匡騰飛 張佳濱

1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510000

2.廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院 廣東 廣州 510000

生態(tài)安全格局是以區(qū)域生態(tài)安全為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)的各種自然要素、人為要素進(jìn)行選擇與組合，獲得由點(diǎn)、線、面等空間要素組成的多指標(biāo)、多角度、多層次的景觀格局優(yōu)化[1-2]。在多規(guī)合一的要求下，編制國(guó)土空間規(guī)劃勢(shì)在必行。借鑒自然資源部印發(fā)的《資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》對(duì)于評(píng)價(jià)模型的要求，提出以生態(tài)重要性和敏感性為基礎(chǔ)構(gòu)建流域生態(tài)安全格局。韓江流域近二十年來(lái)，流域局部地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益突出，水土流失加重，部分地區(qū)自然資源的供需矛盾愈發(fā)突出。因此，綜合考慮流域生態(tài)安全格局的影響因素，運(yùn)用最小累積阻力模型構(gòu)建流域的生態(tài)安全格局，有利于生態(tài)保護(hù)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，有助于合理規(guī)劃流域生態(tài)安全的空間格局、為國(guó)土空間規(guī)劃體系下的生態(tài)修復(fù)工作開(kāi)展提供參考依據(jù)。

1 流域生態(tài)重要性評(píng)價(jià)

1.1 CASA模型

凈初級(jí)生產(chǎn)力（Net Primary Prodction，NPP）是植物在單位時(shí)間和單位面積內(nèi)通過(guò)光合固定的總能量減去呼吸作用消耗的能量，即大自然的固碳能力。本研究的凈初級(jí)生產(chǎn)力評(píng)價(jià)采用朱文泉[3]改進(jìn)的光能利用率模型（Carnegie Ames Stanford Approach）即CASA模型研究韓江流域的凈初級(jí)生產(chǎn)力。在此模型中，決定NPP的兩個(gè)因子分別為植被吸收的外在光合有效輻射（APAR）和實(shí)際光能利用率（ε），模型具體表達(dá)式為：

公式（1）中，NPP(x,t)表示像元x處的植被在t月積累的凈初級(jí)生產(chǎn)力（gC·m-2·t-1）；APAR(x,t)表示像元x處的植被在t月所吸收的光合有效輻射（MJ·m-2·t-1）；ε(x,t)表示像元x處的植被在t月的光能利用率（gC·MJ-1）。

1.2 RUSLE模型

水土保持評(píng)價(jià)常用水土保持量（Soil conservation，SC）來(lái)表征水土保持功能強(qiáng)弱。在眾多評(píng)價(jià)模型中，較常使用的是土壤流失方程（USLE）和修正通用土壤流失方程（RUSLE）[4]。本研究采用RUSLE模型對(duì)水土保持進(jìn)行了評(píng)估，具體表達(dá)式為：

公式（3）、（4）中， SC表示水土保持量（t·hm-2·a-1）；A_p表示潛在土壤侵蝕量（t·hm-2·a-1）；A_r表示實(shí)際土壤侵蝕量（t·hm-2·a-1）；R為降雨侵蝕力因子（MJ·mm·hm-2·h-1·a-1）；K為土壤可蝕性因子（t·h2·h·hm-2·MJ-1·mm-1）；L、S分別是坡度因子和坡長(zhǎng)因子；C為植被覆蓋因子；P為水土保持因子。

1.3 InVEST模型

1.3.1 產(chǎn)水模型

InVEST模型包括很多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模塊，其中用于計(jì)算產(chǎn)水服務(wù)的為產(chǎn)水模塊。產(chǎn)水量是基于水量平衡法，以某區(qū)域的降雨量與蒸發(fā)量的差值進(jìn)行估算，受多個(gè)因素影響，包括地形、氣候、植被、土壤等，其基本原理公式為：

公式（5）中，Y(x)表示柵格x的年產(chǎn)水量（mm）；AET(x)表示柵格x的年實(shí)際蒸散量（mm）；P(x)表示柵格x的年降水量（mm）。水量平衡中的蒸散發(fā)AET(x)/P(x) 是基于Budyko水熱耦合平衡公式表示的。

1.3.2 生物多樣性模型

InVEST模型的生物多樣模塊通過(guò)生境質(zhì)量對(duì)流域的生物多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià)。其具體計(jì)算公式為：

公式（6）、（7）中，Dxj表示土地利用類(lèi)型j中柵格x的生境退化程度；Wr表示威脅因子的權(quán)重，其值范圍在0-1之間；ry表示柵格y中威脅因子值，其值為0或1；irxy表示威脅因子ry對(duì)生境柵格x的干擾程度；βx表示柵格x的可達(dá)性水平，其值范圍在0-1之間；Qxj表示土地利用類(lèi)型j中柵格x的生境質(zhì)量；Hj表示土地利用類(lèi)型j的生境適宜性；k為半飽和常數(shù)，z為歸一化常量。

1.4 生態(tài)重要性綜合評(píng)價(jià)方法

韓江流域?yàn)檠亟魇刑峁┝素S富的水資源，產(chǎn)水服務(wù)作為流域內(nèi)一項(xiàng)重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，對(duì)維護(hù)其生態(tài)安全具有關(guān)鍵意義。降雨量大而分布不均，地形復(fù)雜，山嶺較多，崩崗十分發(fā)育且分布廣泛，流域上游水土流失比較嚴(yán)重，因而把水土保持視一項(xiàng)關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。凈初級(jí)生產(chǎn)力為流域提供了固碳釋氧功能，可調(diào)節(jié)局部小氣候，所以凈初級(jí)生產(chǎn)力也是較重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。流域動(dòng)植物資源豐富，但是近年來(lái)隨著城市化進(jìn)程加快，生境質(zhì)量受損，生物多樣性問(wèn)題日益嚴(yán)重。相較而言，現(xiàn)階段產(chǎn)水服務(wù)和水土保持在韓江流域更為關(guān)鍵和緊迫。因此，參考陳昕[5]的權(quán)重設(shè)置，本研究對(duì)凈初級(jí)生產(chǎn)力、水土保持、產(chǎn)水服務(wù)、生物多樣性等四項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)重分別設(shè)為0.2、0.3、0.3、0.2，從而得到韓江流域生態(tài)重要性綜合評(píng)價(jià)。

2 流域生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

針對(duì)韓江流域突出的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，在遵循指標(biāo)選取科學(xué)性、整體性、綜合性、代表性、可操作性等原則的基礎(chǔ)上，本研究從自然環(huán)境和人為干擾兩方面共選取了11個(gè)指標(biāo)，第一類(lèi)為自然環(huán)境指標(biāo)，包括植被覆蓋度、降雨侵蝕力、坡度、土壤質(zhì)地、水域；第二類(lèi)為人為干擾指標(biāo)，包括鐵路、高速公路、國(guó)道省道、建設(shè)用地、人口密度、土地利用類(lèi)型。經(jīng)過(guò)考量敏感性指標(biāo)選取及等級(jí)劃分如表1所示。

表1 韓江流域生態(tài)敏感指標(biāo)體系

3 流域生態(tài)安全格局構(gòu)建

3.1 生態(tài)安全格局構(gòu)建方法

本研究結(jié)合生態(tài)重要性、敏感性評(píng)價(jià)的結(jié)果，構(gòu)建韓江流域生態(tài)安全格局。（1）在確定生態(tài)重要性、生態(tài)敏感性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行生態(tài)源地的選?。唬?）基于多個(gè)阻力指標(biāo)構(gòu)建阻力面，然后利用最小累積阻力模型（Minimum Cumulative Resistance, MCR）建立最小累積阻力面；（3）確定研究區(qū)生態(tài)安全分區(qū)、生態(tài)廊道和生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建韓江流域生態(tài)安全格局。

3.2 最小累計(jì)阻力模型

最小累積阻力面為從生態(tài)源地到達(dá)目標(biāo)景觀單元所克服的阻力之和，可以反映不同物種遷移的的趨勢(shì)及可能性，模擬物種穿越不同景觀單元的過(guò)程。本研究采用Knaapen等提出的最小累積阻力模型，構(gòu)建最小累積阻力面，其具體公式如下：

公式（8）中，MCR表示最小累積阻力值；f為從生態(tài)源地i到景觀單元i的最小累計(jì)阻力與生態(tài)過(guò)程的正相關(guān)函數(shù)；Dij表示從i處到j(luò)處的空間距離；Ri表示物種移動(dòng)到景觀單元i的阻力系數(shù)。

3.3 流域生態(tài)安全格局

由圖1可見(jiàn)，流域生態(tài)源地總面積為8107.11km2，生態(tài)廊道79條，總長(zhǎng)度為1115.97km，生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)74個(gè)。（1）韓江流域生態(tài)源地空間分布不均，北部面積較大且分布集中，南部面積較小且分布稀疏。（2）生態(tài)分區(qū)圍繞生態(tài)源地呈圈層結(jié)構(gòu)分布。生態(tài)核心區(qū)的空間分布與生態(tài)源地保持一致，主要分布于流域北部、中東部和西南部；生態(tài)緩沖區(qū)位于生態(tài)核心區(qū)和其他區(qū)域之間，起到保護(hù)與隔離生態(tài)核心區(qū)的作用；其他區(qū)域分布在生態(tài)緩沖區(qū)外圍，距離生態(tài)核心區(qū)較遠(yuǎn)。（3）生態(tài)廊道呈北部零星分布、南部密集且相互交織的網(wǎng)絡(luò)狀分布特征。在東南部，生態(tài)廊道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，連接少數(shù)生態(tài)源地；中東部、中南部生態(tài)源地細(xì)碎且密集，導(dǎo)致生態(tài)廊道長(zhǎng)度較短，數(shù)量較多；北部生態(tài)源地面積較大、相互連通度較好，所以此區(qū)域生態(tài)廊道呈零星分布。（4）生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)呈北部零星分布、南部密集分布的特征。生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)主要位于中東部和東南部區(qū)域，主要分布在生態(tài)阻力值相對(duì)較高區(qū)，受生態(tài)阻力的影響較大。（5）整體呈現(xiàn)北部生態(tài)源地面積較大且分布廣泛，連通性較好，生態(tài)廊道、節(jié)點(diǎn)較少，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好；中東部生態(tài)源地破碎，大部分源地需通過(guò)廊道連接，生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)眾多，生態(tài)環(huán)境較為敏感；西南部和東南部生態(tài)源地面積數(shù)量少且分布距離較遠(yuǎn)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差的空間特征，生態(tài)環(huán)境方面需加強(qiáng)對(duì)北部區(qū)域的保護(hù)，東部區(qū)域的修復(fù)及東南西南部區(qū)域的建設(shè)。

圖1 韓江流域生態(tài)安全格局

4 結(jié)語(yǔ)

為提高生態(tài)安全格局構(gòu)建的合理性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性，本文結(jié)合了國(guó)土空間規(guī)劃雙評(píng)價(jià)的模型，首先通過(guò)生態(tài)重要性和生態(tài)敏感性等權(quán)重疊加獲取高值區(qū)作為生態(tài)源地，其次采用MCR模型構(gòu)建最小累積阻力面，運(yùn)用水文分析、距離分析識(shí)別生態(tài)廊道，通過(guò)識(shí)別最大累積阻力值山脊線與生態(tài)廊道交點(diǎn)、生態(tài)廊道間交點(diǎn)獲取生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)，再利用最小累積阻力面劃分生態(tài)安全分區(qū)，最后把所有生態(tài)安全格局組分組合，構(gòu)建了韓江流域生態(tài)安全格局。通過(guò)結(jié)果分析，驗(yàn)證了本文的生態(tài)安全格局構(gòu)建方法具有面向應(yīng)用的價(jià)值，證明了結(jié)合生態(tài)重要性和生態(tài)敏感性的評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確、客觀。