基于最小累積阻力模型的生態(tài)安全格局構(gòu)建研究進展

楊 凱，曹銀貴，2①,馮 喆,2，耿冰瑾，馮 漪，王舒菲

〔1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.自然資源部土地整治重點實驗室，北京 100035〕

快速城市化使經(jīng)濟發(fā)展水平和人們生活水平極大提高，但其代價是生態(tài)系統(tǒng)諸多服務(wù)功能退化，非線性變化的風(fēng)險增加[1]。黨的十九屆五中全會明確提出要優(yōu)化國土空間布局，在這一背景下，生態(tài)安全必須擺在重要且突出的位置。生態(tài)安全格局研究主要針對中國國土和城市規(guī)劃建設(shè)中面臨的重大問題：如何協(xié)調(diào)保護和開發(fā)這兩類水平生態(tài)過程之間的矛盾[2]。由于生態(tài)過程在當(dāng)今快速城鎮(zhèn)化過程中一直處于劣勢，因此，確定生態(tài)安全格局，劃定生態(tài)保護紅線顯得格外重要。國土空間是由山、水、林、田、湖、草相互關(guān)聯(lián)而形成的有機整體[3]，單純局限于區(qū)域內(nèi)部進行時間不同步且空間割裂的生態(tài)修復(fù)難以保障生態(tài)系統(tǒng)健康[4]，須遵循“山水林田湖草是生命共同體”理念，從單一要素修復(fù)轉(zhuǎn)向山、水、林、田、湖、草全要素的全域、全過程協(xié)同治理[3]。

生態(tài)安全格局理論強調(diào)，景觀中存在某些潛在的生態(tài)空間格局，它由景觀中某些關(guān)鍵元素和空間位置構(gòu)成，對維護或控制特定地段的生態(tài)過程具有重要意義[5]。構(gòu)建生態(tài)安全格局的意義在于站在生態(tài)全局的高度上，識別和修復(fù)由各關(guān)鍵景觀要素組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，提高各要素的景觀連通性，實現(xiàn)對生態(tài)過程的有效調(diào)控[6]，從而保障生態(tài)功能充分發(fā)揮，維護區(qū)域生態(tài)安全。黨的十八大報告中作為三大戰(zhàn)略格局目標之一的生態(tài)安全格局首次被提升到國家戰(zhàn)略高度[7]。2020年5月自然資源部印發(fā)的《市級國土空間總體規(guī)劃編制指南(試行)》(自然資辦發(fā)[2020]46號)強調(diào)“構(gòu)建連續(xù)、完整、系統(tǒng)的生態(tài)保護格局，優(yōu)先確定國土保護空間”。因此，構(gòu)建科學(xué)、合理的生態(tài)保護格局對保障區(qū)域生態(tài)空間安全具有重要基礎(chǔ)作用，也是當(dāng)前國土空間總體規(guī)劃編制過程中應(yīng)重點關(guān)注的問題[8]。由此可見，構(gòu)建生態(tài)安全格局作為生態(tài)系統(tǒng)保護和修復(fù)的重要方式，是從末端生態(tài)治理走向前端生態(tài)管理的必然選擇，為尋求更加契合區(qū)域發(fā)展需求的生態(tài)保護模式提供了技術(shù)支撐[9]。

從研究方法來看，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局多采用最小累積阻力模型[10-14]、電路模型[15-18]和斑塊重力模型[12,19]等方法，其中最小累積阻力模型能較好地反映景觀格局變化和生態(tài)過程演變的相互作用關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建和優(yōu)化[20]。但是，目前的研究大多停留在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)搭建的層次上，對景觀要素的規(guī)劃和設(shè)計、有效性評價、景觀格局優(yōu)化以及成果應(yīng)用等其他重要配套環(huán)節(jié)缺少研究和探討，以致構(gòu)建的生態(tài)安全格局可能會達不到預(yù)期效果[9]。此外，鮮有學(xué)者對不同的構(gòu)建方法進行對比和分析，指明各方法的優(yōu)點和缺陷。該文以“格局要素規(guī)劃與設(shè)計-源地識別-阻力面設(shè)置與修正-廊道提取-格局優(yōu)化與有效性評價-研究成果應(yīng)用”為邏輯線，系統(tǒng)梳理基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)安全格局的各個重要環(huán)節(jié)，整理和分析各環(huán)節(jié)研究要點和存在的問題，并提出改進建議，同時，與其他生態(tài)安全格局構(gòu)建方法進行對比，提出方法優(yōu)化方向。

1 生態(tài)安全格局構(gòu)建的發(fā)展歷程

生態(tài)安全起源于1940年代土地健康問題的研究，其目的是為了有效遏制區(qū)域生物棲息地遭到破壞、生物多樣性減少及生態(tài)安全水平顯著下降的趨勢。國外的生態(tài)安全格局研究多圍繞生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、綠色基礎(chǔ)設(shè)施等方面展開，其保護體系已較為完整和成熟[7]。歐洲生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究主要集中于開發(fā)強度較大或是人類擾動較為劇烈及頻繁的區(qū)域，北美則側(cè)重于自然保護區(qū)、森林公園等未開發(fā)或是人類脅迫程度較小的區(qū)域[21]。綠色基礎(chǔ)設(shè)施研究最早出現(xiàn)在1990年代美國，但其可追溯到19世紀中期的英國，當(dāng)時工業(yè)化地區(qū)以“綠帶”、公共公園和開放空間等形式來達到消遣娛樂和生態(tài)保護的目的[22]。目前國際生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施研究主要關(guān)注化解城市生態(tài)風(fēng)險、提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和增加人類福祉等方面內(nèi)容，并向多元化目標方向發(fā)展。

國內(nèi)對生態(tài)安全格局的研究最早可追溯到1990年代[23]。生態(tài)安全理念旨在確保資源、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的安全、健康和可持續(xù)發(fā)展，強化有利的生態(tài)過程，控制有害的生態(tài)過程，尋求生態(tài)安全保障途徑[9]。早期的生態(tài)安全格局研究區(qū)域主要為自然保護區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)，目標較為單一，以生物多樣性保護為主[7]。近年來針對經(jīng)濟快速發(fā)展區(qū)[19,24]、重要水源涵養(yǎng)區(qū)[25]和生態(tài)脆弱區(qū)[26]的生態(tài)安全格局研究逐漸增多，研究范疇從基于單一物種保護目標轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r涵蓋生物多樣性保護、氣候調(diào)節(jié)和文化遺產(chǎn)多個目標的區(qū)域綜合生態(tài)安全格局構(gòu)建。研究的空間尺度也趨向多元化，無論是對我國各類自然資源的宏觀統(tǒng)籌還是對各地方、行政單元特定地理條件生態(tài)過程的微觀調(diào)控都極大豐富了生態(tài)安全格局的內(nèi)涵，并推動了該研究領(lǐng)域進一步拓寬。此外，多數(shù)研究集中在生態(tài)格局識別與構(gòu)建，例如采用空間疊加、目標優(yōu)化等方法構(gòu)建生態(tài)安全格局，還有生態(tài)格局的功能、服務(wù)評估和相互關(guān)系等研究，并對所識別的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)提出針對性保護、修復(fù)建議以及舉措[7]。近些年來生態(tài)安全格局逐漸由定性、靜態(tài)分析走向定量、動態(tài)分析，研究方法和指標也趨向多元化，但仍存在機制研究不足、關(guān)鍵閾值尚未達成共識等問題[9]。以生態(tài)廊道為例，當(dāng)前研究內(nèi)容主要為生態(tài)廊道識別，對生態(tài)廊道寬度、結(jié)構(gòu)、功能和邊緣效應(yīng)等關(guān)鍵問題缺少深入分析，不利于構(gòu)建的生態(tài)安全格局具體實施和后續(xù)動態(tài)監(jiān)測。因此，未來需加強生態(tài)安全格局構(gòu)建與景觀生態(tài)學(xué)、干擾生態(tài)學(xué)等學(xué)科的交叉融合，深化機制研究，進一步加強定量分析和系統(tǒng)分析。

2 生態(tài)安全格局的規(guī)劃與設(shè)計

源于景觀生態(tài)規(guī)劃，生態(tài)安全格局能夠針對區(qū)域主要生態(tài)問題，通過對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間格局的優(yōu)化，以及對維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展具有關(guān)鍵意義的點、線、面的識別，保障生態(tài)功能的充分發(fā)揮，實現(xiàn)區(qū)域資源和基礎(chǔ)設(shè)施合理配置[26]。由“源地-廊道”組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已成為生態(tài)安全格局構(gòu)建的基本模式[4]，而構(gòu)成生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的各種關(guān)鍵要素也是從景觀生態(tài)學(xué)中引入的。

2.1 生態(tài)源地的規(guī)劃與設(shè)計

生態(tài)源地指現(xiàn)存的鄉(xiāng)土物種棲息地以及擴散和維持的元點[26]。它們對區(qū)域生態(tài)過程與功能起決定性作用，并且對區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義或者擔(dān)負重要輻射功能[27]。確定生態(tài)源地的最根本目的在于滿足人類各項需求，因此多是從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度，由各種生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)價值作為生態(tài)源地的篩選標準[28]。不同區(qū)域的自然資源稟賦不同，生態(tài)源地的規(guī)劃與設(shè)計必須因地制宜，從人類需求出發(fā)，依據(jù)需要的各項功能選擇匹配的覆被類型。此外，生態(tài)源地的生態(tài)價值還受到覆被密度、氣候水文和地形地貌等其他因素制約[29-31]。參考相關(guān)文獻[28,32]，同時考慮生態(tài)安全格局構(gòu)建要求，總結(jié)生態(tài)源地的生態(tài)功能(表1)。

表1 不同生態(tài)源地功能辨析

2.2 生態(tài)廊道的規(guī)劃與設(shè)計

景觀中的生態(tài)廊道指不同于兩側(cè)基質(zhì)的狹長地帶[33]。FORMAN等[34]將生態(tài)廊道功能歸為生境(habitat)、通道(conduit)、過濾(filter)、障礙(barrier)、源(source)和匯(sink)。朱強等[35]主張遵循景觀結(jié)構(gòu)與功能原理，分析主要生態(tài)過程，以此確定生態(tài)廊道的土地類型和寬度。生態(tài)源地景觀的異質(zhì)性產(chǎn)生生態(tài)功能的分化，相應(yīng)生態(tài)廊道的土地類型和寬度也因此有不同要求，如FU等[36]構(gòu)建生態(tài)阻力面時按照生態(tài)源地的差異將阻力面賦予不同參數(shù)。阻力值的設(shè)定受到如覆蓋度、土壤和水文等其他條件影響，但總體而言，陸地生態(tài)廊道各土地類型阻力值由小到大為林地<草地<濕地<其他農(nóng)業(yè)用地<水域<建設(shè)用地，而作為河流兩側(cè)覆被緩沖帶的河流生態(tài)廊道各土地類型阻力值由小到大為水域<林地<濕地<草地<其他農(nóng)業(yè)用地<建設(shè)用地[27,36]。

多數(shù)學(xué)者認為生態(tài)廊道越寬則生境質(zhì)量越好，但土地的稀缺性決定了寬度閾值的設(shè)定要同時兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟發(fā)展的空間需求[37]。生物通道的寬度效應(yīng)受生物體行為、氣候水文和具體生態(tài)過程等因素的影響，按照結(jié)構(gòu)和功能的不同具有多種分類方式。從生物通道角度出發(fā)，參考相關(guān)文獻[35,38-41]，總結(jié)適宜的生態(tài)廊道寬度(表2)。陸地生態(tài)廊道閾值的設(shè)定主要考慮生物多樣性維護及擴散，河流生態(tài)廊道考慮水資源保護和生態(tài)系統(tǒng)功能完整性[35]。

表2 不同功能的生態(tài)廊道的寬度閾值

3 生態(tài)安全格局的構(gòu)建

3.1 生態(tài)源地的識別

生態(tài)源地作為物種生存和擴散的起點，與周圍環(huán)境進行復(fù)雜的物質(zhì)、能量和信息交換，對維持生態(tài)系統(tǒng)和景觀層面的整體功能起到重要作用[6]。從發(fā)展脈絡(luò)來看，自開展生態(tài)安全格局構(gòu)建研究以來，學(xué)者們對生態(tài)源地識別的方法和指標不斷進行完善，從最初只考慮生態(tài)用地斑塊自身功能屬性，到逐步關(guān)注斑塊屬性變化趨勢和強調(diào)斑塊在整個景觀格局中的連通重要性[7]。目前來講，識別生態(tài)源地的方法主要包括直接識別和間接識別[9]。直接識別指選取重要的自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)作為生態(tài)源地。這一方法相對比較便捷，在進行生態(tài)保護時更易操作，但也存在固有缺陷。自然保護區(qū)劃分通常受到很強的行政管制因素影響，沒有考慮生態(tài)系統(tǒng)各組分之間的聯(lián)系[9]，另外自然保護區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)不太可能將所有產(chǎn)生重大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或生態(tài)環(huán)境較脆弱區(qū)域涵蓋在內(nèi)。間接識別指通過構(gòu)建綜合評價指標體系識別生態(tài)源地(表3[5，28，33，48-52])，主要從生態(tài)服務(wù)功能重要性、生態(tài)敏感性和景觀連通性等方面展開[5,19](圖1)。

當(dāng)前生態(tài)源地識別方法已由自然保護區(qū)劃定等直接識別逐步過渡為以生態(tài)服務(wù)功能重要性和景觀連通性等目標為導(dǎo)向的間接識別，也有學(xué)者[47]通過自然保護區(qū)或生態(tài)保護紅線對間接識別方法得到的生態(tài)源地進行修正，其目的在于獲得較完整、連續(xù)的生態(tài)斑塊。從實踐角度出發(fā)，間接識別方法基于定量分析提取生態(tài)源地，相較于直接識別方法更加科學(xué)、精準。但為了與現(xiàn)行的城市規(guī)劃和生態(tài)保護紅線相銜接，以及為方便不同層級和不同區(qū)域行政部門管理和監(jiān)督，可以借鑒生態(tài)保護紅線劃定方式，采用直接識別與間接識別相結(jié)合的方式提取生態(tài)源地。

3.2 生態(tài)廊道的識別

生態(tài)廊道作為能量和物質(zhì)循環(huán)的載體，是保持物質(zhì)流、生態(tài)流、生態(tài)過程及能量在區(qū)域內(nèi)連續(xù)、連通的關(guān)鍵生態(tài)用地[48]。提取對生態(tài)源地起關(guān)鍵連通作用的廊道并給予適當(dāng)保護，是區(qū)域生態(tài)功能得到充分發(fā)揮的基本保障，同時也有助于增強生態(tài)系統(tǒng)功能完整性[43]。生態(tài)廊道識別已發(fā)展出多種方法，其中最小累積阻力(MCR)模型的兼容性和適用性較好[49]，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全格局構(gòu)建。該模型根據(jù)KNAAPEN等建立的費用距離修改而來，其原理為景觀中生物物種、營養(yǎng)物質(zhì)及其他物質(zhì)和能量在空間組分間流動需要克服一定景觀阻力，景觀生態(tài)服務(wù)功能越強，景觀功能越完善，完成這一生態(tài)過程所遇到的阻力就越小[50]。該模型計算物種在不同生態(tài)源地間運動所需要耗費的代價，可以反映物種運動的潛在可能性及趨勢，能模擬生物穿越不同景觀基面的過程[20]。該模型考慮源、距離和景觀介面特征3個因素，其計算公式為

(1)

式(1)中，RMC為最小累積阻力值；f為反映某點到基面最小累積阻力與生態(tài)過程的正相關(guān)關(guān)系的正函數(shù)；Dij為生態(tài)源地斑塊j到景觀單元i的實際距離；Ri為景觀單元對生物物種遷徙的阻力系數(shù)。該模型較簡單，能較好模擬景觀要素對物質(zhì)流、生態(tài)流的阻礙作用，但未考慮生態(tài)源地自身功能和屬性，因此有學(xué)者[51]利用相對阻力因子等要素對該模型進行修正，從而體現(xiàn)不同等級生態(tài)源地擴展能力的強弱差異。下一步研究應(yīng)更加關(guān)注生態(tài)源地面積、形狀及邊緣效應(yīng)等要素對生態(tài)過程的影響機制。

表3 生態(tài)源地間接識別的常用指標及原理

3.2.1生態(tài)阻力面的設(shè)置與修正

最小累積阻力模型通過構(gòu)建生態(tài)阻力面，篩選出物質(zhì)及能量在生態(tài)源地間傳輸阻力較小的路徑作為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳輸通道。就生態(tài)網(wǎng)絡(luò)而言，生態(tài)阻力面構(gòu)建方法和指標直接決定了其構(gòu)建質(zhì)量和傳輸效率。目前阻力面賦值方式主要有基于專家咨詢對土地覆被/土地類型打分賦值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)賦值2種。

對土地類型進行賦值的優(yōu)勢在于簡單明了，數(shù)據(jù)需求也相對較少，且不同土地類型之間在傳輸物質(zhì)和能量效率上存在顯著差距。但是借助專家咨詢方式對植被類型進行賦值的主觀性較強，學(xué)術(shù)界對生態(tài)阻力大小設(shè)定存在爭議，尚未形成統(tǒng)一標準[9]。而且這種“一刀切”的劃分方式忽略了同一土地類型內(nèi)部的阻力差異，不能有效反映人類干擾程度、地形地貌等自然因素對生態(tài)阻力的影響。為更好反映其他要素對阻力面的影響，很多學(xué)者在構(gòu)建阻力面時通常會引入不同空間數(shù)據(jù)對土地類型生態(tài)阻力系數(shù)進行修正。如陳昕等[5]在構(gòu)建云浮市生態(tài)安全格局時為了體現(xiàn)人類活動強度對生態(tài)阻力系數(shù)的影響，借助表征城市化水平、經(jīng)濟因素及人口狀況等人類活動因子的夜間燈光數(shù)據(jù)對阻力面進行調(diào)整；史芳寧等[25]通過高程對阻力面修正以強調(diào)地形因素對陸生生物擴散的影響。這些修正方法能夠有效提升生態(tài)廊道提取的準確性和合理性，且土地類型賦值對這些修正方法具有較好的兼容性，擴大了適用范圍。

有研究[27,50]認為阻力值大小取決于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)多少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供的服務(wù)越多，物質(zhì)和能量在景觀單元之間的流動越容易，生態(tài)過程流動遇到的阻力就越小，因此基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)建阻力面廣為研究者接受。但這種方法同樣存在一定弊端，如水體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值通常較高，但其對林地、草地等陸地生態(tài)源地內(nèi)多數(shù)陸生生物阻隔作用較強[35-36]，基于該阻力值識別的生態(tài)廊道反而不利于生態(tài)源地擴展。

3.2.2生態(tài)廊道的提取

生態(tài)廊道提取建立在生態(tài)阻力面構(gòu)建基礎(chǔ)上，基于最小累積阻力模型識別出源與源或源與目標點之間最小成本路徑，并將其作為生物遷徙及能量流通的通道加以保護和修復(fù)，進而提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體連通性。假設(shè)把每個單獨的源或目標點作為節(jié)點，若無新的交叉形成，V個節(jié)點最大可能的生態(tài)廊道連接數(shù)為3(V-2)個[52]。當(dāng)前研究多集中于利用連通性、環(huán)度和閉合度等指標對生態(tài)廊道構(gòu)成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連通性進行評價，鮮有對斑塊間物種遷徙或其他生態(tài)過程進展順利程度的研究，需依據(jù)具體生態(tài)過程加強功能連通性的分析。

3.3 生態(tài)安全格局的優(yōu)化及有效性評價

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)搭建完成后，對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化和評價，使整個生態(tài)安全格局保護和修復(fù)更有針對性。對于生態(tài)安全格局的優(yōu)化，有研究[53-54]從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)自身出發(fā)，利用斑塊重力模型及景觀指數(shù)對生態(tài)廊道的重要性以及生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度和閉合度等指數(shù)進行計算，并以調(diào)整廊道數(shù)量的方式優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)布局；也有學(xué)者[24,49]將識別出的關(guān)鍵要素與當(dāng)?shù)刈匀灰貟煦^，進而提出相應(yīng)優(yōu)化舉措。例如王曉玉等[24]在江蘇省生態(tài)安全格局構(gòu)建中，提出將既是生態(tài)廊道相接處又是生態(tài)源地分布聚集點的區(qū)域劃為生態(tài)保育區(qū)，針對不同生態(tài)保育區(qū)的空間異質(zhì)性分別提出相應(yīng)保護目標及策略；李恒凱等[49]建議在稀土礦區(qū)周邊生態(tài)源地建立緩沖區(qū)，從而保存并擴大生態(tài)源地面積。

大多數(shù)已有研究多依據(jù)不同標準、生態(tài)保護目標或安全格局水平，構(gòu)建相應(yīng)生態(tài)安全格局，但對所構(gòu)建生態(tài)安全格局有效性或合理性缺少評價，尤其是定量評價極為少見[9]。依據(jù)評價方法可將有效性評價分為3類，即模型評價、對照評價和動態(tài)監(jiān)測評價[9]。模型評價主要是借助數(shù)學(xué)模型和假設(shè)理論進行情景模擬，如俞孔堅等[55]選取不同水平生態(tài)安全格局作為城市空間發(fā)展的預(yù)景前提，模擬未來城鎮(zhèn)空間發(fā)展格局，對比不同預(yù)景下生態(tài)安全、城市邊界增長實現(xiàn)的可能性和程度；賈艷紅等[56]選取多個數(shù)值差異較大的生態(tài)環(huán)境指標，采用熵權(quán)法與綜合評價法相結(jié)合定量測度甘肅牧區(qū)草原生態(tài)安全狀況。對照評價將生態(tài)安全格局構(gòu)建結(jié)果與生態(tài)保護紅線、綠色基礎(chǔ)設(shè)施等進行對比，從理論上探討不同模式構(gòu)建的生態(tài)安全格局實施效果差異。動態(tài)監(jiān)測是在設(shè)計方案實施后，通過定期觀測評定方案實施效果，并對照初始目標反饋和調(diào)整設(shè)計方案(表4)。

表4 生態(tài)安全格局有效性評價方法

模型評價和對照評價雖然有較大局限性，但是可以作為生態(tài)安全格局設(shè)計方案實施前的評價手段，用來評定方案可行性，從而降低成本，避免不成熟設(shè)計方案實施造成的不必要經(jīng)濟和人力資源損失；對照評價最大優(yōu)勢在于能與現(xiàn)有規(guī)劃體系進行有效銜接，防止設(shè)計方案與現(xiàn)行規(guī)劃相矛盾導(dǎo)致后續(xù)實施中的混亂。

基于生態(tài)安全格局構(gòu)建各環(huán)節(jié)得到生態(tài)安全格局構(gòu)建邏輯范式(圖2)。圖2顯示，生態(tài)安全格局構(gòu)建各環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密，有效性評價對整個生態(tài)安全格局構(gòu)建起到較強的反饋作用。

3.4 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與生態(tài)保護紅線的關(guān)系

生態(tài)保護紅線是中國環(huán)境保護的重要制度創(chuàng)新，重點是嚴格確定自然生態(tài)服務(wù)功能、環(huán)境質(zhì)量安全和自然資源利用等方面保護的空間邊界和管理限值[2]。與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)相比，生態(tài)保護紅線類似于耕地紅線，它的定位是一種“底線思維”的管控方式，被認為是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)不被破壞，生態(tài)過程正常運轉(zhuǎn)，生態(tài)功能持續(xù)發(fā)揮的最低要求。此外，生態(tài)保護紅線更注重保護區(qū)域空間分布和面積比例，是一種剛性保護空間，在實施層面也是以法律法規(guī)的形式禁止工農(nóng)生產(chǎn)和建設(shè)活動突破生態(tài)保護紅線界限[47]。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)則更加關(guān)注生態(tài)源地間物種擴散、遷徙等水平生態(tài)過程的維護及修復(fù)，尤其是借助生態(tài)廊道將對生物多樣性和生態(tài)功能起支撐作用的重要生境連接起來，強化各景觀要素的整體性和連通性。相較于生態(tài)保護紅線是對生態(tài)用地的最低數(shù)量管控，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)則具備一定彈性，生態(tài)源地面積以及生態(tài)廊道數(shù)量和寬度可以根據(jù)實際情況做適當(dāng)收縮及擴張，生態(tài)廊道中起“踏腳石”作用的生態(tài)節(jié)點的建設(shè)要與預(yù)期收益和區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展水平相適應(yīng)[47](表5)。

表5 生態(tài)安全格局相關(guān)概念辨析

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與生態(tài)保護紅線在內(nèi)涵、側(cè)重點及應(yīng)用范圍等方面存在差異，是2個相對獨立的概念。但兩者都隸屬于國土空間規(guī)劃體系，其目標都是解決生態(tài)用地的優(yōu)化配置，強化國土空間源頭保護和用途[2]。在方法上，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與生態(tài)保護紅線有很多相似之處，譬如生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)源地的識別和生態(tài)保護紅線范圍的劃定都是從生態(tài)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性這2個方面進行評估。從已有生態(tài)安全格局構(gòu)建對象類型來看，多以省、市、縣等行政單元為研究范圍，鮮有以城市群以及更大范圍的跨尺度、跨行政邊界的區(qū)域為研究范圍，其原因是定量分析時較難選取指標和確定關(guān)鍵閾值。而生態(tài)保護紅線可以作為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基底，促進兩者相互融合，形成多尺度的生態(tài)安全格局。鑒于生態(tài)保護紅線對于景觀空間格局考慮不足，強調(diào)空間異質(zhì)性但未從生態(tài)過程角度對需要特定保護的景觀要素加以說明，而生態(tài)廊道這一對于區(qū)域物質(zhì)、能量和信息輸送具有重要意義的關(guān)鍵要素沒有納入指標體系[9]，因此可以將生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點構(gòu)建作為生態(tài)保護紅線未來的優(yōu)化方向。

4 生態(tài)安全格局構(gòu)建研究方法對比

最小累積阻力模型能較好模擬不同景觀對于生態(tài)流的阻力作用，因而被廣泛用于生態(tài)廊道的提取。此外，生態(tài)安全格局構(gòu)建方法還有電路模型、斑塊重力模型和蟻群模型等(圖3)。

如圖3所示，最小累積阻力模型、電路模型、斑塊重力模型和蟻群模型各有優(yōu)缺點。當(dāng)生態(tài)源地選址數(shù)據(jù)量較為龐大時，蟻群模型可以較好地解決效率問題[57]；斑塊重力模型方法簡單，用于評價斑塊間相互作用強度，從而判定生態(tài)源地的相對重要性[12,19]。但這2種方法都不能很好地識別生態(tài)廊道，因此未被廣泛用于生態(tài)安全格局構(gòu)建。電路模型的優(yōu)勢在于基于電流密度來表達物種多路徑擴散可能性，探討生態(tài)廊道寬度以及識別生態(tài)節(jié)點和障礙點[4,15]。但電路理論也存在諸多局限性，譬如電路理論模擬的生態(tài)走廊寬度閾值取決于基于總體樣本的電流值頻率分布，同時很難定義高電流范圍[58]；電路理論反映多條路徑的擴散概率更符合物種初次擴散的“隨機游走”性，就長期的物種遷徙而言，生物具有趨利避害的天性，會在現(xiàn)存路徑中選擇最優(yōu)路徑，所以電路理論在量化階段需要進一步對實際生態(tài)過程進行研究。

最小累積阻力模型雖然沒有考慮多路徑擴散可能性，但卻是物種遷徙和能量流動的最優(yōu)路徑，更加符合現(xiàn)實中多數(shù)生物遷徙時做出的選擇，有較好適用性[49]。此外，該模型能兼容其他多種阻力因素對基本阻力面的修正，且對于數(shù)據(jù)需求具有一定彈性。數(shù)據(jù)需求少，成圖質(zhì)量高的特性使該模型在缺少研究實證數(shù)據(jù)和資料的情況下相比于其他方法更具備優(yōu)勢[9,27]。

5 展望

基于最小累積阻力模型構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全格局的構(gòu)建，但目前仍存在阻力面賦值主觀性強、生態(tài)過程機制研究不足等缺陷，今后可以從以下幾個方面進行優(yōu)化：

(1)完善指標體系，提高生態(tài)阻力面賦值科學(xué)性。土地覆被類型、空間景觀結(jié)構(gòu)和人類活動擾動是影響物種擴散和能量流動的3個主要因子。當(dāng)前基于最小累積阻力模型構(gòu)建的生態(tài)安全格局在阻力面設(shè)置上雖然采用定量分析，但在賦值方面仍主要采用專家咨詢法，尚未形成統(tǒng)一的范式和標準。以土地覆被類型為例，不同土地覆被類型阻力值的相對大小已基本達成較為一致的意見，但如何以絕對阻力值反映不同土地類型的阻力差距和建立指標體系反映同一土地類型內(nèi)的阻力分化仍是亟待解決的問題。

(2)注重空間尺度差異，加強生態(tài)過程的機制研究。目前最小累積阻力模型數(shù)學(xué)公式較為簡單，雖能較好模擬物種遷徙及能量流動過程中的阻力因素，但未考慮生態(tài)源地自身的擴散能力，對其輻射范圍和對外部環(huán)境變化的響應(yīng)等生態(tài)過程缺少機制研究；同時，最小累積阻力模型適用對象的空間尺度跨度較大，但公式使用和指標選取尚未能體現(xiàn)相應(yīng)差異，仍需進一步明確不同尺度下生態(tài)安全格局構(gòu)建在目標、方法和指標選取等方面的區(qū)別。

(3)增加多路徑分析，識別生態(tài)節(jié)點。與其他生態(tài)安全格局構(gòu)建方法相比，最小累積阻力模型雖能較好模擬不同景觀對生態(tài)流的阻力作用，但難以進行多路徑分析。潛在生態(tài)廊道識別的意義在于當(dāng)關(guān)鍵生態(tài)廊道與相關(guān)規(guī)劃產(chǎn)生沖突的情況下可將其作為備選路徑，使生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的搭建更加靈活多變。此外，關(guān)鍵生態(tài)廊道與潛在生態(tài)廊道高度重合的區(qū)域應(yīng)作為生態(tài)節(jié)點，其保護和修復(fù)對生態(tài)廊道傳輸效率和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性起到重要促進作用，因此有必要參考其他方法識別多條路徑和生態(tài)節(jié)點進而優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)布局。