太行山区国土空间生态修复关键区域识别*——以唐县为例

温雪静, 周 智, 张美丽, 张蓬涛, 张贵军, 张秦瑞

(1.河北农业大学资源与环境科学学院 保定 071000; 2.河北农业大学国土资源学院 保定 071000; 3.河北省农田生态环境重点实验室 保定 071000; 4.四川轻化工大学 宜宾 644000)

国土空间是人类及其他生物生存与活动的场所,由生态系统和人类社会共同组成[1]。近年来, 不断加重的人类活动导致土地退化、生态系统严重破坏,随之带来了气候危机以及水源和粮食安全问题, 生态修复迫在眉睫[2]。目前我国对一些地区展开了生态保护与修复工作, 如京津风沙源治理工程和“三北”防护林工程, 局部区域植被覆盖率和生态环境得到一定改善[3]。但以工程为导向的生态修复往往只针对于某一生态要素进行分析与治理, 缺乏系统性考虑, 形成局部效果明显, 而整体效果不尽理想, 因此造成生态系统的整体性和稳定性不断遭到破坏[4]。而从生态安全格局角度进行国土空间生态修复, 是以山水林田湖草思想为理论基础, 可达到统一保护、统一修复的目的[5]。基于此判别生态关键区域具有重要生态价值[6-9]。

生态关键区域作为景观格局研究的关键一环,其内涵为: 景观中的点、线、面等对于保证生态系统安全具有关键作用的生态要素[10]。目前关键区域的划定范围各有千秋, 国内外学者较多将生态廊道薄弱区域、廊道与廊道的交点、廊道的转折点、廊道与生态源地的交点、廊道与山脊线的交点、脊线与谷线的交点区域作为关键区域[11-19], 其识别方法多为经验判别法[20], 或是通过生态风险评价、适宜性分析、敏感性分析等单因子评价法[21-25]。而从整体格局视角界定其范围进而对其进行判别的研究较少。近年来有学者提出将生态断裂点[19]、生态夹点以及生态障碍点[26]引入关键区域研究范围。生态夹点为物种流动较活跃且必经的路径, 生态断裂点、生态障碍点是在生态廊道中阻碍生物流动的区域[19], 考虑到物种流动行为多具有随机性, 如何准确有效地模拟生物流动是识别此类区域的关键[27]。McRae[28]首先提出IBR模型预测遗传分化与电阻距离之间的关系, 并将电路理论融入景观生态学领域, 用电子随机游走的特性模拟了物种在景观中的流动扩散过程,因此电路理论的连接模型和随机游走理论是识别生态廊道以及关键区域的有效途径[29-31]。电路理论还被广泛应用于神经、经济和社会分析网络研究。但本研究发现仅应用该理论方法进行生态关键区域的识别, 得到的结果中或多或少地缺失一部分需要修复的生态要素。鉴于此, 本研究将电路理论与生态质量评价相结合, 希望能够更为全面地识别生态关键区域, 有效避免在生态修复规划设计时产生遗落。

太行山区为中国东部地区的一条关键地理分界线和京津冀重要生态屏障, 囊括土石山区、革命老区和生态脆弱区。唐县位于太行山东麓, 其地理位置和经济条件在太行山区较为典型。该区域相关研究主要涉及生态安全格局演变、土地利用冲突测度、矿产资源开发与生态环境协调发展等方面的成果,涉及国土空间生态修复领域的研究较少。另外, 通过结合电路理论和生态质量评价对生态关键区域进行判别的研究同样较少。在此背景下, 识别太行山区唐县国土空间生态修复关键区域对于区域国土空间生态修复与治理具有现实指导意义。本文以太行山区唐县作为研究区, 选择3期遥感影像分别计算遥感生态指数进行生态质量评价, 同时综合生态系统服务价值评价识别生态源地, 最终选取最稳定的斑块作为最终生态源地; 选取土地利用类型、生境质量、坡度、高程等因子, 运用最小累计阻力模型构建生态阻力面; 基于电路理论识别生态廊道及待修复关键区域, 进一步完善待修复关键区域范围与识别方法, 并对重要区域提出相应的保护修复建议,为太行山区国土空间生态修复提供参考。

1 研究区概况

唐县位于太行山北段东麓、河北省中部、保定市西部(114°27′～115°03′E, 38°37′～39°09′N), 地理位置较为优越, 东至顺平县和望都县, 南接定州市, 西至曲阳、阜平, 北与涞源县毗邻, 下辖川里镇、军城镇、白合镇、高昌镇等9个镇及石门乡、倒马关乡、羊角乡、黄石口乡等11个乡, 全县土地总面积为1417 km2, 总人口60.5万。海拔40～1810 m, 差异较为明显, 地势西北高, 东南低。地貌类型丰富, 包括:平原、丘陵、山地、河流等, 中低山区主要分布在西部, 丘陵区主要分布在中部, 平原主要分布在东南部(图1)。唐县气候特征四季分明, 夏季炽热, 冬季干冷。县域多年平均降水575.0 mm, 且降雨多集中在夏秋两季, 冬春两季降水较少。水量充沛, 唐河、通天河流入境内, 河北省四大水库之一的西大洋水库也位于境内。土地利用类型包括耕地、林地、草地、水域、建设用地以及未利用地, 其中耕地面积442.66 km2, 占全域面积31.24%; 林地144.51 km2, 占10.20%; 草地701.42 km2, 占49.50%; 水域43.16 km2,占3.05%; 建设用地84.25 km2, 占5.95%; 未利用地1.86 km2, 占0.13%。唐县近10年间城镇化率从7.5%骤增至23.3%。产业特色鲜明, 精工铸造、文化旅游、农副产品及深加工、建筑建材等主导产业持续发展壮大, 以电子商务为代表的新兴产业蓬勃发展, 2020年全县生产总值达124.6亿元, 增长1.4%;城镇和乡村居民人均可支配收入分别达25 401元和10 138元, 增长4.9%和9.3%, 全县经济发展平稳向好。

图1 唐县地理位置及高程图Fig.1 Position and elevation map of Tang County

2 数据与方法

2.1 数据来源与处理

以Landsat遥感影像数据、DEM数据、土地利用数据为基础数据。Landsat遥感影像数据选择2000年、2010年的Landsat-5影像, 2018年的Landsat-8 OLI影像, DEM数据空间分辨率为30 m, 均来源于地理空间数据云网站。为保证地表生态便于识别, 遥感数据均选自于7−9月份, 为减小因季节差异、植被生长状态不同而造成的误差, 保证研究结果的可比性, 3期影像日期前后相差在1个月之内,且云量均为0.2%以下。土地利用数据依据2000年、2010年和2018年的遥感影像解译获取, 根据研究目的通过遥感解译将地类划分为林地、水域、耕地、草地、未利用地、城乡、工矿、居民用地及其他建设用地。对每期数据进行精度检验, 精度均达到85%以上, 满足研究对土地利用分类数据的精度要求。

2.2 研究方法

2.2.1 生态源地识别

生态源地是区域范围内生境质量较高且具有高生态服务价值的生态斑块, 对维护区域生态安全和可持续发展具有重大意义。基于此, 综合生境质量和生态服务价值两方面对区域进行生态质量评价,从而识别生态源地。此方法可达到从斑块自身属性和生态系统两个尺度综合识别生态源地的目的, 所得结果较全面系统。

2.2.1.1 生境质量评价

选择遥感生态指数表示生境质量评价情况, 该指数由0到1之间连续变化的值表示, 其值越大研究区土地开发利用强度越低, 生态系统连通性越好, 生境质量越高。指标选取绿度、湿度、干度和热度4个指标, 分别用归一化植被指数(NDVI)、湿度分量(Wet)、建筑裸土指数(NDBSI)、地表温度(LST)表示, 运用主成分分析法将4指标进行耦合。其函数表达为:

遥感定义为:

式中: RSEI为遥感生态指数, Greenness表示绿度指标, Wetness表示湿度指标, Dryness表示干度指标,Heatness表示热度指标; NDVI表示归一化植被指数,WET为缨帽变换的湿度分量, NDBSI表示裸土指数SI和建筑指数IBI的结合, LST表示地表温度。

生境质量评价的具体步骤为:

1)指标计算。利用遥感软件ENVI分别对2000年、2010年和2018年3期经过预处理的遥感影像数据进行提取, 通过band math工具根据相关计算公式对绿度、湿度、干度、热度4个指标进行计算。

2)归一化处理。因4指标在量纲和数值范围上差异较大, 为保证量纲统一, 对4个指标进行归一化处理, 使其数值在[0, 1]之间。

3)图像合成及水体掩膜。将经过归一化处理后的4项指标作为4个波段合并成一幅影像。因研究区内有一座大型水库, 为避免湿度指标受其影响, 造成主成分分析时载荷不准确, 最终影响评价结果, 在主成分分析前对水体进行掩膜处理。

4)主成分分析。将图像导入ENVI中主成分分析(PCA)模块, 以PCA的方法选取第1主成分PC1为RSEI初值, 对其进行归一化处理, 得到遥感生态指数RSEI, 该数值越大生态质量越好。

5)生境质量评价。导入RSEI图像, 借助Arc-GIS将生境质量按等间距分为5级, 间断点为0.2、0.4、0.6和0.8, 得到低等级(0～0.2)、较低等级(0.2～0.4)、中等级(0.4～0.6)、较高级(0.6～0.8)和高等级(0.8～1.0)。

2.2.1.2 生态服务价值评价

因生态源地特点之一为具有较高的生态服务价值, 所以对研究区的不同土地利用类型进行生态服务价值评价, 参考谢高地等[32]和Vemuri等[33]建立的我国生态系统服务价值当量因子表, 基于生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年单位面积粮食价值的1/7规则[34]进行修正, 获得研究区生态服务价值系数(表1), 进而计算生态系统服务总价值, 计算公式如下:

表1 唐县不同土地利用类型的生态服务价值系数表Table 1 Coefficients of ecological service value of different land use types

式中: ESV为研究区生态系统服务总价值, 单位为元;Ai为各土地利用类型面积, 单位为hm2; V Cij为生态系统服务价值系数,i为土地利用类型,j为生态系统服务功能。将5种土地利用类型生态服务价值结果进行归一化处理后分别赋与级别, 形成5个级别, 分别为低等级(0～0.2)、较低等级(0.2～0.4)、中等级(0.4～0.6)、较高级(0.6～0.8)和高等级(0.8～1.0)。

2.2.1.3 生态质量评价和生态源地确定

将进行归一化处理后的生态服务价值结果等权重与生境质量评价结果叠加[35-36], 获得生态质量评价结果, 筛选出高生态质量的斑块为初步生态源地, 考虑到斑块面积的大小会影响生物多样性及分布, 通过ArcGIS统计初步生态源地斑块面积, 剔除或合并一些细碎斑块, 参考相关研究[37-38], 最终将斑块面积大于200 hm2的生态源地确定为最终生态源地。

2.2.2 生态阻力面构建

生态源地向外扩散的主要阻力来源为地形和土地利用类型, 参考相关研究[37,39], 结合研究区具体情况, 遵循系统性、整体性及数据可获取性等原则, 选取生境质量、土地利用类型、高程、坡度作为阻力因子, 经查阅资料[36,40-41], 将各阻力因子按5分制划分等级, 分别用1、2、3、4、5表示相对阻力大小, 阻力系数越大, 生态阻力越大, 越不利于物种间信息流动, 最后通过专家打分法确定权重[42](表2)。运用栅格计算器, 将4个因子阻力面按权重叠加建立阻力基面。其中, 生境质量因子与阻力系数呈负相关, 生境质量越高物种间信息流动与传递越容易, 阻力越小; 高程、坡度因子与阻力系数呈正相关, 高程越高、坡度越陡, 物种间流动越困难, 阻力越大。利用最小累计阻力模型构建阻力面, 计算公式为:

表2 唐县生态阻力面因子权重与阻力系数Table 2 Factor weights and resistance coefficients of ecological resistance surface of Tangxian County

式中: MCR为生态源斑块j扩散至某点的最小累积阻力值,Dij为生物从源地栅格j到空间某一点所穿越的景观基面i空间距离,Ri为景观基面i对生态过程或物种运动的基本阻力系数。模型计算利用ArcGIS空间分析模块中cost distance功能实现。

2.2.3 生态廊道构建

生态廊道是连接生态源地的桥梁, 也是相邻生态源间生态流的低阻力生态通道。电路理论中经常用到的连接模型与随机游走相结合能够较好地评价最小成本路径。本研究基于电路理论, 利用ArcGIS的Linkage Mapper插件提取连接两块生态源地间耗费阻力最小的路径为生态廊道。首先计算综合生态阻力面上所有像元到源地的成本加权距离(cost weighted distance, CWD), 创建成本加权距离表面, 然后将CWD栅格与源地叠加后计算源地间累积移动成本路径。再由路径最小值组成最小成本距离[least cost distance, LCD; 对应路径为最小耗费路径(least cost path, LCP)], 最后得到关键廊道和潜在廊道。

2.2.4 关键区域识别

本文在生态安全格局的基础上从整体角度对关键区域进行识别, 加入生态断裂点和低生态质量区域作为关键区域。完善待修复关键区域范围为生态夹点、生态障碍点、生态断裂点、低生态质量区域,并提供相应的识别方法。

2.2.4.1 生态夹点区域识别

生态夹点区域是生物迁徙交流中的必经之路或无其他可替代的区域[43]。若此类区域发生断裂将会影响整体生态网的正常运行。识别夹点区域并给予优先保护, 可保障生态系统健康。本研究以电路理论为理论依据, 在Circuitscape 4.0.1版本基础上, 运用Pinchpoint Mapper工具, 选择“all to one model”模式进行夹点识别。该理论中高电流密度区域表示生物活动较活跃, 物种在迁移过程中通过概率较高的区域, 即夹点区域。

2.2.4.2 生态障碍点区域识别

生态障碍点区域是源地间对物种流动阻力较大的区域。移除后可改善源地间连通性, 提升物种迁徙成功率[43-44]。Linkage Mapper工具包中的Barrier Mapper工具可检测出影响廊道流畅性的重要障碍物。本研究利用此工具识别生态障碍点。结合研究区实际情况, 用自然断点法选择结果中最高两级为生态障碍点区域, 同时与土地利用类型图叠加, 结合土地利用现状提出相关建议。运行前选择改进得分相对于最小成本路径百分比, 得到阻止物种流动、影响生态廊道连通性的障碍区域, 以及阻碍物种流动但不完全阻止运动的障碍区域。前者在进行生态修复时应采取修复手段, 后者采取维护手段。

2.2.4.3 生态断裂点区域识别

生态断裂点大都与大型交通道路的阻隔有关。随着人类生活水平的提高以及城市化加剧, 交通道路数量急剧增加, 人们出行方便的同时, 四通八达的道路也造成了景观破碎化, 大型交通道路使部分生态廊道被切断, 对景观连通性造成了不同程度的影响。本研究将生态廊道图与交通运输用地图叠加分析, 识别生态断裂点区域。

2.2.4.4 低生态质量区域识别

低生态质量区域为在进行生态质量评价时, 综合生态质量和生态服务价值最低的斑块, 这些区域存在严重的生态问题, 其规模及分布直接影响景观破碎程度, 对生态系统的影响不容忽视, 在本文作为待生态修复关键区域之一。

3 结果与分析

3.1 生态质量的变化

采用自然断点法将研究区2000年、2010年和2018年3年期RSEI结果分成5级, 依次为低等级(0～0.2)、较低等级(0.2～0.4)、中等级(0.4～0.6)、较高等级(0.6～0.8)、高等级(0.8～1.0)。经计算均值3年的RSEI分别为0.57、0.64和0.56, 表明近20年间生境质量为中等及以上, 且呈先变好后变差的趋势。

2000年、2010年和2018年的生境质量基本为中等偏高, 表示研究区生境质量基本情况较好, 但整体呈略微下降趋势。结合土地利用数据分析, 此情况与河漫滩的减少、城镇用地、农村居民点、其他建设用地的大幅度增加有关。从3期各等级占比情况来看(表3 ), 低级占比均低于10%, 较低级占比在20%以下, 中等、较高等、高等的累积面积占比均高于70%。2000−2010年, 中等及以上面积占比均有所增加, 低级、较低级有一定程度的减少;2010−2018年, 中等及以下面积占比小幅度增加, 较高及高等级相对减少, 2000−2018年总体来看, 中等、较高等面积及占比有不同程度增加, 低级、较低级和高等面积及占比有一定减少。

表3 2000—2018年唐县综合生境质量各等级面积占比Table 3 Area proportion of each grade of comprehensive habitat quality in the study area from 2000 to 2018

从总体上看生境质量各等级空间分布情况(图2a), 3个年份生境质量整体先提升再下降。2000年研究区中部及北部生境质量低于南部, 2010年中部及北部较2000年整体有明显提高, 这与中、高覆盖草地部分变为灌木林有关。2018年整体生境质量降低, 南部尤为明显, 主要受城镇用地、农村居民点、其他建设用地以及未利用地增加的影响, 由实际调查得知, 唐县人口集中分布在南部, 数据分析结果的合理性得到证明。

分析生态服务价值各等级空间分布情况(图2b)可知: 2000年、2010年和2018年北半部区域的生态服务价值均高于南半部区域, 这与土地利用类型的分布密切相关, 北半部多分布林地与草地, 这些土地利用类型可为生物活动提供物质能量和栖息场所, 具有较高的生态服务价值, 而南半部区域多分布城镇用地、农村居民点等, 所具有的生态服务价值则较低。

图2 2000年、2010年和2018年唐县生境质量(a)、生态服务价值(b)各等级空间分布情况Fig.2 Spatial distribution of each level of habitat quality (a), ecological service value (b) in the study area in 2000, 2010 and 2018

3.2 生态源地的选取

生态源地的选取是构建生态安全格局的基础,对识别关键区域也有着十分重要的作用。本文对2000年、2010年和2018年的生态源地进行研究比较, 筛选出稳定性较高的区域作为唐县生态安全格局的生态源地。

分别将唐县3期生境质量评价图和生态服务价值评价图进行叠加, 得到综合生态质量情况, 筛选出高生态质量斑块中面积大于200 hm2的斑块并分别导出进行对比(图3a−c), 将3期都包含的源地作为构建唐县生态安全格局的生态源地(图3d)。最终确定生态源地10块, 面积91.22 km2, 占总面积的6.4%。主要分布在唐县北部的石门乡、倒马关乡、川里镇、黄石口乡、南齐家佐乡; 南部的迷城乡和罗庄乡分布有两处生态源地, 面积较大一处为西大洋水库, 数据处理结果与实际情况相符。

图3 2000年、2010年和2018年唐县生态源地的分布(a-c)和选取的研究区生态源地分布(d)Fig.3 Distribution of ecological sources in 2000, 2010 and 2018 (a−c), and the selected ecological sources in the study area (d)

源地土地利用类型多为林地及高质量草地, 植被覆盖率高可发展绿色产业; 原有林地应加强保护,为研究区提供水源涵养、土壤保持等多种服务功能。大面积水域作为特殊源地之一, 具有提供水源供给、气候调节、保护生物多样性等服务功能和极强的不可替代性, 而研究区在2000−2018近20年间, 农村居民点和建设用地侵占了部分水域, 使其面积逐渐缩小, 应严格控制人类活动以防加深对水源的威胁。此外还需加强对生态源地周围一定范围内区域的管理和保护, 此类区域不仅是生态源地的缓冲地带, 更是重要屏障, 对其进行管控有利于减缓外界因素对重要生态源地的干扰, 不断扩大源地面积和保持源地生态稳定性。

3.3 生态阻力面的构建

利用ArcGIS的栅格计算器将各阻力因子的阻力面按照权重叠加, 获得综合阻力基面。从图4a中可以看出综合阻力值呈现东南高、中部及北部低的特点。阻力高值区分布在东南部的高昌镇、仁厚镇、都亭乡、北罗镇、长古城镇、王京镇, 主要与当地人类活动有关, 该区域集中了大量农村居民点, 周围的耕地、绿地等生态斑块被隔离; 低值区在北部和中部的倒马关乡、川里镇、石门乡、羊角乡、黄石口乡、军城镇、南齐家佐乡、迷城乡、白合镇、大洋乡、北店头乡、罗庄乡等, 与这些区域的土地利用类型为高覆盖草地和灌木林有关。

基于综合阻力基面, 利用最小累计阻力模型通过ArcGIS成本距离工具生成最小累计阻力面(图4b),最小累计阻力值在0～66 670之间。高阻力区域主要集中在远离生态源地, 地势相对平坦的东南部, 低阻力区域分布在人类活动较少的北部及西南部的倒马关乡、川里镇、石门乡、羊角乡、黄石口乡、军城镇、南齐家佐乡、迷城乡、大洋乡、北店头乡、罗庄乡, 土地利用类型多以林地、草地为主, 与实际情况相符。

图4 研究区综合阻力值(a)和最小累计阻力值(b)Fig.4 Comprehensive resistance value (a) and minimum cumulative resistance (MCR) value (b) of the study area

3.4 生态廊道的构建

利用ArcGIS的Linkage Mapper插件提取生态廊道(图5), 共获得关键廊道和潜在廊道20条, 总长度240.66 km。廊道最长达39 km, 最短为0.36 km。多数廊道较长, 易受人类活动影响发生断裂, 且存在廊道与大面积水域的交点, 均应重点给予保护。

图5 研究区生态廊道的空间分布Fig.5 Spatial distribution of ecological corridors in the study area

生态廊道以生态源地为起点, 沿低阻力通道向外辐射。空间分布差异明显, 主要分布在北部和中部, 穿过倒马关乡、川里乡、石门乡、羊角乡等行政区, 少数分布在西南部。结合研究区土地利用类型, 廊道多穿过林地、草地, 对其应采取维护、提高植被丰度等方式进行保护与修复, 严格控制耕地对植被的大面积侵占和破坏, 必要时可采取退耕还草等措施。廊道的分布与生态源地斑块的分布、数量、距离有关, 北部、中部多为灌木林和中覆盖草地, 生态源地多分布于此类区域, 因此斑块间廊道数量较多且网络密度较大。北部生态源地间距离较近, 廊道长度相对较短, 连通性强, 中部源地与北部、西南部源地距离较远, 生态廊道相对较长, 需重点保护廊道中心位置, 该位置为生物迁徙过程中的重要栖息地, 一旦被破坏, 生态廊道将被切断, 物质难以流动。东南部多为水田、旱地、农村居民点, 没有生态源地, 不存在廊道连通, 建议增加生态源地的同时适当增加廊道建设, 完善生态廊道空间网络布局。

3.5 关键区域的识别

在廊道基础上, 运用工具箱中的Pinchpoint Mapper工具识别生态夹点区域, 经筛选最终确定夹点共计15处。空间分布情况如图6a, 主要分布在生态廊道的中心或顶端位置。土地利用类型多为高、中覆盖草地, 少数为林地、低覆盖草地。生境质量较高的林地与草地应严禁非生态建设工程侵占, 退化区域的草地与林地可与周围景观结合, 种植适应本土环境的植物, 积极发展林下经济; 针对耕地地区, 可采取退耕还林措施, 若与水域较近, 可考虑将耕地转换为湿地。

障碍点区域的识别基于工具箱中的Barrier Mapper工具, 运用自然断点法将1.35以上的区域作为障碍点区域, 将相邻相近的障碍点区域合并后共确定此类区域42处(图6b), 从图中可知, 生态障碍点区域主要分布在廊道的中心或两端。需重点关注: 叠加生态夹点和生态障碍点图, 有3处障碍点与夹点区域重合, 表明在物种流动必经的路线上存在着阻碍其流动的区域, 鉴于该区域面积较小且其阻碍较易清除, 可优先修复。此类区域主要为草地和建设用地, 对于该区域草地可采取大力发展人工种草的方式提高草地盖度, 对于建设用地可拆除区域进行拆除, 不可拆除区域采取加强绿地建设等措施。有3处障碍点位于长距离生态廊道的中心位置, 该位置处于重要转折点, 多为生物在迁移过程中的栖息点,对物种活动阻碍作用较大, 此类区域的土地利用类型均为旱地, 且为砾质土壤, 适合以退耕还林还草的方式使其自然恢复成为草地生态保护区和景观草地区。

图6 生态夹点(a)、生态障碍点(b)、生态断裂点(c)和低生态质量区域(d)分布Fig.6 Distribution of ecological pinch (a), ecological barrier points (b), ecological break points (c) and low ecological quality area (d)

大型交通道路会切断生态廊道, 成为阻碍物种流通的因素。将研究区交通运输用地图与生态廊道图叠加分析, 重合区域即生态断裂点区域, 共识别此类区域28处, 分布情况如图6c, 其中8处位于乡镇村道的公路用地, 3处位于军白线县道, 14处分别位于S322、S335、S241省道, 3处位于S52保阜高速公路。所有道路均未穿过生态源地, 因此源地斑块的完整性得到一定保障。高速公路、省道的封闭性较好车速较快, 物种通过的难度较大, 可通过修建涵洞、隧道等生物通道, 保证动物移动畅通; 在道路两旁做好植物绿化、修建隔音墙, 达到吸附沙尘、减少行驶车辆产生的噪音对生物造成干扰的效果。

提取除农村居民点和建设用地之外生态质量最差的斑块, 作为低生态质量关键区域(图6d), 面积178 km2, 约占研究区总面积的十分之一, 散落分布在全域, 中南部尤为集中。土地利用类型主要为旱地和草地, 修复方式可参考障碍点区域中对两种地类的修复方法。需重点关注西大洋水库被低生态质量区域包围, 应尽快采取退耕还湖、人工种草改善植被等方式防止重要源地受破坏程度加深。除此之外,人类活动的不断扩张使得农村居民点及建设用地面积剧增, 区域生境质量整体性降低, 应重视农村居民点及建设用地周边环境保护, 修复建设用地应积极响应乡村振兴战略, 发展观光农业, 控制研究区东南部开发强度, 加快村庄绿化建设。

4 讨论与结论

4.1 讨论

在整体保护与系统治理的思路引导下, 本文考虑到生态景观连通性, 在“识别生态源地−构建生态阻力面−构建生态廊道”的研究范式支撑下, 基于生态安全格局从整体综合视角识别国土空间生态修复关键区域, 对比传统的针对特定点位或局地面状修复工程, 更好地满足了生态修复的协同性、系统性。参考前人对生态源地内涵的定义以及识别方法的研究, 遵循系统整体性、科学性原则, 结合研究区具体情况, 综合生境质量和生态系统服务价值确定生态源地, 兼顾了生态系统单元和整体, 本研究识别的生态源地基本可靠。近年来电路理论的融入为生态网络构建的研究提供了更为科学的方式, 本文在该理论的基础上识别生态夹点、生态障碍点、生态断裂点此3类关键区域之外, 加入低生态质量区域作为待修复关键区域之一, 该类区域存在的生态问题同样不容忽视, 对其进行补充可以进一步完善生态修复区域的范围, 维护生态斑块的完整性与生态系统整体稳定性, 现实具体指导太行山区域国土空间生态修复工作。

基于生态安全格局将太行山区唐县的国土空间生态修复关键区域划分为生态夹点区域、生态障碍点区域、生态断裂点区域、低生态质量区域等4类关键区域, 并提出相应的开发引导和规划管控内容。待修复生态关键区域集中分布于研究区北部和西南部, 土地利用类型主要为林地、草地、水域和耕地,应采取生态夹点区域优先保护、生态障碍点区域优先修复、生态断裂点区域加强维护的战略, 通过维护、提高植被丰度、退耕还林、还草等方式进行生态保护与修复; 低生态质量区域主要分布于研究区中南部的草地和旱地区域, 可采取环水库人工种草、大力发展观光农业、推进景观绿化等措施以达到防止破坏程度加深和提升生态质量的效果。此外,2018年唐县东南部的居民点及建设用地增加明显,反映出城镇扩张形势迅猛, 而建设用地的增加伴随着的是植被减少, 随之带来的是区域生态质量持续下降。将近10年来生态质量持续下降区域列入禁止建设区, 并采用生态工程措施加以修复, 方可保障生态健康持续发展。

限于数据获取及处理量等原因, 本文仍存在一些不足: 构建生态廊道时尚未考虑其宽度的要求, 在今后研究中将尝试结合研究区实际情况探究生态廊道宽度的具体应用需求; 此外, 本研究尚未明确关键区域修复顺序, 在今后研究中可针对修复顺序进行深入探讨, 以期为研究区生态建设提供现实指导。

4.2 结论

本文以太行山区的唐县为研究区, 基于遥感生态指数评价生态质量, 综合生态质量与生态服务价值确定生态源地; 基于最小累计阻力模型和电路理论识别生态修复关键区域, 主要结论如下:

1)生态质量评价表明, 研究区唐县3年的生态质量基本为中等偏高, 表示研究区生态质量基本情况较好, 但总体出现先上升后下降的变化情况。高等级生态质量区域主要的覆被类型为林地和不同覆盖程度的草地, 低生态质量区域土地利用类型主要为耕地、建设用地和居民点。

2)生态源地先增多后减少但变化幅度不大。从稳定性考虑, 综合3个年份生态源地分布情况, 最终选择近20年中最稳定的生态源地10块, 面积91.22 km2, 占唐县总面积的6.4%, 主要分布在研究区北部的林地、草地和西南部大面积水域, 这也证明了通过遥感生态指数计算获得的生境质量评价结果来识别生态源地是合理可信的。生态阻力高值区主要分布在远离生态源地的东南部, 低值区分布在受人类活动较小的西北部。

3)生态廊道包括关键廊道和潜在廊道共20条,总长度为240.66 km。在廊道基础上对关键区域进行识别, 关键区域包括生态夹点区域、生态障碍点区域、生态断裂点区域以及低生态质量区域。最终识别的生态夹点区域15个, 生态障碍点区域42个, 生态断裂点区域28个, 低生态质量区域面积178 km2。