楊文越,葉泓妤

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院,廣州 510642

近年來,經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加以及高強(qiáng)度且無序的土地開發(fā)導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境污染、自然資源枯竭、生物多樣性喪失、自然生態(tài)系統(tǒng)破壞和全球氣候變化等問題[1-4]。人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)烈干擾成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的全球性生態(tài)安全挑戰(zhàn)。我國(guó)快速城市化發(fā)展提高了人們物質(zhì)水平和生活質(zhì)量,同時(shí)也導(dǎo)致生態(tài)空間被大量擠占、局部區(qū)域生態(tài)退化等問題[5],對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性、完整性和生態(tài)安全帶來嚴(yán)重威脅[6-7]。黨的二十大報(bào)告指出,加快實(shí)施重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程,堅(jiān)持山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理,提升生態(tài)系統(tǒng)多樣性、穩(wěn)定性和持續(xù)性。由此,通過識(shí)別生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和提升自然生境質(zhì)量推進(jìn)國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù),對(duì)國(guó)土空間可持續(xù)發(fā)展起著積極作用,也是當(dāng)前我國(guó)推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)的重大戰(zhàn)略舉措以及保障國(guó)家生態(tài)安全的重要戰(zhàn)略任務(wù)。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是通過識(shí)別對(duì)生態(tài)過程起保護(hù)作用的生態(tài)源地、生態(tài)廊道、生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)等關(guān)鍵要素形成網(wǎng)絡(luò)空間體系[8-9],提高生境質(zhì)量和保護(hù)生物多樣性,進(jìn)而形成維持生態(tài)系統(tǒng)功能可持續(xù)發(fā)揮作用的生態(tài)安全格局[10-11]。伴隨著近幾十年來生態(tài)系統(tǒng)面臨的巨大壓力,生態(tài)廊道、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)安全格局的研究受到地理學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)等學(xué)科的日益重視[12-13]。識(shí)別生態(tài)網(wǎng)絡(luò)及生態(tài)安全格局遵循“確定生態(tài)源地-構(gòu)建阻力面-識(shí)別廊道”的方法較為普遍[14-15],其關(guān)鍵意義在于保護(hù)和控制基本生態(tài)過程[16]。優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是提升自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的有效方法[17],通過生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間分類管控、增加踏腳石、提升連通性等方法探討生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化[18-19],最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全的保障。生態(tài)源地確定和生態(tài)廊道識(shí)別是識(shí)別生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵步驟。生態(tài)源地的確定通常依據(jù)自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園以及生態(tài)紅線區(qū)域進(jìn)行選擇[20-21],或構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系定量識(shí)別生態(tài)源地,例如計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[22-23]、生態(tài)敏感性[24]、粒度反推法和熱度分析法等[25]。形態(tài)空間格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)關(guān)注自然斑塊面積和空間分布,強(qiáng)調(diào)景觀連通性,使得生態(tài)源地的選取更具科學(xué)性。在已有研究中,生境質(zhì)量通常作為生態(tài)源地選擇的指標(biāo)之一,主要通過土地利用、植被覆蓋和InVEST模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)的生境質(zhì)量(Habitat Quality)模塊進(jìn)行評(píng)估[26-27],但較少考慮生境質(zhì)量時(shí)空變化對(duì)研究區(qū)的影響。在生態(tài)廊道識(shí)別中,最小累積阻力模型和電路理論是目前應(yīng)用較廣泛的方法[7,28-30]。電路理論突破最小累積阻力模型只能識(shí)別最小成本路徑的局限性,模擬生物流隨機(jī)擴(kuò)散的過程以確定最優(yōu)路徑作為生態(tài)廊道,更好地體現(xiàn)景觀生態(tài)過程流通性。生態(tài)廊道的識(shí)別多集中于線性要素的位置確定,確定生態(tài)廊道寬度對(duì)其功能的發(fā)揮和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間范圍識(shí)別具有重要作用[20,31]。但識(shí)別廊道寬度的指標(biāo)在選擇上存在主觀性強(qiáng)的問題,且廊道寬度的空間梯度較大,使其準(zhǔn)確性和空間精度存疑。本文結(jié)合MSPA、景觀連通性分析和生境質(zhì)量評(píng)估的長(zhǎng)時(shí)間序列時(shí)空格局進(jìn)行生態(tài)源地確定,并運(yùn)用電路理論模擬分析累積電流值的方法,確定生態(tài)廊道的空間位置和寬度,以期提高生態(tài)廊道寬度確定的客觀性和空間精度。

粵港澳大灣區(qū)是國(guó)家戰(zhàn)略和國(guó)家綜合實(shí)力體現(xiàn)的重要地區(qū),同時(shí)也是建設(shè)用地開發(fā)與生態(tài)用地保護(hù)的矛盾最突出的區(qū)域,生境質(zhì)量下降且生態(tài)網(wǎng)絡(luò)破碎化加劇[32-35],生態(tài)安全形勢(shì)嚴(yán)峻,亟需從景觀生態(tài)學(xué)視角對(duì)其生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。本文主要有以下研究目標(biāo):(1)研究粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演化特征,并結(jié)合MSPA識(shí)別生態(tài)源地;(2)運(yùn)用電路理論識(shí)別生態(tài)廊道、生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)等生態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵要素,形成生態(tài)網(wǎng)絡(luò);(3)確定粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中重點(diǎn)保護(hù)和優(yōu)先修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域,并提出相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)、修復(fù)和優(yōu)化建議。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

粵港澳大灣區(qū)(21°25′N-24°30′N,111°12′E-115°35′E)位于中國(guó)南方地區(qū)(圖1),由廣州、深圳、佛山、東莞、惠州、中山、珠海、江門、肇慶9市和香港、澳門兩個(gè)特別行政區(qū)構(gòu)成,土地總面積約5.6萬km2?；浉郯拇鬄硡^(qū)河網(wǎng)密集廣布,水道縱橫交錯(cuò);地形西北高,東南低,山地集中在北部,平原主要分布于中部和沿海地區(qū)。從2000年至2020年,粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地占比從7.47%上升至16.12%,土地開發(fā)與生態(tài)保護(hù)之間矛盾突出,生態(tài)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

圖1 粵港澳大灣區(qū)地理位置圖和2000-2020年土地利用空間分布圖Fig.1 Geographical location of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area and its land use spatial distribution from 2000 to 2020基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站GS(2019)4342號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地圖制作,底圖邊界無修改

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)及來源如下:(1)粵港澳大灣區(qū)行政邊界矢量數(shù)據(jù),來源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(https://www.webmap.cn/);(2)分辨率30m的2000年、2010年和2020年土地利用類型柵格數(shù)據(jù),包括九種土地利用類型,來源于自然資源部(http://www.globallandcover.com/),用于MSPA以及評(píng)估生境質(zhì)量和生境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析;(3)分辨率30m的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/)提供的ASTER GDEM,用于提取高程和坡度數(shù)據(jù);(4)分辨率250m的2020年歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)(NDVI),來源于美國(guó)地質(zhì)勘查局提供的MODIS影像MOD13Q1產(chǎn)品(https://lpdaac.usgs.gov/)。為了數(shù)據(jù)分析的嚴(yán)謹(jǐn)性和精確度,將上述數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為一致的分辨率(100m×100m)。

1.3 研究方法

本文技術(shù)路線如圖2所示:首先使用InVEST模型對(duì)粵港澳大灣區(qū)內(nèi)景觀斑塊的生境質(zhì)量和生境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行定量評(píng)估,同時(shí)基于MSPA識(shí)別其景觀要素,并根據(jù)其景觀連通性和生境質(zhì)量確定生態(tài)源地。其后,選取土地利用類型、生境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、NDVI、高程和坡度五個(gè)阻力因子構(gòu)建生態(tài)阻力面,通過電路理論識(shí)別生態(tài)廊道、生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)。最終,得出粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究結(jié)果,為其國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

圖2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別流程圖Fig.2 Framework for identifying ecological networksInVEST:生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評(píng)估Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs;MSPA:形態(tài)學(xué)空間格局分析Morphological Spatial Pattern Analysis;NDVI:歸一化植被指數(shù)Normalized Difference Vegetation Index

1.3.1InVEST模型評(píng)估生境質(zhì)量

本文使用InVEST3.10.2模型內(nèi)置的生境質(zhì)量模塊(即Habitat Quality模塊)定量評(píng)估粵港澳大灣區(qū)內(nèi)的景觀斑塊生境質(zhì)量,其后根據(jù)生境質(zhì)量狀況對(duì)篩選的生態(tài)源地進(jìn)行分級(jí)。生境質(zhì)量模塊基于2000年、2010年和2020年30m分辨率的土地利用類型柵格數(shù)據(jù),提取生境威脅源數(shù)據(jù),定量評(píng)估威脅源對(duì)生境的負(fù)面影響,以計(jì)算不同年份的生境質(zhì)量指數(shù)并劃分為4個(gè)等級(jí):低生境質(zhì)量(0-0.25)、較低生境質(zhì)量(0.25-0.50)、較高生境質(zhì)量(0.50-0.75)和高生境質(zhì)量(0.75-1.00)。InVEST模型生境質(zhì)量模塊計(jì)算公式如下:

(1)

(2)

式中,Qxj為某種土地利用類型j中柵格x的生境質(zhì)量指數(shù),Hj為土地利用類型j的生境適宜性,Dxj為土地利用類型j中柵格x的生境威脅水平,k為半飽和常數(shù)(一般取值0.05),y為r威脅源柵格圖上的所有柵格,Yr是指r威脅源柵格圖上的一組柵格,wr為威脅源r的權(quán)重,ry為柵格y的威脅值,irxy為威脅源r的柵格y對(duì)柵格x的威脅值,βx為威脅源對(duì)柵格x的可達(dá)性水平(本文未考慮受法律保護(hù)程度,將其設(shè)為1),Sjr為生境類型j對(duì)威脅因子r的敏感度。生境威脅源相關(guān)參數(shù)和權(quán)重設(shè)置主要參考InVEST模型指導(dǎo)手冊(cè)及相關(guān)文獻(xiàn)(表1、2)[36-39]。

表1 生境威脅源及其最大影響距離、權(quán)重及衰減類型Table 1 Habitat threats and its maximum impact distance, weight and attenuation type

表2 不同土地利用類型的生境適宜性及其對(duì)威脅源的敏感性參數(shù)Table 2 Habitat suitability and threat sensitivity parameters in areas with different land use types

1.3.2基于MSPA的生態(tài)源地確定

生態(tài)源地指在景觀生態(tài)過程中提供重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)鍵自然斑塊[40],具有較高的生境質(zhì)量和景觀連通性[22-23]。MSPA是一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的分類處理方法,能夠?qū)⒍祱D像像素分為核心區(qū)、孤島、孔隙、邊緣區(qū)、橋接區(qū)、環(huán)道和支線7類互斥景觀類型[41]?；诨浉郯拇鬄硡^(qū)2000年、2010年和2020年30m分辨率的土地利用類型柵格數(shù)據(jù),將生物多樣性良好的林地、草地、灌木地、濕地、水域5類要素作為前景要素(Foreground),將人造地表、裸地和耕地作為背景要素(Background)[42],通過Guidos Toolbox3.0軟件進(jìn)行MSPA生成七類景觀類型。將2020年MSPA結(jié)果中面積大于10km2的核心區(qū)進(jìn)一步篩選為生態(tài)源地[43]。

景觀連通性是生物在斑塊之間遷移的便利或阻礙程度[44],運(yùn)用Conefor 2.6軟件計(jì)算2000年、2010年和2020年的景觀斑塊可能連通性指數(shù)(PC)和整體連通性指數(shù)(IIC)的平均值,以更好地反映各斑塊的景觀連通性[42]。其中,將斑塊連通距離閾值與連通概率分別設(shè)置為2000m與0.5。最后,綜合三個(gè)年份的生境質(zhì)量和景觀連通性結(jié)果將生態(tài)源地劃分為3個(gè)等級(jí)。景觀連通性的計(jì)算公式如下:

(3)

(4)

1.3.3阻力面構(gòu)建和生態(tài)廊道識(shí)別

生態(tài)廊道是在動(dòng)物遷徙過程中生態(tài)源地之間的低阻力生態(tài)通道,連通生態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各要素的流動(dòng)[45]。本文基于電路理論連接度模型中電荷隨機(jī)游走的特性[46],模擬物種個(gè)體或基因流在某一阻力面中的遷移擴(kuò)散過程[47],從而得到合理的物種擴(kuò)散路徑作為生態(tài)廊道。

基于2020年土地利用類型柵格數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù),選擇了5個(gè)阻力因子以構(gòu)建生態(tài)阻力面,分別是土地利用類型、生境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、NDVI、高程和坡度[38,48-49]。其中,生境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)運(yùn)用InVEST 3.10.2模型內(nèi)置的生境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型(Habitat Risk Assessment Model)計(jì)算,以反映人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度,生境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越高越不適宜生物棲息。各阻力因子的權(quán)重通過層次分析法確定(表3),將各分級(jí)指標(biāo)的生態(tài)阻力因子在空間上疊加,得到粵港澳大灣區(qū)綜合生態(tài)阻力面。利用Circuitscape中的Linkage Mapper模塊識(shí)別生態(tài)廊道路徑。此外,針對(duì)已有的生態(tài)廊道寬度識(shí)別的準(zhǔn)確性和空間精度問題,利用累積電流確定廊道寬度值,根據(jù)自然斷點(diǎn)法以寬度2.01km作為分界劃為一級(jí)廊道和二級(jí)廊道。

表3 阻力因子及其權(quán)重Table 3 Resistance factors and their weights

1.3.4生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)識(shí)別

生態(tài)“夾點(diǎn)(Pinch point)”表示生態(tài)源地連通性的景觀關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)電路理論,生態(tài)“夾點(diǎn)”具有高電流密度和不可替代性,該區(qū)域退化或損失極有可能切斷生態(tài)源地之間的連通,是應(yīng)考慮重點(diǎn)保護(hù)的生境。生態(tài)“夾點(diǎn)”利用Circuitscape軟件的Pinchpoint Mapper模塊,選擇“all to one”模式迭代運(yùn)算。

與生態(tài)“夾點(diǎn)”相對(duì)應(yīng),生態(tài)障礙點(diǎn)指物種在生態(tài)源地間移動(dòng)的受阻區(qū)域。根據(jù)電路理論,設(shè)置移動(dòng)窗口搜索半徑,計(jì)算清除障礙點(diǎn)后電流恢復(fù)值的大小以識(shí)別生態(tài)障礙點(diǎn),移除生態(tài)障礙點(diǎn)可增加生態(tài)源地間的連通性。生態(tài)障礙點(diǎn)利用Circuitscape軟件的Barrier Mapper模塊,選擇“Maximum”模式迭代運(yùn)算。

2 結(jié)果

2.1 粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演化特征

圖3顯示了2000年、2010年和2020年粵港澳大灣區(qū)的生境質(zhì)量評(píng)估結(jié)果及其空間格局。2000、2010和2020年粵港澳大灣區(qū)全域生境質(zhì)量平均值分別為0.77、0.76和0.71,生境質(zhì)量總體水平較高但呈下降趨勢(shì)。相比2000-2010年,2010-2020年期間整體生境質(zhì)量下降趨勢(shì)加快,下降了6.58%。2000年至2020年期間,粵港澳大灣區(qū)的高生境質(zhì)量區(qū)域(0.75-1.00)面積下降3.14%,低生境質(zhì)量區(qū)域(0-0.25)面積增加8.64%,較高生境質(zhì)量(0.50-0.75)和較低生境質(zhì)量(0.25-0.50)區(qū)域的面積分別減少0.06%和5.41%。

圖3 粵港澳大灣區(qū)2000年、2010年和2020年的生境質(zhì)量評(píng)估結(jié)果Fig.3 Habitat quality assessment in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in 2000, 2010 and 2020

從空間格局上,生境質(zhì)量指數(shù)值從大灣區(qū)中心向外圍邊緣呈遞增態(tài)勢(shì),中部區(qū)域的生境質(zhì)量指數(shù)差異較小。以2020年為例,高生境質(zhì)量和較高生境質(zhì)量的區(qū)域總面積占比64.94%,主要分布在大灣區(qū)外圍區(qū)域,尤其是肇慶、惠州和江門,山體較多且植被覆蓋率高,有助于構(gòu)筑生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的屏障。低生境質(zhì)量區(qū)域面積總占比16.14%,集中分布在廣州、深圳和佛山等高度城鎮(zhèn)化建設(shè)、較好經(jīng)濟(jì)狀況的中部核心區(qū)域。較低生境質(zhì)量區(qū)域面積占比18.92%,主要分布在江門中部、惠州中部、廣州北部和南部以及珠海等城鎮(zhèn)化建設(shè)程度相對(duì)不高的區(qū)域。2000-2020年,粵港澳生境質(zhì)量退化的空間格局呈現(xiàn)出中部和南部退化較嚴(yán)重,而周邊退化較輕微的空間特征,并且生境質(zhì)量下降嚴(yán)重的區(qū)域主要為廣州中部、佛山中東部、中山北部和東莞。

2.2 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別

2.2.1生態(tài)源地的空間分布

圖4顯示了粵港澳大灣區(qū)2020年的MSPA結(jié)果。其中,核心區(qū)總面積為28283.13km2,約占大灣區(qū)總面積的51.52%。對(duì)比生境質(zhì)量評(píng)估結(jié)果可見,大灣區(qū)生境質(zhì)量較高的區(qū)域在空間分布上與核心區(qū)基本一致,說明大灣區(qū)具有較好的生態(tài)基礎(chǔ)?；贛SPA結(jié)果,提取出117個(gè)面積較大的核心區(qū)作為生態(tài)源地,總面積為25977.25km2,占核心區(qū)總面積的91.85%,占大灣區(qū)的47.32%。然后,根據(jù)景觀連通性和生境質(zhì)量評(píng)估結(jié)果將生態(tài)源地劃分為3個(gè)等級(jí):一級(jí)生態(tài)源地(7個(gè))、二級(jí)生態(tài)源地(13個(gè))和三級(jí)生態(tài)源地(97個(gè))(圖5),其面積分別占大灣區(qū)的35.64%、5.61%和6.06%。從土地利用類型來看,林地是粵港澳大灣區(qū)生態(tài)源地的主體,面積為21370.51km2,占生態(tài)源地總面積的82.27%,說明林地在維持區(qū)域生態(tài)安全中發(fā)揮關(guān)鍵作用。其次是水域和草地,面積分別為2217.51km2和1833.57km2,分別占生態(tài)源地總面積的8.53%和7.06%。

圖4 粵港澳大灣區(qū)2020年的MSPA結(jié)果Fig.4 MSPA of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in 2020

圖5 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)源地分布圖Fig.5 Distribution of ecological sources in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

一級(jí)生態(tài)源地主要集中在大灣區(qū)外圍四周的丘陵山區(qū),包括肇慶七星頂-鼎湖山、西北部的江門天露山和古兜山、東南部的惠州蓮花山-白盆珠、東北部的惠州南昆山-羅浮山。二級(jí)和三級(jí)生態(tài)源地主要分布在大灣區(qū)中部,包括澳門環(huán)島山地區(qū)域、廣州白云山-帽峰山、中山五桂山、珠海黃楊山等。由于大灣區(qū)中部地區(qū)生態(tài)資源較稀缺,導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)源地破碎化相對(duì)嚴(yán)重。

2.2.2生態(tài)廊道的分布和寬度

結(jié)合粵港澳大灣區(qū)生態(tài)源地,基于生態(tài)阻力面構(gòu)建(圖6)和電路理論共生成243條生態(tài)廊道(圖7),將廊道按照累積電流確定范圍并計(jì)算廊道寬度,生態(tài)廊道總面積為1510.38km2,平均寬度為1.19km,以寬度2.01km作為分界劃為一級(jí)和二級(jí)廊道。研究區(qū)內(nèi)生態(tài)廊道總長(zhǎng)1273.84km,其中,一級(jí)廊道共104條,全長(zhǎng)595.96km,是整個(gè)大灣區(qū)主要的物質(zhì)流與能量流的有效連通通道;二級(jí)廊道共139條,全長(zhǎng)677.88km,是較小區(qū)域范圍內(nèi)連通不同生態(tài)源地的路徑。從土地利用類型來看,水域、林地和耕地是生態(tài)廊道的主要土地利用類型,面積分別407.16km2、365.66km2和314.78km2,分別占比26.96%、24.21%和20.84%。

圖6 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)阻力面構(gòu)建Fig.6 Construction of resistance surface in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

圖7 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別區(qū)域Fig.7 The ecological network area identified by the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

由圖7可見,粵港澳大灣區(qū)生態(tài)廊道的空間分布并不均衡,主要分布在西南部和中東部地區(qū)。西北部地區(qū)生態(tài)狀況較好,生境斑塊完整度較高,因此連接西北部的生態(tài)廊道較少。東部生態(tài)源地較為分散,因而廊道結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,對(duì)維持生態(tài)安全起到重要作用的廊道主要分布在經(jīng)濟(jì)狀況較好的城市邊界區(qū)域,說明城市之間的生態(tài)源地聯(lián)系較弱,受人類活動(dòng)干擾的風(fēng)險(xiǎn)較高。例如,一級(jí)廊道主要分布于廣州與佛山交界的白坭河,廣州與東莞交界、江門與珠海交界的珠江流域,且長(zhǎng)度較長(zhǎng),廊道的穩(wěn)定性較差;二級(jí)廊道主要分布于廣州北部珠江流域附近,以及深圳與東莞、惠州交界處的南門山附近,較好地連接了各個(gè)重要生態(tài)源地。

2.2.3生態(tài)“夾點(diǎn)”與生態(tài)障礙點(diǎn)的空間分布

生態(tài)廊道上的生態(tài)“夾點(diǎn)”形成的主要原因是生物通過該區(qū)域的概率大,但其周邊一定范圍內(nèi)分布著阻力較高的景觀,是易斷裂、需重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域。疊加生態(tài)阻力面,發(fā)現(xiàn)粵港澳大灣區(qū)處于高阻力區(qū)域的生態(tài)“夾點(diǎn)”(即需重點(diǎn)保護(hù)的生態(tài)區(qū)域)88處,共計(jì)5.72km2(圖8)。生態(tài)夾點(diǎn)集中在珠江流域下游,佛山北部與廣州、肇慶接壤處?！皧A點(diǎn)”的土地利用類型主要包括耕地、灌木地、林地和河流。將“夾點(diǎn)”區(qū)域納入生態(tài)網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域,是保障生態(tài)廊道連通性和生態(tài)功能有效發(fā)揮的關(guān)鍵。

圖8 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)“夾點(diǎn)”和障礙點(diǎn)區(qū)域空間分布Fig.8 Spatial distribution of ecological “pinch points” and barriers in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

生態(tài)障礙點(diǎn)是阻礙生物擴(kuò)散移動(dòng)的景觀,其修復(fù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)連通性和整體功能具有重要意義,應(yīng)作為優(yōu)先修復(fù)區(qū)。根據(jù)電路理論的分析結(jié)果,累計(jì)電流恢復(fù)值高值區(qū)的生態(tài)障礙點(diǎn)(即需優(yōu)先修復(fù)的生態(tài)區(qū)域)共188處,總面積約為211.19km2(圖8),主要分布在廣州中部、惠州中部、深圳中部和東北部、珠海西部以及江門南部。其中,面積超過1km2的障礙點(diǎn)64個(gè),主要分布在廣州和惠州交界附近、以及深圳中部和北部。這些地區(qū)生態(tài)用地破碎片較嚴(yán)重,生態(tài)廊道狹窄,實(shí)際處于斷裂狀態(tài)。部分生態(tài)障礙點(diǎn)與生態(tài)“夾點(diǎn)”重疊(面積為3.49km2),這些生態(tài)障礙點(diǎn)是連接生態(tài)源地之間唯一的生物廊道,沒有其他可替代的路徑,亟需采取措施進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

2.3 粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)修復(fù)與優(yōu)化

針對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的不同空間要素特征及其對(duì)人類活動(dòng)的敏感性,粵港澳大灣區(qū)城市群應(yīng)制定不同的生態(tài)保護(hù)、修復(fù)與優(yōu)化措施。具體措施如下:

一是確定需要嚴(yán)格保護(hù)的生態(tài)源地。對(duì)肇慶七星頂-鼎湖山、惠州南昆山-羅浮山和蓮花山-白盆珠、江門天露山和古兜山等一級(jí)生態(tài)源地的保護(hù)范圍進(jìn)行擴(kuò)大,納入市級(jí)或縣級(jí)的生態(tài)保護(hù)紅線劃定范圍并嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)保護(hù)措施,加強(qiáng)山地、丘陵及森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù),建設(shè)北部連綿山體森林生態(tài)屏障;對(duì)二級(jí)生態(tài)源地和三級(jí)生態(tài)源地,可通過增設(shè)或整合自然保護(hù)地的方式加強(qiáng)管控,保證區(qū)域內(nèi)景觀的連續(xù)性和完整性。

二是劃定生態(tài)廊道控制范圍以穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。分析生態(tài)廊道到城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的距離,為生態(tài)廊道預(yù)留一定緩沖區(qū)范圍以提升其抗干擾能力,避免未來城市擴(kuò)張破壞生態(tài)廊道;對(duì)于城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)的廊道,應(yīng)結(jié)合防護(hù)綠地、附屬綠地串聯(lián)生態(tài)源地之間的生境破碎斑塊。另外,粵港澳大灣區(qū)水網(wǎng)密布、水域較多,應(yīng)促進(jìn)陸生動(dòng)物生態(tài)廊道與水域廊道相結(jié)合,形成藍(lán)綠空間結(jié)合的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系。此外,考慮是否將生態(tài)廊道劃入生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi),實(shí)行嚴(yán)格保護(hù)。

三是優(yōu)先維護(hù)與提升具有重要連通性功能的廊道,修復(fù)相對(duì)阻力較大的廊道。對(duì)于廊道上的生態(tài)“夾點(diǎn)”,例如珠江流域下游的“夾點(diǎn)”區(qū)域受到建設(shè)空間擠占,應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)并限制土地利用類型轉(zhuǎn)換,避免生態(tài)功能喪失;佛山北部與廣州、肇慶接壤處城鎮(zhèn)化程度不高的“夾點(diǎn)”區(qū)域可實(shí)施拓寬生態(tài)廊道寬度策略,提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通效率和穩(wěn)定性。對(duì)于廊道上的生態(tài)障礙點(diǎn),例如廣州中部、惠州中部、深圳中部和東北部的障礙點(diǎn)區(qū)域可采取退耕還林還草、生態(tài)再綠化、建設(shè)野生動(dòng)物廊道等工程措施,改善其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,恢復(fù)其廊道功能,提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性。對(duì)于承擔(dān)重要遷徙功能的一級(jí)生態(tài)廊道,應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行生態(tài)“夾點(diǎn)”提升與生態(tài)障礙點(diǎn)修復(fù),保證物種遷移與物質(zhì)能量正常流動(dòng)。

3 討論

粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量總體上較好,但作為國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)區(qū)域,其生境喪失、生境質(zhì)量下降以及生境破碎程度加劇等問題值得重點(diǎn)關(guān)注。粵港澳大灣區(qū)西北和東北部地形以山地和丘陵為主,自然生態(tài)空間以林地為主,因此不易受人類活動(dòng)影響;中部自然生態(tài)空間以耕地為主,是人類居住和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的集中區(qū)域。2000-2020年,佛山、中山等地區(qū)大量灘涂、坑塘,以及肇慶和惠州的林地、草地、耕地等轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地。因此,粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量受威脅源的影響,主要表現(xiàn)為在人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素驅(qū)動(dòng)下,城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張侵占了部分草地、林地和濕地的原有生境,形成新的威脅源,生境面積和質(zhì)量下降(圖3)。此外,城鎮(zhèn)擴(kuò)張影響了生境斑塊的景觀格局,高生境質(zhì)量的斑塊具有破碎化的趨勢(shì),低生境質(zhì)量的斑塊破碎化嚴(yán)重且具有集聚性,與已有的研究結(jié)論基本一致[50-51]。

本文在識(shí)別生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中,基于MSPA景觀要素識(shí)別選取生態(tài)源地,并根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間序列的景觀連通性和生境質(zhì)量評(píng)估劃分生態(tài)源地等級(jí),充分考慮生態(tài)源地之間的連通性和區(qū)域的生境質(zhì)量時(shí)空演變特征,減少景觀破碎化的影響[52]?；趯哟畏治龇ňC合考慮土地利用類型、植被覆蓋度、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、坡度和高程因素構(gòu)建生態(tài)阻力面,理論上更接近實(shí)際狀態(tài)下的人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度[38],能有效減少數(shù)據(jù)冗余、客觀性更強(qiáng)[53]。同時(shí),利用電路理論模擬物種的隨機(jī)游走,更準(zhǔn)確、更詳細(xì)地分析了物種遷移路徑,并根據(jù)累積阻力值有效地識(shí)別了生態(tài)廊道、生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)的位置和范圍[38,46]。通過識(shí)別和劃定國(guó)土空間重點(diǎn)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域,可以彌補(bǔ)已有相關(guān)研究對(duì)生態(tài)要素整體規(guī)劃意識(shí)的不足[54],從整體保護(hù)和系統(tǒng)修復(fù)方面實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間格局優(yōu)化。

從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)各組成部分的地理空間位置看,粵港澳大灣區(qū)的生態(tài)源地主要分布在外圍四周的丘陵山區(qū),中部地區(qū)分布稀疏,形成半包圍的態(tài)勢(shì),這些區(qū)域天然植被覆蓋度較高、生物資源豐富,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值高,與前人研究結(jié)果類似[55-56];生態(tài)廊道主要位于城市之間的邊界區(qū)域,形成中部多西部少的分布,構(gòu)成大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的主體構(gòu)架,這是因?yàn)榉植加谖鞑康恼貞c、江門的生態(tài)源地受人類活動(dòng)影響較小,景觀破碎程度較低[57];根據(jù)生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)劃定了國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)與重點(diǎn)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域,并提出了相應(yīng)的保護(hù)和修復(fù)措施,尤其注意修復(fù)珠江流域附近的生態(tài)障礙點(diǎn)與生態(tài)“夾點(diǎn)”重疊的區(qū)域,修復(fù)后可降低生態(tài)廊道阻斷的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)生態(tài)廊道的維持與保護(hù)具有積極意義,結(jié)果證明本文所識(shí)別的生態(tài)“夾點(diǎn)”和生態(tài)障礙點(diǎn)符合研究區(qū)實(shí)際,驗(yàn)證了對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的合理性。

《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》強(qiáng)調(diào)了保護(hù)重要生態(tài)系統(tǒng)和修復(fù)重大工程、構(gòu)建生態(tài)廊道和保護(hù)生物多樣性網(wǎng)絡(luò)的重要性。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別對(duì)指導(dǎo)國(guó)土空間規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)紅線劃定具有重要意義,參考《廣東省國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃(2021-2035年)》對(duì)提出的“兩屏、一帶、一網(wǎng)”,以及《珠三角發(fā)展規(guī)劃綱要》提出的“一屏一帶兩廊多核”的生態(tài)安全格局,在粵港澳現(xiàn)狀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,將一級(jí)生態(tài)源地納入生態(tài)保護(hù)紅線?；葜莺驼貞c擁有大面積的生態(tài)源地區(qū)域,作為粵港澳大灣區(qū)的生態(tài)屏障,應(yīng)嚴(yán)控生態(tài)保護(hù)紅線,保證生境質(zhì)量以維持其生態(tài)系統(tǒng)功能。通過電路理論完善生態(tài)廊道規(guī)劃,改善整個(gè)景觀生態(tài)系統(tǒng)的空間連通性,增強(qiáng)城市群恢復(fù)韌性。識(shí)別的生態(tài)保護(hù)與重點(diǎn)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域是對(duì)粵港澳大灣區(qū)現(xiàn)有生態(tài)保護(hù)策略的補(bǔ)充和完善。未來的規(guī)劃應(yīng)從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)視角重點(diǎn)優(yōu)化耕地景觀格局,加強(qiáng)林地和濕地保護(hù),從而促進(jìn)粵港澳大灣區(qū)的整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào),保障其生態(tài)安全。

4 結(jié)論

本文以粵港澳大灣區(qū)為研究區(qū)域,首先基于InVEST模型對(duì)其2000年、2010年和2020年生境質(zhì)量時(shí)空演化特征進(jìn)行研究,其后,通過MSPA確定其生態(tài)源地,利用電路理論提取生態(tài)廊道以及識(shí)別生態(tài)“夾點(diǎn)”與生態(tài)障礙點(diǎn),從而對(duì)粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究,以期為粵港澳大灣區(qū)國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)建議。主要結(jié)論如下:(1)生境質(zhì)量呈現(xiàn)中心向邊緣遞減的變化趨勢(shì),中部區(qū)域的指數(shù)差異較小,生境質(zhì)量高的區(qū)域主要集中在肇慶市、惠州市和江門市。(2)基于MSPA選取117個(gè)核心區(qū)作為生態(tài)源地,并將生態(tài)源地劃分為三個(gè)等級(jí),一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)生態(tài)源地分別為7個(gè)、13個(gè)和97個(gè)。(3)基于電路理論,提取出243條生態(tài)廊道,總長(zhǎng)1273.84km,并根據(jù)廊道寬度劃分生態(tài)廊道級(jí)別,識(shí)別出一級(jí)廊道104條,二級(jí)廊道139條。廊道分布不均衡,主要分布在西南部和中東部地區(qū)。(4)運(yùn)用電路理論判別88個(gè)生態(tài)“夾點(diǎn)”和188個(gè)生態(tài)障礙點(diǎn),分別作為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)面積為5.72km2,以及優(yōu)先修復(fù)區(qū)面積為211.19km2?；谧R(shí)別的粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò),提出了保護(hù)修復(fù)與優(yōu)化的措施,包括確定需要嚴(yán)格保護(hù)的生態(tài)源地,劃定生態(tài)廊道控制范圍,優(yōu)先提升與修復(fù)具有重要連通性功能的廊道。建設(shè)用地盡量避開生態(tài)源地以及生態(tài)廊道,為物種生存及遷徙提供良好的條件。在生態(tài)保護(hù)的前提下,加強(qiáng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和修復(fù),盡可能減少大規(guī)模的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)以及其他人類活動(dòng)干擾。

本文在已有相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間序列的景觀連通性和生境質(zhì)量評(píng)估劃分生態(tài)源地等級(jí),并引入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)作為阻力因子,以評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度;目前對(duì)于生態(tài)廊道寬度確定的相關(guān)研究較少且方法尚未成熟,本文通過累積電流強(qiáng)度確定生態(tài)廊道寬度值,在廊道寬度識(shí)別的方法思路上有一定探索。但是,本文可能存在一定的局限性:其一,土地利用類型的水域和海域作同一化處理,缺乏對(duì)海域的深入探究,而陸海統(tǒng)籌是國(guó)土空間規(guī)劃的重要指導(dǎo)思想,未來可探索海岸帶陸海統(tǒng)籌生態(tài)安全,構(gòu)建陸域和近岸海域的一體化生態(tài)網(wǎng)絡(luò);其二,交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,但阻礙了野生動(dòng)物的移動(dòng)和減少基因流動(dòng),還需進(jìn)一步探究如何在交通基礎(chǔ)設(shè)施脅迫下開展生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,分析交通基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的潛在影響。