武夷山主峰黃崗山片區生態安全格局構建研究

朱振肖，柴慧霞，張簫，王夏暉，牟雪潔，于洋

生態環境部環境規劃院

增強生態系統服務、維護區域生態安全是實施區域生態保護修復的根本目標。生態安全是指人類生存所依賴的自然生態環境未受到人為破壞或干擾而導致生態系統功能失調的狀態，可以為人類社會持續不斷提供優質產品和服務，滿足人類生存發展對自然生態環境的需求[1-2]。生態系統服務是指生態系統與生態過程中所形成及維持人類賴以生存的自然環境條件與效用[3]，此概念將生態系統結構、過程、功能與人類福祉緊密連接，從人類需求層面更加強調人類對生態系統的利用。當前我國生態保護修復實踐以“山水林田湖草生命共同體”理念為指導，逐步從過去的單一點位、單一要素、單一問題治理修復轉向流域或區域尺度的系統治理修復，生態安全格局理論為流域或區域尺度的整體保護、系統修復、綜合治理提供了理論依據和技術路徑。生態安全格局是以景觀生態學作為理論支撐，關注生態過程與功能之間的聯系，致力于為區域生態安全的整體問題提供解決方案[4-6]。從生態系統服務供需的角度出發，生態安全格局可以理解為維護生態系統持續提供產品和服務的關鍵空間結構[7]，作為溝通生態系統服務和人類社會發展的橋梁，其被視為區域安全保障和人類福祉提升的關鍵環節[8]。

近些年，生態安全格局理論在國內外得到快速發展，逐漸形成識別生態源地—構建阻力面—提取生態廊道的研究范式，被廣泛應用于當前的國土空間“三區三線”劃定體系中，包括生態網絡構建[9]、生態保護紅線劃定[10-13]、城市增長邊界劃定[14-16]、自然資源空間識別管控[17]等領域，涉及景觀、區域和國家等不同尺度及層級。常用的研究方法有最小累積阻力模型[18-22]、壓力—狀態—響應（PSR）模型[23]、差距（GAP）分析[24]、連通度指數[25]、生態系統服務功能評價[26]、電路理論[27]等。隨著國土空間生態修復實踐的深入，部分學者開始探索將生態安全格局構建與國土空間生態修復[28-29]、山水林田湖草生態保護修復工程[30-31]實踐相結合，基于生態系統格局-過程的耦合作用，通過構建生態安全格局，解決生態保護修復的空間識別難題。

武夷山主峰黃崗山片區是我國東南地區重要的生態屏障，山水林田湖草生態要素兼具，生態優勢突出。近年來，受人類活動影響，局部地區出現生態退化，生態系統結構相對單一，生態質量和功能有待提升。筆者以黃崗山片區為研究區，打破省域、市域、流域界限，通過識別生態源地—構建阻力面—提取生態廊道的研究范式，構建區域生態安全格局，重構生態系統的能量流動和物質循環，合理調控生態過程，增強研究區整體生態系統服務，以期為研究區國土空間開發保護提供參考。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

研究區為武夷山主峰黃崗山所在區域，位于閔贛交界地帶，涵蓋江西省的上饒市廣信區（上饒縣）、鉛山縣、廣豐縣和福建省的光澤縣、武夷山市、建陽區、浦城縣7個縣（市、區），面積約1.7萬km2。區域水網密布，水資源充沛；北部片區屬信江流域，為鄱陽湖水系；中南部片區在福建境內主要有富屯溪、麻陽溪、崇陽溪、南浦溪等水系，為閩江源頭溪流。研究區地處中亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫為8.5～18.0 ℃，年平均降水量為1 486～2 150 mm，年平均濕度為78%～84%，四季分明，雨量充沛。土壤類型較多，以山地黃紅壤為主，土質肥沃。土地覆被以森林為主，其占研究區面積的82%以上，森林和植被茂密，區域內保留有多處中亞熱帶原始森林，生物多樣性豐富，是我國東南部重要的生態屏障區。

然而，由于區域山高坡陡，雨水沖蝕強烈，水土流失、滑坡等地質災害時有發生；森林樹種單一，質量不高，整體生態環境敏感脆弱。加上城鎮建設開發和人類活動干擾，部分流域水環境質量較差，農業面源污染嚴重，耕地質量不高；同時，局部礦山開采破壞自然植被，道路等線性基礎設施打破生態空間連通性，阻礙物種遷移，破壞野生動植物棲息地。

1.2 研究方法

1.2.1 技術路線

識別生態源地和生態廊道是構建區域生態安全格局的重要步驟。按照“山水林田湖草生命共同體”理念，充分考慮人與自然生態各要素之間的相互作用與融合，基于生態過程的完整性和生態系統服務功能的空間分異特征，利用GIS空間分析手法，開展研究區水源涵養、水土保持、生物多樣性維護等生態系統服務功能重要性評價，疊加生成綜合評價結果并賦值分級，將極重要區與現有自然保護地（含自然保護區、風景名勝區、森林公園、地質遺跡保護區等）疊加生成生態源地；依據土地覆蓋類型進行阻力賦值構建阻力面，并采用地形、地類因子對其進行修正，使用最小累積阻力模型提取生態廊道，將生態系統服務功能重要區劃定為生態緩沖區，作為生態源地的補充，形成研究區最終的點線面狀的生態安全格局。研究技術路線如圖1所示。

圖 1 研究技術路線Fig.1 Research technical route

1.2.2 識別生態源地

生態源地是物種擴散、生態功能流動與傳遞等生態過程的“源”，是生態產品與服務的主要產區。生態源地識別一般采取定性或定量的方法，定性方法往往直接選取自然保護區、自然公園等空間單元，或提取植被覆蓋較好的林地、草地等生態用地作為生態源地；定量方法則采取生境質量評估或生態功能評估，識別生境質量優良區或生態功能重要區。本研究生態源地識別采取定性與定量相結合的方式，借助GIS技術，參考《生態保護紅線劃定指南》中植被凈初級生產力（NPP）定量指標評估方法，開展項目區水源涵養、水土保持、生物多樣性維護等主導生態系統服務功能重要性評估，分別計算得到水源涵養、水土保持、生物多樣性維護等主導生態功能重要性評估柵格圖；運用Raster Calculator工具分別進行歸一化處理，計算累加服務數值，借助Reclassify工具，選取生態系統服務值最高的20%劃定為極重要區，與現有自然保護地疊加取并集得到生態源地。考慮面積小的斑塊分布零碎、輻射功能弱，對生態安全格局影響較小，將面積小于2 km2的斑塊進行剔除或合并處理，避免生態源地的過度碎片化[8,32]。

1.2.3 構建生態阻力面

受自然條件和人類活動的影響，不同生態要素之間進行物質交換、能量傳輸或生物物種遷徙擴散過程中會受到阻力[33]，阻力大小與土地覆蓋類型的特征差異直接相關。阻力面作為構建廊道的基本途徑，對生態安全格局起著重要作用[30]。結合研究區實際的自然本底特征，設定由生態源地向其他景觀單元擴散的最小阻力，以判斷各景觀單元至生態源地的可達性與連通性。參照王曉玉等[31]的研究，選擇土地覆蓋類型作為構建阻力面的主要因子，針對不同土地覆蓋類型對物種遷移的基本阻力系數進行賦值（表1），構建研究區基礎阻力面。另外，坡度、高程以及不同地類與源地的距離，也是影響生態阻力的關鍵因素，選擇坡度、高程、地類作不同距離的分析，對基礎阻力面進行修正。坡度較陡的區域，受降水、風力等影響，容易引起水土等物質的垂直流動，而在相近的高程區域物種遷徙則容易通過。土地覆蓋類型越接近保護源的類型，對物種之間的交流和擴散的阻力就越小，以濕地為例，濕地范圍內阻力設為1，隨著與濕地距離的增加，阻力增大。

表 1 不同阻力因子的阻力賦值Table 1 Resistance values of different resistance factors

根據不同阻力因子及阻力系數，使用GIS軟件中的成本-距離（cost-distance）工具，運算獲取土地覆蓋類型、高程、坡度、林地、濕地5個因子阻力面，通過柵格計算器分別按照各因子阻力面的權重（表1）進行疊加，得到研究區綜合阻力面。

1.2.4 提取生態廊道

生態廊道是指生態網絡體系中對物質、能量與信息具有重要連通作用，尤其是為動物遷徙提供重要通道的帶狀區域[8]，主要由森林、草地、濕地等生態性結構要素構成，是促進物質流、生態流、生態過程連通以及區域生態功能完整性的關鍵生態用地[34]。生態廊道體現了生態源地的連通性和可達性，能夠避免斑塊內部形成孤立種群近親繁殖，降低物種滅絕風險，對于維護生物多樣性和提升生態系統穩定性具有重要意義。目前，生態廊道大多運用最小累積阻力(MCR)模型提取得到[35]，也有部分研究利用生態系統服務價值大小或生態足跡與生態壓力的大小提取[36]。

在研究區生態源地識別及阻力面構建的基礎上，采用MCR模型提取生態廊道。MCR模型是指物種從某個“源”點到目標所在地的過程中所需克服的總阻力的模型[37]，該模型考慮了源、距離和基面阻力特征3個因素，反映物種運動的潛在可能與趨勢，在生態安全格局構建中使用較為廣泛[38]。分析空間分布特征與數值大小，借助GIS中的Linkage Mapper 2.0 Toolbox，將生態源地之間的低阻力通道提取為生態廊道。MCR模型公式如下：

式中：MCR為最小累積阻力；∫表示最小阻力與生態活動的正相關關系；Dij為物種從源地j到景觀單元i的空間距離，km；Ri為景觀單元i對某種物種運動過程的阻力系數。

1.2.5 劃定生態緩沖區

考慮相鄰生態系統之間的邊界效應及動態特征，基于生態系統服務功能評估結果，將生態系統服務占總服務比例介于50%～80%的生態功能重要區劃為生態緩沖區，作為生態源地的保護與補充。

1.3 數據來源與預處理

研究區2015年土地覆蓋類型數據采用“全國生態環境十年變化遙感調查評估”項目成果數據，將土地覆蓋類型分為城鎮、森林、灌叢、草地、濕地、農田、其他等7類，分辨率為30 m×30 m。數字高程（DEM）數據來自地理空間數據云平臺（http://www.gscloud.cn/），用于提取高程和坡度作為阻力因子，分辨率為30 m×30 m。2015年氣象數據來自于中國氣象科學數據共享服務網（http://data.cma.cn/），根據提供的站點數據進行插值，得到各氣象因子的柵格數據。土壤數據通過寒區旱區科學數據中心（http://bdc.casnw.net/index.shtml）獲取。NPP數據來自“全國生態狀況遙感調查與評估”項目成果，分辨率為250 m×250 m。

2 結果與分析

2.1 生態源地及其空間分布

通過對研究區開展水源涵養、水土保持、生物多樣性保護等主導生態系統服務功能重要性的評價，將生態系統服務最高的20%提取為生態功能極重要區，面積約4 468.46 km2，占比約24.47%。經統計，區域內設有自然保護區、風景名勝區、森林公園、地質遺跡保護區（地質公園）、濕地公園、飲用水水源地、水產種質資源保護區等各類自然保護地共計23個，合計面積為2 018.19 km2，占比為11.87%。運用GIS軟件，將生態系統服務功能極重要區與各類自然保護地疊加，并扣除重疊部分，得到研究區生態源地，共有123個源地斑塊，總面積為5 577.06 km2，占黃崗山片區總面積的 31.68%〔圖 2（a）〕。由圖2（a）可知，生態源地面積占比較大，空間分布上主要集中于江西省南部、福建省北部山地的交界地帶，土地覆蓋以林地為主，占生態源地總面積的96.02%，其余依次為耕地、草地、濕地及其他，面積占比分別為1.45%、1.38%、1.00%和0.15%。123個源地斑塊中，小于2 km2的斑塊有112個，數量占比達91.06%，說明源地斑塊破碎化突出。為便于后續生態廊道的提取以及整體格局的完整性，去除小于2 km2的斑塊并進行平滑處理，得到優化后的生態源地斑塊共11 個，面積為 5 808.80 km2〔圖 2（b）〕。

圖 2 黃崗山片區生態源地空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecological sources in Huanggang Mountain area

對江西省、福建省不同縣（市、區）生態源地進行統計，結果如表2所示。由表2可知，江西省、福建省生態源地數量與面積差異較大。江西省3個縣有生態源地斑塊面積達4 160.29 km2，斑塊數量達73個，占總生態源地面積的74.6%，平均斑塊面積約56.99 km2。其中，上饒縣生態源地斑塊數量最多，有33個斑塊，面積為1 413.66 km2；鉛山縣生態源地面積最大，為2 039.82 km2，占比36.58 %，斑塊數量為21個；廣豐縣生態源地斑塊數量為19個，面積為706.81 km2。福建省4個縣（市、區）生態源地斑塊數量為50個，面積為1 416.78 km2，占比僅25.4%，平均斑塊面積約28.33 km2。其中，光澤縣生態源地斑塊數量為14個，面積為385.91 km2；武夷山市生態源地斑塊數量為13個，面積為631.47 km2；建陽區生態源地斑塊數量為9個，面積為168.59 km2，源地斑塊數量最少，且面積最小，面積占比僅為3.02%；浦城縣生態源地斑塊數量為14個，面積為230.81 km2，占比僅為4.14%。相對來說，江西省相關縣自然生態環境本底較好，山水資源豐富，重要生態空間分布范圍廣，生態源地較為集中，人類活動影響較弱，生態系統受干擾程度較低；福建省相關縣（市、區）生態源地斑塊分布較為分散，平均斑塊面積僅為江西省的1/2，斑塊之間的連通性較差，受人類活動干擾較大，重要生態空間破碎化相對突出。

表 2 黃崗山片區生態源地分縣（市、區）統計情況Table 2 Distribution of ecological sources in each county (city,district) in Huanggang Mountain area

2.2 生態廊道及分布

依據土地覆蓋類型設置研究區基礎阻力面，并借助地類、地形等因子進行修正，得出黃崗山片區綜合生態阻力面（圖3）。由圖3可知，研究區生態阻力最高為225.1，最低為1，生態阻力整體由中部山區向南北兩側河谷地區呈帶狀增加，高阻力區域集中于2省的7個市（縣、區）的人類活動集聚區。可見，人類建設與開發活動給生態過程造成了最大阻力。

圖 3 黃崗山片區生態阻力空間分異Fig.3 Spatial differentiation of ecological resistance value in Huanggang Mountain area

在識別研究區生態源地與構建生態阻力面的基礎上，采用MCR模型，將生態源地之間的低阻力通道提取為生態廊道，結果如圖4所示。由圖4可知，研究區共有生態廊道21條，總長度為455.1 km，相對集中地呈組團式分布于研究區東北和西南部，將中部與邊緣的生態源地斑塊連通起來。這些區域生態源地斑塊相對集中，源地之間聯系較為密切，生態過程活動相對頻繁。其中，江西省生態廊道分布相對密集，主要集中于廣豐縣和上饒縣，有6條，長度為73.24 km，平均長度較短，約12.21 km，這是由于生態源地斑塊較為集中，廊道將林地、草地、濕地等源地斑塊連通起來，為物種遷徙提供通道。福建省生態廊道主要集中在光澤縣、浦城縣北部和武夷山市東部，有15條，總長度為381.86 km，平均長度較長，約24.46 km，部分沿麻陽溪、南浦溪等流域蔓延，這些區域生態源地斑塊總體較少且平均面積小，地勢相對緩和，作為閩江流域的重要發源地，水網密布，沿河谷地帶物質和物種流動相對通暢。而福建省武夷山市東部、建陽區、浦城縣西南部源地斑塊少，且人類活動集中，生態阻力較大，缺乏廊道的連接。

圖 4 黃崗山片區生態廊道分布Fig.4 Spatial distribution of ecological corridors in Huanggang Mountain area

2.3 生態安全格局狀況

提取區域生態系統服務功能重要區作為生態緩沖區，其面積為1 574.13 km2。生態緩沖區對生態源地與生態廊道所形成的生態網絡進行補充，主要分布于江西省上饒縣中部、鉛山縣北部、廣豐縣西部。黃崗山片區生態源地相對集中在武夷山脈北麓，生態緩沖區分布在源地北部邊緣地帶，沿多條生態廊道向片區東部、西部、南部山地林帶蔓延，形成了以生態源地為核心，以生態緩沖區為補充，以生態廊道為骨架相互連通的生態安全格局（圖5）。

圖 5 黃崗山片區生態安全格局Fig.5 Ecological security pattern in Huanggang Mountain area

3 結論與建議

3.1 結論

（1）武夷山主峰黃崗山片區極重要區面積為4 468.46 km2，各類自然保護地共23個，面積約2 018.19 km2，將極重要區與各類自然保護地疊置合并生成生態源地，面積為5 577.06 km2，占比為31.68%，其土地覆蓋以林地為主。生態源地斑塊數量共123個，其中小于 2 km2的斑塊為112個，數量占比達91.06%，源地斑塊破碎化突出。優化處理后，得到生態源地斑塊11個，面積為5 808.80 km2。

（2）黃崗山片區生態阻力總體較低，局部偏高，最高值為225.1，最低值為1，其中，高阻力區域集中分布在人類活動集聚區。提取得到區域生態廊道21條，長度為455.1 km。

（3）劃定生態系統服務功能重要區為生態緩沖區，面積約1 574.13 km2。生態源地、廊道、緩沖區等關鍵要素疊置，形成黃崗山片區完整的生態安全格局。

3.2 建議

黃崗山片區是我國東南部重要的生態屏障區，本研究以“山水林田湖草生命共同體”理念為指導，打破省域、市域、流域界限，將研究區視為一個完整的生命共同體，從區域生態系統的整體性和連通性出發，在生態源地的選擇上，充分考慮生態過程的完整性和生態功能的重要性，在生態廊道提取中，綜合地類與地形因子對生態過程的影響，進而提取最小阻力通道，結合生態系統的邊界效應和動態特征，提取生態功能重要區為生態緩沖區，構建區域尺度點線面狀的生態安全格局，可為當地實施區域一體化保護和修復提供空間指引。然而，研究仍然存在諸多問題，比如生態廊道如何與關鍵指示物種的保護相統一，生態緩沖區的確定缺乏與周邊生態用地的銜接，且受制于所獲取數據的有限性，個別關鍵環節結果的有效性有待論證，需要后續深入研究。

生態安全格局強調生態過程的完整性，促進區域生態要素功能與結構的協調，維護區域生態安全，充分體現了“山水林田湖草生命共同體”理念，為區域尺度的景觀綜合體生態保護修復提供了技術路徑。基于黃崗山片區生態安全格局的構建，生態保護修復還要結合不同空間的生態系統分異特征及突出生態問題，有針對性地制定差異化的保護修復方向、任務措施和技術要求。生態源地作為區域生態產品和服務的主產區，生態功能極為重要，應作為重點保護區予以嚴格保護，最大限度地控制人類活動干擾，采取基于自然的解決方案，保護修復好本地的原生森林生態系統，優化提升自然保護地的建管能力，嚴格保護華南虎、云豹、南方紅豆杉等珍稀野生動植物生境，維護生物多樣性。生態廊道的構建要結合河流、林帶、高程以及關鍵指示物種的遷徙通道等進行合理優化，盡量避免道路、大型管道等硬質線性基礎設施建設，維持生態系統的原真性和整體性；恢復建設城市綠地、濕地等重要生態空間，提升不同生態用地間的連通性。生態緩沖區作為生態源地的重要補充，應與生態源地作為整體統籌考慮，以提升生態系統質量和穩定性為目標，重點實施中幼林撫育、水土流失治理、生物多樣性保護等工程，有效防控生態環境風險；嚴格開發建設項目環境準入，科學開展環境影響評價，避免造成新的生態破壞。

除此以外的其他區域是生態系統服務的主要需求區，人類活動干擾強度偏大，生態退化較為普遍，針對局部區域礦山開采破壞自然植被，流域水環境質量局部不達標、水生態功能下降，農田化肥使用量大、面源污染嚴重，耕地質量偏低等問題，以小流域為單元，采取源頭治理-過程管控-末端治理的方式，選用自然修復與人工修復相結合的工程措施，對山水林田湖草進行綜合治理，恢復流域生態系統結構、過程和功能，增加優質生態產品供給，并注重生態產品價值轉化，促進自然資本增值溢價。