山東省自然生態(tài)空間系統(tǒng)化識別與差異化管控研究

　　摘要：在城市化背景下，生態(tài)系統(tǒng)受到來自人類社會日益嚴(yán)重的威脅，自然生態(tài)空間遭到破壞。對自然生態(tài)空間進(jìn)行識別與管控可以更好地建設(shè)和保護(hù)國土空間生態(tài)資源，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)與社會經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)同發(fā)展，保障區(qū)域的生態(tài)安全。融合多源數(shù)據(jù)及方法，從生態(tài)服務(wù)重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性兩方面評價(jià)和識別生態(tài)源地的空間范圍;基于最小累積阻力模型(MinimumCumulativeResistance，MCR)提取關(guān)鍵和優(yōu)化生態(tài)廊道，系統(tǒng)化識別山東省自然生態(tài)空間并進(jìn)行差異化管控。研究結(jié)果表明：山東省生態(tài)源地集中分布在魯中山區(qū)和膠東半島地區(qū)，總面積為21165.10km2，關(guān)鍵生態(tài)廊道和優(yōu)化生態(tài)廊道長度分別為1078.32、511.25km，土地利用類型以耕地和林地為主，主要分布在魯中山區(qū)和魯北平原區(qū)，可形成聯(lián)系緊密的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。本研究將自然生態(tài)空間劃分為生態(tài)源地、生態(tài)保育區(qū)、其它生態(tài)用地三種類型，根據(jù)不同空間類型提出具有針對性的分類管控措施，為自然生態(tài)空間的系統(tǒng)化識別與管控提供理論參考和方法保障，能夠更好地實(shí)現(xiàn)省級國土空間規(guī)劃的戰(zhàn)略性、協(xié)調(diào)性目標(biāo)。

　　關(guān)鍵詞：國土空間生態(tài)資源;生態(tài)安全格局;生態(tài)源地;生態(tài)廊道;山東省

　　城市化背景下，生態(tài)系統(tǒng)遭到人類活動的破壞，區(qū)域的生態(tài)空間減少嚴(yán)重。系統(tǒng)化識別自然生態(tài)空間并進(jìn)行差異化管控[1]可以更好地建設(shè)和保護(hù)國土空間生態(tài)資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。長期以來，自然資源的粗放利用和城市擴(kuò)張使得生態(tài)資源保護(hù)形勢嚴(yán)峻，國土空間用途管制新機(jī)制亟待探索。明確生態(tài)屏障、生態(tài)廊道和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)格局，確定生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域是保護(hù)的自然空間和國土生態(tài)資源的基礎(chǔ)，目前我國構(gòu)建生態(tài)空間上存在生態(tài)系統(tǒng)思想體現(xiàn)不足，難以承擔(dān)生態(tài)底線作用的問題[1]。

　　因此，從維護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全和質(zhì)量的角度出發(fā)識別自然生態(tài)空間，明確各級需要保護(hù)的生態(tài)空間布局，并實(shí)行差異化管控[1，2]成為生態(tài)文明建設(shè)的必然要求。自然生態(tài)空間的構(gòu)建和管控必須嚴(yán)守生態(tài)安全格局的底線思維[2—3]，應(yīng)將所有需要保護(hù)和合理利用的重要生態(tài)功能和生態(tài)脆弱敏感區(qū)域納入自然生態(tài)空間范圍，使得跨區(qū)域的自然生態(tài)空間能夠有效連接[4]。遵循景觀生態(tài)學(xué)中格局與過程相互反饋的原理，識別生態(tài)系統(tǒng)可以保障生物生存安全的關(guān)鍵區(qū)域、節(jié)點(diǎn)和廊道，并落實(shí)于具體的空間位置[5]。突破國土空間規(guī)劃中“一核五圈四帶”等思維定式[1]，基于效率和品質(zhì)構(gòu)筑生態(tài)安全格局并實(shí)行差異化管控成為當(dāng)前發(fā)展的必然趨勢。

　　在模式構(gòu)建方面，國內(nèi)外學(xué)者通過生態(tài)功能評價(jià)[6—8]、形態(tài)學(xué)[9]、生態(tài)紅線劃定[10]等方面來進(jìn)行生態(tài)安全格局構(gòu)建，逐步形成了“源地識別—阻力面構(gòu)建—廊道提取”的主流范式[11—13]。在差異化用途管控方面，當(dāng)前研究多集中在探索中尺度的用途管控理論和制度方面[14]，自然空間的連續(xù)性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流動性決定了在大尺度上更需要進(jìn)行差異化管控研究。山東省土地利用集約化程度高，生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間沖突明顯。本研究以山東省為研究區(qū)，集成地理信息模型與方法，耦合格局和過程[15]，根據(jù)生態(tài)重要性和敏感性系統(tǒng)化識別重要生態(tài)空間，構(gòu)建完整的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，并有針對性的分類提出用途管制措施，為更好的建設(shè)和保護(hù)國土生態(tài)資源和發(fā)揮省級國土空間規(guī)劃的戰(zhàn)略性指導(dǎo)作用提供參考。

　　1　研究方法與數(shù)據(jù)來源

　　1.1　研究區(qū)概況

　　山東省處于中緯度沿海地區(qū)(34°22.9′—38°24.01′N，114°47.5′—122°42.3′E)，北臨渤海，東部和南部被黃海環(huán)繞，南部與安徽省、江蘇省接界，西部與河南省連接，是一個(gè)海陸兼?zhèn)涞氖》�。全省陸地面積15.79萬平方千米，占全國總面積的1.66%。山東省中部山區(qū)地勢較高，西南、西北部平原區(qū)地勢平坦，形成以山地丘陵為主、平原盆地交錯(cuò)環(huán)列其間的地形環(huán)境，是探討自然生態(tài)空間系統(tǒng)化構(gòu)建與差異化管控研究的理想?yún)^(qū)域。立足于省域資源環(huán)境稟賦和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，明確生態(tài)屏障、生態(tài)廊道和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)格局，確定生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域，構(gòu)建系統(tǒng)化的自然生態(tài)空間十分必要。

　　1.2　數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

　　本研究采用多源數(shù)據(jù)，包括土地利用數(shù)據(jù)、高程和坡度數(shù)據(jù)、MODIS植被凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)(NetPrimaryProductivity，NPP)、土壤數(shù)據(jù)等。土地利用空間分布數(shù)據(jù)來自于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心;數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來自國家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中心;植被凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)采用美國地質(zhì)調(diào)查局地球資源環(huán)境觀察和科學(xué)中心的MODIS17A影像;土壤數(shù)據(jù)來自于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)。由于研究區(qū)域范圍較廣，本研究的基本空間單元為1km的柵格數(shù)據(jù)。

　　1.3　研究方法

　　本研究技術(shù)路線圖，結(jié)合山東省地域特征，通過生態(tài)服務(wù)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性評價(jià)，提取具有重要生態(tài)價(jià)值的斑塊，識別生態(tài)源地，利用夜間燈光指數(shù)修正基于土地利用類型和人為干擾程度賦值的基本阻力面，通過最小累積阻力模型識別并區(qū)分關(guān)鍵生態(tài)廊道和優(yōu)化生態(tài)廊道，以構(gòu)建山東省自然生態(tài)空間，并提出差異化的管控措施。

　　1.3.1　生態(tài)服務(wù)重要性評價(jià)

　　生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)安全的前提和保障，一個(gè)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值越高，其生態(tài)環(huán)境越好，抵抗生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的能力也越高。根據(jù)山東省自然特征，從水源涵養(yǎng)、土壤保持、固碳釋氧、生境維持四個(gè)方面評價(jià)生態(tài)服務(wù)功能重要性，并篩選出具有較高價(jià)值的斑塊。水源涵養(yǎng)能力是生態(tài)系統(tǒng)通過特有的結(jié)構(gòu)與水互相作用，對降水進(jìn)行截留、滲透、蓄積，并通過蒸散發(fā)實(shí)現(xiàn)對水循環(huán)的調(diào)控。

　　1.3.2　生態(tài)敏感性評價(jià)

　　生態(tài)敏感性的高低反映了在受到自然環(huán)境變化和人類不合理活動侵?jǐn)_下發(fā)生生態(tài)問題的可能性[17]，對于生態(tài)敏感性高的地區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)，限制人為活動干擾。本研究結(jié)合山東省的實(shí)際情況，參考相關(guān)研究[18—20]，選取高程、坡度、歸一化植被指數(shù)(normalizeddifferencevegetationindex，NDVI)、土地利用類型、土壤侵蝕強(qiáng)度和距水域距離6類指標(biāo)作為評價(jià)因子，建立生態(tài)敏感性評價(jià)指標(biāo)體系。土壤侵蝕強(qiáng)度評價(jià)結(jié)果為用RUSLE模型計(jì)算，相應(yīng)的分級標(biāo)準(zhǔn)參考前人的研究成果，賦值加權(quán)得到評價(jià)結(jié)果，劃分為5個(gè)等級，并按功能值從高到低分別賦值5、4、3、2、1，得到生態(tài)敏感性評價(jià)圖。

　　1.3.3　最小累積阻力面構(gòu)建和修正

　　物種在不同景觀單元之間進(jìn)行遷移時(shí)需要克服阻力，構(gòu)建阻力面是計(jì)算其在需要克服阻力情況下擴(kuò)散路徑的基礎(chǔ)。本研究參考相關(guān)研究[20—21]，將山東省不同土地利用類型對物種和生態(tài)系統(tǒng)的阻力系數(shù)設(shè)定在1—100之間;選取土地利用類型、植被覆蓋度(NDVI)、高程和坡度等因子綜合構(gòu)建阻力面，使其更加科學(xué)合理。僅以土地覆被類型為基礎(chǔ)立阻力系數(shù)，在一定程度上忽略了相同土地覆被類型下差異化的土地利用方式和強(qiáng)度，夜間燈光數(shù)據(jù)能夠較好地表征出城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、人口密度等人類活動因子[17]，體現(xiàn)同一用地類型內(nèi)部受人類影響水平的差異。

　　2　結(jié)果分析

　　2.1　生態(tài)重要性評價(jià)和生態(tài)敏感性評價(jià)

　　固碳釋氧能力由植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)體現(xiàn)，總體分布情況是自東部向西部遞減，這是由于東部地區(qū)以丘陵為主，植被豐富多樣，是全省森林資源最豐富的地區(qū);西北地區(qū)植被較為稀少，沙化荒漠化土地面積較大，生態(tài)環(huán)境較脆弱。水源涵養(yǎng)功能高值區(qū)主要分布山東省西南部和中部地區(qū)，主要是由于省內(nèi)多條河流流經(jīng)于此，且植被資源豐富，是重要的水源涵養(yǎng)區(qū);生境維持功能高值區(qū)主要分布在魯中山區(qū)和東部地區(qū)，這是由于這些地區(qū)山脈眾多，植被覆蓋度高，生物多樣性豐富，低值區(qū)則分布在人類活動聚集區(qū)，范圍較廣;土壤保持功能高值區(qū)主要分布在魯中山區(qū)，低值區(qū)分布較廣。

　　基于山東省固碳釋氧、水源涵養(yǎng)、生境維持、土壤保持將四種生態(tài)服務(wù)評價(jià)結(jié)果的柵格圖層進(jìn)行等權(quán)疊加并劃分為五個(gè)等級：一般重要、較重要、中等重要、高度重要、極重要[19]，得到山東省生態(tài)服務(wù)重要性空間分布圖。極重要區(qū)域面積為14352.07km2。占全區(qū)總面積9.06%，面積較小，主要分布在魯中山區(qū)，泰山、沂山、徂徠山、蒙山等地，區(qū)內(nèi)植被豐富，森林資源較多，河流眾多，生態(tài)服務(wù)功能值最高。生態(tài)服務(wù)功能高度重要區(qū)域面積為37698.63km2，占全區(qū)總面積的23.79%，主要分布在魯中山區(qū)和魯西南部分地區(qū)，魯東山區(qū)也有零散分布。

　　生態(tài)敏感性評價(jià)分級評價(jià)結(jié)果：生態(tài)極敏感區(qū)域面積為7312.20km2，占研究區(qū)總面積的4.73%，多分布于山脈丘陵以及河流附近。山地區(qū)域植被覆蓋率高，水體附近生態(tài)敏感且脆弱，人為活動容易對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生難以恢復(fù)的破壞。生態(tài)環(huán)境敏感性高度敏感區(qū)域面積為21881.73km2，占研究區(qū)總面積的14.14%，零散分布在生態(tài)環(huán)境極敏感區(qū)的附近。利用自然斷點(diǎn)法將山東省生態(tài)服務(wù)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性等權(quán)疊加形成生態(tài)保護(hù)重要性空間格局，用自然段點(diǎn)法將其分為四個(gè)等級：一般重要、中等重要、高度重要和極重要。

　　生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)域面積為20829.09km2，主要集中在魯中山區(qū)和膠東半島地區(qū)，這些地區(qū)生態(tài)環(huán)境良好，具有豐富的生物多樣性，是生態(tài)服務(wù)功能和生態(tài)敏感性的高值區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)對此區(qū)域自然環(huán)境的保護(hù)。高度重要區(qū)域面積為47211.99km2，在研究區(qū)分布范圍較廣，但主要集中山脈丘陵及河流湖泊沿岸，這些地區(qū)生態(tài)脆弱，人為開發(fā)或自然災(zāi)害對生態(tài)環(huán)境造成不可恢復(fù)的破壞。

　　2.2　自然生態(tài)空間的系統(tǒng)化構(gòu)建

　　2.2.1　生態(tài)源地提取與阻力面修正

　　將山東省生態(tài)服務(wù)重要性評價(jià)結(jié)果和生態(tài)環(huán)境敏感性的評價(jià)結(jié)果等權(quán)疊加得到生態(tài)保護(hù)重要性圖層，極重要斑塊面積為20829.09km2，高度重要斑塊面積為47211.99km2，分別占研究區(qū)面積的13.46%和30.51%�？紤]生物多樣性因素，將山東省內(nèi)面積較大的黃河三角洲和南四湖國家級自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)作為研究區(qū)生態(tài)源地。將其他區(qū)域剔除掉破碎斑塊后，選取生態(tài)保護(hù)重要性分級中極重要區(qū)域和高度重要區(qū)域的中面積前30的斑塊作為研究區(qū)的生態(tài)源地，將生態(tài)保護(hù)重要性評價(jià)中中等重要、高度重要和極重要區(qū)域作為研究區(qū)的生態(tài)用地，構(gòu)建研究區(qū)自然生態(tài)空間。

　　生態(tài)源地面積為21165.10km2，占山東省總面積的13.50%，除黃河三角洲地區(qū)和南四湖地區(qū)外，集中分布在魯中南地區(qū)，魯東山地丘陵區(qū)有少量分布。自然條件和人類活動對阻力值都有較大的影響，基于夜間燈光數(shù)據(jù)對基本阻力面進(jìn)行修正的結(jié)果。綜合阻力值高值區(qū)分布于人類活動較為密集的地區(qū)，低值區(qū)則分布于魯中和魯東植被覆蓋率較高的山地丘陵地區(qū)。增加高程、坡度和植被因子構(gòu)建的阻力面在反映生態(tài)源地?cái)U(kuò)張難易程度方面更為精細(xì)。

　　3　結(jié)論與討論

　　本研究以山東省為研究區(qū)，將所有生態(tài)服務(wù)功能和生態(tài)敏感性較高的地區(qū)納入自然生態(tài)空間的范圍，構(gòu)建系統(tǒng)性、整體性的生態(tài)安全格局，形成了由生態(tài)節(jié)點(diǎn)、生態(tài)源地和生態(tài)廊道構(gòu)成的點(diǎn)⁃線⁃面的省域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系。研究結(jié)果表明：將山東省內(nèi)面積較大的黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)、南四湖自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)作和生態(tài)保護(hù)重要性分級中極重要區(qū)域和高度重要區(qū)域的中面積前30的斑塊作為研究區(qū)的生態(tài)源地。

　　山東省生態(tài)源地集中分布在魯中山區(qū)和膠東半島地區(qū)，總面積為21165.10km2，從土地利用類型來看，生態(tài)源地以林地、河流水域?yàn)橹�。選取土地利用類型、高程和坡度、NDVI四個(gè)因子構(gòu)建綜合阻力面，得到綜合阻力值高值區(qū)分布于人類活動較為密集的地區(qū)，低值區(qū)則分布于研究區(qū)中部和東部植被覆蓋率較高的丘陵山地區(qū)。將區(qū)域內(nèi)的一二級河流和部分能夠連通生態(tài)源地的支流作為天然生態(tài)廊道，基于生態(tài)源地和阻力面提取山東省關(guān)鍵生態(tài)廊道和優(yōu)化生態(tài)廊道，長度分別為1078.32km、511.25km，生態(tài)廊道土地利用類型以耕地和林地為主，主要分布在魯中山區(qū)和魯北平原區(qū)，可形成聯(lián)系緊密的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

　　在維護(hù)研究區(qū)生態(tài)安全基礎(chǔ)上，本研究對應(yīng)不同國土空間資源類型提出了具有針對性的差異化管控措施。相對于傳統(tǒng)的將自然保護(hù)區(qū)或者森林公園直接作為生態(tài)源地的方法，基于生態(tài)服務(wù)重要性評價(jià)和生態(tài)敏感性評價(jià)的方法具有更強(qiáng)的理論基礎(chǔ)和客觀性[30]，將需要重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域納入自然空間范疇;山東省的地形以山地丘陵為主，僅利用土地利用類型賦值難以估量地形等因素對生物空間運(yùn)動的影響。

　　本文在構(gòu)建阻力面的過程中，增加高程、坡度和植被因子等因子，構(gòu)建綜合阻力面，較以往僅僅采用夜間燈光指數(shù)修正的土地利用類型的阻力面，在反映生態(tài)源地?cái)U(kuò)張難易程度方面更為精細(xì)，可以更好地模擬現(xiàn)實(shí)場景，保證廊道識別的準(zhǔn)確性。通過生態(tài)安全格局來對自然生態(tài)空間進(jìn)行構(gòu)建和管控，有利于突破國土空間規(guī)劃中單一的思維定式，從系統(tǒng)和整體的角度優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)要素配置，構(gòu)建點(diǎn)⁃線⁃面的生態(tài)安全格局。

　　本文針對山東省自然空間生態(tài)保護(hù)重要程度劃分不同區(qū)域，探索出適應(yīng)每個(gè)分區(qū)的管理模式，有針對性的制定優(yōu)化管控措施，為保障區(qū)域生態(tài)安全提供合理空間指引，是構(gòu)建生態(tài)安全格局新范式的一次嘗試。但本研究僅對自然生態(tài)空間的識別及管控進(jìn)行了初步探索，生態(tài)廊道寬度的設(shè)定對生態(tài)功能的發(fā)揮有著直接的影響[23—26]，目前對廊道最優(yōu)寬度暫無定論，不同體型的動物對遷移廊道的寬度要求也有不同，對于廊道寬度對生態(tài)過程的影響未有涉及，未來還需深入研究。在自然空間差異化管控方面[27—30]，本研究僅針對不同分類區(qū)域探索了管控新機(jī)制，但對部分地區(qū)缺乏深入的探究與考察，今后應(yīng)繼續(xù)深入分析和探究，建立符合各地區(qū)域具體的管理機(jī)制，保障機(jī)制實(shí)施的可操作性。

　　參考文獻(xiàn)(References)：

　　[1]　程茂吉，陶修華，張彥.生態(tài)空間的系統(tǒng)化構(gòu)建和差異化管控研究.規(guī)劃師，2020，36(2)：48⁃53.

　　[2]　傅伯杰.我國生態(tài)系統(tǒng)研究的發(fā)展趨勢與優(yōu)先領(lǐng)域.地理研究，2010，29(3)：383⁃396.

　　[3]　彭建，趙會娟，劉焱序，吳健生.區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建研究進(jìn)展與展望.地理研究，2017，36(3)：407⁃419.

　　[4]　趙毓芳，祁帆，鄧紅蒂.生態(tài)空間用途管制的八大特征變化.中國土地，2019，(5)：12⁃15.

　　[5]　俞孔堅(jiān)，王思思，李迪華，李春波.北京市生態(tài)安全格局及城市增長預(yù)景.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(3)：1189⁃1204.

　　[6]　McRaeBH.Isolationbyresistance.Evolution，2006，60(8)：1551⁃1561.

　　[7]　朱敏，謝跟蹤，邱彭華.海口市生態(tài)用地變化與安全格局構(gòu)建.生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，38(9)：3281⁃3290.

　　[8]　陳昕，彭建，劉焱序，楊旸，李貴才.基于“重要性—敏感性—連通性”框架的云浮市生態(tài)安全格局構(gòu)建.地理研究，2017，36(3)：471⁃484.

　　[9]　王玉瑩，沈春竹，金曉斌，鮑桂葉，劉晶，周寅康.基于MSPA和MCR模型的江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化.生態(tài)科學(xué)，2019，38(2)：138⁃145.

　　[10]　楊?yuàn)檴�，鄒長新，沈渭壽，沈潤平，徐德琳.基于生態(tài)紅線劃分的生態(tài)安全格局構(gòu)建———以江西省為例.生態(tài)學(xué)雜志，2016，35(1)：250⁃258.

　　作者：呂彥瑩1，王曉婷1，于新洋1，2，孔祥斌3，齊偉1，∗

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