胡俊峰，陳昱星，徐曉慧，朱芃凱，陳凌艷

（福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院，福建 福州 350002）

我國海域面積廣闊，海岸線漫長，可管轄海域約300萬km2，海島資源豐富，共計1.1萬個[1]，其中面積大于0.5 km2的海島達6971個[2]，有人類居住的433個，約占總數(shù)的6%[3]。海島作為海洋重要能量和生態(tài)物質(zhì)的儲藏庫，是海島文化和生產(chǎn)的重要載體[4]。伴隨經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，城市加速擴張，生態(tài)環(huán)境遭受嚴重破壞。生態(tài)安全格局從系統(tǒng)全局的角度對生態(tài)區(qū)域進行維護，對重要的生態(tài)源地和區(qū)域進行保護和修復(fù)，通過對生態(tài)過程的有效調(diào)控[5]，實現(xiàn)從末端生態(tài)治理到前端生態(tài)管理的轉(zhuǎn)變[6]。

基于“源地識別—阻力面建立—廊道識別”的構(gòu)建范式在生態(tài)廊道的構(gòu)建中較多運用。其中生態(tài)源地作為生態(tài)格局構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)受到普遍重視，目前有基于風(fēng)景名勝區(qū)和自然保護區(qū)的直接識別方法[7]和基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的間接識別方法[8]。直接識別忽略了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部之間聯(lián)系，人為干擾性較大。間接識別方法通過多種生態(tài)系統(tǒng)功能疊加識別生態(tài)源地。由于生態(tài)系統(tǒng)問題的復(fù)雜性和深刻性，通過簡單的生態(tài)疊加難以反映生態(tài)問題。基于多重生態(tài)目標下的系統(tǒng)管理，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為支撐構(gòu)建生態(tài)安全格局，能夠維護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，為后期的生態(tài)保護修復(fù)提供前提條件。王秀明等利用水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護和碳儲存服務(wù)開展生態(tài)服務(wù)重要性評價進行生態(tài)源地識別構(gòu)建生態(tài)安全格局，結(jié)合中大尺度區(qū)域研究提出相關(guān)生態(tài)修復(fù)建議[9]；姜虹等利用生境維持、水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化、糧食生產(chǎn)、土壤保持、洪水調(diào)節(jié)和沿海災(zāi)害緩解共計7種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行生態(tài)源地識別構(gòu)建生態(tài)安全格局保護框架，為廣東省未來的生態(tài)修復(fù)提供指引[10]；倪慶琳等從生態(tài)連通性-生態(tài)敏感性-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性入手，利用生態(tài)連通度、水源涵養(yǎng)、固氧釋氮、生物多樣性保護等進行生態(tài)評估劃分生態(tài)源地，構(gòu)建生態(tài)安全格局并提出相應(yīng)生態(tài)修復(fù)策略[11]。因此，在進行海島型城市生態(tài)治理中應(yīng)當(dāng)注重多種生態(tài)目標之間的耦合與連接關(guān)系，建立并優(yōu)化多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合生態(tài)源地識別機制，構(gòu)建綜合生態(tài)安全格局，為后期生態(tài)保護修復(fù)工作提供參考。

海壇島生態(tài)環(huán)境脆弱，淡水資源匱乏，土壤貧瘠，氣象災(zāi)害頻發(fā)。海島生態(tài)系統(tǒng)一旦遭受破壞，恢復(fù)與重建的周期較為漫長，構(gòu)建島內(nèi)生態(tài)安全格局，建立生態(tài)過程響應(yīng)-預(yù)警機制成為協(xié)調(diào)經(jīng)濟與生態(tài)共同發(fā)展的重要途徑?；趰u內(nèi)生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜性，本研究以生物多樣性保護、水土保持、水源涵養(yǎng)、土地生產(chǎn)力以及沿海災(zāi)害防護五種生態(tài)保護目標構(gòu)建綜合生態(tài)保護體系識別多功能生態(tài)源地，基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局并識別生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點、生態(tài)敏感區(qū)和生境脆弱區(qū)，基于研究結(jié)果提出相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)策略，以期為海壇島生態(tài)保護修復(fù)工作提供相關(guān)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

海壇島位于福建省東南側(cè)，全島面積為267.13 km2，南北長約29 km2，東西寬約19 km2。島內(nèi)地勢低平，地形以海積平原為主，東部偏高，君山插云峰為最高峰，海拔為434.6m。分屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣侯，溫暖濕潤，多年平均氣溫為19.3℃，降水時空分布不均，年際變化較大。植被以木麻黃林和臺灣相思混交林為主（圖1）。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Figure 1 Location map of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用分類數(shù)據(jù)來源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdec.cn）,將研究區(qū)分為了耕地、林地、草地、灌木地、水體、濕地、建設(shè)用地和難利用土地8個地類，空間分辨率為30 m；多年降水侵蝕數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn)地面氣候降水蒸散年值數(shù)據(jù)集；NDVI歸一化植被指數(shù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http://www.gscloud.cn）;Landsat8 OLI_TIRS遙感影像和ASTERGDEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)；土壤類型數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院南京土壤研究所（http://www.issas.ac.cn）土壤柵格數(shù)據(jù)集。

1.3 海島生態(tài)環(huán)境分析

1.3.1 生態(tài)環(huán)境脆弱性

生態(tài)環(huán)境脆弱性最初源于生態(tài)交錯帶的研究，是指海島生態(tài)系統(tǒng)中諸如海水侵蝕、水資源短缺以及地質(zhì)災(zāi)害等多種能量相交匯形成的作用面[12]。生態(tài)交錯帶注重相互交錯的界面，生態(tài)環(huán)境脆弱性更加注重自身結(jié)構(gòu)的普遍性，表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)不足以應(yīng)對氣候變化（氣候異常以及極端氣候）及異常干擾而造成負面的不易恢復(fù)程度[13]。自然災(zāi)害、氣候變化以及海平面上升等自然擾動以及旅游開發(fā)、圍海造陸等人類擾動都不可避免地對海島生態(tài)系統(tǒng)造成破壞[14]。

1.3.2 生態(tài)環(huán)境敏感性

生態(tài)環(huán)境敏感性是指海島生態(tài)系統(tǒng)由于特殊的生態(tài)環(huán)境，面對突如其來的影響而產(chǎn)生自身生態(tài)結(jié)構(gòu)演變的性質(zhì)，反映了生態(tài)問題發(fā)生的難易程度及可能性。海島土地瘠薄，生態(tài)敏感性較高，對自然變化易產(chǎn)生影響。同時海島生態(tài)環(huán)境敏感性的出現(xiàn)與增強也是自然系統(tǒng)自身出于應(yīng)對泥石流、海水侵蝕、風(fēng)暴潮等外界干擾而產(chǎn)生的正常現(xiàn)象，在海島生態(tài)系統(tǒng)漫長的進化過程中難以消弭。

1.3.3 生態(tài)難恢復(fù)性

生態(tài)難恢復(fù)性表現(xiàn)為海島生態(tài)系統(tǒng)在受到外部擾動后，系統(tǒng)自身無法通過自我更新和調(diào)節(jié)能力對受損區(qū)域進行隔離和恢復(fù)至受擾動前的狀態(tài)。海島由于所處地帶的特殊性，自身的生態(tài)系統(tǒng)更易受到自然或者人為損害。由于海島周期性的風(fēng)沙以及風(fēng)暴潮、洪澇災(zāi)害、鹽水入侵、臺風(fēng)、泥石流以及海岸侵蝕等影響，生態(tài)系統(tǒng)受到干擾，往往難以得到有效恢復(fù)；同時由于海島自身結(jié)構(gòu)較簡單，自我恢復(fù)和調(diào)節(jié)能力較低，一旦受到較為嚴重的損害便難以恢復(fù)。

2 研究方法

通過協(xié)調(diào)生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)服務(wù)、水土保持服務(wù)、作物生產(chǎn)服務(wù)以及沿海災(zāi)害防護服務(wù)構(gòu)建綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價識別生態(tài)源地，將2020年海壇島土地利用作為初級阻力面，利用地質(zhì)災(zāi)害和水源污染敏感性疊加綜合生態(tài)敏感性對阻力面進行修正，基于最小累積阻力模型識別生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點；根據(jù)生態(tài)敏感性評價提取生態(tài)敏感區(qū)域。將生態(tài)源地、各級生態(tài)廊道和景觀戰(zhàn)略點作為生態(tài)保護區(qū)域，將生態(tài)敏感區(qū)和生境退化區(qū)作為生態(tài)修復(fù)區(qū)域。

2.1 生態(tài)源地識別

生態(tài)源地作為島內(nèi)物種的棲息地以及物質(zhì)和能量流維持和擴散的起點[15]，擔(dān)負著對周邊環(huán)境的輻射作用，有助于滿足生物的生存需要，對各類生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能所衍生的服務(wù)提供生態(tài)支持[16]。本研究對各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行定量識別(表1)，利用自然斷點法分為4個等級，其中生物多樣性保護、沿海災(zāi)害防護以及土地生產(chǎn)力服務(wù)取前1等級，水源涵養(yǎng)和水土保持服務(wù)取前2等級作為生態(tài)源地。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評估方法Table 1 Ecosystem Services Importance Assessment Methods

生物多樣性保護重要性：采用InVEST模型生境質(zhì)量模塊計算海壇島的生物多樣性分布。本研究取農(nóng)田、建設(shè)用地、公路和難利用土地作為生境威脅因子進行計算。

水源涵養(yǎng)服務(wù)重要性：采用InVEST模型年水產(chǎn)量模塊進行計算研究區(qū)的水源涵養(yǎng)服務(wù)。

水土保持服務(wù)重要性：采用通用水土流失方程RUSLE進行計算研究區(qū)的水土保持服務(wù)重要性。

沿海災(zāi)害防護服務(wù)重要性：根據(jù)地形起伏度、土壤類型、土地利用類型和NDVI歸一化均值進行計算。

土地生產(chǎn)力服務(wù)重要性：采用土地生產(chǎn)力綜合評價指數(shù)（PI）模型進行計算。

2.2 景觀連通性評估

景觀連通性表示了物質(zhì)和能量在景觀中流動的難易程度，良好的景觀連通性能夠增強景觀斑塊之間的聯(lián)系，有效應(yīng)對突發(fā)的自然災(zāi)害，維護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[21]。景觀連通性指數(shù)PC作為判斷景觀傳輸和連通度被較多運用。公式如下：

式中，n為生態(tài)源點數(shù)量；ai和aj為源地i和j的面積；AL為生態(tài)源地總面積；Pij為為源地i和源地j之間最大傳播可能性路徑。PC的取值范圍在0～1之間，其數(shù)值與景觀連通性成正比[22]。

2.3 生態(tài)阻力面構(gòu)建

生態(tài)阻力面即島內(nèi)易對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生系統(tǒng)影響的景觀要素體系，當(dāng)生態(tài)阻力值越大時，該區(qū)域物質(zhì)和能量流動則越困難。本研究以2020年海壇島的土地利用類型設(shè)為基礎(chǔ)阻力面，將不同土地類型阻力值擬定在 1～250 之間（表 2）。

表2 研究區(qū)土地利用類型基礎(chǔ)阻力面設(shè)定Table 2 Basic resistance surface setting of land use types in the study area

面對海壇島地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)以及水資源污染和短缺問題，本研究選取坡度、高程、年均降水量、NDVI四個地質(zhì)因子以及距水體距離、流域范圍、年均降水量、距居住區(qū)距離四個水文因子分別構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害敏感性和水源污染敏感性，等權(quán)疊加得到海壇島綜合生態(tài)敏感性，基于此對基礎(chǔ)阻力面進行修正。

式中：Ri為修正后的柵格i的生態(tài)阻力值；NLi為柵格i的綜合生態(tài)敏感性；NLa為柵格i對應(yīng)的土地利用類型a的平均綜合生態(tài)敏感性；R為柵格i對應(yīng)土地利用類型的基礎(chǔ)生態(tài)阻力值。

2.4 生態(tài)保護關(guān)鍵區(qū)域識別

2.4.1 生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道作為島內(nèi)能量和物質(zhì)流動的主要通道，能夠促進生態(tài)流和生態(tài)斑塊之間的流通，有助于維持島內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性[23]，維護資源、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)安全和持續(xù)發(fā)展[24]。最小累積阻力模型通過對物種和能量在不同景觀阻力面之間流通所需耗費的代價進行分析，能夠較好地反映能量流動的途徑和趨勢[25]，被廣泛用于生態(tài)廊道的識別當(dāng)中[26-27]。本研究中利用Cost Path工具識別最小成本路徑。

2.4.2 廊道重要性分析

重力模型可以對生態(tài)源地間的作用強度進行量化[28]，本研究中用來評價不同生態(tài)源地之間的廊道重要性程度。公式如下：

式中：Gab為源地a和b之間的相互作用強度；Na和Nb為源地a和b的權(quán)重；Dab為生態(tài)廊道阻力值；Pa和Pb表示源地a和b的平均阻力值；Sa和Sb為源地a和b的面積；Lab為源地a和b之間的廊道阻力值；Lmax為區(qū)域內(nèi)的最大廊道阻力值。

2.4.3 景觀戰(zhàn)略點識別

景觀戰(zhàn)略點是指在空間位置與局部具有特殊意義的關(guān)鍵點，能夠有效地控制對物種的空間流動與蔓延[29]，從而實現(xiàn)對生態(tài)過程管理的控制與維護。將研究中的景觀戰(zhàn)略點進行整合，作為生態(tài)閥值與生態(tài)敏感區(qū)域進行保護，能夠以較小的經(jīng)濟代價獲取較大的生態(tài)效益。本研究中依據(jù)生態(tài)源地和阻力面的空間形態(tài)，將景觀戰(zhàn)略點分為鞍部戰(zhàn)略點、交匯處戰(zhàn)略點、高原型戰(zhàn)略點。

鞍部戰(zhàn)略點：相鄰生態(tài)源地之間輻射面的切點，作為生態(tài)踏板，為相鄰的源地能量流通提供支撐。

交匯處戰(zhàn)略點：通過阻力面研究，阻力值由低到高呈現(xiàn)有序線性分布，低阻力值網(wǎng)絡(luò)在阻力交匯點和分枝點處出現(xiàn)聚合與分流，這些點能夠有效控制生態(tài)空間聯(lián)系和物質(zhì)流通，提升景觀的完整性。

高原型戰(zhàn)略點：當(dāng)高阻力值區(qū)域?qū)Φ妥枇χ低瓿砂鼑鷷r，阻力值較低的區(qū)域就成為生物與能量向周圍擴散的源，景觀戰(zhàn)略點位于源地的中心，維持著周邊生態(tài)過程的能量流動。

2.5 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識別

2.5.1 生態(tài)敏感區(qū)識別

生態(tài)安全是指自身發(fā)展不受外界干擾的狀態(tài)[30]。不合理的生產(chǎn)活動易對環(huán)境造成影響。生態(tài)敏感區(qū)是指面對外界干擾與變化受到破壞，不能保持穩(wěn)定和自我恢復(fù)的區(qū)域。本研究選取水土流失、水源污染敏感型前20%的區(qū)域作為生態(tài)敏感區(qū)。

2.5.2 生境退化區(qū)識別

不合理的生產(chǎn)活動易對環(huán)境造成消極影響。當(dāng)棲息地生境對于危害脅迫越敏感時，棲息地生境就越容易退化。本研究利用InVEST模型生境質(zhì)量模塊對島內(nèi)生境退化指數(shù)進行計算[31]，選取生境退化度前20%的區(qū)域作為生境退化區(qū)。生境退化指數(shù)計算公式如下：

式中：Dxj為第j類土地覆被類型中柵格單元x的生境退化程度；R為生境脅迫因子r的個數(shù)；wr為脅迫因子r的權(quán)重；y為第r類脅迫因子的柵格數(shù)；Yr為威脅因子r的柵格單元總數(shù)；βx為各類脅迫因子對柵格x的阻力值；Sjr為第j類土地覆被類型對第r類脅迫因子的敏感度。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性

通過研究可知，海壇島各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈現(xiàn)不均衡分布，不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的差異性較大（圖2）。

圖2 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間分布圖Figure 2 Spatial distribution map of the importance of ecosystem services in the study area

生物多樣性保護服務(wù)重要性：研究區(qū)生境質(zhì)量最大值為0，最低值為1，均值為0.43，略小于中間值。高值區(qū)位于北部的白青鄉(xiāng)、中原鎮(zhèn)和蘇澳鎮(zhèn)的煙堆山、貓頭墘山，東北部的中樓鄉(xiāng)和流水鎮(zhèn)的君山、虎頭山和楊梅山，西南部的北厝鎮(zhèn)的牛寨山和程安山，低值主要位于譚城鎮(zhèn)、嵐城鄉(xiāng)和中樓鄉(xiāng)等城鎮(zhèn)用地。其中PC＞1的生物多樣性保育源地共14個，總面積為39.95 km2，占島內(nèi)總面積的14.9%。

水源涵養(yǎng)服務(wù)重要性：研究區(qū)水源涵養(yǎng)量最高值為17609mm，最低值僅1103mm，年均值為11913mm，時空分布差異較大。高值區(qū)位于中部中樓鄉(xiāng)、流水鎮(zhèn)、嵐城鄉(xiāng)、潭城鎮(zhèn)和澳前鎮(zhèn)一帶，低值區(qū)位于北部白青鄉(xiāng)、蘇澳鎮(zhèn)、平原鎮(zhèn)和蘆洋鄉(xiāng)一帶，南部的北厝鎮(zhèn)和敖東鎮(zhèn)一帶。其中PC＞1的水源涵養(yǎng)源地共20個，總面積為8.54 km2，僅占島內(nèi)總面積的3.1%，PC均值為5.61。

水土保持服務(wù)重要性：研究區(qū)最高值為6567 t·hm-2a-1，水體保持年均值為1518 t·hm-2a-1,其空間分布近似于研究區(qū)地勢走向。高值區(qū)主要位于中樓鄉(xiāng)東北部的君山、流水鎮(zhèn)東南部的王爺山和北厝鎮(zhèn)西北部的牛園底山。低值區(qū)主要位于平原鎮(zhèn)、流水鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)和北厝鎮(zhèn)等居住和建設(shè)用地，植被覆蓋度較低。其中PC＞1的水土保持源地共21個，源地總面積為7.87 km2，僅占島內(nèi)總面積的2.9%，PC均值為9.52，連通性較高。

沿海災(zāi)害防護服務(wù)重要性：研究區(qū)災(zāi)害防護水平總體較好，高值區(qū)位于北部的白青鄉(xiāng)、平原鎮(zhèn)和蘇澳鎮(zhèn)的南澳仔、煙堆山和貓頭墘山，中部流水鎮(zhèn)的王爺山和老孟山、南部北厝鎮(zhèn)和敖東鎮(zhèn)的南嶺及部分地區(qū)；低值區(qū)主要位于潭城鎮(zhèn)城區(qū)以及北厝鎮(zhèn)的部分城區(qū)，以人工建設(shè)用地為主。識別PC＞1的沿海災(zāi)害防護源地共23個，總面積為14.91 km2，占島內(nèi)總面積的5.8%，PC均值為7.77。

土地生產(chǎn)力服務(wù)重要性：研究區(qū)作物生產(chǎn)指數(shù)最高值為31.5，最低值為2.43，年均值為11.73。高值區(qū)主要位于煙堆山、貓頭墘山、君山、王爺山、老孟山、牛園底山以及南鄰部分地區(qū)等林地和三十六腳湖、竹嶼湖等水源地。識別PC＞1的作物生產(chǎn)源地共17個，總面積為42.86 km2，占島內(nèi)總面積的16.05%，PC均值為10.90。

3.2 生態(tài)阻力面修正

海壇島地質(zhì)環(huán)境脆弱，水資源短缺，兩者對生態(tài)格局分布產(chǎn)生影響。由地質(zhì)災(zāi)害敏感性與水源污染敏感性疊加得到綜合生態(tài)敏感性分布（圖3）。島內(nèi)整體生態(tài)敏感性良好，白青鄉(xiāng)、澳前鎮(zhèn)、北厝鎮(zhèn)西部以及流水鎮(zhèn)東部和北部生態(tài)敏感性較高，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，水資源易受污染；平原鎮(zhèn)、蘇澳鎮(zhèn)、蘆洋鄉(xiāng)、中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)、北厝鎮(zhèn)中部以及敖東鎮(zhèn)北部生態(tài)敏感性較低?；诰C合生態(tài)敏感性對基本阻力面進行修正，以便更好地表達物種及能量流動時的阻力作用。

圖3 研究區(qū)阻力面空間分布圖Figure 3 Spatial distribution map of resistance surface in the study area

3.3 生態(tài)保護關(guān)鍵區(qū)域

3.3.1 生態(tài)源地

將生物多樣性保護、沿海災(zāi)害防護與土地生產(chǎn)力服務(wù)重要性前25%的區(qū)域以及水源涵養(yǎng)、水土保持重要性前50%的區(qū)域進行融合，得到約27172個破碎生態(tài)斑塊，總面積約為97.13 km2，占島內(nèi)總面積的36.37%，斑塊面積區(qū)間為0.1～68.3 km2。通過相關(guān)研究[32]以及斑塊個數(shù)與面積的數(shù)量關(guān)系，當(dāng)單一斑塊面積＞3 km2時，斑塊數(shù)量與面積的比值趨于穩(wěn)定，對應(yīng)生態(tài)斑塊個數(shù)為42個，面積為39.42 km2，占生態(tài)斑塊總面積的40.55%，主要分布于煙堆山、貓頭墘山、君山、虎頭山、楊梅山、老孟山、務(wù)里山、牛寨山、牛園底山、山利山、南嶺以及三十六腳湖和竹嶼湖附近，并以此代表海壇島生態(tài)源地分布格局。通過景觀連通性分析，最高值位于君山、虎頭山和楊梅山，PC為35.53，最低值位于風(fēng)球山和將軍山，PC僅為0.02，景觀連通性較低。研究中將PC＞1的區(qū)域設(shè)為一級源地，共30個生態(tài)源地，面積為37.74 km2，將PC＜1的區(qū)域設(shè)為二級源地，共12個生態(tài)源地，面積為4.68 km2。

3.3.2 生態(tài)廊道

通過識別生態(tài)源地、構(gòu)建阻力面，識別最小阻力路徑并篩選出生態(tài)廊道（圖4）。識別研究區(qū)潛在生態(tài)廊道共116條，總長度為23.40 km，其中一級生態(tài)源點19個、潛在一級生態(tài)廊道66條，總長度為11.28 km，主要分布于平原鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)以及北厝鎮(zhèn)，其景觀類型主要以林地、濕地和水域為主；二級生態(tài)源點10個，潛在二級生態(tài)廊道50條，總長度為12.12 km，主要分布于蘇澳鎮(zhèn)、平原鎮(zhèn)、流水鄉(xiāng)、澳前鎮(zhèn)和敖東鎮(zhèn)，其景觀類型主要以林地、草地為主。

圖4 研究區(qū)生態(tài)安全格局Figure 4 Ecological security pattern in the study area

3.3.3 廊道重要性分析

通過重力模型對研究區(qū)生態(tài)源地之間作用強度對比，可以對潛在生態(tài)廊道進行重要性評價。本研究選取19個一級生態(tài)源地進行廊道重要性分析（表3）。生態(tài)廊道整體重要性偏低，重要性均值為0.74。源地1（山門村水壩）到源地11（西樓山）之間的連通重要性均處于0～0.5之間，其中源地9（隆興嶺）與源地11（西樓山）、源地9（隆興嶺）與源地10（平潭海島國家森林公園）之間的廊道重要性最高，分別為0.31和0.27，源地3（竹嶼湖公園）與源地6（下洋村濕地）、源地4（三十六腳湖）與源地7（南嶺）之間的廊道重要性最低，分別為0.00029和0.00039，需加強生態(tài)廊道保護。源地12（牛園底山）與源地19（南寨山）之間的連通重要性較高，處于0.1～10的區(qū)間，其中源地12（牛園底山）與源地16（虎頭山）、源地10（平潭海島國家森林公園）與源地16（虎頭山）、源地15（二角山）與源地19（南寨山）之間的廊道重要性最高，分別為9.67、8.92和6.37，源地7（南嶺）與源地13（貓頭墘）、源地7（南嶺）與源地17（君山）之間的作用強度最低，分別為0.0057和0.0098，生態(tài)廊道重要性偏低。

表3 生態(tài)源地相互作用強度矩陣Table 3 Ecological source-Site interaction strength matrix

3.3.4 景觀戰(zhàn)略點

通過對生態(tài)源地、生態(tài)阻力面和高程分析，考慮到多種生物的流動與擴散方式，選取大白鷺、豹貓作為目標物種，默認海拔越低、植被覆蓋度越高、水域越廣闊則越有利于動物的擴散，以生態(tài)源地作為物種的擴散源，將修正后的生態(tài)阻力面作為物種流動的基質(zhì)，采用目譯的方式對研究區(qū)域進行解譯（圖5）。識別研究區(qū)景觀戰(zhàn)略點共54個，景觀類型以林地和水域為主，其中鞍部戰(zhàn)略點13個，主要位于中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)、澳前鎮(zhèn)和北厝鎮(zhèn)；交匯處戰(zhàn)略點25個，主要位于蘆洋鄉(xiāng)、中樓鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)和北厝鎮(zhèn)；高原型戰(zhàn)略點16個，主要位于白青鄉(xiāng)、蘇澳鎮(zhèn)、流水鎮(zhèn)和北厝鎮(zhèn)。

圖5 研究區(qū)景觀戰(zhàn)略點分布圖Figure 5 Distribution map of landscape strategic points in the study area

3.4 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識別

3.4.1 生態(tài)敏感區(qū)

通過建立研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害和水源污染生態(tài)敏感性阻力面，選取敏感度前20%區(qū)域作為生態(tài)敏感區(qū)（圖6）。識別地質(zhì)災(zāi)害敏感區(qū)總面積為63.15 km2，主要位于潭城鎮(zhèn)中心城區(qū)以及流水鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)的部分城區(qū)，用地類型主要為居住及建設(shè)用地；水源污染敏感區(qū)總面積為28.82 km2，主要位于澳前鎮(zhèn)和白青鄉(xiāng)。將地質(zhì)災(zāi)害與水源安全敏感區(qū)進行疊加得到研究區(qū)的生態(tài)敏感區(qū)，總面積為66.07 km2，主要用地類型為城鎮(zhèn)建設(shè)用地、部分林地以及農(nóng)業(yè)用地，受人們生產(chǎn)生活影響較大。

圖6 研究區(qū)生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域分布圖Figure 6 Distribution map of key areas for ecological restoration in the study area

3.4.2 生境退化區(qū)

海壇島整體生境退化度較低。生境退化區(qū)域主要位于潭城鎮(zhèn)、嵐城鎮(zhèn)以及蘆洋鄉(xiāng)的部分城區(qū)，用地類型以居住用地和建設(shè)用地為主（圖6）。耕地和草地的退化較為嚴重，生境退化指數(shù)為0.079和0.074，存在一定的生態(tài)退化風(fēng)險；灌木地、濕地和水域的生境退化度較低，退化指數(shù)分別為0.024、0.020和0.028，這些地區(qū)具有多種植被群落，具備生態(tài)抗性，自然條件較好；居住及建設(shè)用地的生境退化指數(shù)為0.014，生境退化區(qū)總面積為21.36 km2，主要位于平原鎮(zhèn)、中樓鄉(xiāng)和蘆洋鄉(xiāng)，用地類型主要為農(nóng)業(yè)用地及部分城鎮(zhèn)建設(shè)用地。

4 討論與建議

4.1 研究討論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在著較為復(fù)雜的生態(tài)運行與交替作用，單一生態(tài)阻力面構(gòu)建難以反映物種遷移與能量流動的關(guān)系，無法維系日益多元化的生態(tài)要求。本研究通過生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)、水土保持、土地生產(chǎn)力以及沿海災(zāi)害防護5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)識別多種生態(tài)源地，基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局識別生態(tài)保護和修復(fù)區(qū)域，利用景觀連通度與重力模型進行相關(guān)評價，實現(xiàn)生態(tài)源地保護和脆弱區(qū)修復(fù)的協(xié)同。

本文采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性構(gòu)建生態(tài)安全格局識別生態(tài)源地、生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點和生態(tài)脆弱區(qū)。主要不足在于：（1）生態(tài)源地面積最小閥值確定：源點識別是生態(tài)安全格局構(gòu)建的前提與重要環(huán)節(jié)，具有關(guān)鍵作用。通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進行定量識別中，源地最小面積閥值的確定有所不同。研究中識別的生態(tài)斑塊27172個，其中生態(tài)斑塊大于1 km2的有140個，生態(tài)斑塊大于10 km2的只有10個，斑塊數(shù)量伴隨面積增大而急劇減小，在面積閥值大于3 km2后趨于平穩(wěn)，斑塊個數(shù)為42個，雖然本研究最終確定3 km2作為生態(tài)源地面積閥值，但是否有更確切的變量關(guān)系還有待研究；（2）面向海島型生態(tài)安全格局的構(gòu)建：海壇島兼受大陸和海洋型氣候影響，生態(tài)環(huán)境脆弱，地質(zhì)災(zāi)害和水源短缺問題依舊突出。本研究選取水源涵養(yǎng)和水土保持模型進行源地識別，并利用地質(zhì)災(zāi)害和水源污染敏感性進行阻力面修正，以期構(gòu)建面向水土保護的生態(tài)安全格局。囿于數(shù)據(jù)所限，研究區(qū)的地下水儲量、地表水流速、臺風(fēng)以及雨洪災(zāi)害未在研究之列，今后可以嘗試探究其對生態(tài)格局的影響；（3）基于傳統(tǒng)土地利用類型的阻力面設(shè)置：阻力面反映了物種流動于遷徙過程中的難易差異，本研究選取綜合生態(tài)敏感性對基礎(chǔ)阻力面進行修正，但本質(zhì)仍然是基于土地利用進行賦值，對于不同物種之間的流動，其基礎(chǔ)阻力面應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)其特點，面對多元化的生態(tài)保護目標。

4.2 生態(tài)保護修復(fù)建議

4.2.1 完善生態(tài)修復(fù)規(guī)劃，落實生態(tài)監(jiān)管

研究區(qū)域生態(tài)流活躍，生態(tài)系統(tǒng)易受損害。通過劃定生態(tài)紅線以及設(shè)立生態(tài)保護區(qū)等方式，擴大君山、鹽堆山、牛寨山以及三十六腳湖等重要生態(tài)源地和生態(tài)廊道的保護范圍，同時加強景觀戰(zhàn)略點的生態(tài)監(jiān)管，連接竹嶼湖公園進而輻射島內(nèi)中心城區(qū)，提升島內(nèi)整體生態(tài)水平。完善用地性質(zhì)及產(chǎn)權(quán)制度管理，加大對違規(guī)違期使用土地的懲治力度。可以對居住及建設(shè)用地設(shè)定生態(tài)紅線、嚴格控制城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村的增長范圍，防止村鎮(zhèn)的無序擴張的同時應(yīng)當(dāng)加強生態(tài)紅線和生態(tài)保護區(qū)的監(jiān)管、逐步推進水土保持綜合治理，開展坡地退耕還林等工作。

4.2.2 開展水土專項綜合整治，適地適林適樹

研究區(qū)域自身災(zāi)害問題較為突出，部分生態(tài)災(zāi)害區(qū)域位于島內(nèi)中心城區(qū)，一旦發(fā)生滑坡、泥石流等將對人們生活造成嚴重損失。在島內(nèi)生態(tài)調(diào)控中應(yīng)當(dāng)注重地質(zhì)災(zāi)害的防治，采取植樹造林、修建擋土墻以及坡地退耕還林等必要措施；將生態(tài)敏感區(qū)、生境退化區(qū)、生態(tài)保護紅線以及歷史古村落等納入重點修復(fù)區(qū)域，進行相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)；有序推進生態(tài)安全格局建設(shè)進行有效的分類整治，實行礦山環(huán)境整治修復(fù)[33]、生態(tài)廊道修復(fù)[35]以及海岸帶修復(fù)[35]；對君山、牛寨山等重要生態(tài)源地進行有效保護，重要林地和水源地應(yīng)減少人為干擾影響；諸如開發(fā)區(qū)、居住區(qū)以及建設(shè)用地等生態(tài)敏感區(qū)應(yīng)加強生態(tài)管控，進行水土保持等相關(guān)治理。

4.2.3 明確修復(fù)主次及分區(qū)治理，統(tǒng)籌生態(tài)全局

依據(jù)研究區(qū)域自身狀況，明確修復(fù)重點區(qū)域和修復(fù)次序。海壇島北部由于開發(fā)較晚，生態(tài)環(huán)境良好，可以作為生態(tài)維護與生物多樣性保護片區(qū)進行管控，保護生態(tài)源地，對生態(tài)薄弱區(qū)域進行適度整治；中部地區(qū)由于城區(qū)關(guān)系人口密集，作為中部城區(qū)水源涵養(yǎng)與生態(tài)開發(fā)片區(qū)進行保護和治理，加強水源地監(jiān)管保障用水安全進行水源地管控，注重本土樹種的培育與利用提升城區(qū)整體植被覆蓋度；海壇島南部靠近重要的生態(tài)斑塊，作為部生境保護與生態(tài)旅游片區(qū)，保護好生境的同時進行適度的旅游開發(fā)，開展生態(tài)旅游帶動島內(nèi)生態(tài)和經(jīng)濟的發(fā)展。依據(jù)《平潭綜合實驗區(qū)總體規(guī)劃》等上位規(guī)劃，結(jié)合生態(tài)保護地和生態(tài)修復(fù)區(qū)識別與構(gòu)建，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)海壇島生態(tài)治理工作。

4.3 研究展望

4.3.1 加強生態(tài)機理研究，提高生態(tài)阻力面賦值科學(xué)性

海島型生態(tài)安全格局基于生態(tài)阻力面構(gòu)建，其土地覆被利用類型、人類干擾活動以及景觀的空間結(jié)構(gòu)是影響物種擴散以及能量流動的三個主要因素。以往基于專家咨詢的賦值方法對環(huán)境干擾的人為主觀性較大，且對土地進行均一化賦值容易忽視不同類型下的土地利用對生態(tài)的影響，尚未形成統(tǒng)一的標準和范式。應(yīng)加強對土地內(nèi)在機理的研究，優(yōu)化單一的均值以反映不同類型的生態(tài)阻力面，同時引入不透水表面指數(shù)以及夜間燈光系數(shù)等數(shù)據(jù)，豐富生態(tài)阻力面賦值的方法。

4.3.2 完善生態(tài)指標因子，提升生態(tài)格局評價有效性

海島型生態(tài)安全格局構(gòu)建已有多種研究方法，最小累積阻力模型能夠反映物種遷徙以及能量流動的阻力，但對其周邊環(huán)境脅迫與響應(yīng)的生態(tài)過程研究較少。利用景觀連通性、網(wǎng)絡(luò)閉合度、節(jié)點連接率等指標因子對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進行評價，能夠?qū)坝^數(shù)據(jù)進行量化分析。完善相關(guān)的生態(tài)指標體系的建設(shè)，研究并建立有效的評價體系對區(qū)域安全格局進行有效性評價，對相關(guān)景觀生態(tài)指標進行有效區(qū)分并完善評價指標體系的建設(shè)，能為后續(xù)的生態(tài)空間規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

4.3.3 注重生態(tài)過程耦合，優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間布局

生態(tài)過程維持生態(tài)格局的運行，而生態(tài)格局從整體反作用于生態(tài)過程。當(dāng)前研究注重生態(tài)格局的構(gòu)建與表達，其構(gòu)建將生態(tài)要素置于不同層次的生態(tài)肌理中進行綜合疊加。生態(tài)安全格局依循整體格局和功能，對重要的生態(tài)斑塊與源地進行保護，能夠促進物種與能量之間的流動。在海島生態(tài)規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)注重對生態(tài)格局與過程之間耦合作用研究，建立與優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的空間布局，構(gòu)建面向多元化生態(tài)目標的綜合性海島生態(tài)安全格局。

5 結(jié)論

本研究以福建省海壇島為例，基于最小累積阻力模型融合多種生態(tài)保護目標構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)安全格局，識別生態(tài)源地、生態(tài)廊道、景觀戰(zhàn)略點和生態(tài)脆弱區(qū)并提出相關(guān)建議。研究結(jié)果表明：（1）研究區(qū)識別生物多樣性保護源地39.95 km2，水源涵養(yǎng)服務(wù)源地8.54 km2，水土保持服務(wù)源地7.87 km2，土地生產(chǎn)力服務(wù)源地42.86 km2，沿海災(zāi)害防護源地14.91 km2，識別綜合生態(tài)源地97.13 km2，主要分布于煙堆山、貓頭墘山、君山、虎頭山、楊梅山、老孟山、務(wù)里山、牛寨山、牛園底山、山利山、南嶺以及三十六腳湖和竹嶼湖附近；（2）研究區(qū)識別一級生態(tài)源地37.74 km2，一級生態(tài)源點19個，潛在一級生態(tài)廊道66條，總長11.28 km，二級生態(tài)源地4.68 km2，二級生態(tài)源點10個，潛在二級生態(tài)廊道50條，總長12.12 km，識別景觀戰(zhàn)略點54個，生態(tài)敏感區(qū)域66.07 km2，生境退化區(qū)21.36 km2；（3）海壇島今后的生態(tài)保護修復(fù)工作，可以通過劃定保護區(qū)和保育區(qū)的方式加強對重要生態(tài)源地、廊道和景觀戰(zhàn)略點的保護與監(jiān)督，對生態(tài)敏感區(qū)和生境退化區(qū)應(yīng)當(dāng)進行分類整治修復(fù)工作，遏制生態(tài)退化趨勢。