基于生態系統服務價值重構的干旱內陸河流域生態安全格局優化
——以張掖市甘州區為例

王 云,潘竟虎

西北師范大學地理與環境科學學院, 蘭州 730070

在推進現代化的過程中,生態安全問題日益突出,已成為世界各國關注的焦點[1]。黨的“十九大”將生態文明建設提升為“千年大計”,提出要“實施重要生態系統保護和修復重大工程,優化生態安全屏障體系,構建生態廊道和生物多樣性保護網絡,提升生態系統質量和穩定性”。廣義的生態安全強調生態系統的健康、完整性和可持續性是自身安全的關鍵[2]；狹義的生態安全則強調生態系統向人類提供完善的生態系統服務功能[2]。構建生態安全格局是維持生態系統正常發揮服務功能、保障生態安全、調節經濟發展與生態環境矛盾的有效措施。生態安全格局是通過排除干擾以及空間格局規劃和管理,保護重要生態功能區,發揮區域生態系統環境本底優勢,整合區域內各項生態系統服務功能,實現生態系統結構功能的健康、完整性以及生態過程穩定性的空間格局[3]。生態安全格局由區域中的重要生態源地及生態系統服務流動溝通的生態廊道共同構成[4],生態安全格局的構建就是以保障生態系統功能及服務充分發揮為目的,通過將區域內節點、斑塊、廊道、網絡等關鍵要素優化配置,最大程度減少人類活動對環境的負面影響的規劃設計活動[5]。

國外對生態安全格局的研究始于20世紀90年代末,學者嘗試以景觀生態學視角研究生態系統結構和過程,提出了生態安全格局(ecological security pattern)的概念,如Yu[6]認為生態安全格局是指對景觀內生態過程有較好支撐作用的景觀特定構型和有少數具有生態意義的景觀要素。國外的生態安全格局建設多以生態網絡(Ecological Network)或綠色基礎設施(Green Infrastructure)的形式出現,而在國內,城市增長邊界與生態控制線是生態安全格局研究的熱點[7]。從研究內容上看,涉及景觀生態安全格局構建[5]、土地利用生態安全格局優化[8]、城市生態安全格局規劃[9]、區域生態安全格局構建[10]等；從研究尺度看,市域[11]、省域[12]、區域[13]、全國[14]等尺度都有涉及；從研究對象上看,生態敏感區域備受關注,如快速城市化區域[15]、干旱區[16]、濕地[17]、地質災害頻發區等[18]；從研究方法看,主要利用景觀格局指數、多準則數量優化法、情景分析法等開展研究。綜合來看,目前生態安全格局構建研究廣泛采取了“選取生態源地-最小累計阻力模型建立阻力面-構建生態安全格局”的方法框架,在選取源地時,大多直接提取自然類景區、大面積的水體和林地等重要生態用地作為源地,或者多指標下對斑塊重要性分級疊加后進行評估[19],較少有根據生態系統服務價值量識別源地的案例。生態系統服務是生態系統向人類提供惠益的方式,是生態安全的前提條件,除此之外,核算服務價值量還可用來衡量人類福利,減少人類因短期經濟利益破壞生態系統的行為,從而實現生態安全。國內至今尚無統一的生態系統價值評估體系,大多數學者選擇謝高地[19]在Costanza[20]研究基礎上構建的適用于中國的當量因子法,該方法直接基于各土地利用類型下的單位面積生態系統當量因子進行核算,雖簡便易算,但實際上,生態系統服務隨著生態系統外部形態、內部結構的變化而變化,即具有“空間性”而不是“靜態式”[21]：各項生態系統服務價值量變化率存在差異,若把各項生態系統服務對人類社會提供的福祉視為同樣重要,會導致價值損失較快的服務類型得不到足夠的重視；各項生態系統服務也不是單獨發揮作用,而是相互交織在一起,受空間集聚性的影響[15]。因此,迫切需要構建優先指數反映生態系統服務損失程度,利用GIS時空分析手段的優勢進行空間制圖等方法對當量因子法進行調整。

地處黑河中游的甘州區是中國西北地區的重要生態屏障。隨著人口的增加和城市化進程的加快,以祁連山生態破壞為代表的生態問題日益受到關注。本文以甘州區為對象,采用當量因子法估算其2000、2005、2010年生態系統服務的靜態價值；以各生態服務類型價值多年變化率構建優先指數,以空間聚集程度構建空間豐富度指數,對2010年甘州區生態系統服務價值進行動態重構。利用重構后的結果進行生態源地和生態廊道識別,構建不同安全水平下的生態安全格局,為區域生態文明建設提供科學參考。

1 研究地區與數據來源

1.1 研究區概況

張掖市甘州區地處甘肅省河西走廊腹地,位于38°32′—39°24′N,100°6′—100°52′E之間(圖1)。其地北部以合黎山、龍首山為界與內蒙古相隔,中部為由南向北傾斜的張掖盆地,南部與祁連山相倚,境內黑河貫穿,形成張掖綠洲。屬溫帶大陸性氣候,全年平均日照時數2931—3085 h之間,無霜期138d,年平均降水量113—312 mm,蒸發量2047 mm,光照充足,主要耕作土壤為綠洲灌淤土,屬于典型的干旱內陸河流域地區。全區總面積3686 km2,總人口51.79萬(2017年),是張掖市的經濟、文化、政治中心。

圖1 研究區位置Fig.1 Location of the study area

1.2 數據來源

本文使用的2000、2005、2010年社會經濟數據來源于《甘肅農村年鑒》；水源地保護區分布圖(1∶25萬)和甘州區旅游景點重要性分布圖(1∶25萬)取自甘肅省張掖市人民政府門戶網站(http://www.zhangye.gov.cn/)；數字高程模型(分辨率為90 m)、土壤柵格圖(1∶100萬)獲取自土地覆被數據庫(http://glcf.umd.edu/date/srtm)和聯合國糧食及農業組織網站(http://www.fao.org/)。2000、2005、2010年土地利用數據由當年7—8月環境衛星的CCD影像(空間分辨率為30 m)解譯而來。結合甘州區社會經濟發展的實際情況,根據土地的用途、利用方式和覆蓋特征等因素作為土地利用的分類依據,一級分為草地、耕地、林地、水域、沼澤、未利用地、建設用地7類,二級分為18 類。研究中按二級地類統計,一級地類匯總。遵循先宏觀后微觀、先整體后局部、先大類后小類、先易后難的解譯順序,采用多要素、分主次和逐步判別的人工解譯,實地驗證綜合判讀精度在85%以上,Kappa系數0.72。其中,未利用地二級地類包括裸巖石礫地、裸土、沙地3種類型。由于建設用地對生態功能貢獻很小,將其提供的生態系統服務價值設為0,其余6類土地利用類型分別對應“中國陸地生態系統單位面積服務價值當量”[20]中的草地、農田、森林、水體、濕地以及荒漠6種生態系統類型。

2 研究方法

2.1 生態系統服務靜態價值估算

千年生態系統評估(MA)將生態系統服務分為11種服務功能,本文采用謝高地等[20]提出的適合中國實際的基于單位面積價值當量因子的生態系統服務價值,該標準已被國內學者廣泛采用,并在各種尺度、不同區域進行了修正。由于甘州區擁有除海洋以外的幾乎所有地貌類型,又是張掖市的政治、經濟、文化中心,人類活動強烈,故本文將所有9項生態系統服務納入測算,以求全面反映區域生態系統服務的各項價值。為與現行土地利用分類銜接,并探討包含戈壁、沙地等備受爭議的未利用地類型的生態功能,本文仍以各年份甘州區土地利用數據為基礎。最終,本文兼顧生態與社會成分,選取了氣體調節、氣候調節、水源涵養、土壤形成與保護、廢物處理、生物多樣性維持、食物生產、原材料生產、休閑娛樂等9種重要的生態系統服務,估算其靜態價值。

采用當量因子法對2000、2005、2010年甘州區生態系統服務靜態價值進行估算,并初步分析各項生態系統服務價值變化率及影響變化率的原因。從《甘肅農村年鑒》中獲取2000、2005、2010年糧食作物種植面積(hm2)及糧食作物總產值(元)數據,得到各年份單位面積糧食作物的產值(元/hm2)。依據謝高地等[20]的研究,把1個標準生態系統生態服務價值當量因子定義為當年單位面積農田糧食產量經濟價值的1/7,即單位農田自然糧食經濟價值,再根據“中國陸地生態系統單位面積生態服務價值當量表”,得到研究區各年各土地利用類型9項生態系統服務的價值系數表。

為驗證生態服務價值隨時間的變化對于生態服務功能價值系數的依賴程度,將各項生態系統服務價值系數分別上調50%,計算出敏感指數(CS)。若CS>1,則生態系統服務價值(ESV)相對于生態系統服務價值系數(VC)是富有彈性的；若CS<1,ESV 則被認為是缺乏彈性的,比值越大,表明生態服務功能價值指數的準確性越關鍵。計算公式為[22]：

(1)

式中,ESVi、ESVj為調整前后的生態系統服務價值；VCik、VCjk分別為第k類土地利用類型調整前后的生態系統服務價值系數。

由2000、2005、2010年甘州區土地利用數據統計各土地利用類型面積,與研究區生態價值系數表對應,計算出單項生態系統服務價值,進而得到甘州區各年生態系統服務總價值。公式為：

ESV=∑Ak×VCk

(2)

式中,ESV為生態系統服務靜態價值(元)；Ak為第k類土地利用類型面積(hm2)；VCk為生態服務價值系數(元 hm-2a-1)。

2.2 生態系統服務動態價值重構

以上基于單位面積價值當量因子的估算方法僅僅是一種靜態的評估方法,忽略了生態系統動態、復雜的特征,不能很好地反映各生態系統類型服務價值變化率、空間集聚程度等的差異。價值動態重構是考慮到生態系統的動態性,用服務價值多年平均變化率來衡量各項生態系統服務的優先順序,用各項生態系統服務關鍵表征指標來量化其空間聚集程度,對生態系統服務靜態價值進行校正的一種方法。為對服務價值損失速度快的生態系統類型進行針對性的保護,同時考慮到空間集聚程度對生態系統服務功能發揮的影響,本文以2010年為例,對甘州區生態系統服務靜態價值估算結果進行動態重構[15]。

2.2.1生態系統服務優先指數構建

生態系統功能的退化直接威脅著研究區生態安全和居民的健康,因此對退化速度較快的生態系統功能應予以足夠的重視[16]。用每項生態系統服務價值的多年平均變化率來表示對該項服務進行針對性保護的迫切程度,服務價值損失越多的生態系統類型優先級別越高。為保證進行重構時各項生態系統服務價值總量不變,對上文計算得到的多年平均變化率進行平均值為1的轉換,將結果作為優先指數對2010年甘州區生態服務價值進行校正。公式為[15]：

(3)

2.2.2生態系統服務空間豐富度指數構建

考慮到基礎數據精度不同,為最大限度保留數據信息,本文將研究區等精度劃分為500 m×500 m的網格,以每一個網格為基本單位計算生態系統服務空間豐富度。參考吳健生等的研究[23],將各項生態系統服務類型關鍵指標量化,具體見表1。

表1 甘州區生態系統服務關鍵性指標及其量化方法

(1)水源涵養。水源保護區和飲用水水源地被直接認為是水源涵養功能被利用的極重要區域。根據《張掖市人民政府關于加強甘州區濱河集中式飲用水水源地保護的決定》公布的飲用水水源地保護區坐標點,在ArcGIS中劃出飲用水源保護區范圍。將水源地保護區、飲用保護區范圍賦值為1,其余地區賦值為0,制成等精度柵格圖。

(2)廢物處理。地表徑流能夠調節水質、凈化污染。用ArcGIS中水文分析工具對精度為90 m的數字高程模型進行處理。

(3)氣體調節與氣候調節。這兩項服務主要依賴碳固定過程,因此都以綜合碳儲量作為關鍵指標。參考韓晉榕[24]整理的我國碳密度相關參數,用InVEST模型的Carbon功能進行計算。

(4)土壤形成與保護。本文采用修正后的土壤侵蝕方程RUSLE,裸地土壤侵蝕因子(RKLS)與有管理措施和植被覆蓋的土壤侵蝕量(USLE)的差,即為土壤保持力(RUSLE)。USLE=R×K×L×S×C×P,RKLS=R×K×L×S。R為降雨侵蝕力因子,由于研究區面積較小,降雨量差異不大,因此R取常數1；K為土壤可侵蝕因子；LS為坡長坡度因子；C為覆蓋與管理因子；P為水土保持措施因子。

(5)生物多樣性保護。生境質量影響著生物多樣性,而生物多樣性的損失會影響生態系統服務功能[25]。參考吳季秋[26]的研究,借助InVEST模型的HabitatQuality功能進行計算。

(6)糧食生產。本文中以土壤肥力表征生態建設成本。土壤有機質含量越高,生態成本建設所需成本越小。從中國土壤數據庫中獲取甘州區土壤有機質含量數據,并等精度制成柵格數據。

(7)原材料。森林為人類提供生產生活所需要的原材料[27]。將土地利用類型為林地的區域賦值為1,其他區域賦值為0,制成等精度柵格圖。

(8)娛樂文化。獲取甘州區內郊野森林公園、大型城市公園、重要公共服務中心、重要文化活動中心坐標點,分別賦值為1、0.7、0.5、0.3[15],通過ArcGIS的IDW插值生成旅游景點重要性分布圖。

量化完成后對結果進行0—1標準化處理,值越大則各項服務空間豐富度越高。公式為：

(4)

完成上述過程后,將各項生態系統服務價值總量按照其優先指數進行調整,并結合研究區總面積,得到校正后的單位面積價值量。再根據空間聚集度對平均單位面積價值量進行空間豐富度指數調整,得到重構后的單項生態系統服務價值空間分布。將各個圖層疊加,得到動態重構后的甘州區2010年生態系統服務總價值[15]。公式為：

(5)

式中,A為研究區面積；ESV為重構后的生態系統服務總價值；ESVi為第i項生態系統服務靜態值。

2.3 生態安全格局構建

生態安全格局對維護生態系統結構健康、控制生態過程起著關鍵性作用[16]。本文在對甘州區進行生態系統服務價值重構的基礎上,采用景觀生態的源匯理論,利用冷熱點分析工具識別高、中、低三個安全等級的生態源地,結合最小積累阻力(MCR)模型,計算出各安全等級源地對應的生態廊道,源地與廊道結合共構建出3種安全水平的生態安全格局。

2.3.1生態源地識別

生態系統服務價值越大的地區,生態系統服務功能越強,因此選取生態服務價值較高的地區作為生態源地。借助ArcGIS-Spatial Statistics中Getis-Ord Gi*工具對甘州區生態服務價值空間重構結果進行冷熱點分析,分別提取置信度為 99%、95%、90%熱點的區域作為低、中、高3個安全水平等級的生態源地備選區[15]。由于生態源地需要具備一定規模才能發揮作用[25],根據甘州區實際情況,將備選區剔去面積小于0.3 km2的斑塊作為生態源地。

2.3.2生態廊道識別

生態廊道是生態系統中能量流動、物種遷移等的通道,可增強“源”間的聯系和防護功能。以生態系統服務價值的倒數建立阻力面,價值越大,阻力越小。通過ArcGIS中cost distance功能獲得不同安全等級源地對應的積累消耗距離表面,再借助空間分析中Hydrology工具對其進行填洼、流向、匯流累積量處理,反復確定閾值,獲得源地間生態功能流運行的最小消耗路徑。對所得柵格數據矢量化,輸出一條平滑的曲線,即為生態廊道的空間位置[27]。

3 結果分析

3.1 生態系統服務靜態價值估算結果及分析

3.1.1生態系統服務靜態價值估算

甘州區2000年、2005年、2010年單位農田自然糧食經濟價值分別為454.87、869.62、1555.15元/hm2,以此得到適用于研究區的生態價值系數表(以2010年為例,表2)。系數表與各土地利用類型面積相乘,得到各項生態系統服務價值(圖2)。

表2 2010年甘州區各土地利用類型單位面積生態價值系數/(元/hm2)

Table 2 Ecosystem service value(ESV)coefficients per unit area of different land-use and land-cover change types in the Ganzhou District in 2010

土地利用類型Land use type草地Grassland耕地Cultivated Land林地Woodland水域Water area沼澤Swamp未利用地Unutilized land對應生態系統類型Corresponding ecosystem types草地Grassland農田Farmland森林Forest水體Water body濕地Wetland荒漠Desert水源涵養Water conservation1244.12933.094976.4831693.9624104.8346.65廢物處理Waste treatment2037.252550.452037.2528272.6328272.6315.55氣體調節Gas regulation1244.12777.585443.030.002799.270.00氣候調節Climate regulation1399.641384.084198.91715.3726593.070.00土壤形成與保護Soil formation and erosion control3032.542270.526065.0915.552659.3131.10生物多樣性保護Biodiversity conservation1695.111104.165069.793872.323887.88528.75糧食生產Grain production466.551555.15155.52155.52466.5515.55原材料Raw material77.76155.524043.3915.55108.860.00娛樂文化Entertainment culture62.2115.551990.596749.358631.0815.55

圖2 2000、2005、2010年甘州區單項生態系統服務價值Fig.2 Ecosystem service values (ESVs) in the Ganzhou District in 2000,2005 and 2010

甘州區2000、2005、2010年的價值總量為10.54、20.17、36.22億元,價值總量持續增長。就單項生態系統服務價值來看,土壤形成與保護的生態系統服務價值最高,約占當年價值總量的22.9%；其次是廢物處理生態系統服務價值,約占當年價值總量的19.5%；水源涵養、氣體調節、氣候調節、生物多樣性保護4項價值較相近；娛樂文化的價值量最低,約占當年價值總量的1.3%。增長量最多的單項生態服務類型是土壤形成與保護,2000—2010年共增長了5.85億元,約占所有服務類型總增長量的22.8%；其次是廢物處理,10年間增長了5.02億元,約占總增長量的19.4%；單項增長量最少的是原材料和娛樂文化,分別增長了0.48、0.34億元,共占總增長量的3.2%。

對價值系數表進行敏感性分析結果證明ESV相對于VC缺乏彈性(表3),生態系統服務價值結果可靠。

表3 敏感性分析結果

從2000年、2005年、2010年各項生態系統服務價值變化率(圖3)中可發現,每項服務價值量都在穩步上升。從2000—2005年價值量增長率來看,雖然娛樂文化增長量僅為0.13億元,但增長率最大；其次是水源涵養,增長率為92.62%；最小的服務類型是原材料,增長率為90%；其余六項生態系統服務類型中增長率相差較小,均在90.41%—91.89%之間。2005—2010年各項生態系統服務類型增長率總體略有下降,增長最慢的是生物多樣性,增長率為78.78%；增長最快的服務類型是娛樂文化,增長率為80.77%。多年平均變化率較穩定,除娛樂文化為26.15%外,其余均維持在24.5%左右。

圖3 2000、2005、2010年甘州區單項生態系統服務價值變化率及變化量Fig.3 Change rate and amount of ecosystem service values (ESVs) in the Ganzhou District in 2000,2005 and 2010

3.1.2靜態價值量估算結果分析

生態系統服務價值的變化與土地利用和土地覆被變化息息相關[12],生態系統服務價值較低的土地利用類型和生態系統服務價值較高的土地利用類型相互轉換會引起總價值量的變化。本文對2000—2010年甘州區土地利用類型建立轉移矩陣(表4),分析土地利用類型變化對甘州區生態系統服務價值總量的影響。

從甘州區2000—2010年土地利用面積轉移狀況來看,研究區土地利用轉移總面積為4480.93 hm2,占甘州區總面積的1%。從2000年各土地利用類型轉出情況來看,最顯著的是未利用地的轉出,共轉出2283 hm2,占轉移總面積的50.9%,其中1091.93 hm2轉移為耕地,占該土地類型總轉出面積的48.7%,564.43 hm2轉為草地,411.60 hm2轉為建設用地,分別占該類型總轉出面積的25%、18%。其次是耕地,共轉出1143.09 hm2,其中83.4%轉為建設用地。草地的轉出面積也較多,為892.34 hm2,其中90.4%轉為耕地。林地、水域轉出面積較少,分別為122.40、40.1 hm2。建設用地、沼澤幾乎無轉出。從轉入2010年的土地利用類型組成來看,共有2028.28 hm2轉為耕地,占當年耕地總面積的2%,其中54%來自未利用地,40%來自草地；另外1378.24 hm2轉為建設用地,占當年建設用地總面積的9%,其中69%來自耕地,30%來自未利用地；還有626.55 hm2轉為草地；林地、水域、未利用地、沼澤調入面積較少。

表4 甘州區2000—2010年土地利用面積轉移

根據以上分析,2000—2010年間甘州區土地轉移較少,這與當地政府嚴格管控建設用地面積、保護耕地與濕地、適度開發未利用地的政策有關。由于生態服務價值較高的土地利用類型(林地、耕地、濕地)保護較好,建設用地擴張規模較小,甘州區生態系統服務價值總量逐步上升且多年變化率平穩。

3.2 生態系統服務動態價值重構

3.2.1生態系統服務優先指數

由甘州區生態系統服務優先指數計算結果(表5)可知,優先指數最高的是娛樂文化,其余各項生態系統服務價值變化率相差較小,均在0.98—1.01之間。

表5 甘州區生態系統服務優先指數

3.2.2生態系統服務價值重構

從空間重構后的生態系統服務價值分布(圖4)來看,甘州區生態系統服務價值量為1438.21—390993元/hm2,價值服務量較高的地區面積較小。從生態系統服務價值的空間分布來看,高價值區主要集中在黑河干流、黑河濕地保護區、集中式飲用水源地區等區域,這些地區水資源相對豐富,開發力度較小,生態適應性較高；中值地區分布在平山湖鄉東大山自然保護區、小河鄉、沙井鎮、明永鄉、烏江鎮等鄉鎮,主要集中在人口密集的中部綠洲區,該區域自然條件優越,土壤肥沃,農業發達,但由于經濟高速發展,土地利用粗放、土地退化、水資源供不應求等生態問題頻發；甘州區平山湖鄉、南部安陽灘和石崗墩灘的公用地均為低值區,此部分區域多為戈壁荒灘,土地經濟密度低。

圖4 2010年甘州區生態系統服務及價值空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of ecosystem services and their values in the Ganzhou District, 2010a.飲用水源地；b.年平均徑流量;c.綜合碳儲量；d.土壤保持力；e.生境質量；f.土壤有機質含量；g.森林面積比例；h.旅游文化中心分級；i.服務價值量/(元/hm2)

甘州區位于干旱內陸,水資源非常寶貴,不僅集中于綠洲區的人類生產生活需水量較大,位于荒漠區的植被也需要地下水補給生存,生產生活用水、生態用水矛盾突出。其次受水資源、地形影響,甘州區土地利用空間分布差異較大,綠洲區農業發達、人口密度大,荒灘戈壁區環境惡劣、人口較少,為滿足日益增長的需求,人類不合理灌溉農田、盲目開荒,極大地破壞了生態環境,生態環境脆弱性加劇。這也說明甘州區生態系統服務價值雖然逐年升高,但整體生態環境一般,生態彈性差。

3.3 基于生態系統服務價值的區域生態安全格局

圖5 甘州區生態源地備選區 Fig.5 Alternative areas of ecological sources in the Ganzhou District

將冷熱點識別重構后得2010年甘州區生態系統服務價值空間分布結果,按置信程度提取高、中、低3個安全水平生態源地備選區,面積除去小于0.3 km2的斑塊后,得到3個安全水平的生態源地(圖5)。再通過MCR模型得到對應生態廊道,構建出3個安全水平的甘州區生態安全格局(圖6)。

從甘州區生態安全格局構建結果中可看出,甘州區生態源地斑塊數量較多,但斑塊破碎程度高,且空間分布不均,多集中于中部,北部和南部僅有零星分布。甘州區低安全水平生態安全格局中源地斑塊有18塊,總面積約為155.75 km2,占研究區總面積的4.2%。源地對應黑河干流、濕地保護區、水源地保護區、祁連山-東大山天然林資源保護區,是需要嚴格管控的基礎性生態用地,也是保障甘州區生態系統服務正常發揮作用的關鍵性格局。中安全水平生態安全格局中生態源地斑塊有14塊,面積約為191.25 km2,約占研究區總面積的5.2%,在低安全生態源地基礎上,源地面積增加35.5 km2,斑塊數略有減少,黑河干流周圍斑塊面積增大,整合度提高。高安全水平生態安全格局中生態源地斑塊有17塊,總面積約為224.5 km2,占該區總面積的6.1%,與中安全水平格局相比,源地面積擴大33.25 km2,說明生態源地整合度逐步增加,對抗生態脅迫的抵抗能力和恢復力有所提高。生態廊道分為兩部分,一部分主要沿河流展開,連通性較好,另一部分向生態阻力較高的北部灘延伸。

圖6 甘州區生態安全格局構建結果Fig.6 Ecological security pattern of the three levels in the Ganzhou District

生態安全格局是立足于生態系統服務現狀提出的規劃策略,在建設和開發過程中具有較高的參考價值。基于以上分析,甘州區在構建良好的生態安全格局時,應因地制宜,結合土地利用類型進行生態改善,北部及南部植被稀疏區域應注意加強防護林建設,在不破壞生態的前提下,合理開發利用荒地,建設生態廊道將其與生態源地連接起來,提高區域整體連接度和生態源地銜接性；在中部綠洲區等高安全區應遵循嚴格保護耕地和基本農田的原則,以環境承載力為基礎,提高水土資源利用效率,加大生態斑塊建設,提高生態安全穩定性,逐步建立起“南養水源,中綠耕地,北抵風沙”的生態安全格局。

4 討論

生態系統為人類提供了食物、淡水及其他工農業生產原料等多種人類賴以生存和發展的產品,生態系統服務功能的退化甚至喪失不僅影響人類的安全與健康,更關乎區域甚至全球的生態安全。生態系統服務的量化可為判斷生態系統服務功能強弱提供依據。本文利用當量因子法對生態系統服務價值進行估算,同時考慮到生態系統的動態性,以優先指數和空間豐富度指數對靜態估算結果進行重構：由2000—2010年各項生態系統服務價值變化率可了解11年來每項服務的損失或增加程度,從而判斷該項服務在進行生態建設時的優先程度；對各項生態系統服務進行柵格疊加,計算其空間聚集程度,打破將各服務在同一種土地利用類型中一視同仁的局限。經過動態重構后的服務價值量反映了區域內生態系統功能強弱的空間差異性,以此識別生態源地,構建的生態安全格局在空間上更為精準。甘州區地處河西走廊的“蜂腰”地帶,黑河流域中游,生態地位十分重要。生態安全體系構建要圍繞祁連山水源涵養林區、綠洲農田防護林區、城市景觀林區、濕地保護區及荒漠生態區5大生態屏障開展,提升森林、濕地、綠洲和荒漠四大生態系統的服務價值。將祁連山水源涵養區、黑河濕地自然保護區作為生態安全屏障體系建設的中心線,按照“南北封育、中間改造、周邊退耕”的空間布局,建立生態廊道,將祁連山林區、黑河濕地、綠洲農田防護林區、沙生植被4大分區有機聯系,形成多層次、有序化生態系統穩定的安全格局。

本研究與常規干旱內陸河流域生態安全格局研究的最大不同之處就在于改進了利用當量因子法估算生態系統服務的傳統方法,以重構后具有動態性、空間性、直觀性的生態系統服務價值,選擇服務功能強大的生態源地及連通性良好的生態廊道,共同構成一個連續完整的生態安全屏障體系,為干旱內陸河流域城市開發和規劃生態環境布局提供了參考。甘州區位于黑河流域中游,濕地面積較大,濕地具有調節徑流、維護生態安全、調節氣候、保護生物多樣性、降解污染等諸多功能。濕地種類較多,但受限于數據源分辨率和分類精度的影響,文中將河流等永久性濕地及池塘、水庫等人工濕地劃為“中國陸地生態系統單位面積生態服務價值當量表”中的水域生態系統,僅選取沼澤濕地作為濕地生態系統,實際上略為低估了濕地生態系統在甘州區生態安全中發揮的作用。受數據可獲取性和技術限制,一些重要的社會經濟數據難以空間化。娛樂文化服務計算中文化中心重要性賦值、生態源地識別中安全等級識別的賦值等存在一定的主觀性。此外,本文參考相關研究成果確定了生態廊道空間分布,對于關鍵生態節點等其他組分的研究較淺。廊道寬度直接影響其生態功能的發揮,如何確定最佳的生態廊道寬度,也是下一步需要重點研究的方向。