國土尺度生態(tài)安全格局

　　進(jìn)入工業(yè)時(shí)代以來，隨著人口的激增和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類以前所未有的規(guī)模和速度改變著自然環(huán)境，導(dǎo)致許多生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)[1]。尤其在我國，快速的人口增長(zhǎng)和大規(guī)模的快速城市化進(jìn)程對(duì)資源環(huán)境帶來巨大壓力[2]。同時(shí)受全球氣候變暖和不合理土地利用活動(dòng)共同影響，我國出現(xiàn)冰川后移、凍土退化、濕地萎縮、水土流失[3]、沙漠化[4]、洪澇災(zāi)害加劇[5]、生物多樣性下降[6]和水源涵養(yǎng)能力降低等諸多生態(tài)環(huán)境問題[7,8]，生態(tài)安全已成為科學(xué)研究和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

　　我國學(xué)者針對(duì)生態(tài)安全議題開展了大量的研究，尤其在生態(tài)安全評(píng)價(jià)理論與方法方面進(jìn)行了卓有成效的研究[9-14]，但區(qū)域景觀格局優(yōu)化與調(diào)控方面的研究仍處于探索階段。近年來提出的景觀安全格局[14,15]、區(qū)域生態(tài)安全格局[16]理論與實(shí)踐為抽象的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念和可實(shí)施的空間規(guī)劃之間建立了溝通的平臺(tái)，并開展了部分探索性的研究[17-22]。在國家政策制定層面，我國在自然區(qū)劃、農(nóng)業(yè)區(qū)劃基礎(chǔ)上相繼開展的生態(tài)區(qū)劃[23]、生態(tài)功能區(qū)劃[24]和主體功能區(qū)劃[25]等工作都對(duì)國土與區(qū)域尺度空間格局調(diào)控有積極的推動(dòng)作用。新出臺(tái)的《城鄉(xiāng)規(guī)劃法》[26]和新修訂的《全國土地利用總體規(guī)劃綱要》[27]也將生態(tài)保護(hù)作為重要內(nèi)容。在當(dāng)前生態(tài)要素分部門進(jìn)行管理的行政體制下，如何構(gòu)建一個(gè)在操作層面上能與生態(tài)區(qū)劃、主體功能區(qū)劃、土地利用規(guī)劃、城市規(guī)劃相銜接的綜合性概念、框架和工具成為科研和實(shí)踐領(lǐng)域亟待解決的問題。

　　國際上國土尺度的保護(hù)規(guī)劃研究起步較早。美國早在1915-1916年由景觀規(guī)劃師曼寧(Manning W.H.)開展的國土規(guī)劃（National Plan）旨在制定資源綜合保護(hù)與利用戰(zhàn)略，并提出以自然資源和自然系統(tǒng)為基礎(chǔ)的土地分類思想[28]。從1950年代逐漸興起的以綠色廊道（Greenway）運(yùn)動(dòng)為代表的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)逐漸成為自然資源保護(hù)規(guī)劃的新熱點(diǎn)[29]，如美國綠色廊道體系全面實(shí)施后將會(huì)提供220,000 km 的綠色廊道和大約5億hm2受保護(hù)的綠色空間[30]。歐洲也出現(xiàn)綠色廊道、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、生境網(wǎng)絡(luò)、洪水緩沖區(qū)等概念[31,32]。亞洲的新加坡等國也陸續(xù)開展綠色廊道規(guī)劃研究[33]。我國的防護(hù)林體系建設(shè)也可看作為國土尺度的綠色廊道網(wǎng)絡(luò)[34]。1990年代以來在國內(nèi)外逐漸興起的生態(tài)(綠色)基礎(chǔ)設(shè)施概念[35-37]正日益成為自然資源保護(hù)和空間規(guī)劃領(lǐng)域廣泛認(rèn)可的新工具，并在美國馬里蘭、明尼蘇達(dá)、伊利諾斯、佛羅里達(dá)、佐治亞、阿拉巴馬、密西西比、南卡羅萊納、田納西、肯塔基等州相繼開展相關(guān)規(guī)劃研究[36]。我國也在浙江臺(tái)州[38]、山東威海[39]、菏澤[40]等地進(jìn)行了生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的探索研究。這些研究為各種尺度上開展生態(tài)安全格局規(guī)劃提供了很好的借鑒案例。

　　本文從我國面臨的主要生態(tài)問題出發(fā)，旨在初步探討國土尺度生態(tài)安全格局的基本構(gòu)架，從水源涵養(yǎng)、洪水調(diào)蓄、沙漠化防治、水土保持、生物多樣性保護(hù)5個(gè)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能出發(fā)，在對(duì)單一生態(tài)過程的分析與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行疊加與綜合，初步構(gòu)建保障生命支持系統(tǒng)健康與安全的國土尺度生態(tài)安全格局框架。

　　1. 研究方法

　　國土尺度生態(tài)安全格局(Security Pattern, SP. 下同)是國家與區(qū)域的自然生命支持系統(tǒng)，它是由河流、濕地、林地、草原、野生動(dòng)物棲息地和其他自然區(qū)域共同構(gòu)成的相互連接的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，用以支持生物物種、維護(hù)自然生態(tài)過程、提供空氣和水資源，提高居民健康和生活質(zhì)量。本文的研究范圍僅限我國陸地生態(tài)系統(tǒng)，未包含海洋和大陸架范圍。

　　本研究在廣泛借鑒各科學(xué)的理論與方法基礎(chǔ)上，運(yùn)用景觀安全格局研究框架[18,37]，重點(diǎn)對(duì)水源涵養(yǎng)、洪水調(diào)蓄、沙漠化防治、水土保持和生物多樣性保護(hù)5種生態(tài)過程進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)與模擬，判別對(duì)維護(hù)該生態(tài)過程安全與健康具有關(guān)鍵意義的景觀要素、空間位置和空間聯(lián)系，建立各自生態(tài)過程的安全格局。單一生態(tài)過程的生態(tài)安全格局結(jié)果按保護(hù)級(jí)別分為低、中、高3種安全水平，其中低水平安全格局為保護(hù)的最低限度，保護(hù)級(jí)別最高；中水平安全格局保護(hù)范圍較前者大，保護(hù)級(jí)別次之；高水平安全格局保護(hù)范圍最大，安全程度最高。
　　國土尺度綜合生態(tài)安全格局由單一生態(tài)過程的安全格局綜合疊加生成。研究框架見圖1。

圖1：國土尺度生態(tài)安全格研究框架
 Fig. 1. The framework for  national ecological security patterns 

　　2.  單要素生態(tài)安全格局

　　2.1  水源涵養(yǎng)安全格局

　　水源涵養(yǎng)能力與植被類型、蓋度、枯落物組成、土層厚度及土壤物理性質(zhì)等因素密切相關(guān)。本文首先通過分析江河發(fā)源點(diǎn)的空間分布密度來定量化指示重要水源涵養(yǎng)區(qū)域的空間范圍；然后以植被覆蓋度來綜合指示該地區(qū)的水源涵養(yǎng)能力，并疊加具有重要水源涵養(yǎng)功能的冰川、濕地，最終確定江河源區(qū)水源涵養(yǎng)的安全格局。

　　2.1.1  水源涵養(yǎng)安全格局構(gòu)建

　　（1）首先提取全國1:400萬GIS數(shù)據(jù)庫中1-5級(jí)河流發(fā)源點(diǎn)，利用GIS對(duì)所有河流發(fā)源點(diǎn)進(jìn)行基于核函數(shù)的密度分析（Kernel Density），生成江河發(fā)源點(diǎn)密度分級(jí)圖（見圖2）；然后參考1:400萬地貌類型圖進(jìn)行人機(jī)交互提取江河發(fā)源地水源涵養(yǎng)重要區(qū)域的范圍。

圖2  5級(jí)河流發(fā)源點(diǎn)密度圖
Fig.2  5 calss headstream density map

　　（2）利用2006年逐旬1km2分辨率SPOT Vegetation遙感影像，采用最大值處理MVC(Maximum Value Composites)方法[41]，計(jì)算得到2006年全年最大植被蓋度圖，并利用上述水源涵養(yǎng)重要區(qū)域范圍進(jìn)行切割，生成水源涵養(yǎng)區(qū)植被覆蓋度（見圖3）。

圖3水源涵養(yǎng)區(qū)植被覆蓋度
Fig.3 Vegetation coverage of headwater conservation region

　　（3）利用地表植被覆蓋度、冰川和濕地分布3個(gè)要素，按照表1的劃分標(biāo)準(zhǔn)確定水源涵養(yǎng)安全格局（見圖4）。由于我國橫跨多個(gè)氣候帶，對(duì)濕潤(rùn)區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)和干旱與半干旱區(qū)三種氣候帶的植被覆蓋度采取不同的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 水源涵養(yǎng)安全格局
Fig.4 Ecological security pattern for headwater conservation

表1.  江河源區(qū)水源涵養(yǎng)安全格局劃分標(biāo)準(zhǔn)   
Table 1. The sort criteria of headwater conservation SP

　　2.1.2   研究結(jié)果

　　根據(jù)江河源區(qū)水源涵養(yǎng)安全格局劃分結(jié)果，低安全水平水源涵養(yǎng)安全格局面積233.2萬km2，占國土面積的24.3%，主要分布在以三江源為核心的青藏高原東部地區(qū)和位于我國地形階梯交錯(cuò)帶的山脈體系。其中三江源地區(qū)是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江等我國最大河流的發(fā)源地；阿爾泰山、天山是保障新疆沙漠綠洲生態(tài)系統(tǒng)最重要的水源涵養(yǎng)區(qū)域；祁連山是河西走廊和柴達(dá)木盆地北部水源供給地；大興安嶺、小興安嶺、長(zhǎng)白山是嫩江、松花江、鴨綠江和圖們江等水系的水源區(qū)；燕山、呂梁山、太行山是海河流域水源地；秦嶺是淮河流域的重要水源涵養(yǎng)區(qū)；南嶺及武夷山脈是我國東南地區(qū)重要水源涵養(yǎng)區(qū)域；橫斷山脈是云南地區(qū)重要水源涵養(yǎng)區(qū)。中等安全水平水源涵養(yǎng)安全格局面積418.2萬km2，占國土面積的43.6%，空間范圍為除低安全水源涵養(yǎng)安全格局外還包括太行山、呂梁山脈、陜北高原和云貴高原部分地區(qū)。高安全水平水源涵養(yǎng)格局面積594.9萬平方公里，占國土面積的61.9%，空間范圍包括青藏高原全部和我國所有山脈體系。

　　2.2  洪水調(diào)蓄格局

　　洪水調(diào)蓄安全格旨在構(gòu)建一個(gè)自然連續(xù)的洪水調(diào)蓄系統(tǒng)，為洪水留出基本的宣泄空間，實(shí)現(xiàn)工程治洪和自然調(diào)蓄結(jié)合的防洪減災(zāi)空間策略。該系統(tǒng)應(yīng)該包括現(xiàn)狀滯洪區(qū)、重要湖泊、濕地和發(fā)生流域性洪水災(zāi)害的主要淹沒區(qū)域。本文通過對(duì)流域性洪水進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，結(jié)合現(xiàn)有的湖泊、濕地和國家劃定的蓄滯洪區(qū)共同構(gòu)建洪水調(diào)蓄安全格局。

　　2.2.1 流域性洪水淹沒分析

　　本文采用堤防漫頂式洪水淹沒分析方法[42]對(duì)長(zhǎng)江、珠江、黃河、淮河、嫩江、松花江、遼河7大流域下游干流進(jìn)行洪水淹沒分析。首先利用7大江河沿線水文站點(diǎn)的歷史最高洪水水位和警戒水位數(shù)據(jù)為依據(jù)，在GIS軟件下利用線性插值方法，分別生成最高水位洪水水面和警戒水位洪水水面；其次，利用全流域90m分辨率DEM數(shù)據(jù)分別和最高水位洪水水面和警戒水位洪水水面進(jìn)行相減運(yùn)算，得到各自水位高度下的洪水淹沒范圍和淹沒水深分布柵格數(shù)據(jù)。最后根據(jù)洪水的連通性原理，提取與河流直接連通的洪水淹沒區(qū)域，得到洪水淹沒的空間范圍。（見圖5）

圖5  洪水淹沒分析結(jié)果
Fig.5 Flood simulation result

　　2.2.2  洪水安全格局構(gòu)建

　　利用洪水淹沒分析結(jié)果、國家重要蓄洪區(qū) 和湖泊濕地?cái)?shù)據(jù)，參考《重點(diǎn)公益林區(qū)劃界定辦法》 中關(guān)于河流濕地劃分標(biāo)準(zhǔn)，按照表2的劃分標(biāo)準(zhǔn)確定洪水調(diào)蓄安全格局。（見圖6）

圖6  洪水調(diào)蓄安全格局
Fig.6 Ecological security pattern for flood control

表2.  洪水調(diào)蓄安全格局劃分標(biāo)準(zhǔn) Table 2  The sort criteria for flood control SP

　　2.2.3  研究結(jié)果

　　低安全水平洪水調(diào)蓄格局是洪水調(diào)蓄保障的最低限度，主要包括目前國家規(guī)定的洪泛區(qū)、重要的滯洪濕地以及河道兩側(cè)的緩沖地帶，面積為7.5萬km2，占國土總面積的0.8%；中安全水平洪水調(diào)蓄安全格局是七大江河最重要的洪水宣泄場(chǎng)所，其范圍包括七大水系在警戒水位下的洪水淹沒范圍，面積為20.7萬km2，占國土總面積的2.2%；高水平洪水調(diào)蓄安全格局包括七大水系的全部洪泛區(qū)，其面積為59.9萬km2，占國土總面積的6.2%。

　　2.3  沙漠化防治安全格局

　　沙漠化防治安全格局旨在判定控制沙漠化土地?cái)U(kuò)張的關(guān)鍵區(qū)域，從而進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)與恢復(fù)。土地沙化過程可認(rèn)為是沙漠化土地克服空間阻力向外擴(kuò)張的過程，首先確定沙漠化土地?cái)U(kuò)張的“源”，然后建立沙漠化擴(kuò)張的阻力模型，利用最小累計(jì)阻力模型對(duì)沙漠化擴(kuò)張的過程進(jìn)行模擬，最后根據(jù)模擬結(jié)果確定沙漠化防治安全格局。

　　2.3.1  沙漠化土地?cái)U(kuò)散過程模擬

　　（1）“源”的確定。本文將我國的1:10萬沙漠?dāng)?shù)據(jù)庫中沙地類型為“戈壁”和“流動(dòng)沙地”的土地作為沙漠化土地的擴(kuò)張的“源”，主要包括我國塔克拉瑪干、古爾班通古特、庫姆塔格、柴達(dá)木盆地、巴丹吉林、烏蘭布和與庫布齊等原生沙漠和呼倫貝爾沙地、科爾沁沙地、渾善達(dá)克沙地、毛烏素沙地、松嫩沙地、張北壩上等區(qū)域，總面積103萬km2。（見圖7）

圖7  沙漠化土地?cái)U(kuò)張“源”
Fig.7  The source of desertification 

　　（2）阻力模型構(gòu)建。沙漠化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法作為對(duì)土地發(fā)生沙漠化難易程度的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)構(gòu)建沙漠化土地?cái)U(kuò)張的阻力模型具有很好的參考意義。本文參考聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)[43]、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)[44]和我國學(xué)者[45,46]關(guān)于沙漠化危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，考慮數(shù)據(jù)的可獲取性，結(jié)合專家咨詢和AHP分析方法，最終選取土地利用類型、植被覆蓋度和土壤類型作為表征地表下墊面抗蝕性的指標(biāo)，根據(jù)表3的阻力因子與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建沙漠化土地?cái)U(kuò)散的阻力模型。阻力模型的空間范圍限定在500mm降水線以下地區(qū)。

表3  沙漠化擴(kuò)張阻力因子與分級(jí)表   
Table 3  Sandy desertification expansion resistance factor and rating system

　　（3）擴(kuò)散模擬。在Arc GIS 9.2軟件平臺(tái)上將上述各單因子進(jìn)行加權(quán)疊加，得到沙漠化擴(kuò)散阻力模型。利用上述步驟確定的沙漠化土地的“源”和擴(kuò)張阻力模型，在Arc GIS軟件中利用費(fèi)用距離模型（Cost distance）進(jìn)行運(yùn)算模擬，生成沙漠化土地?cái)U(kuò)張模型。

　　2.3.2  沙漠化防治安全格局構(gòu)建

　　根據(jù)沙漠化定義和實(shí)際治理的可行性，原生沙漠、戈壁不納入沙漠化防治安全格局的范圍。在“以防為主，防治結(jié)合”和“先易后難”的沙漠化防治原則指導(dǎo)下，根據(jù)沙漠化土地?cái)U(kuò)張的累計(jì)阻力值從高到低劃分低、中、高安全水平。（見圖8）

　　2.3.3 研究結(jié)果

　　根據(jù)最小累積阻力模型計(jì)算結(jié)果，利用Natural Break分級(jí)方法，將阻力值為240000-450000之間的區(qū)域作為低安全水平沙漠化防治安全格局，面積為37.1萬km2，占我國陸地總面積的3.8%，主要分布在沙漠綠洲和各大沙地植被條件較好區(qū)域，應(yīng)該采取嚴(yán)格的保護(hù)措施，使其成為控制沙漠化擴(kuò)張的生態(tài)屏障。中安全水平沙漠化防治安全格局為除“源”外阻力值在120000-450000之內(nèi)的區(qū)域，面積為74.1萬km2，占我國陸地總面積的7.7%，主要分布在呼倫貝爾沙地、松嫩沙地、科爾沁沙地、毛烏素沙地、渾善達(dá)克沙地等區(qū)域，是我國進(jìn)行沙漠化治理的主要區(qū)域。高水平安全格局范圍為除“源”外阻力值小于450000的全部區(qū)域，面積為151.9萬km2，占我國陸地總面積的15.8%，空間范圍為500mm降水線以下全部固定、半固定沙地區(qū)域（見圖8）。

圖8   沙漠化防治安全格局 
Fig.8 Ecological security pattern for desertification combating

　　2.4  水土保持安全格局

　　水土流失導(dǎo)致土壤退化、土地生產(chǎn)能力降低、生物多樣性減少、自然災(zāi)害加劇，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食物安全，并與全球資源要素循環(huán)乃至全球氣候變化有著緊密聯(lián)系[3]。水土保持安全格局旨在判別水土流失潛在危險(xiǎn)性較高的區(qū)域，將其作為維持國土尺度生態(tài)安全的重要組成部分。

　　2.4.1  水土保持安全格局構(gòu)建

　　本文參考國家《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[47]中“土壤侵蝕潛在危險(xiǎn)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”，根據(jù)專家咨詢和數(shù)據(jù)可獲取性，選取年降雨量、植被覆蓋度、土層厚度、坡度、土壤類型、坡耕地分布5個(gè)因子，按照表4的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在GIS中進(jìn)行加權(quán)疊加運(yùn)算，生成水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖（見圖9）。根據(jù)土壤侵蝕潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，按照自然分界法（Natural break）將水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果從小到大分為微度危險(xiǎn)區(qū)、輕度危險(xiǎn)區(qū)、中度危險(xiǎn)區(qū)、重度危險(xiǎn)區(qū)、強(qiáng)度危險(xiǎn)區(qū)和極度危險(xiǎn)區(qū)6個(gè)等級(jí)。

圖9 水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果
Fig.9 Potential soil erosion risk assessment result

表4水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
Table 4 Potential soil erosion risk assessment index and rating system

　　水土保持安全格局基于水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)劃分，將土壤侵蝕極度危險(xiǎn)區(qū)作為低安全水平水土保持安全格局，將極度危險(xiǎn)區(qū)和強(qiáng)度危險(xiǎn)區(qū)作為中安全水平水土保持安全格局，將重度危險(xiǎn)區(qū)、強(qiáng)度危險(xiǎn)區(qū)和極度危險(xiǎn)區(qū)作為高安全水平水土保持安全格局。

　　2.4.2  研究結(jié)果

　　根據(jù)水土保持安全格局劃分結(jié)果（見圖10），低安全水平水土保持安全格局面積為41.6萬km2，占我國陸地總面積的4.3%，主要分布在長(zhǎng)江中上游的四川丘陵盆地、秦嶺大巴山高中山地，黃河中上游的晉陜蒙接壤區(qū)、陜北晉西黃土高原區(qū)，珠江南北盤江上游的鄂黔滇中山地區(qū)等區(qū)域；中等安全水平水土保持安全格局面積為114.2萬km2，占我國陸地總面積的11.9%，主要分布在滇中中高山盆地、滇西南高中山地地區(qū)、橫斷山脈等區(qū)域；高水平安全格局面積為282.1萬km2，占我國陸地總面積的29.3%，主要分布在南嶺武夷山脈、粵閩中小起伏低山、臺(tái)灣中部山區(qū)、秦嶺山地、陜北高原和青藏高原北緣等區(qū)域。

圖10  水土保持防治安全格局
Fig.10  Ecological security pattern for soil and water conservation

　　2.5  生物多樣性保護(hù)安全格局

　　生物多樣性保護(hù)安全格局旨在通過判定生物多樣性最豐富的熱點(diǎn)地區(qū)，提出國家生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵空間格局。本文選取我國1301種植物物種和633種動(dòng)物物種作為指示物種，分析各物種的棲息地分布范圍，通過將所有物種的棲息地進(jìn)行疊加分析統(tǒng)計(jì)，以棲息地承載的物種豐富度來確定我國生物多樣性保護(hù)熱點(diǎn)區(qū)域。

　　2.5.1 指示性物種選取

　　植物指示物種選取標(biāo)準(zhǔn)為同時(shí)被國家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)植物名錄[48]和IUCN物種紅色名錄[49]認(rèn)定的植物物種，共確定1301種植物指示物種，其中中國瀕危且特有的植物601種，中國瀕危非特有的植物577種，中國特有非瀕危的植物123種。動(dòng)物指示物種的選取標(biāo)準(zhǔn)為同時(shí)被國家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)動(dòng)物名錄[50]和IUCN物種紅色名錄[49]認(rèn)定為稀有和瀕危的動(dòng)物為指示物種。最終確定633種，其中包括140種哺乳動(dòng)物，32種兩棲動(dòng)物，284種鳥類，81種爬行動(dòng)物和96種魚類。

　　2.5.2  物種熱點(diǎn)區(qū)域格局分析

　　首先根據(jù)中國物種信息服務(wù) (CSIS) [51]數(shù)據(jù)庫查詢得到該物種在全國分布的縣市，并在GIS數(shù)據(jù)庫中選取得到該物種分布的縣市范圍；然后在各物種分布的縣市范圍內(nèi)，根據(jù)該物種的生態(tài)習(xí)性，利用1:100萬植被類型圖、2000年1:10萬土地利用、數(shù)字高程等數(shù)據(jù)分析判別該物種的潛在棲息地分布范圍。按此方法分別對(duì)所選取的1301種植物指示物種和633種動(dòng)物指示物種進(jìn)行棲息地分布范圍分析；最后通過疊加分析，得到我國植物保護(hù)熱點(diǎn)區(qū)域（見圖11）和動(dòng)物保護(hù)熱點(diǎn)區(qū)域（見圖12）。

圖11   植物保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域
Fig.11 Key region for flora protection

圖12   動(dòng)物保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域
Fig.12  Key region for fauna protection

　　2.5.3 生物多樣性保護(hù)安全格局

　　按照動(dòng)植物物種分布的種數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分，根據(jù)物種數(shù)量與國土面積的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分別選取15種、50種作為高、中、低3個(gè)保護(hù)級(jí)別安全格局的劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定生物多樣性保護(hù)安全格局(見圖13)。其中，低水平生物多樣性保護(hù)安全格局面積為100.9萬km2，占我國陸地總面積的10.5%，主要分布在大興安嶺北部、小興安嶺、長(zhǎng)白山、三江平原濕地、燕山、川西高原、橫斷山脈、喜馬拉雅山、神龍架、武夷山脈、海南、臺(tái)灣等區(qū)域；中水平生物多樣性保護(hù)安全格局面積為312.3萬km2，占我國陸地總面積的32.5%，主要分布在呼倫貝爾草原、錫林郭勒草原、三江源地區(qū)、天山、阿爾泰山、祁連山和福建山地等地區(qū)；高水平生物多樣性保護(hù)安全格局面積為544.2萬km2，占我國陸地總面積的56.7%，主要分布在小興安嶺、太行山和青藏高原。

圖13   生物多樣性保護(hù)安全格局
Fig.13 Ecological security pattern for biodiversity protection

　　3.  國土尺度生態(tài)安全格局構(gòu)建

　　3.1  構(gòu)建方法

　　國土尺度生態(tài)安全格局通過對(duì)各單一生態(tài)過程安全格局進(jìn)行綜合疊加確定。按照保護(hù)的重要性把國土尺度生態(tài)安全格局分為低、中、高3種保護(hù)水平。考慮到各種生態(tài)服務(wù)功能間的不可替代性，國土尺度生態(tài)安全格局疊加方法采用柵格單元最小值統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算，即只要任一生態(tài)過程在某區(qū)域?yàn)榈退桨踩窬郑ūＷo(hù)的底線范圍，保護(hù)級(jí)別最高），則最終的國土尺度生態(tài)安全格局結(jié)果在該區(qū)域是低水平安全格局，需要進(jìn)行高級(jí)別的保護(hù)。具體方法為在GIS軟件支持下對(duì)各單一過程生態(tài)安全格局結(jié)果圖層進(jìn)行逐個(gè)柵格統(tǒng)計(jì)，按每個(gè)柵格單元的最小值輸出最終的計(jì)算結(jié)果。公式如下

　　ISP=Min（SPi）， i=1，2，3，4 ，5

　　ISP (Integrated  security pattern)為綜合安全格局結(jié)果；

　　SPi為5種生態(tài)過程的生態(tài)安全格局，分低、中、高三級(jí)，分別賦值1，2，3。

　　3.2  構(gòu)建結(jié)果

　　根據(jù)國土尺度生態(tài)安全格局疊加成果，低安全水平國土尺度生態(tài)安全格局面積為342.9萬km2，占我國陸地總面積的35.7%，是保障國土生態(tài)安全的最小范圍，應(yīng)該成為發(fā)展建設(shè)中不可逾越的生態(tài)底線，需要重點(diǎn)保護(hù)和嚴(yán)格限制開發(fā)。中等安全水平國土尺度生態(tài)安全格局面積為624.7萬km2，占我國陸地總面積的65.1%，空間范圍為在低安全水平基礎(chǔ)上更大范圍的保護(hù)，是生態(tài)保護(hù)的滿意格局。高安全水平國土尺度生態(tài)安全格局是生態(tài)保護(hù)的理想格局，其面積為815.5萬km2，占我國陸地總面積的84.9%，是國土生態(tài)保護(hù)的理想格局。（見圖14）

圖14  綜合生態(tài)安全格局  
Fig.14 Integrated national ecological security pattern

　　按照地理空間的分異劃分，可將中國國土尺度生態(tài)安全格局分為3類區(qū)域（見圖15）。第一類為青藏高原和主要山脈體系區(qū)域，該區(qū)是國土尺度生態(tài)安全格局的主體框架。該類型中低、中、高安全水平生態(tài)安全格局面積所占百分比分別為50.5%，84.1%和100%。其中低水平生態(tài)安全格局范圍包括大興安嶺、小興安嶺、長(zhǎng)白山、燕山、阿爾泰山、天山、祁連山、青藏高原東部、川西高原和橫斷山脈等地區(qū)，是我國發(fā)揮重要的水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)和土壤保持等多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的區(qū)域；中等安全水平生態(tài)安全格局為除上述區(qū)域外還包括黃土高原、西南喀斯特巖溶山地、青藏高原中部和南方紅壤丘陵山地等生態(tài)脆弱區(qū)，該區(qū)域土壤侵蝕劇烈，需要重點(diǎn)恢復(fù)與治理；高安全水平生態(tài)安全格局是生態(tài)生態(tài)保護(hù)的理想狀態(tài)，對(duì)所有山脈體系進(jìn)行生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)。

圖15  綜合生態(tài)安全格局類型 
 Fig.15 Integrated national ecological security pattern type

　　第二類為西北干旱區(qū)，空間范圍涉及新疆天山南北區(qū)域、大興安嶺-賀蘭山一線以西區(qū)域的準(zhǔn)格爾盆地、塔里木盆地、河套平原、阿拉善高原、內(nèi)蒙古高原和呼倫貝爾高原等地區(qū)，行政區(qū)域涉及新疆、甘肅、青海、內(nèi)蒙古等省區(qū)。該區(qū)是我國生態(tài)環(huán)境較為脆弱和敏感的區(qū)域，氣候干旱，水資源短缺，土壤結(jié)構(gòu)疏松，植被覆蓋度低，容易受風(fēng)蝕、水蝕和人為活動(dòng)的強(qiáng)烈影響。該區(qū)低、中、高安全水平的國土尺度生態(tài)安全格局面積所占比例分別為10.6%，34.9%和58.8%。其中低水平安全格局為生態(tài)條件較好仍未沙化的區(qū)域，需要加強(qiáng)保護(hù)，嚴(yán)格執(zhí)行草場(chǎng)保護(hù)政策，禁止過度墾殖、樵采和超載放牧；中水平安全格局為沙漠化發(fā)生區(qū)域，在執(zhí)行嚴(yán)格草場(chǎng)保護(hù)政策同時(shí)應(yīng)實(shí)行禁牧休牧政策，推廣舍飼圈養(yǎng)，防止草地進(jìn)一步沙化。高水平安全格局區(qū)域應(yīng)該在實(shí)行保護(hù)政策同時(shí)開展草原生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)建設(shè)工程，全面圍封禁牧，開展恢復(fù)植被工程，防止活化沙丘和沙漠化擴(kuò)張。

　　第三類為東部平原和盆地區(qū)域，空間范圍包括東北平原、華北平原、長(zhǎng)江中下游平原和四川盆地等區(qū)域，是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和人居保障區(qū)。該區(qū)低、中、高安全水平的國土尺度生態(tài)安全格局所占面積比例分別為13.9%，35.8%和71%。其中低水平生態(tài)安全格局主要包括松嫩平原濕地、淮河中下游湖泊濕地、江漢平原湖泊濕地、洞庭湖、鄱陽湖、京杭大運(yùn)河沿線湖泊濕地等洪水調(diào)蓄重要區(qū)域。這些區(qū)域?qū)曳篮闇p災(zāi)戰(zhàn)略具有關(guān)鍵作用，需要嚴(yán)格保護(hù)湖泊、濕地生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)行退田還湖，平垸行洪等措施來增加調(diào)蓄能力，禁止在行滯洪區(qū)建立永久性設(shè)施和居民點(diǎn)；中等安全水平生態(tài)安全格局范圍是七大江河最重要的洪水宣泄場(chǎng)所，其范圍包括七大水系在警戒水位下的洪水淹沒范圍，應(yīng)建立洪水調(diào)蓄生態(tài)功能保護(hù)區(qū)，嚴(yán)禁圍墾湖泊濕地，發(fā)展避洪經(jīng)濟(jì)，處理好蓄洪與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾；高水平安全格局內(nèi)存在一定洪水威脅，同時(shí)也是重要的人居保障和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要區(qū)域，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)同時(shí)保護(hù)自然完整的水系網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源保護(hù)與利用的協(xié)調(diào)發(fā)展。

　　4.  討論

　　（1）本文作為國土尺度生態(tài)安全格局構(gòu)建的嘗試性研究，在理論方法和技術(shù)手段上借鑒生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、水土保持與荒漠化防治、生物多樣性保護(hù)等學(xué)科較為成熟和常用的方法，以可獲得的資源與環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在GIS和遙感技術(shù)支持下，對(duì)國土尺度生態(tài)安全格局構(gòu)建進(jìn)行了初步的探討。生態(tài)安全格局作為一種概念框架的工具，通過對(duì)單一生態(tài)過程的分析，判定針對(duì)該過程具有關(guān)鍵作用的空間格局，并在此基礎(chǔ)上將不同的生態(tài)過程綜合疊加，最終劃定多功能的綜合生態(tài)安全格局。

　　（2）國土尺度生態(tài)安全格局的實(shí)施需要將其納入法定規(guī)劃體系，將規(guī)劃成果廣泛征求各部門和利益相關(guān)者的意見，通過多方博弈最終確定其空間邊界。生態(tài)安全格局的最終成果應(yīng)該通過立法和相關(guān)政策實(shí)現(xiàn)永久性的保護(hù)，使之成為保障國土、區(qū)域和城市生態(tài)安全的永久性格局，并引導(dǎo)和限制無序的城市擴(kuò)張和人類活動(dòng)。該方法對(duì)我國劃定生態(tài)用地、完善和落實(shí)生態(tài)功能區(qū)劃、主體功能區(qū)劃等區(qū)域調(diào)控政策具有借鑒意義。

　　（3）國土尺度的生態(tài)過程是個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，需要在獲取大量詳實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用更加科學(xué)的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合評(píng)定。同時(shí)更加精確的生態(tài)安全格局劃定需要在省級(jí)或市縣級(jí)更小尺度上進(jìn)行，在以人為本和可持續(xù)發(fā)展要求下逐步深化和細(xì)化。

　　（4）由于各種生態(tài)過程自身的復(fù)雜性和目前理論方法的限制，各種單一生態(tài)安全格局的構(gòu)建方法和低、中、高安全水平范圍的劃定標(biāo)準(zhǔn)確定仍需繼續(xù)深入探討和完善。

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