毛源遠(yuǎn)，張正棟，董劍彬，楊 陽(yáng)，曹 君，陳宋佳，匡騰飛

（1. 華南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，廣州 510631；2. 廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，廣州 510631；3. 深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中，人類(lèi)強(qiáng)烈的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能與格局發(fā)生巨大變化，日益突出的生態(tài)安全問(wèn)題受到政府和社會(huì)的廣泛關(guān)注。生態(tài)系統(tǒng)作為食物、水、土地和能源供應(yīng)和生產(chǎn)關(guān)系中的支柱代表（Karabulut et al.,2018），在許多國(guó)家和地區(qū)尤其是發(fā)展中國(guó)家呈現(xiàn)惡化和透支趨勢(shì)（傅伯杰等，2017）。生態(tài)安全廣義上強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的健康、完整性和可持續(xù)性是自身安全的關(guān)鍵，狹義上強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)向人類(lèi)提供完善的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能（崔勝輝等，2005），生態(tài)安全格局作為由景觀中的關(guān)鍵局部、位置和空間聯(lián)系組成的潛在生態(tài)空間格局（俞孔堅(jiān)等，2009），應(yīng)密切關(guān)注聯(lián)系人類(lèi)福祉的資源要素，構(gòu)建相關(guān)生態(tài)源地、節(jié)點(diǎn)及廊道等，有針對(duì)性地優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全格局并提供實(shí)踐性建議、措施，以協(xié)調(diào)資源要素空間平衡，滿足人類(lèi)福祉、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)安全格局研究始于上世紀(jì)末，國(guó)外多以生態(tài)網(wǎng)絡(luò)或綠色基礎(chǔ)設(shè)施為生態(tài)安全格局建設(shè)的主要形式，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注城市增長(zhǎng)邊界與生態(tài)控制線（Benedict et al.,2002;Esbah et al.,2009;Kong et al.,2010；彭建等，2017；王云等，2019）。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，生態(tài)安全格局研究逐漸形成“源地識(shí)別－阻力面構(gòu)建－廊道提?。踩窬峙卸ā钡幕痉妒剑ㄅ斫ǖ?，2018；張豆等，2019），其中生態(tài)源地的確定和生態(tài)廊道的識(shí)別是核心環(huán)節(jié)（彭建等，2017）。較少學(xué)者從資源角度出發(fā)提取生態(tài)源地，而資源要素與人類(lèi)福祉聯(lián)系密切，對(duì)于提高生態(tài)安全質(zhì)量具有重要作用。因此，在借鑒波恩會(huì)議“WEF-Nexus”提出的“水－糧食－能源”紐帶基礎(chǔ)上，本文將從水能糧視角探討生態(tài)安全問(wèn)題。水能糧3種資源作為聯(lián)系社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，是生態(tài)系統(tǒng)安全領(lǐng)域的重要主題（Sharmina et al.,2016）。水、能源、糧食相互依賴，且3 種資源的安全有賴于生態(tài)系統(tǒng)的完整性（Saidur et al.,2011），任意一種缺失都會(huì)破壞“水－能源－糧食”耦合關(guān)系間的平衡，導(dǎo)致社會(huì)無(wú)法運(yùn)作，從而引發(fā)動(dòng)蕩。已有研究探討了水、能源和糧食的概念、框架和方法（Bizikova et al., 2016）及其與生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系（Rasul et al.,2012;Mariam et al., 2014），但在綜合生態(tài)景觀方面研究不足（FAO,2012），且較少?gòu)乃芗Z資源對(duì)生態(tài)安全格局進(jìn)行考量。因此從“水－能源－糧食”視角構(gòu)建生態(tài)安全格局，能夠針對(duì)性優(yōu)化其資源安全格局，較大程度滿足人類(lèi)福祉（Bielicki et al.,2019）。

粵港澳大灣區(qū)作為中國(guó)開(kāi)放程度最高、經(jīng)濟(jì)活力最強(qiáng)的區(qū)域之一，人口密度較大、經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展導(dǎo)致研究區(qū)能源消耗加劇、用水需求緊迫、耕地面積減少，人類(lèi)活動(dòng)需求與水、能源、糧食資源供給矛盾突出，面臨著嚴(yán)重的生態(tài)系統(tǒng)功能退化問(wèn)題，急需對(duì)其開(kāi)展生態(tài)安全格局研究。此外，盡管《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》（下文簡(jiǎn)稱為《綱要》）從多角度為解決區(qū)域發(fā)展空間緊張，資源能源約束，生態(tài)環(huán)境壓力增大，人口紅利減退等問(wèn)題提出有效措施，但缺失融合多要素的評(píng)價(jià)及規(guī)劃?！八茉矗Z食”視角能夠豐富灣區(qū)生態(tài)安全格局的優(yōu)化模式，為其各資源要素的空間調(diào)配提供建議，推動(dòng)灣區(qū)可持續(xù)發(fā)展。因此，本文基于“水－能源－糧食”視角以其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為基礎(chǔ)，識(shí)別、確定生態(tài)源地，結(jié)合珞珈一號(hào)夜間燈光數(shù)據(jù)修正研究區(qū)生態(tài)阻力系數(shù)，運(yùn)用最小累積阻力模型（Mini‐mum Cumulative Resistance, MCR）識(shí)別粵港澳大灣區(qū)源地間成本耗費(fèi)最小的生態(tài)廊道，構(gòu)建并提出粵港澳大灣區(qū)生態(tài)安全格局的優(yōu)化建議。以期為粵港澳大灣區(qū)水、能源和糧食3種資源要素的空間調(diào)配提供科學(xué)性指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

粵港澳大灣區(qū)城市群（21°25′—24°30′N(xiāo)、111°12′—115°35′E，以下簡(jiǎn)稱“粵港澳大灣區(qū)”）由廣州、深圳、珠海、佛山、東莞、中山、惠州、江門(mén)、肇慶9 個(gè)地級(jí)市和香港、澳門(mén)2 個(gè)特別行政區(qū)組成，以林地和不透水面為主要土地利用類(lèi)型（圖1），位于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，年降水量為1 300～2 200 mm。地處珠江下游，占地面積約5.65 萬(wàn)km2，相較美國(guó)紐約灣區(qū)、舊金山灣區(qū)、日本東京灣區(qū)，粵港澳大灣區(qū)是世界“最高人口密度”的灣區(qū)城市群，人口密度最高地區(qū)為1 212人/km2。城市化的快速發(fā)展導(dǎo)致粵港澳大灣區(qū)的水資源、能源和糧食消耗巨大，且人口的逐年增加致使近10年日均能源消費(fèi)量顯著增長(zhǎng)，資源供需矛盾加劇，人均水資源量、糧食消耗量呈下降趨勢(shì)，以水資源、能源、糧食為基礎(chǔ)的生態(tài)空間逐漸萎縮，生態(tài)問(wèn)題日益凸顯。

圖1 2017年粵港澳大灣區(qū)土地利用類(lèi)型Fig.1 Land-use types of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in 2017

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)主要包括：1）土地利用數(shù)據(jù)。采用清華大學(xué)宮鵬團(tuán)隊(duì)發(fā)布的2017年中國(guó)基本城市土地利用類(lèi)型制圖，空間分辨率為30 m，包括耕地、林地、草地、灌木林地、濕地、水體、不透水面、未利用地8個(gè)地類(lèi)；2）氣象數(shù)據(jù)。降水、日照、溫度等數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心①http://www.resdc.cn，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況使用克里金空間插值法得到粵港澳大灣區(qū)年降水量、日照、氣溫等分布情況；3）夜間燈光數(shù)據(jù)。選取2018年廣東省范圍內(nèi)的珞珈一號(hào)燈光數(shù)據(jù)②59.175.109.173:8888/index.html，經(jīng)鑲嵌（Mosaic）、裁剪（Clip）等處理后得到研究區(qū)夜間燈光數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)產(chǎn)品每個(gè)柵格為30弧度；4）糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)。來(lái)自廣東省及粵港澳大灣區(qū)各地級(jí)市年鑒；5）土壤屬性數(shù)據(jù)。采用國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心發(fā)布的基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HWSD） 的2009 年中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集（v1.1）；6）數(shù)字高程模型（Digital Elevation Mod‐el,DEM）數(shù)據(jù)。采用GDEMV2數(shù)字高程數(shù)據(jù)，分辨率為30 m，源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)③http://www.gscloud.cn。

2 方法與模型構(gòu)建

2.1 生態(tài)源地識(shí)別

InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Ser‐vices and Tradeoffs）模型主要用于評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量，能夠定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，包括產(chǎn)水、固碳等服務(wù)。生態(tài)源地作為生物擴(kuò)散和遷移的集聚點(diǎn)（陳利頂?shù)龋?006），對(duì)資源要素的流動(dòng)、傳輸具有重要作用。選取產(chǎn)水服務(wù)、固碳服務(wù)與糧食生產(chǎn)服務(wù)作為“水－能源－糧食”生態(tài)安全格局構(gòu)建中源地識(shí)別的依據(jù)。具體模擬方法為：

1）產(chǎn)水服務(wù)

InVEST模型的產(chǎn)水模塊是一種基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)計(jì)算年尺度產(chǎn)水量的估算方法，采用InVEST 3.8.0開(kāi)展模擬研究。

式中：Y(x)為區(qū)域內(nèi)每個(gè)柵格單元x的年均產(chǎn)水量；AET(x)是柵格單元x的年實(shí)際蒸散量；P(x)是柵格單元x的年降水量。AET(x)/P(x) （實(shí)際蒸散量與降水量比值）按照Z(yǔ)hang 等（2004）提出的基于Budyko曲線改進(jìn)的方程計(jì)算：

式中：PET(x)為潛在蒸散量；w(x)為自然氣候－土壤性質(zhì)的非物理參數(shù)。其中，PET(x)的計(jì)算公式為：

式中：Kc(lx)為柵格單元x中土地利用/覆被類(lèi)型的蒸散系數(shù)，取值范圍在0～1.5；ETo(x)為柵格單元x的參考作物潛在蒸散量，采用改進(jìn)的Hargreaves公式（Droogers et al.,2002）計(jì)算：

式中：RA 為太陽(yáng)輻射量；Tav為日最高氣溫和最低氣溫的平均值；TD 為日最高氣溫和最低氣溫的差值；P為月降水量。

w(x)是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，InVEST 模型采用Donohue等（2012）提出的公式計(jì)算w(x)：

2）固碳服務(wù)

InVEST 模型中的碳儲(chǔ)存模塊是根據(jù)研究區(qū)內(nèi)不同土地利用類(lèi)型和四大碳庫(kù)（地上植被、地下植被、土壤和死亡有機(jī)物）的碳儲(chǔ)量估算當(dāng)前景觀的碳儲(chǔ)量或時(shí)間段內(nèi)的碳固持。將粵港澳大灣區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)與各土地利用類(lèi)型的碳密度數(shù)據(jù)輸入In‐VEST 模型中，即可得到其碳儲(chǔ)量空間變化。公式為：

式中：Ctotal是指總碳儲(chǔ)量；Cabove是指地上生物量的碳儲(chǔ)量；Cbelow是指地下生物量的碳儲(chǔ)量；Csoil是指土壤碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量；Cdead是指死亡的有機(jī)質(zhì)碳儲(chǔ)量。

3）糧食生產(chǎn)服務(wù)

將市統(tǒng)計(jì)部門(mén)獲取的以區(qū)縣為單元的糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)，除以區(qū)縣面積換算為單位面積糧食產(chǎn)量，賦值到粵港澳大灣區(qū)矢量圖并轉(zhuǎn)換為柵格格式，生成大灣區(qū)糧食生產(chǎn)服務(wù)。公式為：

式中：g(x)是指各縣區(qū)單位x的糧食生產(chǎn)服務(wù)值；gy(x)是各縣區(qū)單位x的糧食年產(chǎn)量；s(x)是各縣區(qū)單位x的行政區(qū)面積。其中由于東莞市、中山市為市管鎮(zhèn)體制，因此保留東莞市、中山市，此二者根據(jù)地級(jí)市獲取并處理數(shù)據(jù)，其他地級(jí)市依據(jù)區(qū)縣數(shù)據(jù)。

2.2 阻力面構(gòu)建

物種、能量在不同景觀單元間遷移、流動(dòng)時(shí)會(huì)受到阻礙（王潔等，2012），阻力面構(gòu)建是物種在遷移過(guò)程中克服阻力擴(kuò)散形成路徑的基礎(chǔ)（劉孝富等，2010），主要體現(xiàn)為不同土地利用類(lèi)型的差異。然而，對(duì)土地利用類(lèi)型均一化賦值會(huì)掩蓋同一地表覆被類(lèi)型下的生態(tài)阻力差異，忽略人類(lèi)活動(dòng)干擾的影響。而夜間燈光數(shù)據(jù)可以較好地表征人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化水平和能源消耗等方面，能很好地體現(xiàn)人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度（吳健生等，2014）。由于數(shù)據(jù)可獲得性問(wèn)題，使用2018 年10 月的珞珈一號(hào)夜間燈光數(shù)據(jù)表征人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度，其輻射亮度值從0～1 059 470，黑色區(qū)域像元亮度值等于0為背景區(qū)域，表示沒(méi)有燈光；白色區(qū)域像元亮度值大于0為燈光區(qū)域，以顏色的深淺表示燈光的強(qiáng)弱，該輻射亮度值與DN值的關(guān)系為：

式中：L為絕對(duì)輻射校正后輻射亮度值，單位為W/（m2·sr·μm）；DN為圖像灰度值。

綜合土地利用類(lèi)型和人類(lèi)活動(dòng)特征修正和構(gòu)建基本生態(tài)阻力面，將粵港澳大灣區(qū)各土地利用類(lèi)型的基本阻力系數(shù)設(shè)定在1～500（李暉 等，2011），其中林地的基本阻力系數(shù)為1，草地20，濕地20，灌木林地25，耕地30，水體50，裸土300，不透水面500，具體為：

式中：Rx為基于夜間燈光指數(shù)修正的柵格生態(tài)阻力系數(shù)；NLx為柵格x的夜間燈光指數(shù)；NLj為柵格x對(duì)應(yīng)的景觀類(lèi)型j的平均夜間燈光指數(shù)；R為柵格x對(duì)應(yīng)土地利用類(lèi)型的基本生態(tài)阻力系數(shù)。

2.3 生態(tài)廊道構(gòu)建

生態(tài)廊道作為生態(tài)系統(tǒng)中各類(lèi)能量流動(dòng)的連通載體，是生態(tài)安全格局的重要組成部分。在綜合分析以往學(xué)者提出的生態(tài)廊道提取方法（趙旭等，2019）的基礎(chǔ)上，借助Knaapen 等提出的MCR 模型，該模型以計(jì)算物種從“源”到“匯”移動(dòng)過(guò)程中所需耗費(fèi)的成本為基礎(chǔ)，模擬其穿越不同景觀基面的路徑過(guò)程，并反映其運(yùn)動(dòng)的潛在趨勢(shì)（Knaap‐en et al.,1992），計(jì)算公式為：

式中：MCR為最小累積阻力值；Dij為物種從源地j到景觀單元i的空間距離；Ri為景觀單元對(duì)某物種運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)；f表示最小累積阻力與生態(tài)過(guò)程的正相關(guān)關(guān)系。通過(guò)ArcGIS 10.2中成本路徑功能，計(jì)算生態(tài)源地對(duì)應(yīng)的最小成本路徑。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)源地識(shí)別

3.1.1 “水－能源－糧食”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估

通過(guò)自然斷點(diǎn)法將粵港澳大灣區(qū)產(chǎn)水、固碳和糧食生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為高、較高、一般、較低、低5個(gè)等級(jí)。由圖2可見(jiàn)，產(chǎn)水、固碳和糧食生產(chǎn)均表現(xiàn)出較明顯的空間異質(zhì)性。研究區(qū)產(chǎn)水服務(wù)高值區(qū)主要位于粵港澳大灣區(qū)中部地區(qū)，集中于廣州市中心城區(qū)、深圳市、佛山市、中山市和東莞市（圖2-a），最高值達(dá)1 706.43 mm，這一區(qū)域以不透水面為主要土地利用覆被，大量不透水面導(dǎo)致水分的蒸騰作用減弱，并降低了水分的下滲作用，因而增加了水源供給。低值區(qū)位于研究區(qū)的西北部和東部，最低值為229.37 mm，主要分布在肇慶市和惠州市北部；固碳服務(wù)高值區(qū)主要位于灣區(qū)外圈（圖2-b），多處于4.27～10.85 t，這些地區(qū)以林地為主，植被覆蓋率高，呈現(xiàn)由外向內(nèi)圈層遞減的趨勢(shì)；糧食生產(chǎn)服務(wù)高值區(qū)主要位于大灣區(qū)的西部，集中于肇慶市的四會(huì)市、高要區(qū)和江門(mén)市的開(kāi)平市、新會(huì)區(qū)、合山市（圖2-c），其值范圍為87.98～130.54 t/km2，主要是由于這些地區(qū)以農(nóng)耕等第一產(chǎn)業(yè)為主，具有深厚的種植文化底蘊(yùn)，是大灣區(qū)重要的糧食產(chǎn)地，也是廣東省生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)米最大的區(qū)域，其糧食產(chǎn)量遠(yuǎn)高于灣區(qū)內(nèi)部城市。

圖2 粵港澳大灣區(qū)“水-能源-糧食”單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（a.產(chǎn)水服務(wù)；b.固碳服務(wù)；c.糧食生產(chǎn)服務(wù)）Fig.2 "Water,Energy and Food"single ecosystem services in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area(a.Water yield service;b.Carbon sequestration service;c.Food production service)

參考已有研究（Huckleberry et al., 2019; Yi et al.,2020；張琨等，2020），對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行累加處理得到綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并將其劃分5個(gè)重要性等級(jí)，由低到高分別對(duì)應(yīng)于綜合價(jià) 值 量0.11～0.73、0.74～1.05、1.06～1.33、1.34～1.69、1.70～2.80?？梢钥闯?，重要性等級(jí)高值區(qū)和較高值區(qū)主要位于粵港澳大灣區(qū)西部和東部，低等級(jí)面積分布在研究區(qū)的中部（圖3）。其中，江門(mén)市和肇慶市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高、較高等級(jí)面積大，而低等級(jí)面積集中在佛山、廣州、東莞市?！八茉矗Z食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性整體空間分布趨勢(shì)與糧食生產(chǎn)和固碳服務(wù)格局相似，呈現(xiàn)由外向內(nèi)圈層遞減的趨勢(shì)。由于各地區(qū)面積絕對(duì)值不同，因此選擇各等級(jí)的面積占比分析區(qū)域主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等級(jí)。如圖4所示，江門(mén)、肇慶的高、較高等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)占比高，說(shuō)明其“水－能源－糧食”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)基底條件較好；而澳門(mén)特別行政區(qū)、中山、東莞和佛山等低等級(jí)面積占比高，其“水－能源－糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較差。

圖3 粵港澳大灣區(qū)“水-能源-糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)Fig.3 "Water,Energy and Food"integrated ecosystem services in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

圖4 粵港澳大灣區(qū)各市、行政區(qū)內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等級(jí)面積占比Fig.4 Proportion of different ecosystem service levels in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area municipalities and administrative areas

3.1.2 重要生態(tài)源地 根據(jù)綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布和斑塊面積，生態(tài)區(qū)大致可以分為4 種類(lèi)型，分別是生態(tài)源地、生態(tài)保護(hù)區(qū)、生態(tài)過(guò)渡區(qū)和生態(tài)建設(shè)區(qū)，統(tǒng)稱為“四區(qū)”（表1、圖5）。由于大范圍面積生態(tài)源地得以發(fā)揮改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作用，因此選取“水－能源－糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高、較高等級(jí)且面積＞50 km2的斑塊作為生態(tài)源地。粵港澳大灣區(qū)生態(tài)源地總面積9 626.11 km2，主要分布在研究區(qū)東部和西部的山地、丘陵地區(qū)，對(duì)應(yīng)位于江門(mén)市、惠州市中部和肇慶市，海拔平均1 000 m 以上，地勢(shì)相對(duì)較高，以林地類(lèi)型為主。其中，梁化國(guó)家森林公園、三岳自然保護(hù)區(qū)、大稠頂自然保護(hù)區(qū)、竹海森林公園、鼎湖山自然保護(hù)區(qū)、羚羊峽森林公園、孔雀湖國(guó)家濕地公園、北峰山國(guó)家森林公園、河排森林公園等近10個(gè)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)及公園，基本包括在生態(tài)源地范圍內(nèi)，說(shuō)明本文生態(tài)源地的選取較為科學(xué)合理。生態(tài)保護(hù)區(qū)由“水－能源－糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中高、較高等級(jí)且面積＜50 km2的斑塊組成，其中，江門(mén)市和肇慶市占比最高，分別為57.06%和28.22%，該區(qū)水、能源和糧食等生態(tài)資源豐富，具有顯著的生態(tài)功能效應(yīng)，但由于分散、面積不足，較生態(tài)源地而言無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離地提供持續(xù)性生態(tài)效益，且受到侵蝕破壞導(dǎo)致消失的可能性大，因此需要加以重點(diǎn)保護(hù)并充分發(fā)揮其生態(tài)價(jià)值為周邊地區(qū)提供溢出效益；生態(tài)過(guò)渡區(qū)由“水－能源－糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中一般和較低等級(jí)斑塊組成，主要分布在大灣區(qū)惠州市、肇慶市中部和廣州市北部，分別占比37.97%、22.81%和16.81%，該區(qū)生態(tài)資源較匱乏，生態(tài)功能效益較弱，處于自然生態(tài)向社會(huì)經(jīng)濟(jì)逐漸傾斜的空間過(guò)程，對(duì)該區(qū)域應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，加強(qiáng)其緩沖功能來(lái)嚴(yán)格控制以城鎮(zhèn)建設(shè)用地為主的社會(huì)經(jīng)濟(jì)空間的蔓延；生態(tài)建設(shè)區(qū)由“水－能源－糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中最低等級(jí)斑塊組成，集中分布以不透水面為主的城鎮(zhèn)建設(shè)用地，主要位于佛山、廣州、東莞、中山等地，該區(qū)水、能源、糧食等生態(tài)資源極度匱乏，生態(tài)功能效益差，生態(tài)需求程度高，應(yīng)重點(diǎn)投入生態(tài)建設(shè)，通過(guò)對(duì)該區(qū)域的水、能源、糧食等資源投入與公園綠地等生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)其與生態(tài)過(guò)渡區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)和生態(tài)源地的連通，盡可能限制城鎮(zhèn)建設(shè)用地占用生態(tài)空間，避免城鎮(zhèn)邊界無(wú)限制增長(zhǎng)，切實(shí)提升城市生態(tài)可持續(xù)性。其中，港澳廣深、東莞、佛山等較發(fā)達(dá)地區(qū)主要被劃分為生態(tài)建設(shè)區(qū)，惠州市中部、江門(mén)市和肇慶市水、能源、糧食資源豐富，主要被劃分為生態(tài)源地。

表1 粵港澳大灣區(qū)各市、行政區(qū)生態(tài)功能區(qū)面積及占比Table 1 Ecological function area and proportion of each municipality of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

從生態(tài)功能分區(qū)上看（圖6），生態(tài)源地大面積集中在林地，耕地次之，林地和耕地分別占生態(tài)源地斑塊面積的83.77%和12.31%，占生態(tài)保護(hù)區(qū)的40.28%和35.65%，占生態(tài)過(guò)渡區(qū)的63.75%和21.05%。生態(tài)建設(shè)區(qū)以不透水面為主，占比51.23%，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性等級(jí)低。生態(tài)用地中的濕地和未利用地等土地利用類(lèi)型的絕對(duì)面積較小且占比較為平均。

圖6 粵港澳大灣區(qū)各生態(tài)功能分區(qū)土地利用類(lèi)型面積及占比Fig.6 Area of landuse types and its proportion in each ecological func‐tional zones of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

3.2 生態(tài)廊道識(shí)別

3.2.1 生態(tài)阻力識(shí)別 圖7顯示，生態(tài)阻力面數(shù)值自中心向四周逐漸降低，空間異質(zhì)性明顯。高值區(qū)集中在大灣區(qū)內(nèi)圈的廣州市、深圳市、東莞市、佛山市及香港、澳門(mén)等中、南部城市，主要是因?yàn)樵搮^(qū)域以第二、三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，建設(shè)用地面積廣、經(jīng)濟(jì)水平高、人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈，因此呈現(xiàn)出高阻力的空間格局，對(duì)周邊物種的遷移具有負(fù)向影響。低值區(qū)則分布在灣區(qū)外圈的惠州市、肇慶市和江門(mén)市等，大灣區(qū)的東部和西部以林地為主，且海拔相對(duì)較高，人類(lèi)活動(dòng)影響小，因此有利于周邊物種的擴(kuò)散和遷移，正向推動(dòng)生態(tài)流的運(yùn)行。

圖7 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)阻力面Fig.7 Ecological resistance surface of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

3.2.2 重要生態(tài)廊道 生態(tài)節(jié)點(diǎn)是指分布在生態(tài)系統(tǒng)的空間中，連接相鄰的生態(tài)源地，并對(duì)生態(tài)流起關(guān)鍵作用的景觀組分（烏尼圖等，2014）。生態(tài)廊道是生物遷移所經(jīng)過(guò)的連接路徑，是生態(tài)要素流動(dòng)的主要通道。提取主要生態(tài)源地的幾何中心點(diǎn)為生態(tài)節(jié)點(diǎn)，以每個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)為中心點(diǎn)，剩余n-1（n為生態(tài)源地幾何中心點(diǎn)數(shù)）個(gè)點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)集群，基于最小累積阻力模型的圖層（BEST-SIN‐GLE）方式，提取出n條最小耗費(fèi)路徑，作為生態(tài)源地間的生態(tài)廊道?；浉郯拇鬄硡^(qū)的生態(tài)廊道共計(jì)38條，總長(zhǎng)度為2 023.09 km，其中最短為11.76 km，最長(zhǎng)為304.99 km。如圖5所示，生態(tài)廊道主要位于植被覆蓋較好的山地丘陵地區(qū)，整體沿研究區(qū)邊界自西向東、向南曲折分布，中部地區(qū)無(wú)廊道分布。這種分布格局較好地避開(kāi)了城鎮(zhèn)等人為活動(dòng)較強(qiáng)的建設(shè)用地，為源地之間的生物遷移和生態(tài)要素流動(dòng)提供傳輸通道。在大灣區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)中應(yīng)避讓生態(tài)源地與生態(tài)廊道，利用限制性政策等手段進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，發(fā)揮源地和廊道對(duì)水資源、能源、糧食等生態(tài)要素的擴(kuò)散和連通作用，同時(shí)強(qiáng)化林、草地等綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的連續(xù)性，保障生態(tài)安全格局。

圖5 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)安全格局Fig.5 Ecological security landscape of Guangdong-Hongkong-Macao Greater Bay Area

3.3 生態(tài)安全格局及優(yōu)化

以生態(tài)源地幾何中心點(diǎn)為中心，分別設(shè)置5、6、8、10、12、15 km 等不同寬度的緩沖區(qū)作為生態(tài)源地的輻射區(qū)（圖8）。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前生態(tài)源地的輻射面積為28 929.5 km2，達(dá)到灣區(qū)總面積的51.88%，若要實(shí)現(xiàn)60%的覆蓋率，則需要至少新增生態(tài)源地輻射面積4 524.856 km2。當(dāng)前除研究區(qū)中部的生態(tài)建設(shè)區(qū)外，生態(tài)源地未覆蓋區(qū)主要集中在惠州市的北部和南部。因此，為了更好地優(yōu)化其格局分布，需要在惠州市新增兩處總面積達(dá)4 524.856 km2的生態(tài)源地輻射區(qū)，并基于水、能源和糧食三大資源服務(wù)，提出以“一帶、一軸、四組團(tuán)”為核心的生態(tài)安全格局優(yōu)化模式（見(jiàn)圖8）。

圖8 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)安全格局優(yōu)化Fig.8 Optimization of the ecological security pattern of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

“一帶”是粵西北－粵西南生態(tài)廊道帶，由粵西北肇慶向南延伸至粵西南江門(mén)的南北向水資源生態(tài)廊道帶，“一軸”是粵西北－粵東北生態(tài)廊道軸，由粵西北肇慶向東延伸至粵東北惠州的東西向糧食供給廊道軸。“四組團(tuán)”是基于粵港澳大灣區(qū)生態(tài)源地、廊道的空間分布、生態(tài)功能分區(qū)及各地區(qū)生態(tài)需求狀況，所提出的4 大生態(tài)廊道組團(tuán)，分別是東北部“能源－水”組團(tuán)，西南部“能源－糧食”組團(tuán)，西北部“水－能源－糧食”組團(tuán)，中南部生態(tài)建設(shè)組團(tuán)，前三個(gè)為生態(tài)優(yōu)勢(shì)組團(tuán)，最后一個(gè)為生態(tài)劣勢(shì)組團(tuán)。粵港澳大灣區(qū)東北部、西南部和西北部以碳能為代表的能源資源豐富（見(jiàn)圖2-b），東江流經(jīng)地表水充足且降水豐富，產(chǎn)水服務(wù)功能強(qiáng)（見(jiàn)圖2-a），因此“能源－水”組團(tuán)位于惠州市；“能源－糧食”組團(tuán)位于江門(mén)市，以平原為主耕地面積廣，糧食生產(chǎn)服務(wù)功能強(qiáng)（見(jiàn)圖2-c），宜發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，為灣區(qū)提供基本糧食資源保障；“水－能源－糧食”組團(tuán)位于肇慶市，其水、能源、糧食等資源豐富，是粵港澳大灣區(qū)“水－能源－糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要供給源地，居于中心地位，具有提供、傳輸和協(xié)調(diào)作用；中南部生態(tài)建設(shè)組團(tuán)即“水－能源－糧食”缺乏區(qū)域，以廣州、東莞和中山為主體，不透水面覆被面積廣，人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)烈消耗大量生態(tài)資源，生態(tài)資源需求程度高。

根據(jù)《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要（2008—2020 年）》（下文簡(jiǎn)稱為《珠三角綱要》）中的主體功能區(qū)定位，當(dāng)前亟待形成并優(yōu)化以廣州、深圳為中心，以珠江口東岸、西岸為重點(diǎn)的珠江三角洲空間布局。然而從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度，以港澳廣深為主體區(qū)域的水、能源、糧食資源消耗量大，其綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能低，急需優(yōu)化生態(tài)安全格局以彌補(bǔ)生態(tài)不足。例如，可以在惠州市北部重點(diǎn)新增生態(tài)源地，通過(guò)利用當(dāng)?shù)貣|北“能源－水”組團(tuán)的區(qū)域優(yōu)勢(shì)，并借助西北“水－能源－糧食”組團(tuán)的帶狀影響，整體提升當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；在惠州市南部新增生態(tài)廊道，以提升生態(tài)源地的連通度，充分發(fā)揮廊道的溢出效應(yīng)以提高資源豐富度；中南部生態(tài)建設(shè)組團(tuán)在無(wú)法改變以不透水面為主要土地利用/覆被的現(xiàn)狀下，可以在“一帶”“一軸”的基礎(chǔ)上通過(guò)綠地建設(shè)、森林公園等措施，連通“能源－水”“能源－糧食”組團(tuán)，向其逐漸滲透生態(tài)效益以彌補(bǔ)生態(tài)資源短板，并不斷優(yōu)化粵港澳大灣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，建立可持續(xù)性發(fā)展的生態(tài)安全格局，上述舉措符合《珠三角綱要》的規(guī)劃發(fā)展趨勢(shì)，且補(bǔ)充了粵港澳大灣區(qū)多資源要素的生態(tài)安全格局構(gòu)建。

4 結(jié)論與討論

本文基于“水－能源－糧食”視角，從人類(lèi)生活所需基本資源出發(fā)，聯(lián)結(jié)“社會(huì)生產(chǎn)－生態(tài)系統(tǒng)”探討大灣區(qū)生態(tài)安全格局。得出的結(jié)論主要有：

1）粵港澳大灣區(qū)產(chǎn)水服務(wù)高值區(qū)位于中部地區(qū)；固碳服務(wù)高值區(qū)主要位于灣區(qū)外圈；糧食生產(chǎn)服務(wù)高值區(qū)主要位于大灣區(qū)的西部，皆表現(xiàn)出較明顯的空間異質(zhì)性，“水－能源－糧食”綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性整體空間分布趨勢(shì)與糧食生產(chǎn)和固碳服務(wù)格局相似，呈現(xiàn)由外向內(nèi)圈層遞減的趨勢(shì)；2）生態(tài)源地總面積9 626.1 km2，集中分布在研究區(qū)東部和西部的山地、丘陵地區(qū)，對(duì)應(yīng)位于江門(mén)市、惠州市中部和肇慶市；3）生態(tài)廊道共計(jì)38條，總長(zhǎng)度為2 023.09 km，其中最短為11.76 km，最長(zhǎng)為304.99 km，主要位于植被覆蓋較好的山地丘陵地區(qū)，中部地區(qū)無(wú)廊道分布；4）生態(tài)源地輻射區(qū)面積為28 929.5 km2，達(dá)到灣區(qū)總面積的51.88%，若要實(shí)現(xiàn)60%的覆蓋率，則需要至少新增生態(tài)源地輻射面積4 524.856 km2；5）為了更好地優(yōu)化粵港澳大灣區(qū)生態(tài)安全格局，提出在惠州市北部和南部新增兩處生態(tài)源地輻射區(qū)，并構(gòu)建“一帶，一軸，四組團(tuán)”為核心的生態(tài)安全格局優(yōu)化模式，借助優(yōu)勢(shì)組團(tuán)帶動(dòng)中部生態(tài)劣勢(shì)組團(tuán)，彌補(bǔ)生態(tài)資源短板。

本文強(qiáng)調(diào)以資源要素為基礎(chǔ)的人類(lèi)福祉影響，為研究區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建及優(yōu)化提供了新的視角。然而，由于本文未將水、能源和糧食資源相互間的關(guān)系納入整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)識(shí)別中，無(wú)法體現(xiàn)大灣區(qū)“水－能源－糧食”動(dòng)態(tài)耦合對(duì)其帶來(lái)的空間異質(zhì)性影響，因此如何準(zhǔn)確、科學(xué)地定義“水－能源－糧食”要素間的關(guān)系，并合理地將3種資源的狀態(tài)與動(dòng)態(tài)結(jié)合量化等問(wèn)題亟待深入研究。