青龍滿族自治縣景觀生態安全格局研究*

張瑩瑩，李 靜，程亞鵬

(河北農業大學國土資源學院，保定 071000)

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·問題研究·

青龍滿族自治縣景觀生態安全格局研究*

張瑩瑩，李 靜，程亞鵬※

(河北農業大學國土資源學院，保定 071000)

[目的]引用俞孔堅的景觀安全格局理論，借助ArcGIS10、Conefor Sensinode2.2和InVEST2.2.0制圖軟件構建青龍滿族自治縣景觀生態安全格局，針對景觀生態安全格局各組分的分布特點，提出相應的生態規劃對策，以期為青龍滿族自治縣維護生態系統穩定、合理進行生態規劃提供借鑒。[方法]首先，綜合考慮斑塊自身特征屬性和外界環境因素，通過景觀斑塊質量評價來識別源地； 其次，根據最小累積阻力模型構建最小累積阻力面并劃分為3個最小累積阻力等級，分別對應生態保育區、生態防護區和生態培育區3個生態功能區； 最后，確定生態廊道和戰略點。[結果]源地占研究區總面積的3.59%，源地內耕地、園地、林地、草地、水體所占比例分別為0.14%、0.25%、66.86%、17.21%、15.54%； 生態保育區占研究區總面積的34.98%，生態保育區內耕地、園地、林地、草地、水體、其他用地所占比例分別為6.73%、8.69%、49.32%、29.57%、3.40%、2.29%； 生態防護區占研究區總面積的36.40%，生態防護區內耕地、園地、林地、草地、水體、其他用地所占比例分別為10.31%、18.57%、37.68%、26.67%、1.87%、4.91%； 生態培育區占研究區總面積的28.62%，生態培育區內耕地、園地、林地、草地、水體、其他用地所占比例分別為11.31%、15.57%、39.80%、26.70%、2.28%、4.34%； 沿景觀低阻力區分布有7條生態廊道； 有8個戰略點。[結論]文章所構建景觀生態安全格局基本符合青龍滿族自治縣實際情況，各景觀生態安全格局組分有不同的特點，對應有相應的生態規劃對策。

環境科學 生態功能區 生態規劃 景觀生態安全格局 青龍滿族自治縣

0 引言

景觀生態安全格局的合理構建對區域生態安全和生態系統的維護意義重大。景觀生態安全格局研究的先驅是美國學者Richard T.T.Forman教授，他提出的景觀利用格局優化理論對景觀生態規劃具有重要的指導意義[1]。我國學者俞孔堅教授在實踐中發展了Forman的景觀利用格局優化理論，提出景觀安全格局理論。他指出景觀安全格局是判別和建立生態基礎設施的一種途徑，以景觀生態學理論和方法為基礎，基于景觀過程和格局的關系，通過景觀過程的分析和模擬，來判別對這些過程的健康與安全具有關鍵意義的景觀格局[2]。俞孔堅教授提出“安全格局的表面模型”來分析景觀格局組分。“安全格局的表面模型”的實現借助最小累積阻力模型(MCR)和GIS中的表面擴散技術。在此模型中，景觀格局組分包括源地、緩沖帶、源間聯接、轄射道和戰略點5項要素[3]。業界學者們引用這一理論進行了大量的相關研究[4-9]，其中，對于景觀生態安全格局“確定源—建立阻力面—根據阻力面判別安全格局”的構建步驟已經基本成熟，而對于“源”的確定，目前的研究大多是考慮斑塊自身特征屬性，采用直接識別的方法，選取面積較大且生態服務價值較高的斑塊。然而源地除了應有良好的自身特征屬性外，還當具備良好的外界環境。

該研究以秦皇島市青龍滿族自治縣為研究區，綜合考慮斑塊自身特征屬性和外界環境因素，確定生態源地，借助最小累積阻力模型(MCR)構建景觀阻力趨勢表面，進行安全水平分區，并識別生態廊道和生態節點，構建青龍滿族自治縣景觀生態安全格局。針對青龍滿族自治縣景觀生態安全格局組分的分布特征，提出相應的生態規劃對策，以期為青龍縣合理進行生態規劃，保護生物多樣性和維持生態系統穩定性提供借鑒。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

青龍滿族自治縣地處河北省東北部邊緣，隸屬河北省秦皇島市，位于40°04′40″N～40°36′52″N和118°33′31″E～119°36′30″E之間，總面積3505.61km2。地勢東部、南部較低，西部和北部偏高。海拔500m以下的丘陵地區面積占全縣的67.2%， 500～2000m的中低山面積占25.1%，谷地面積占7.7%，最高海拔1846.3m，最低海拔僅為80m。縣域降水充沛，四季分明，屬北溫帶大陸性季風氣候。

青龍滿族自治縣山地丘陵與溝谷河流交錯，孕育有豐富的森林資源、水資源和野生動物資源，為當地帶來了巨大的生態效益，也提供了得天獨厚的旅游條件，尤其境內的2個自然保護區，有豐富的植被類型和野生物種，僅都山保護區就有762種高等植物和203種陸生野生脊椎動物，其中有多種珍稀野生動物資源和珍稀野生植物資源。然而，近年來自然因素變化和人為活動的影響對青龍滿族自治縣的生態環境帶來了越來越大的壓力，合理制定生態規劃、優化景觀生態安全格局、維護生態系統穩定運行愈發重要。

1.2 數據來源

研究所需基礎數據包括青龍滿族自治縣土地利用現狀圖(2014年)和行政區界限圖，來源于青龍滿族自治縣國土資源局； 青龍滿族自治縣30m分辨率數字高程數據，經ArcGIS10處理得到坡度數據，來源于中國科學院計算機網絡信息中心的地理空間數據云平臺； 青龍滿族自治縣Landsat 8 OLI遙感影像數據(2014年)，借助ENVI4.7軟件處理得到植被覆蓋度數據，來源于中國科學院遙感與數字地球研究所的對地觀測數據共享平臺。

2 研究方法

該研究借助最小累積阻力模型(MCR)，通過識別源地—構建綜合阻力面—構建最小累積阻力面—構建生態廊道—識別戰略點的步驟建立景觀生態安全格局。

2.1 最小累積阻力模型(MCR)簡介

物種從“源”出發到達空間某一點，會經過具有不同阻力的景觀。最小累積阻力模型由俞孔堅教授根據Knaapen等人的模型[10]和地理信息系統里面的成本距離模型發展而來，反映物種在這一擴散過程中克服的最小阻力或耗費的最小費用。公式如下：

(1)

min是一個正函數系數，反映空間中任一點的最小阻力與其所有源的距離和景觀基面特征的正相關關系；Dij為物種從源j到某景觀i所穿越的空間距離；Ri為景觀i對該物種運動的阻力系數。

2.2 源地識別

源地是現存鄉土物種的棲息地，是物種擴散和維持的元點，是生態系統相對穩定的區域[2]，是構建景觀生態安全格局的基礎。源地選取的合理與否，關系到景觀安全格局構建的合理與否。該研究源地的選取綜合考慮了斑塊自身特征屬性和外界環境因素的影響。

表1 青龍滿族自治縣生境威脅因子影響程度與最大影響距離

名稱相對影響程度最大影響距離(m)工礦用地13城鎮居民點用地0 72道路0 61農村建設用地0 71

表2 青龍滿族自治縣生境類型對各威脅因子的敏感度

表3 青龍滿族自治縣不同法律保護區威脅可達程度

圖1 青龍滿族自治縣景觀生態安全格局源地空間分布

研究基于維持景觀過程完整性、維持生物多樣性和維持生態系統穩定性的目的，從斑塊自身特征屬性和外界環境因素兩個方面選取斑塊面積、生態系統服務價值、斑塊重要值和生境質量四項指標，計算并將各指標結果劃分為5個景觀斑塊質量級別(定義級別數值越小，表示斑塊質量越好)，斑塊面積按照0～1km2、1～3km2、3～5km2、5～7km2及大于7km2的標準劃分，其他指標采用自然間斷點分級法劃分。選取各指標都為1級和2級的斑塊作為源地。

斑塊面積的計算在ArcGIS10中進行； 生態系統服務價值的評估借鑒謝高地等人制定的中國生態系統單位面積生態服務價值當量表[11]和Costanza建立的區域生態系統評估模型[12]來實現； 斑塊重要值通過可能連通性指數來表現，可能連通性指數是一種可能性模型，反映斑塊之間連通性的可能性與斑塊之間的距離有關[13]，借助Conefor Inputs for ArcGIS10插件模塊、Conefor Sensinode2.2軟件與ArcGIS10軟件共同完成； 生境質量的計算借助InVEST模型來實現，InVEST模型通過分析生境斑塊受周圍環境的威脅程度來實現生境質量的評估[14]，該模型中所需各項威脅數據參考相關文獻[15-18]并結合研究區實際得到(表1、表2和表3)。源地識別結果如圖1。

2.3 綜合阻力面建立

首先，根據保護生物多樣性和維持生態系統穩定性的目的，選取土地利用類型、坡度和植被覆蓋度3項阻力因子，皆統一為30m×30m的柵格數據。然后，運用ArcGIS10的重分類功能，將各因子劃分為7個級別，對各級別賦予相應的相對阻力系數。相對阻力系數的確定依據維護生物多樣性和生態系統的相對難易程度而定，維護越容易，阻力值越小，反之，阻力值越大：土地利用類型阻力因子中，生態系統服務價值越大的用地類型，其維護生物多樣性和生態系統穩定的功能越強，保護阻力越小，各用地類型的生態系統服務價值排序為“林地水體園地草地耕地其他土地建設用地”，據此來確定土地利用類型阻力因子的相對阻力系數； 坡度阻力因子中，坡度越大，人類對自然環境的干擾越小，自然植被保存得越完整，對生物多樣性和生態系統的維護越有利，相對阻力系數越小，反之，坡度越小，相對阻力系數越大； 植被覆蓋度阻力因子中，植被覆蓋度越大，越利于生物的生存發展，維護生物多樣性和生態系統穩定的阻力越小，即相對阻力系數越小，反之，植被覆蓋度越小，相對阻力系數越大。各阻力因子的權重與相對阻力系數如表4所示。最后，對3項阻力因子加權疊加得到綜合阻力面。各單因子阻力面與綜合阻力面如圖2所示。

表4 各阻力因子的權重與相對阻力系數

阻力因子權重分級相對阻力系數阻力因子權重分級相對阻力系數阻力因子權重分級相對阻力系數土地利用類型0．4耕地5坡度(°)0．30～37植被覆蓋度(%)0．30～107園地33～5610～206林地15～8520～405草地48～15440～504水體215～25350～603建設用地725～35260～802其他土地6>35180～1001

圖2 青龍滿族自治縣土地利用類型(a)、坡度(b)、植被覆蓋度(c)阻力面和綜合阻力面(d)

2.4 最小累積阻力面建立

在源地與綜合阻力面確定的基礎上，根據最小累積阻力模型的原理，運行ArcGIS10的成本距離工具，得到最小累積阻力面空間數據，并采用自然間斷點分級法劃分為3個最小累積阻力等級(圖3)，級別越低，表示累積阻力值越小。3個最小累積阻力級別分別對應生態保育區、生態防護區和生態培育區3個生態功能區。

圖3 青龍滿族自治縣最小累積阻力面分級(a)和疊加行政區的分級(b)

圖4 青龍滿族自治縣生態廊道和戰略點分布

2.5 生態廊道和戰略點識別

生態廊道是具有景觀異質性的線性景觀單元[19]，增加生態廊道，豐富景觀異質性能夠為物種的空間移動提供更多的選擇，保護生物多樣性[20]。在MCR中，生態廊道為各個源地相聯系的最低耗費路徑，借助ArcGIS10的距離分析工具獲得。戰略點為環繞相鄰源的等阻力線的相切點[21]，對物種擴散起著關鍵作用。生態廊道和戰略點分布如圖4。

3 結果與分析

3.1 青龍滿族自治縣景觀生態安全水平分析

根據源地和最小累積阻力面的識別結果，分別統計源地及3個生態功能區的土地利用結構數據，得到以下結果(表5、表6)。

表5 源地用地結構

用地類型面積(km2)占源地比例(%)耕地0 170 14園地0 320 25林地84 1266 86草地21 6617 21水體19 5515 54總計125 83100 00

表6 各生態功能區用地結構

生態功能區名稱用地類型面積(km2)占功能區比例(%)生態保育區耕地82 566 73園地106 498 69林地604 7349 32草地362 5229 57水體41 753 40其他用地28 082 29總計1226 14100 00生態防護區耕地131 5310 31園地236 9218 56林地480 8337 68草地340 3626 67水體23 811 87其他用地62 664 91總計1276 12100 00生態培育區耕地113 4711 31園地156 2115 57林地399 3839 80草地267 8726 70水體22 862 28其他用地43 554 34總計1003 35100 00

圖5 青龍滿族自治縣景景觀生態安全格局

源地的面積為125.83km2，占研究區總面積的3.59%。源地的主要用地類型是林地、草地和水體，林地所占比例最大，達到了66.86%，主要是因為研究區林地分布范圍廣，景觀連通性好，生態系統服務價值高。源地主要分布在都山林場、桃林口水庫、祖山林場、祖山鎮東北部以及大石嶺鄉北部區域。

生態保育區的面積為1226.14km2，占研究區總面積的34.98%，其中，生態用地的總面積為1198.05km2，占生態保育區總面積的97.71%。生態用地中，林地占該區比例最大，為49.32%，草地次之，為29.57%，園地一般，為8.69%，耕地較小，為6.73%，水體最小，為3.40%。該區具有強大生態功能的林地的面積占到了將近一半，生態安全水平很高。生態保育區包圍著源地向周邊擴散，除了源地分布區外，還于八道河鎮、青龍鎮、馬圈子鎮、大石嶺鄉、草碾鄉、茨榆山鄉、官場鄉、隔河頭鎮、祖山鎮和龍王廟鄉等的部分區域有分布。

生態防護區的面積為1276.12km2，占研究區總面積的36.40%，其中，生態用地的總面積為1213.46km2，占生態防護區總面積的95.09%。生態用地中，林地比例最大，為37.68%，草地次之，為26.67%，園地一般，為18.56%，耕地較小，為10.31%，水體最小，為1.87%。該區林地所占比例較生態保育區有所下降，人工景觀如園地和耕地的比例上升，表明人為干擾相對生態保育區強烈，生態安全水平低于生態保育區。生態防護區向生態保育區外圍擴散約7km2的范圍，涉及八道河鎮、婁杖子鄉、青龍鎮、土門子鎮、七道河鄉、肖營子鎮、朱杖子鄉、隔頭河鎮、祖山鎮、鳳凰山鄉、龍王廟鄉、三星口鄉等26個鄉鎮。

生態培育區的面積為1003.35km2，占研究區總面積的28.62%，其中，生態用地的總面積為959.80km2，占生態培育區總面積的95.66%。生態用地中，林地比例最大，為39.80%，草地次之，為26.70%，園地一般，為15.57%，耕地較小，為11.31%，水體最小，為2.28%。該區距源地較遠，對源地的干擾小，而該區生態用地比例比較大，可根據研究區實際情況，適當增加建設用地的規模。生態培育區為生態保育區和生態防護區以外的區域，主要分布在涼水河鄉、三撥子鄉、婁杖子鄉、青龍鎮、土門子鎮、雙山子鎮、大巫嵐鎮、木頭凳鎮、干溝鄉、安子嶺鄉、平方子鄉等區域。

總體來說，青龍滿族自治縣的景觀生態安全狀況比較好，主要是因為青龍滿族自治縣有非常豐富的森林資源，森林資源對生態系統穩定性的維持和環境質量的提升有重要的貢獻。然而，隨著人類活動的逐漸加劇，景觀連通性受到影響，景觀破碎化加劇，一定程度上阻隔了生態流的運行。因而，保護和提升現有生態用地的質量，建立生態廊道，完善生態規劃，促進生態系統穩定運轉意義重大。

3.2 青龍滿族自治縣生態規劃建議

將第三章得到的各生態組分疊加，得到青龍滿族自治縣景觀生態安全格局空間布局圖(圖5)。根據景觀生態安全格局各組分的空間分布特征和生態學意義，本研究提出了以下用地建議，為青龍滿族自治縣制定合理的生態規劃提供一定借鑒，以實現生態用地的合理保護，進而維護生態系統的穩定運行。

(1)加強“源地”管護

在景觀生態安全格局中，源地是景觀阻力最小、生態功能最強的區域，是生態保護的核心區域，對物種的棲息繁殖、生態流的運行發揮著極為重要的作用[22]，應當特別加強對“源地”的保護。源地區域應當禁止一切有損生態環境的開發建設活動，若非必要的科研活動，原則上當禁止任何團體或個人進入。

青龍滿族自治縣源地分布的都山林場是省級自然保護區，有保存較為完好的森林資源，發揮著保持水土、涵養水源的重要功能。區域內植被類型多樣，有油松林、核桃楸林、山楊林、鵝耳櫟林和落葉闊葉混交林等多種樹種，更有黃檗、核桃楸、紫椴、刺五加和大花芍蘭等多種國家重點保護野生植物。區域內還有豐富的野生動物資源，其中有金錢豹、黑鸛、金雕、豹貓、松雀鷹、金雕、紅隼及雕鸮等國家重點保護和瀕危野生動物。都山林場景觀連通性較好，生境質量良好，對全縣生物多樣性的維護發揮著至關重要的作用。另外，祖山林場、祖山鎮東北部以及大石嶺鄉北部區域有集中連片的森林資源，桃林口水庫有大片的水體和草地，這些區域生境質量良好，動植物資源豐富，生態系統服務價值高，是青龍滿族自治縣生態保護的核心區域，應當重點管護。

(2)有針對性地維護和提升三大生態功能區景觀生態安全水平

生態保育區是源地的周邊區域，是源地的緩沖地帶，主要生態功能是保持或提升現有生態用地質量，保護源地不受人類干擾。生態保育區應當保持或適當增大生態用地的規模，種植和保護鄉土物種，縮減建設用地規模，不再新增建設用地。青龍滿族自治縣生態保育區用地結構比較合理，但要防止沙河、青龍河兩岸分布的少量農村居民點用地的擴張，并通過土地整治、居民點合并遷移等措施，盡可能地縮減居民點用地規模，建設生態社區、綠色社區，促進生態環境的保護。另外，在祖山鎮西南部緊鄰祖山林場處有一面積約2.78km2的采礦用地，為防止其對區域生態環境產生危害，應當切實加強其周邊生態屏障的建設，可將采礦用地西北部和南部及東南部的草地(主要是荒草地)改造為生態屏障功能更強的林地。

生態防護區圍繞生態保育區呈環狀分布，是生態保育區和生態培育區的過渡地帶，主要生態功能是為生態保育區起到一個屏障作用。生態防護區對于物種的擴散遷移阻力相對較高，對人為干擾的敏感性低于源地與生態保育區。該區域應當保障現有生態用地數量不再減少，質量不再降低，限制建設用地的擴張。青龍滿族自治縣生態防護區內林地規模較生態保育區有所減小，應當切實保障這些林地的數量和質量，禁止濫砍濫伐，防止其他土地利用類型尤其建設用地對其的侵蝕，除了重點建設項目外，原則上不再增加新的建設用地。該區內有大量的園地，園地雖是人工景觀，但具有較高的生態價值，同時還具有較高的經濟價值，應當堅持綠色生產的原則，提高現有園地的質量。

生態培育區距離源地較遠，生態保護阻力大，主要生態功能是修復損毀嚴重的生態用地，為生態保育區和生態防護區提供一個良好的外圍環境，但可相對其他生態功能區適當加大人類活動的強度，保護生態的同時兼顧生產。青龍滿族自治縣生態培育區生態環境維護的比較好，可基本維持或適當縮減現有生態用地的數量，增加旅游設施等建設用地，但要注意河流沿岸建設用地對河流的影響，可在河流和道路兩側種植鄉土植物，既起到生態屏障作用，又提升了具有地域特色的生態旅游價值。

(3)注重生態廊道和戰略點的構建

在青龍滿族自治縣源地與源地之間構建生態廊道，能夠克服景觀破碎化對生物擴散遷移造成的阻隔影響。尤其祖山林場北部地區旅游活動比較頻繁，對野生動物的擴散產生不良影響，在祖山林場北部地區建立與青龍河、小沙河及起河交織，通向桃林口水庫和祖山鎮東北部森林資源密集區的3條生態低阻力廊道，有利于物種的擴散遷移，促進物質能量的交換，提升區域生態環境的質量。重構的生態廊道應盡可能選取鄉土植物，與現有河流等線性景觀相結合，構成縱橫交錯的廊道生態網，為生物擴散遷移提供有利的條件。

戰略點附近應當降低人類活動的干擾，設立生態屏障。青龍滿族自治縣戰略點周邊多是林地與草地相結合的用地類型，而草地多是荒草地，生態功能不是很強，應盡量采取措施將草地整治為林地。

4 結論與討論

該研究基于景觀生態安全格局理論，對青龍滿族自治縣的景觀生態安全源地、生態安全水平分區、生態廊道和戰略點進行了判別。其中，源地的識別綜合考慮斑塊自身特征屬性和外界環境因素的影響，對斑塊質量進行評價，比直接識別源地能夠相對準確地確定生態功能最強、最需要保護的區域。研究所得結果比較符合青龍滿族自治縣的實際情況。

該研究構建景觀生態安全格局的主要目的是保護生態用地和生物多樣性，以至促進生態系統的穩定運轉，所選阻力因子也是針對這一目的而選。但由于生態系統的復雜性，影響研究區景觀生態安全格局的因素不僅僅限于該文所選。如何更全面地選取景觀阻力因子構建景觀生態安全格局，是今后需要繼續探索的問題。

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RESEARCH ON LANDSCAPE ECOLOGICAL SECURITY PATTERN IN QINGLONG MANCHU AUTONOMOUS COUNTY*

Zhang Yingying，Li Jing，Cheng Yapeng※
(College of Land and Resources Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China)

Based on the theory of landscape ecological security pattern, this paper constructed landscape ecological security pattern of Qinglong Manchu Autonomous county with the aid of graphics software, such as ArcGIS10、Conefor Sensinode2.2 and InVEST 2.2.0, so as to provide references for maintaining the stability of ecosystem and making rational ecological planning. Taking into account characteristic attributes of landscape patch and external environmental factors, this paper recognized source area of landscape ecological security pattern by assessing of landscape patches, constructed minimum cumulative resistance surface according to the minimum cumulative resistance model, and then divided the minimum cumulative resistance surface into 3 levels, i.e., ecological conservation area, ecological shelter area, and ecological cultivation area. Finally, it determined the ecological corridors and strategic points. The results shows that: the proportion of source area accounting for the study area was 3.59%, of which the cultivated land, garden-plot, woodland, grassplot and water were 0.14%, 0.25%, 66.86%, 17.21%, 15.54%, respectively. The proportion of ecological conservation area accounting for the study area was 34.98%, of which the cultivated land, garden-plot, woodland, grassland, water and other lands were 6.73%, 8.69%, 49.32%, 29.57%, 3.40%, 2.29%, respectively. The proportion of ecological shelter area accounting for the study area was 36.40%, of which the cultivated land, garden-plot, woodland, grassland, water and other lands were 10.31%, 18.57%, 37.68%, 26.67%, 1.87%, 4.91%, respectively. The proportion of ecological cultivation area accounting for the study area was 28.62%, of which the cultivated land, garden-plot, woodland, grassplot, water and other lands were 11.31%, 15.57%, 39.80%, 26.70%, 2.28%, 4.34%, respectively. There were 7 ecological corridors along the low resistance area and 8 strategic points. Therefore, according to the distribution of each component of landscape ecological security pattern, this paper put forward some measures for ecological planning. The landscape ecological security pattern constructed in this paper was in line with the actual situation in Qinglong Manchu Autonomous county, and the landscape ecological security pattern haddifferent characteristics and corresponding ecological planning countermeasures.

environmental science; ecological-function areas; ecological planning; landscape ecological security pattern; Qinglong Manchu Autonomous county

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170611

2016-03-04

張瑩瑩(1989—)，女，河北承德人，碩士。研究方向：城市土地與房地產經濟。※通訊作者：程亞鵬(1962—)，男，河北保定人，教授。研究方向：城市土地與房地產經濟。Email：berote@163.com

*資助項目：教育部人文社會科學研究規劃基金項目“Hedonic住房價格模型的改進與應用研究”(13YJA790007)； 河北省社會科學研究基金“Hedonic住房價格模型多層次回歸方法與證實”(HB15YJ050)

F301.2

A

1005-9121[2017]06077-08