基于生态系统服务价值重构的干旱内陆河流域生态安全格局优化——以张掖市甘州区为例

王 云,潘竟虎

西北师范大学地理与环境科学学院, 兰州 730070

在推进现代化的过程中,生态安全问题日益突出,已成为世界各国关注的焦点[1]。党的“十九大”将生态文明建设提升为“千年大计”,提出要“实施重要生态系统保护和修复重大工程,优化生态安全屏障体系,构建生态廊道和生物多样性保护网络,提升生态系统质量和稳定性”。广义的生态安全强调生态系统的健康、完整性和可持续性是自身安全的关键[2]；狭义的生态安全则强调生态系统向人类提供完善的生态系统服务功能[2]。构建生态安全格局是维持生态系统正常发挥服务功能、保障生态安全、调节经济发展与生态环境矛盾的有效措施。生态安全格局是通过排除干扰以及空间格局规划和管理,保护重要生态功能区,发挥区域生态系统环境本底优势,整合区域内各项生态系统服务功能,实现生态系统结构功能的健康、完整性以及生态过程稳定性的空间格局[3]。生态安全格局由区域中的重要生态源地及生态系统服务流动沟通的生态廊道共同构成[4],生态安全格局的构建就是以保障生态系统功能及服务充分发挥为目的,通过将区域内节点、斑块、廊道、网络等关键要素优化配置,最大程度减少人类活动对环境的负面影响的规划设计活动[5]。

国外对生态安全格局的研究始于20世纪90年代末,学者尝试以景观生态学视角研究生态系统结构和过程,提出了生态安全格局(ecological security pattern)的概念,如Yu[6]认为生态安全格局是指对景观内生态过程有较好支撑作用的景观特定构型和有少数具有生态意义的景观要素。国外的生态安全格局建设多以生态网络(Ecological Network)或绿色基础设施(Green Infrastructure)的形式出现,而在国内,城市增长边界与生态控制线是生态安全格局研究的热点[7]。从研究内容上看,涉及景观生态安全格局构建[5]、土地利用生态安全格局优化[8]、城市生态安全格局规划[9]、区域生态安全格局构建[10]等；从研究尺度看,市域[11]、省域[12]、区域[13]、全国[14]等尺度都有涉及；从研究对象上看,生态敏感区域备受关注,如快速城市化区域[15]、干旱区[16]、湿地[17]、地质灾害频发区等[18]；从研究方法看,主要利用景观格局指数、多准则数量优化法、情景分析法等开展研究。综合来看,目前生态安全格局构建研究广泛采取了“选取生态源地-最小累计阻力模型建立阻力面-构建生态安全格局”的方法框架,在选取源地时,大多直接提取自然类景区、大面积的水体和林地等重要生态用地作为源地,或者多指标下对斑块重要性分级叠加后进行评估[19],较少有根据生态系统服务价值量识别源地的案例。生态系统服务是生态系统向人类提供惠益的方式,是生态安全的前提条件,除此之外,核算服务价值量还可用来衡量人类福利,减少人类因短期经济利益破坏生态系统的行为,从而实现生态安全。国内至今尚无统一的生态系统价值评估体系,大多数学者选择谢高地[19]在Costanza[20]研究基础上构建的适用于中国的当量因子法,该方法直接基于各土地利用类型下的单位面积生态系统当量因子进行核算,虽简便易算,但实际上,生态系统服务随着生态系统外部形态、内部结构的变化而变化,即具有“空间性”而不是“静态式”[21]：各项生态系统服务价值量变化率存在差异,若把各项生态系统服务对人类社会提供的福祉视为同样重要,会导致价值损失较快的服务类型得不到足够的重视；各项生态系统服务也不是单独发挥作用,而是相互交织在一起,受空间集聚性的影响[15]。因此,迫切需要构建优先指数反映生态系统服务损失程度,利用GIS时空分析手段的优势进行空间制图等方法对当量因子法进行调整。

地处黑河中游的甘州区是中国西北地区的重要生态屏障。随着人口的增加和城市化进程的加快,以祁连山生态破坏为代表的生态问题日益受到关注。本文以甘州区为对象,采用当量因子法估算其2000、2005、2010年生态系统服务的静态价值；以各生态服务类型价值多年变化率构建优先指数,以空间聚集程度构建空间丰富度指数,对2010年甘州区生态系统服务价值进行动态重构。利用重构后的结果进行生态源地和生态廊道识别,构建不同安全水平下的生态安全格局,为区域生态文明建设提供科学参考。

1 研究地区与数据来源

1.1 研究区概况

张掖市甘州区地处甘肃省河西走廊腹地,位于38°32′—39°24′N,100°6′—100°52′E之间(图1)。其地北部以合黎山、龙首山为界与内蒙古相隔,中部为由南向北倾斜的张掖盆地,南部与祁连山相倚,境内黑河贯穿,形成张掖绿洲。属温带大陆性气候,全年平均日照时数2931—3085 h之间,无霜期138d,年平均降水量113—312 mm,蒸发量2047 mm,光照充足,主要耕作土壤为绿洲灌淤土,属于典型的干旱内陆河流域地区。全区总面积3686 km2,总人口51.79万(2017年),是张掖市的经济、文化、政治中心。

图1 研究区位置Fig.1 Location of the study area

1.2 数据来源

本文使用的2000、2005、2010年社会经济数据来源于《甘肃农村年鉴》；水源地保护区分布图(1∶25万)和甘州区旅游景点重要性分布图(1∶25万)取自甘肃省张掖市人民政府门户网站(http://www.zhangye.gov.cn/)；数字高程模型(分辨率为90 m)、土壤栅格图(1∶100万)获取自土地覆被数据库(http://glcf.umd.edu/date/srtm)和联合国粮食及农业组织网站(http://www.fao.org/)。2000、2005、2010年土地利用数据由当年7—8月环境卫星的CCD影像(空间分辨率为30 m)解译而来。结合甘州区社会经济发展的实际情况,根据土地的用途、利用方式和覆盖特征等因素作为土地利用的分类依据,一级分为草地、耕地、林地、水域、沼泽、未利用地、建设用地7类,二级分为18 类。研究中按二级地类统计,一级地类汇总。遵循先宏观后微观、先整体后局部、先大类后小类、先易后难的解译顺序,采用多要素、分主次和逐步判别的人工解译,实地验证综合判读精度在85%以上,Kappa系数0.72。其中,未利用地二级地类包括裸岩石砾地、裸土、沙地3种类型。由于建设用地对生态功能贡献很小,将其提供的生态系统服务价值设为0,其余6类土地利用类型分别对应“中国陆地生态系统单位面积服务价值当量”[20]中的草地、农田、森林、水体、湿地以及荒漠6种生态系统类型。

2 研究方法

2.1 生态系统服务静态价值估算

千年生态系统评估(MA)将生态系统服务分为11种服务功能,本文采用谢高地等[20]提出的适合中国实际的基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值,该标准已被国内学者广泛采用,并在各种尺度、不同区域进行了修正。由于甘州区拥有除海洋以外的几乎所有地貌类型,又是张掖市的政治、经济、文化中心,人类活动强烈,故本文将所有9项生态系统服务纳入测算,以求全面反映区域生态系统服务的各项价值。为与现行土地利用分类衔接,并探讨包含戈壁、沙地等备受争议的未利用地类型的生态功能,本文仍以各年份甘州区土地利用数据为基础。最终,本文兼顾生态与社会成分,选取了气体调节、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性维持、食物生产、原材料生产、休闲娱乐等9种重要的生态系统服务,估算其静态价值。

采用当量因子法对2000、2005、2010年甘州区生态系统服务静态价值进行估算,并初步分析各项生态系统服务价值变化率及影响变化率的原因。从《甘肃农村年鉴》中获取2000、2005、2010年粮食作物种植面积(hm2)及粮食作物总产值(元)数据,得到各年份单位面积粮食作物的产值(元/hm2)。依据谢高地等[20]的研究,把1个标准生态系统生态服务价值当量因子定义为当年单位面积农田粮食产量经济价值的1/7,即单位农田自然粮食经济价值,再根据“中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表”,得到研究区各年各土地利用类型9项生态系统服务的价值系数表。

为验证生态服务价值随时间的变化对于生态服务功能价值系数的依赖程度,将各项生态系统服务价值系数分别上调50%,计算出敏感指数(CS)。若CS>1,则生态系统服务价值(ESV)相对于生态系统服务价值系数(VC)是富有弹性的；若CS<1,ESV 则被认为是缺乏弹性的,比值越大,表明生态服务功能价值指数的准确性越关键。计算公式为[22]：

(1)

式中,ESVi、ESVj为调整前后的生态系统服务价值；VCik、VCjk分别为第k类土地利用类型调整前后的生态系统服务价值系数。

由2000、2005、2010年甘州区土地利用数据统计各土地利用类型面积,与研究区生态价值系数表对应,计算出单项生态系统服务价值,进而得到甘州区各年生态系统服务总价值。公式为：

ESV=∑Ak×VCk

(2)

式中,ESV为生态系统服务静态价值(元)；Ak为第k类土地利用类型面积(hm2)；VCk为生态服务价值系数(元 hm-2a-1)。

2.2 生态系统服务动态价值重构

以上基于单位面积价值当量因子的估算方法仅仅是一种静态的评估方法,忽略了生态系统动态、复杂的特征,不能很好地反映各生态系统类型服务价值变化率、空间集聚程度等的差异。价值动态重构是考虑到生态系统的动态性,用服务价值多年平均变化率来衡量各项生态系统服务的优先顺序,用各项生态系统服务关键表征指标来量化其空间聚集程度,对生态系统服务静态价值进行校正的一种方法。为对服务价值损失速度快的生态系统类型进行针对性的保护,同时考虑到空间集聚程度对生态系统服务功能发挥的影响,本文以2010年为例,对甘州区生态系统服务静态价值估算结果进行动态重构[15]。

2.2.1生态系统服务优先指数构建

生态系统功能的退化直接威胁着研究区生态安全和居民的健康,因此对退化速度较快的生态系统功能应予以足够的重视[16]。用每项生态系统服务价值的多年平均变化率来表示对该项服务进行针对性保护的迫切程度,服务价值损失越多的生态系统类型优先级别越高。为保证进行重构时各项生态系统服务价值总量不变,对上文计算得到的多年平均变化率进行平均值为1的转换,将结果作为优先指数对2010年甘州区生态服务价值进行校正。公式为[15]：

(3)

2.2.2生态系统服务空间丰富度指数构建

考虑到基础数据精度不同,为最大限度保留数据信息,本文将研究区等精度划分为500 m×500 m的网格,以每一个网格为基本单位计算生态系统服务空间丰富度。参考吴健生等的研究[23],将各项生态系统服务类型关键指标量化,具体见表1。

表1 甘州区生态系统服务关键性指标及其量化方法

(1)水源涵养。水源保护区和饮用水水源地被直接认为是水源涵养功能被利用的极重要区域。根据《张掖市人民政府关于加强甘州区滨河集中式饮用水水源地保护的决定》公布的饮用水水源地保护区坐标点,在ArcGIS中划出饮用水源保护区范围。将水源地保护区、饮用保护区范围赋值为1,其余地区赋值为0,制成等精度栅格图。

(2)废物处理。地表径流能够调节水质、净化污染。用ArcGIS中水文分析工具对精度为90 m的数字高程模型进行处理。

(3)气体调节与气候调节。这两项服务主要依赖碳固定过程,因此都以综合碳储量作为关键指标。参考韩晋榕[24]整理的我国碳密度相关参数,用InVEST模型的Carbon功能进行计算。

(4)土壤形成与保护。本文采用修正后的土壤侵蚀方程RUSLE,裸地土壤侵蚀因子(RKLS)与有管理措施和植被覆盖的土壤侵蚀量(USLE)的差,即为土壤保持力(RUSLE)。USLE=R×K×L×S×C×P,RKLS=R×K×L×S。R为降雨侵蚀力因子,由于研究区面积较小,降雨量差异不大,因此R取常数1；K为土壤可侵蚀因子；LS为坡长坡度因子；C为覆盖与管理因子；P为水土保持措施因子。

(5)生物多样性保护。生境质量影响着生物多样性,而生物多样性的损失会影响生态系统服务功能[25]。参考吴季秋[26]的研究,借助InVEST模型的HabitatQuality功能进行计算。

(6)粮食生产。本文中以土壤肥力表征生态建设成本。土壤有机质含量越高,生态成本建设所需成本越小。从中国土壤数据库中获取甘州区土壤有机质含量数据,并等精度制成栅格数据。

(7)原材料。森林为人类提供生产生活所需要的原材料[27]。将土地利用类型为林地的区域赋值为1,其他区域赋值为0,制成等精度栅格图。

(8)娱乐文化。获取甘州区内郊野森林公园、大型城市公园、重要公共服务中心、重要文化活动中心坐标点,分别赋值为1、0.7、0.5、0.3[15],通过ArcGIS的IDW插值生成旅游景点重要性分布图。

量化完成后对结果进行0—1标准化处理,值越大则各项服务空间丰富度越高。公式为：

(4)

完成上述过程后,将各项生态系统服务价值总量按照其优先指数进行调整,并结合研究区总面积,得到校正后的单位面积价值量。再根据空间聚集度对平均单位面积价值量进行空间丰富度指数调整,得到重构后的单项生态系统服务价值空间分布。将各个图层叠加,得到动态重构后的甘州区2010年生态系统服务总价值[15]。公式为：

(5)

式中,A为研究区面积；ESV为重构后的生态系统服务总价值；ESVi为第i项生态系统服务静态值。

2.3 生态安全格局构建

生态安全格局对维护生态系统结构健康、控制生态过程起着关键性作用[16]。本文在对甘州区进行生态系统服务价值重构的基础上,采用景观生态的源汇理论,利用冷热点分析工具识别高、中、低三个安全等级的生态源地,结合最小积累阻力(MCR)模型,计算出各安全等级源地对应的生态廊道,源地与廊道结合共构建出3种安全水平的生态安全格局。

2.3.1生态源地识别

生态系统服务价值越大的地区,生态系统服务功能越强,因此选取生态服务价值较高的地区作为生态源地。借助ArcGIS-Spatial Statistics中Getis-Ord Gi*工具对甘州区生态服务价值空间重构结果进行冷热点分析,分别提取置信度为 99%、95%、90%热点的区域作为低、中、高3个安全水平等级的生态源地备选区[15]。由于生态源地需要具备一定规模才能发挥作用[25],根据甘州区实际情况,将备选区剔去面积小于0.3 km2的斑块作为生态源地。

2.3.2生态廊道识别

生态廊道是生态系统中能量流动、物种迁移等的通道,可增强“源”间的联系和防护功能。以生态系统服务价值的倒数建立阻力面,价值越大,阻力越小。通过ArcGIS中cost distance功能获得不同安全等级源地对应的积累消耗距离表面,再借助空间分析中Hydrology工具对其进行填洼、流向、汇流累积量处理,反复确定阈值,获得源地间生态功能流运行的最小消耗路径。对所得栅格数据矢量化,输出一条平滑的曲线,即为生态廊道的空间位置[27]。

3 结果分析

3.1 生态系统服务静态价值估算结果及分析

3.1.1生态系统服务静态价值估算

甘州区2000年、2005年、2010年单位农田自然粮食经济价值分别为454.87、869.62、1555.15元/hm2,以此得到适用于研究区的生态价值系数表(以2010年为例,表2)。系数表与各土地利用类型面积相乘,得到各项生态系统服务价值(图2)。

表2 2010年甘州区各土地利用类型单位面积生态价值系数/(元/hm2)

Table 2 Ecosystem service value(ESV)coefficients per unit area of different land-use and land-cover change types in the Ganzhou District in 2010

土地利用类型Land use type草地Grassland耕地Cultivated Land林地Woodland水域Water area沼泽Swamp未利用地Unutilized land对应生态系统类型Corresponding ecosystem types草地Grassland农田Farmland森林Forest水体Water body湿地Wetland荒漠Desert水源涵养Water conservation1244.12933.094976.4831693.9624104.8346.65废物处理Waste treatment2037.252550.452037.2528272.6328272.6315.55气体调节Gas regulation1244.12777.585443.030.002799.270.00气候调节Climate regulation1399.641384.084198.91715.3726593.070.00土壤形成与保护Soil formation and erosion control3032.542270.526065.0915.552659.3131.10生物多样性保护Biodiversity conservation1695.111104.165069.793872.323887.88528.75粮食生产Grain production466.551555.15155.52155.52466.5515.55原材料Raw material77.76155.524043.3915.55108.860.00娱乐文化Entertainment culture62.2115.551990.596749.358631.0815.55

图2 2000、2005、2010年甘州区单项生态系统服务价值Fig.2 Ecosystem service values (ESVs) in the Ganzhou District in 2000,2005 and 2010

甘州区2000、2005、2010年的价值总量为10.54、20.17、36.22亿元,价值总量持续增长。就单项生态系统服务价值来看,土壤形成与保护的生态系统服务价值最高,约占当年价值总量的22.9%；其次是废物处理生态系统服务价值,约占当年价值总量的19.5%；水源涵养、气体调节、气候调节、生物多样性保护4项价值较相近；娱乐文化的价值量最低,约占当年价值总量的1.3%。增长量最多的单项生态服务类型是土壤形成与保护,2000—2010年共增长了5.85亿元,约占所有服务类型总增长量的22.8%；其次是废物处理,10年间增长了5.02亿元,约占总增长量的19.4%；单项增长量最少的是原材料和娱乐文化,分别增长了0.48、0.34亿元,共占总增长量的3.2%。

对价值系数表进行敏感性分析结果证明ESV相对于VC缺乏弹性(表3),生态系统服务价值结果可靠。

表3 敏感性分析结果

从2000年、2005年、2010年各项生态系统服务价值变化率(图3)中可发现,每项服务价值量都在稳步上升。从2000—2005年价值量增长率来看,虽然娱乐文化增长量仅为0.13亿元,但增长率最大；其次是水源涵养,增长率为92.62%；最小的服务类型是原材料,增长率为90%；其余六项生态系统服务类型中增长率相差较小,均在90.41%—91.89%之间。2005—2010年各项生态系统服务类型增长率总体略有下降,增长最慢的是生物多样性,增长率为78.78%；增长最快的服务类型是娱乐文化,增长率为80.77%。多年平均变化率较稳定,除娱乐文化为26.15%外,其余均维持在24.5%左右。

图3 2000、2005、2010年甘州区单项生态系统服务价值变化率及变化量Fig.3 Change rate and amount of ecosystem service values (ESVs) in the Ganzhou District in 2000,2005 and 2010

3.1.2静态价值量估算结果分析

生态系统服务价值的变化与土地利用和土地覆被变化息息相关[12],生态系统服务价值较低的土地利用类型和生态系统服务价值较高的土地利用类型相互转换会引起总价值量的变化。本文对2000—2010年甘州区土地利用类型建立转移矩阵(表4),分析土地利用类型变化对甘州区生态系统服务价值总量的影响。

从甘州区2000—2010年土地利用面积转移状况来看,研究区土地利用转移总面积为4480.93 hm2,占甘州区总面积的1%。从2000年各土地利用类型转出情况来看,最显著的是未利用地的转出,共转出2283 hm2,占转移总面积的50.9%,其中1091.93 hm2转移为耕地,占该土地类型总转出面积的48.7%,564.43 hm2转为草地,411.60 hm2转为建设用地,分别占该类型总转出面积的25%、18%。其次是耕地,共转出1143.09 hm2,其中83.4%转为建设用地。草地的转出面积也较多,为892.34 hm2,其中90.4%转为耕地。林地、水域转出面积较少,分别为122.40、40.1 hm2。建设用地、沼泽几乎无转出。从转入2010年的土地利用类型组成来看,共有2028.28 hm2转为耕地,占当年耕地总面积的2%,其中54%来自未利用地,40%来自草地；另外1378.24 hm2转为建设用地,占当年建设用地总面积的9%,其中69%来自耕地,30%来自未利用地；还有626.55 hm2转为草地；林地、水域、未利用地、沼泽调入面积较少。

表4 甘州区2000—2010年土地利用面积转移

根据以上分析,2000—2010年间甘州区土地转移较少,这与当地政府严格管控建设用地面积、保护耕地与湿地、适度开发未利用地的政策有关。由于生态服务价值较高的土地利用类型(林地、耕地、湿地)保护较好,建设用地扩张规模较小,甘州区生态系统服务价值总量逐步上升且多年变化率平稳。

3.2 生态系统服务动态价值重构

3.2.1生态系统服务优先指数

由甘州区生态系统服务优先指数计算结果(表5)可知,优先指数最高的是娱乐文化,其余各项生态系统服务价值变化率相差较小,均在0.98—1.01之间。

表5 甘州区生态系统服务优先指数

3.2.2生态系统服务价值重构

从空间重构后的生态系统服务价值分布(图4)来看,甘州区生态系统服务价值量为1438.21—390993元/hm2,价值服务量较高的地区面积较小。从生态系统服务价值的空间分布来看,高价值区主要集中在黑河干流、黑河湿地保护区、集中式饮用水源地区等区域,这些地区水资源相对丰富,开发力度较小,生态适应性较高；中值地区分布在平山湖乡东大山自然保护区、小河乡、沙井镇、明永乡、乌江镇等乡镇,主要集中在人口密集的中部绿洲区,该区域自然条件优越,土壤肥沃,农业发达,但由于经济高速发展,土地利用粗放、土地退化、水资源供不应求等生态问题频发；甘州区平山湖乡、南部安阳滩和石岗墩滩的公用地均为低值区,此部分区域多为戈壁荒滩,土地经济密度低。

图4 2010年甘州区生态系统服务及价值空间分布图Fig.4 Spatial distribution of ecosystem services and their values in the Ganzhou District, 2010a.饮用水源地；b.年平均径流量;c.综合碳储量；d.土壤保持力；e.生境质量；f.土壤有机质含量；g.森林面积比例；h.旅游文化中心分级；i.服务价值量/(元/hm2)

甘州区位于干旱内陆,水资源非常宝贵,不仅集中于绿洲区的人类生产生活需水量较大,位于荒漠区的植被也需要地下水补给生存,生产生活用水、生态用水矛盾突出。其次受水资源、地形影响,甘州区土地利用空间分布差异较大,绿洲区农业发达、人口密度大,荒滩戈壁区环境恶劣、人口较少,为满足日益增长的需求,人类不合理灌溉农田、盲目开荒,极大地破坏了生态环境,生态环境脆弱性加剧。这也说明甘州区生态系统服务价值虽然逐年升高,但整体生态环境一般,生态弹性差。

3.3 基于生态系统服务价值的区域生态安全格局

图5 甘州区生态源地备选区 Fig.5 Alternative areas of ecological sources in the Ganzhou District

将冷热点识别重构后得2010年甘州区生态系统服务价值空间分布结果,按置信程度提取高、中、低3个安全水平生态源地备选区,面积除去小于0.3 km2的斑块后,得到3个安全水平的生态源地(图5)。再通过MCR模型得到对应生态廊道,构建出3个安全水平的甘州区生态安全格局(图6)。

从甘州区生态安全格局构建结果中可看出,甘州区生态源地斑块数量较多,但斑块破碎程度高,且空间分布不均,多集中于中部,北部和南部仅有零星分布。甘州区低安全水平生态安全格局中源地斑块有18块,总面积约为155.75 km2,占研究区总面积的4.2%。源地对应黑河干流、湿地保护区、水源地保护区、祁连山-东大山天然林资源保护区,是需要严格管控的基础性生态用地,也是保障甘州区生态系统服务正常发挥作用的关键性格局。中安全水平生态安全格局中生态源地斑块有14块,面积约为191.25 km2,约占研究区总面积的5.2%,在低安全生态源地基础上,源地面积增加35.5 km2,斑块数略有减少,黑河干流周围斑块面积增大,整合度提高。高安全水平生态安全格局中生态源地斑块有17块,总面积约为224.5 km2,占该区总面积的6.1%,与中安全水平格局相比,源地面积扩大33.25 km2,说明生态源地整合度逐步增加,对抗生态胁迫的抵抗能力和恢复力有所提高。生态廊道分为两部分,一部分主要沿河流展开,连通性较好,另一部分向生态阻力较高的北部滩延伸。

图6 甘州区生态安全格局构建结果Fig.6 Ecological security pattern of the three levels in the Ganzhou District

生态安全格局是立足于生态系统服务现状提出的规划策略,在建设和开发过程中具有较高的参考价值。基于以上分析,甘州区在构建良好的生态安全格局时,应因地制宜,结合土地利用类型进行生态改善,北部及南部植被稀疏区域应注意加强防护林建设,在不破坏生态的前提下,合理开发利用荒地,建设生态廊道将其与生态源地连接起来,提高区域整体连接度和生态源地衔接性；在中部绿洲区等高安全区应遵循严格保护耕地和基本农田的原则,以环境承载力为基础,提高水土资源利用效率,加大生态斑块建设,提高生态安全稳定性,逐步建立起“南养水源,中绿耕地,北抵风沙”的生态安全格局。

4 讨论

生态系统为人类提供了食物、淡水及其他工农业生产原料等多种人类赖以生存和发展的产品,生态系统服务功能的退化甚至丧失不仅影响人类的安全与健康,更关乎区域甚至全球的生态安全。生态系统服务的量化可为判断生态系统服务功能强弱提供依据。本文利用当量因子法对生态系统服务价值进行估算,同时考虑到生态系统的动态性,以优先指数和空间丰富度指数对静态估算结果进行重构：由2000—2010年各项生态系统服务价值变化率可了解11年来每项服务的损失或增加程度,从而判断该项服务在进行生态建设时的优先程度；对各项生态系统服务进行栅格叠加,计算其空间聚集程度,打破将各服务在同一种土地利用类型中一视同仁的局限。经过动态重构后的服务价值量反映了区域内生态系统功能强弱的空间差异性,以此识别生态源地,构建的生态安全格局在空间上更为精准。甘州区地处河西走廊的“蜂腰”地带,黑河流域中游,生态地位十分重要。生态安全体系构建要围绕祁连山水源涵养林区、绿洲农田防护林区、城市景观林区、湿地保护区及荒漠生态区5大生态屏障开展,提升森林、湿地、绿洲和荒漠四大生态系统的服务价值。将祁连山水源涵养区、黑河湿地自然保护区作为生态安全屏障体系建设的中心线,按照“南北封育、中间改造、周边退耕”的空间布局,建立生态廊道,将祁连山林区、黑河湿地、绿洲农田防护林区、沙生植被4大分区有机联系,形成多层次、有序化生态系统稳定的安全格局。

本研究与常规干旱内陆河流域生态安全格局研究的最大不同之处就在于改进了利用当量因子法估算生态系统服务的传统方法,以重构后具有动态性、空间性、直观性的生态系统服务价值,选择服务功能强大的生态源地及连通性良好的生态廊道,共同构成一个连续完整的生态安全屏障体系,为干旱内陆河流域城市开发和规划生态环境布局提供了参考。甘州区位于黑河流域中游,湿地面积较大,湿地具有调节径流、维护生态安全、调节气候、保护生物多样性、降解污染等诸多功能。湿地种类较多,但受限于数据源分辨率和分类精度的影响,文中将河流等永久性湿地及池塘、水库等人工湿地划为“中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表”中的水域生态系统,仅选取沼泽湿地作为湿地生态系统,实际上略为低估了湿地生态系统在甘州区生态安全中发挥的作用。受数据可获取性和技术限制,一些重要的社会经济数据难以空间化。娱乐文化服务计算中文化中心重要性赋值、生态源地识别中安全等级识别的赋值等存在一定的主观性。此外,本文参考相关研究成果确定了生态廊道空间分布,对于关键生态节点等其他组分的研究较浅。廊道宽度直接影响其生态功能的发挥,如何确定最佳的生态廊道宽度,也是下一步需要重点研究的方向。