農產品主產區生態安全格局空間識別與優化研究

Research on Spatial Identificationand OptimizationofEcological SecurityPaternintheMainProducing Areas of Agricultural Product in Zhanjiang City

ZHOUFei122QIULong-jiao，WANG Zhao-an etal（1.ScholofManagement，Guangdong Ocean University，Zhanjiang，Guangdon 52408；2.Guangdong AcademyofCoastalEconomicBelt Delelopment，GuangdongOceanUniversityZhanjiang，Guangdong524088）

AbstractBasedonthecalculationoftheecosystemservicevalueinZhanjiangCityin2O22，high-valueareas wereselectedasological sourceareasandteniumcumulativersistancesurfaceasonstructed.Theicuitteorytodwasusedtodentifyoicalcoidorsandodesdaolgal“soureodooe”suctureasostructedTeesultssodtatteotalvauefostee icesinthesdyas3643iloanin2andeosteserieueofchndetypeasfladfradd flatgrassdiadatesdreldiscdingd；htfd9ologicalouceesio （20 ，including19primaryologicalcodorsad18scondayeologcalcordorsithatotallengthof959.79km.Tereare37primaryecologicaldsd32codaryologicalds；ftiatioteaof9oloicaloueasinseachs creased to . Based on the above conclusions，spatial optimization suggestions of“three zones，three belts，and three coridors”are proposedfortecologicalscuritypateofZajangCityhichhavecertaineferencevalueforthableandsustainabledeveloptf ecological security in Zhanjiang City.

Key WordsAgricultural development；Ecological corridor； Ecological security pattern

農業是人類生存之本，是一切生產的首要條件[1]。農產品主產區作為農業發展的核心依托空間，其中充斥著各種物質、信息、能量等要素的移動、傳遞、交換，形成各種形式的流[2]，各種流的存在重新塑造著地理空間格局[3]，影響著農產品主產區綜合生產能力。湛江市是農業大市，農業在全市經濟中占有重要地位[4]，形成了特色農業產業格局，但在農業發展過程中人類對自然的依賴和破壞日趨嚴重，生態安全問題日益凸顯[5]，構建生態安全格局是系統應對生態安全挑戰、促進可持續發展的重要手段[，對區域空間格局優化，構建高質量國土空間布局，確保重要農產品有效供給具有深遠意義。生態安全格局是以保持區域內生物流正常運動，維持生物多樣性水平和生態系統健康可持續為目的而構建的生態保護區域[7-8]。國際上，早期的生態安全格局構建主要著重于保護地體系建立和生物多樣性保護[9-11]，后續隨著生態系統服務評估的研究不斷增加，生態安全格局展現出與社會經濟耦合協同發展的顯著趨勢[12-14]。近年來國內學者結合我國自身國情陸續開展了特定生態區域的研究，為加強生態安全的維持提供理論支持。研究方法上，生態源地的識別方面主要有生態系統服務功能綜合評價[15]、形態學空間格局分析（MSPA）[16]景觀生態風險評價[17]等。生態廊道識別方面，目前多采用最小累積阻力（MCR）模型[18]和電路理論[9]等。其中，最小累積阻力（MCR）模型能更好地反映生態安全格局在過程中地理流的內在聯系，并基于阻力面權重優化路徑選擇，有效識別與提取潛在生態廊道[20]。而電路理論能彌補現有模型在反映信息交換方面的局限性，將電路理論與運動生態學聯系起來[21]，考慮了整個景觀的所有可能路徑，有效反映生態過程的流通性，能夠快速、精準地識別生態廊道及關鍵區域[19，21]

隨著可持續發展觀念的深人人心，對農產品主產區的生態安全格局研究也越來越多。王琳等[22]依據形態學空間格局分析（MSPA）等方法對典型農業城市萊西市的生態安全格局進行研究，由于萊西市耕地與建設用地占比較大，生態用地占比小，提出在重視耕地保護的基礎上對生態源地加強保護建設。張慧等7通過計算生態系統服務價值對黑龍江省農業主產區克東縣土地進行評價，結果表明研究區土地生態系統服務價值和土地生態敏感性整體偏低，因此構建以“源地-安全區-廊道-節點”為基本框架的土地生態安全格局，保證區域生態系統安全。馮琳等[23]基于土地的過度開發利用導致生態系統結構和功能降低的情況下對東北典型黑土區提出“點-線-面”多層次空間要素的系統性生態保護紅線劃定思路，確保在發展農業的同時嚴守生態紅線。整體來看，農產品主產區都不可避免地存在一些生態問題，為了保證農業可持續發展，就必須構建合理的生態安全格局，在保障國家糧食安全和食物安全的同時，也需注重生態環境的保護和修復，實現農業生產和生態保護的雙重目標。同時，農產品主產區往往包含生態脆弱地帶，這些區域對生態環境變化敏感，因此，在農業生產過程中，需特別關注并采取相應措施保護這些脆弱區域。

目前，關于生態安全格局的研究成果很多，但鮮有研究基于生態系統服務價值測算結果用于構建區域生態用地的安全格局。筆者以湛江市為研究區域，基于生態系統服務價值測算結果篩選出價值較高的區域為生態用地源地，并利用最小累積阻力模型（簡稱MCR模型）構建阻力面，識別出生態廊道與生態節點，最終形成湛江市生態安全格局，以推動湛江市域構建更為完善的生態網絡體系，增強生態系統的韌性和適應性，賦能湛江市農產品主產區生態安全可持續發展。

1研究區概況與數據來源

1.1研究區概況湛江市位于中國大陸最南端、廣東省西南部，介于 ，東瀕南海，南隔瓊州海峽與海南省相望，西臨北部灣，系廣東省西部交通要塞及粵西、北部灣地區經濟核心城市[24]；位于北回歸線以南的低緯度帶，屬熱帶季風氣候，全年降水豐富，光照和熱能資源充裕；陸地部分大多由半島和島嶼組成，地勢大致是中軸高，東西兩側低，南北高而中間低，起伏和緩，多為平原和臺地[25-26]。湛江市兼具區位優勢、經濟優勢和生態優勢，但在城鎮快速擴張背景下，過度追求短期經濟效益而忽視生態環境的承受力，對土地進行了長期不節制地開發活動，脆弱的生態環境問題日趨凸顯[27]

1.2數據來源該研究使用的數據主要包括：土地利用數據、行政區劃數據、湛江市大陸岸線數據、湛江市矢量數據、高程和地形起伏度數據、社會經濟數據，數據來源詳見表1。

2研究方法

2.1生態系統服務價值計算在生態系統服務價值評估領域，當前的研究逐漸跨尺度、跨類型深入展開，采用多元方法模型，精準量化服務價值[28]。2003年謝高地等[29]根據我國實際情況參照Costanza制定的分類體系制定適合我國國情的生態系統服務價值當量因子表。該模型不僅適用于大尺度區域（如國家、洲等）的生態系統服務價值評估，也適用于中小尺度區域（如地區、省、市等）的評估[30-31]。同時該模型通過定義單位面積的服務價值當量，簡化了生態系統服務價值的計算過程，使得非專業人員也能較為容易地理解和操作該模型，在學術界得到了廣泛的認可和應用[32-3]。湛江市生態系統類型多樣，包括耕地、林地、草地、水域等，這些生態系統類型在謝高地的模型中都有相應的生態價值系數，因此該模型適用于湛江市生態系統服務價值的評估。

運用謝高地等[34]提出的生態系統服務價值評估模型，計算湛江市生態系統服務價值，計算公式如下：

式中：ESV表示生態系統服務總價值： i 為生態服務類型 為生態系統類型； 為第 j 種生態系統第 i 種生態服務的單價（ ）； 為第 j 種生態系統的第 i 種生態服務功能相對于農田糧食生產的當量權重； Ea 為單位面積農田糧食生產的經濟價值： 為第 j 類生態系統面積。

謝高地等[34進一步劃分了更加符合我國實際情況的中國生態系統單位面積生態系統服務價值當量表。根據湛江市土地利用和土地覆蓋現狀，確定湛江市單位面積生態系統服務價值見表2。

2.2湛江市生態安全格局的構建

2.2.1生態源地選取。源地是對區域生態過程與功能起決定作用并對區域生態安全具有重要意義或者擔負重要輻射功能的生境斑塊[35-36]。源地的合理選取是構建生態安全格局的關鍵。湛江市是一個沿海城市，擁有廣闊的土地資源，緊靠世界著名的北部灣漁場，海洋漁業資源和生物多樣性豐富[7]。基于表2計算并根據湛江市實際情況選取生態系統服務價值較高、面積較大且地塊完整的地區作為源地。

2.2.2最小累計阻力面構建。生態阻力面描述了物種、能量在異質景觀間遷移、流動的困難程度，阻力值大小既與遷移、流動的距離有關，又受到自然干擾和人為活動的影響[38]。該研究在借鑒有關阻力模型構建研究成果基礎上[18，39-40]，結合湛江市實際情況，從自身因子和干擾因子兩方面綜合選取高程、坡度、土地覆蓋類型、距水體距離、距道路距離、距居民點距離、地形起伏度和歸一化植被指數（ND-VI）共8個因素作為構建湛江市綜合阻力面的因子，將各阻力因素劃分為5個等級（表3），對生態因子進行阻力賦值，均賦值1＼～5，阻力值數值大小與阻力大小呈正相關。根據各阻力要素對生態源擴張的影響程度差異，采用層次分析法確定各因子權重（表3）[41]?；贛CR（minimumcumulative re-sistance）模型建模目標區域的生態用地景觀連通性，阻力值越小，連通性越大，反之亦然。MCR模型計算公式如下：

式中：MCR為最小累積阻力值； 表示生物從起始 j 到景觀單元 i 所穿越的空間距離； 為景觀單元 i 基本阻力系數 表示最小累積阻力與生態過程的正相關關系。

2.2.3生態廊道及節點識別。廊道是生態安全格局中各景觀組分的連接通道和隔離通道，也是物種擴散和流動的主要通道[42-43]。該研究以構建的阻力面為基礎，利用最小成本路徑（least-cost path method，LCP）計算各源地間物種跨越分散、異質的生態空間進行遷徙活動需要克服的累計生態阻力。將生態源地與評價的阻力面導人LinkageMapper工具，計算物種在異質空間運動的最小成本路徑：最小成本距離（least-costdistancemethod，LCD）通道，即生態廊道。

夾點又稱瓶頸點，代表生態廊道內電流密度高的區域，反映物種通過該區域在棲息地間交流的可能性較高[44]。使用LinkageMapper中的PinchpointMapper工具可以以已創建廊道為基底調動Circuitscape程序，生成累積電流密度圖，識別廊道內的夾點。

障礙點則是生態網絡中嚴重制約物種遷移的地區[45]LinkageMapper工具箱中的BarrierMapper工具，以已建生態廊道為基礎，識別阻礙廊道連通性的障礙空間，通過移除障礙區域，可提高廊道的連通性。

3結果與分析

3.1生態系統服務價值表4表明，2022年研究區生態系統服務總價值是1367.43億元，各地類生態系統服務價值從大到小依次是耕地、林地、灘涂、草地、內陸水域、裸地。

結合表4與湛江市實際情況分析，湛江市作為農業大市，承載著農田生態系統的耕地資源基數較大，因此生態系統服務總價值也相對最大，同時結合表2分析，林地和灘涂這2類土地利用類型具備完整的生態系統服務功能，提供了湛江市最主要的生態用地。

3.2生態安全格局構建

3.2.1源地確定。由表5可見，湛江市生態系統服務評估結果被劃分為4個等級，進而得出了湛江市土地利用類型生態重要性的等級分布圖（圖1），并由生態系統服務價值等級進行初步生態源地識別（圖2）[46]

耕地是湛江市土地利用類型中的重要組成部分，占比高達 48.31% ，其生態系統服務價值最高，劃分為I級。近年來，隨著人口的增長，對糧食的需求也越來越大，因此耕地面積呈增長趨勢。雖然其生態系統服務價值最高，在供給服務方面貢獻最大，但不可否認的是在耕地開發過程中也會對生態環境造成一定的影響，受人類干擾較大[47]，因此在選取生態源地時應考慮實際情況[48]，在耕地中選取代表性源地。林地、灘涂主要分布于沿海地區，占全市面積的 31.05% ，其地上承載的紅樹林生態系統提供了位于高值區的生態系統服務價值，成為Ⅱ級生態重要性區域。中值區集中在草地與內陸水域，該區域呈西南及北部密集分布，其余地區分散均勻，被劃為Ⅲ級生態重要性區域。未被利用的裸土地，因其生態系統服務價值相對較低，被歸類為IV級生態重要性區域。

如圖2所示，結合生態系統服務價值等級以及湛江市實際情況，確定19個生態源地，總面積為 ，基本與生態系統服務價值極值區與高值區高度重合，大致呈現中部相對集中、北部與南部零散的空間分布格局。面積最大的生態源地分別位于廉江市和雷州市，這2個縣級市林地、耕地占比大，城鎮化發展水平較低，生態環境較為優良，可以在區域生態流通過程中起輻射作用，且各分布有多個水庫，可以提升生態資源利用效率，有效防范天災侵襲，為物種生存流通提供良好的生境條件。

3.2.2最小累計阻力面的建立。由圖3分析可知，阻力面均是以“源”為中心，外部阻力逐漸增強。低阻力區主要位于湛江市的中心地帶及海岸線附近，從生態安全的角度來看，該區域應用于生態源地的發展。而中部地區有大面積的耕地，為生態源地的擴張提供了保障，助力生態保護事業。高阻力區主要集中在湛江市的東南部，北部地區建設用地和工業用地較多，受城市化進程影響，生態源地擴容面臨挑戰。

3.2.3生態廊道與節點識別。如圖4，基于識別的生態源地和構建的最小累計阻力面，采用最優成本路徑法，借助LinkageMapper工具，共提取生態廊道37條，廊道總長959.79km ，其中最長 51.87km ，最短僅 3.27km ，集中分布于湛江市北部和中部地區，整體呈中西部區域廊道長、東部廊道短的空間格局。

利用PinchpointMapper工具獲取電流密度分布（圖5），提取高密度電流區域為夾點，共得到47處夾點。夾點分布相對均勻，其中廉江市夾點分布相對較多，該地土地利用類型以林地為主，生態源地面積較大，物種流通性強，應重點進行生態保護，推動夾點的建設能夠有效促進生態源地保護，強化源地的生態涵養功能；吳川市夾點較少，建設應盡量保存原有用地類型，結合當地實際情況增加生物種類，優先考慮生態自然修復。

運用BarrierMapper工具，設置不同的搜索半徑并檢測不同大小的障礙區域[49]。根據已有廊道未改進得分較高的區域提取障礙點22個（圖6），即廊道上高阻力值地區。障礙點分布較為均勻，湛江市北部、中部、南部地區均有障礙點。3.2.4生態安全格局的構建。由圖7可見，湛江市生態安全格局主要由如下部分組成。

生態源地：湛江市生態源地共識別出19個圖斑，總面積為 ，主要分布于湛江市紅樹林保護區、雷州半島?？蛋椎愖匀槐Ｗo區和北部灣流域。

生態廊道：湛江市共識別出37條生態廊道，廣泛分布于河唇一高橋北部灣流域生態源地之間、南山島海岸生態源地附近、雷州半島生態源地附近。生態廊道的區位不同，在生態環境中的功能定位也不同，將生態廊道分為2級；連接規模較大、位置接近且之間阻力較低的源地之間的廊道為一級生態廊道，連接影響范圍較小、位置分散且阻力較高的源地之間的廊道為二級生態廊道。共提取一級生態廊道19條，二級生態廊道18條。

生態節點：湛江市共識別出生態節點69處。將生態節點分為2級：位于一級生態廊道上的高阻力區為一級生態節點，夯實管控機制，有助于維持廊道的生態穩定性；其他地區的節點即為二級生態節點，加強管控，能夠保障湛江市生態安全的穩定。共提取一級生態節點37個，二級生態節點32個。

3.3生態安全格局優化

3.3.1生態源地優化。在原始生態源地的基礎上，為了擴大生態源地的輻射范圍，對已有生態源地進行2000、2500、 不同距離的緩沖區分析，緩沖距離達到 時生態源地的面積與完整度最適宜，同時源地之間的連通性較強，則把原始生態源地周圍 范圍內的地區也劃入生態源地的范疇[50]， 3000m 緩沖區的覆蓋面積為 ，占全市總面積的26. 19% ，增加了區域生態保護用地。

3.3.2湛江市生態安全格局優化。基于生態源地、生態廊道、生態節點的識別結果，對湛江市生態安全格局提出“三區、三帶、三廊”的空間優化（圖8）。

“三區\"涵蓋了北部灣沿岸地帶、南海沿岸區域及湛江市北部濕地保護區三大生態多樣性保護重點地區。其中，北部灣沿岸含有曲溪水庫水源保護區、雷州珍稀海洋生物國家級自然保護區、遂溪中國縣級自然保護區及徐聞珊瑚礁國家級自然保護區等多處珊瑚和海洋生物保護區，應加強海岸帶及海洋環境保護，科學化管理生態保護區，確保中國等稀有海洋生物生態環境安全。南海沿岸包括麻章太平紅樹林濕地公園、南渡河口濕地公園等多個濕地公園及紅樹林保護區。作為世界四大高生產力海洋生態系統之一，紅樹林生態系統保護海岸地貌、維持海區水質，為無脊椎動物、魚群和鳥類提供棲居地[51]，因此需加強對區域內人海污染物的動態監控，提升紅樹林保護區管理水平，保存完整的生態循環系統。湛江市北部濕地保護區包含鶴地水庫濕地公園、廉江青建嶺濕地公園和遂溪森林公園等多個濕地和森林公園，是湛江市重要水源地和水源涵養地，應切實保護沼澤濕地，維護濕地生態系統，實施濕地修復工程，加強監測與評估。

基于湛江市農業大市的背景，“三區”規劃能依據各地生態環境特性制定農業發展戰略，實現“穩定一水、發展兩水”（一水指水稻，兩水指水果、水產）的農業發展目標。北部灣沿海地區作為海洋自然保護區，有助于打造“藍色糧倉”，有必要推動智慧漁業發展，賦能海水養殖。南海沿岸地區由于眾多濕地公園與紅樹林保護區，適宜實施“紅樹林種植-生態養殖耦合\"的漁業模式，以充分發揮其獨特的生態效益。湛江市北部濕地保存了多個濕地公園與森林公園，“濕地農業”可讓土地資源稟賦與農業發展相得益彰，發展具有濕地特色的農業產業。綜上，“三區”的劃定可以從區際生態集約發展帶動湛江市域整體生態系統服務水平的提升，從而夯實生態安全基礎。

“三帶\"指3條水系地帶，從北至南分別為遂溪河流域、南渡河流域、流沙河流域。湛江市河流分布廣泛，該研究挑選出代表性的3條河，將其延伸為水系地帶以強化生態源地橫向關聯。進而達到促進生態源地之間的地理流良性互動的效果，同步提升生態系統調節服務和支持服務。城市發展需依賴河流，多數城鎮環繞水系分布，故需加強生態緩沖帶建設，優化城鎮規劃，協調人與自然共生的關系，加大農業用地修復和保護力度，解決現代農業開發所導致的水土流失、土壤鹽堿化、土壤污染等問題，構筑綠色生態防線，

“三廊”指在“三區”劃定生態源地的基礎上，聯通各區域內部的生態源地，搭建生態源地之間的溝通橋梁，促進生態源地斑塊之間的物質流、信息流、能量流有序傳遞，以優化湛江市生態空間布局。

“三區、三帶、三廊”格局有利于更有效連接生態源地，改善物種流通通道。未來也應強化生態保護修復措施，建造森林防火通道，推進高標準農田、海洋牧場等項自建設，提高農業機械化水平，推廣綠色農業技術，實施“三精”智慧農業建設行動，持續推動農業現代化、美麗鄉村建設，并連通河流水道，開展沿岸生態綜合治理，提高旅游業發展質量，保障湛江市生態安全格局。

4討論

該研究構建湛江市生態安全格局并進行優化。與《湛江市國土空間總體規劃（2021—2035年）》（以下簡稱《規劃》）中構建的“一鏈兩屏多廊”生態保護格局對比[52]，可得： ① 《規劃》以沿海防護林、濱海濕地、山體、海灣、海島等要素為主體的自然保護地作為生態源地。該研究則是以生態系統服務價值為主要依據識別生態源地，以自然保護區為其補充源。 ② 《規劃》中湛江市海岸帶區域有海洋生態保護鏈，陸域則有北部山體生態屏障和中部林地生態屏障，構建了陸海統籌、人海和諧的生態文明格局。而該研究“三區”的劃定側重于陸域生態特點，兼顧內陸水域生態系統、濕地生態系統等多種生態系統物質循環；“三帶”則是利用水系地帶強化生態源地連接，起到生態緩沖帶的作用。 ③ 《規劃》中的廊道為集碳匯、生態、景觀、休憩于一體的復合功能性生態廊道。該研究構建的廊道主要以生態、景觀、休憩功能為主，碳匯方面未做研究。 ④ 生態節點是生態薄弱點，其被破壞與否會對生物遷徙乃至生態系統穩定性產生較大影響，《規劃》中并未標出生態節點這一物種連接的關鍵區域，該研究則是依據電路理論識別生態節點，加強對生態節點的管理有利于提高廊道的連通性。

該研究雖然構建了湛江市生態安全格局，但缺少對生態廊道寬度的研究，今后研究應在生態廊道寬度方面進行深入探索。湛江市是濱海城市，生態安全格局的構建也應考慮市域內海域的范圍，該研究僅進行了陸域格局構建，今后應考慮陸海統籌生態安全格局的構建。

5結論

該研究以保障農產品主產區生態安全為目標，以廣東省湛江市為研究區，測算湛江市2022年生態系統服務價值并選取價值較高地區為生態源地，綜合選取阻力因子，基于MCR模型建模目標區域的生態用地景觀連通性，構建最小累積阻力面，采用電路理論的方法識別生態節點和廊道，并根據區位等因素對節點和廊道進行分級，最終形成以生態源地-生態廊道-生態節點組成的“面-線-點\"結構生態網絡，并根據實際情況對湛江市生態安全格局進行優化。主要研究結論如下：

（1）2022年湛江市生態系統服務總價值達1367.43億元，其中耕地和灘涂的生態系統服務總價值占據主導地位，裸地生態作用微乎其微，因此其提供的生態系統服務價值也較低，總價值從大到小依次是：耕地、林地、灘涂、草地、內陸水域、裸地。

（2）通過測算生態系統服務價值，并結合實際情況確定湛江市主要生態源地19處，總面積為 。識別生態廊道共37條，總長度為 959.79km ，集中分布在湛江市北部和中部地區。確定生態節點69處，生態節點分布較為均勻，湛江市北部、中部、南部地區均有生態節點，其中東北部分布的生態節點相對較多，是進行生態保護的重點區域。根據區位與在生態環境中的功能定位的不同，確定一級生態廊道19條，二級生態廊道18條；共提取一級生態節點37個，二級生態節點32個。

（3）對生態源地進行 緩沖區分析后，生態源地覆蓋面積增加為 ，增加了區域生態保護用地。針對湛江市生態安全格局提出“三區、三帶、三廊”的布局優化，將展現出更為完善的生態網絡體系，增強生態系統的韌性和適應性。

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