山西省生態(tài)安全格局空間識別研究

杜世勛, 榮月靜

(山西省生態(tài)環(huán)境研究中心, 太原 030009)

山西省生態(tài)安全格局空間識別研究

杜世勛, 榮月靜

(山西省生態(tài)環(huán)境研究中心, 太原 030009)

維護(hù)生態(tài)安全格局對于生態(tài)環(huán)境的維護(hù)和改善、支撐經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。生態(tài)保護(hù)紅線是識別區(qū)域生態(tài)安全格局的基礎(chǔ)框架和關(guān)鍵組分，劃定生態(tài)保護(hù)紅線有助于保障生態(tài)安全。為研究山西省生態(tài)安全格局空間識別，結(jié)合山西省生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，應(yīng)用水源涵養(yǎng)、水土流失、維護(hù)生物多樣性、防風(fēng)固沙生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與水土流失、土地沙化生態(tài)敏感性評價劃定生態(tài)保護(hù)紅線的方法，利用最小累積阻力算法的思想，通過確定生態(tài)保護(hù)紅線為“生態(tài)源地”、進(jìn)而得出緩沖區(qū)、生態(tài)廊道、輻射通道和戰(zhàn)略節(jié)點識別生態(tài)安全格局。結(jié)果表明：研究區(qū)生態(tài)安全格局分為三級，依次分為高安全水平格局、中等安全水平格局和最低標(biāo)準(zhǔn)安全水平格局，各分區(qū)面積比例分別為24.45%，25.66%和30.24%，有效突出了山西省生態(tài)安全格局分布，為保障我省生態(tài)系統(tǒng)的完整性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性具有重要的意義。

生態(tài)保護(hù)紅線; 最小累積阻力模型; 生態(tài)安全格局; 生態(tài)廊道

近年來,隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展,土地利用與覆蓋不斷發(fā)生翻天覆地的變化,識別生態(tài)安全格局刻不容緩[1-3]。在城市擴張過程中,從生態(tài)安全的角度對城市空間格局進(jìn)行優(yōu)化,從而使有限的生態(tài)用地的生態(tài)效益最大化十分重要[4-6]，是實現(xiàn)人類福祉、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、維護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要保障。相關(guān)學(xué)者針對生態(tài)安全格局空間識別的方法不斷的摸索,俞孔堅等依據(jù)“基質(zhì)—斑塊—廊道”的理論,將生態(tài)安全格局涵蓋生態(tài)源地、緩沖區(qū)、生態(tài)廊道、輻射通道、生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點五部分。多數(shù)學(xué)者對“生態(tài)源地”的識別僅僅局限在自然保護(hù)區(qū)、濕地公園、風(fēng)景名勝區(qū)的核心區(qū)或一定面積的林地、水體等[7-8]，不能體現(xiàn)源地識別的完整性;從研究方法上主要包括定性規(guī)劃、3S技術(shù)、情景分析法、指標(biāo)評價法與動態(tài)模擬等[9]，這將生態(tài)安全的格局范圍僅僅局限在空間水平范圍內(nèi)，傅伯杰等[10]指出生態(tài)安全格局不僅存在于水平空間,同樣存在于垂直空間上。

依據(jù)2015年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《生態(tài)紅線劃定技術(shù)指南》(環(huán)發(fā)[2015]56號)中對生態(tài)保護(hù)紅線進(jìn)行定義,生態(tài)保護(hù)紅線是依法在重點生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)和脆弱區(qū)劃定的嚴(yán)格管控邊界,是國家和區(qū)域生態(tài)安全的底線[11-13]。生態(tài)保護(hù)紅線與國際上保護(hù)地系統(tǒng)有類似之處[14-16]，生態(tài)保護(hù)紅線具有明確的邊界,保障重要的生態(tài)功能區(qū)、敏感區(qū)與脆弱區(qū),作為生態(tài)安全格局的生態(tài)源地,補充了前人源地單一的缺點,為生態(tài)安全格局的空間識別提供了新思路。

本研究結(jié)合前人研究[17-18]，運用多因素綜合評價法,充分考慮水平垂直指標(biāo)因子,將生態(tài)保護(hù)紅線作為源地，應(yīng)用最小累積阻力模型，利用ArcGIS的空間分析功能,識別出包括生態(tài)源地、緩沖區(qū)、生態(tài)廊道、輻射通道與生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點的生態(tài)安全格局，并對格局進(jìn)行分級分析,據(jù)此優(yōu)化山西生態(tài)安全格局戰(zhàn)略與相關(guān)生態(tài)與土地規(guī)劃。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

山西雄踞于黃河中游左岸的黃土高原之上,境內(nèi)山巒起伏,溝壑縱橫,丘陵、盆地布滿其間,山地、高原相互連接,東部、東南部是恒山、五臺山、太行山、太岳山和中條山為主體的山地高原區(qū);西部是呂梁山、云中山、蘆芽山等山脈及相連的黃土高原區(qū)。土地利用類型主要以旱地為主,近十年草叢逐漸向落葉闊葉灌木林和落葉灌木林轉(zhuǎn)換,植被恢復(fù)較好；山西省從2014年開始生態(tài)保護(hù)紅線劃定研究，在全省水源涵養(yǎng)、生物多樣性維護(hù)和水土保持、防風(fēng)固沙等重要生態(tài)功能區(qū)內(nèi)和水土流失、土地沙化敏感區(qū)內(nèi)劃定生態(tài)保護(hù)紅線。山西省具有以黃土高原丘陵溝壑水土流失防治區(qū)和京津風(fēng)沙源治理區(qū)為主體的生態(tài)治理帶，以呂梁山為主體的黃河干流和汾河源區(qū)生態(tài)屏障帶,以太行山為主體的海河主要支流源區(qū)生態(tài)屏障帶和以太岳山、中條山為主體的沁河、涑水河與黃河干流源區(qū)屏障帶的“一帶三屏”為主體的生態(tài)安全格局分布。結(jié)合生態(tài)保護(hù)紅線劃定與生態(tài)安全格局空間識別的研究對山西省生態(tài)安全保障具有重大的意義。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的數(shù)據(jù)包括山西省土地利用數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)、NPP數(shù)據(jù)、土壤屬性數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)(氣溫、降水)，道路圖、水系圖等。其中土地利用類型數(shù)據(jù)來源自全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估項目數(shù)據(jù)，劃分土地利用類型為林地、草地、濕地、耕地、建設(shè)用地及其他用地；NDVI數(shù)據(jù)使用美國地質(zhì)勘探局(United States Geological Survey,USGS)提供的數(shù)據(jù)，分辨率為250 m；NPP數(shù)據(jù)使用CASA光能利用率模型計算得到；土壤數(shù)據(jù)來源于第二次全國土壤調(diào)查南京土壤所提供的1∶100萬土壤數(shù)據(jù)，分辨率為1 km；DEM數(shù)據(jù)來源自中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站的SRTM地形數(shù)據(jù)，分辨率為30 m數(shù)據(jù)；氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的中國地面氣候資料年值數(shù)據(jù)集，收集山西省2000—2010年108個基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測站及自動站的氣溫、降水量等氣象數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 劃定紅線方法

依據(jù)土地利用現(xiàn)狀、NPP、氣象因素、土壤屬性等因子，對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以及生態(tài)敏感性進(jìn)行評價，生態(tài)服務(wù)功能包括水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性保護(hù)，防風(fēng)固沙;生態(tài)敏感性包括土地沙化與水土流失敏感性(評價方法見表1)。按照自然斷裂法分別對生態(tài)服務(wù)功能與生態(tài)敏感性評價結(jié)果進(jìn)行分級,生態(tài)服務(wù)功能劃分為極重要、重要、中等重要、一般重要四部分,生態(tài)敏感性劃分為極敏感、高度敏感、中度敏感、輕度敏感和不敏感五部分，然后選取生態(tài)服務(wù)功能極重要和重要部分,生態(tài)敏感性極敏感和敏感部分形成生態(tài)保護(hù)紅線柵格圖，利用GIS軟件,對生態(tài)保護(hù)紅線柵格圖,依據(jù)國土二調(diào)數(shù)據(jù)和全國第一次國情普查山西地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整邊界,最后形成山西省生態(tài)保護(hù)紅線邊界圖。

水源涵養(yǎng)重要性評價中，Pi為研究區(qū)2000—2010年十年所有降水量(包括液態(tài)降水和固態(tài)降水),沒有經(jīng)過蒸發(fā)、滲透和流失而在水平面上積聚的深度，單位為mm，由通過克里格插值法得到。Ki為各土地利用類型的成熟度和保護(hù)狀態(tài),原始森林為1，優(yōu)良草地為1，耕地、水域和其他地類為1，其他林地和退化草地為0.9，0.95。徑流因子α指一定匯水面積的地面徑流量與降雨量的比值，根據(jù)前人經(jīng)驗，原始森林為0.73，其他林地為0.6，水域為0.99，草地和耕地為0.5，其他地類為0.01。

表1 山西省生態(tài)服務(wù)功能與生態(tài)敏感性評價方法[19-20]

水土保持重要性評價中，R為降水因子，其制備原理為：

式中:Pi為月均降水量；P為年均降水量；α=0.358 9；β=1.946 2；K為土壤質(zhì)地因子：

K=fcsand×fcl-si×forgc×fhisand

fcsand=0.2+0.3exp[-0.0256ms(1-msilt/100)]

fcl-si=[msilt/(mc+msilt)]0.3

forgc=1-0.25orgC/[orgC+exp(3.72-2.95orgC)]

fhisand=1-0.7(1-ms/100)/{1-ms/100+exp[-5.51+22.9(1-ms/100)]}

式中:ms為土壤粗砂含量；msilt為土壤粉砂含量；mc為土壤黏粒含量；orgC為有機碳含量。

C為地表植被覆蓋度。在水域、冰雪和植被覆蓋高的地區(qū),不會發(fā)生土壤的沙化；相反，地表裸露、植被稀少都會使土壤沙化得機會增加。植被覆蓋因子的計算公式如下：

Ci=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

式中：NDVIveg表示完全植被覆蓋地表所貢獻(xiàn)的信息；NDVIsoil為無植被覆蓋地表所貢獻(xiàn)的信息。

生物多樣性重要性評價中,生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力(NPP)是基于CASA光能利用率模型進(jìn)行計算,是由植物的光合有效輻射(APAR)和實際光能利用率(ε)兩個因子來表示。Fpre降雨因子制備原理同水源涵養(yǎng)重要性評價中的Pi；Ftem氣溫因子為2000—2010年近十年平均氣溫的均值；Falt坡度因子是應(yīng)用GIS軟件由高程提取而成。

防風(fēng)固沙重要性評價中，NPP制備原理同生物多樣性重要性評價的NPP；K制備原理同水土保持重要性評價中的K，F(xiàn)q為多年平均氣候侵蝕力，制備原理為：

式中：u為2 m高處的月平均風(fēng)速；ETPi為月潛在蒸發(fā)量(mm)；Pi為月降水量(mm)；d為當(dāng)月天數(shù)。Ti為月平均氣溫；ri為月平均相對濕度(%)。

D為地表粗糙度,θ為坡度(弧度)，制備原理為：

D=1/cos(θ)

水土流失敏感性評價中，Ri為降水侵蝕力,是依據(jù)王萬忠等利用降水資料計算的中國100多個城市的R值，采用克里金內(nèi)插法,采用GIS技術(shù)，繪制R分布圖。L，S為坡度坡長因子，制備原理為:

S=10.8sinθ+0.03θ<5°

S=16.8sinθ-0.5 5°≤θ<10°

S=21.9sinθ-0.96θ≥10°

式中：λ為坡長(m)；m為坡長指數(shù)；θ為坡度。

Ki，Ci制備原理同水土保持重要性評價中K和C值。

土地沙化敏感性評價中，Ii干燥性指數(shù)表征研究區(qū)干濕程度；Wi為起沙風(fēng)天數(shù)，Ki與Ci的制備同水土保持重要性評價中K和C值。

2.2 最小累積阻力模型

MCR差值=MCR生態(tài)源地-MCR城鎮(zhèn)用地

MCR模型最早用于生物保護(hù)安全格局研究,是由俞孔堅[21-22]參考Knaapen等的模型和ArcGIS常用的費用距離原理修改確定,反映空間表面中任意一點運動到所有源地間的難易程度。式中，MCR生態(tài)源地表示生態(tài)源地擴張的最小累積阻力值，MCR城鎮(zhèn)用地表示城鎮(zhèn)用地擴張的最小阻力值。當(dāng)MCR差值為負(fù)值時，表示適合生態(tài)源地擴張,值越小越適宜生態(tài)源地擴張；反之，MCR差值為正值時，值越大越適合城鎮(zhèn)擴張用地。當(dāng)MCR差值為零時,則是該區(qū)域生態(tài)源地擴張與城鎮(zhèn)用地擴張的分界線。

3 結(jié)果與分析

3.1 山西省生態(tài)紅線劃定

3.1.1 生態(tài)服務(wù)功能與生態(tài)敏感性評價 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)量計算采用水量平衡法,通過降水量、蒸發(fā)散量及土壤涵養(yǎng)能力等關(guān)系來推算,蒸發(fā)散量用等價的徑流系數(shù)來表達(dá);土壤保持量是潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量的差值,作為生態(tài)系統(tǒng)水土保持功能的評價指標(biāo)；生物多樣性與防風(fēng)固沙重要性評價均采用NPP定量指標(biāo)評估法進(jìn)行評價;水土流失和土地沙化敏感性評價分別將各單因子敏感性分布圖進(jìn)行乘積運算得到其敏感性評價結(jié)果;評價結(jié)果見圖1—3。

圖1 山西省水源涵養(yǎng)、土壤保持重要性評價

圖2 山西省防風(fēng)固沙、生物多樣性重要性評價

3.1.2 生態(tài)紅線劃定結(jié)果 將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價圖中“極重要”部分和生態(tài)敏感性評價圖中“極敏感”區(qū)域提取出來,并進(jìn)行保護(hù)地空缺分析,加入山西省國家級和省級自然保護(hù)區(qū)核心、緩沖區(qū)、集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)、泉域重點保護(hù)區(qū)、國家級濕地公園、省級以上地質(zhì)公園和古生物化石集中產(chǎn)地等,劃定山西省生態(tài)保護(hù)紅線方案(附圖9)。

圖3 山西省水土流失、土地沙化敏感性評價

山西省生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域總面積為4.20萬km2，占全省國土面積的26.79%，其中88.3%的紅線區(qū)位于山西省主體功能區(qū)規(guī)劃的禁止開發(fā)區(qū)和限制開發(fā)區(qū)內(nèi),是落實主體功能區(qū)規(guī)劃的重要措施。其中太行山生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積2.09萬km2，占全省國土面積的13.33%;呂梁山生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積1.64萬km2，占全省國土面積的10.47%;恒山以北生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積0.47萬km2，占全省國土面積的2.99%。我省生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)和已有各類生態(tài)保護(hù)區(qū)。其中已有各類生態(tài)保護(hù)區(qū)包括省級以上自然保護(hù)區(qū)、縣級以上城鎮(zhèn)集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)的一級保護(hù)區(qū)、泉域重點保護(hù)區(qū)、國家級濕地公園、省級以上地質(zhì)公園和古生物化石集中產(chǎn)地，總面積1.37萬km2，占全省國土面積的8.74%;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)為太行山、呂梁山、恒山、五臺山、太岳山、中條山等森林植被覆蓋較好的山區(qū)和主要河流源頭區(qū)，涉及省級以上森林公園和公益林的主要區(qū)域,總面積2.76萬km2，占全省國土面積的17.62%。

3.2 山西省生態(tài)安全格局空間識別

生態(tài)安全格局包括源地、緩沖區(qū)、生態(tài)廊道、輻射通道和關(guān)鍵生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點五部分[18]。參照美國保護(hù)管理協(xié)會的定義,將生態(tài)廊道理解為“供野生動物使用的狹長帶狀植被,通常能促進(jìn)兩地間生物因素的運用”。生物廊道對于景觀連接性具有關(guān)鍵性作用,廊道的連接性、寬度和構(gòu)成應(yīng)符合生物保護(hù)的要求。

3.2.1 生態(tài)源地與建設(shè)用地選取 生態(tài)安全格局涉及因素眾多,源地的識別更是直接影響到生態(tài)安全格局空間識別結(jié)果。針對山西省主要動物(兩棲、爬行與哺乳類)棲息地分布,源地主要是受人類干擾較少或不受干擾的較大成片自然景觀斑塊。本文選取山西省生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)作為源地,充分考慮到自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、濕地公園等現(xiàn)有邊界與未劃入相關(guān)生態(tài)保護(hù)區(qū)的大片林地、水體等,也包括存在生態(tài)敏感性的區(qū)域。城鎮(zhèn)建設(shè)用地,本文提取生態(tài)環(huán)境十年變化調(diào)查評估項目(2000—2010年)中山西省2010年土地利用類型數(shù)據(jù)中大于1 km2的的居住地、工業(yè)用地、采礦用地、交通用地等。

3.2.2 建立阻力面與緩沖區(qū) 不同的地理條件和社會經(jīng)濟作用對生態(tài)源地擴張和城鎮(zhèn)用地擴張具有不同的影響。參考山西的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀,依據(jù)不同目標(biāo)選擇與生態(tài)源地和城鎮(zhèn)用地擴張過程相關(guān)程度高的影響因子創(chuàng)建阻力面。將各個評價因子的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后對阻力進(jìn)行賦值,依據(jù)各評價因子的影響程度大小采用層次分析法確定其權(quán)重(其評價因子及其權(quán)重詳見表2，3)，最后在ArcGIS中用柵格計算器工具將各評價因子進(jìn)行加權(quán)求和計算,從而得到生態(tài)源地擴張過程和城鎮(zhèn)用地擴張過程阻力面(附圖10)。運用ArcGIS空間分析中的費用距離工具進(jìn)行緩沖區(qū)分析,得到生態(tài)源地與城鎮(zhèn)用地的累積阻力面(附圖11)。

表2 生態(tài)源地擴張阻力因子分級及權(quán)重

3.2.3 生態(tài)安全格局空間識別結(jié)果 基于最小累積阻力模型對研究區(qū)生態(tài)安全格局進(jìn)行空間識別。依據(jù)分位法進(jìn)行分級,得到高中低3種水平生態(tài)安全格局緩沖區(qū)(表3)，緩沖區(qū)分布在各生態(tài)源地的外圍,大部分地區(qū)是低山區(qū)林地和灌草地。其中高、中、低水平格局面積分別是39 133.65，38 606.11，40 229.03 km2，占全省國土面積的24.45%，25.66%和30.24%。高安全水平格局，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好,基本未被破壞，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)自身功能基本完善，自我恢復(fù)能力強，應(yīng)作為禁止和限制開發(fā)區(qū)加強生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)，禁止各種形式的開發(fā)建設(shè)活動；中等安全水平格局，生態(tài)環(huán)境有輕微程度破壞，生態(tài)結(jié)構(gòu)較為完整,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)尚完好,受外界干擾后一般可自行恢復(fù)，生態(tài)破壞較少，應(yīng)作為限制開發(fā)區(qū)加強生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)，禁止大規(guī)模的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和資源礦產(chǎn)開發(fā)活動；最低標(biāo)準(zhǔn)安全水平格局與其他區(qū)域，由于城市擴張，生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)退化，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所變化，生態(tài)系統(tǒng)功能尚可維持,受外界干擾能力弱，應(yīng)維持生態(tài)保護(hù)與城市發(fā)展的平衡。

生態(tài)廊道作為生態(tài)源地間的低累積阻力區(qū)，是相鄰兩個源地最容易聯(lián)系的低阻力生態(tài)通道。本文參考蔡青等[23]所提出的基于不確定理論的生態(tài)廊道識別方法確定生態(tài)廊道空間分布。參照相關(guān)文獻(xiàn),生態(tài)廊道的寬度一般為600～800 m，本文設(shè)定生態(tài)廊道寬度為800 m，得到研究區(qū)生態(tài)保護(hù)區(qū)之間的生態(tài)廊道面積為9 790.26 km2，研究發(fā)現(xiàn),由于山西省南北長東西短的形狀特征,東部和西部的生態(tài)屏障需要與周邊省市聯(lián)合識別，在省市之間留出一定的生態(tài)保育帶,確保區(qū)域生態(tài)安全。

表3 建設(shè)用地擴張阻力因子分級及權(quán)重

輻射通道是源地生態(tài)流向外擴散的低阻力谷線，是除生態(tài)廊道以外的低阻力路線,也是物種運動的潛在路線，能夠為生態(tài)廊道提供補充。本文綜合使用坡向變率和水文分析方法提取最小累積阻力面的谷線區(qū)域,將其作為輻射通道區(qū)域，本文設(shè)定輻射通道寬度與生態(tài)廊道相同為800 m，得到研究區(qū)生態(tài)保護(hù)區(qū)之間的輻射通道面積為12 143.67 km2。

戰(zhàn)略點包括生物遷徙的踏腳石、生物廊道交匯處、生物廊道與城市道路的交叉點,在這些關(guān)鍵性節(jié)點上進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),設(shè)立動物通道。生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點是源地間相互聯(lián)系具有重要意義的節(jié)點,對維持區(qū)域生態(tài)功能可持續(xù)發(fā)展具有關(guān)鍵意義,本文所提取的生態(tài)戰(zhàn)略節(jié)點主要是生態(tài)廊道之間的交點以及生態(tài)廊道與道路以及最大累積阻力路徑的交點。

表3 山西省生態(tài)安全格局分布面積與比例

4 結(jié) 論

(1) 劃定生態(tài)保護(hù)紅線對維護(hù)生態(tài)安全格局、保障生態(tài)系統(tǒng)功能、支撐經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用,是生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)性工作之一。山西省生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域總面積為4.20萬km2，占全省國土面積的26.79%，其中太行山生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積2.09萬km2，占全省國土面積的13.33%；呂梁山生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積1.64萬km2，占全省國土面積的10.47%；恒山以北生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)面積0.47萬km2，占全省國土面積的2.99%。我省生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)和已有各類生態(tài)保護(hù)區(qū)。

(2) 以山西省整個省域范圍為研究對象,識別了區(qū)域景觀生態(tài)安全格局。分別提取了生態(tài)安全格局的5個組成部分：生態(tài)源地、緩沖區(qū)、生態(tài)廊道、輻射通道、節(jié)點,明確了研究區(qū)域生態(tài)保護(hù)的重點區(qū)域，涵蓋了重要生態(tài)功能保護(hù)格局、人居環(huán)境安全格局與生物多樣性維護(hù)格局；同時研究發(fā)現(xiàn),由于山西省南北長東西短的形狀特征，東部和西部的生態(tài)屏障需要與周邊省市聯(lián)合識別,在省市之間留出一定的生態(tài)保育帶,確保區(qū)域生態(tài)安全。依據(jù)最小累積模型劃分生態(tài)安全格局為高安全水平、中等安全水平、最低標(biāo)準(zhǔn)安全水平,面積比例分別為24.45%，25.66%和30.24%。

(3) 山西省生態(tài)保護(hù)紅線是識別生態(tài)安全格局的重要組分,生態(tài)保護(hù)紅線劃定中凸顯了生態(tài)系統(tǒng)的完整性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性，可力保障我省森林和草地覆蓋率穩(wěn)步提高，有效保護(hù)我省典型生態(tài)系統(tǒng)多樣性和重點保護(hù)動植物，空間識別和優(yōu)化山西省“一帶三屏”生態(tài)安全格局框架,是維護(hù)山西省生態(tài)安全的底線；生態(tài)保護(hù)紅線嚴(yán)格劃定是生態(tài)安全格局空間識別的基礎(chǔ),生態(tài)保護(hù)紅線中生態(tài)廊道和輻射通道的比例較小,充分證明了今后山西省生態(tài)保護(hù)區(qū)之間建立生態(tài)廊道及其輔助通道的必要性。

[1] 鄒長新,沈渭壽.生態(tài)安全研究進(jìn)展[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,2003,19(1):56-59.

[2] 篤寧,陳文波,郭福良,等.論生態(tài)安全的基本概念和研究內(nèi)容[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(3):354-358.

[3] 馬克明,傅伯杰,黎曉亞,等.區(qū)域生態(tài)安全格局:概念與理論基礎(chǔ)[J].生態(tài)學(xué)報,2004,24(4):761-768.

[4] 黎曉亞,馬克明,傅伯杰,等.區(qū)域生態(tài)安全格局:設(shè)計原則與方法[J].生態(tài)學(xué)報,2004,24(5):1055-1062.

[5] 劉洋;蒙吉軍;朱利凱.區(qū)域生態(tài)安全格局研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報,2010,30(24):6980-6989.

[6] 黎曉亞,馬克明,傅伯杰,等.區(qū)域生態(tài)安全格局:設(shè)計原則與方法[J].生態(tài)學(xué)報,2004,24(5):1055-1062.

[7] 李暉,易娜,姚文璟,等.基于景觀安全格局的香格里拉縣生態(tài)用地規(guī)劃[J].生態(tài)學(xué)報,2011,31(20):5928-5936.

[8] 蒙吉軍,燕群,向蕓蕓.鄂爾多斯土地利用生態(tài)安全格局優(yōu)化及方案評價[J].中國沙漠,2014,34(2):590-596.

[9] 歐定華,夏建國,張莉,等.區(qū)域生態(tài)安全格局規(guī)劃研究進(jìn)展及規(guī)劃技術(shù)流程探討[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2015,24(1):163-173.

[10] 傅伯杰,周國逸,白永飛,等.中國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與生態(tài)安全[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2009,24(6):571-576.

[11] 高吉喜,鄒長新,楊兆平,等.劃定生態(tài)紅線,保障生態(tài)安全[N].中國環(huán)境報,2012-10-18(2).

[12] 高吉喜.探索我國生態(tài)保護(hù)紅線劃定與監(jiān)管[J].生物多樣性,2015,23(6):705-707.

[13] 饒勝,張強.劃定生態(tài)紅線創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)管理[J].環(huán)境經(jīng)濟,2012,6:57-60.

[14] Forman R T T. Land mosaics:The ecology of landscapes and regions[M]. Cambridge:Cambridge University Press, 1995.

[15] Yu K J. Security patterns and surface model in landscape ecological planning[J]. Landscape and Urban Planning, 1996,36(1):1-17.

[16] 劉冬,林乃峰,鄒長新,等.國外生態(tài)保護(hù)地體系對我國生態(tài)保護(hù)紅線劃定與管理的啟示劉冬[J].生物多樣性,2015,23(6):708-715.

[17] 楊姍姍,鄒長新,沈渭壽,等.基于生態(tài)紅線劃分的生態(tài)安全格局空間識別:以江西省為例[J].生態(tài)學(xué)雜志,2016,35(1):250-258.

[18] 徐德林,鄒長新,徐夢佳,等.基于生態(tài)保護(hù)紅線的生態(tài)安全格局空間識別[J].生物多樣性,2015,23(6):740-746.

[19] 劉春霞,李月臣,楊華,等.三峽庫區(qū)重慶段生態(tài)與環(huán)境敏感性綜合評價[J].地理學(xué)報,2011,66(5):631-642.

[20] 羅鵬，石軍，南孫華.基于GIS空間模型的庫區(qū)生態(tài)敏感性評價研究[J].水土保持研究,2007,14(2):255-258.

[21] 俞孔堅,王思思,李迪華,等.北京城市擴張的生態(tài)底線:基本生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其安全格局[J].城市規(guī)劃,2010,34(2):19-24.

[22] 俞孔堅.生物保護(hù)的景觀生態(tài)安全格局[J].生態(tài)學(xué)報,1999,19(1):8-15.

[23] 蔡青,曾光明,石林,等.基于柵格數(shù)據(jù)和圖論算法的生態(tài)廊道識別[J].地理研究,2012,31(8):1521-1534.

StudyonSpatialIdentificationofEcologicalSecurityPatterninShanxiProvince

DU Shixun, RONG Yuejing

(ResearchCenterforEco-EnvironmentScienceinShanxi,Taiyuan030009,China)

Maintenance of ecological security pattern is important for the maintenance and improvement of the ecological environment, and has an important role to support sustainable economic and social development. Ecological protection red line is the basic framework and the key component of ecological security pattern, the delineation of the red line has contributed to protect the ecological security. In order to study the spatial pattern of ecological security pattern in Shanxi Province, combining with the current situation of ecological environment in Shanxi province, we used the evaluation ecosystem service function of water conservation, soil erosion, biodiversity maintenance, windbreak and sand fixation, and the ecological sensitivity of soil and water loss, land desertification to delineate ecological protection red line, used the minimum cumulative resistance algorithm to determine the source-ecological protection red line and buffer zone, ecological corridor, radiation channel and strategic nodes to identify ecological security pattern. Above all, classification of ecological security in the study area, the ecological security will be divided into the pattern of high level security, low level security and the lowest standard level security, the proportions of the areas were 24.45%, 25.66% and 30.24%, respectively. It is important to highlight the distribution of ecological security pattern in Shanxi Province, which is of great significance to ensure the integrity of the ecosystem and the importance of ecosystem services.

ecological protection red line; minimal cumulative resistance; ecological security pattern; ecological corridor

Q148

A

1005-3409(2017)06-0147-07

2016-11-13

2016-12-13

山西省環(huán)保廳+省財政重大專項“山西省生態(tài)保護(hù)紅線劃定項目”(KY15004)

杜世勛(1979—),男,山西晉中人,碩士,工程師,主要從事生態(tài)評價研究。E-mail:120121828@qq.com

榮月靜(1989—)，女，山西陽泉人，碩士，研究方向：區(qū)域生態(tài)恢復(fù)與資源可持續(xù)利用研究。 E-mail: rongyuejing@126.com