基于景觀安全格局的縣域生態用地保護研究
——以浙江省青田縣為例

閆玉玉，曹 宇，譚永忠

（1.浙江大學公共管理學院土地管理系，浙江 杭州 310058；2.上海市建設用地和土地整理事務中心，上海 200003）

基于景觀安全格局的縣域生態用地保護研究
——以浙江省青田縣為例

閆玉玉1，2，曹 宇1，譚永忠1

（1.浙江大學公共管理學院土地管理系，浙江 杭州 310058；2.上海市建設用地和土地整理事務中心，上海 200003）

研究目的：以浙江省青田縣為例，基于景觀安全格局理論和方法構建具有不同安全水平的綜合安全格局，探討土地利用管理中的生態用地保護途徑，提出相應的政策建議，以期為中國土地管理中的生態用地保護提供借鑒。研究方法：利用景觀安全格局法和GIS空間分析法構建區域景觀安全格局，并依此展開生態用地保護研究。研究結果：研究區低、中、高水平安全格局下生態用地面積分別為1445.31 km2、327.87 km2、171.09 km2，分別占全縣面積的58.34%、1.32%、0.69%。低水平安全格局下的生態用地是維持區域生態安全的關鍵和底線，應以嚴格的保護為主；中安全水平的生態用地是生態保護核心區的緩沖地帶，應以保護其自然生態系統為主；高水平安全格局內可開展適當的開發建設，但應控制開發建設對生態用地的干擾，發揮其生態隔離作用。研究結論：基于景觀安全格局的生態用地保護有利于滿足區域生態保護的綜合需求，可為區域土地利用提供重要參考。

土地生態；生態用地；生態功能；景觀安全格局；青田縣

1 引言

近年來，隨著中國城鎮化的高速發展，建設用地需求日益增加，大量具有生態服務功能的土地被占用，土地退化等生態安全問題頻發。生態用地作為生態系統功能的重要承載者，對于維護生物多樣性、保持生態系統平衡、保障國土生態安全等具有極其重要的作用。

生態用地保護和規劃的研究成果屢見不鮮，常見方法包括碳氧平衡法[1]、生態功能重要性評價法[2-3]、景觀安全格局法[4-5]等。目前，雖然生態用地保護研究取得了一定的成果，但仍處于起步和探索階段，尤其缺乏對某一特定區域，基于土地空間格局與生態過程之間相互關系的保護研究。因此，科學地開展生態用地保護研究，確定區域內最小生態用地需求及其合理空間布局，以達到土地利用的生態最優、實現區域生態安全，仍是當前土地利用管理和生態用地保護研究領域的重點和難點。

安全格局（Security Pattern，SP）是判別和構建對生物運動和維持生態過程等起關鍵作用的景觀格局的理論和方法，尤為強調空間格局與生態過程之間的相互關系研究。近年來，景觀安全格局理論引起了學者們的廣泛關注，并被應用于如生物保護規劃[6]、城鄉或區域景觀安全格局構建[7-8]、城市擴張[9-10]和生態用地規劃[11-12]等多項實踐，適用性廣泛，為土地利用中生態用地的保護研究提供了重要理論和技術借鑒。所謂生態用地，即區域內以發揮生態系統服務功能為主，對保障區域生態安全、維持生態系統平衡具有重要作用的土地利用類型，具體包括林地、園地、草地、水域和未利用地5類。

本文利用景觀安全格局方法，基于生物多樣性保護、水源涵養、水資源安全、自然游憩和地質災害防治等生態功能，分別構建單一生態過程的景觀安全格局，在此基礎上，構建研究區的綜合安全格局，并與研究區生態用地進行疊加分析，從而便可實現不同安全水平下的生態用地保護，同時，提出幾點政策建議，以期為中國土地管理中的生態用地保護提供借鑒。

2 研究區概況及數據來源

2.1 研究區概況

青田縣位于浙江省東南部，地理位置介于119°47′50″—120°26′2″E、27°56′2″—28°29′10″N之間，縣域總面積約2477.16 km2。青田縣是浙西南綠色生態屏障的重要組成部分，地形屬于浙南中低山丘陵區，縣域內低山、丘陵廣布，坡度大于25°的山地面積約占縣域總面積的67.60%，且水網密集，水資源豐富，有“九山半水半分田”之稱。區內野生動、植物資源豐富，森林覆蓋率高達80.40%，擁有豐富的自然景觀、人文景觀豐富和生態環境良好。

2.2 數據來源與預處理

本文數據一是來自于研究區相關職能部門，包括青田縣國土資源局提供的土地利用現狀數據、行政區劃矢量數據、坡度分級數據、地質災害防治規劃資料，環保部門、林業部門、水利部門、旅游局等提供的環境功能區劃、生態公益林建設、水源保護規劃、風景名勝區規劃等資料；二是遙感與高程數據，包括研究區2013年的Landsat 8 TM遙感影像（數據來源于美國USGS官網http: //glovis.usgs.gov）及分辨率為30 m的DEM高程數據（數據來源于地理空間數據云平臺http: //www.gscloud.cn）等。

數據預處理主要包括植被覆蓋度計算、高程數據處理和生態用地提取三方面。植被覆蓋度計算是借助ENVI 5.1軟件平臺，根據植被覆蓋度與NDVI之間的關系來估算，公式[13-14]如下：

式（1）中，NDVImax和NDVImin分別為區域內NDVI的最大值和最小值。

高程數據處理主要是在ArcGIS 9.3中對全區4幅DEM進行拼接、裁剪等操作，以得到研究區范圍內的高程數據。

研究區生態用地提取主要是在ArcGIS 9.3中通過對土地利用現狀矢量數據進行重分類來實現。

3 研究方法

景觀安全格局法在生態用地保護研究中強調對維持區域關鍵生態過程生態用地的保護，因此，本文首先基于生物多樣性保護、水源涵養、水資源安全、自然游憩和地質災害防治等重要生態功能構建研究區單一生態過程的景觀安全格局，并通過空間疊加進一步構建研究區綜合安全格局，以確定維持區域關鍵生態過程、保證區域生態安全的不同層次生態用地需求。景觀安全格局方法主要包括源地的識別、阻力面的建立和生態安全格局構建三個步驟。

3.1 源地的識別

確定源地是景觀安全格局構建的基礎和首要環節。由于景觀安全格局方法強調格局與過程之間的關系，因此，在確定源地時應充分考慮不同生態過程及其所發揮的生態系統服務功能。通常，可選取區域內具有重要生態功能、面積較大的水域、林地[10]或已建成的自然保護區、風景名勝區[11]等核心斑塊作為生態源地。

3.2 建立阻力面

（1）確定阻力因子及權重。物種從源地到空間中任意一點均需克服阻力，不同阻力因子干擾能力不同，對物種擴散形成的阻力大小也不同。根據已有研究[4，12]，生態安全格局構建可選擇的阻力因子主要包括地形地貌、降水、土地利用類型、植被覆蓋、土壤侵蝕、源地到主干道以及源地到城鎮或農居點的距離等。具體研究中，可根據實際需要選取合適的因子，并運用主成分分析法、層次分析法、因子分析法或專家打分法等確定各因子的權重。

（2）建立阻力面。阻力面反映了物種空間運動的趨勢[11]，本文采用最小累積阻力模型（MCR）來構建阻力面，公式[15-16]如下：

式（2）中，f是未知的正函數，反映空間中任一點的最小阻力與其所有源的距離和景觀基面特征的正相關關系；Dij是物種從源j到空間某一點所穿越的某景觀的基面i空間距離；Ri是景觀i對某物種運動的阻力。盡管函數f通常是未知的，但（Dij×Ri）的累積值可以被看作物種從源到空間某一點的某一路徑的相對易達性的衡量，其中，從所有源到某點阻力的最小值被用來衡量該點的易達性。

3.3 生態安全格局的建立

除已確定的生態源外，緩沖區、“源”間廊道、輻射道和戰略點等其他生態安全格局組分可通過對阻力面的空間分析來識別，具體如下。

緩沖區的識別：緩沖區的目的是減少外界人類活動對核心源地生態過程的干擾，本文利用最小累積阻力值與面積的關系曲線，把阻力閾值作為緩沖區分級的標準，以此獲得不同安全水平的緩沖區范圍。

“源”間廊道的識別：廊道有物質、能量和信息傳遞、防風固沙、水源涵養等重要功能。在最小累積阻力面圖上，“源”間廊道即相鄰生態源之間的阻力低谷[6]，也是相鄰兩“源”間物種最易通過的低阻力通道。

輻射道的識別：在最小累積阻力面圖上，輻射道是從“源”向外發射的低阻力谷線，是物種以“源”為中心向外擴散的有效途徑[6，12]。

戰略點的確定：戰略點即景觀中對物種的遷移或擴散起關鍵作用的生態節點，反映在最小累積阻力面上，是以相鄰生態“源”為中心的等阻力值線的切點[6]。

將上述“源”地、緩沖區、“源”間廊道、輻射道、戰略點等組分疊加組合在一起，便可構建區域內具有不同安全水平的景觀安全格局，不同層次景觀安全格局可以根據生態過程的動態和趨勢的某些閾值來確定的，而這些閾值可以通過阻力面空間特性的分析求得[16]，根據閾值劃分可將景觀安全格局劃分為高、中、低三個層次，在此基礎上，通過疊加分析，便可確定維持區域生態安全的不同層次生態用地規模和空間分布。

4 結果與分析

4.1 單一生態過程的景觀安全格局

本文基于對研究區自然、社會、經濟條件以及生態保護需求等要素的分析，將研究區生態用地的重要生態過程和生態服務功能劃分為生物多樣性保護、水源涵養、維持水資源安全、提供自然游憩場所和地質災害防治5種類型，分別構建基于生物多樣性保護、水源涵養、水資源安全、自然游憩和地質災害5種單一生態過程的景觀安全格局。

（1）確定源地。本文根據研究區實際及所收集資料，分別確定生物多樣性保護的源地為研究區內的生態公益林、青田黿自然保護區、石門洞國家森林公園、全國農業文化遺產保護區“稻魚共生”系統、九門寨森林公園、湯垟金雞山、方山奇云山等區域；水源涵養源地為研究區內的國家公益林；水資源安全的源地為飲用水源保護區以及空間上連續、面積大于4 hm2的水域；自然游憩的源地為東堡山公園、太鶴山公園、紅羅山休閑旅游區、石門洞風景旅游區、千絲巖風景旅游區、千峽湖旅游區等自然風景區；地質災害的源地為研究區內的地質災害高易發區。

（2）建立阻力面。不同的生態過程其阻力因子不同，各因子的權重也不同。本文將土地利用類型、植被覆蓋度、坡度、源地到居民點的距離、源地到主干道距離和高程確定為6大阻力因子，其中，土地利用類型阻力系數的大小主要參考謝高地等提出的中國不同陸地生態系統單位面積生態服務價值當量[17]和專家意見，其他各因子阻力系數主要在GIS空間分析基礎上結合專家意見確定，并運用層次分析法確定各因子的權重。

按照上述方法，對于生物多樣性保護，土地利用類型的阻力劃分為：林地＜水域＜園地＜草地＜耕地＜未利用地＜建設用地，而植被覆蓋度越高，生物遷徙的阻力就越大，其阻力值越大；對于水源涵養，土地利用類型的阻力分級為：水域＜林地＜園地＜草地＜耕地＜未利用地＜建設用地，植被覆蓋度越高，其阻力值應該越低；對于水資源安全，土地利用類型的阻力分級為：水域＜林地＜園地＜草地＜未利用地＜耕地＜建設用地，植被覆蓋度的阻力分級借助ArcGIS 9.3軟件空間分析功能實現；對于自然游憩，土地利用類型的阻力分級為：林地＜水域＜園地＜草地＜耕地＜未利用地＜建設用地；對于地質災害，土地利用類型的阻力分級為：森林＜園地＜草地＜耕地＜未利用地＜水體＜建設用地，高程因子的阻力等級通過ArcGIS 9.3的自然斷點法（Natural Breaks）獲得。坡度分級均采用《水土保持綜合治理規劃通則（GB_T15772—1995）》規定的5級分級標準確定，距離分級則采用等距劃分。

不同生態過程阻力因子系數及其權重如表1、表2所示。

根據表1、表2，利用ArcGIS空間分析功能對各單阻力因子進行加權疊加，得到各生態過程的綜合阻力因子分級圖，進一步運用MCR模型建立5種單一生態過程的最小累積阻力面。

（3）單一生態過程景觀安全格局構建。通過阻力面分析可確定緩沖區、“源”間廊道、輻射道和戰略點，構建單一生態過程景觀安全格局。利用最小累積阻力值與面積的關系曲線確定阻力閾值，并根據阻力閾值對阻力面進行重分類，得到不同安全水平的緩沖區。由于阻力面性質類似于地形表面，而“源”間廊道是相鄰生態源之間的阻力低谷，輻射道是從“源”向外發射的低阻力谷線，戰略點是以相鄰生態“源”為中心的等阻力值線的切點[7]，因此，可借助ArcGIS Hydrology工具識別“源”間廊道、輻射道和戰略點等組分。將確定的生態“源”地、緩沖區、“源”間廊道、輻射道、戰略點組合在一起構建具有不同安全水平的單一生態過程景觀安全格局（圖1—圖6，封三）。

如圖1—圖6（封三）所示，研究區生物多樣性保護景觀安全格局分布較廣，主要分布在甌江沿線以及研究區東北部、中西部和南部山區，這些區域森林茂密、生態良好，可以為生物提供較好的棲息地環境；水源涵養安全格局主要分布在甌江沿線和灘坑水庫周邊，對于降低水土流失、保持營養物質、提高徑流補給和自然調節能力等具有重要意義；水資源安全格局沿主要水系呈條帶狀分布，包括研究區的重要水系（甌江、灘坑水庫及其支流）及其沿岸的涵養林等，是保障區域生產、生活用水安全的關鍵；自然游憩安全格局主要分布在縣域的東南部、中部和西南部，有保持區域生態環境良好、滿足人們休閑娛樂需求的重要作用；地質災害安全格局主要分布在縣域東南部的中低山區，地質環境條件相對較差，現狀地質災害發育，應作為地質災害防治的重點區域。

4.2 綜合景觀安全格局構建與生態用地保護

單一生態過程景觀安全格局僅能滿足某一種生態過程的生態保護需求，因此，為滿足區域所有關鍵生態過程的綜合生態用地需求，需在單一安全格局基礎上，通過綜合空間疊加構建研究區的綜合景觀安全格局。

因生物多樣性保護、水源涵養、水資源安全、自然游憩和地質災害防治對于研究區的生態安全同等重要，所以，本文借助ArcGIS 9.3對已構建的5個單一安全格局進行等權疊加，得到研究區的綜合安全格局（圖6，封三），并將已構建的綜合景觀安全格局與研究區生態用地進行疊加分析，得到研究區的綜合生態用地需求（圖7，封三）。

從圖6—圖7（封三）可看出，研究區綜合景觀安全格局分布范圍廣泛。甌江及其主要支流、灘坑水庫既是重要的生態斑塊，也起到生態廊道的連通作用，使區域內的生態用地在空間 上相互聯接，形成綜合的網絡空間結構。

研究區低安全水平下的生態用地面積為1445.31 km2，占低水平安全格局面積的82.81%，占全縣面積的58.34%。低水平安全格局是維持區域生態安全的關鍵，對于區域生物多樣性保護、水源涵養、地質災害防治等具有十分重要的意義。

本區內的生態用地是保障研究區關鍵生態過程、維持生態系統平衡的最低生態用地需求，是生態用地保護的核心區域，應劃為禁止建設區，土地利用應以嚴格的保護為主，原則上，禁止任何形式的開發建設。禁止毀林開荒等破壞植被的行為；嚴格控制化肥、農藥等的使用，控制污水排放，保證水質安全；按實際有序開展該區已建居民點、企業、工廠等的搬遷工作，對人類建設破壞較嚴重區域積極開展生態修復，加強植樹造林、退耕還林還草等，恢復其生態功能，確保區域內甌江黿等關鍵珍稀物種的生境安全。

中安全水平的生態用地面積為327.87 km2，占中水平安全格局面積的86.35%，占全縣面積的1.32%。中水平安全格局主要作為區域生態保護核心區的緩沖地帶，以減少人類干擾活動帶來的沖擊。本區內的生態用地應劃入限制建設區，以保護其自然生態系統為主，嚴格限制林木采伐等行為，充分發揮其生態服務功能，以提高區域生態系統穩定性。

表1 不同生態過程阻力因子系數表Tab.1 Resistance factors in different ecological processes

表2 不同生態過程阻力因子權重表Tab.2 Weights of resistance factors in different ecological processes

高水平安全格局下的生態用地面積為171.09 km2，占高水平安全格局面積的85.21%，占全縣面積的0.69%。高水平安全格局是保證區域生態安全、維持生態系統服務的理性格局，本區內的生態用地應以生態修復為主，該區域內可根據需要進行一定的開發建設活動，但應控制開發建設對該范圍內各類生態用地的干擾和破壞，充分發揮生態用地的隔離作用，保證生態過程的完整性。

5 結論與建議

本文基于景觀安全格局理論和方法構建了生物多樣性保護、水源涵養、水資源安全、自然游憩和地質災害防治5個單一生態過程的景觀安全格局，并將其等權疊加得到了研究區綜合的景觀安全格局，在此基礎上，探討了研究區的生態用地保護。

主要結果有：（1）研究區低、中、高水平安全格局下生態用地面積分別為1445.31 km2、327.87 km2、171.09 km2，分別占全縣面積的58.34%、1.32%、0.69%；（2）低水平安全格局下的生態用地是保障研究區關鍵生態過程的最低生態用地需求，是生態用地保護的核心區域，土地利用應以嚴格的保護為主；中安全水平的生態用地作為區域生態用地保護核心區的緩沖地帶，應以保護其自然生態系統為主，充分發揮其生態服務功能，以提高區域生態系統穩定性；高水平安全格局內可根據實際進行適當的開發建設活動，但應控制開發建設對生態用地的干擾，以發揮其生態隔離作用。

綜上，基于景觀安全格局的生態用地保護充分考慮了研究區的各種生態保護需求以及關鍵的生態過程和主要的生態功能，能夠很好地實現研究區生態用地的全面保護。且景觀安全格局方法可在確定生態用地保護的規模、布局的同時，實現分級保護，有利于確定生態用地保護的最低需求或最優格局，此外，由已有研究可知，該方法適用性廣泛，既可確定某單一目標的生態用地需求，也可確定不同區域、尺度的綜合需求。因此，該途徑可為土地利用管理中的生態用地保護提供重要的參考。

為此，提出以下兩點建議：（1）積極探索生態用地保護新思路、新方法，完善相關技術措施，可考慮利用景觀安全格局方法探索生態用地保護途徑，構建區域生態安全格局，提高規劃的科學性、可靠性和合理性；（2）設立生態用地保護部門，專門負責生態用地的動態監測、保護規劃的編制、實施以及規劃后的管理等工作，切實實現生態用地全面保護。

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（本文責編：王慶日）

Research on Ecological Land Protection at County Scale by Landscape Security Patterns Method: Taking Qingtian County as an Example

YAN Yu-yu1，2, CAO Yu1, TAN Yong-zhong1
（1. Department of Land Management, School of Public Administration, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Center for Shanghai Municipal Construction Land and Land Consolidation, Shanghai 200003, China）

Taking Qingtian County in Zhejiang Province as an example, the purpose of this paper is to develop integrated security pattern of different security levels, and to explore the way of ecological land protection in land use management, based on the theory and methods of landscape security patterns. Meanwhile, this paper puts forward some corresponding policy recommendations, in order to provide a reference to our country’s ecological land conservation. The research methods of the paper is to construct the regional landscape security pattern via landscape security patterns approach andGIS spatial analysis, based on which the paper studies on the ecological land protection. The results show that: the ecological land area in the low, middle and high level security pattern is respectively 1445.31 km2、327.87 km2、171.09 km2. And they account for 58.34%、1.32%、0.69% respectively of the total study area. Ecological land of low level security pattern is the key and bottom line to maintain regional ecological security, and it should be strictly protected. Ecological land at the middle level security pattern is the buffer of core area of ecological protection and it should stress on protecting the natural ecological system. Appropriate development and construction is allowed in the high level security pattern, but it should control the disturbance to ecological land which plays the role of ecological isolation. In conclusion, the landscape security pattern of ecological land protection is conducive to meet the integrated demand of regional ecological protection. And it can provide an important reference for regional land use.

land ecology; ecological land; ecological function; landscape security patterns; Qingtian County

F301.2

A

1001-8158（2016）11-0078-08

10.11994/zgtdkx.20161207.145122

2016-07-13；

2016-09-15

中央高?；究蒲袠I務費專項資金、浙江省“錢江人才計劃”C類項目（QJC1302005）；教育部留學回國人員科研啟動基金項目和杭州市軟科學研究項目（20140834M46）。

閆玉玉（1992-），女，山東濰坊人，碩士研究生。主要研究方向為景觀生態與土地利用。E-mail: yanyuyu0130@163.com

曹宇（1976-），男，河南鹿邑人，博士，副教授，博士生導師。主要研究方向為土地資源管理、景觀生態學、土地利用與規劃、生態系統綜合評估、3S技術應用等。E-mail: caoyu@zju.edu.cn