基于綜合生態安全格局的山地景觀韌性體系構建研究
——以浙江莫干山為例

聶文彬

史 琰

楊 凡

南歆格

包志毅*

城鎮擴張加速和氣候變化帶來的生態環境問題日益凸顯，不合理的森林利用、河流改道和地表硬化導致了諸多的生態問題[1-2]。同時，地域性的生活和生產方式發生改變，鄉土文化也受到沖擊[3]。保障區域生態安全和可持續發展成為迫切的需求。以韌性理念為導向構建景觀體系，有助于增強區域應對潛在生態風險的能力，實現城鎮發展與生態保護間的動態平衡。

韌性(resilience)其本意是用來描述系統承受擾動后恢復到原有狀態的能力[4]。在生態學文獻中，韌性主要用于描述系統對外部干擾所表現出的持久性或可塑性，研究對象是以水陸環境為主的自然生態系統[5]。20世紀90年代韌性概念逐漸被引入到城市規劃的研究中，提出了城市韌性，研究的內容主要為社會、經濟、生態三大要素，并將生態學、規劃學和管理學納入韌性概念之中[6]。在此基礎上，韌性理念繼續推廣到風景園林學科的研究中，提出了景觀韌性，其主要關注的是景觀在一定空間區域內，作為多個生態系統組成的空間鑲嵌體，在外力沖擊下的自我適應和修復能力，通常表現為景觀服務的可持續性[7-8]。風景園林學科對韌性的研究更加注重落地性[9]。目前，針對景觀韌性的研究集中在土地利用與韌性評價[10-11]、韌性與生態智慧的融合[9]、景觀空間韌性規劃[12]等方面。相關的評價指標涵蓋城市邊界、城市密度、用地類型等，研究的尺度主要為大尺度的市域。也有研究基于“源-流-匯”指數分析對生態韌性進行評價[13]，但在源地的選取上多是基于單一的生物棲息地角度。整體上，相對缺乏綜合維度下，將量化的方法與易于操作的尺度相結合的研究。而景觀生態學通過建立學科之間的融合(景觀生態安全格局、景觀異質性、生態網絡等)[14]為景觀韌性研究提供了科學的理論依據和中微觀尺度上的規劃設計框架。其中綜合生態安全格局的構建是重點內容，主要是將單一維度(災害防護、生物多樣性保護、水生態安全等)中關鍵性的潛在空間格局進行疊加，從而得到綜合生態安全格局[15]。識別結果可分為高、中、低3種水平，水平越高，保護級別越低，開發適應性越高[16]。景觀韌性體系的構建可將其作為規劃框架，展開土地利用規劃、開發強度控制、開發類型選擇等工作。綜合生態安全格局支撐下的景觀韌性體系構建可有效結合生態過程調控，實現自然資源的合理開發與利用。

山地面積約占中國陸地面積的69%，山地城鎮約占全國城鄉總數的一半，因此山地空間具有重要的戰略地位[17]。同時，山地空間與平原地區相比，生態系統表現出更明顯的脆弱性和復雜性[18]。構建山地區域景觀韌性體系對保障區域可持續發展具有重要意義。因此，本文以莫干山為例，以綜合生態安全格局為框架，支撐景觀韌性體系的構建。區別于景觀生態學的大尺度研究，本文在中微觀尺度上的研究能更好地與行政屬地管理相匹配，也能為景觀格局在規劃操作層面提供良好的樣本。

莫干山是浙北重要的生態屏障，也是典型的山地城鎮。在鄉村振興戰略的帶動下，城鎮加速擴張，加上山地空間的局限性，所面臨生態保護、文化保護與區域發展的多重壓力也更加突出。傳統的紅線劃定與區域發展對空間的需求之間的矛盾亟需平衡和調控。因此需要在“剛性”的格局中尋求“韌性”的解法，突破空間的限制。本文基于綜合水生態、生物多樣性保護、地質災害防護、鄉土文化景觀安全格局，識別出可區分建設適宜性的綜合生態安全格局，并將其作為景觀韌性體系構建的框架。

1 研究區域概況

1.1 研究范圍

本次研究范圍為莫干山國際旅游度假區，位于浙江省湖州市德清縣西部(119.4～119.6E°、30.3～30.5N°)，面積為172.39km2，區域內海拔高度在79～760m之間，以丘陵和山地地貌為主，自然資源豐富，具備多樣化的生態系統[19]。

1.2 區域景觀生態特征

景觀格局方面，由于山地空間環境敏感而復雜，以農耕為主導的傳統生產機制和生產生活空間的散點式布局，進一步加劇了景觀格局的破碎化[3，20]。

地域文化方面，莫干山具有老別墅、寺廟、古墓等豐富的人文景觀資源，同時度假區、民宿、田園綜合體等新產業也是新的文化載體。新背景下，如何對鄉土文化其進行保護與利用，也需納入景觀規劃和土地利用管理的范圍內。

2 生態安全格局與山地景觀韌性體系耦合框架

2.1 擾動的復雜性要求多維度協同的生態安全保障

生態安全格局的破壞是一個復雜的過程，涉及其恢復力、閾值和敏感性。系統穩定性躍遷的過程伴隨著水環境、生境和自然災害等相關因子的變化。山地空間生態構建需通過科學合理的引導和正向的調節來滿足生態在各維度的需求。

2.2 生態安格局與景觀韌性體系屬性關聯

韌性強調多樣性、冗余度和適應力等屬性。基于多維度疊加的綜合生態安全格局，可引導系統做出動態調整，以提升系統的韌性。本文選取4個單一維度的生態安全格局因子，基于其與韌性要素關聯的強弱構建耦合框架(圖1)，具體如下。

圖1 綜合生態安全格局與景觀韌性體系耦合框架

1)強化綜合適宜性。

山地生態景觀韌性構建是一個綜合體系，關注的要點并非局限于氣候改變導致的自然災害和其他物理性擾動事件，同時還涉及包含生態與文化的人類福祉[21]，綜合生態安全格局中生態和文化景觀格局可表征韌性系統的適宜性，其中文化景觀是韌性體系擴展的重要內容。

2)提升結構韌性。

生態安全格局中，中水平生態安全區域是生態緩沖的重要區域，也是城鎮擴張和彈性開發的重要預備位置，因此可將其作為景觀韌性冗余度的一個重要指標。同時通過制定不同水平安全格局下的山地空間規劃策略，可增強系統的多樣性。

3)增強系統穩定性。

生態安全格局的識別是基于對敏感性的分級評價，生態敏感性越低說明系統越穩定。穩定性是景觀韌性系統的關鍵屬性，通過生態安全格局的構建，尤其是高水平生態安全區域的識別，可關聯景觀韌性體系的穩定性評價。同時區別于藍圖式的規劃有相對確定的目標和范圍，綜合生態安全格局主導下的生態設計可通過建立“反饋-調節”機制，形成一個動態表征過程，從而有利于促進各種復雜因素的有效平衡和穩定[22]。

4)豐富系統與策略的多樣性。

景觀的功能承載力越強，則規劃開發類型越多樣，環境承載力越強則生態越多樣。生態安全格局中建設用地布局可指示功能承載力，而生境質量可一定程度表征生態承載力。因此，這2項指標對于系統的多樣性非常重要。

3 莫干山綜合生態安全格局構建

3.1 數據來源及處理

3.1.1 數字高程數據(DEM)

數字高程數據來源于NASA開源數據(search.asf.asaska.edu)提供的12.5m分辨率的DEM數據。

3.1.2 土地覆被數據

通過地理空間數據云平臺(http://www.gscloud.cn/)，獲取分辨率為30m的Landsat 8影像，采用Gram-Schmiat Spectral Sharpening方式將精度提高為15m[23]。根據計算模型需要和相關文獻研究[24]，利用ENVI 5.2軟件，通過監督分類和人工目視解譯相結合的方法，將土地覆被解譯為林地、耕地、水域、居民地、交通用地5種類型(圖2-1)。

3.1.3 植被歸一化指數(NDVI)

NDVI是反應植被生長狀態的重要指標因子，取值在-1～1之間，值越大代表植被覆蓋狀況越好，主要用于植被敏感度分析(圖2-2)。利用遙感影像中的近紅外波段(NIR)與紅波段(R)計算NDVI，計算公式如下[25]：

3.1.4 鄉土文化POI點位

將鄉土文化分為點狀和面狀2類，通過高德開放平臺API(https://lbs.amap.com)以關鍵詞“古樹名木、古墓、民宿、老別墅、寺”，爬取POI，并導入ArcGIS中落位。通過奧維互動地圖下載研究區域的高分辨率TIF圖，在建立矢量數據庫后，采用目視解譯的方式對風景區、林蔭古道、農場、連片的農業景觀等線狀或面狀鄉土文化景觀進行落位(圖2-3)。

3.1.5 評價指標

根據相關文獻[26-30]的研究和專家咨詢，確定各景觀安全格局識別的評價指標和權重(表1)。

3.2 綜合生態安全格局構建

3.2.1 綜合水生態安全格局

1)雨洪生態安全格局。

SCS模型(Soil Conservation Service)能客觀反映不同地形條件和地類對徑流的影響，被廣泛用于雨洪模擬[26，31]。計算公式如下：

式中，Q為地表徑流量，mm；P為一次降雨的降水量，mm；S為下墊面可能的最大滯留量；i和j表示具體某場降雨的降雨量和單個匯水區；CN為產流參數。

參考《美國工程手冊》[32]和相關研究文獻[33]，選取各地類的CN初始值(表2)。選取100、150、200mm為模擬P值，借助ArcGIS水文分Volume工具反演P值對應集水區淹沒范圍。

表2 不同地表覆被CN取值

2)水生環境生態安全格局。

選取場地內地表水徑流路徑、水庫、重點蓄水區域作為水生環境生態安全評價要素，借助ArcGIS緩沖區分析和空間插值法進行生態安全等級劃分。將3個因子進行疊加分析，根據“木桶原理”以最低值進行鑲嵌得到水生環境生態安全格局。

通過ArcGIS鑲嵌工具疊加雨洪生態安全格局和水生環境安全格局，得到綜合水生態安全格局[27](圖2-4)。

3.2.2 生物多樣性保護安全格局

為構建生物多樣性保護安全格局，本研究首先確定目標物種，隨后根據其生物學遷移特征，運用生境適宜性分析與最小阻力模型，識別當地生物多樣性保護安全格局。首先，本研究擬選取鳥類作為目標類群進行相關分析。鳥類是生態學研究與觀測中的典型目標物種，具有成為傘護種與旗艦種的潛質，活動范圍廣泛，對環境較為敏感，其生物多樣性與遷移規律能夠代表所在區域多個不同類群的生物多樣性分布安全格局情況[34]；與此同時，對鳥類的保護將使其他多個生物類群從中獲益[35]；最后，莫干山地區在歷史上開展了多項鳥類生物多樣性監測，對所在地區鳥類群落及其生態、遷徙特征具有較好的研究基礎[36]。因此，鳥類是莫干山地區開展生態安全格局研究合適的生物類群。其次，基于表1中相關指標，通過適宜性分析選取生物遷徙的“源地”，再利用最小阻力模型和自然斷點法獲得生物多樣性保護安全格局(圖2-5)。最小阻力模型公式為：

式中，j為從地點i到源地j的距離；Ri是遷移過程中遇到的阻力；MCR為最小累計阻力；R是在相關文獻研究成果[27]的基礎上結合專家修正而確定(表3)。

表3 不同地表覆被阻力系數取值

3.2.3 地質災害防護安全格局

選取水土流失作為自然災害指征，評價指標見表1。利用ArcGIS進行適應性分析和加權疊加進行識別(圖2-6)。

表1 生態安全格局評價因子及賦值

3.2.4 鄉土文化景觀安全格局

將點狀和面狀鄉土文化要素作為“源”，利用最小阻力模型和自然斷點法識別別出鄉土文化景觀安全格局(圖2-7)。相關阻力因子的阻力系數是結合相關文獻和專家意見得出表4，阻力系數為景觀間相對阻力水平，而非絕對大小[37]。

表4 不同地表覆被阻系數取值

3.2.5 綜合生態安全格局構建

考慮到各單一生態安全服務功能間的不可替代性，采用“綜合取低”的柵格疊加方法，將4種生態安全格局進行疊加，并取最低格局構建綜合生態安全格局[34](圖2-8)。

圖2 研究區域資料和各維度生態安全格局

4 基于綜合生態安全格局的莫干山景觀韌性體系構建

通過統計得到單一維度及綜合維度中不同水平安全格局的面積和占比情況(表5)。可以看出，莫干山高水平生態安全區域比重較小，一定程度上阻礙了理想安全格局下的可持續發展。在當前背景下，莫干山生態環境保護和城鎮建設空間的擴張是一個相互博弈和協調的過程，需引入韌性發展思維進行指導，而融合了生態和文化的綜合生態安全格局可以為景觀韌性構建提供載體和框架支撐，具體如下。

表5 單一及綜合生態安全格局各等級面積及占比

4.1 基于綜合生態安全格局的景觀策略

4.1.1 分類型管控和建設策略

1)整體上——增強多維度生態協調和信息連通。

生態安全格局識別結果表明，莫干山在綜合水生態安全、生物多樣性保護、地質災害防護和鄉土文化景觀生態安全格局中，高水平區域占比較高，分別為45.68%、30.98%、47.87%、52.62%；但在綜合生態安全格局中，高水平區域面積只占比3.59%。這種差異同樣也存在于低水平安全區域。說明在垂直疊加過程中不同生態安全格局的分布具有很強不均勻性。

在國土空間規劃中對接“多規合一”平臺可以有效解決該問題。“多規合一平臺”能將高度解構化的土地政策融合到“一張圖”審批中，在此過程中可以保障景觀體系具備多樣的功能，以此增加系統的多樣性和穩定性。同時，也可基于生態安全格局監測與預測建立動態“反饋-調節”機制，以此應對人為擾動產生的風險源具有持續性和動態性特征這一問題。這種動態調節機制，擺脫了傳統的一張藍圖做到底的局限性，側重于規劃發展的靈活機動性和綜合適宜性。

2)低水平區域：剛性格局，韌性對待。

該類區域是保護的最低限度，保護級別最高[16]。在低水平格局中，面積占比最高的為綜合水生態安全(29.20%)，主要呈網狀分布，這主要源于山地地貌下的分散徑流對格局的影響；占比最低的為鄉土文化景觀(16.85%)，主要分布于城鎮建設用地中，有交通系統串聯，游憩價值較高，但也會引入較多的擾動源；將“底線”生態安全格局和土地覆被疊加，計算得出現有居民地、交通用地、農業用地、水體中“底線生態安全格局”占比分別為67.79%、72.06%、64.15%、70.23%和88.49%，表明目前建設區域大部分處于高生態敏感區；反向計算得出目前“底線”安全格局有17.73%被居民地、交通用地和農業用地占用。在綜合生態安全格局識別中，低水平生態安全區域占比過大，達到67.79%，因此傳統的“底線”規劃思維并非最佳選擇，韌性體系下的“生態紅線”需彈性對待。

“底線格局”可作為相關規劃制定和調整的支撐。如原本在低水平區域規劃的建設空間可尋找其他生態空間進行代替，或加快人工干預措施進行開發策略調整，采用低影響開發技術，以降低對生態安全的影響；在未規劃建設用地的區域中，應以保護為主或開發利于生態保護的新業態。韌性地對待原本的剛性保護空間，增加景觀生態系統的多樣性和冗余度。

3)中水平區域：彈性發展、規避風險。

該類區域在面臨擾動時有一定的自我防御和修復能力，需要限制開發強度、制定措施保護與恢復生態系統[35]。研究范圍內中水平區域面積占比31.69%，主要分布于城鎮邊界擴張范圍中，存在多種潛在威脅源和生態退化的可能。中水平區域是緩沖區和城鎮擴張的重要區域，應充分發揮區域優勢條件。例如根據發展規劃和生態保護及修復的要求，劃分核心保護區、生態緩沖區、控制建設區等不同保護與開發強度的區域，也可設置生物圍欄和核心生物棲息地等生境保障區。

4)高水平區域：構建景觀生態網絡、帶動區域良性發展。

該類區域在各維度上的生態敏感性均較低，可合理地進行開發建設活動。但3.59%的低占比，顯然不能滿足城鎮擴張的需求。解決此矛盾可以通過擴大優質生態斑塊和建立景觀生態網絡的方法，以形成高質量生態功能區域聯動周邊區域生態提升的動態演變趨勢；也可以在非高水平生態安全區域的建設用地之間加入生態組團和生態廊道，以降低建設用地對生態的影響，彌補高水平區域的用地不足。

4.1.2 彈性的土地利用方式

目前協調人口、經濟、生態、資源于一體的國土空間規劃“雙評價”體系可以有效完善國土空間布局，明確城鎮開發建設的合理格局[38]。山地城鎮的農業和建設空間較為緊湊，“雙評價”的運用需要具備一定的彈性以適應。例如，為了平衡建設用地擴張和耕地保護間的矛盾，云南省和浙江麗水先后實施了低丘緩坡土地綜合開發利用試點項目。然而低丘緩坡的山地空間通常生態脆弱，因此需要在對生態安全格局充分研究的前提下進行[39]。

4.2 基于綜合生態安全格局的景觀韌性評價

基于韌性與生態安全格局的耦合，參考相關研究[11，29]，從穩定性、適宜性、冗余度、多樣性這4個層面建立景觀韌性評價指標體系(表6)。采用層次分析法建立模型，將各因子在準測層內進行相對重要性比較，再根據判斷矩陣得出4個韌性指數的權重，且CR=0.0416，通過一致性檢查。最終，通過加權計算得到研究區域綜合韌性指數為0.39。整體看來，莫干山區域生態韌性水平較低，尤其是在冗余度指數方面的低值表現明顯。因此莫干山在后續建設中如何平衡保護與發展和制定更加科學的建設策略是核心問題。

表6 韌性評價指標與生態安全格局耦合

5 結論及討論

我國仍處在城鎮化快速發展的階段，近年來城鎮發展模式轉向加更加注重生態保護的可持續性發展方向。鑒于此，本文從綜合生態安全格局研究中得到啟發，將其與韌性理念進行關聯分析，基于關鍵屬性構建兩者的有機耦合，并以莫干山為例，研究基于綜合生態安全格局的景觀韌性體系構建策略。本研究將“生態智慧”與韌性理念有機統一和銜接，認為韌性理念中強調的動態思維、協調模式以及決策的多樣性和生態安全格局中的連通性、動態性、底線思維以及系統性是相互支持和融合的，同時將綜合生態安全格局識別結果作為韌性的表征內涵和構建載體。將山地景觀韌性構建策分別落實到識別出的高、中、低水平生態安全格局中，特別是構建了景觀韌性評價體系，有利于提升景觀韌性構建的操作性和實施性。

本文對于景觀韌性構建的研究，尚存一些不足和局限性。如數據精度及季節性差異對分析結果的影響、代表性物種和代表性地質災害選取數量不足、各類評價因子權重及閾值受到主觀決策和相關數據獲取困難的影響，這些問題還有待進一步完善。

注：文中圖片均由作者繪制。