陳寶霖 翟云夢

摘 要：【目的】在生態(tài)文明建設背景下，基于城鎮(zhèn)化構建昌都市區(qū)域生態(tài)安全格局，有利于促進區(qū)域生態(tài)與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展，保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，推進國土空間戰(zhàn)略發(fā)展?！痉椒ā客ㄟ^MSPA和電路理論，分別識別昌都市生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點，并構建昌都市生態(tài)安全格局。【結果】昌都市共識別20處生態(tài)源地，44條生態(tài)廊道，其中關鍵生態(tài)廊道為16條，一般生態(tài)廊道為28條。共提取13處生態(tài)夾點和14處生態(tài)障礙點。其中生態(tài)源地主要分布在中北部與東部，生態(tài)廊道沿著金沙江、瀾滄江流向分布，而生態(tài)夾點與生態(tài)障礙點集中分布在生態(tài)廊道路徑周圍?！窘Y論】通過構建昌都市生態(tài)安全格局，對其開展生態(tài)修復分區(qū)，包括生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)修復區(qū)和生態(tài)提升區(qū)，并結合實際分別對其提出相應的修復措施。研究結果為今后國土空間修復、城市生態(tài)安全格局構建提供一定的參考和理論支撐。

關鍵詞：昌都市；生態(tài)安全格局；電路理論；MSPA

中圖分類號：X321? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1003-5168（2024）06-0105-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.06.021

Construction of Ecological Security Pattern in Qamdo City Based on MSPA and Circuit Theory

CHEN Baolin ZHAI Yunmeng

（School of Land Engineering， Chang 'an University， Xi 'an 710054， China）

Abstract：[Purposes] Under the background of ecological civilization construction， the construction of regional ecological security pattern based on urbanization in Qamdu City is conducive to promoting the coordinated development of regional ecology and economy， ensuring the stability of regional ecosystem， and promoting the strategic development of territorial space. [Methods] B ased on MSPA and circuit theory， the ecological source area， ecological corridor and ecological node of Qamdu City were identified respectively， and the ecological security pattern of Qamdu City was constructed. [Findings] There are 20 ecological sources and 44 ecological corridors in Qamdu City， of which 16 are key ecological corridors and 28 are general ecological corridors， and 13 ecological spots and 14 ecological obstacles are extracted. The ecological source areas are mainly distributed in the northern and eastern parts of the corridor， the ecological corridor flows along the Jinsha River and Lancang River， and the ecological pinch points and ecological obstacle points are concentrated around the corridor path. [Conclusions] By constructing the ecological security pattern of Qamdu City， ecological restoration zones were carried out， including ecological conservation area， ecological restoration area and ecological improvement area， and corresponding restoration measures were proposed based on the actual situation. The research results provide some reference and theoretical support for the future restoration of national space and the construction of urban ecological security pattern.

Keywords： Qamdo City; ecological security pattern; circuit theory; MSPA

0 引言

當前，在我國城市快速擴張的背景下，人地關系緊張的矛盾和人與自然和諧共處的問題亟待解決，對此，自然資源部辦公廳印發(fā)的《市級國土空間總體規(guī)劃編制指南 （試行）》中指出，構建“連續(xù)、完整、系統(tǒng)的生態(tài)安全格局”是保障生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、促進社會經(jīng)濟健康發(fā)展的重要途徑。

生態(tài)安全格局最早起源于20世紀80年代，涉及的學科包括景觀生態(tài)學、地理學和生態(tài)系統(tǒng)評價等，俞孔堅［1］在優(yōu)化Forman的景觀利用格局理論的基礎上，結合生物多樣性保護的觀點，提出了“生態(tài)源地識別—阻力面建立—生態(tài)廊道構建”的生態(tài)安全格局體系，之后在不斷地發(fā)展和演變過程中逐步融入生態(tài)夾點、生態(tài)障礙點及生態(tài)斷裂點等內(nèi)容。從研究方法上看，早期識別提取生態(tài)源地時，多數(shù)學者采用選取研究區(qū)自然保護區(qū)等重點區(qū)域、生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價、形態(tài)學空間格局分析（MSPA）及基于InVEST模型的生境質量評價等方法。在阻力面的構建上采用最小成本路徑（MCR）模型［2］、電路理論［3］及重力模型等。其中電路理論基于電荷游走的特性，能夠較為有效地展現(xiàn)生物在景觀空間內(nèi)遷徙、擴展的可能性，從而識別出更具說服力的生態(tài)夾點和障礙點［3］。

昌都市地處藏川滇青4省區(qū)接合部，被譽為西藏的“東大門”，是藏中經(jīng)濟圈和成渝經(jīng)濟圈重點結合部位，同時也是三江并流的聚集區(qū)和西藏第二大林區(qū)，蘊含著極為豐富的有色金屬礦產(chǎn)資源，對橫斷山區(qū)以及青藏高原的水土保持、水源涵養(yǎng)等方面具有重要的作用。近年來，由于經(jīng)濟發(fā)展的需求，城鎮(zhèn)化帶來的人地關系緊張、礦產(chǎn)資源的無序開采和工業(yè)污染物的隨意排放，極大程度上影響了當?shù)氐纳鷳B(tài)健康穩(wěn)定?；诖?，本研究通過MSPA提取生態(tài)源地，借助電路理論構建生態(tài)阻力面、識別生態(tài)廊道，并通過識別提取生態(tài)夾點、生態(tài)障礙點來構建昌都市生態(tài)安全格局，以期為國土空間治理，城市生態(tài)安全修復提供理論依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

昌都市（28°5′N～32°6′N，93°6′E～99°2′E）位于西藏自治區(qū)，地處橫斷山脈東北部、三江（金沙江、瀾滄江以及怒江）流域中部，是我國川藏公路和滇藏公路的必經(jīng)之地。昌都市轄1個市轄區(qū)、10個縣，人口共計為76萬人，全市面積為10.98萬km?。該區(qū)域位于我國第一、第二階梯，屬高原亞溫帶濕潤氣候，平均海拔為3 600 m。由于地勢較為復雜，多山地丘陵，自西北部向東南部氣候逐漸濕潤溫和。全區(qū)主要地類為草地，人均面積為10.4 hm2，但草地質量較差，西北部存在大面積裸地、冰川和永久積雪等不宜利用地，礦產(chǎn)資源和藥用植物資源較為豐富，被譽為“藏醫(yī)藥的故鄉(xiāng)”（如圖1所示）。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的數(shù)據(jù)均來自國內(nèi)線上公開數(shù)據(jù)。其中，昌都市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http：∕∕www.resdc.cn）；土地利用數(shù)據(jù)來源于GlobeLand30全球地理信息公共產(chǎn)品（http：//www.globallandcover.com/）；高程模型（DEM）數(shù)據(jù)來源于來自地理空間數(shù)據(jù)云（https：//www.gscloud.cn）；道路交通數(shù)據(jù)源于Open Street Map 平臺（http：∕∕www.openstreetmap.org）；河流數(shù)據(jù)源于地球大數(shù)據(jù)科學工程（https：//data.casearth.cn/）；歸一化植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)源于國家科技資源共享服務平臺（http：//www.nesdc.org.cn/）。本研究涉及相關數(shù)據(jù)全部采用設置柵90 m的格空間分辨率和WGS 1984 UTM投影坐標。

2 研究內(nèi)容與方法

2.1 生態(tài)源地識別

生態(tài)源地是研究區(qū)域內(nèi)生境質量較高的景觀斑塊，對于促進區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定、維持生物多樣性具有重要意義。昌都市景觀格局中占比較大的地類包括林地和草地，而草地大多數(shù)質量較差。林地資源能夠有效提升生物多樣性、促進物種交流。本研究采用MSPA方法，結合景觀連通性評價，以2020年昌都市土地利用覆被數(shù)據(jù)為基礎，將林地作為前景值，其他地類作為背景值來提取生態(tài)源地?；贛SPA獲取核心區(qū)斑塊，并通過景觀斑塊連通性指數(shù)（PC）和斑塊重要性（dPC）開展連通性評價［4］，最終選擇dPC值最高的20個景觀斑塊作為生態(tài)源地。其計算公式如式（1）至式（3）。

2.2 生態(tài)阻力面構建

物種在空間格局進行交流、遷徙和擴散等活動時往往會受到外界土地利用類型、地形、人類活動等要素的影響和干擾［5］。本研究在借鑒以往研究的基礎上，結合昌都市自然經(jīng)濟狀況，選擇土地利用類型、NDVI、DEM、距河流距離和距道路距離數(shù)據(jù)作為阻力因子，依據(jù)層次分析法（AHP）和專家打分法確定各個阻力因子權重［6］，通過Arcgis 10.6的柵格計算器疊加構成綜合生態(tài)阻力面，具體阻力因子及權重賦值見表1。

2.3 生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道在整個景觀空間格局是各個物種之間進行信息交流、能量流動的重要渠道。其能夠更好地促進各個生態(tài)源地之間開展聯(lián)系，對于維持整個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定、促進各個景觀斑塊之間的聯(lián)系及保障景觀格局連通性等方面具有較大的作用。電路理論中，電荷的隨機游走特性能夠較好地展現(xiàn)生物在受到阻力時所產(chǎn)生的遷徙、移動方向和路徑，兩者相結合能夠較好地評價最小成本路徑，具體原理如圖2所示［7］。本研究基于電路理論來提取生態(tài)廊道，通過電流密度來識別廊道，即電流密度越強的區(qū)域，其生物移動、遷徙所受到的阻力越小，生態(tài)阻力值越低［8］。

2.4 生態(tài)夾點和生態(tài)障礙點提取

生態(tài)夾點是生態(tài)源地之間開展物種遷徙、信息交流最為活躍的區(qū)域，對于整個景觀生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有積極意義。本研究在參考相關文獻的基礎上，運用Pinchpoint Mapper工具，選擇“all to one”模式［9］識別生態(tài)夾點，并基于自然斷點法將其分為5級，從5級到1級電流密度逐漸增強，提取最高級電流密度區(qū)作為生態(tài)夾點。生態(tài)障礙點是阻礙生物開展信息、物質交流的區(qū)域，運用Barrier Mapper工具，結合研究現(xiàn)狀和相關文獻［10-11］，將最小搜索半徑設置為90 m，最大搜索半徑為360 m，依照90 m步長，采取窗口移動法搜索生態(tài)障礙點，得出累積電流恢復值示意圖作為生態(tài)障礙點選取依據(jù)。然后根據(jù)自然斷點法將電流密度值分為5級，從5級到1級電流密度逐漸增強，選取最高級電流密度區(qū)域作為生態(tài)障礙點。

3 結果和分析

3.1 生態(tài)源地識別

根據(jù)MSPA方法和Conefor2.6 軟件分析，昌都市共識別核心區(qū)面積為8 909 km?，占研究區(qū)面積的8.2%，并通過連通性評價，最終選擇dPC值最高的20個景觀斑塊作為生態(tài)源地（如圖3所示）。從數(shù)量特征上看，昌都市共提取20處生態(tài)源地斑塊，其中最大斑塊面積為895 km?，最小斑塊面積為70 km?，共計面積為6 294 km?。從空間分布上看，生態(tài)源地主要分布在昌都市中北部和東部，具體分布在中北部的卡若區(qū)、類烏齊縣和東部的貢覺縣、芒康縣和江達縣；西部分布較少，主要分布在邊壩縣。

3.2 阻力面構建

基于表1計算得出的各阻力因子指標繪制相應的阻力面，并依照權重通過柵格計算器構建綜合阻力面（如圖4所示）。結果顯示，昌都市整體生態(tài)阻力較高，平均生態(tài)阻力為3.92，并且空間分布上差異較大，整體上呈現(xiàn)西北高、東南低和中部低、四周高的趨勢。具體上看，昌都市高阻力值區(qū)域主要分布在西北部的丁青縣、類烏齊縣和東北部的江達縣和貢覺縣；低阻力值區(qū)域主要分布在中部的卡若區(qū)、察雅縣和東南部的芒康縣和左貢縣。

3.3 生態(tài)廊道提取

通過ArcGIS的Linkage Mapper Toolkit插件，提取昌都市生態(tài)廊道，并借助成本加權距離（CWD）與最小成本路徑長度（LCPL）比值來反映生態(tài)源地之間的流通性，結合屬性表比值結果劃分關鍵生態(tài)廊道和一般生態(tài)廊道（如圖5所示）。從數(shù)量特征上看，昌都市最終共識別出44條生態(tài)廊道，最長生態(tài)廊道為348.66 km，最短生態(tài)廊道為0.25 km，其中關鍵生態(tài)廊道共16條，一般生態(tài)廊道為28條。從空間分布上看，昌都市關鍵生態(tài)廊道主要分布在東部江達縣和貢覺縣，整體分布較為密集，長度適中，與周邊生態(tài)源地緊密相連；一般生態(tài)廊道主要分布在西部邊壩縣、洛隆縣、丁青縣、八宿縣及察雅縣。

3.4 生態(tài)安全格局構建

運用Pinchpoint Mapper工具，昌都市共提取13處生態(tài)夾點，總面積為206.8 km?，其中最大夾點斑塊面積為65.9 km?，最小夾點斑塊面積為1.1 km?。從空間分布上看，生態(tài)夾點主要分布在東部靠近邊界處的江達縣和貢覺縣，并沿著一般生態(tài)廊道與周邊生態(tài)源地交相分布；其他生態(tài)夾點零星散落在昌都市西部、中部，但都基本沿著一般生態(tài)廊道軌跡分布。運用Barrier Mapper工具，昌都市共提取14處生態(tài)障礙點，總面積為471.6 km?，其中最大障礙點斑塊面積為104.2 km?，最小障礙點斑塊面積為10.1 km?。從空間分布上看，生態(tài)障礙點主要分布在中東部地區(qū)，包括江達縣、卡若區(qū)及察雅縣，其主要沿著關鍵生態(tài)廊道軌跡分布，并處于中部與東部生態(tài)源地之間（如圖6所示）。

4 討論

通過構建生態(tài)安全格局，不僅能夠統(tǒng)籌規(guī)劃區(qū)域自然資源，保障生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定，維持和提升景觀空間格局穩(wěn)定性和連通性，同時還可以促進經(jīng)濟與生態(tài)相互促進、統(tǒng)一協(xié)調，從而達到生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益三者的統(tǒng)一。通過MSPA與電路理論識別昌都市生態(tài)源地、生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點，構建生態(tài)安全格局，從宏觀角度對該區(qū)域未來經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)保護提供指導，能夠極大地提升社會、自然資源的利用效率。

從空間生態(tài)格局上看，目前昌都市生態(tài)源地分布不均勻，大多數(shù)地區(qū)缺乏為生物提供棲息、生存的高質量生態(tài)環(huán)境。其中昌都市西北部和東南部大面積區(qū)域為裸地和冰川與永久積雪，這些地類占有面積大，開采難度大，可利用程度小。而除去生態(tài)源地所在區(qū)域為林地外，剩余大部分區(qū)域為質量較為低下的草地。由于昌都市海拔較高，地勢起伏較為嚴重，極易受到外界環(huán)境的影響，而經(jīng)濟發(fā)展的需求也導致交通、居住產(chǎn)業(yè)基礎設施等建筑用地面積不斷擴大， 這些都在不斷地改變原有地貌。同時礦產(chǎn)資源的開采、生活污水的排放，進一步擴大其周邊影響范圍，致使生物多樣性降低的風險大大增加，生態(tài)安全進一步受到威脅。

從生態(tài)修復分區(qū)上看，結合昌都市生態(tài)安全格局發(fā)現(xiàn)，大致可以分為三個生態(tài)修復區(qū)，分別是生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)修復區(qū)和生態(tài)提升區(qū)。其中，生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)包括昌都市東部沿金沙江分布的江達縣、貢覺縣和芒康縣。該區(qū)涵蓋絕大多數(shù)生態(tài)夾點和大部分的生態(tài)源地，主要地類為林地和草地，整體生境質量較高，通過一般生態(tài)廊道將生態(tài)源地相互連接起來，能夠保障動植物遷徙、交流等活動的正常運行。該區(qū)的生態(tài)修復措施應該集中擴大和保護現(xiàn)有生態(tài)源地，在此基礎上根據(jù)金沙江流動方向新增生態(tài)源地或擴大現(xiàn)有生態(tài)源地面積。針對生態(tài)夾點區(qū)域，結合實際狀況制定生態(tài)保護相關政策，包括防止植被亂砍濫伐、維護森林資源、種植原始林木、擴大生態(tài)效益林面積、改善水土流失等。生態(tài)修復區(qū)主要以瀾滄江為軸心，包括中部類烏齊縣、卡若區(qū)及察雅縣。該區(qū)除沿瀾滄江河流分布外，其他區(qū)域生態(tài)阻力值較高，整體生境質量分布不均，致使該區(qū)雖涵蓋大面積生態(tài)源地和多條關鍵生態(tài)廊道，但生態(tài)障礙點也分布在通往生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的關鍵生態(tài)廊道周圍，即該區(qū)存在較大的安全隱患。相關修復措施應集中整治生態(tài)障礙點區(qū)域，改善過度放牧導致的草場退化、草地質量下降等現(xiàn)象。通過定時定點放牧政策逐步改善草地生態(tài)環(huán)境，擴大草場面積，逐步將周邊裸地轉變?yōu)椴莸兀嵘F(xiàn)有草地質量。確保生物通過關鍵生態(tài)廊道開展生物交流、信息傳遞等活動時不受阻礙，加強生態(tài)修復區(qū)與生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)之間的景觀連通度。生態(tài)提升區(qū)主要包括西北部和西南部諸縣，包括邊壩縣、洛隆縣、丁青縣、八宿縣及左貢縣。該區(qū)以怒江為軸心，四周除邊壩縣、洛隆縣涵蓋部分草地，其他均為裸地、冰川和永久積雪，其開采難度大，生態(tài)穩(wěn)定性差，極易影響周邊草地。該區(qū)的生態(tài)修復措施主要是集中整治裸地、保護現(xiàn)有草地，通過封育圍欄、人工種草、退牧還草等措施保護草原生態(tài)系統(tǒng)，逐步恢復和提升生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、水土保持能力。加大草原生態(tài)保護工程建設力度，實施高寒草地修復工程、天然草地改良及補水工程，有效遏制草場退化，強化鼠荒地、沙化草地、石礫草地、毒害草地和蟲害生物防治。

5 結論

本研究以西藏昌都市為研究區(qū)，借助MSPA和電路理論，構建昌都市生態(tài)安全格局主要結論如下。

①昌都市共識別出20處生態(tài)源地，共計面積為6 294 km?，占總面積5.7%，集中分布在昌都市中北部和東部，分別沿著瀾滄江和金沙江從北向南分布。

②昌都市共提取44條生態(tài)廊道，其中關鍵生態(tài)廊道共16條，一般生態(tài)廊道為28條，其中關鍵生態(tài)廊道分布在金沙江和瀾滄江之間，數(shù)量多，長度短；一般生態(tài)廊道分布在怒江與金沙江之間，數(shù)量少，長度大。

③昌都市共提取13處生態(tài)夾點和14處生態(tài)障礙點，與生態(tài)源地、生態(tài)廊道共同構成生態(tài)安全格局。綜合考慮將其劃分為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)修復區(qū)以及生態(tài)提升區(qū)，并分別給出了不同的修復建議。

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