耿瑜爽,李 巍,樂(lè)榮武

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,北京 100875

我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)具有巨大碳匯,在“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)中將發(fā)揮巨大作用[1]。然而近年來(lái),城市化地區(qū)高強(qiáng)度的開(kāi)發(fā)導(dǎo)致生態(tài)空間破碎化、孤島化,阻礙了生態(tài)流的擴(kuò)散,削弱了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力,生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能受到嚴(yán)重威脅[2]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)能夠促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量流動(dòng)[3],減少景觀破碎化的負(fù)面影響,保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給[4]。因此構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已成為維持景觀連通性、提升包括固碳在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要手段。

有關(guān)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能維持[5]、生物多樣性保護(hù)[6]、游憩環(huán)境改善和綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[7]、生態(tài)空間管控[8]、生態(tài)修復(fù)優(yōu)先區(qū)診斷[9]、生態(tài)安全格局[10]、國(guó)土空間治理[11]等方面已取得較多進(jìn)展,并形成“生態(tài)源地識(shí)別-生態(tài)阻力面構(gòu)建-生態(tài)廊道提取”的基本范式[12]。生態(tài)源地識(shí)別通常選取自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)紅線等自然斑塊[13]或利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[14]、生態(tài)敏感性[15]、生境質(zhì)量[16]、形態(tài)學(xué)空間格局分析[17]等方法進(jìn)行提取。生態(tài)阻力面構(gòu)建多基于土地利用類(lèi)型賦值[18—19],但是該方法易忽略同種土地利用類(lèi)型間的內(nèi)部差異[20],因此有學(xué)者引入夜間燈光數(shù)據(jù)[21]、地形因素[22]、連通性指數(shù)[23]等指標(biāo)進(jìn)行修正。生態(tài)廊道的提取方法包括最小累積阻力模型(MCR)[17]、電路理論[24]、重力模型[16]等?？傮w來(lái)看,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究已日趨成熟,在各領(lǐng)域應(yīng)用研究不斷積累。但在全球氣候變化的大背景以及我國(guó)碳達(dá)峰碳中和(“雙碳”)的政策要求下,學(xué)者們有必要關(guān)注如何在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分析框架中耦合碳排放因素,以提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的多功能性和穩(wěn)定性,并促進(jìn)以固碳增匯為目標(biāo)的生態(tài)保護(hù)與修復(fù)。目前已有研究將產(chǎn)業(yè)格局納入生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中[16,25],設(shè)置生態(tài)-經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn),為本研究提供了實(shí)踐和理論依據(jù)。呼包鄂榆城市群是我國(guó)典型的快速城市化地區(qū),引領(lǐng)我國(guó)中西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展[26]。城市群礦產(chǎn)資源富集,以工業(yè)化帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特征明顯,尤其以煤電、煤化工、鋼鐵等能源開(kāi)采和高耗能高排放(“兩高”)行業(yè)為主導(dǎo),是碳排放的高強(qiáng)度地區(qū),減排任務(wù)迫在眉睫[27]。同時(shí),呼包鄂榆城市群地處農(nóng)牧交錯(cuò)帶,生態(tài)本底脆弱[28],資源開(kāi)采、城市用地?cái)U(kuò)張等導(dǎo)致生態(tài)用地破碎化,加劇了區(qū)域內(nèi)防風(fēng)固沙和碳儲(chǔ)存等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的下降[29],引發(fā)了生境破壞、污染加劇等一系列生態(tài)問(wèn)題。在《黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》(2021年10月8日)的政策引領(lǐng)下,呼包鄂榆城市群是當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)的熱點(diǎn)區(qū),對(duì)其進(jìn)行耦合空間碳排放的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究極具重要性和緊迫性。

綜上,本研究以呼包鄂榆城市群為研究區(qū),基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和連通性評(píng)價(jià)識(shí)別生態(tài)源地,利用空間主成分分析確定研究區(qū)生態(tài)阻力面,采用電路理論和重力模型提取生態(tài)廊道,得到區(qū)域景觀生態(tài)格局;通過(guò)獲取夜間燈光數(shù)據(jù)模擬得到城市群柵格尺度碳排放空間格局,并與景觀生態(tài)格局進(jìn)行空間疊加,以此補(bǔ)充“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)和規(guī)劃廊道,進(jìn)而構(gòu)建考慮區(qū)域碳排放空間格局的城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò),以期為城市群固碳增匯的生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

呼包鄂榆城市群包括內(nèi)蒙古自治呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市和陜西省榆林市(圖1),空間范圍為106°28′E—122°18′E,36°48′N(xiāo)—42°44′N(xiāo),總面積17.5萬(wàn)km2。研究區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,地跨我國(guó)干旱半干旱生態(tài)脆弱區(qū),土地利用類(lèi)型以草地為主,約占總面積的54.5%,耕地次之,占總面積的17.9%。經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面,城市群擁有兩個(gè)國(guó)家級(jí)千萬(wàn)千瓦級(jí)煤電基地和兩個(gè)國(guó)家級(jí)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū),以工業(yè)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特征突出。

圖1 研究區(qū)土地利用類(lèi)型Fig.1 Land use type of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用的數(shù)據(jù)包括2020年土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、歸一化植被指數(shù)、夜間燈光數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)等。其中土地利用數(shù)據(jù)、歸一化植被指數(shù)和GDP數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/),DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/),夜間燈光數(shù)據(jù)來(lái)源于全球NPP-VIIRS合成數(shù)據(jù)集(https://doi.org/10.7910/DVN/YGIVCD),空間分辨率均為1km×1km;各縣區(qū)(旗)能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)源于《呼和浩特統(tǒng)計(jì)年鑒》(2017—2021)、《包頭統(tǒng)計(jì)年鑒》(2017—2021)、《鄂爾多斯統(tǒng)計(jì)年鑒》(2017—2021)、《榆林統(tǒng)計(jì)年鑒》(2017—2021)等。

針對(duì)研究區(qū)本底狀況,選取5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),包括水源涵養(yǎng)、碳儲(chǔ)存、土壤保持、防風(fēng)固沙和生境質(zhì)量服務(wù),各服務(wù)的計(jì)算方法及數(shù)據(jù)來(lái)源如表1所示,其中氣象數(shù)據(jù)均采用2015—2020年的5年平均值。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算方法及數(shù)據(jù)來(lái)源Table 1 Calculation methods and data sources of ecosystem services

2 研究方法

旨在“雙碳”背景下,面向固碳增匯目標(biāo),通過(guò)耦合空間碳排放因素改進(jìn)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法,分為3個(gè)步驟(圖2)。首先是按照“生態(tài)源地識(shí)別-生態(tài)阻力面構(gòu)建-生態(tài)廊道提取”的基本范式構(gòu)建區(qū)域景觀生態(tài)格局;其次基于碳排放量核算結(jié)果,通過(guò)夜間燈光數(shù)據(jù)模擬得到柵格尺度碳排放空間格局;最后對(duì)前2步所生成的景觀生態(tài)格局和碳排放空間格局進(jìn)行疊加分析,在二者的空間沖突處設(shè)置“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn),并依據(jù)現(xiàn)有生態(tài)源地、生態(tài)廊道和“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充規(guī)劃廊道,以此構(gòu)建耦合空間碳排放的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

圖2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建框架Fig.2 The analytical framework of ecological network construction

2.1 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的景觀生態(tài)格局構(gòu)建

2.1.1生態(tài)源地識(shí)別

2.1.2生態(tài)阻力面構(gòu)建

阻力面的設(shè)置是生態(tài)廊道準(zhǔn)確提取的關(guān)鍵[35]。在自然阻力指標(biāo)、人類(lèi)干擾指標(biāo)等常用的阻力指標(biāo)的基礎(chǔ)上,納入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)(表2),各個(gè)阻力因子指標(biāo)對(duì)景觀格局的影響由小到大分為5級(jí),分別賦值為1、3、5、7、9(圖3)。利用ArcGIS中的空間主成分分析方法,不僅能夠?qū)ι鷳B(tài)阻力面構(gòu)建的阻力指標(biāo)進(jìn)行降維處理,還可以將每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為其權(quán)重[36],從而得到生態(tài)阻力綜合指數(shù),公式為:

表2 生態(tài)阻力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系Table 2 Ecological resistance index evaluation system

圖3 生態(tài)阻力單要素評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Evaluation results from single factor of ecological resistance

(1)

式中,ERI為第i個(gè)柵格的生態(tài)阻力綜合指數(shù),Pij為第i個(gè)柵格的第j個(gè)阻力指標(biāo),wj為各指標(biāo)的權(quán)重,m為通過(guò)主成分分析選中的指標(biāo)個(gè)數(shù)。

最后利用ArcGIS中的重分類(lèi)工具將生態(tài)阻力綜合指數(shù)按自然斷點(diǎn)法進(jìn)行等級(jí)劃分,劃為5個(gè)等級(jí):低阻力、較低阻力、中等阻力、較高阻力、高阻力。

2.1.3生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道用于連通破碎的生態(tài)斑塊,增加生態(tài)系統(tǒng)中物種及能量的流通[37]?；陔娐防碚?采用ArcGIS工具Linkage Pathways Tool模塊提取生態(tài)廊道,首先將生態(tài)源地兩兩配對(duì),基于最小累積阻力模型識(shí)別每對(duì)生態(tài)源地間的最小成本路徑,最后將經(jīng)過(guò)其他生態(tài)源地的最小成本路徑剔除,最終生成研究區(qū)潛在生態(tài)廊道。并通過(guò)重力模型定量評(píng)價(jià)生態(tài)源地間的相互作用強(qiáng)度,根據(jù)相互作用力大小來(lái)判定廊道的重要性,將相互作用力大于10的生態(tài)廊道作為重要生態(tài)廊道。

2.2 碳排放核算

呼包鄂榆城市群的碳排放主要來(lái)源于能源的使用,同時(shí)大部分的學(xué)者也將能源消費(fèi)碳排放作為區(qū)域?qū)嶋H碳排放加以研究[38]。因此本研究將能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放視作區(qū)域?qū)嶋H碳排放量。在IPCC提供的計(jì)算國(guó)家溫室氣體排放量指南的基礎(chǔ)上,結(jié)合城市群各市統(tǒng)計(jì)年鑒所統(tǒng)計(jì)的能源類(lèi)型,選取原煤、焦炭、汽油和柴油4種能源對(duì)呼包鄂榆城市群各區(qū)縣(旗)能源消費(fèi)產(chǎn)生碳排放量進(jìn)行核算(表3),公式如下:

表3 各種能源碳排放參考系數(shù)Table 3 Reference coefficients of various energy carbon emissions

(2)

式中,C為各縣區(qū)(旗)碳排放量,Ei為第i類(lèi)能源的消費(fèi)量,εi為第i類(lèi)能源的標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù),ki為第i類(lèi)能源的碳排放系數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)源自《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T 2589—2008);碳排放系數(shù)源自《IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》和《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》

相關(guān)研究結(jié)果表明,同一區(qū)域碳排放量與夜間燈光指數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系[39—40]。以呼包鄂榆城市群各縣區(qū)(旗)的能源碳排放為基礎(chǔ),通過(guò)夜間燈光數(shù)據(jù)將各縣區(qū)(旗)碳排放總量展布到各柵格,公式如下:

(3)

式中,Cr、DNr分別為柵格尺度碳排放、夜間燈光指數(shù),DNc、Cc分別為該柵格所處縣區(qū)(旗)夜間燈光指數(shù)、碳排放之和。

2.3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

在景觀生態(tài)格局和碳排放空間格局的疊加分析基礎(chǔ)上,設(shè)置“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn):(1)在碳排放高值區(qū)與最小成本路徑存在空間沖突處(相交或相切);(2)最小成本路徑交匯處;(3)碳排放高值區(qū)聚集區(qū)周?chē)?。并設(shè)計(jì)現(xiàn)有生態(tài)源地、生態(tài)廊道和“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)間的規(guī)劃廊道,以促進(jìn)物質(zhì)、能量、信息的流動(dòng),提高社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的韌性。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀生態(tài)格局分析

3.1.1生態(tài)源地識(shí)別

通過(guò)InVEST模型等方法定量評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),得到呼包鄂榆城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局(圖4)。水源涵養(yǎng)服務(wù)主要受降水量的影響,呼包鄂榆城市群的東南部降水偏多,因此高值區(qū)位于呼包鄂榆城市群的東南部,主要集中于榆林市東南部各縣區(qū),低值區(qū)位于達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗、杭錦旗、鄂托克旗等西北部地區(qū)。防風(fēng)固沙服務(wù)受風(fēng)速等氣候因素和植被覆蓋的多重影響,高值區(qū)較為分散,分布在呼和浩特市中北部,榆林市東部及南部各區(qū)域。生境質(zhì)量較高的區(qū)域位于城市群北部及西部。土壤保持與氣候、土壤和植被等因素有關(guān),并且與地理高程密切相關(guān),高值區(qū)主要分布于呼和浩特市和包頭市,多集中在和林格爾縣、清水河縣、石拐區(qū)、新城區(qū)北部、回民區(qū)北部等,西南部土壤侵蝕強(qiáng)度較高。碳儲(chǔ)存服務(wù)高值區(qū)分布于呼包鄂榆城市群東部和北部,土地利用類(lèi)型是影響碳儲(chǔ)存服務(wù)的主導(dǎo)因素。

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局Fig.4 Spatial pattern of ecosystem services

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)價(jià)結(jié)果,共識(shí)別出52個(gè)生態(tài)源地,面積共計(jì)7303km2,占呼包鄂榆城市群土地總面積的4.17%(圖5)。其中,呼和浩特市生態(tài)源地分布面積最大,占研究區(qū)生態(tài)源地面積的46.27%,且重要生態(tài)源地多集中于此;而鄂爾多斯市少有生態(tài)源地分布,占比5.52%,面臨較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。生態(tài)源地土地利用類(lèi)型以林地和草地為主,其中林地面積3811km2、草地面積2523km2,分別占生態(tài)源地總面積的52.18%和34.55%,其余地類(lèi)為耕地和水域。

圖5 呼包鄂榆城市群生態(tài)源地Fig.5 The ecological sources of the study area

3.1.2生態(tài)阻力面構(gòu)建

經(jīng)過(guò)主成分變換后,呼包鄂榆城市群生態(tài)阻力的每1個(gè)主成分包含原8個(gè)變量的信息載荷。從表4可以看出,前5個(gè)主成分因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了92.70%,因此前5項(xiàng)主成分已經(jīng)能夠較為全面的表征研究區(qū)生態(tài)阻力面的組成。

表4 主成分的特征值及其貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalues of the principal components and their contribution rates

進(jìn)一步分析各主成分在原始指標(biāo)上的載荷(表5),發(fā)現(xiàn)第1主成分在生境質(zhì)量、水源涵養(yǎng)、土地利用類(lèi)型上的載荷較大,第2主成分在水源涵養(yǎng)上的載荷較大,第3主成分在土地利用類(lèi)型和生境質(zhì)量上的載荷較大,第4主成分在碳儲(chǔ)存、歸一化植被指數(shù)和土地利用類(lèi)型上的載荷較大,第5主成分在碳儲(chǔ)存和防風(fēng)固沙上的載荷較大。綜合考慮主成分載荷矩陣分析結(jié)果,生境因子、水資源因子、土地利用因子和碳儲(chǔ)存因子是影響研究區(qū)生態(tài)安全的主要因素,符合研究區(qū)實(shí)際情況。

表5 主成分載荷矩陣Table 5 Principal component load matrix

人類(lèi)對(duì)于資源的不合理利用給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大的破壞,距離居民點(diǎn)、道路、工業(yè)用地越近,受到人類(lèi)活動(dòng)的壓力影響越大,生境破碎化越嚴(yán)重;對(duì)于地處干旱半干旱地區(qū)的區(qū)域而言,水資源無(wú)疑是影響生態(tài)環(huán)境的主要因素,研究區(qū)氣候干燥,水資源稀缺,加之地處農(nóng)牧交錯(cuò)帶以及人類(lèi)不合理灌溉,使得生態(tài)環(huán)境敏感脆弱;工業(yè)化帶動(dòng)城市化的發(fā)展,導(dǎo)致建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,占用生態(tài)用地,從而破壞了生態(tài)環(huán)境;最后,碳儲(chǔ)存因子也是影響資源型城市群的重要因素,呼包鄂榆城市群資源稟賦極高,能源開(kāi)采行業(yè)和“兩高”行業(yè)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,導(dǎo)致碳排放居高不下,給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了較大的壓力。

SPCA分析得到的各因子的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重,采用式(1)對(duì)前5個(gè)主成分進(jìn)行加權(quán)求和,從而獲得呼包鄂榆城市群生態(tài)阻力綜合指數(shù)及其空間分布。利用ArcGIS重分類(lèi)工具,將研究區(qū)生態(tài)阻力分為5個(gè)等級(jí)(圖6),高阻力的區(qū)域面積為3.40萬(wàn)km2,占區(qū)域總面積的19.44%;較高阻力的區(qū)域面積為7.36萬(wàn)km2,占區(qū)域總面積的42.04%,呼包鄂榆城市群總體生態(tài)阻力水平較高。

圖6 呼包鄂榆城市群生態(tài)阻力等級(jí)劃分Fig.6 Division of ecological resistance level

3.1.3生態(tài)廊道提取

基于生態(tài)源地和生態(tài)阻力面的構(gòu)建,結(jié)合電路理論和重力模型,共提取生態(tài)廊道76條,全長(zhǎng)4115.94km。其中,重要生態(tài)廊道20條,長(zhǎng)度共1034.89km,可分為兩部分,一部分貫穿呼和浩特市東部,另一部分從包頭市達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗沿城市群西部生態(tài)源地一直連通到榆林市定邊縣和靖邊縣;一般生態(tài)廊道56條,長(zhǎng)度共3081.05km,與重要生態(tài)廊道類(lèi)似,一般生態(tài)廊道同樣呈現(xiàn)南北貫通的特點(diǎn),北連達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗,南至榆林市清澗縣(圖7)。

圖7 呼包鄂榆城市群基礎(chǔ)生態(tài)廊道Fig.7 Basic ecological corridors in the study area

從目前生態(tài)廊道的分布情況來(lái)看,呼包鄂榆城市群的景觀生態(tài)格局呈現(xiàn)出非對(duì)稱且不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有廊道主要從最北端生態(tài)源地分別沿著東西兩側(cè)生態(tài)源地向南延展,但是在中部地區(qū)發(fā)生了阻斷。此外,由于中部地區(qū)生態(tài)源地分布較為稀疏、間隔較遠(yuǎn),未能形成連通的廊道。所以,呼包鄂榆城市群的景觀生態(tài)格局呈“中間阻斷型”分布,存在非對(duì)稱、中部生態(tài)源地稀疏、連通性弱的問(wèn)題。

3.2 碳排放空間格局分析

呼包鄂榆城市群作為我國(guó)能源供應(yīng)基地,能源在開(kāi)采及使用過(guò)程中的碳排放量巨大,該地區(qū)也成為我國(guó)重點(diǎn)減排區(qū)域。就4個(gè)城市而言,碳排放量最大的是鄂爾多斯市,其次是榆林市,最后是包頭市和呼和浩特市,且二者碳排放總量相差不大。從縣域尺度來(lái)看,準(zhǔn)格爾旗碳排放量最大,達(dá)2367.88萬(wàn)t,其次是東勝區(qū)(2033.17萬(wàn)t),接下來(lái)依次為榆陽(yáng)區(qū)(1854.14萬(wàn)t)、伊金霍洛旗(1621.38萬(wàn)t)和神木市(1464.21萬(wàn)t)等(圖8)。碳排放總量達(dá)千萬(wàn)噸級(jí)的縣域主要集中于城市群東中部,以及鄂爾多斯市鄂托克旗和榆林市定邊縣。榆林市東南部各縣區(qū)碳排放量較低,是由于這些縣區(qū)經(jīng)濟(jì)較為落后導(dǎo)致碳排放較少。

圖8 碳排放空間格局Fig.8 Spatial pattern of carbon emissions

呼包鄂榆城市群碳排放存在顯著的空間差異,高值區(qū)較為突出,出現(xiàn)在人為生態(tài)擾動(dòng)顯著的中部礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區(qū)和主要城鎮(zhèn)地區(qū)。集聚范圍較大的高值區(qū)位于呼和浩特市4大市區(qū)(新城區(qū)、回民區(qū)、玉泉區(qū)和賽罕區(qū))以及包頭市4大市區(qū)(東河區(qū)、昆都侖區(qū)、九原區(qū)和青山區(qū))交界區(qū)域、鄂爾多斯市東部及榆林市西北部。

3.3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

在獲得景觀生態(tài)格局和碳排放空間格局后,建立“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn),剔除距離相近的節(jié)點(diǎn)后,最終設(shè)置23個(gè)(圖9)。基于最小累計(jì)阻力模型,在生態(tài)源地、生態(tài)廊道和“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)之間補(bǔ)充規(guī)劃廊道,共67條,總長(zhǎng)3732.63km。規(guī)劃廊道主要分布在碳排放較高的中部地區(qū),如準(zhǔn)格爾旗、東勝區(qū)、神木市、榆陽(yáng)區(qū)等;規(guī)劃廊道大致沿東西方向延展,可以有效地將兩側(cè)提供重要生態(tài)功能的生態(tài)源地連通。增加碳排放緩沖區(qū)及生態(tài)安全區(qū)之間的連通性,可以在降低生態(tài)阻力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖9 呼包鄂榆城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局Fig.9 Ecological network pattern of the study area

對(duì)比布局戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)前后,呼包鄂榆城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò)閉合度、線點(diǎn)率和連接度較原有的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)都得到了較大程度的提升(表6),規(guī)劃后的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連線數(shù)和網(wǎng)絡(luò)回路數(shù)量均大幅增加,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由樹(shù)狀轉(zhuǎn)變?yōu)榉涑矤??？梢?jiàn),戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)和規(guī)劃廊道的增設(shè)有效補(bǔ)充了原有生態(tài)網(wǎng)絡(luò),保證了城市群東西兩側(cè)生態(tài)要素流的連通,景觀生態(tài)格局得到了完善。

表6 戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)布局前后網(wǎng)絡(luò)指數(shù)Table 6 Network index comparison after the establishment of strategic nodes

4 討論

在我國(guó)提出的“雙碳”目標(biāo)背景下,固碳增匯成為生態(tài)空間統(tǒng)籌規(guī)劃的重要部分,本研究提出將碳排放因素納入生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,以提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,尤其是固碳能力?，F(xiàn)有研究還未對(duì)碳排放因素和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合考量,但是已有研究將產(chǎn)業(yè)格局和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了疊加分析,為構(gòu)建耦合其他因素的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)提供了方法支撐,即通過(guò)2種空間格局的疊加分析設(shè)置戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)。因此本研究利用夜間燈光數(shù)據(jù)將縣級(jí)碳排放量柵格化并得到碳排放空間格局,將其與景觀生態(tài)格局進(jìn)行疊加分析,增設(shè)“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)與規(guī)劃廊道,由此構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò),在促進(jìn)生態(tài)保護(hù)的同時(shí)推動(dòng)碳減排工作的開(kāi)展。在此基礎(chǔ)上,可進(jìn)一步對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳源碳匯平衡加以研究,構(gòu)建基于碳流的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局。

呼包鄂榆城市群景觀生態(tài)格局顯示,生態(tài)源地主要聚集于南北兩側(cè),在中部地區(qū)呈零散分布;生態(tài)廊道呈現(xiàn)南北貫通的趨勢(shì)連接生態(tài)源地,但中部連通性差,表明中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能差,能量流、物質(zhì)流等生態(tài)過(guò)程受到抑制。同時(shí),碳排放空間格局顯示,中部地區(qū)正是碳排放高值區(qū)顯著集聚的區(qū)域,可以判定該地區(qū)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)阻斷了生態(tài)要素流通。因此,通過(guò)規(guī)劃戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)和規(guī)劃廊道可以降低生態(tài)阻力,提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性,從而保障固碳等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),為生態(tài)服務(wù)功能供給和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)價(jià)值生產(chǎn)的融合共生創(chuàng)造空間,促進(jìn)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期協(xié)同發(fā)展。

在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的統(tǒng)領(lǐng)下,呼包鄂榆城市群要加大對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)修復(fù)力度。根據(jù)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)果,現(xiàn)有生態(tài)源地和生態(tài)廊道應(yīng)當(dāng)加以重點(diǎn)保護(hù)并分級(jí)管控,增設(shè)的“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)和規(guī)劃廊道應(yīng)以提升生態(tài)質(zhì)量和修復(fù)生態(tài)環(huán)境為目標(biāo),并通過(guò)建設(shè)綠色基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)落實(shí)。建立集中綠地或水面等節(jié)點(diǎn),如濕地公園、森林公園等,由于所識(shí)別出的大部分節(jié)點(diǎn)位于碳排放高值區(qū)附近,被建設(shè)用地或是工業(yè)用地包圍,脆弱的節(jié)點(diǎn)又不利于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性,因此應(yīng)劃定開(kāi)發(fā)紅線,擴(kuò)大緩沖區(qū)范圍,避免經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)其的干擾與破壞。在此基礎(chǔ)上,建立節(jié)點(diǎn)間的以防護(hù)林、帶狀公園、道路附屬綠地為主的多種規(guī)劃廊道,提升景觀連通性,保護(hù)生物多樣性,增強(qiáng)城市群生態(tài)韌性。

5 結(jié)論

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出,如何將碳排放因素納入生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成為亟待深入研究的問(wèn)題。針對(duì)固碳增匯目標(biāo),提出耦合空間碳排放構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的方法,將景觀生態(tài)格局和碳排放空間格局進(jìn)行空間疊加,補(bǔ)充“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)和規(guī)劃廊道,拓展生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建框架,更好地提升生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能從而響應(yīng)固碳增匯的目標(biāo),指導(dǎo)地區(qū)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工作的開(kāi)展。以呼包鄂榆城市群為研究區(qū)構(gòu)建耦合空間碳排放的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),結(jié)論如下:1)呼包鄂榆城市群生態(tài)源地分布不均衡,中部分布稀疏且間隔較遠(yuǎn),生態(tài)廊道呈“南北貫通”分布,在中部連通性差,出現(xiàn)了“中部阻斷型”生態(tài)格局,存在非對(duì)稱、中部生態(tài)源地稀疏、連通性弱的問(wèn)題。2)區(qū)域碳排放存在明顯空間特征,高值區(qū)出現(xiàn)在人為生態(tài)擾動(dòng)顯著的中部礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區(qū)和主要城鎮(zhèn)地區(qū)。呼包鄂榆城市群碳排放存在顯著的空間差異,高密度集聚區(qū)較為顯著。3)根據(jù)生態(tài)景觀格局和碳排放空間格局的空間沖突結(jié)果,補(bǔ)充了23個(gè)“生態(tài)-碳排”耦合節(jié)點(diǎn)及67條規(guī)劃廊道,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由樹(shù)狀轉(zhuǎn)變?yōu)榉涑矤?且規(guī)劃后的網(wǎng)絡(luò)閉合度、線點(diǎn)率和連接度較原有的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)均有了大幅提升。表明戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)和規(guī)劃廊道的增設(shè)有效補(bǔ)充了原有生態(tài)網(wǎng)絡(luò),保證了城市群生態(tài)要素流的連通,增強(qiáng)了景觀多功能性和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。