京津冀城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化

胡炳旭,汪東川,2,王志恒,*,汪翡翠,劉金雅,孫志超,陳俊合

1 天津城建大學(xué),地質(zhì)與測(cè)繪學(xué)院,天津 300384 2 天津城建大學(xué),天津市土木建筑結(jié)構(gòu)防護(hù)與加固重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300384

生態(tài)系統(tǒng)是人類(lèi)生存的載體,隨著京津冀城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,生態(tài)用地流失、水生態(tài)失衡[1- 2],大型生態(tài)用地破碎化、島嶼化現(xiàn)象日益嚴(yán)重,重要生態(tài)用地如綠地、水域、濕地等出現(xiàn)不同程度的破碎[3- 5],導(dǎo)致生態(tài)用地的數(shù)量、質(zhì)量和連通性等不斷降低,打破京津冀原有的正常生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)制,迫使生態(tài)系統(tǒng)功能下降、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)加劇,嚴(yán)重威脅生態(tài)安全[6- 7]。因而,維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡,保護(hù)生物多樣性,及降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)迫在眉睫。

目前,構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)主要有兩種方法:(1)通過(guò)觀(guān)測(cè)動(dòng)物、植物種子擴(kuò)散范圍等路徑,結(jié)合模型構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)[8-12]。(2)基于地理空間分析技術(shù) (Geographical Information System,GIS),利用最小成本路徑模型來(lái)構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[13-17]。第一種方法雖可對(duì)遷移路徑進(jìn)行更直觀(guān)的模擬,但需要詳細(xì)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù),且耗時(shí)長(zhǎng)。而最小成本路徑模型考慮到生態(tài)源地間連接過(guò)程中耗費(fèi)成本值,得到源地間最小成本廊道,從而更好地反映出源地在耗費(fèi)景觀(guān)成本環(huán)境下的最優(yōu)路徑。近年來(lái),景觀(guān)規(guī)劃和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方面的研究取得了較大進(jìn)展。俞孔堅(jiān)[18]基于景觀(guān)連接度原理對(duì)北京市生態(tài)安全格局進(jìn)行構(gòu)建和預(yù)測(cè);孔繁花等[19]采用最小成本路徑方法,模擬了濟(jì)南市的潛在生態(tài)廊道;張遠(yuǎn)景[20]采用CA-Markov 模型對(duì)哈爾濱主城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局進(jìn)行模擬優(yōu)化。然而上述研究多圍繞建城區(qū)及周邊區(qū)縣小尺度區(qū)域,研究區(qū)域集中在東部沿海發(fā)達(dá)城市,而基于大尺度區(qū)域范圍對(duì)城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究則相對(duì)較少,且主要集中在西北內(nèi)陸[21- 22]。

本文以京津冀城市群為研究區(qū),基于京津冀生態(tài)紅線(xiàn)區(qū)域、自然保護(hù)區(qū)范圍區(qū)域,綜合疊加提取出具有重要生態(tài)意義的核心生態(tài)源地,運(yùn)用GIS技術(shù),基于最小成本路徑提取研究區(qū)潛在廊道,通過(guò)重力模型及重要生態(tài)源地連通廊道,綜合篩選得到研究區(qū)重要生態(tài)廊道。并對(duì)研究區(qū)內(nèi)景觀(guān)成本,廊道組成,及其重要生態(tài)源地等分布特征進(jìn)行分析,并針對(duì)重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)提出區(qū)域優(yōu)化,旨在為增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的完整性和重要源地的連通性,強(qiáng)化建立完善的生態(tài)文明建設(shè)環(huán)境保護(hù)策略,以及建設(shè)京津冀城市群生態(tài)文明建設(shè)等相關(guān)研究提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)行政區(qū)劃圖Fig.1 Administrative divisions of the study area

京津冀城市群包括北京市、天津市以及河北省11個(gè)地級(jí)市(圖1)。土地面積21.8萬(wàn)km2,約占全國(guó)面積的2.3%。京津冀地區(qū)主體為溫帶大陸性氣候,四季明顯,冬季寒冷干燥,夏季高溫多雨。全區(qū)地勢(shì)呈現(xiàn)由西北向東南傾斜降低,西北部緊鄰內(nèi)蒙古,草原較多,生態(tài)環(huán)境良好;西部北部?jī)?nèi)含太行山、燕山山脈,林地資源豐富,生態(tài)環(huán)境優(yōu)良;東部地區(qū)緊鄰渤海,南部為華北平原,地勢(shì)平坦,土地利用類(lèi)型多為耕地。隨著城鎮(zhèn)化工業(yè)化發(fā)展,生態(tài)源地破碎化、島嶼化嚴(yán)重,京津冀地區(qū)環(huán)境生態(tài)問(wèn)題十分嚴(yán)峻,部分河湖干枯斷流、水土流失、河水富營(yíng)養(yǎng)化、土地污染、地面沉降、草場(chǎng)退化、沙塵暴和霧霾等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。因此，做好京津冀城市群協(xié)同發(fā)展,是改善區(qū)域資源分配不均、提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境的重要舉措之一。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

以研究區(qū)域2015年 Landsat8 OLI 遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),將京津冀土地利用類(lèi)型劃分為林地、草地、濕地、耕地、人工表面及其他類(lèi)型用地,利用ArcGIS 10.2軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行目視解譯獲得矢量數(shù)據(jù),并進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)換,最終得到30 m×30 m土地利用柵格數(shù)據(jù)。自中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云 (Geospatial Data cloud, http://www.gscloud.cn/) 下載全球GDEMDEM 30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù),通過(guò)裁剪獲取京津冀數(shù)字高程模型 (Digital Elevation Model,DEM) 數(shù)據(jù),其柵格大小為30 m×30 m(圖1)。篩選2015京津冀1∶100萬(wàn)基礎(chǔ)規(guī)劃數(shù)據(jù)中河流、國(guó)道、濕地、湖泊等矢量范圍,對(duì)國(guó)務(wù)院《全國(guó)主體功能規(guī)劃》[23]數(shù)據(jù)及京津冀《主體功能區(qū)規(guī)劃》[24-26]數(shù)據(jù)中生態(tài)紅線(xiàn)區(qū)域,環(huán)保部《全國(guó)自然保護(hù)區(qū)名錄》[27]自然保護(hù)區(qū)分布及面積參數(shù),《中國(guó)生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略》[28]中物種保護(hù)區(qū)范圍,國(guó)家林業(yè)局《中國(guó)濕地保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃》[29]中重要濕地分布區(qū)域等數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化,得到矢量數(shù)據(jù)。

2.2 生態(tài)源地提取方法

景觀(guān)生態(tài)學(xué)中,生態(tài)源地具有重要的生態(tài)系統(tǒng)功能或生態(tài)服務(wù)功能,是景觀(guān)重要組成部分[14]。生態(tài)源地面積的大小對(duì)區(qū)域物種多樣性、物質(zhì)信息傳遞、交流以及綜合生態(tài)服務(wù)功能有著重要意義[30]。本文基于研究區(qū)實(shí)際情況,對(duì)《主體功能區(qū)規(guī)劃》、《全國(guó)自然保護(hù)區(qū)名錄》、《中國(guó)生物多樣性戰(zhàn)略與行動(dòng)計(jì)劃(2011—2030年)》、《中國(guó)濕地保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃》等規(guī)劃指南中重要生態(tài)區(qū)域的矢量范圍,與土地利用數(shù)據(jù)中面積大于10 km2的林地、草地、濕地生態(tài)區(qū)域矢量范圍進(jìn)行矢量疊加分析,提取重疊度較高、綜合生態(tài)服務(wù)功能好的區(qū)域作為生態(tài)源地。

2.3 基于最小成本路徑模型的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)可以解決生態(tài)源地破碎化問(wèn)題,增強(qiáng)生態(tài)源地間的連接度[31]。最小成本路徑方法是指物種從源到目的地運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所耗費(fèi)的累計(jì)成本值。該模型算法具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、要素拓展性強(qiáng)、運(yùn)算快速及應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。通過(guò)計(jì)算源地間的最小累計(jì)成本來(lái)確定源地間連接路徑,能較好的反應(yīng)出景觀(guān)中物質(zhì)、能量的運(yùn)動(dòng)方向趨勢(shì)。生態(tài)源地通過(guò)不同景觀(guān)類(lèi)型耗費(fèi)成本的大小不同,首先對(duì)研究區(qū)景觀(guān)賦予不同的成本值,運(yùn)用“綜合加權(quán)指數(shù)和法”創(chuàng)建研究區(qū)綜合成本柵格數(shù)據(jù),通過(guò)最小成本路徑模型計(jì)算[32- 34](式1),得到生態(tài)源地間的最小成本路徑。采用最小成本路徑生成生態(tài)廊道有以下兩個(gè)原則,第一,生態(tài)源地間生成廊道不會(huì)穿過(guò)其他生態(tài)源地;第二,所有生成廊道沒(méi)有交叉。最小成本路徑可以較好的反映出生態(tài)源地間的物質(zhì)交流,通過(guò)構(gòu)建景觀(guān)綜合成本值面計(jì)算源地間最小成本路徑。

(1)

式中,MCR為最小累計(jì)成本值,fmin為源地間最小累計(jì)成本值,Dij表示物種從源j到景觀(guān)單元i的空間距離,Ri表示景觀(guān)單元i的成本值。(Dij×Ri)的值可以被作為衡量特定物種從j到空間某點(diǎn)的路徑的相對(duì)容易達(dá)到性。

2.4 重要生態(tài)廊道篩選及生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別

生態(tài)源地間相互作用強(qiáng)度可以反映出潛在生態(tài)廊道對(duì)生態(tài)源地連接的重要性?；谥亓δＰ蚚19](式2)定量地對(duì)生態(tài)源地間相互作用強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià),進(jìn)而判斷研究區(qū)相對(duì)重要的生態(tài)廊道,保留大型生態(tài)源地間相互作用較強(qiáng)的生態(tài)廊道,結(jié)合京津冀城市群重要生態(tài)源地的空間分布,以生態(tài)紅線(xiàn)區(qū)、重點(diǎn)保護(hù)區(qū)和城市群周邊重要生態(tài)源地的有效連通為原則,篩選得到京津冀城市群重要生態(tài)廊道,并結(jié)合現(xiàn)有國(guó)道,河流進(jìn)行疊加分析,對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)提出優(yōu)化建議。

(2)

式中,Gij是源地i與源地j之間的相互作用強(qiáng)度;Ni與Nj分別為源地i與源地j的權(quán)重系數(shù);Dij為源地i與源地j之間潛在廊道的標(biāo)準(zhǔn)化成本值大小;Pi與Pj為源地i與j的整體成本值;Si與Si為源地i與j的面積;Lij為源地i與源地j之間潛在廊道的累積成本值;Lmax為研究區(qū)內(nèi)所有廊道的最大成本值。

生態(tài)節(jié)點(diǎn)是源地最小成本路徑和最大耗費(fèi)路徑的交點(diǎn)[35]。在景觀(guān)空間鏈接中,相鄰源地間進(jìn)行物質(zhì)交流存在關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn),生態(tài)節(jié)點(diǎn)通常在過(guò)去受到認(rèn)為干擾或即將受到人類(lèi)活動(dòng)影響后生態(tài)惡化的區(qū)域。在大尺度的廊道研究中,生態(tài)薄弱并且生態(tài)作用關(guān)鍵的區(qū)域被當(dāng)作生態(tài)節(jié)點(diǎn)[36]。本文以京津冀城市群重要生態(tài)廊道上的小型生態(tài)源地及生態(tài)廊道與現(xiàn)有道路、河流交叉重疊較高區(qū)域作為生態(tài)節(jié)點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)源地提取結(jié)果

對(duì)京津冀規(guī)劃綱要中生態(tài)紅線(xiàn)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)及大型生態(tài)用地及土地利用數(shù)據(jù)中林草濕地的矢量范圍,進(jìn)行區(qū)域矢量化疊加,提取得到研究區(qū)重要生態(tài)源地217塊,并對(duì)京津冀城市群土地利用生態(tài)源地景觀(guān)組成進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖2，表1)。

表1 景觀(guān)類(lèi)型分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表

圖2 生態(tài)源地分布圖與土地利用現(xiàn)狀圖Fig.2 Distribution of the ecological source and present map of land use

由表1、圖2可知京津冀城市群生態(tài)源地面積占研究區(qū)總面積約21.76%,林地占比最高,占生態(tài)源地總比例的82.78%,主要分布在西部北部山區(qū)地帶,面積較大,綜合生態(tài)服務(wù)功能較好,林地區(qū)域小型生態(tài)源地主要分布在保定西側(cè)、秦皇島、承德行政區(qū)域內(nèi);濕地占比約為11.05%,主要分布在東部渤海灣及白洋淀衡水湖等大型水域以及各區(qū)域重要水庫(kù),生態(tài)等級(jí)高,綜合生態(tài)服務(wù)功能較好,需要重點(diǎn)進(jìn)行保護(hù);草地占生態(tài)用地6.17%,草原生態(tài)結(jié)構(gòu)較為脆弱,區(qū)域生態(tài)破碎度較高,小型生態(tài)源地較多,盡量維持或適當(dāng)增大生態(tài)源地面積,加大研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度,避免生態(tài)源地破碎化加劇,提升區(qū)域綜合生態(tài)服務(wù)功能。

由圖2土地利用圖可見(jiàn),研究區(qū)南部平原區(qū)域林地較少,耕地為主要土地利用類(lèi)型,生態(tài)用地類(lèi)型以濕地為主,城鎮(zhèn)化嚴(yán)重,城市面積明顯高于其他區(qū)域,生態(tài)綜合生態(tài)服務(wù)功能相對(duì)較弱;山區(qū)土地利用以林地為主,生態(tài)綜合生態(tài)服務(wù)功能相對(duì)較好;草原土地利用以林地、草地和耕地為主,生態(tài)綜合生態(tài)服務(wù)功能良好;應(yīng)適當(dāng)更改平原區(qū)域土地利用類(lèi)型,落實(shí)退耕還林等政策,并加強(qiáng)平原區(qū)域大型生態(tài)源地的建設(shè)和保護(hù)。

3.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分析

景觀(guān)成本值的確定是構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)景觀(guān)成本值沒(méi)有統(tǒng)一的方法,源地間物質(zhì)交流、傳遞通過(guò)不同景觀(guān)類(lèi)型所耗費(fèi)的成本不同。本文參考徐文彬等[37]、劉杰等[38]、袁鐘等[39]學(xué)者的研究成果對(duì)景觀(guān)和高程進(jìn)行成本賦值,結(jié)合景觀(guān)生態(tài)重要性對(duì)景觀(guān)成本賦值,林地生態(tài)功能最強(qiáng)成本值設(shè)置為10,人工表明對(duì)生態(tài)影響最大,成本值設(shè)置為800,其他景觀(guān)成本范圍在10—800之間,結(jié)合高程變化對(duì)源地連通的影響對(duì)高程進(jìn)行成本賦值,獲得景觀(guān)成本和高程成本值分配表(表2)。對(duì)研究區(qū)土地利用類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)和高程?hào)鸥駭?shù)據(jù)進(jìn)行重分類(lèi)賦值,通過(guò)“綜合加權(quán)指數(shù)和法”,運(yùn)用柵格計(jì)算器構(gòu)建綜合成本值面,得到研究區(qū)綜合成本值(圖3),并對(duì)各城市景觀(guān)平均成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖4),計(jì)算源地到研究區(qū)各點(diǎn)的累計(jì)成本值(圖5)。通過(guò)公式1進(jìn)行計(jì)算217塊生態(tài)源地間的最小成本路徑,得到生態(tài)源地間潛在生態(tài)廊道579條(圖6)。

對(duì)區(qū)域景觀(guān)成本值及最小成本路徑獲取的生態(tài)廊道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。由圖3可見(jiàn),華北平原景觀(guān)類(lèi)型主要為耕地,同時(shí)城鎮(zhèn)化嚴(yán)重,平原區(qū)域景觀(guān)成本值明顯高于草原、林地,特別是北京、天津、石家莊城區(qū)及周邊范圍成本值最高。由圖4可見(jiàn),天津、廊坊景觀(guān)平均成本值較高,秦皇島、承德景觀(guān)平均成本值較低,其余城市平均成本值差異不大。結(jié)合圖5可見(jiàn),平原東南區(qū)域生態(tài)源地向研究區(qū)各點(diǎn)累計(jì)成本值最高,北京、天津、唐山地區(qū)累計(jì)成本值其次,林地草地累計(jì)成本值相對(duì)較小。平原區(qū)域生態(tài)源地面積較小,分布稀疏,表明源地在平原區(qū)域進(jìn)行物質(zhì)交流、傳遞消耗成本值較高,廊道連通性較低,生態(tài)穩(wěn)定性差。由廊道分布及數(shù)量圖(圖6和圖7)可見(jiàn),北京和張家口廊道數(shù)量最多,廊道數(shù)量超過(guò)200條,衡水、石家莊、秦皇島的廊道數(shù)量最少,分別為26條、42條和51條,其他城市廊道數(shù)量約100條。通過(guò)對(duì)廊道長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)分析(圖8),張家口,北京、承德廊道總長(zhǎng)度較大,長(zhǎng)度大于1500 km,秦皇島、衡水廊道總長(zhǎng)度較小,廊坊、石家莊、滄州、唐山、邢臺(tái)、邯鄲、天津、保定廊道總長(zhǎng)度趨于1100 km左右。北京行政區(qū)面積相對(duì)較小,廊道數(shù)量?jī)H次于張家口,區(qū)域廊道密度最大,北京城鎮(zhèn)化高,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況加強(qiáng)廊道優(yōu)化。衡水區(qū)域內(nèi)的生態(tài)源地嚴(yán)重缺失,廊道數(shù)量最少,僅為26條,廊道總長(zhǎng)度也僅513 km,應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)源地保護(hù)和建設(shè),提升區(qū)域綜合生態(tài)服務(wù)功能。

表2 不同景觀(guān)類(lèi)型的成本值

圖3 研究區(qū)綜合成本值Fig.3 Comprehensive cost of the study area

圖4 各地區(qū)平均成本值Fig.4 Average cost of each study area

3.3 區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)框架分析及生態(tài)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

對(duì)選取的生態(tài)源地進(jìn)行編號(hào),基于重力模型構(gòu)建217個(gè)生態(tài)源地間的相互作用矩陣(表3),量化評(píng)價(jià)生態(tài)源地間相互作用強(qiáng)度。對(duì)于廊道重要性的判別,很多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)的研究工作,本文根據(jù)許峰等和尹海偉等[15,40]的研究成果,將相互作用強(qiáng)度值100作為重要廊道提取的閾值,同時(shí)結(jié)合京津冀城市群重要態(tài)源地的空間分布,以林地、水涵養(yǎng)區(qū)、草地、濕地和湖泊間大型生態(tài)源地可連通為原則,篩選具有重要連通性的廊道作為重要生態(tài)廊道,其他剩余廊道作為一般廊道。結(jié)合京津冀現(xiàn)有國(guó)道、河流與所選廊道進(jìn)行疊加分析,選取京津冀城市群重要生態(tài)廊道上的小型生態(tài)源地及潛在廊道與現(xiàn)有廊道交叉處作為生態(tài)節(jié)點(diǎn),構(gòu)建京津冀城市群地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分布圖(圖9)。

圖5 源地到研究區(qū)各點(diǎn)累計(jì)成本值Fig.5 Cumulative cost from source to each spot in the study area

圖6 研究區(qū)潛在生態(tài)廊道圖Fig.6 Map of potential ecological corridors in the study area

圖7 各地區(qū)廊道數(shù)量Fig.7 Numbers of the corridors in each study area

圖8 各地區(qū)廊道總長(zhǎng)度Fig.8 Total length of the corridors in each study area

對(duì)廊道分類(lèi)提取統(tǒng)計(jì)分析,由圖10可見(jiàn),承德、保定、張家口、保定重要生態(tài)廊道總長(zhǎng)度較大,表明研究區(qū)內(nèi)生態(tài)連通性較好。由圖11可見(jiàn),衡水、石家莊、承德的重要廊道數(shù)量與生態(tài)廊道數(shù)量相差不大,表明區(qū)域內(nèi)廊道重要性較高。由圖9可見(jiàn),研究區(qū)生態(tài)廊道與現(xiàn)有廊道重疊度較高,但張家口草原區(qū)域現(xiàn)有國(guó)道和河流較少,同時(shí)區(qū)域內(nèi)源地破碎化嚴(yán)重,潛在生態(tài)廊道較多,整體生態(tài)功能較為脆弱;承德、秦皇島、唐山靠燕山山脈,區(qū)域內(nèi)廊道重疊度最高,生態(tài)源地分布較為均勻,整體生態(tài)功能好于其他區(qū)域。平原區(qū)域北京、天津、唐山、廊坊區(qū)域城鎮(zhèn)發(fā)展較快,現(xiàn)有國(guó)道、河流密集與生態(tài)廊道交叉明顯。平原南部生態(tài)廊道與現(xiàn)有國(guó)道、河流走向重疊不高,廊道間相互交叉情況較多,同時(shí)南部區(qū)域白洋淀、衡水湖和天津?yàn)I海濕地間連通效果不夠理想。保定、石家莊、邢臺(tái)城區(qū)間連通僅存在一條國(guó)道,其余廊道均為橫向連通,應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)國(guó)道周邊生態(tài)源地建設(shè)及保護(hù),提升廊道連通性。綜合來(lái)看,研究區(qū)現(xiàn)有國(guó)道河流能夠確保大部分的生態(tài)景觀(guān)連通性,但在張家口草原內(nèi)部及平原區(qū)域存在廊道不夠完善情況,應(yīng)針對(duì)實(shí)際情況加強(qiáng)現(xiàn)有廊道的保護(hù)及建設(shè)新的廊道,進(jìn)而提升生態(tài)綜合服務(wù)功能。

表3 基于重力模型的源地間相互作用強(qiáng)度矩陣

生態(tài)節(jié)點(diǎn)可加強(qiáng)廊道交匯處的生態(tài)功能[41]。由圖9可見(jiàn),草原區(qū)域生態(tài)破碎度較高,草原生態(tài)結(jié)構(gòu)較為脆弱,由小型生態(tài)源地組成的生態(tài)廊道較多,要增強(qiáng)小型生態(tài)源地類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的保護(hù),確保大型生態(tài)源地的連通性,進(jìn)而提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能。山區(qū)增加承德、唐山、秦皇島行政區(qū)周邊廊道交叉點(diǎn)為生態(tài)節(jié)點(diǎn)。北京、天津、廊坊內(nèi)部城鎮(zhèn)化迅速,應(yīng)加強(qiáng)廊道交叉密集區(qū)的生態(tài)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化,研究區(qū)東南部生態(tài)源地較少,大型生態(tài)源地間連通廊道距離較長(zhǎng),廊道穩(wěn)定性較差。滄州、衡水、石家莊、邢臺(tái)、邯鄲行政區(qū)內(nèi)廊道上的小型生態(tài)源地和生態(tài)節(jié)點(diǎn)較少,應(yīng)該加強(qiáng)廊道間的生態(tài)源地建設(shè),對(duì)小型生態(tài)源地加大保護(hù)力度,并增加重要廊道的生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)。此外,應(yīng)提高生態(tài)源地建設(shè)保護(hù)意識(shí)和增強(qiáng)保護(hù)措施,確保區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境功能。

4 結(jié)論

圖9 京津冀城市群地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分布圖 Fig.9 Ecological network of the Beijing-Tianjin-Hebei metropolitan region

本文采用最小成本路徑模型構(gòu)建京津冀城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò),不但對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù),及生態(tài)系統(tǒng)功能的提高等方面具有重要意義,還為其他區(qū)域城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供新思路。研究成果如下:

(1)基于主體功能規(guī)劃、濕地及自然保護(hù)區(qū)等數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析,獲得京津冀生態(tài)源地,生態(tài)源地總面積為47031.98 km2,源地類(lèi)型以林地為主,濕地、草地占比例較小,面積分別占生態(tài)源地總比例的82.78%,11.05%和 6.17%,林地主要分布在山脈地區(qū),草地主要分布在張家口西北側(cè),濕地主要分布在華北平原。

(2)通過(guò)綜合指數(shù)加權(quán)法構(gòu)建景觀(guān)成本值面,采用最小成本路徑模型提取廊道579條,并對(duì)研究區(qū)景觀(guān)成本及廊道分布進(jìn)行了詳細(xì)分析。其中,平原區(qū)域景觀(guān)成本值高于草原和林地,特別是北京、天津石家莊城區(qū)及周邊范圍景觀(guān)成本值最高;天津市、廊坊市景觀(guān)平均成本值較高,為200左右,承德市景觀(guān)平均成本值最低,為70左右。另外,北京和張家口區(qū)域內(nèi)廊道數(shù)量最多,超過(guò)200條,同時(shí)區(qū)域內(nèi)廊道總長(zhǎng)度最大,達(dá)1500 km以上。北京、張家口區(qū)域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,表明其綜合生態(tài)服務(wù)功能相對(duì)較好。

(3)根據(jù)源地間相互作用強(qiáng)度,通過(guò)重力模型評(píng)價(jià)廊道的重要程度,同時(shí)確保大型、重要生態(tài)源地間的連通性,篩選出重要生態(tài)廊道。張家口區(qū)域重要廊道數(shù)量最多,達(dá)70條以上。承德區(qū)域重要廊道總長(zhǎng)度最長(zhǎng),表明區(qū)域綜合生態(tài)服務(wù)功能較好。衡水重要廊道數(shù)量最少,廊道總長(zhǎng)度也相對(duì)較小,大型生態(tài)源地?cái)?shù)量不多,區(qū)域綜合生態(tài)服務(wù)功能較差,廊道較為脆弱。生態(tài)節(jié)點(diǎn)上,研究區(qū)東南部的滄州、衡水、石家莊、邢臺(tái)、邯鄲區(qū)域內(nèi)廊道上的小型生態(tài)源地和生態(tài)節(jié)點(diǎn)較少。

圖10 各地區(qū)重要廊道數(shù)量 Fig.10 Numbers of the important corridors in each study area

圖11 各地區(qū)重要廊道總長(zhǎng)度 Fig.11 Total length of the important corridors in each study area

綜合京津冀地區(qū)現(xiàn)有源地、廊道的空間分布以及存在的問(wèn)題提出以下建議:首先,在源地分布上,平原區(qū)域生態(tài)源地面積小、分布不均。研究區(qū)東南部重要大型生態(tài)源地較少,源地間廊道長(zhǎng)度較大,應(yīng)加強(qiáng)長(zhǎng)距離廊道上生態(tài)源地的建設(shè)保護(hù),提升區(qū)域景觀(guān)連通性,特別是在京津冀快速協(xié)同發(fā)展的背景下,應(yīng)在北京東南部廊坊及天津西部適當(dāng)建立大型生態(tài)源地;其次,雄安新區(qū)的擴(kuò)建將對(duì)白洋淀濕地綜合生態(tài)服務(wù)功能影響加大,需重點(diǎn)加強(qiáng)白洋淀區(qū)域生態(tài)保護(hù)建設(shè);再次,衡水湖是平原中心最大的生態(tài)源地,對(duì)周?chē)鷳B(tài)綜合服務(wù)功能最高,要重點(diǎn)加強(qiáng)白洋淀與衡水湖間生態(tài)廊道的構(gòu)建。