退化的農(nóng)田實(shí)施農(nóng)田改善工程,充分依靠農(nóng)田道路恢復(fù)本地的生物群落、田間生物棲息和繁衍的生態(tài)環(huán)境,構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)網(wǎng)絡(luò)以維護(hù)農(nóng)田生物多樣性。實(shí)施一批生態(tài)化設(shè)計(jì)的土地平整工程、基于自然的解決方案的全域土地綜合整治試點(diǎn)示范工程、新型農(nóng)村社區(qū)建設(shè)工程、田間生態(tài)化道路工程、田間生態(tài)溝渠、生物棲息地生態(tài)保護(hù)工程等。三是針對(duì)城市建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)加強(qiáng)城市水土修復(fù),加強(qiáng)城市科學(xué)綠化,通過拆遷建綠、見縫插綠、立體綠化、屋頂綠化等措施拓展城市生態(tài)空間,厚植“綠”的底色。探索“生態(tài)保育+氣候適應(yīng)性城市”、“海綿城市”等生態(tài)概念融入城市建設(shè),加強(qiáng)城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),尤其是針對(duì)城市邊界的大肆擴(kuò)張?jiān)斐傻纳橙笔Э臻g。增加城市應(yīng)對(duì)氣候變化的能力。進(jìn)一步優(yōu)化地面設(shè)計(jì),改變下墊面的滲透性。注重實(shí)施一批城市綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)碳匯建設(shè)工程、海綿城市建設(shè)工程、老舊公園綠色化改造工程。

然而,本研究雖然在一定程度上識(shí)別濟(jì)南的生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域,也提出相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)措施,但考慮到濟(jì)南特殊的地質(zhì)環(huán)境,如果采用單一的工程措施進(jìn)行生態(tài)修復(fù),必然對(duì)區(qū)域本地生態(tài)系統(tǒng)有一定的影響。首先,例如識(shí)別的有8處關(guān)鍵區(qū)域位于鐵路和公路附近,極重要和重要區(qū)中存在部分建設(shè)用地,如何統(tǒng)籌利用最低的修復(fù)成本和以最低的生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行生態(tài)修復(fù)？其次,如何將基于自然的解決方案(Nature Based Solution, NBS)的理念融入國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)全過程中,既減少現(xiàn)有生境質(zhì)量的干擾,又使得修復(fù)區(qū)域的利益相關(guān)方參與進(jìn)來并獲取生態(tài)效益。同時(shí)如何設(shè)計(jì)不同的生態(tài)修復(fù)情景,并根據(jù)生態(tài)修復(fù)代價(jià)進(jìn)行修復(fù)的重點(diǎn)和順序,在未來是一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

4 結(jié)論

本研究基于生態(tài)源地、地質(zhì)災(zāi)害敏感性修訂的生態(tài)阻力面,利用電路理論模型提取生態(tài)廊道、生態(tài)夾點(diǎn)以及障礙點(diǎn),進(jìn)一步劃分生態(tài)改善區(qū),系統(tǒng)構(gòu)建了“點(diǎn)—線—面”的生態(tài)安全格局同時(shí)為未來濟(jì)南市生態(tài)修復(fù)提供了方向。主要結(jié)論如下：

(1)濟(jì)南市生態(tài)源地?cái)?shù)量為35個(gè),面積為567.15 km2,占市域面積的5.54%。生態(tài)廊道長度為818.42 km。待修復(fù)生態(tài)“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)分布為25處和35處,面積分別為16.16 km2和7.44 km2,其中共有5處生態(tài)“夾點(diǎn)”與生態(tài)障礙點(diǎn)幾乎重合,是未來亟需開展生態(tài)修復(fù)與保護(hù)的區(qū)域。其中生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域主要分布在歷城區(qū)、章丘區(qū)、萊蕪區(qū)、長清區(qū)。生態(tài)改善區(qū)面積共為2994.84 km2。

(2)基于識(shí)別的生態(tài)保護(hù)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域和生態(tài)改善區(qū)的空間格局分布,結(jié)合土地利用現(xiàn)狀和衛(wèi)星影像,本文提出各類生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的重點(diǎn)方向以及生態(tài)修復(fù)重要工程措施指引。研究可為濟(jì)南市國土空間生態(tài)保護(hù)與修復(fù)規(guī)劃和“十四五”生態(tài)保護(hù)規(guī)劃提供參考,同時(shí)對(duì)市域生態(tài)修復(fù)重大工程謀劃具有一定的參考價(jià)值。