基于生態安全格局識別的國土空間生態修復分區：以瀏陽市為例

劉彥 文靈芝

摘 ?要 ?本文以瀏陽市為研究范圍，基于景觀生態學，運用InVEST模型中的生境質量、遙感指數分析以及自然保護地范圍識別生態源地，結合坡度、高程及景觀阻力面構建生態阻力面，以此識別生態廊道，形成網絡狀生態安全格局的基本框架。在此基礎上進行生態修復分區，并針對各區域提出對應的措施與對策。

關鍵詞 ?生態源地;生態廊道;生態安全格局;生態修復分區

中圖分類號：P951 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

Regionalization of Land Spatial Ecological Restoration Based on Ecological Security Pattern Identification：

Taking Liuyang as an example

Liu Yan ， Wen Lingzhi

（Third Surveying and Mapping Institute of Hunan Province， Changsha Hunan 410118）

Abstract： Liuyang City was the scope of the study area in the paper. Based on landscape ecology， habitat quality， remote sensing index analysis and natural protection area were used to identify ecological source land in InVEST model. Ecological resistance surface with slope， elevation and landscape resistance surface was constructed to identify ecological corridor and the basic framework of network ecological security pattern was formed. On this basis， ecological restoration zoning was divided， and corresponding measures and countermeasures were put forward for each region.

Keywords： ecological source area; ecological corridor; ecological security pattern; ecological restoration regionalization

國土空間生態修復是國家的重大戰略，構建生態安全格局對維護區域生態安全和推進生態修復具有重要意義。當前國土空間生態保護修復研究主要側重于礦山廢棄地復墾與生態修復、重金屬污染場地修復和水土流失治理等。而基于“源地—生態廊道—生態節點及斷裂點”的模式，構建生態安全格局和確定生態修復分區等方面研究較少。

隨著瀏陽市城鎮化、工業化快速發展，城市綠色空間減少。瀏陽市采礦業歷史悠久，開采礦種豐富，以往開采方式較為傳統，使礦山地質環境破壞相對嚴重，遺留了較為突出的礦山生態環境問題。同時，市域生境類型不斷趨于簡單化，生態環境自我修復能力不斷減弱，因此，如何準確識別瀏陽市生態保護修復關鍵區域，提出相應的生態修復方式與策略是生態修復工作的重點。

1 ?數據來源及研究方法

1.1 ?研究區概況

瀏陽市地處湘贛邊界、湖南省東部、羅霄山脈北段，位于北緯27°5120”～28°3406”、東經113°1024”～114°1458”，境內以山地丘陵為主，地勢從東北向西南遞降，全市土地總面積4997.70 km2。屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，寒冷適中，降水充沛，光照充足，山地垂直差異明顯。瀏陽市域內河流均屬湘江流域水系，境內水系發育，河網密布。

1.2 ?數據來源

本文涉及的數據包括土地利用數據和遙感數據。其中，土地利用數據源于瀏陽市第三次全國土地調查初步數據并進行了預處理，將林地、草地、園地、水域及濕地等地類劃分為生態用地;遙感數據主要來源于地理空間數據云平臺，分辨率為30m×30m，利用ENVI軟件對其進行預處理。

1.3 ?研究思路與方法

1.3.1 ?研究思路

本文基于Arcgis10.2.2等相關技術軟件構建瀏陽市生態安全格局。具體來講，首先以構成生態空間格局的三大要素“源地—廊道—節點及斷裂點”為出發點，在生態源地確定中，運用InVEST模型中的生物多樣性服務價值模塊測算瀏陽生態用地的生境質量。并結合瀏陽市自然保護地以及遙感生態指數分析下植被較好的區域，確定最終的生態源地。其次，基于Arcgis平臺利用坡度分析、高程分析以及土地覆蓋類型構建生態阻力面，并采用最小耗費距離模型識別生態廊道，利用自然斷點法與空間疊加分析識別出生態節點與生態斷裂點，從而構建生態安全格局基本框架。在此基礎上劃分五大生態修復分區，并提出相應的措施。

1.3.2 ?生態源地識別方法

生態源地一般具有維持生態過程的完整性、保障生態服務系統的持續性等功能[1]。基于現狀，結合生境質量評估結果，將瀏陽市自然保護地以及遙感生態指數分析下植被較好的區域，確定為最終的生態源地。

（1）瀏陽市自然保護地

選取瀏陽市大圍山森林公園、獅子山森林公園、瀏陽河濕地公園、道吾山風景名勝區等生物物種主要集聚、生存繁衍區域，作為生態源地的來源之一。

（2）InVEST模型構建

1）威脅因子屬性

InVEST模型中的生境質量模型通過生境受威脅因子干擾程度計算生境質量值。通過設置每種威脅因子的相對影響力、生境柵格與威脅因子之間的距離、生境類型對于威脅因子的相對敏感度等參數[1]，來考慮威脅因子對生境斑塊的干擾程度。生境柵格受到的威脅程度，隨生境柵格與威脅因子間距離的增加而減小。

根據InVEST模型指南、相關研究及瀏陽市自然條件，確定濕地、園地、林地、草地和水域為生境類型，其他用地為非生境類型[3];將城鎮村建設用地、特殊用地、工礦用地、交通運輸用地、水利設施用地、耕地和裸土地，定義為生境的威脅因子。威脅因子屬性中各參數的設置主要參考InVEST模型推薦的參考值及相關文獻，并結合專家打分法賦值[2]，其參數設置，見表1。

2）生境類型對威脅因子敏感性

每一種生境類型對不同威脅因子的響應都不同。生境類型對威脅因子的相對敏感度大小，是基于生物保護多樣性及景觀生態學的基本理論而設定，其取值在0到1之間，0表示不敏感，1表示威脅的最高敏感程度[4]。敏感度中涉及的參數包括各個生境類型的生境得分值及各個生境類型對不同威脅因子的相對敏感度，各參數的設置主要參考InVEST模型推薦的參考值及相關文獻，并結合專家打分法賦值[5]，具體見表2。

3）生境質量評估

生境質量計算公式如下

式中：Qxj為生境類型j中柵格x的生境質量指數;Hj為生境類型j的生境適宜度;Dxj為生境類型j中柵格x的生境退化度;k為半飽和常數，即退化度最大值的一半;z為模型默認參數。

（3）遙感生態指數分析

以Landsat數據為基礎，運用ENVI軟件對熱度（LST）、綠度（NDVI）、干度（NDSI）以及濕度（Wet）四個指標進行分析，以此構建遙感生態指數（RSEI）。在此基礎上提取瀏陽市生態環境質量處于“優”等級的區域作為生態源地的來源之一。其公式為：

其中：為歸一化后的指標，為各分項指標，和分別代表指標的最大值及最小值。

1.3.3 ?生態阻力面與廊道構建

（1）生態阻力面構建

充分考慮不同土地利用類型的植被覆蓋率和人為干擾強度對生物物種的遷移有重要意義，其中建設用地、道路遭受人類干擾較強，因此景觀阻力賦值大;林地和小型水體在一定程度上可為生物提供補給，因此景觀阻力賦值小。坡度和高程分析分別按表3對其進行阻力賦值，從而獲得相應的阻力面。在此基礎上，采用GIS空間分析能力，利用空間疊加法對坡度阻力、高程阻力以及用地類型阻力柵格圖層按權重進行疊加計算，從而得到成本費用柵格數據文件，柵格大小為30m×30m，即最終的成本阻力面。然后利用ArcGIS10.2.2中的距離分析模塊構建生態阻力面，為生態廊道構建提供依據。

（2）生態廊道

生態廊道是連接生態源地的重要通道，一般運用最小累計阻力模型計算源于目標之間的最小耗費距離。本文借鑒相關研究成果，在生態阻力面的基礎上，利用ArcGIS10.2.2中的成本距離和成本路徑工具，計算各個生態源地間的最小成本路徑，識別生態廊道[6]，計算公式如下：

式中：MCR為生態源斑塊j擴散至某點的最小累積阻力值;f反映累積阻力值與景觀生態過程的正相關關系;min表示累積阻力最小值;Dij為物種從生態源地j到空間景觀單元i的空間距離;Ri為斑塊i對生態過程或物種運動的基本阻力。

1.3.4 ?生態節點和生態斷裂點識別

生態節點即生態網絡中的生態戰略點，結合瀏陽市現狀及景觀生態學中的判別方法[7]對生態節點進行識別。將最小累積阻力距離表面與生態廊道進行空間疊加分析，識別生態節點。

生態斷裂點指位于生態廊道中的間隙點，主要考慮大型交通道路（鐵路、高速公路等）對生態廊道的阻隔 [8]。本文基于ArcGis10.2.2平臺，將生態廊道與交通干線進行疊加分析，尋找二者之間的交叉點，以矢量化描點的方式獲取生態斷裂點。

2 ?結果分析

2.1 ?生態源地分布

基于瀏陽市自然保護地現狀、生境質量以及遙感指數分析確定最終的生態源地分布。

利用InVEST模型對瀏陽市生境質量進行評估，并由Arcgis10.2將瀏陽市生境質量指數劃分為五個類別：低等生境質量（0～0.2）、較低等生境質量（0.2～0.4）、中等生境質量（0.4～0.6）、較高等生境質量（0.6～0.8）、高等生境質量（0.8～1）。高等生境質量區域與瀏陽市自然保護地范圍基本耦合，因此篩選高等生境質量所涉及區域作為生態源地選取的依據之一，見圖1。

其次，通過遙感生態指數分析，其中生態環境質量較好的區域主要分布于北部連云山片區、東部大圍山—張坊—小河鄉及中和鎮、金剛—大瑤鎮西部區域。

結合生境質量與遙感生態指數分析結果，其生態環境較優的區域與瀏陽市自然保護地范圍基本耦合。因此通過疊加分析，篩選出最終的生態源地（詳見圖2），總面積1 605.27hm?，面積占比為32.12%，包括林地、濕地、水域等。

2.2 ?阻力面分布

從瀏陽市生態阻力面分布圖（圖3）可知，2019年生態阻力值處于0.35 到 805之間，整體上以中低值分布為主。高值區主要集中分布于西部金陽新城（北盛鎮、永安鎮、洞陽鎮北部、蕉溪鎮西北部）、主城區、北部兩型產業園區和南部大瑤鎮、古港鎮等人類活動干擾較高、交通運輸活動活躍的城鎮建成區域;中低值區主要布局在城鎮外圍區域，因其存在大量山體林地，因此景觀阻力值較小，分布廣泛。

2.3 ?生態廊道分布

生態廊道能夠滿足物種擴散、遷移及生存繁衍，是構建山水林田湖草生態網絡系統的重要組成部分，其目的在于將林地、園地、草地、水域等進行有效連接構成生態網絡系統，并對其空間服務價值進一步提高[9]。利用Arcgis軟件平臺，運用最小累計阻力模型對其進行潛在廊道提取，可獲得網狀型生態廊道，總長度

7 805.15km。瀏陽市生態廊道分布，見圖4。

從空間上看，生態廊道大多分布在人類活動干擾較小、生態用地面積較多的區域，主要集中于官渡鎮、高坪鎮、大圍山鎮，呈樹枝狀延伸，主要沿著地勢平坦的耕地及瀏陽河等河流水系分布。生態廊道在瀏陽中部山區分布密集度高，在南部、西部分布相對稀疏，各鄉鎮之間存在著一定的內部空間差異。疊加生態廊道與景觀阻力面，分布區域主要以綠地（草地和林地）、小型水體為主，該區域景觀阻力值小，具有較高的生態適宜性，其中通過連云山、九嶺山兩山的廊道距離較長，也正是由于“兩山”天然生態廊道的存在，為城市生態源地之間的連接提供了可能。

2.4 ?生態節點及生態斷裂點分布

將生態廊道與交通干線及憑借自然斷點法得到的高阻力區、中阻力區、低阻力區，與源地緩沖區四個區域進行空間疊加分析，識別最終的生態節點和生態斷裂點。其中生態斷裂點阻礙廊道網絡的連通性，不利于物種在各個生態源地之間的流動與遷徙。從瀏陽市生態節點及生態斷裂點分布圖（圖5）可知生態節點相對均勻地分散在網狀廊道上，其中東南部集聚性相對更強。生態斷裂點分布具有地域差異，主要集中于北部地區的生態廊道，與區域經濟發展、交通干線分布息息相關。

2.5 ?生態安全格局構建

基于景觀阻力面、坡度及高程分析形成的生態阻力面，利用“成本距離-成本路徑”生成生態廊道，結合生態節點及生態斷裂點，通過疊加分析，最終形成“4屏、6核、網狀廊道”網絡型生態安全格局基本框架，見圖6。

3 ?生態修復分區與策略

3.1 ?生態修復分區

在生態安全格局構建的基礎上進一步優化分區，形成生態保育區、生態修復區、生態控制區、生態提升區與生態緩沖區五大生態修復分區，見圖7。

生態保育區即生態源地所在的區域范圍，包括瀏陽市森林公園、濕地公園、水源保護地及自然保護區等自然保護地以及生態環境優、植被覆蓋率較高的區域。該區域具有高生態敏感性，生態環境保持良好，動植物資源也相對較豐富，面積為1 605.27km2，占研究區面積的32.12%。生態修復區面積789.30km?，占研究區面積的15.79%，主要包括瀏陽市需進行水環境修復、存在輕微重金屬污染及礦山污染的區域。生態控制區主要指除生態保育區、生態修復區、生態提升區、生態緩沖區以外的農業用地，面積1 866.96km?，占研究區面積的37.36%。生態提升區則以遙感指數分析為依據得出選取出的南部大瑤—金剛—文家市鎮、北部沙市—淳口以及古港—沿溪—官渡等部分村莊生態環境較差的區域，主要為因城鎮發展較快、礦山開發利用所導致的植被破壞程度相對較高、生態環境相對較差的區域，作為生態提升區。面積447.40km?，占研究區面積的8.95%。生態緩沖區為其他區域未覆蓋的、適宜城鎮集中開發建設的區域，面積288.77km?，占研究區面積的5.78%。

3.2 ?生態修復策略

生態保育區是瀏陽持續發展的生態基底。應加強對自然保護地、森林公園、濕地公園等生態源地的保護強度，嚴格控制與生態保護相違背的開發建設活動;構建瀏陽北部幕阜山、連云山東部大圍山及東南部九嶺山綠色生態屏障;保護生態濕地空間，促進藍綠成網。

生態修復區是指具有輕微土壤重金屬污染、水環境污染以及廢棄礦山所在的區域，是進行生態修復、生態建設的重點區域。因此，要結合瀏陽實際情況，合理調整種植結構，從源頭上控制土壤污染;通過岸上源頭治理、水中生態凈化等主要修復技術進行生態修復，加強對水環境的恢復與治理;按照“宜農則農、宜建則建、宜林則林、宜留則留”的原則進行礦山環境的生態修復，營造良好的生態環境。

生態控制區主要涵蓋廣大的農業用地，因此應牢牢堅守耕地紅線，加強耕地生態安全;注重對永久基本農田的保護，減少農業面源污染。

生態提升區是基于遙感生態指標所得的生境環境質量較差、植被破壞程度相對高的區域。因此，應加強對裸露邊坡、山體的自然生態植被恢復力度，加強村莊綠化，通過采用生態景觀及合理的保護性設計，最大化降低人類活動對自然破壞程度，營造良好的生態環境。

生態緩沖區主要為城鎮建成區以及適宜開發建設區域，以城鎮建設為主。在今后城市發展的進程中應持“集約用地”原則，注重低效用地的再開發。

4 ?結論

本文以瀏陽市為研究區范圍，基于景觀生態學，運用InVEST模型中的生境質量、遙感指數分析以及自然保護地范圍識別生態源地，結合坡度、高程及景觀阻力面構建生態阻力面，以此識別生態廊道，形成網絡狀生態安全格局的基本框架。在此基礎上進行生態修復分區，并針對各區域提出對應的措施與對策。

（1）瀏陽市生態源地是生態保護的關鍵區域，主要以自然保護地以及生態環境質量較優的區域構成，面積1 605.27km?，呈現大面積低密度的分布特點，主要分布在水體、綠地（草地和林地）等生態適宜性高、景觀阻力值低的區域;生態廊道呈網絡狀分布，長度7 805.15km。

（2）生態源地和生態廊道在瀏陽市生態網絡系統中扮演重要角色。基于城鎮發展現狀以及生態結構，以網狀生態廊道為骨干，以生態源地為面，構建“4屏、6核、網狀廊道”的生態安全格局。

（3）最后在構建生態安全格局的基礎上，進行生態修復分區。劃分了生態保育區、生態提升區、生態修復區、生態控制區、生態緩沖區五個生態修復分區，面積分別為1 605.27km2、447.40km2、789.30km2、1 866.96km2、288.77km?。

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