基于景观安全格局的县域生态用地保护研究——以浙江省青田县为例

闫玉玉，曹 宇，谭永忠

（1.浙江大学公共管理学院土地管理系，浙江 杭州 310058；2.上海市建设用地和土地整理事务中心，上海 200003）

基于景观安全格局的县域生态用地保护研究
——以浙江省青田县为例

闫玉玉1，2，曹 宇1，谭永忠1

（1.浙江大学公共管理学院土地管理系，浙江 杭州 310058；2.上海市建设用地和土地整理事务中心，上海 200003）

研究目的：以浙江省青田县为例，基于景观安全格局理论和方法构建具有不同安全水平的综合安全格局，探讨土地利用管理中的生态用地保护途径，提出相应的政策建议，以期为中国土地管理中的生态用地保护提供借鉴。研究方法：利用景观安全格局法和GIS空间分析法构建区域景观安全格局，并依此展开生态用地保护研究。研究结果：研究区低、中、高水平安全格局下生态用地面积分别为1445.31 km2、327.87 km2、171.09 km2，分别占全县面积的58.34%、1.32%、0.69%。低水平安全格局下的生态用地是维持区域生态安全的关键和底线，应以严格的保护为主；中安全水平的生态用地是生态保护核心区的缓冲地带，应以保护其自然生态系统为主；高水平安全格局内可开展适当的开发建设，但应控制开发建设对生态用地的干扰，发挥其生态隔离作用。研究结论：基于景观安全格局的生态用地保护有利于满足区域生态保护的综合需求，可为区域土地利用提供重要参考。

土地生态；生态用地；生态功能；景观安全格局；青田县

1 引言

近年来，随着中国城镇化的高速发展，建设用地需求日益增加，大量具有生态服务功能的土地被占用，土地退化等生态安全问题频发。生态用地作为生态系统功能的重要承载者，对于维护生物多样性、保持生态系统平衡、保障国土生态安全等具有极其重要的作用。

生态用地保护和规划的研究成果屡见不鲜，常见方法包括碳氧平衡法[1]、生态功能重要性评价法[2-3]、景观安全格局法[4-5]等。目前，虽然生态用地保护研究取得了一定的成果，但仍处于起步和探索阶段，尤其缺乏对某一特定区域，基于土地空间格局与生态过程之间相互关系的保护研究。因此，科学地开展生态用地保护研究，确定区域内最小生态用地需求及其合理空间布局，以达到土地利用的生态最优、实现区域生态安全，仍是当前土地利用管理和生态用地保护研究领域的重点和难点。

安全格局（Security Pattern，SP）是判别和构建对生物运动和维持生态过程等起关键作用的景观格局的理论和方法，尤为强调空间格局与生态过程之间的相互关系研究。近年来，景观安全格局理论引起了学者们的广泛关注，并被应用于如生物保护规划[6]、城乡或区域景观安全格局构建[7-8]、城市扩张[9-10]和生态用地规划[11-12]等多项实践，适用性广泛，为土地利用中生态用地的保护研究提供了重要理论和技术借鉴。所谓生态用地，即区域内以发挥生态系统服务功能为主，对保障区域生态安全、维持生态系统平衡具有重要作用的土地利用类型，具体包括林地、园地、草地、水域和未利用地5类。

本文利用景观安全格局方法，基于生物多样性保护、水源涵养、水资源安全、自然游憩和地质灾害防治等生态功能，分别构建单一生态过程的景观安全格局，在此基础上，构建研究区的综合安全格局，并与研究区生态用地进行叠加分析，从而便可实现不同安全水平下的生态用地保护，同时，提出几点政策建议，以期为中国土地管理中的生态用地保护提供借鉴。

2 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

青田县位于浙江省东南部，地理位置介于119°47′50″—120°26′2″E、27°56′2″—28°29′10″N之间，县域总面积约2477.16 km2。青田县是浙西南绿色生态屏障的重要组成部分，地形属于浙南中低山丘陵区，县域内低山、丘陵广布，坡度大于25°的山地面积约占县域总面积的67.60%，且水网密集，水资源丰富，有“九山半水半分田”之称。区内野生动、植物资源丰富，森林覆盖率高达80.40%，拥有丰富的自然景观、人文景观丰富和生态环境良好。

2.2 数据来源与预处理

本文数据一是来自于研究区相关职能部门，包括青田县国土资源局提供的土地利用现状数据、行政区划矢量数据、坡度分级数据、地质灾害防治规划资料，环保部门、林业部门、水利部门、旅游局等提供的环境功能区划、生态公益林建设、水源保护规划、风景名胜区规划等资料；二是遥感与高程数据，包括研究区2013年的Landsat 8 TM遥感影像（数据来源于美国USGS官网http: //glovis.usgs.gov）及分辨率为30 m的DEM高程数据（数据来源于地理空间数据云平台http: //www.gscloud.cn）等。

数据预处理主要包括植被覆盖度计算、高程数据处理和生态用地提取三方面。植被覆盖度计算是借助ENVI 5.1软件平台，根据植被覆盖度与NDVI之间的关系来估算，公式[13-14]如下：

式（1）中，NDVImax和NDVImin分别为区域内NDVI的最大值和最小值。

高程数据处理主要是在ArcGIS 9.3中对全区4幅DEM进行拼接、裁剪等操作，以得到研究区范围内的高程数据。

研究区生态用地提取主要是在ArcGIS 9.3中通过对土地利用现状矢量数据进行重分类来实现。

3 研究方法

景观安全格局法在生态用地保护研究中强调对维持区域关键生态过程生态用地的保护，因此，本文首先基于生物多样性保护、水源涵养、水资源安全、自然游憩和地质灾害防治等重要生态功能构建研究区单一生态过程的景观安全格局，并通过空间叠加进一步构建研究区综合安全格局，以确定维持区域关键生态过程、保证区域生态安全的不同层次生态用地需求。景观安全格局方法主要包括源地的识别、阻力面的建立和生态安全格局构建三个步骤。

3.1 源地的识别

确定源地是景观安全格局构建的基础和首要环节。由于景观安全格局方法强调格局与过程之间的关系，因此，在确定源地时应充分考虑不同生态过程及其所发挥的生态系统服务功能。通常，可选取区域内具有重要生态功能、面积较大的水域、林地[10]或已建成的自然保护区、风景名胜区[11]等核心斑块作为生态源地。

3.2 建立阻力面

（1）确定阻力因子及权重。物种从源地到空间中任意一点均需克服阻力，不同阻力因子干扰能力不同，对物种扩散形成的阻力大小也不同。根据已有研究[4，12]，生态安全格局构建可选择的阻力因子主要包括地形地貌、降水、土地利用类型、植被覆盖、土壤侵蚀、源地到主干道以及源地到城镇或农居点的距离等。具体研究中，可根据实际需要选取合适的因子，并运用主成分分析法、层次分析法、因子分析法或专家打分法等确定各因子的权重。

（2）建立阻力面。阻力面反映了物种空间运动的趋势[11]，本文采用最小累积阻力模型（MCR）来构建阻力面，公式[15-16]如下：

式（2）中，f是未知的正函数，反映空间中任一点的最小阻力与其所有源的距离和景观基面特征的正相关关系；Dij是物种从源j到空间某一点所穿越的某景观的基面i空间距离；Ri是景观i对某物种运动的阻力。尽管函数f通常是未知的，但（Dij×Ri）的累积值可以被看作物种从源到空间某一点的某一路径的相对易达性的衡量，其中，从所有源到某点阻力的最小值被用来衡量该点的易达性。

3.3 生态安全格局的建立

除已确定的生态源外，缓冲区、“源”间廊道、辐射道和战略点等其他生态安全格局组分可通过对阻力面的空间分析来识别，具体如下。

缓冲区的识别：缓冲区的目的是减少外界人类活动对核心源地生态过程的干扰，本文利用最小累积阻力值与面积的关系曲线，把阻力阈值作为缓冲区分级的标准，以此获得不同安全水平的缓冲区范围。

“源”间廊道的识别：廊道有物质、能量和信息传递、防风固沙、水源涵养等重要功能。在最小累积阻力面图上，“源”间廊道即相邻生态源之间的阻力低谷[6]，也是相邻两“源”间物种最易通过的低阻力通道。

辐射道的识别：在最小累积阻力面图上，辐射道是从“源”向外发射的低阻力谷线，是物种以“源”为中心向外扩散的有效途径[6，12]。

战略点的确定：战略点即景观中对物种的迁移或扩散起关键作用的生态节点，反映在最小累积阻力面上，是以相邻生态“源”为中心的等阻力值线的切点[6]。

将上述“源”地、缓冲区、“源”间廊道、辐射道、战略点等组分叠加组合在一起，便可构建区域内具有不同安全水平的景观安全格局，不同层次景观安全格局可以根据生态过程的动态和趋势的某些阈值来确定的，而这些阈值可以通过阻力面空间特性的分析求得[16]，根据阈值划分可将景观安全格局划分为高、中、低三个层次，在此基础上，通过叠加分析，便可确定维持区域生态安全的不同层次生态用地规模和空间分布。

4 结果与分析

4.1 单一生态过程的景观安全格局

本文基于对研究区自然、社会、经济条件以及生态保护需求等要素的分析，将研究区生态用地的重要生态过程和生态服务功能划分为生物多样性保护、水源涵养、维持水资源安全、提供自然游憩场所和地质灾害防治5种类型，分别构建基于生物多样性保护、水源涵养、水资源安全、自然游憩和地质灾害5种单一生态过程的景观安全格局。

（1）确定源地。本文根据研究区实际及所收集资料，分别确定生物多样性保护的源地为研究区内的生态公益林、青田鼋自然保护区、石门洞国家森林公园、全国农业文化遗产保护区“稻鱼共生”系统、九门寨森林公园、汤垟金鸡山、方山奇云山等区域；水源涵养源地为研究区内的国家公益林；水资源安全的源地为饮用水源保护区以及空间上连续、面积大于4 hm2的水域；自然游憩的源地为东堡山公园、太鹤山公园、红罗山休闲旅游区、石门洞风景旅游区、千丝岩风景旅游区、千峡湖旅游区等自然风景区；地质灾害的源地为研究区内的地质灾害高易发区。

（2）建立阻力面。不同的生态过程其阻力因子不同，各因子的权重也不同。本文将土地利用类型、植被覆盖度、坡度、源地到居民点的距离、源地到主干道距离和高程确定为6大阻力因子，其中，土地利用类型阻力系数的大小主要参考谢高地等提出的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值当量[17]和专家意见，其他各因子阻力系数主要在GIS空间分析基础上结合专家意见确定，并运用层次分析法确定各因子的权重。

按照上述方法，对于生物多样性保护，土地利用类型的阻力划分为：林地＜水域＜园地＜草地＜耕地＜未利用地＜建设用地，而植被覆盖度越高，生物迁徙的阻力就越大，其阻力值越大；对于水源涵养，土地利用类型的阻力分级为：水域＜林地＜园地＜草地＜耕地＜未利用地＜建设用地，植被覆盖度越高，其阻力值应该越低；对于水资源安全，土地利用类型的阻力分级为：水域＜林地＜园地＜草地＜未利用地＜耕地＜建设用地，植被覆盖度的阻力分级借助ArcGIS 9.3软件空间分析功能实现；对于自然游憩，土地利用类型的阻力分级为：林地＜水域＜园地＜草地＜耕地＜未利用地＜建设用地；对于地质灾害，土地利用类型的阻力分级为：森林＜园地＜草地＜耕地＜未利用地＜水体＜建设用地，高程因子的阻力等级通过ArcGIS 9.3的自然断点法（Natural Breaks）获得。坡度分级均采用《水土保持综合治理规划通则（GB_T15772—1995）》规定的5级分级标准确定，距离分级则采用等距划分。

不同生态过程阻力因子系数及其权重如表1、表2所示。

根据表1、表2，利用ArcGIS空间分析功能对各单阻力因子进行加权叠加，得到各生态过程的综合阻力因子分级图，进一步运用MCR模型建立5种单一生态过程的最小累积阻力面。

（3）单一生态过程景观安全格局构建。通过阻力面分析可确定缓冲区、“源”间廊道、辐射道和战略点，构建单一生态过程景观安全格局。利用最小累积阻力值与面积的关系曲线确定阻力阈值，并根据阻力阈值对阻力面进行重分类，得到不同安全水平的缓冲区。由于阻力面性质类似于地形表面，而“源”间廊道是相邻生态源之间的阻力低谷，辐射道是从“源”向外发射的低阻力谷线，战略点是以相邻生态“源”为中心的等阻力值线的切点[7]，因此，可借助ArcGIS Hydrology工具识别“源”间廊道、辐射道和战略点等组分。将确定的生态“源”地、缓冲区、“源”间廊道、辐射道、战略点组合在一起构建具有不同安全水平的单一生态过程景观安全格局（图1—图6，封三）。

如图1—图6（封三）所示，研究区生物多样性保护景观安全格局分布较广，主要分布在瓯江沿线以及研究区东北部、中西部和南部山区，这些区域森林茂密、生态良好，可以为生物提供较好的栖息地环境；水源涵养安全格局主要分布在瓯江沿线和滩坑水库周边，对于降低水土流失、保持营养物质、提高径流补给和自然调节能力等具有重要意义；水资源安全格局沿主要水系呈条带状分布，包括研究区的重要水系（瓯江、滩坑水库及其支流）及其沿岸的涵养林等，是保障区域生产、生活用水安全的关键；自然游憩安全格局主要分布在县域的东南部、中部和西南部，有保持区域生态环境良好、满足人们休闲娱乐需求的重要作用；地质灾害安全格局主要分布在县域东南部的中低山区，地质环境条件相对较差，现状地质灾害发育，应作为地质灾害防治的重点区域。

4.2 综合景观安全格局构建与生态用地保护

单一生态过程景观安全格局仅能满足某一种生态过程的生态保护需求，因此，为满足区域所有关键生态过程的综合生态用地需求，需在单一安全格局基础上，通过综合空间叠加构建研究区的综合景观安全格局。

因生物多样性保护、水源涵养、水资源安全、自然游憩和地质灾害防治对于研究区的生态安全同等重要，所以，本文借助ArcGIS 9.3对已构建的5个单一安全格局进行等权叠加，得到研究区的综合安全格局（图6，封三），并将已构建的综合景观安全格局与研究区生态用地进行叠加分析，得到研究区的综合生态用地需求（图7，封三）。

从图6—图7（封三）可看出，研究区综合景观安全格局分布范围广泛。瓯江及其主要支流、滩坑水库既是重要的生态斑块，也起到生态廊道的连通作用，使区域内的生态用地在空间 上相互联接，形成综合的网络空间结构。

研究区低安全水平下的生态用地面积为1445.31 km2，占低水平安全格局面积的82.81%，占全县面积的58.34%。低水平安全格局是维持区域生态安全的关键，对于区域生物多样性保护、水源涵养、地质灾害防治等具有十分重要的意义。

本区内的生态用地是保障研究区关键生态过程、维持生态系统平衡的最低生态用地需求，是生态用地保护的核心区域，应划为禁止建设区，土地利用应以严格的保护为主，原则上，禁止任何形式的开发建设。禁止毁林开荒等破坏植被的行为；严格控制化肥、农药等的使用，控制污水排放，保证水质安全；按实际有序开展该区已建居民点、企业、工厂等的搬迁工作，对人类建设破坏较严重区域积极开展生态修复，加强植树造林、退耕还林还草等，恢复其生态功能，确保区域内瓯江鼋等关键珍稀物种的生境安全。

中安全水平的生态用地面积为327.87 km2，占中水平安全格局面积的86.35%，占全县面积的1.32%。中水平安全格局主要作为区域生态保护核心区的缓冲地带，以减少人类干扰活动带来的冲击。本区内的生态用地应划入限制建设区，以保护其自然生态系统为主，严格限制林木采伐等行为，充分发挥其生态服务功能，以提高区域生态系统稳定性。

表1 不同生态过程阻力因子系数表Tab.1 Resistance factors in different ecological processes

表2 不同生态过程阻力因子权重表Tab.2 Weights of resistance factors in different ecological processes

高水平安全格局下的生态用地面积为171.09 km2，占高水平安全格局面积的85.21%，占全县面积的0.69%。高水平安全格局是保证区域生态安全、维持生态系统服务的理性格局，本区内的生态用地应以生态修复为主，该区域内可根据需要进行一定的开发建设活动，但应控制开发建设对该范围内各类生态用地的干扰和破坏，充分发挥生态用地的隔离作用，保证生态过程的完整性。

5 结论与建议

本文基于景观安全格局理论和方法构建了生物多样性保护、水源涵养、水资源安全、自然游憩和地质灾害防治5个单一生态过程的景观安全格局，并将其等权叠加得到了研究区综合的景观安全格局，在此基础上，探讨了研究区的生态用地保护。

主要结果有：（1）研究区低、中、高水平安全格局下生态用地面积分别为1445.31 km2、327.87 km2、171.09 km2，分别占全县面积的58.34%、1.32%、0.69%；（2）低水平安全格局下的生态用地是保障研究区关键生态过程的最低生态用地需求，是生态用地保护的核心区域，土地利用应以严格的保护为主；中安全水平的生态用地作为区域生态用地保护核心区的缓冲地带，应以保护其自然生态系统为主，充分发挥其生态服务功能，以提高区域生态系统稳定性；高水平安全格局内可根据实际进行适当的开发建设活动，但应控制开发建设对生态用地的干扰，以发挥其生态隔离作用。

综上，基于景观安全格局的生态用地保护充分考虑了研究区的各种生态保护需求以及关键的生态过程和主要的生态功能，能够很好地实现研究区生态用地的全面保护。且景观安全格局方法可在确定生态用地保护的规模、布局的同时，实现分级保护，有利于确定生态用地保护的最低需求或最优格局，此外，由已有研究可知，该方法适用性广泛，既可确定某单一目标的生态用地需求，也可确定不同区域、尺度的综合需求。因此，该途径可为土地利用管理中的生态用地保护提供重要的参考。

为此，提出以下两点建议：（1）积极探索生态用地保护新思路、新方法，完善相关技术措施，可考虑利用景观安全格局方法探索生态用地保护途径，构建区域生态安全格局，提高规划的科学性、可靠性和合理性；（2）设立生态用地保护部门，专门负责生态用地的动态监测、保护规划的编制、实施以及规划后的管理等工作，切实实现生态用地全面保护。

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（本文责编：王庆日）

Research on Ecological Land Protection at County Scale by Landscape Security Patterns Method: Taking Qingtian County as an Example

YAN Yu-yu1，2, CAO Yu1, TAN Yong-zhong1
（1. Department of Land Management, School of Public Administration, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Center for Shanghai Municipal Construction Land and Land Consolidation, Shanghai 200003, China）

Taking Qingtian County in Zhejiang Province as an example, the purpose of this paper is to develop integrated security pattern of different security levels, and to explore the way of ecological land protection in land use management, based on the theory and methods of landscape security patterns. Meanwhile, this paper puts forward some corresponding policy recommendations, in order to provide a reference to our country’s ecological land conservation. The research methods of the paper is to construct the regional landscape security pattern via landscape security patterns approach andGIS spatial analysis, based on which the paper studies on the ecological land protection. The results show that: the ecological land area in the low, middle and high level security pattern is respectively 1445.31 km2、327.87 km2、171.09 km2. And they account for 58.34%、1.32%、0.69% respectively of the total study area. Ecological land of low level security pattern is the key and bottom line to maintain regional ecological security, and it should be strictly protected. Ecological land at the middle level security pattern is the buffer of core area of ecological protection and it should stress on protecting the natural ecological system. Appropriate development and construction is allowed in the high level security pattern, but it should control the disturbance to ecological land which plays the role of ecological isolation. In conclusion, the landscape security pattern of ecological land protection is conducive to meet the integrated demand of regional ecological protection. And it can provide an important reference for regional land use.

land ecology; ecological land; ecological function; landscape security patterns; Qingtian County

F301.2

A

1001-8158（2016）11-0078-08

10.11994/zgtdkx.20161207.145122

2016-07-13；

2016-09-15

中央高校基本科研业务费专项资金、浙江省“钱江人才计划”C类项目（QJC1302005）；教育部留学回国人员科研启动基金项目和杭州市软科学研究项目（20140834M46）。

闫玉玉（1992-），女，山东潍坊人，硕士研究生。主要研究方向为景观生态与土地利用。E-mail: yanyuyu0130@163.com

曹宇（1976-），男，河南鹿邑人，博士，副教授，博士生导师。主要研究方向为土地资源管理、景观生态学、土地利用与规划、生态系统综合评估、3S技术应用等。E-mail: caoyu@zju.edu.cn