顧及石漠化敏感性的山地型城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
——以云南省曲靖市為例

陳 艷,馬月偉,*,潘健峰,馮小鶴

1 西南林業(yè)大學(xué)地理與生態(tài)旅游學(xué)院,昆明 650224 2 云南師范大學(xué)地理學(xué)部,昆明 650224

優(yōu)化國土空間開發(fā)保護(hù)格局和提升區(qū)域生態(tài)安全是生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)之一[1]。隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速推進(jìn),資源緊缺、生態(tài)退化、環(huán)境污染等問題日益明顯,生態(tài)安全修復(fù)與保護(hù)迫在眉睫[2]。構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對于保障城鄉(xiāng)生態(tài)安全、緩解生態(tài)環(huán)境壓力具有重大意義[3],是恢復(fù)維持生物連通性和生境連續(xù)性的關(guān)鍵手段[4],也是優(yōu)化國土空間結(jié)構(gòu)的有效方法[5]。在這一背景下,如何以維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與健康為前提[6],精準(zhǔn)識別關(guān)鍵保護(hù)區(qū)是構(gòu)建生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),也是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。

目前學(xué)術(shù)界關(guān)于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究已初步形成了“源地識別—構(gòu)建阻力面—生態(tài)廊道與節(jié)點(diǎn)提取”的基本范式[7]。生態(tài)源地是物種擴(kuò)散和維持區(qū)域生態(tài)安全的源點(diǎn),以往研究主要借助于直接法或綜合指標(biāo)法等實(shí)現(xiàn)[8]。然而,前者未充分考慮綜合環(huán)境對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的差異性特征的響應(yīng)[9];相比之下,綜合指標(biāo)法能夠有效辨識自然系統(tǒng)與社會系統(tǒng)的空間特征[10],因而得到了廣泛應(yīng)用。盡管在源地識別方面積累了豐富的成果,但大量研究僅局限于生態(tài)系統(tǒng)本身的功能屬性或生態(tài)重要性[9],將生態(tài)系統(tǒng)功能和狀態(tài)相結(jié)合納入識別源地的研究較少。生態(tài)阻力面是生成生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的核心環(huán)節(jié)[11],其反映了生物遷徙過程中所面臨的障礙,多借助于經(jīng)驗(yàn)法判斷[12],然而該方法并不適用于地形復(fù)雜的高原山區(qū),且對于地表崎嶇、山高坡陡的喀斯特山地城市,采用經(jīng)驗(yàn)法賦值會忽略地貌因素對于物種遷徙的阻礙作用。借助于石漠化敏感性對基于地類的生態(tài)阻力面進(jìn)行修正,則可以提高阻力面設(shè)置的科學(xué)性,但相關(guān)研究還有待深入。生態(tài)廊道是生態(tài)源地之間供以物種遷徙及能量交換的通道[13],常通過最小累積阻力模型、蟻群模型、電路理論等方法提取,其中最小累積阻力模型的應(yīng)用廣泛[6]。既有研究積累了豐富的成果,但在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的理論指引與具體實(shí)踐等方面仍存在脫節(jié)[14],可能會影響生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的客觀性。綜上,充分考慮生態(tài)系統(tǒng)的功能與狀態(tài)特征,構(gòu)建能反映區(qū)域環(huán)境特色的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),是目前生態(tài)安全格局研究中關(guān)注的重點(diǎn)問題。

生態(tài)系統(tǒng)健康是保障生態(tài)系統(tǒng)功能在持續(xù)健康狀態(tài)下提供服務(wù)的重要基礎(chǔ),同樣也是優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間格局的重要前提[6—15]。目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康的評估體系主要包括壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型、活力-組織力-恢復(fù)力(VOR)模型等[16],其中活力-組織力-恢復(fù)力(VOR)模型可用于反映生態(tài)系統(tǒng)的整體性與結(jié)構(gòu)性特征,但缺乏將社會-自然系統(tǒng)相互耦合的橋梁,而Costanza提出的活力-組織力-恢復(fù)力-服務(wù)(VORE)模型能夠客觀地反映人類活動對于生態(tài)系統(tǒng)的擾動[17],并表征綜合景觀對區(qū)域環(huán)境的影響,由此可實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)的基本判別。當(dāng)前,生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)廣泛應(yīng)用于河流、海岸帶、森林等生態(tài)系統(tǒng)的研究中,為降低生境破碎化、保障區(qū)域生態(tài)安全提供了重要的參考,但針對生態(tài)脆弱區(qū)這一具有特殊生態(tài)過程地區(qū)的安全評價(jià)仍有待進(jìn)一步深入。

曲靖市作為西南巖溶大省云南的副中心城市,屬典型的喀斯特多山城市,潛在石漠化面積居于全省首位,區(qū)內(nèi)建設(shè)用地可擴(kuò)張空間有限,環(huán)境承載力低[18],雖然自然資源豐富,但生態(tài)本底脆弱,人地關(guān)系緊張?；诖?選擇曲靖市為研究對象,將生境質(zhì)量、水源供給和土壤保持三項(xiàng)重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入到生態(tài)系統(tǒng)健康診斷模型(VORE)中,依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)重要性評價(jià)識別生態(tài)源地;同時(shí),利用石漠化敏感性修正基于土地利用類型的生態(tài)阻力面,借助最小累積阻力模型和重力模型劃分生態(tài)廊道,從而構(gòu)建曲靖市的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局,以期為生態(tài)脆弱性城市的生物多樣性保護(hù)與生態(tài)安全屏障構(gòu)建提供參考。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

曲靖市(103°03′E—104°50E,24°19′N—27°03′N)位于云貴高原滇東腹地(圖1),地處滇、桂、黔三省接合部,轄域面積2.89萬km2[19]。該地區(qū)屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候,年均降水量1036 mm,年均溫15.1℃。地勢西高東低,略呈階梯狀下沉,市境地貌以高原山地為主,嶺谷交錯相間,境內(nèi)喀斯特地貌廣泛發(fā)育,生態(tài)系統(tǒng)脆弱[20]。研究區(qū)介于長江、珠江水系的上游分水嶺地帶和珠江水系源頭區(qū),生態(tài)區(qū)位特殊,因而被納入珠江源生態(tài)安全保障區(qū)和水土保持重點(diǎn)規(guī)劃區(qū)[21],在保障河流生態(tài)系統(tǒng)安全等方面具有生態(tài)意義。此外,曲靖市是中國“一帶一路”、“長江經(jīng)濟(jì)帶”和“滇中城市群”等經(jīng)濟(jì)規(guī)劃的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[19],經(jīng)濟(jì)區(qū)位重要。隨著工業(yè)化和城市化建設(shè)的快速發(fā)展,曲靖市的生態(tài)問題愈發(fā)突出,經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)矛盾尖銳。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源及說明如下:(1)土地覆被數(shù)據(jù)(2000年、2010年、2020年)來源于資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/),30 m;(2)高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://gscloud.cn/),30 m,并據(jù)此生成坡度;(3)土壤數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD) (V1.2),1 km;(4)歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)來源于國家生態(tài)數(shù)據(jù)中心資源共享服務(wù)平臺(http://www.nesdc.org.cn/),30 m;(5)氣象數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn/),1 km;(6)景觀格局指數(shù)使用Fragststs 4.2軟件計(jì)算得出;(7)人口密度數(shù)據(jù)來源于Worldpop(https://www.worldpop.org/),1 km;(8)石漠化敏感性數(shù)據(jù)來源于徐紅楓等[22]的研究成果,該數(shù)據(jù)借助谷歌地球引擎GEE)云計(jì)算平臺調(diào)用Landsat影像進(jìn)行批處理,數(shù)據(jù)精度較好,可用于本研究;(9)自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)來源于中國自然保護(hù)區(qū)標(biāo)本資源共享平臺地理信息庫(http://www.papc.cn/html/folder/946895-1.htm);(10)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來源于地理國情監(jiān)測云平臺(http://www.dsac.cn);本文所有影像統(tǒng)一采用WGS84坐標(biāo)系,分辨率統(tǒng)一為300 m。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)健康評估

生態(tài)系統(tǒng)健康是指生態(tài)系統(tǒng)滿足人類發(fā)展的合理需求的能力,以及自我維護(hù)和更新的能力[23]。本文采用生態(tài)系統(tǒng)健康(VORE)模型量化曲靖市的生態(tài)安全狀況,公式如下[24]:

(1)

式中,EHI為生態(tài)系統(tǒng)健康;EV為生態(tài)系統(tǒng)活力,EO為生態(tài)系統(tǒng)組織力、ER為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、ES為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

2.1.1生態(tài)系統(tǒng)活力

生態(tài)系統(tǒng)活力(EV)指生態(tài)系統(tǒng)的活力、新陳代謝或凈初級生產(chǎn)力[25]。本研究選用歸一化植被指數(shù)(NDVI)作為生態(tài)系統(tǒng)活力指標(biāo)[26]。

2.1.2生態(tài)系統(tǒng)組織力

生態(tài)系統(tǒng)組織力(EO)指生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣性與穩(wěn)定性,生態(tài)系統(tǒng)組織受景觀異質(zhì)性(LH)、景觀連通性(LC)和景觀形狀指數(shù)(LS)的共同影響[27]。采用景觀分割度和蔓延度指數(shù)表征景觀連通性,連通性高則物種交流與遷徙能力強(qiáng)。采用香農(nóng)多樣性和香農(nóng)均勻性指數(shù)表征景觀異質(zhì)性,景觀異質(zhì)性水平越高則景觀穩(wěn)定性越好。采用周長面積分維數(shù)表征景觀形狀指數(shù),景觀形狀指數(shù)越高表明景觀的破碎化程度越高,形狀越為復(fù)雜。本研究借助于Fragststas4.2軟件計(jì)算各景觀指標(biāo),權(quán)重設(shè)置參考研究[28],公式如下[27]:

EO=0.3×LC+0.5×LH+0.2×LS

=0.15×DIVISION+0.15×CONTAG+0.25×SHDI+0.25×SHEI+0.2×PAFRAC

(2)

式中,EO為生態(tài)系統(tǒng)組織力,LC為景觀連通性指數(shù),LH為景觀異質(zhì)性指數(shù),LS為景觀形態(tài)指數(shù),DIVISION為景觀分割度指數(shù),CONTAG為蔓延度指數(shù),SHDI為香農(nóng)多樣性指數(shù),SHEI為香農(nóng)均勻性指數(shù),PAFRAC為周長面積分形維數(shù)。

2.1.3生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力

生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力(ER)是指生態(tài)系統(tǒng)在外界脅迫下維持其自身結(jié)構(gòu)、功能的能力,通常由抵抗力和彈性兩方面組成,其中抵抗力是指生態(tài)系統(tǒng)對自然災(zāi)害或人類活動等外部干擾的抵抗力,通過自我調(diào)節(jié)來避免破壞并保持穩(wěn)定的物種[29];彈性是指生態(tài)系統(tǒng)受破壞后恢復(fù)到原始狀態(tài)的能力[30]。本文參考Peng等[31]的研究,對不同土地利用類型的抵抗力和彈性系數(shù)進(jìn)行賦值,并分別設(shè)置抵抗力和彈性的權(quán)重為0.7、0.3。公式如下[29]:

ER=0.3×Resisl+0.7×Resist

(3)

式中,ER為生態(tài)系統(tǒng)彈性,Resisl為生態(tài)系統(tǒng)彈力,Resist為生態(tài)系統(tǒng)抵抗力。

2.1.4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

結(jié)合曲靖市的環(huán)境特征并參考前人研究[32—34],選取生境質(zhì)量(HQ)、產(chǎn)水量(WY)、土壤保持(SC) 3項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評估。曲靖市生態(tài)本底脆弱,環(huán)境一旦受到嚴(yán)重破壞,可能會加劇區(qū)域內(nèi)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),而生境質(zhì)量模型則可以估算生態(tài)環(huán)境的基本情況;研究區(qū)位于云南省東部,受東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)的影響,降雨量波動,干旱發(fā)生頻率較高[35],加之受特殊的喀斯特地貌影響,地表保水困難,故評估該地的產(chǎn)水量對于保障高原山地的水資源安全具有重要意義;土壤退化、水土流失問題是制約喀斯特地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵問題,故本研究選取土壤保持服務(wù)功能衡量研究區(qū)的泥沙儲積保持能力。各項(xiàng)服務(wù)的計(jì)算公式(表1)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算公式Table 1 Calculation formula of ecosystem services

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在量綱差異性,為便于分析,將2000年、2010年、2020曲靖市的三種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行歸一化處理,并通過加權(quán)求均值的方法,得到曲靖市綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)圖層。

2.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.2.1生態(tài)源地識別

本研究借助于生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)輔助識別生態(tài)源地,將生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)按等間距分類法劃分為“[0—0.2)、[0.2—0.4)、[0.4—0.6)、[0.6—0.8)、[0.8—1.0)”五個級別,提取非常健康區(qū)域(EHI>0.8)的區(qū)域作為備選源地,剔除面積小于2 km2的斑塊,將其編碼后輸入Conefor軟件測算斑塊重要性指數(shù)(dPC),設(shè)置斑塊連通距離為2500 m,連通概率為0.5,提取dPC介于前15%的區(qū)域作為曲靖市的生態(tài)源地[35]。公式如下[36]:

(4)

(5)

(6)

2.2.2生態(tài)阻力面設(shè)置及修正

結(jié)合曲靖市的實(shí)際及相關(guān)研究[14,18,37—39],選取坡度、高程、歸一化植被指數(shù)、生境質(zhì)量、土地利用類型、距道路距離、距水體距離、人口密度作為阻力因子。采用因子分析法確定阻力權(quán)重(表2)。

表2 生態(tài)源地阻力因子權(quán)重及分級Table 2 Schematic diagram of weight and classification of resistance factor of ecological source

石漠化不僅會影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力,同時(shí)會降低生態(tài)源地的連通性,干擾物種的跨區(qū)域流動[40]。本研究選取石漠化敏感性修正基于地類賦值的基本阻力面,公式如下[22]:

(7)

式中,Ri為基于石漠化敏感性修正的柵格i的生態(tài)阻力系數(shù);NLi為柵格i的石漠化敏感性指數(shù);NLα為柵格i對應(yīng)的土地利用類型α的平均石漠化敏感性;R為柵格i對應(yīng)土地類型的阻力系數(shù)。

2.2.3生態(tài)廊道提取及重要性分級

最小累積阻力(MCR)模型通過計(jì)算物種在源地之間遷徙的最小累積成本距離,進(jìn)而獲取物種為遷徙所選的最低成本路徑[41]。公式如下[41]:

(8)

式中,MCR為最小累積阻力值,Dab為物種從源地a到景觀單元b的空間距離,Ra為景觀單元a的阻力值,fmin表示最小累積阻力與生態(tài)過程的正相關(guān)關(guān)系。

重力模型通過計(jì)算生態(tài)源地之間的相互作用強(qiáng)度來衡量源地之間潛在生態(tài)廊道的重要程度。公式如下[37]:

(9)

式中,Gab為生態(tài)源地a和b之間的相互作用強(qiáng)度;Na和Nb分別為源地a和源地b的權(quán)重;Dab為標(biāo)準(zhǔn)化之后的生態(tài)廊道阻力值;Pa和Pb為生態(tài)源地a和b之間的平均阻力值;Sa和Sb為生態(tài)源地a和b的面積;Lab為生態(tài)源地a和b之間的廊道阻力值;Lmax為區(qū)域內(nèi)最大廊道阻力值。

3 結(jié)果與分析

3.1 曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康診斷

曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康評估結(jié)果顯示(圖2),2000年、2010年、2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)(EHI_Mean)為0.625、0.644、0.601,呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,總體處于健康狀態(tài)。從空間布局來看,曲靖市以北地區(qū)的生態(tài)狀況優(yōu)于南部地區(qū),中部地區(qū)形成了以麒麟?yún)^(qū)為主的生態(tài)健康惡化點(diǎn),且惡化范圍逐年擴(kuò)大。具體來看,會澤縣、宣威市等地以林草植被為主,健康指數(shù)介于0.632—0.678之間,能夠?yàn)槿祟惖纳a(chǎn)和生物的棲息提供穩(wěn)定的生態(tài)產(chǎn)品,這與該地生態(tài)基底良好、植被覆蓋率高、區(qū)域健康狀況穩(wěn)定,人為干擾小等因素有關(guān)。此外,近些年來,中國開展的國土空間治理、生態(tài)修復(fù)等工程,客觀上加強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)力度;陸良縣、麒麟?yún)^(qū)、馬龍區(qū)等地的生態(tài)健康狀況整體較差,以耕、園地等為主,人造地表近年來急劇擴(kuò)張,受多重因素影響,局域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所攀升,多發(fā)于人口密集的中心城區(qū),生境破碎化、水土流失、環(huán)境污染等環(huán)境問題逐漸暴露,亟待制定與曲靖市經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和區(qū)域環(huán)境條件相匹配的未來發(fā)展方案。

圖2 2000—2020年曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康格局Fig.2 Ecosystem health pattern of Qujing City from 2000 to 2020

3.2 生態(tài)源地識別

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷結(jié)果得曲靖市的生態(tài)源地(圖3)。結(jié)果顯示,曲靖市生態(tài)源地面積共計(jì)8656.65 km2,占研究區(qū)總面積的29.92%,與曲靖市“三線一單”生態(tài)環(huán)境分區(qū)管控規(guī)劃要求大致相當(dāng)。從土地利用類型來看,生態(tài)源地主要由林、草地構(gòu)成,二者分別占比50.21%、46.69%,森林和草地生態(tài)系統(tǒng)具有重要的支持和調(diào)節(jié)功能,在保障區(qū)域生態(tài)安全方面具有突出貢獻(xiàn);耕地約占源地面積的2.83%,保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地同樣有益于生態(tài)空間布局的優(yōu)化;濕地僅占了生態(tài)源地總面積的0.13%,造成生態(tài)源地構(gòu)成中濕地面積差異或與曲靖市水資源空間分配不均、景觀斑塊零散分布等有關(guān)。從空間分布來看,源地編號為14、19、17、24的景觀斑塊(dPC>20)相對重要,主要呈帶狀沿東緣蔓延,集中分布在東北部、東南部和南部的山地區(qū)域,包括宣威市、富源縣、師宗縣等,這些區(qū)域植被覆蓋率高、生物多樣性豐富、斑塊破碎化程度小,景觀連通度較高;源地編號為12、10、9、7、11、6、8、1、2的源地(dPC<1)重要性低,呈塊狀零散分布于會澤縣東、宣威市北和沾益區(qū)西部等地,斑塊小而分散,在一定程度上會影響大型生物的遷徙;而馬龍區(qū)、陸良縣等未分布有生態(tài)源地,不利于物種的跨區(qū)域流動,亟待增加生態(tài)源地、開展生態(tài)保護(hù)工程。研究發(fā)現(xiàn),生態(tài)源地斑塊的面積大小會對源地之間的連通性造成一定的影響,具有完整性、結(jié)構(gòu)性的綠色生境可以為城市的生態(tài)健康安全提供保障。

圖3 曲靖市生態(tài)源地及與自然保護(hù)區(qū)重疊分析Fig.3 Analysis on the Ecological Source and Overlap with Natural Reserve in Qujing City序號1—24為生態(tài)源地編號

將生態(tài)源地與4個國家級、省級自然保護(hù)區(qū)疊置分析,發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)、國家森林公園有70.18%落入曲靖市的生態(tài)源地中。其中重疊率較高的區(qū)域涵蓋珠江源保護(hù)區(qū)、會澤駕車自然保護(hù)區(qū)、沾益海峰自然保護(hù)區(qū),多位于宣威市、沾益區(qū)、會澤縣;其余源地與保護(hù)區(qū)之間的重疊率較低。

3.3 綜合阻力面

將石漠化敏感性納入景觀阻力面的構(gòu)建環(huán)節(jié)中,在一定程度上會影響生態(tài)廊道的分布和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。由圖4可知,石漠化高敏感區(qū)分布于曲靖市西北部邊緣的灌叢草甸區(qū),以25°—35°的陡坡、緩陡坡為主,空間上未與綜合阻力高值區(qū)重疊;中高敏感區(qū)集中分布于東南部的巖溶丘原區(qū),以15°—25°的緩坡為主;中、低敏感區(qū)景觀類型多樣,以麒麟?yún)^(qū)為核心的區(qū)域人類活動密集,綜合阻力值高。阻力值高值區(qū)由東北向西南呈點(diǎn)帶狀分布,其空間分布能夠大致反映生物在遷徙過程中遇到的阻力。受曲靖市地質(zhì)地貌特殊性的影響,結(jié)合石漠化敏感性對基于土地利用類型的阻力面進(jìn)行修正,修正前后的阻力面高低分異顯著,東南和西北部等的阻力值趨于增強(qiáng),中部地區(qū)的阻力值略有削弱,修正后的阻力面能夠更精準(zhǔn)地反映曲靖市的景觀障礙性元素的空間布局。

3.4 石漠化敏感性對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響

利用MCR模型計(jì)算曲靖市的生態(tài)廊道,基于修正前后的生態(tài)阻力面(不考慮和考慮石漠化敏感性)分析不同石漠化敏感性等級區(qū)內(nèi)生態(tài)廊道的長度占比(圖5)。結(jié)果表明,當(dāng)不考慮石漠化敏感性時(shí),落入高、中高、中低、低敏感性區(qū)的廊道分別占比1.28%、17.04%、48.17%、33.51%;相比之下,考慮石漠化敏感性時(shí),落入高、中高、中低、低敏感性區(qū)的廊道分別占比0.50%、15.70%、52.06%、31.74%;二者對比后發(fā)現(xiàn),不考慮石漠化敏感性的廊道長度明顯長于考慮石漠化敏感性時(shí)的長度,在區(qū)域規(guī)劃中容易導(dǎo)致廊道建設(shè)冗余、進(jìn)而增加建設(shè)成本,而考慮石漠化敏感性的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)化了環(huán)境因子在生物遷徙過程中可能起到的作用,使得生態(tài)網(wǎng)格的構(gòu)建更具有科學(xué)性、客觀性。

圖5 不考慮石漠化敏感性和考慮石漠化敏感性在不同敏感性區(qū)的占比Fig.5 Regardless of rock desertification sensitivity and proportion of considering rock desertification sensitivity in different sensitive areas

本研究基于石漠化敏感性對曲靖市的生態(tài)廊道作進(jìn)一步分析,共識別143條潛在廊道,總長度約為3468.18 km,呈網(wǎng)狀輻射分布,基本覆蓋全域,能夠最大限度滿足生物的遷徙需求。采用重力模型劃分廊道等級,將相互作用力大于1000的廊道作為重要廊道,相互作用力介于100到1000的廊道作為一般廊道,為避免該模型產(chǎn)生大量冗余路徑,剔除重復(fù)路徑和相互作用力小于100的廊道(圖6)。其中,曲靖市的重要廊道38條,長度為902.13 km,主要以短、中程廊道為主,零散分布于研究區(qū)的西北、東南部地區(qū),具有連接生態(tài)源地的重要作用,基本避免了與人類活動區(qū)距離過近而導(dǎo)致的廊道截?cái)?能夠滿足生物在一定范圍內(nèi)的移動需求;一般生態(tài)廊道105條,長度為2566.05 km,空間上南北相連,加強(qiáng)了區(qū)域的連通性,相較于重要廊道,其連接了距離較遠(yuǎn)的生態(tài)源地,斑塊連通性指數(shù)明顯高于其他廊道,有利于物種的遠(yuǎn)距離遷移;從空間分布來看,曲靖市生態(tài)廊道的建設(shè)基本避開了人類生活區(qū),且多與林、水、草地等綠色用地相重疊,促進(jìn)了多物種的傳播與交流,客觀上保障了生物群落的穩(wěn)定性;西南部及其以西地區(qū)無廊道分布,與該處地勢起伏坡度大、建成區(qū)集中等因素有關(guān),廊道未及之處易與其他源地斑塊隔斷,亟需從整體性角度提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性。

圖6 曲靖市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)及生態(tài)斷裂點(diǎn)空間分布Fig.6 Spatial Distribution of Ecological Network and Ecological Breakpoints in Qujing City

3.5 生態(tài)節(jié)點(diǎn)識別

本研究共識別出生態(tài)節(jié)點(diǎn)137處,其中資源型生態(tài)節(jié)點(diǎn)24處,分布于生態(tài)源地的幾何中心,是生態(tài)系統(tǒng)、物種多樣性最為豐富的地段(圖6);生態(tài)暫歇點(diǎn)113處,位于廊道與廊道的交點(diǎn)處,與耕地、草地等人類活動較頻繁的地區(qū)多有重合,能夠充當(dāng)生物短途遷徙的暫歇點(diǎn);選取生態(tài)廊道與國道、鐵路、高速公路的交叉點(diǎn)為生態(tài)斷裂點(diǎn),共識別斷裂點(diǎn)82處,其中與國道相交31處、與鐵路相交39處、與高速公路相交12處,斷裂點(diǎn)在布局上相近,路網(wǎng)的建設(shè)容易加劇生態(tài)源地的島嶼化,不利于廊道的連通性,未來應(yīng)適當(dāng)修復(fù)生態(tài)斷裂點(diǎn),優(yōu)化路網(wǎng)與廊道相協(xié)調(diào)的生物遷徙通道。

3.6 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)健康評價(jià)和MCR模型結(jié)果,針對性地提出以下保護(hù)建議。本文所構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)基本能夠保障石漠化中、高敏感區(qū)的生物流動,生態(tài)廊道、源地在空間上呈西北向東南傾斜分布,其中西南地區(qū)是曲靖市石漠化低敏感區(qū),然而并無廊道、源地和節(jié)點(diǎn)分布,為避免生境孤島化,宜適當(dāng)設(shè)置“生態(tài)踏腳石”,提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性;曲靖市東北、南部等地生境斑塊質(zhì)量高、源地面積大,應(yīng)設(shè)置生態(tài)修復(fù)與防護(hù)并舉的重點(diǎn)保護(hù)生態(tài)空間,并增設(shè)廊道緩沖區(qū)以保障生物的跨區(qū)流動;生態(tài)斷裂點(diǎn)處應(yīng)率先修復(fù)與路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等重疊的區(qū)域,限制人類活動對重要節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部擾動。最后,應(yīng)立足于完整性、結(jié)構(gòu)性等原則,動態(tài)優(yōu)化曲靖市生態(tài)系統(tǒng)的布局、結(jié)構(gòu)、要素布局,依托系統(tǒng)治理的思維優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而保障已識別的生態(tài)關(guān)鍵要素在促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展中持續(xù)發(fā)揮正面作用。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1石漠化敏感性對生態(tài)廊道的影響

生態(tài)廊道是保障區(qū)域內(nèi)優(yōu)質(zhì)生態(tài)資源能量與物質(zhì)流動的重要橋梁[42],具有保護(hù)生物多樣性、維持生態(tài)過程等功能[43]。但生態(tài)廊道建設(shè)的合理性與有效性均受生態(tài)阻力面的綜合影響。已有研究多借助于夜間燈光數(shù)據(jù)[44]、災(zāi)害敏感性[9—11]等作為阻力修正因子,受制于社會生態(tài)背景差異性的影響,該方法并不適用于所有地區(qū),尤其對于生態(tài)敏感和致災(zāi)系數(shù)高的喀斯特地區(qū)。因而,為補(bǔ)充喀斯特地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的案例,本研究嘗試將生態(tài)用地的功能屬性和生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)屬性相結(jié)合篩選生態(tài)源地,利用石漠化敏感性修正生態(tài)阻力面,在空間上對比分析了考慮石漠化敏感性前后曲靖市生態(tài)廊道的空間變化,論證了區(qū)域特有的地貌因素對物種遷移路徑的干擾作用[43],充實(shí)了石漠化敏感性因子在喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究,該項(xiàng)研究同樣可為生態(tài)系統(tǒng)健康監(jiān)測和國土空間優(yōu)化提供參考依據(jù),有利于區(qū)域生物多樣性的保護(hù),可為構(gòu)建更加科學(xué)的生態(tài)安全格局提供參考。

4.1.2研究局限性及展望

本研究在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為影響要素納入生態(tài)系統(tǒng)健康評估框架中,通過生態(tài)系統(tǒng)活力、組織力、恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)四個維度構(gòu)建綜合評估體系選取生態(tài)源地,在生態(tài)源地識別的過程中充分考慮了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性、功能性等內(nèi)部特征,同時(shí)考慮了人類活動對于地表景觀的外部干擾作用,可精準(zhǔn)識別潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生區(qū),表征曲靖市生態(tài)系統(tǒng)健康的空間分異狀況,有助于提高生態(tài)源地識別的科學(xué)性與客觀性?？紤]到傳統(tǒng)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法往往會忽略區(qū)域環(huán)境的個性特征,因此,本研究采用石漠化敏感性對基于土地利用類型的基本阻力面進(jìn)行了修正,研究結(jié)果為具有類似背景的喀斯特山地型的生態(tài)修復(fù)和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了重要的參考依據(jù)。然而,本研究也存在一定不足。首先,本研究主要基于供給、支持、調(diào)節(jié)服務(wù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的衡量指標(biāo),疊加各指標(biāo)表征曲靖市的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),但其中缺少關(guān)于文化服務(wù)的評價(jià)指標(biāo),因而不能全面地說明區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力,此外,采用等權(quán)疊加的方法計(jì)算綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)忽略了各服務(wù)之間的差異性,如何在生態(tài)系統(tǒng)健康評估過程中量化綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值得進(jìn)一步探討。其次,本研究關(guān)注于基于石漠化敏感性的山地型城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,未對生態(tài)廊道寬度進(jìn)行設(shè)置,且囿于行政區(qū)尺度,忽略了市域尺度對宏觀尺度的支撐作用和微觀尺度的影響作用,未來可深入探討跨尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)要素對不同尺度的響應(yīng)。

4.2 結(jié)論

本研究將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)健康相結(jié)合,借助VORE模型評估曲靖市的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,基于此獲得生態(tài)源地,并選取石漠化敏感性修正基于土地類型的生態(tài)阻力面,最后利用最小累積阻力模型等識別生態(tài)廊道與節(jié)點(diǎn),構(gòu)建曲靖市的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。主要結(jié)論如下:

(1)2000—2020年,曲靖市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平先上升后下降,整體上呈下降趨勢。除城鎮(zhèn)建成區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)范圍逐年擴(kuò)大外,其余地區(qū)的健康狀況總體穩(wěn)定。

(2)曲靖市的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)由24個生態(tài)源地、143條潛在生態(tài)廊道、137個生態(tài)節(jié)點(diǎn)和82個生態(tài)斷裂點(diǎn)構(gòu)成,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)由西北向東南呈不規(guī)則狀分布,識別的生態(tài)源地與自然保護(hù)區(qū)重合率達(dá)70.18%,西南部地區(qū)未有源地和廊道分布,景觀連通性較差。

(3)經(jīng)石漠化敏感性修正前后的生態(tài)廊道,在廊道長度方面存在顯著差異,空間分布格局相似。顧及石漠化敏感性的生態(tài)廊道在石漠化高發(fā)區(qū)的占比稍有下降,在結(jié)果上更具有科學(xué)性。