國土空間規劃視角下的韓江流域生態安全格局構建

匡騰飛 張佳濱

1.廣州市城市規劃勘測設計研究院 廣東 廣州 510000

2.廣東省國土資源測繪院 廣東 廣州 510000

生態安全格局是以區域生態安全為目標，通過對區域內的各種自然要素、人為要素進行選擇與組合，獲得由點、線、面等空間要素組成的多指標、多角度、多層次的景觀格局優化[1-2]。在多規合一的要求下，編制國土空間規劃勢在必行。借鑒自然資源部印發的《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價技術指南（試行）》對于評價模型的要求，提出以生態重要性和敏感性為基礎構建流域生態安全格局。韓江流域近二十年來，流域局部地區出現生態環境問題日益突出，水土流失加重，部分地區自然資源的供需矛盾愈發突出。因此，綜合考慮流域生態安全格局的影響因素，運用最小累積阻力模型構建流域的生態安全格局，有利于生態保護建設事業的發展，有助于合理規劃流域生態安全的空間格局、為國土空間規劃體系下的生態修復工作開展提供參考依據。

1 流域生態重要性評價

1.1 CASA模型

凈初級生產力（Net Primary Prodction，NPP）是植物在單位時間和單位面積內通過光合固定的總能量減去呼吸作用消耗的能量，即大自然的固碳能力。本研究的凈初級生產力評價采用朱文泉[3]改進的光能利用率模型（Carnegie Ames Stanford Approach）即CASA模型研究韓江流域的凈初級生產力。在此模型中，決定NPP的兩個因子分別為植被吸收的外在光合有效輻射（APAR）和實際光能利用率（ε），模型具體表達式為：

公式（1）中，NPP(x,t)表示像元x處的植被在t月積累的凈初級生產力（gC·m-2·t-1）；APAR(x,t)表示像元x處的植被在t月所吸收的光合有效輻射（MJ·m-2·t-1）；ε(x,t)表示像元x處的植被在t月的光能利用率（gC·MJ-1）。

1.2 RUSLE模型

水土保持評價常用水土保持量（Soil conservation，SC）來表征水土保持功能強弱。在眾多評價模型中，較常使用的是土壤流失方程（USLE）和修正通用土壤流失方程（RUSLE）[4]。本研究采用RUSLE模型對水土保持進行了評估，具體表達式為：

公式（3）、（4）中， SC表示水土保持量（t·hm-2·a-1）；A_p表示潛在土壤侵蝕量（t·hm-2·a-1）；A_r表示實際土壤侵蝕量（t·hm-2·a-1）；R為降雨侵蝕力因子（MJ·mm·hm-2·h-1·a-1）；K為土壤可蝕性因子（t·h2·h·hm-2·MJ-1·mm-1）；L、S分別是坡度因子和坡長因子；C為植被覆蓋因子；P為水土保持因子。

1.3 InVEST模型

1.3.1 產水模型

InVEST模型包括很多生態系統服務模塊，其中用于計算產水服務的為產水模塊。產水量是基于水量平衡法，以某區域的降雨量與蒸發量的差值進行估算，受多個因素影響，包括地形、氣候、植被、土壤等，其基本原理公式為：

公式（5）中，Y(x)表示柵格x的年產水量（mm）；AET(x)表示柵格x的年實際蒸散量（mm）；P(x)表示柵格x的年降水量（mm）。水量平衡中的蒸散發AET(x)/P(x) 是基于Budyko水熱耦合平衡公式表示的。

1.3.2 生物多樣性模型

InVEST模型的生物多樣模塊通過生境質量對流域的生物多樣性進行評價。其具體計算公式為：

公式（6）、（7）中，Dxj表示土地利用類型j中柵格x的生境退化程度；Wr表示威脅因子的權重，其值范圍在0-1之間；ry表示柵格y中威脅因子值，其值為0或1；irxy表示威脅因子ry對生境柵格x的干擾程度；βx表示柵格x的可達性水平，其值范圍在0-1之間；Qxj表示土地利用類型j中柵格x的生境質量；Hj表示土地利用類型j的生境適宜性；k為半飽和常數，z為歸一化常量。

1.4 生態重要性綜合評價方法

韓江流域為沿江各市提供了豐富的水資源，產水服務作為流域內一項重要的生態系統服務，對維護其生態安全具有關鍵意義。降雨量大而分布不均，地形復雜，山嶺較多，崩崗十分發育且分布廣泛，流域上游水土流失比較嚴重，因而把水土保持視一項關鍵生態系統服務。凈初級生產力為流域提供了固碳釋氧功能，可調節局部小氣候，所以凈初級生產力也是較重要的生態系統服務。流域動植物資源豐富，但是近年來隨著城市化進程加快，生境質量受損，生物多樣性問題日益嚴重。相較而言，現階段產水服務和水土保持在韓江流域更為關鍵和緊迫。因此，參考陳昕[5]的權重設置，本研究對凈初級生產力、水土保持、產水服務、生物多樣性等四項生態系統服務的權重分別設為0.2、0.3、0.3、0.2，從而得到韓江流域生態重要性綜合評價。

2 流域生態敏感性評價

針對韓江流域突出的生態環境問題，在遵循指標選取科學性、整體性、綜合性、代表性、可操作性等原則的基礎上，本研究從自然環境和人為干擾兩方面共選取了11個指標，第一類為自然環境指標，包括植被覆蓋度、降雨侵蝕力、坡度、土壤質地、水域；第二類為人為干擾指標，包括鐵路、高速公路、國道省道、建設用地、人口密度、土地利用類型。經過考量敏感性指標選取及等級劃分如表1所示。

表1 韓江流域生態敏感指標體系

3 流域生態安全格局構建

3.1 生態安全格局構建方法

本研究結合生態重要性、敏感性評價的結果，構建韓江流域生態安全格局。（1）在確定生態重要性、生態敏感性的基礎上，進行生態源地的選取；（2）基于多個阻力指標構建阻力面，然后利用最小累積阻力模型（Minimum Cumulative Resistance, MCR）建立最小累積阻力面；（3）確定研究區生態安全分區、生態廊道和生態戰略節點，構建韓江流域生態安全格局。

3.2 最小累計阻力模型

最小累積阻力面為從生態源地到達目標景觀單元所克服的阻力之和，可以反映不同物種遷移的的趨勢及可能性，模擬物種穿越不同景觀單元的過程。本研究采用Knaapen等提出的最小累積阻力模型，構建最小累積阻力面，其具體公式如下：

公式（8）中，MCR表示最小累積阻力值；f為從生態源地i到景觀單元i的最小累計阻力與生態過程的正相關函數；Dij表示從i處到j處的空間距離；Ri表示物種移動到景觀單元i的阻力系數。

3.3 流域生態安全格局

由圖1可見，流域生態源地總面積為8107.11km2，生態廊道79條，總長度為1115.97km，生態戰略節點74個。（1）韓江流域生態源地空間分布不均，北部面積較大且分布集中，南部面積較小且分布稀疏。（2）生態分區圍繞生態源地呈圈層結構分布。生態核心區的空間分布與生態源地保持一致，主要分布于流域北部、中東部和西南部；生態緩沖區位于生態核心區和其他區域之間，起到保護與隔離生態核心區的作用；其他區域分布在生態緩沖區外圍，距離生態核心區較遠。（3）生態廊道呈北部零星分布、南部密集且相互交織的網絡狀分布特征。在東南部，生態廊道長度較長，連接少數生態源地；中東部、中南部生態源地細碎且密集，導致生態廊道長度較短，數量較多；北部生態源地面積較大、相互連通度較好，所以此區域生態廊道呈零星分布。（4）生態戰略節點呈北部零星分布、南部密集分布的特征。生態戰略節點主要位于中東部和東南部區域，主要分布在生態阻力值相對較高區，受生態阻力的影響較大。（5）整體呈現北部生態源地面積較大且分布廣泛，連通性較好，生態廊道、節點較少，生態環境質量良好；中東部生態源地破碎，大部分源地需通過廊道連接，生態戰略節點眾多，生態環境較為敏感；西南部和東南部生態源地面積數量少且分布距離較遠，生態環境質量較差的空間特征，生態環境方面需加強對北部區域的保護，東部區域的修復及東南西南部區域的建設。

圖1 韓江流域生態安全格局

4 結語

為提高生態安全格局構建的合理性、科學性、準確性，本文結合了國土空間規劃雙評價的模型，首先通過生態重要性和生態敏感性等權重疊加獲取高值區作為生態源地，其次采用MCR模型構建最小累積阻力面，運用水文分析、距離分析識別生態廊道，通過識別最大累積阻力值山脊線與生態廊道交點、生態廊道間交點獲取生態戰略節點，再利用最小累積阻力面劃分生態安全分區，最后把所有生態安全格局組分組合，構建了韓江流域生態安全格局。通過結果分析，驗證了本文的生態安全格局構建方法具有面向應用的價值，證明了結合生態重要性和生態敏感性的評價結果更為準確、客觀。