基于生态安全格局的国土空间生态修复关键位置识别——以宁波市镇海区为例

林 倩，邹婕羽

（宁波市自然资源和规划研究中心，浙江宁波 315040）

0 引言

城市在人类文明中扮演着经济活动和社会发展的中心角色。目前，世界上约54%的人口居住在城市地区，到2050 年，城市人口比例将增加到全球人口的66%[1]。城市化带来的人口聚集对城市内部及周边生态系统产生巨大压力，造成植被面积萎缩、栖息地破碎化、污染、生物多样性减退等环境问题，严重影响了城市的可持续发展[2]。随着我国城市化进程的不断深入，生态用地被占用，生态系统功能和过程遭到破坏，严重降低了城市居民福祉[3-6]。原有城市规划对生态网络结构考虑较少，易导致景观破碎化，原本利于物质、信息、能量流动的廊道被截断，破碎的生态空间边缘生境增加、内部生境减少，易受外部侵扰，生物多样性受损，对城市生态系统的完整与健康构成严重威胁[7]。在党的十九届五中全会公报中明确指出：“坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主，守住自然生态安全边界。”在此背景下，围绕新时代自然资源管理的需求，开展城市国土空间整治与修复，成为紧迫的需要[8-9]。

构建生态安全格局实质是开发一种包含生态源地、廊道和关键节点的集成网络模式[10]，是当前构建生态网络的基础，是保护区域生态、实现可持续性的综合性方法。通过构建区域生态安全格局，达到对生态过程的有效调控，从而保障生态功能的充分发挥，实现区域自然资源和绿色基础设施的有效合理配置，最终实现生态安全[11]。作为缓解生态保护与经济发展矛盾的重要空间途径，生态安全格局已经被广泛应用于城市增长预测[12]、绿色基础设施建设[13]、环境影响评价[14]、生态网络规划[15]等研究中，逐渐形成了生态源地识别-廊道构建- 生态安全节点- 生态网络构建的研究方法[16]。随着研究的不断深入，大量新技术被引入到生态安全格局构建中，如电路理论[10，17]、蚁群算法[18]、小波分析[19]、Duranton and Overman Index[20]等。研究内容与物种分布与保护[21]、生态系统服务供需[22]、景观多功能性[23]政策分析[24]等相结合。研究趋势也从单一尺度到多尺度级联[25]、从单一时点到多时序[26]、从二维平面向三维立体[27]、从单一生态目标向生态文化复合目标[28-29]转化。

现有研究充分表明，生态安全格局构建已经成为从末端生态治理走向前端生态管理的必然选择，为寻求更加契合区域发展需求的生态保护提供了有力支撑[30]。通过构建生态安全格局，识别国土空间修复的关键位置，成为景观生态学在国土空间治理中的新学术增长点[31]和学术热点[32-35]。然而，关于沿海城市结合生态安全格局与生态修复的研究尚不充分。因此，本文以宁波市镇海区为研究区，首先识别当地生态问题遵循“生态源地- 生态廊道- 生态安全格局”的范式结合形态学空间分析（Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA）、景观连通性指数、最小阻力模型等定量分析工具，构建生态安全格局，识别战略点，为山水林田湖草生态修复、实现人与自然的和谐共生、经济发展与生态保护的双赢提供空间优化工具。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

宁波市镇海区位于浙江省东北部，中国大陆海岸线中段，长江三角洲南翼，在宁波城区东侧，东屏舟山群岛，西连宁绍平原，南接北仑港，北濒杭州湾，与上海一衣带水。

镇海区由于良好的门户区位和突出的港口资源，镇海承担了宁波在国家战略中的重要对外开放功能，1973 年起就开始镇海港的建设与谋划，当前大港口、大石化、大化工等产业集聚在镇海沿海区域，是国家七大石化基地之一、世界领先的重化工基地，宁波—舟山港更是成为“一带一路”国家战略的重要支点。由于镇海区长时间受困于港口、化工产业的总体定位，区域内丰富的山水林田湖草等自然生态价值尚未得到充分挖掘，随着国家、区域宏观发展导向的重大调整，如何以生态安全格局的构建为基础，逐步转变成以镇海区为代表的东部发达城市地区的功能类型和品质层次，实现人与自然的和谐共生，是需要进行审慎思考的问题。

1.2 数据来源与预处理

研究区土地利用基于2018 年土地利用变更调查数据（图1），土地利用类型包括水田、旱地、林地、河流、城镇用地、农村居民点等。当前，镇海区西北为山地丘陵，以九龙山脉为主，是重要水源涵养区和林地所在，自西北至东南甬江的中部区域为水网平原，分布大量农田，东南为滨海平原，西南为平原低丘，城镇建设用地绵延成片，人类活动强度较高。

图1 镇海区土地利用类型

1.3 研究方法

1.3.1 生态源地识别。源地是物种栖息地和扩散的源点，是维持景观完整性和生态系统稳定性的重要区域，往往具有较好的生境质量和较高的生态服务功能。本研究基于偏向测度结构连接性的形态学空间格局分析（MSPA）方法分析园地、林地、耕地、草地、水体等要素的结构性特征，并结合基于景观连通性对生态源地进行提取。

利用Guidos 软件进行MSPA 分析，按形态分为互不重叠的七类（即核心区，桥接区，环道区，支线，边缘区，孔隙和岛状斑块），初步认知研究区各景观类型分布、面积及面积占比，进而辨识出对维持连通性具有重要意义的景观类型，包括作为核心栖息地的核心区和结构性廊道的桥接区，形成生态源地的备选。本研究同时通过Conefor 2.8 将提取出的核心区与桥接区转化为所需要的节点文件及距离文件，计算景观连通性。在斑块连通性指数计算过程中，斑块连通距离阈值设置为500 m，连通概率设为0.5。最终，选取连通性指数大于4 的8 个核心区斑块作为研究的初始源地。

1.3.2 阻力面构建。景观阻力面是对生物空间运动状态与趋势的反映，表示物种从源地向别处流动的过程中需要克服的阻力。景观生态学中将穿越不同景观的难易程度及阻力大小用景观阻力值来表示，分值越高代表对物种扩散过程的阻力越大。

本次研究在MSPA 分析基础上，根据景观连通性指数对核心区和桥接区进行不同景观阻力赋值。相对于核心区来说桥接区对于生物迁移的阻力更大，桥接区在核心区周围分布越密集，其连通程度越高，越容易进行生物迁移。本研究对桥接区重要性程度进行划分。将桥接区分为极重要桥接区（dPC〉0.8），重要桥接区（0.2＜dPC＜0.8），一般桥接区（dPC＜0.2）。最终，结合各土地利用类型，将城镇建设用地、交通用地、其他用地三类地类对斑块连接度及物种迁移影响最大，故将其纳入阻力因子中进行考虑，形成不同景观的阻力值（表1）。

表1 不同景观阻力值

1.3.3 生态安全格局的构建。生态廊道指连接生态源地的线状或带状生态景观，是物种动态迁徙的通道。最小累积阻力模型（Minimum Cumulative Resistance,MCR）指物种从某个“源”点到目标所在地的过程中需要克服的总阻力的模型。在生态源地识别及扩张阻力面构建的基础上，根据最小阻力模型分析其空间分布特征与数值大小，提取出生态源地之间的低阻力通道作为生态廊道。将提取的生态源地与生态廊道进行叠置组合，最终形成研究区生态网络。

最小累积阻力模型的基本公式如下：

式中，MCR 为最小累积阻力值，Dij为物种从源地j 到景观单元i 的空间距离，Ri表示景观i 对某种物种运动的阻力。

2 结果

2.1 镇海区生态问题识别

以山水林田湖草各生态要素为线索，系统梳理镇海区需要解决的生态问题，主要包括产业发展势头猛、生态保护压力大、生境破碎化等问题，具体包括：

（1）山、林：森林覆盖少、质量较低。从图2 土地利用现状来看，镇海区山体较少，森林覆盖率较低，主要集中在西北。根据自然资产负债表的实际调查，镇海区森林植被类型较为单一，且林分总体质量处于较低水平，全区乔木林单位面积蓄积量仅为3.66 立方米/亩。此外，由于当地旅游业的发展，林地生境受到人类活动的影响，斑块受到蚕食。

（2）水、湖：水系网状分布、水质条件一般。镇海区河道呈网状分布，是典型的江南平原河网水系，但仍存在部分河道缩窄、局部水系不通等问题。同时，河网基本处于水系末端，地表水自净能力相对较弱，受生活源和农业面源污染，河流水系的氨氮和总磷较高，根据地表水监测情况显示，区内18 个点位水质均为五类水。

（3）田：田园风貌显著、类型单一。镇海区耕地主要分布在中间，东侧为产业较为发达的港口物流与石化基地，是国内四大石油储备基地，西侧是镇海新城区，人类活动强度较高，生态保护压力较大。耕地分布区内还存在大量村庄，居住有大量的本地村民和外来务工人员，人类活动强度较高，导致耕地碎片化严重。

2.2 基于MSPA 的生态重要性评价

基于MSPA 分析，研究区中核心区、桥接区、边缘区、孔隙、岛状斑块、支线及环道区的面积与分布如图2、表2 所示。核心区总面积约为43.37 km2，占研究区总面积的22.61%，主要分布于镇海区西北部和中东部地区，其中西北部核心区斑块面积较大，呈片状分布。西南区域有零星核心区，分布较为分散，破碎化严重，各斑块间连通性较弱，不利于物种繁衍生存。桥接区被视为生物迁徙廊道的基础，分布不均匀，面积约为11.53 km2，占七大景观类型的6.01%，集中分布于西北部与南部，与西北部和南部较为破碎的核心区偏多有一定的关联。环道区是核心区内部物质能量交流的捷径，是连接同一核心区的廊道，环道区的数量影响着核心区内斑块的聚集程度。研究区内环道区面积为2.54 km2，占比1.32%，呈星状分布。支线是只有一端与边缘区、桥接区、环道区或孔隙相连的区域，表示能与核心区建立联系的绿色景观残余，是绿色景观所能进行物质能量交换的最大辐射区域。本研究区支线分布较为零散，面积为4.35 km2，面积占比2.27%。边缘区是核心区与主要非绿色景观之间的过渡区域，约为32.28 km2，面积占比为16.83%，多表现为绿色景观与外界相交地带。孔隙面积约为1.40 km2，面积占比为0.89%，主要位于西北部核心区内，阻碍了核心区内物种的运动，其面积的扩大多与人类活动有关。岛状斑块是不相连的、破碎孤立的小斑块，其连通性较弱，总面积为4.23 km2，占比2.20%，可提取为生境斑块间的踏脚石，从而降低生境斑块间的耗费距离，增加连通效率。

图2 MSPA 分析结果

表2 景观类型面积分类统计

2.3 基于景观连通性的生态源地提取

根据景观连通性的重要程度（图3），对生态源地进行初步筛选（dPC＞4）。同时，用林地、水体等生境质量较好的地类进行修正，综合破碎化程度分析，进行部分区域小面积斑块合并，生成镇海区基于生态系统服务重要性的源地分布图（图4）。镇海区源地共计45.07 km2，主要分布于西北部。该区林地及园地等分布较密，具有较强的景观连通性，且生态系统服务价值也较高，东南区有少量小面积源地分布。

图3 镇海区核心区斑块重要性程度

图4 镇海区源地分布图

2.4 最小累积阻力面的建立

基于桥街区连通性重要程度的分级评判（图5），综合土地利用分析，形成最小累积阻力面（图6）。研究区内西北山区、中部农田区域生态要素丰富，阻力值最小，东侧与西南侧城镇集聚、人类活动强度较高，阻力值最高。

图5 镇海区桥接区斑块重要性程度

图6 镇海区生态景观阻力面

2.5 生态安全格局构建与生态战略点的识别

基于最小阻力模型，最终共生成23 条生态廊道（图7），初步构成了镇海区生态系统物质传递、能量流动的生态廊道空间分布。镇海区生态廊道主要分布于中部地区，研究区北部及西南部廊道分布较少，且部分廊道是沿镇海区河流分布，河流为生物的迁移提供了动力、栖息地和食物，减弱了生物在迁移过程中遇到的阻力，提高了生物迁移的成功率，具有重要的生态价值。另一部分廊道主要沿旱地和水田分布，为陆生生物提供了迁移路线。

图7 镇海区生态安全格局分布图

为提高物种迁移率，以便生物在迁移过程中获得休息和食物来源，研究拟识别部分战略节点，作为生态踏脚石，从而促进物种在不同源地斑块间的迁移。生态踏脚石多分布于生态廊道薄弱处，对生态源地间正常的生态联系建立具有重要意义。本文生态节点的选取基于MSPA 分析得到的岛状斑块、基于连通性分析后的重要核心区与一般核心区以及生态廊道间的交点四者综合考虑进行分析，得到最适宜的9 个生态节点踏脚石（图8），应是未来镇海区生态修复关注的重点区域。

图8 镇海区生态战略节点识别

2.6 镇海区生态修复策略

镇海区产业发展势头较猛，东侧港口化工产业较为发达，西南侧与宁波市区相连，人口集聚度较高，生态保护压力大，生境破碎化较为严重。研究区内主要由西北部山区林地、北部农田、水库、滨海湿地等生态要素较为丰富的区域构成，通过生态廊道与南侧甬江形成三横三纵的网状生态安全格局。人们普遍认为踏脚石的消失会抑制物种迁移，在生态安全格局中，本研究所识别出的生态踏脚石零散均匀分布在生态廊道上，这些区域的修复对生态安全的维护和底线的管控至关重要，应逐渐降低人类活动强度，改变当前生境破碎化的现象。

根据生态安全格局构建结果，提出镇海区生态修复策略如下：

（1）生态优先，锚定生态安全格局，划定生态分区。基于生态安全格局模型，依托当地河网水系等实际，综合城镇开发边界、管廊带分布等因素，划定生态分区，按照管控强度由强到弱分为生态核心区、生态控制区和协调区，制定管控细则（图9）。

图9 镇海区生态分区

（2）三生融合，秉承人与自然和谐共生，盘活生态资产。生态管控并不意味着禁区或无人区，在严守生态保护功能之外，践行“绿水青山就是金山银山”的理念，充分挖掘生态价值，在生态安全格局的基础上构建“一主两副四脉”的活力绿脉体系（图10），系统推进综合型生态园、重要生态节点和重点生态修复点的建设，进一步发挥生态、社会、经济等方面的综合效益，提高生态系统服务价值，促进人与自然的和谐共生。

图10 镇海区绿脉体系

3 结论与讨论

生态安全格局是坚持生态底线、构建区域绿色基础网络的基础。当前，镇海区正以生态安全格局为基础，积极开展郊野单元规划、实用性村庄规划的编制，探索新一轮国土空间规划体系中各类型新型规划的编制与实施，实现当地人与自然的和谐共生，打造山水林田湖草生命共同体示范样板区。本文以宁波市镇海区为研究区，基于遵循“生态源地- 生态廊道- 生态安全格局”的范式，运用MSAP 分析和景观连通性指数识别源地，结合最小阻力模型构建生态安全格局，在一定程度上为东部发达地区的生态网络构建提供了基本框架。

本次研究是在某些假设下进行的，存在着一些局限性和不确定性：第一，研究区域的选择是基于行政边界，而不是自然地理边界，如气候边界和水文边界。考虑到自然边界难以划定的现实和数据的实际可用性，本研究未考虑研究区域以外的干扰源。第二，本研究没有过多地考虑生态源大小的差异以及不同类型的生态源地之间的差异。第三，由于资料有限，本文未就廊道的宽度进行深入探讨。本次研究旨在建立镇海区的一般生态网络，特定物种的网络将在以后的研究中深入探索。同时在今后的研究中，可以考虑将更多的因素纳入模型中，考虑空间规划的所有因素，包括市政设施、当地法规和决策者的偏好等，根据不同的情景、景观尺度和不同的物种提出更加具有针对性的策略。