全域土地綜合整治背景下樂平市生態安全格局構建與優化研究

向文武　蔡海生　張學玲　查東平

［關鍵詞］ MSPA；MCR；重力模型；生態安全格局；全域土地綜合整治；樂平市

［摘 要］ 全域土地綜合整治對于促進耕地保護、實現土地集約節約、改善區域生態環境具有非常積極的作用。樂平市是江西省全域土地綜合整治試點，為實現對礦產資源型地區生態安全格局構建與優化的目標，運用形態學空間格局分析法（MSPA）、景觀連通性指數提取生態源地，通過最小累積阻力模型（MCR）和重力模型提取生態廊道和節點，分析區域生態安全格局現狀并探索樂平市生態安全格局優化方案。結果表明：樂平市有生態源地19處、生態廊道74條、生態節點44個，呈現地區不均勻分布的特點；生態安全水平總體上不高，生態網絡連通性一般，生態阻力大；優化后的生態安全格局新增生態源地9處、生態廊道19條、生態節點7個，形成了“一軸三帶三區”的戰略布局。

［中圖分類號］ X826 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1000－0941（2023）07－0005－07

全域土地綜合整治是生態保護修復的實施載體，生態安全格局的構建與優化是生態保護修復的實施途徑，科學合理的生態安全格局構建是精準有效實施全域土地綜合整治、提高生態安全水平的具體抓手，兩者相輔相成、互為支撐。基于全域土地綜合整治開展生態保護修復是實現可持續發展和美麗中國的重要舉措。隨著社會經濟發展進程不斷加快，人類對大部分自然資源的使用已經逼近或者達到生態承載力上限，生態系統在數量和質量上均遭到破壞，國土空間生態安全受到威脅[1]。在此背景下，作為生態保護修復項目實施的新方向，隨著鄉村振興的不斷推進，全域土地綜合整治逐漸向系統化、全局化演進。全域土地綜合整治明確要求保護和恢復區域生態功能，維護生物多樣性。基于上述要求，構建生態安全格局并進行優化研究，對于保持生態系統穩定、提高生態系統供給能力具有重要意義。

全域土地綜合整治的前提是對區域生態安全格局的研判，而生態安全格局目前較成熟的研究范式[2-3]是“識別源地—構建阻力面—提取廊道及節點”，已在不同尺度和典型區域得到了廣泛應用。其中：生態源地是具有重要生態功能和較強敏感性的大型生境斑塊，如自然保護區、森林公園、濕地公園等，通常運用生態系統服務和權衡的綜合評估模型（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs，InVEST）[4]、形態學空間格局分析法（Morphological Spatial Pattern Analysis，MSPA）[5]、模型指標法[6]提??；阻力面反映了物種空間擴散和潛在流動面臨的阻礙和困難程度，通常運用地類賦值[7-8]、修正指數[9]、最小累積阻力模型 （Minimum Cumulative Resistance，MCR） [10-11]構建；生態廊道是物種遷移擴散的通道，通常運用電路理論[12]、重力模型[4]、成本路徑[13]等方法提取。上述研究理論和方法豐富了生態保護修復研究，但全域土地綜合整治是對生態安全格局的系統保護和整體修復，因此本研究基于“源地—阻力面—廊道與節點”的生態安全格局，識別生態建設、保護帶和生態保育區，提出具體有效的生態保護修復與空間優化方案，從而統籌宏觀空間優化和具體生態保護修復措施，相比生態修復的工程措施研究考量更加系統，更有利于生態系統功能整體發揮。本研究以江西省樂平市為例，以資源型城市的生態安全格局構建與優化為切入點，基于生態源地識別、生態廊道和生態節點判別，進行生態安全格局優化分區，并提出優化策略，以期在全域土地綜合整治中為區域生態保護修復提供參考。

1 研究區概況及研究數據

1.1 研究區概況

樂平市位于江西省東北部，地理位置116°53′36″～117°32′40″E、28°42′14″～29°23′24″N，行政區劃總面積1 980.11 km2，下轄16個鄉鎮、2個街道和2個鄉級園區。樂平市礦產資源豐富，還是全國商品糧基地、江西省最大的無公害蔬菜生產基地等，但過于偏重礦產開采和農業生產的經濟發展模式也導致了一系列生態環境問題，比如地表沉降、土壤損失、植被破壞、耕地損毀、固體廢棄物污染等。在生態優先、綠色發展戰略導向下，江西省自然資源廳將樂平市列為全省首批全域土地綜合整治試點區，重點開展全域生態安全格局宏觀把控和生態保護修復精準施策方面的研究。本研究對樂平市開展生態安全格局構建與優化修復研究，對于同類型城市或地區具有代表性和示范性。

1.2 數據來源及處理

本研究植被覆蓋數據來源于中國科學院生態科學數據中心（http：//www.nesdc.org.cnHYPERLINK"http：//www.nesdc.org.cn"），分辨率為30 m，并進行歸一化處理。土地利用數據、數字高程模型（DEM）來源于地理空間數據云平臺（http：//www.gscloud.cnHYPERLINK"http：//www.gscloud.cn"）。以地理空間數據云平臺2020年分辨率為30 m和行列號分別為121/40、120/40的Landsat8 OLI遙感影像為基礎，利用軟件ENVI5.3進行解譯處理，結合《土地利用現狀分類》（GB/T 21010—2017）、樂平市土地調查數據得到2020年樂平市土地利用數據，并根據生態源地識別和生態阻力面構建的需要劃分為城鎮及其他建設用地、農村居民點、耕地、草地、水域、林地和其他土地7類，其中采礦點數據根據樂平市自然資源局土地利用調查結果進行提取。其他參考數據包括《樂平市礦產資源總體規劃（2021—2035）》（公示稿）、樂平市生態保護紅線等來源于樂平市自然資源和規劃局。

2 研究方法

2.1 形態學空間格局分析

生態源地是生態用地保護的“源”，其生境質量高、生態功能良好，作為生物資源豐富的集聚地，具有穩定性、擴展性等。本研究基于2020年樂平市土地利用柵格數據，運用形態學空間格局分析法（MSPA），利用Guidos軟件，采用八臨域分析法對土地利用進行MSPA分析，識別出研究區的核心區、孤島、分支、邊緣區、穿孔、環道區和橋接區等，得到7種互不重疊的景觀類型，結合Conefor軟件計算斑塊的景觀（可能）連通性（PC）與斑塊連通的重要性（dPC）。斑塊連通性的值越大，斑塊連通性越強；斑塊連通重要性的值越大，斑塊連通重要性越強[14]。其計算公式分別為

2.2 最小累積阻力模型

1）阻力因子選取。生態阻力是指物種及生態功能在對空間的控制和覆蓋過程中所需克服的阻力。阻力值越低，區域生態功能越完善，生態服務價值越高[15]。參考文獻[16-17]與專家意見，從自身因子和干擾因子兩方面選取8個影響樂平市生態安全格局的生態因子進行阻力賦值，除次要因子高程賦值1～50外，其余因子均賦值1～100，對應權重采用Yaahp軟件分析確定，經過一致性檢驗，最終得到生態阻力因子賦值見表1。

2）最小累積阻力計算。最小累積阻力模型 （MCR） 是由俞孔堅等根據KNAAPPEN等的研究改進而來，它的原理是模擬計算生態源地之間物種及生態功能遷移所需克服的最小累積阻力，以判斷斑塊之間的物質和能量流動趨勢。具體計算公式為

評價指標反映了生態廊道與生態節點的數量關系，指標數值的大小反映了生態網絡結構的復雜程度和生態效能情況。其中：α指數越大表示生態網絡中生物循環和流通越暢通；β指數越大表示生態網絡中生態源地之間連接越緊密；γ指數越大表示生態節點之間連接程度越好；CostRatio指數表示投入與產出的關系，數值越低越有利于生態網絡建設。

3 結果分析

構建樂平市生態安全格局可以掌握生態要素的現狀格局，明確當前生態源地、生態節點、生態廊道及生態阻力的分布格局，以便開展全域土地綜合整治生態保護修復項目，促進生態價值顯化。

3.1 生態源地識別

基于2020年30 m×30 m土地利用柵格單元，考慮到樂平市景觀格局現狀中林地、水域分布區域集中且穩定、受人類干擾少、生態服務功能好，運用ArcGIS 10.2軟件重分類功能將林地、水域作為MSPA分析的前景數據設為2，其余地類作為背景數據設為1，空白區域設為0。運用Guidos軟件分析得到MSPA景觀類型（圖1）。并運用Confer2.6軟件計算PC和dPC，其中連通概率設為0.5。根據MSPA分析和dPC計算結果，選取斑塊面積＞250 hm2且dPC＞4.0的18塊核心區域作為生態源地，此外樂安河是重要的生態功能服務地，也將其列為生態源地，共選取19塊區域作為生態源地（圖1）。研究區生態源地面積共482.63 km2，占總面積的24.37%，生態源地土地利用類型以林地、水域為主，主要分布在市域北部及東南部山地丘陵地區。

3.2 生態阻力面構建

根據生態因子賦值結果（表1），運用ArcGIS 10.2重分類功能和柵格計算器得到樂平市生態因子阻力面（圖2）。圖2中，生態因子阻力值越大，表明穿越該斑塊所耗費的成本越高。研究區生態阻力高值區域總體上位于人類活動密集區，這些區域人口密度大，交通線密集，土地利用強度大，植被覆蓋度低，生態破壞較為嚴重。通過綜合阻力面可以看出，樂平市中部、西部地區及東部丘陵地勢平坦地區的生態阻力值較大，西北和南部地區生態阻力值較小，呈現由中部向四周輻射降低的特點，是典型的高原型阻力面分布類型。

由圖2可知，阻力值出現最大值的地類主要有居民點、交通線和采礦點，其分布區域廣泛，是綜合阻力面的主要阻力因素，其余地類的阻力值高值區域較少，這表明樂平市生態安全格局主要受到居民點、交通線和采礦點的影響，即人類活動是影響生物遷移交換的主要阻力。

3.3 生態廊道和生態節點選取

通過ArcGIS 10.2軟件成本距離、成本路徑分析，剔除距離較遠和累積阻力較大的成本路徑，最終得到19個生態源地之間的潛在生態廊道74條。根據重力模型的計算結果，篩選出重要生態廊道30條，其余44條為一般生態廊道。通過生態廊道分布圖[圖3（a）]統計重要生態廊道長度共170.19 km，占潛在生態廊道總長度的38.04%。

通過ArcGIS 10.2軟件水文分析功能提取樂平市最大生態阻力值脊線，并與重要生態廊道、一般生態廊道經過相交分析得到生態節點，最終共提取重要生態節點16個、一般生態節點30個，生態節點分布見圖3（a）。由圖3（a）可知，樂平市生態廊道整體連接程度一般，空間閉合程度一般，且空間分布不均勻。其中，生態廊道和生態節點主要分布在樂平市南部、東北部地區，這些地區生態廊道和生態節點較多且分布較密集，使得區域內生態源地較好地連接了起來；而中部平原與丘陵地區等綜合生態阻力值較高的區域，生態廊道和生態節點缺失，加之人類聚集容易造成生態廊道斷裂，因此生態功能薄弱，不利于物種遷移交換，需要加大投入，建設和保護區域內潛在生態廊道和生態節點。

3.4 生態安全格局構建與分析

基于MSPA與MCR生態阻力分析，構建“源地—廊道—節點”三位一體的樂平市生態安全格局，見圖3（a）。由圖3（a）可見，樂平市生態安全格局景觀連通性總體水平不高；生態網絡整體上表現為生態廊道閉合、連接性一般，生態源地、廊道、節點較多但空間分布不均勻。

通過自然斷點法將綜合生態阻力值分級得到生態安全等級，見圖3（c）。統計得到生態安全較低和低等級區域面積為1 493.24 km2，占總面積的75.41%，集中分布在市域中西部、東南部地區。這些區域是城市化發展的重要區域，人類活動密集，分布有少量生態節點和細長的生態廊道，但與其他生態源地連通性較差，難以進行物種交換遷移，已經形成了生態孤島，需要進行重點保護和生態建設。生態安全等級高和較高的區域面積僅486.87 km2，占總面積的24.59%，主要分布在市域南端、東南部和東北部地區。這些區域內林地、大型水庫眾多，海拔較高且坡度變化大，人類活動干擾少，分布著除樂安河外的全部生態源地，為市域生態安全提供了重要的物質支撐，是維護生態系統服務功能的主要地區，需要長期堅持保護。

通過生態網絡完整度評價，能夠判斷樂平市生態安全格局中的生態網絡連接情況。其中：α值在0～1之間，數值越大則生態網絡越暢通；樂平市α指數值為0.33，表明生態網絡中物種交換、遷移受到的阻力較大。β值＞1時，表明區域生態節點間連接線較多；樂平市β值為1.61，略高于1，說明該區域生態廊道連通性一般。γ值在0～1之間，數值越大則生態節點連接性越強；樂平市γ值為0.56，表明該區域生態節點連接性不強。CostRatio指數值在0～1之間，數值越大表明物種交換遷移成本越高；樂平市CostRatio指數值為0.81，說明成本比較高，原因主要是生態源地空間跨度大，部分源地之間物種遷移、交換需要經過的路程遠。因此，樂平市需要擴張生態源地，增加生態節點，建設重點生態廊道，以促進生態安全格局優化。

3.5 生態安全格局空間優化

1）生態源地。為了增強現有生態源地之間物種交換遷移的物質流和能量流，通過對研究區已有生態源地進行500、1 000 m緩沖區分析發現，緩沖距離達到1 000 m時生態源地之間斑塊連接處較多，提高了源地之間的連接性，說明需要加強生態源地周圍1 000 m范圍內的生態保護，而1 000 m緩沖區覆蓋面積為1 449.57 km2，覆蓋全市73.21%的區域，能有效促進全市的生態源地保護。同時，為了優化生態源地空間分布格局、增加市域內以及市域內外物種遷移過程中的休憩和調整空間，結合研究區生態保護紅線劃定范圍，在西部和西北部生態紅線和生態源地缺失的地區選取面積較大或斑塊連通性較強的9個斑塊作為“踏腳石”型生態源地，以增強市域西部地區生物遷移交換的棲息地。最終得到研究區生態源地優化結果見圖3（b），優化后共得到28塊生態源地。

2）生態廊道與生態節點。為了進一步提高生態源地之間的連通性，重復運用前文成本距離、成本路徑工具，模擬得到優化生態源地之間的生態廊道，以連通性和阻力值為條件，篩選出連通性較強、阻力值較小的新增生態廊道19條，新增生態廊道長度167.54 km。此外考慮到樂安河及其岸線濕地對物種遷移交換的重要作用，也將其列為優化生態廊道范疇。優化后的生態廊道增加了生態源地之間的連接性，為物種遷移交換增添了路徑。為了保障生態廊道的暢通和穩定性，還需要進行生態廊道保護帶建設，如投入工程保護措施，建設30 m寬度的生態廊道帶。

生態節點是生態網絡中物種遷移交換的關鍵點，對生態網絡的暢通起到了關鍵作用。為了增強生態網絡的暢通性，提取最大阻力脊線與生態廊道交點，新增生態節點7個。同時生態廊道的交點既是物種遷移的交匯點，也是生態網絡中的脆弱點。為了提高生態網絡穩定性，需要開展對生態節點的保護修復，減少人類活動的干擾。具體做法如建設生態保護帶、架設通行橋梁等為物種遷移提供通道，促進區域之間生物交換流通。

3）生態安全格局戰略設計。以樂平市生態安全格局構建為基礎，以保護優先、綠色發展為原則，以優化空間格局為目標，最終達到增強生態網絡連通性、保護生態源地的效果。通過生態問題的分析，結合樂平市區位設計“一軸三帶三區”的生態安全格局戰略策略，見圖3（c）。其中：①樂安河生態建設軸。該區是連接南北的重要生態源地，阻礙了陸生生物的南北遷移，需要加強沿岸生態防護林建設，重點推進水生態保護修復。②西部生態建設帶。該區以新增生態源地、生態廊道和生態節點為主，區域內生態阻力較大，因此需要注重生態修復，恢復采礦地生態，構建生態廊道緩沖帶，促進西部地區的物種交換遷移。③中部生態修復帶。中部南北貫通的兩條生態修復帶總體上分布在丘陵山谷地區，區域內人類活動頻繁、交通線密集，形成了眾多孤島，應當加強對生態脆弱點的修復和保護，加寬道路綠化帶，從而增強生態系統的連通性，減小生物遷移阻力。④北部生態保育區、東部生態保育區、南部生態保育區。該區域生態源地多，生態阻力值總體較低，是重要的物種棲息地，需要禁止生態破壞行為，避免破壞生物生存環境。3個生態保育區面積共1 025 km2，占全市總面積超50%，能有效提升全市生態環境質量。

4 結論與討論

4.1 結 論

基于全域土地綜合整治視角，構建樂平市生態安全格局，并設計生態安全格局優化策略。研究結論：①通過MSPA分析，以景觀連通重要性和斑塊面積為依據，選取19個生態源地，面積共482.63 km2，占樂平市總面積的24.37%，源地分布以樂安河為南北界線，集中在北部和東南部地區。②通過MCR累積阻力面和重力模型構建樂平市生態安全格局，得到有效生態廊道74條、生態節點44個?？傮w上生態安全等級不高且局部地區生態問題突出，生態網絡連通性一般，表現出較強的生態保護修復需求。③基于“點-線-面”的生態安全格局，從節點、廊道、源地三方面入手優化生態安全格局，并設計“一軸三帶三區”的生態安全戰略布局，提出了市域尺度的優化策略。④優化后的生態安全格局擁有28個生態源地、93條生態廊道、51個生態節點，將為生物遷移流動提供更多的休憩和調整空間。其中，生態廊道的建設能夠增強區域內生物流通性，生態節點的建設有助于加強對生態廊道薄弱點的保護，提高生態網絡的穩定性。

4.2 討 論

通過MSPA和MCR模型的運用，識別了樂平市生態安全格局總體問題，找出了生態安全格局的優化路徑，有助于生態系統的維護。本研究綜合考慮多方面因素，MSPA分析的多形態運算能夠更好地識別重要生境斑塊，同時景觀連通性和斑塊連通重要性能夠為生態廊道的篩選提供客觀依據，避免了主觀判斷的干擾，因此研究結果具有較高的準確性和可信度。此外，生態安全格局的形成是一個多因素綜合作用的結果，后續應加強從時間序列分析生態系統的演變過程，注重從時間上和空間上雙重優化。同時，本研究中樂安河作為一個更大范圍的生態系統，后續可以加強流域視角的生態安全格局構建與優化。

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收稿日期：2023-04-19

基金項目：國家自然科學基金項目（31660140）；江西省高校人文社科重點研究基地項目（2018-32）；江西省自然資源權益與儲備保障中心項目（QY20220084）

第一作者：向文武（1993—），男，四川蒼溪人，碩士，研究方向為土地經濟和土地生態。

通信作者：蔡海生（1972—），男，江西萬年人，教授，博士，博士生導師，研究方向為土地經濟和土地生態。

E-mail： 1247650750@qq.com

（責任編輯 李楊楊）