地質(zhì)災(zāi)害敏感性下的伊犁河谷生態(tài)安全格局構(gòu)建

余芳瑞 王宏衛(wèi) 錢田田 謝玲 魏一鳴

摘要： 利用Conefor 2.6軟件計算有林地與灌林地的景觀連通性，選取生態(tài)源地，以坡度、地層巖性、土壤類型、歸一化植被指數(shù)、年平均降雨量、年平均融雪量、距道路距離、距采礦用地距離8個地質(zhì)災(zāi)害敏感因子評價地質(zhì)災(zāi)害敏感性.利用評價結(jié)果對阻力面進(jìn)行修正，基于電路理論，提取生態(tài)廊道、識別生態(tài)夾點、生態(tài)障礙點，構(gòu)建生態(tài)安全格局，提出生態(tài)保護(hù)和地質(zhì)災(zāi)害防治策略.結(jié)果表明：伊犁河谷地質(zhì)災(zāi)害敏感性高值區(qū)主要集中在道路及河流附近，其中，西南部谷盆地地質(zhì)災(zāi)害敏感性最高；37 個生態(tài)源地主要集中在山區(qū)；75條最優(yōu)生態(tài)廊道和53處生態(tài)夾點多分布于建設(shè)用地周圍，主要用地類型為草地；9個生態(tài)障礙點大多位于最優(yōu)廊道上，部分緊鄰生態(tài)夾點.

關(guān)鍵詞： 生態(tài)安全格局； 地質(zhì)災(zāi)害敏感性； 電路理論； 伊犁河谷

中圖分類號： X 826； F 205文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A?? 文章編號： 1000-5013（2023）04-0510-08

Construction of Ecological Security Pattern in Yili River Valley Under Geological Hazard Sensitivity

YU Fanrui1，2， WANG Hongwei1，2， QIAN Tiantian1，2，

XIE Ling1，2， WEI Yiming1，2

（1. College of Geography and Remote Sensing Sciences， Xinjiang University， Urumqi 830046， China；

2. Key Laboratory of Xinjiang Oasis Ecological Autonomous Region， Xinjiang University， Urumqi 830046， China）

Abstract：

The connectivity between forested and irrigated landscapes is calculated using Conefor 2.6 software，and the ecological source areas are selected. The sensitivity of geological hazards is evaluated from 8 geological hazard sensitive factors， including slope， stratigraphic lithology， soil types， normalized vegetation indexes， average annual rainfall amount， average annual snowmelt amount， distance from road and distance from mining land. The resistance surface is modified using the evaluation results. The circuit theory is used to extract ecological corridors， identify ecological pinch points and ecological obstacles，construct ecological security patterns，and ecological protection and geological disaster prevention strategies are put forward. The results show that，the high sensitivity areas to geological hazards in Yili River Valley are mainly located near roads and rivers， and the southwest valley basin has the highest geological hazard sensitivity. 37 ecological source areas are mainly concentrated in mountainous areas， 75 optimal ecological corridors and 53 ecological pinch points

mostly distributed around construction land where the main land type is grassland，and 9 ecological obstacles are mostly located on the optimal corridors，some of which are close to ecological pinch points.

Keywords： ecological security pattern； geological hazard sensitivity； circuit theory； Yili River Valley

頻發(fā)的自然災(zāi)害對生態(tài)安全構(gòu)成巨大威脅，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響［1-2］，國土空間的生態(tài)保護(hù)與生態(tài)修復(fù)迫在眉睫［3-4］.生態(tài)保護(hù)區(qū)域與生態(tài)修復(fù)區(qū)域的科學(xué)識別是國土空間生態(tài)的重點與難點［5］，生態(tài)保護(hù)與生態(tài)修復(fù)措施是未來亟需解決的問題.

生態(tài)安全格局主要用于識別生物保護(hù)區(qū)域和生態(tài)恢復(fù)區(qū)域［6］，已經(jīng)形成了“源地識別、阻力面構(gòu)建、廊道提取”的基本研究范式［7］.文獻(xiàn)［8-9］直接以林地、草地、水域或者國家森林公園［10］、自然保護(hù)區(qū)［11-12］等作為生態(tài)源地，文獻(xiàn)［13-14］選取生態(tài)系統(tǒng)重要性和敏感性較高的地方作為生態(tài)源地.文獻(xiàn)［15-18］研究生態(tài)源地景觀整體性和連通性，以及生態(tài)源地面積閾值，從而更加科學(xué)合理地確定生態(tài)源地.對于阻力面的構(gòu)建，最初的研究大多通過坡度、高程、植被覆蓋、距道路距離等因素組成的千層餅式的方法［16，19］或直接利用土地利用類型賦值［20］的方法確定阻力面.文獻(xiàn)［5，21-23］利用夜間燈光指數(shù)、生態(tài)風(fēng)險指數(shù)等對阻力面進(jìn)行修正.對于地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)阻力面的修正，文獻(xiàn)［7，24-25］利用地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價對阻力面進(jìn)行修正.目前，對于地質(zhì)災(zāi)害評價因素大多只考慮到坡度、降水、植被覆蓋等，而對于常年有積雪堆積的地區(qū)，需要考慮積雪融水引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害.基于此，本文對地質(zhì)災(zāi)害敏感性下的伊犁河谷生態(tài)安全格局構(gòu)建進(jìn)行研究.

1 研究概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

伊犁河谷位于新疆天山山脈西段伊犁河流域上游， 地理位置位于80°09′～84°56′E，42°14′～44°50′N之間，伊犁河谷東面、南面、北面三面環(huán)山，呈向西開口的喇叭形狀.源于大西洋溫濕氣流從西面給伊犁河谷帶來相對豐富的降水（形成半干旱、半濕潤的中溫帶大陸性氣候），是新疆最濕潤地區(qū)，也是新疆生物多樣性最高區(qū)域.伊犁河谷不僅是中亞山地殘遺物種、眾多珍稀瀕危物種、特有物種的重要棲息地，也是中亞山地生物“物種基因庫”，被列入全國陸地生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域［21］.然而，由于人類活動影響，河谷內(nèi)黃土廣布，夏季降水偏多，區(qū)域內(nèi)易造成降水-融雪型洪水，洪水引發(fā)滑坡、泥石流災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā).《新疆地質(zhì)災(zāi)害防治十四五計劃》將伊犁谷地設(shè)置為重點防治區(qū).研究區(qū)示意圖，如圖1所示.

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)與歸一化植被指數(shù)（INDV）數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云（https：∥www.gscloud.cn/）；坡度數(shù)據(jù)由DEM數(shù)據(jù)提取；行政邊界數(shù)據(jù)、河流數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、壤類型數(shù)據(jù)、地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)（2020年）均來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（https：∥www.resdc.cn/）；降水量數(shù)據(jù)來自國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺（http：∥www.geodata.cn/）；雪深數(shù)據(jù)來自國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥data.tpdc.ac.cn/）中國雪深長時間序列數(shù)據(jù)集（1979-2020年）；采礦用地數(shù)據(jù)來自于全國第2次土地調(diào)查數(shù)據(jù)；生態(tài)功能區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于中國生態(tài)系統(tǒng)評估與生態(tài)安全格局?jǐn)?shù)據(jù)庫（http：∥www.ecosystem.csdb.cn/）.

2 研究方法

2.1 伊犁河谷地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價

地質(zhì)災(zāi)害可能會通過改變地形地貌進(jìn)一步影響研究區(qū)固有生態(tài)廊道，從而一定程度上影響物種之間的交流和生態(tài)廊道的連通性［7］.伊犁河谷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生主要與降雨、植被覆蓋、坡度、地質(zhì)巖性、土壤類型、融雪量、人類工程活動有關(guān)［26-31］，將地質(zhì)災(zāi)害敏感性分為5個等級［32-33］.地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價指標(biāo)體系，如表1所示.表1中：θ為坡度；lR為伊犁河谷距道路的距離；lK為伊犁河谷距采礦用地的距離；da，r為年平均降雨量（2015-2020年平均降水?dāng)?shù)據(jù)［34］）；da，s為年平均融雪量（研究區(qū)融雪期為2～7月，2016-2020年平均雪量數(shù)據(jù)）.

2.2 生態(tài)源地的識別

生態(tài)源地是生態(tài)安全格局的核心，生態(tài)功能良好，生物資源豐富［26］.伊犁河谷林草肥美，整體生態(tài)較好，主要有馬鹿、棕熊、石貂等國家二級保護(hù)動物.因此，采取優(yōu)中選優(yōu)的原則，選取林地與灌木林作為源地備選.又由于林地與灌木林斑塊較為破碎，采用聚合分析，在500，1 000，1 500，2 000 m中選取聚合效果最好的1 000 m作為聚合距離，將聚合后斑塊確定為初選源地.考慮到景觀結(jié)構(gòu)的空間連接程度會影響生物遷徙過程［7］，基于Conefor 2.6軟件，將各斑塊的景觀連接性的可能連通性指數(shù)（IPC）和整體連通性指數(shù)（IIC）的均值大于0.05且面積大于10 km2的生態(tài)斑塊劃分為生態(tài)源地［16］.對照最終所選生態(tài)源地與伊犁河谷生態(tài)保護(hù)紅線，發(fā)現(xiàn)98.6%以上源地均位于生態(tài)保護(hù)紅線以內(nèi).

2.3 生態(tài)阻力面的構(gòu)建

阻力面能夠反映物種遷移與能量流動的困難程度［27］，科學(xué)構(gòu)建生態(tài)阻力因子對生物多樣性保護(hù)具有重要意義［15］.不同的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)條件會對物種的遷移產(chǎn)生不同程度的影響，結(jié)合文獻(xiàn)［7，15］和研究區(qū)的實際情況，采用土地覆被類型、距道路距離、距河流距離和高程等4類因子構(gòu)建基本生態(tài)阻力面，將阻力分為5個等級［28］，利用層次分析法得到不同類別的因子權(quán).基本阻力等級，如表2所示.表2中：lH為距河流的距離；h為高程.

2.4 基于地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價的阻力面修正

基于地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價結(jié)果對構(gòu)建的生態(tài)阻力面進(jìn)行修正，修正公式為

Ri=NLi[]NLm×Ro.

上式中：Ri為基于地質(zhì)災(zāi)害修正的柵格i的生態(tài)阻力系數(shù)；NLi為第i個柵格的地質(zhì)災(zāi)害綜合敏感度；NLm為第m個柵格的地質(zhì)災(zāi)害綜合敏感度；Ro為基本阻力面類型的生態(tài)阻力系數(shù).

2.5 生態(tài)廊道的提取

電路理論的連接度模型不僅能夠較好地對物種隨機(jī)游走的特性進(jìn)行模擬，還能依據(jù)電流大小判斷廊道的重要性［35］.Linkage Mapper可利用生態(tài)源地及阻力面，識別和繪制核心區(qū)域之間的最小成本路徑（最優(yōu)生態(tài)廊道），同時，補(bǔ)充廊道的冗余（潛在生態(tài)廊道）作為最小成本路徑［36］.利用Linkage Mapper工具箱的Build Network and Map Linkages工具識別最優(yōu)生態(tài)廊道，以及潛在生態(tài)廊道.運用Centrality Mapper模塊計算最優(yōu)廊道的中心度指標(biāo)，以量化其連通性.

2.6 生態(tài)夾點與生態(tài)障礙點的識別

生態(tài)夾點維持景觀連通性的關(guān)鍵點，是指在廊道中電流密度較大的區(qū)域，使用Linkage Mapper工具箱中的Pinchpoint Mapper模塊識別生態(tài)廊道中的存在的生態(tài)夾點.生態(tài)障礙點指生物在游走過程中受阻較大的區(qū)域，通過Linkage Mapper工具箱中的Barrier Mapper模塊進(jìn)行識別.

3 研究結(jié)果與分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價結(jié)果

地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價結(jié)果，如圖2所示.由圖2可知：地質(zhì)災(zāi)害敏感性高值區(qū)主要集中在研究區(qū)道路與河流附近，高山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性較低，平原、盆地河谷地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性較高，說明人類活動對地質(zhì)災(zāi)害敏感性的影響較大；西南部的谷盆地質(zhì)災(zāi)害敏感性最高，原因主要是其融雪量大且地層巖性主要為砂泥、漂礫等，地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；西南部的昭蘇盆地是伊犁河谷主要的放牧區(qū)，草場破壞，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)脆弱，地質(zhì)災(zāi)害敏感性較高.

3.2 生態(tài)安全格局的構(gòu)建

3.2.1 生態(tài)源地的確定 通過聚合分析與Conefor 2.6軟件，計算出各斑塊IPC與IIC，得到生態(tài)源地共37個.其中，生態(tài)源地的面積最大為1 672.87 km2，生態(tài)源地的面積最小為10.15 km2，生態(tài)源地總面積為5 113.57 km2，其占研究區(qū)總面積的9.2%.生態(tài)源地主要分布在山區(qū)，在伊犁河谷北部、中部、南部山區(qū)形成“三橫”分布格局，

南部生態(tài)源地IPC與IIC的均值大于1，面積最大，共有4 175.05 km2，說明南部生態(tài)源地對景觀的連通性貢獻(xiàn)更大.

3.2.2 阻力面構(gòu)建 修正前、后阻力面，如圖3所示.

由圖3可知：伊犁河谷的基本阻力高值區(qū)主要集中在北部、東部與南部山區(qū)，以及谷地的平原地區(qū)，大致由東北向西南形成“高-低-高-低-高”相間分布的格局；經(jīng)過地質(zhì)災(zāi)害性敏感性評價修正后的阻力面與修正前阻力面基本一致，但高值區(qū)不再集中于南北部高山區(qū)，而是主要集中在河谷地區(qū)，西南部谷盆地阻力值達(dá)到最高.

3.2.3 生態(tài)廊道提取結(jié)果 生態(tài)廊道提取結(jié)果，如圖4所示.由圖4可知：Linkage Mapper工具模擬出了具有一定寬度的潛在廊道，并提取出了75條最小成本路徑，共1 478.40 km，最短為0.042 km，最長為124.78 km，平均長度為19.71 km，其中，北部、中部、南部各部生態(tài)源地之間的廊道短而密集，原因是各部內(nèi)部山區(qū)林草廣布，且距離較近，各源地間的阻力較小；研究區(qū)南部、中部、北生態(tài)部源地之間的廊道長且稀疏，尤其是研究區(qū)西北部僅有一根最長的廊道，原因是西北部谷盆地主要為建設(shè)用地，人口密集，道路廣布阻斷了生態(tài)廊道.此外，通過最優(yōu)廊道中心度計算結(jié)果，選取前20%中心度值的廊道作為關(guān)鍵生態(tài)廊道，共計15條，大多分布于北部與南部范圍內(nèi)部的生態(tài)源地之間，這些廊道大多避開了地質(zhì)災(zāi)害敏感性的高值區(qū)，因而這些廊道雖然短小，卻對景觀的連通性貢獻(xiàn)最大，是生態(tài)源地有效連通的關(guān)鍵廊道.

3.2.4 生態(tài)夾點與生態(tài)障礙點的判定 基于Pinchpoint Mapper計算結(jié)果，將電流密度按照自然斷點法分為5級，選取最高等級作為生態(tài)夾點.同時，為保證生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性和完整性，剔除掉破碎細(xì)小的冗余生態(tài)夾點，共識別53處生態(tài)夾點.生態(tài)夾點呈細(xì)條帶狀，均位于最優(yōu)生態(tài)廊道上，總面積為10.85 km2.生態(tài)夾點和生態(tài)障礙點，如圖5所示.

由圖5可知如下2點結(jié)論.1） 尼勒克縣生態(tài)夾點數(shù)量最多，共計14個，面積為2.37 km2，占比最大；生態(tài)夾點的用地類型主要為草地，說明草地對維護(hù)景觀連通性起著關(guān)鍵作用；大多生態(tài)夾點周圍用地為建設(shè)用地，說明生態(tài)夾點不僅要承擔(dān)維護(hù)景觀連通性，還要面臨人類活動的壓迫和威脅.2） 生態(tài)障礙點識別結(jié)果分為5段，共89個生態(tài)障礙點，總面積為235.85 km2，其中，面積小于1.00 km2的生態(tài)障礙點有42個，占比47.19%，這類生態(tài)障礙點的修復(fù)難度相對較小，修復(fù)之后將有助于提升景觀連通性；最大的生態(tài)障礙點在研究區(qū)西北部，位于最長的生態(tài)廊道之上，呈南北走向，面積為30.50 km2，原因是緊鄰建設(shè)用地，人類活動對其干擾較大，修復(fù)難度較大；生態(tài)障礙點大多位于最優(yōu)生態(tài)廊道上，對景觀連通性影響較大，有部分生態(tài)障礙點緊挨生態(tài)夾點或直接與生態(tài)夾點重疊，此類生態(tài)障礙點對景觀連通性影響重大，需要優(yōu)先進(jìn)行修復(fù).

3.3 生態(tài)保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害防治分區(qū)及措施

以研究區(qū)生態(tài)區(qū)為骨架，將研究區(qū)劃分為生態(tài)保護(hù)重點區(qū)、生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治關(guān)鍵區(qū)、生態(tài)保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害防治重點區(qū).生態(tài)保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害防治分區(qū)，如圖6所示.

生態(tài)保護(hù)重點區(qū)主要是以山地為主，土地利用類型主要為林地和草地，是生態(tài)源地的集中地，包含有大片連片的生態(tài)源地與眾多關(guān)鍵生態(tài)廊道，且地質(zhì)災(zāi)害敏感性低，少有生態(tài)障礙點分布，為生物的遷移搭建了可靠的橋梁.因此，對于該區(qū)的發(fā)展應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為主，適當(dāng)開發(fā)為輔.

生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治關(guān)鍵區(qū)以耕地為主，是伊犁河谷建設(shè)用地集中區(qū)，人類活動強(qiáng)烈.該區(qū)是伊犁河谷主要河流的流經(jīng)地，道路的分布也與河流分布緊密相連，二者相伴而行.因此，伊犁河谷地區(qū)也是地質(zhì)災(zāi)害敏感性較高地區(qū)，生態(tài)夾點與生態(tài)障礙點也與河流的分布緊密相關(guān).地質(zhì)災(zāi)害不僅會對人類生活造成威脅，對生物的生存亦然，因此，對于該區(qū)的發(fā)展應(yīng)以生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治并重.

生態(tài)保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害防治重點區(qū)土地利用類型主要為草地，是伊犁河谷主要畜牧區(qū)，零星分布有耕地，是生態(tài)障礙點分布最密集的區(qū)域，也是地質(zhì)災(zāi)害敏感性的高值區(qū).脆弱的生態(tài)環(huán)境、長期的放牧，該區(qū)的生態(tài)環(huán)境不容樂觀.因此，對于該區(qū)的發(fā)展應(yīng)以地質(zhì)災(zāi)害的防治與生態(tài)保護(hù)并重.生態(tài)保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害措施，如表3所示.

4 結(jié)論

1） 地質(zhì)災(zāi)害敏感性高值區(qū)主要集中在研究區(qū)道路與河流附近，西南部谷盆地地質(zhì)災(zāi)害敏感性最高，說明人類活動對地質(zhì)災(zāi)害敏感性的影響較大，西南部昭蘇盆地為地質(zhì)災(zāi)害敏感高值集中區(qū)，除了其自然本底原因，還與人類長期放牧導(dǎo)致的生態(tài)脆弱有關(guān).

2） 伊犁河谷地區(qū)共識別出生態(tài)源地37個，主要集中在山區(qū)，在伊犁河谷北中南山區(qū)呈“三橫”連片分布，最優(yōu)生態(tài)廊道75條，北部生態(tài)源地之間廊道短而密集，南部、北部、中部生態(tài)源地之間廊道長而稀疏，共選出15條關(guān)鍵生態(tài)廊道，主要分布在南部、北部、中部3處生態(tài)源地內(nèi)部范圍之間.共識別生態(tài)夾點53處，多分布于建設(shè)用地周圍，主要用地類型為草地，生態(tài)障礙點89個，大多位于最優(yōu)廊道上，部分緊鄰生態(tài)夾點.

3） 結(jié)合研究區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建結(jié)果、地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價結(jié)果、土地利用類型，以及自然生態(tài)本底，以研究區(qū)生態(tài)區(qū)劃為骨架，將研究區(qū)劃分為生態(tài)保護(hù)重點區(qū)、生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治關(guān)鍵區(qū)、生態(tài)保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害防治重點區(qū)，并提出生態(tài)保護(hù)為主，適當(dāng)開發(fā)為輔、生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治并重、地質(zhì)災(zāi)害防治與生態(tài)保護(hù)并重等發(fā)展方向，以及具體措施.

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（責(zé)任編輯：? 陳志賢? 英文審校： 劉源崗）

收稿日期： 2023-03-01

通信作者： 王宏衛(wèi)（1967-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事鄉(xiāng)村地理學(xué)的研究.E-mail：wanghw_777＠xju.edu.cn.cn.

基金項目： 第三次新疆綜合科學(xué)考察資助項目 （2021xjkk0902）

http：∥www.hdxb.hqu.edu.cn

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