王 敏 宋昊洋

（1.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院景觀學(xué)系，上海 200092；2.高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水綠生態(tài)智能分實(shí)驗(yàn)中心，上海 200092；3.上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 201499；4.自然資源部大都市區(qū)國土空間生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心土地整理中心，上海 202155）

生態(tài)安全格局構(gòu)建是保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)供給、提升公眾福祉的關(guān)鍵手段。相關(guān)研究多從提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力切入，卻忽視了不同功能分區(qū)對(duì)于不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的預(yù)期需求效益與實(shí)際供給效益存在一定錯(cuò)位的問題。面向差異化發(fā)展目標(biāo)，如何在分區(qū)層面梳理并明晰關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其發(fā)展優(yōu)先次序，對(duì)于合理配置生態(tài)資源、構(gòu)建契合區(qū)域發(fā)展需求的生態(tài)安全格局具有重要的指引作用?；诖耍芯窟x取上海市崇明島為研究對(duì)象，基于5大功能分區(qū)發(fā)展指引構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指數(shù)，識(shí)別生態(tài)源地；依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)建阻力面，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用電路理論的連接度模型構(gòu)建生態(tài)廊道、判別生態(tài)“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)，探索耦合功能分區(qū)的生態(tài)安全格局構(gòu)建路徑。結(jié)果表明：（1）識(shí)別得到研究區(qū)的生態(tài)源地斑塊共193個(gè)，總面積339.84 km2，約占研究區(qū)總面積的24.9%；生態(tài)廊道共374條，總長(zhǎng)度為866.14 km；生態(tài)“夾點(diǎn)”共0.49 km2，障礙點(diǎn)共404個(gè)；（2）受功能發(fā)展導(dǎo)向和自然生態(tài)本底的雙重影響，崇明島生態(tài)安全格局的各類空間要素在不同分區(qū)內(nèi)的分布特征和景觀類型特征存在差異，西部、北部和東部地區(qū)以藍(lán)綠空間為主，源地大塊集中且廊道較為完整；中部、東部地區(qū)源地和廊道類型多樣且破碎化程度較高，多聚集在居住地周邊，障礙點(diǎn)和“夾點(diǎn)”分布集中；（3）生態(tài)空間管控方面，西部、北部和東部地區(qū)應(yīng)側(cè)重對(duì)核心生態(tài)空間和廊道進(jìn)行保護(hù)和適度開發(fā)，而中部和南部地區(qū)應(yīng)針對(duì)其多樣化發(fā)展需求因地制宜，加強(qiáng)綠道體系建設(shè)，推進(jìn)整體景觀提升和綜合環(huán)境整治。綜上，選取上海崇明島作為研究對(duì)象，探索功能分區(qū)差異性發(fā)展情景下的生態(tài)安全格局構(gòu)建方法。研究提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指數(shù)測(cè)算方法，在功能分區(qū)尺度下實(shí)現(xiàn)了社會(huì)和自然雙重約束下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)，在多目標(biāo)發(fā)展體系下綜合供給和需求導(dǎo)向識(shí)別了優(yōu)先保護(hù)區(qū)域；同時(shí)綜合應(yīng)用電路理論提取生態(tài)廊道，有效提取對(duì)景觀連接性有重要影響的“夾點(diǎn)”區(qū)域和障礙點(diǎn)，判讀重要生態(tài)修復(fù)區(qū)段，為后續(xù)空間管控的政策制定提供借鑒。

生態(tài)安全格局；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；重要性指數(shù)；功能分區(qū)；電路理論；崇明島

高速城鎮(zhèn)化發(fā)展推動(dòng)城市建成空間蔓延，生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力。如何保障區(qū)域生態(tài)安全，維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)供給，增進(jìn)人類福祉，成為推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)話題[1]。生態(tài)安全格局緣于景觀生態(tài)學(xué)格局—過程耦合理論，由區(qū)域生態(tài)源地及溝通生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)的生態(tài)廊道共同構(gòu)成[2]。構(gòu)建生態(tài)安全格局則是通過識(shí)別和保護(hù)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義的關(guān)鍵要素，包括斑塊、廊道、節(jié)點(diǎn)等，維持景觀結(jié)構(gòu)的整體性，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定生態(tài)功能的有效調(diào)控[3]?，F(xiàn)有研究多基于生態(tài)紅線劃定[4]、土地利用優(yōu)化[5]等視角，以空間量化、動(dòng)態(tài)模擬等方法，在自然保護(hù)區(qū)[6]、重大工程地區(qū)[7]、高密度城區(qū)[8]和生態(tài)脆弱區(qū)[9]等領(lǐng)域積極開展理論辨析、生態(tài)空間識(shí)別及綜合指標(biāo)體系構(gòu)建[10-13]等的討論。基于對(duì)生態(tài)安全和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系認(rèn)識(shí)的不斷深入，現(xiàn)有相關(guān)研究多依托生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給增量研究進(jìn)行生態(tài)安全格局的構(gòu)建，并逐漸向以自然生態(tài)系統(tǒng)為主、耦合社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的方向發(fā)展[14-15]。

然而，現(xiàn)有研究和實(shí)踐在促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的全域保護(hù)的同時(shí)，往往導(dǎo)向一種被動(dòng)適應(yīng)的、底線式的宏觀生態(tài)系統(tǒng)管理，缺乏對(duì)于功能發(fā)展、公眾需求的討論和互動(dòng)[11,16]。尤其是對(duì)源地的識(shí)別，多基于生態(tài)功能的單一量化和簡(jiǎn)單疊加，忽視了功能單元下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的差異。在功能分區(qū)下，上位規(guī)劃決策面向社會(huì)經(jīng)濟(jì)本底和居民生活需求，對(duì)于不同生態(tài)功能發(fā)展具有差異化導(dǎo)向。而上述相關(guān)研究卻極少基于分區(qū)主導(dǎo)功能對(duì)其進(jìn)行精細(xì)化考量，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)預(yù)期需求目標(biāo)和實(shí)際供給效益的錯(cuò)位[1,17]。因此，面對(duì)不同發(fā)展情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的差異，生態(tài)安全格局的構(gòu)建亟待在分區(qū)尺度下引入社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，整合資源供給與公眾需求[18]，匹配不同的生態(tài)功能導(dǎo)向目標(biāo)，識(shí)別和審視生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護(hù)優(yōu)化的優(yōu)先區(qū)域和差異性，為合理配置生態(tài)資源、提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用價(jià)值和增進(jìn)公眾福祉探索重要的實(shí)踐途徑，體現(xiàn)出生態(tài)安全格局的地方性和人本性。

崇明島是上海市核心的生態(tài)空間。在世界級(jí)生態(tài)島的發(fā)展定位下，崇明區(qū)依托“三區(qū)兩帶兩片”的空間結(jié)構(gòu)，大力推進(jìn)“生態(tài)+”戰(zhàn)略，重點(diǎn)引導(dǎo)農(nóng)業(yè)、旅游、創(chuàng)新等多功能導(dǎo)向?；诖?，以探索如何將分區(qū)級(jí)功能性發(fā)展指引與生態(tài)安全格局構(gòu)建相結(jié)合為切入點(diǎn)，研究以崇明島為例，基于對(duì)全域和不同功能分區(qū)差異化發(fā)展訴求的討論，明晰崇明島不同功能分區(qū)的關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，綜合應(yīng)用定性與定量方法識(shí)別生態(tài)源地，并依據(jù)電路理論提取生態(tài)廊道，判斷生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)，構(gòu)建耦合功能分區(qū)的藍(lán)綠空間生態(tài)安全格局，為崇明島合理配置生態(tài)資源，在多目標(biāo)體系下最大化發(fā)揮生態(tài)價(jià)值提供一定借鑒。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究對(duì)象與功能分區(qū)

以上海市崇明區(qū)崇明島為研究對(duì)象，全島面積約為1 361.11 km2，東西長(zhǎng)80 km，南北寬13～18 km。作為上海市最核心的生態(tài)空間，崇明島具有極為優(yōu)質(zhì)的生態(tài)本底，是全球鳥類的重要棲息地，水體、灘涂、森林和耕地資源豐富，并呈現(xiàn)出橫向分層的特質(zhì)。

總的來看，崇明島形成了“南鎮(zhèn)中村北田園，東西濕地北林湖”的特色資源空間，各區(qū)自然條件有所差異，旅游、農(nóng)業(yè)等功能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求也各不相同。《上海市崇明區(qū)總體規(guī)劃暨土地利用總體規(guī)劃（2016 - 2040）》將崇明島空間結(jié)構(gòu)劃分為“三區(qū)兩帶”，明確了三大空間片區(qū)和兩條空間帶的功能發(fā)展內(nèi)涵。其中，崇東片區(qū)在重點(diǎn)保護(hù)東灘鳥類棲息地的同時(shí)，適度發(fā)展健康療養(yǎng)、生態(tài)教育等功能；崇西片區(qū)在保護(hù)東風(fēng)西沙水源地的同時(shí)，發(fā)展生態(tài)旅游、文化創(chuàng)意等功能；崇北片區(qū)依托東平森林公園、北湖和農(nóng)場(chǎng)，發(fā)展森林度假、生態(tài)農(nóng)業(yè)等功能；崇中鄉(xiāng)村野趣帶集中建設(shè)特色農(nóng)業(yè)帶；崇南城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)則推動(dòng)建設(shè)集約活力的濱江城鎮(zhèn)空間，促進(jìn)人居環(huán)境建設(shè)優(yōu)化?；谏鲜鼋庾x，研究將崇明島劃分為5個(gè)功能分區(qū)（圖1），分別為崇東生態(tài)保育區(qū)、崇西生態(tài)旅游區(qū)、崇北農(nóng)業(yè)旅游區(qū)、崇中特色農(nóng)業(yè)區(qū)、崇南城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)，生態(tài)保育、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人居環(huán)境優(yōu)化等多個(gè)發(fā)展目標(biāo)在5大分區(qū)中各有側(cè)重。

圖1 研究區(qū)域與功能分區(qū)Fig. 1 Study area and functional zoning

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)有：（1）基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，主要包括行政邊界圖、道路交通圖、旅游景區(qū)、公園綠地分布和永久基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)圖，均來自上海崇明區(qū)相關(guān)部門；（2）土地利用分類圖、Landsat8 OLI_TIRS影像數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)，統(tǒng)一為50 m×50 m分辨率，來自地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）；（3）年降雨量侵蝕力柵格數(shù)據(jù)，來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)；（4）年潛在蒸散量柵格數(shù)據(jù)、植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）數(shù)據(jù)、歸一化植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)，來源于美國國家航空航天局（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/）MODIS數(shù)據(jù)集，均經(jīng)過MRT格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換和重采樣統(tǒng)一為50 m×50 m分辨率；（5）土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)，來源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://westdc.westgis.ac.cn/）中國土壤數(shù)據(jù)集；（6）相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，來源于崇明區(qū)2021年統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 研究方法

“源地識(shí)別—阻力面建立—廊道構(gòu)建”是生態(tài)安全格局研究的一般范式[19]。生態(tài)源地可基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力、重要性等的考慮進(jìn)行單項(xiàng)直接識(shí)別或綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)[3,20]；阻力面的建立則多結(jié)合土地利用類型賦值得到；生態(tài)廊道可采用最小累積阻力模型[21]、電路理論[22]等方法提取。其中，基于電路理論的連接度模型利用電阻距離代替成本距離，能有效衡量異質(zhì)性景觀的功能連接性，在廊道重要性識(shí)別研究中具有明顯優(yōu)勢(shì)[23]。

基于此，研究創(chuàng)新性耦合功能分區(qū)發(fā)展目標(biāo)提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性測(cè)算方法，基于重要性指標(biāo)識(shí)別生態(tài)源地，并依據(jù)不同用地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值構(gòu)建阻力面，結(jié)合電路理論模型構(gòu)建生態(tài)廊道、提取生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)，形成研究區(qū)最終點(diǎn)線面結(jié)合的生態(tài)安全格局。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指標(biāo)計(jì)算

基于對(duì)崇明島不同分區(qū)功能導(dǎo)向的分析，研究選取食物生產(chǎn)服務(wù)、水源涵養(yǎng)服務(wù)、熱環(huán)境調(diào)節(jié)服務(wù)、大氣調(diào)節(jié)服務(wù)、雨洪調(diào)節(jié)服務(wù)、生物多樣性維持服務(wù)、休閑游憩服務(wù)7項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)估，測(cè)算方法見表1。各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算后統(tǒng)一采用Max-Min標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行歸一化處理后，獲得第i項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在第j個(gè)像元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能性指數(shù)

表1 各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的測(cè)算方法Tab. 1 Calculation methods of various ecosystem services

在不同分區(qū)內(nèi)，為區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要程度，研究依據(jù)對(duì)崇明島發(fā)展需求的分析，引入第i項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在第k個(gè)功能分區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)重i=1，2…7）。結(jié)合上述對(duì)于各區(qū)功能發(fā)展導(dǎo)向的討論，研究選擇結(jié)合專家打分和AHP層次分析法分別對(duì)不同分區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行兩兩重要性比較，通過建立矩陣運(yùn)算求得各項(xiàng)權(quán)重，判斷多目標(biāo)體系下各分區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相對(duì)重要程度（表2）。

表2 各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)重設(shè)定Tab. 2 Weight setting of ecosystem services

表2 各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)重設(shè)定Tab. 2 Weight setting of ecosystem services

水質(zhì)凈化 0.143 0.219 0.057 0.029 0.014熱環(huán)境調(diào)節(jié) 0.081 0.071 0.134 0.152 0.214大氣調(diào)節(jié) 0.092 0.114 0.114 0.121 0.138雨洪調(diào)節(jié) 0.085 0.029 0.057 0.145 0.148支持服務(wù) 生物多樣性維持 0.357 0.257 0.257 0.14 0.086文化服務(wù) 休閑游憩 0.171 0.243 0.229 0.127 0.343崇南城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)South district供給服務(wù) 食物生產(chǎn) 0.071 0.067 0.152 0.286 0.057服務(wù)類型Service type崇東生態(tài)保育區(qū)Eastern district崇西生態(tài)旅游區(qū)Western district崇北農(nóng)業(yè)旅游區(qū)North district崇中特色農(nóng)業(yè)區(qū)Central district調(diào)節(jié)服務(wù)

基于表2，研究可獲得第j個(gè)像元的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性IESj，計(jì)算公式（1）：

2.2 生態(tài)源地識(shí)別

生態(tài)源地是對(duì)區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義并擔(dān)負(fù)著重要輻射功能的生境斑塊[35]。本文基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求視角，選取綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指標(biāo)值處于前25%的斑塊作為生態(tài)源地。同時(shí)參考相關(guān)研究[27]，將各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指標(biāo)值處于前10%的斑塊也劃定為生態(tài)源地，以避免忽略對(duì)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有突出貢獻(xiàn)的生境斑塊。

此外，考慮到面積小的斑塊輻射功能較弱，對(duì)區(qū)域整體的生態(tài)安全格局影響較小。研究進(jìn)一步對(duì)碎小斑塊進(jìn)行處理[36]。結(jié)合各區(qū)域生態(tài)空間差異化特征，分別對(duì)東、西、北部分區(qū)和中、南部分區(qū)兩種空間特征分別進(jìn)行斑塊累計(jì)面積占比與數(shù)量累計(jì)占比的討論。由圖2看出，當(dāng)生態(tài)源地斑塊面積分別大于0.15 km2和0.05 km2時(shí)，斑塊數(shù)量占比趨于穩(wěn)定，且其累計(jì)面積占比均達(dá)到70%以上，能有效代表生態(tài)源地的整體格局。因此，明確生態(tài)源地最小面積閾值在崇東生態(tài)保育區(qū)、崇西生態(tài)旅游區(qū)、崇北農(nóng)業(yè)旅游區(qū)和崇中特色農(nóng)業(yè)區(qū)、崇南城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)分別為0.15 km2和0.05 km2，并將其他面積小但分布集中的斑塊進(jìn)行合并處理。

圖2 生態(tài)源地斑塊面積累計(jì)占比和數(shù)量累加占比Fig. 2 Cumulative proportion of patch area and quantity in ecological source area

2.3 阻力面構(gòu)建

阻力面是指不同生態(tài)要素之間進(jìn)行物質(zhì)交換、能量傳輸過程在穿越空間時(shí)需要克服的阻力。景觀空間阻力值的大小與其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力高低密切相關(guān)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力越高，物質(zhì)、能量流動(dòng)所遇到的阻力也就越小[27,37]。因此，研究計(jì)算各個(gè)土地覆蓋類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[38-39]來進(jìn)行阻力面的構(gòu)建，將其進(jìn)行歸一化處理，以其反表面（1減本身）確定阻力值，并基于Linkage Mapper工具箱的數(shù)據(jù)需求進(jìn)行進(jìn)一步閾值調(diào)整，得出阻力值分別為耕地90、林地55、濕地1、河流湖泊18、綠地68、未利用地97、建設(shè)用地101。同時(shí)，基于國土政策對(duì)基本農(nóng)田的嚴(yán)格保護(hù)，生態(tài)廊道不穿越永久基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)。

2.4 基于電路理論的生態(tài)廊道、夾點(diǎn)和障礙點(diǎn)的提取

生態(tài)廊道是指生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)物質(zhì)、能量與信息具有重要連通作用，并為動(dòng)物遷徙提供重要通道的帶狀區(qū)域。研究利用ArcGIS軟件中的Linkage Mapper工具箱模擬生態(tài)廊道，基于電荷隨機(jī)游走特性識(shí)別生態(tài)廊道[40]。

生態(tài)“夾點(diǎn)”是廊道中電流密度較大的區(qū)域，其生物遷移概率大但也受周圍干擾較大，代表了影響整個(gè)生態(tài)空間連通度的“瓶頸”地區(qū)。因而關(guān)注保護(hù)生態(tài)“夾點(diǎn)”并對(duì)周邊區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，對(duì)維持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接性非常重要。研究利用Linkage Mapper工具箱中的Pinchpoint Mapper識(shí)別生態(tài)“夾點(diǎn)”，通過調(diào)用電路理論模型計(jì)算斑塊間電流密度，并按照自然斷點(diǎn)法將電流密度分為5個(gè)等級(jí)，將電流密度最高的區(qū)域視為全區(qū)的生態(tài)“夾點(diǎn)”[29]。

生態(tài)障礙點(diǎn)是指阻礙生物擴(kuò)散移動(dòng)的景觀，移除這些區(qū)域會(huì)顯著增加生態(tài)連通性［34］。研究利用Linkage Mapper工具箱中的Barrier Mapper識(shí)別生態(tài)障礙點(diǎn)，采用移動(dòng)窗口法，參考相關(guān)研究[40]選擇100 m作為搜索半徑，將整個(gè)移動(dòng)搜索窗口內(nèi)改進(jìn)得分的百分比來表征障礙點(diǎn)對(duì)于生態(tài)景觀連通性的影響強(qiáng)弱，并將其按照自然斷點(diǎn)法分為5個(gè)等級(jí)，位于賦值最高區(qū)間的區(qū)域即為障礙點(diǎn)[29]。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)源地分布

研究共識(shí)別上海崇明島生態(tài)源地斑塊193個(gè)，總面積339.84 km2，約占研究區(qū)總面積的24.9%。大塊的源地斑塊主要分布在崇明島東、西部濕地和北部林地，但存在較大面積草地因其關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在分區(qū)內(nèi)的重要性較低，并未歸入源地。崇中特色農(nóng)業(yè)區(qū)、崇南城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)分布的源地面積較小且呈現(xiàn)大分散、小集中的特征，多散布在居住地區(qū)周邊生境質(zhì)量較好的區(qū)域（圖3），反映了城鎮(zhèn)建設(shè)地區(qū)作為人們的主要活動(dòng)空間，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)的發(fā)展需求較高，其中的河湖水面和綠地空間成為優(yōu)化人居環(huán)境、維護(hù)生態(tài)安全的重要區(qū)域。

圖3 生態(tài)源地的空間分布Fig. 3 Spatial distribution of ecological sources

3.2 生態(tài)安全格局構(gòu)建

崇明島生態(tài)廊道分布廣泛，研究共識(shí)別得到374條廊道，總長(zhǎng)度866.14 km，多為東西橫向分布延伸（圖4）。按照自然斷點(diǎn)法將廊道阻力值分為3類，得到低阻力值的廊道160條，其景觀類型以林地、草地為主，該類廊道阻力小，對(duì)源地連接起重要作用，需要重點(diǎn)保護(hù)。中阻力值的廊道有155條，多分布在崇中特色農(nóng)業(yè)區(qū)，主要是由于廊道穿越的林地、草地等低阻力區(qū)破碎化或廊道遷移距離過長(zhǎng)等。阻力極大的廊道59條，多分布在高密度城鎮(zhèn)周邊區(qū)域和耕地區(qū)域，該類廊道穿越的生態(tài)空間阻力值高、破碎化程度高，連接生態(tài)源地、促進(jìn)生態(tài)過程實(shí)現(xiàn)的作用較弱。

圖4 生態(tài)廊道的空間分布Fig. 4 Spatial distribution of ecological corridors

研究基于電路理論計(jì)算廊道上各點(diǎn)的電流密度，獲得生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)（圖5）。生態(tài)廊道的電流強(qiáng)度由黃至紫逐漸變大，紫色區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)“夾點(diǎn)”。崇明島生態(tài)“夾點(diǎn)”總面積約為0.49 km2，主要分布在崇明島中段的環(huán)島綠道，雖然較為連續(xù)，但受周邊高阻力景觀壓迫而受限在較窄的區(qū)域內(nèi)，亟待重點(diǎn)保護(hù)。生態(tài)障礙點(diǎn)共404個(gè)，總面積為8.36 km2，主要分布在受人類活動(dòng)影響較大的崇中特色農(nóng)業(yè)區(qū)和崇南城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)（圖6）。

圖5 生態(tài)廊道電流密度和生態(tài)“夾點(diǎn)”的空間分布Fig. 5 Spatial distribution of current density of ecological corridors and “pinch-points”

圖6 生態(tài)障礙點(diǎn)的空間分布Fig. 6 Spatial distribution of ecological barriers

3.3 生態(tài)安全空間管控

結(jié)合生態(tài)資源本底和功能發(fā)展導(dǎo)向，綜合生態(tài)源地、生態(tài)廊道、生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)，得到生態(tài)安全格局。綜觀崇明島生態(tài)安全格局，由于受生態(tài)資源本底和功能發(fā)展需求的共同影響，各功能分區(qū)的生態(tài)安全格局構(gòu)成要素在空間分布和景觀類型上存在差異（表3）。崇西生態(tài)旅游區(qū)、崇北農(nóng)業(yè)旅游區(qū)北部、崇東生態(tài)保育區(qū)生態(tài)資源優(yōu)越，是發(fā)展世界級(jí)生態(tài)島、大力推進(jìn)自然保育和生態(tài)旅游的重要戰(zhàn)略區(qū)。這些分區(qū)受人類活動(dòng)干擾較小，生態(tài)源地呈現(xiàn)大塊集中的特征，且以藍(lán)綠空間為主，生態(tài)廊道較長(zhǎng)且對(duì)源地連接起重要作用。而崇中特色農(nóng)業(yè)區(qū)以耕地、生產(chǎn)林為主，景觀空間被小片分割，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求向人居環(huán)境優(yōu)化和糧食生產(chǎn)雙側(cè)傾向，因此，生境源地多小塊聚集在居住地周邊，廊道短且密，障礙點(diǎn)和“夾點(diǎn)”分布集中。崇南城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)建設(shè)用地發(fā)展集約，對(duì)于生活環(huán)境的高需求使得源地集中于城鎮(zhèn)空間及其周邊，廊道多沿林帶綠道分布，且受周圍人類活動(dòng)影響較大，障礙點(diǎn)和“夾點(diǎn)”較多。

表3 生態(tài)源地、廊道、“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)的數(shù)量分布特征Tab. 3 The quantitative distribution characteristics of ecological sources, corridors, “pinch points” and barriers

面向生態(tài)安全格局的異質(zhì)性特征，研究將生態(tài)源地根據(jù)景觀空間類型分為核心生態(tài)水面、核心生態(tài)濕地、核心生態(tài)林地、核心生態(tài)農(nóng)田4種；并將生態(tài)廊道根據(jù)電流密度提取出的“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)劃定為生態(tài)保護(hù)廊道和生態(tài)修復(fù)戰(zhàn)略點(diǎn)，實(shí)施針對(duì)性保護(hù)和修復(fù)策略；其他則為生態(tài)游憩廊道，承擔(dān)主要的景觀連通功能；并嘗試性在不同分區(qū)內(nèi)提出相應(yīng)主導(dǎo)的生態(tài)安全空間管控策略[41]。其中，崇明島西部、北部和東部地區(qū)的核心生態(tài)空間呈面狀大塊集中，其生態(tài)安全格局較為完整，應(yīng)順應(yīng)崇明自然保育的首要生態(tài)安全目標(biāo)，對(duì)其天然林、河流湖泊和濕地灘涂進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)和維護(hù)，部分區(qū)域進(jìn)行適度開發(fā)，維護(hù)其良好的生態(tài)功能和景觀連通性。中部地區(qū)和南部地區(qū)的核心生態(tài)空間類型多樣且破碎化程度較高，人類活動(dòng)的需求強(qiáng)度較大，應(yīng)針對(duì)其發(fā)展需求因地制宜，推進(jìn)整體景觀提升和綜合環(huán)境整治，保護(hù)區(qū)域農(nóng)業(yè)、林業(yè)資源；而廊道受周圍低生態(tài)價(jià)值景觀空間的干擾較大，應(yīng)通過建設(shè)和保護(hù)多級(jí)綠道體系增強(qiáng)其總體景觀連通性（圖7）。

圖7 生態(tài)安全格局空間管控Fig. 7 Spatial regulation of ecological security pattern

4 結(jié)論與討論

生態(tài)安全格局的構(gòu)建目標(biāo)不僅限于保護(hù)區(qū)域的自然生態(tài)過程，還應(yīng)滿足人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求。本文在功能分區(qū)尺度下，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的發(fā)展需求視角切入，引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指數(shù)識(shí)別生態(tài)源地，基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)建阻力面，采用電路理論提取生態(tài)廊道、“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了功能分區(qū)與崇明島生態(tài)安全格局構(gòu)建的有效耦合。研究顯示：崇明島生態(tài)安全格局由193塊源地、374條生態(tài)廊道、若干“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)構(gòu)成，空間布局涉及水面、濕地、林地和部分耕地和建設(shè)用地等，不同功能分區(qū)的分布特征和類型特征均存在差異，體現(xiàn)了功能發(fā)展導(dǎo)向?qū)τ谏鷳B(tài)安全格局的局地性影響?？傮w來說，崇明島西部、北部和東部地區(qū)的生態(tài)安全格局較為完整，建議集中進(jìn)行源地和廊道保護(hù)；而中部地區(qū)和東部地區(qū)的生態(tài)源地類型多樣且破碎化程度較高，廊道受人類活動(dòng)影響較大，應(yīng)重點(diǎn)實(shí)施相應(yīng)的連通性和修復(fù)性措施。

研究基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指數(shù)的構(gòu)建，在功能分區(qū)尺度下進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的空間分異評(píng)價(jià)，識(shí)別需要優(yōu)先保護(hù)的重要生態(tài)空間；探討在多目標(biāo)發(fā)展體系下，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的安全優(yōu)先級(jí)在不同區(qū)域不僅受生態(tài)資源本底優(yōu)劣的影響，也有受到功能發(fā)展和公眾福祉影響的可能。功能區(qū)作為資源開發(fā)、環(huán)境污染和生態(tài)退化的主要載體，也是實(shí)行生態(tài)安全保護(hù)、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的基本管理組織空間，在生態(tài)安全格局構(gòu)建過程中兼顧整體性和差異性原則，具有較強(qiáng)的實(shí)踐可行性和現(xiàn)實(shí)意義?；谏虾３缑鲘u的研究結(jié)果表明，生態(tài)安全格局的構(gòu)建不應(yīng)只注重供給側(cè)的增量發(fā)展，而應(yīng)綜合供給和需求兩側(cè)導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)多發(fā)展情景下生態(tài)安全準(zhǔn)則的討論，以合理配置有限的生態(tài)資源，幫助決策制定者確定優(yōu)先保護(hù)區(qū)域，并制定具針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)管控策略。面對(duì)復(fù)雜的地理區(qū)域，對(duì)生態(tài)過程有控制意義的戰(zhàn)略性組分應(yīng)是動(dòng)態(tài)的、多尺度的，未來相關(guān)研究可以將情景模擬和多尺度評(píng)估整合到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角下的生態(tài)安全構(gòu)建框架中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在不同尺度下對(duì)于生態(tài)安全格局的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和精細(xì)化調(diào)控。

在構(gòu)建生態(tài)安全格局過程中，本研究綜合應(yīng)用電路理論提取生態(tài)廊道。電路理論的連接度模型認(rèn)為物種對(duì)所穿越的景觀缺少預(yù)知，不一定會(huì)選擇最優(yōu)路徑，而是有多條路徑可以選擇。該模型基于隨機(jī)游走理論定義物種的運(yùn)動(dòng)行為，充分考慮了生態(tài)廊道的冗余度，有助于提升城市韌性水平。同時(shí)，在異質(zhì)性景觀中通過電流密度計(jì)算，可以有效識(shí)別對(duì)景觀連接性有重要影響的景觀要素和“夾點(diǎn)”地區(qū)，并且“夾點(diǎn)”的位置不受廊道寬度的影響[22]，在廊道重要性識(shí)別研究中也具有明顯優(yōu)勢(shì)。在后續(xù)研究中，將進(jìn)一步基于實(shí)地觀察和試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化相關(guān)參數(shù)（如景觀阻力值）的設(shè)置，并面向建成環(huán)境，加強(qiáng)對(duì)于道路及其他建設(shè)因素等對(duì)生態(tài)安全格局構(gòu)建影響的討論，綜合引入生態(tài)“夾點(diǎn)”、生態(tài)障礙點(diǎn)、生態(tài)斷裂點(diǎn)等空間要素。同時(shí)，研究在整合各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能時(shí)，僅考慮評(píng)價(jià)對(duì)象本身的特性，較少考慮與周邊區(qū)域的輻射影響關(guān)系，也未對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系進(jìn)行深入討論[42]，未來也有待針對(duì)其內(nèi)在耦合關(guān)聯(lián)機(jī)制展開研究。