基于综合生态安全格局的山地景观韧性体系构建研究——以浙江莫干山为例

聂文彬

史 琰

杨 凡

南歆格

包志毅*

城镇扩张加速和气候变化带来的生态环境问题日益凸显，不合理的森林利用、河流改道和地表硬化导致了诸多的生态问题[1-2]。同时，地域性的生活和生产方式发生改变，乡土文化也受到冲击[3]。保障区域生态安全和可持续发展成为迫切的需求。以韧性理念为导向构建景观体系，有助于增强区域应对潜在生态风险的能力，实现城镇发展与生态保护间的动态平衡。

韧性(resilience)其本意是用来描述系统承受扰动后恢复到原有状态的能力[4]。在生态学文献中，韧性主要用于描述系统对外部干扰所表现出的持久性或可塑性，研究对象是以水陆环境为主的自然生态系统[5]。20世纪90年代韧性概念逐渐被引入到城市规划的研究中，提出了城市韧性，研究的内容主要为社会、经济、生态三大要素，并将生态学、规划学和管理学纳入韧性概念之中[6]。在此基础上，韧性理念继续推广到风景园林学科的研究中，提出了景观韧性，其主要关注的是景观在一定空间区域内，作为多个生态系统组成的空间镶嵌体，在外力冲击下的自我适应和修复能力，通常表现为景观服务的可持续性[7-8]。风景园林学科对韧性的研究更加注重落地性[9]。目前，针对景观韧性的研究集中在土地利用与韧性评价[10-11]、韧性与生态智慧的融合[9]、景观空间韧性规划[12]等方面。相关的评价指标涵盖城市边界、城市密度、用地类型等，研究的尺度主要为大尺度的市域。也有研究基于“源-流-汇”指数分析对生态韧性进行评价[13]，但在源地的选取上多是基于单一的生物栖息地角度。整体上，相对缺乏综合维度下，将量化的方法与易于操作的尺度相结合的研究。而景观生态学通过建立学科之间的融合(景观生态安全格局、景观异质性、生态网络等)[14]为景观韧性研究提供了科学的理论依据和中微观尺度上的规划设计框架。其中综合生态安全格局的构建是重点内容，主要是将单一维度(灾害防护、生物多样性保护、水生态安全等)中关键性的潜在空间格局进行叠加，从而得到综合生态安全格局[15]。识别结果可分为高、中、低3种水平，水平越高，保护级别越低，开发适应性越高[16]。景观韧性体系的构建可将其作为规划框架，展开土地利用规划、开发强度控制、开发类型选择等工作。综合生态安全格局支撑下的景观韧性体系构建可有效结合生态过程调控，实现自然资源的合理开发与利用。

山地面积约占中国陆地面积的69%，山地城镇约占全国城乡总数的一半，因此山地空间具有重要的战略地位[17]。同时，山地空间与平原地区相比，生态系统表现出更明显的脆弱性和复杂性[18]。构建山地区域景观韧性体系对保障区域可持续发展具有重要意义。因此，本文以莫干山为例，以综合生态安全格局为框架，支撑景观韧性体系的构建。区别于景观生态学的大尺度研究，本文在中微观尺度上的研究能更好地与行政属地管理相匹配，也能为景观格局在规划操作层面提供良好的样本。

莫干山是浙北重要的生态屏障，也是典型的山地城镇。在乡村振兴战略的带动下，城镇加速扩张，加上山地空间的局限性，所面临生态保护、文化保护与区域发展的多重压力也更加突出。传统的红线划定与区域发展对空间的需求之间的矛盾亟需平衡和调控。因此需要在“刚性”的格局中寻求“韧性”的解法，突破空间的限制。本文基于综合水生态、生物多样性保护、地质灾害防护、乡土文化景观安全格局，识别出可区分建设适宜性的综合生态安全格局，并将其作为景观韧性体系构建的框架。

1 研究区域概况

1.1 研究范围

本次研究范围为莫干山国际旅游度假区，位于浙江省湖州市德清县西部(119.4～119.6E°、30.3～30.5N°)，面积为172.39km2，区域内海拔高度在79～760m之间，以丘陵和山地地貌为主，自然资源丰富，具备多样化的生态系统[19]。

1.2 区域景观生态特征

景观格局方面，由于山地空间环境敏感而复杂，以农耕为主导的传统生产机制和生产生活空间的散点式布局，进一步加剧了景观格局的破碎化[3，20]。

地域文化方面，莫干山具有老别墅、寺庙、古墓等丰富的人文景观资源，同时度假区、民宿、田园综合体等新产业也是新的文化载体。新背景下，如何对乡土文化其进行保护与利用，也需纳入景观规划和土地利用管理的范围内。

2 生态安全格局与山地景观韧性体系耦合框架

2.1 扰动的复杂性要求多维度协同的生态安全保障

生态安全格局的破坏是一个复杂的过程，涉及其恢复力、阈值和敏感性。系统稳定性跃迁的过程伴随着水环境、生境和自然灾害等相关因子的变化。山地空间生态构建需通过科学合理的引导和正向的调节来满足生态在各维度的需求。

2.2 生态安格局与景观韧性体系属性关联

韧性强调多样性、冗余度和适应力等属性。基于多维度叠加的综合生态安全格局，可引导系统做出动态调整，以提升系统的韧性。本文选取4个单一维度的生态安全格局因子，基于其与韧性要素关联的强弱构建耦合框架(图1)，具体如下。

图1 综合生态安全格局与景观韧性体系耦合框架

1)强化综合适宜性。

山地生态景观韧性构建是一个综合体系，关注的要点并非局限于气候改变导致的自然灾害和其他物理性扰动事件，同时还涉及包含生态与文化的人类福祉[21]，综合生态安全格局中生态和文化景观格局可表征韧性系统的适宜性，其中文化景观是韧性体系扩展的重要内容。

2)提升结构韧性。

生态安全格局中，中水平生态安全区域是生态缓冲的重要区域，也是城镇扩张和弹性开发的重要预备位置，因此可将其作为景观韧性冗余度的一个重要指标。同时通过制定不同水平安全格局下的山地空间规划策略，可增强系统的多样性。

3)增强系统稳定性。

生态安全格局的识别是基于对敏感性的分级评价，生态敏感性越低说明系统越稳定。稳定性是景观韧性系统的关键属性，通过生态安全格局的构建，尤其是高水平生态安全区域的识别，可关联景观韧性体系的稳定性评价。同时区别于蓝图式的规划有相对确定的目标和范围，综合生态安全格局主导下的生态设计可通过建立“反馈-调节”机制，形成一个动态表征过程，从而有利于促进各种复杂因素的有效平衡和稳定[22]。

4)丰富系统与策略的多样性。

景观的功能承载力越强，则规划开发类型越多样，环境承载力越强则生态越多样。生态安全格局中建设用地布局可指示功能承载力，而生境质量可一定程度表征生态承载力。因此，这2项指标对于系统的多样性非常重要。

3 莫干山综合生态安全格局构建

3.1 数据来源及处理

3.1.1 数字高程数据(DEM)

数字高程数据来源于NASA开源数据(search.asf.asaska.edu)提供的12.5m分辨率的DEM数据。

3.1.2 土地覆被数据

通过地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn/)，获取分辨率为30m的Landsat 8影像，采用Gram-Schmiat Spectral Sharpening方式将精度提高为15m[23]。根据计算模型需要和相关文献研究[24]，利用ENVI 5.2软件，通过监督分类和人工目视解译相结合的方法，将土地覆被解译为林地、耕地、水域、居民地、交通用地5种类型(图2-1)。

3.1.3 植被归一化指数(NDVI)

NDVI是反应植被生长状态的重要指标因子，取值在-1～1之间，值越大代表植被覆盖状况越好，主要用于植被敏感度分析(图2-2)。利用遥感影像中的近红外波段(NIR)与红波段(R)计算NDVI，计算公式如下[25]：

3.1.4 乡土文化POI点位

将乡土文化分为点状和面状2类，通过高德开放平台API(https://lbs.amap.com)以关键词“古树名木、古墓、民宿、老别墅、寺”，爬取POI，并导入ArcGIS中落位。通过奥维互动地图下载研究区域的高分辨率TIF图，在建立矢量数据库后，采用目视解译的方式对风景区、林荫古道、农场、连片的农业景观等线状或面状乡土文化景观进行落位(图2-3)。

3.1.5 评价指标

根据相关文献[26-30]的研究和专家咨询，确定各景观安全格局识别的评价指标和权重(表1)。

3.2 综合生态安全格局构建

3.2.1 综合水生态安全格局

1)雨洪生态安全格局。

SCS模型(Soil Conservation Service)能客观反映不同地形条件和地类对径流的影响，被广泛用于雨洪模拟[26，31]。计算公式如下：

式中，Q为地表径流量，mm；P为一次降雨的降水量，mm；S为下垫面可能的最大滞留量；i和j表示具体某场降雨的降雨量和单个汇水区；CN为产流参数。

参考《美国工程手册》[32]和相关研究文献[33]，选取各地类的CN初始值(表2)。选取100、150、200mm为模拟P值，借助ArcGIS水文分Volume工具反演P值对应集水区淹没范围。

表2 不同地表覆被CN取值

2)水生环境生态安全格局。

选取场地内地表水径流路径、水库、重点蓄水区域作为水生环境生态安全评价要素，借助ArcGIS缓冲区分析和空间插值法进行生态安全等级划分。将3个因子进行叠加分析，根据“木桶原理”以最低值进行镶嵌得到水生环境生态安全格局。

通过ArcGIS镶嵌工具叠加雨洪生态安全格局和水生环境安全格局，得到综合水生态安全格局[27](图2-4)。

3.2.2 生物多样性保护安全格局

为构建生物多样性保护安全格局，本研究首先确定目标物种，随后根据其生物学迁移特征，运用生境适宜性分析与最小阻力模型，识别当地生物多样性保护安全格局。首先，本研究拟选取鸟类作为目标类群进行相关分析。鸟类是生态学研究与观测中的典型目标物种，具有成为伞护种与旗舰种的潜质，活动范围广泛，对环境较为敏感，其生物多样性与迁移规律能够代表所在区域多个不同类群的生物多样性分布安全格局情况[34]；与此同时，对鸟类的保护将使其他多个生物类群从中获益[35]；最后，莫干山地区在历史上开展了多项鸟类生物多样性监测，对所在地区鸟类群落及其生态、迁徙特征具有较好的研究基础[36]。因此，鸟类是莫干山地区开展生态安全格局研究合适的生物类群。其次，基于表1中相关指标，通过适宜性分析选取生物迁徙的“源地”，再利用最小阻力模型和自然断点法获得生物多样性保护安全格局(图2-5)。最小阻力模型公式为：

式中，j为从地点i到源地j的距离；Ri是迁移过程中遇到的阻力；MCR为最小累计阻力；R是在相关文献研究成果[27]的基础上结合专家修正而确定(表3)。

表3 不同地表覆被阻力系数取值

3.2.3 地质灾害防护安全格局

选取水土流失作为自然灾害指征，评价指标见表1。利用ArcGIS进行适应性分析和加权叠加进行识别(图2-6)。

表1 生态安全格局评价因子及赋值

3.2.4 乡土文化景观安全格局

将点状和面状乡土文化要素作为“源”，利用最小阻力模型和自然断点法识别别出乡土文化景观安全格局(图2-7)。相关阻力因子的阻力系数是结合相关文献和专家意见得出表4，阻力系数为景观间相对阻力水平，而非绝对大小[37]。

表4 不同地表覆被阻系数取值

3.2.5 综合生态安全格局构建

考虑到各单一生态安全服务功能间的不可替代性，采用“综合取低”的栅格叠加方法，将4种生态安全格局进行叠加，并取最低格局构建综合生态安全格局[34](图2-8)。

图2 研究区域资料和各维度生态安全格局

4 基于综合生态安全格局的莫干山景观韧性体系构建

通过统计得到单一维度及综合维度中不同水平安全格局的面积和占比情况(表5)。可以看出，莫干山高水平生态安全区域比重较小，一定程度上阻碍了理想安全格局下的可持续发展。在当前背景下，莫干山生态环境保护和城镇建设空间的扩张是一个相互博弈和协调的过程，需引入韧性发展思维进行指导，而融合了生态和文化的综合生态安全格局可以为景观韧性构建提供载体和框架支撑，具体如下。

表5 单一及综合生态安全格局各等级面积及占比

4.1 基于综合生态安全格局的景观策略

4.1.1 分类型管控和建设策略

1)整体上——增强多维度生态协调和信息连通。

生态安全格局识别结果表明，莫干山在综合水生态安全、生物多样性保护、地质灾害防护和乡土文化景观生态安全格局中，高水平区域占比较高，分别为45.68%、30.98%、47.87%、52.62%；但在综合生态安全格局中，高水平区域面积只占比3.59%。这种差异同样也存在于低水平安全区域。说明在垂直叠加过程中不同生态安全格局的分布具有很强不均匀性。

在国土空间规划中对接“多规合一”平台可以有效解决该问题。“多规合一平台”能将高度解构化的土地政策融合到“一张图”审批中，在此过程中可以保障景观体系具备多样的功能，以此增加系统的多样性和稳定性。同时，也可基于生态安全格局监测与预测建立动态“反馈-调节”机制，以此应对人为扰动产生的风险源具有持续性和动态性特征这一问题。这种动态调节机制，摆脱了传统的一张蓝图做到底的局限性，侧重于规划发展的灵活机动性和综合适宜性。

2)低水平区域：刚性格局，韧性对待。

该类区域是保护的最低限度，保护级别最高[16]。在低水平格局中，面积占比最高的为综合水生态安全(29.20%)，主要呈网状分布，这主要源于山地地貌下的分散径流对格局的影响；占比最低的为乡土文化景观(16.85%)，主要分布于城镇建设用地中，有交通系统串联，游憩价值较高，但也会引入较多的扰动源；将“底线”生态安全格局和土地覆被叠加，计算得出现有居民地、交通用地、农业用地、水体中“底线生态安全格局”占比分别为67.79%、72.06%、64.15%、70.23%和88.49%，表明目前建设区域大部分处于高生态敏感区；反向计算得出目前“底线”安全格局有17.73%被居民地、交通用地和农业用地占用。在综合生态安全格局识别中，低水平生态安全区域占比过大，达到67.79%，因此传统的“底线”规划思维并非最佳选择，韧性体系下的“生态红线”需弹性对待。

“底线格局”可作为相关规划制定和调整的支撑。如原本在低水平区域规划的建设空间可寻找其他生态空间进行代替，或加快人工干预措施进行开发策略调整，采用低影响开发技术，以降低对生态安全的影响；在未规划建设用地的区域中，应以保护为主或开发利于生态保护的新业态。韧性地对待原本的刚性保护空间，增加景观生态系统的多样性和冗余度。

3)中水平区域：弹性发展、规避风险。

该类区域在面临扰动时有一定的自我防御和修复能力，需要限制开发强度、制定措施保护与恢复生态系统[35]。研究范围内中水平区域面积占比31.69%，主要分布于城镇边界扩张范围中，存在多种潜在威胁源和生态退化的可能。中水平区域是缓冲区和城镇扩张的重要区域，应充分发挥区域优势条件。例如根据发展规划和生态保护及修复的要求，划分核心保护区、生态缓冲区、控制建设区等不同保护与开发强度的区域，也可设置生物围栏和核心生物栖息地等生境保障区。

4)高水平区域：构建景观生态网络、带动区域良性发展。

该类区域在各维度上的生态敏感性均较低，可合理地进行开发建设活动。但3.59%的低占比，显然不能满足城镇扩张的需求。解决此矛盾可以通过扩大优质生态斑块和建立景观生态网络的方法，以形成高质量生态功能区域联动周边区域生态提升的动态演变趋势；也可以在非高水平生态安全区域的建设用地之间加入生态组团和生态廊道，以降低建设用地对生态的影响，弥补高水平区域的用地不足。

4.1.2 弹性的土地利用方式

目前协调人口、经济、生态、资源于一体的国土空间规划“双评价”体系可以有效完善国土空间布局，明确城镇开发建设的合理格局[38]。山地城镇的农业和建设空间较为紧凑，“双评价”的运用需要具备一定的弹性以适应。例如，为了平衡建设用地扩张和耕地保护间的矛盾，云南省和浙江丽水先后实施了低丘缓坡土地综合开发利用试点项目。然而低丘缓坡的山地空间通常生态脆弱，因此需要在对生态安全格局充分研究的前提下进行[39]。

4.2 基于综合生态安全格局的景观韧性评价

基于韧性与生态安全格局的耦合，参考相关研究[11，29]，从稳定性、适宜性、冗余度、多样性这4个层面建立景观韧性评价指标体系(表6)。采用层次分析法建立模型，将各因子在准测层内进行相对重要性比较，再根据判断矩阵得出4个韧性指数的权重，且CR=0.0416，通过一致性检查。最终，通过加权计算得到研究区域综合韧性指数为0.39。整体看来，莫干山区域生态韧性水平较低，尤其是在冗余度指数方面的低值表现明显。因此莫干山在后续建设中如何平衡保护与发展和制定更加科学的建设策略是核心问题。

表6 韧性评价指标与生态安全格局耦合

5 结论及讨论

我国仍处在城镇化快速发展的阶段，近年来城镇发展模式转向加更加注重生态保护的可持续性发展方向。鉴于此，本文从综合生态安全格局研究中得到启发，将其与韧性理念进行关联分析，基于关键属性构建两者的有机耦合，并以莫干山为例，研究基于综合生态安全格局的景观韧性体系构建策略。本研究将“生态智慧”与韧性理念有机统一和衔接，认为韧性理念中强调的动态思维、协调模式以及决策的多样性和生态安全格局中的连通性、动态性、底线思维以及系统性是相互支持和融合的，同时将综合生态安全格局识别结果作为韧性的表征内涵和构建载体。将山地景观韧性构建策分别落实到识别出的高、中、低水平生态安全格局中，特别是构建了景观韧性评价体系，有利于提升景观韧性构建的操作性和实施性。

本文对于景观韧性构建的研究，尚存一些不足和局限性。如数据精度及季节性差异对分析结果的影响、代表性物种和代表性地质灾害选取数量不足、各类评价因子权重及阈值受到主观决策和相关数据获取困难的影响，这些问题还有待进一步完善。

注：文中图片均由作者绘制。