国土空间生态修复理想模式与区划方法探索

庞雅月，朱梓铭，叶宗达，覃盟琳,4*

(1. 广西大学 林学院，广西 南宁 530004；2.广西大学 土木建筑工程学院，广西 南宁 530004；3. 广西壮族自治区自然资源生态修复中心，广西 南宁 530028；4.广西大学 人居环境设计研究中心，广西 南宁 530004)

0 引言

21世纪以来，中国社会经济一直处于高速发展状态，但多依靠于不合理的国土资源开发与粗放型发展模式，导致环境破坏、土地失调和生态受损系列问题[1]，如何构建一个科学发展、人地和谐的国土空间已成为当代规划热点[2]。2018年3月，重新组建的自然资源部将原国土资源部、住建部等部委的规划职能整合到一起，统一行使国土空间用途管制职责，意味着统筹山水林田湖草的国土空间规划迎来历史性的一刻[3]。以此为背景，国土空间生态修复作为重整国土空间并对生态系统进行“强筋通络”式修复的系统工程[4]，日益成为国家、各省市国土空间规划编制和实施的重点攻克内容。面向国土整体空间，在多尺度的范围内构建最优生态网络，明确重要生态基础设施建设，并进行具有主导功能与目标导向的分区和管控是保证国土空间修复治理现代化的重要前提[5]。

国土空间相关的生态修复分区最早可追溯自19世纪初德国地理学家Humboldt和Hommeyer的区域分异理论，他们将自然土地的表面和内部划分成“小区、地区、区域和大区域”4级地理单元，开创了土地与空间分区管控的研究[6]。此后，诸多学者日益关注生态分区的重要性，在目标区域总体生态系统划分、特殊自然带(流域、矿山、湿地等)的生态保护优先级等进行了多方面实践[7-8]。然而，这些早期的生态修复分区多从大处着眼，忽略细微自然生态因子影响，个体生态基础设施蕴涵的系统服务功能与阶段性演变对分区结果的影响考虑尚且不足[9]。针对传统修复出现的系列问题，我国新时期的国土修复工作不断转型升级，确定了山水林田湖草生命共同体的国土综合整治修复理念，构建生态安全格局逐渐成为进行生态修复与分区管控的先决基础。

生态安全格局(ecological security pattern，ESP)是一种用于总览自然生态系统与有效调控个体生态基础设施建设的方法[10-12]。作为20世纪40年代土地健康研究的延伸，生态安全格局依据生境格局与生物过程的互动反馈，选择从末端的生态治理改向前端的生态管理，具体表征为“生态源-阻力面-生态廊”的构建范式[13]。在如今“以人为本”的国土空间规划背景下，构建生态安全格局已逐步成为缓解生态保护与经济发展之间矛盾的重要空间优化途径之一[14]。诸多学者在经典的构建范式上，不断探索空间规划背景下土地生态功能、生态系统服务与生境敏感的安全格局叠合方法[15]，或是基于最小阻力路径的“源地-廊道”的生态网络识别[16]，以此作为生态修复分区的依据。

北部湾城市群内有广西、广东、海南3个省(自治区)，这些地区都是中国国土空间规划的试点先行区域。对北部湾城市群进行生态空间的系统规划，可以突破行政界限，对国土空间进行全面的把握。本研究的基准点是生态安全格局的构建，主要的创新方案在于改进原有的“生态源-阻力面-生态廊”式的生态安全格局构建范式，将其统筹为“生态基底面-生态网络-生态夹点”，来完成对北部湾城市群国土空间“面、线、点”全域要素的整体控制。在生态安全格局构建的基础上，综合考虑北部湾城市群特殊的湾区结构和重点修复对象，搭建了生态修复的理想格局。最后，以理想模式为指引，生态安全格局为落地方案，进行了生态修复的功能分区。这样的分区方案强调生态、生产和生活空间的异质性识别，可以为政府部门制定相关管理措施提供充足的证据，并提高生态、经济、社会协调修复的速率。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

北部湾城市群位于我国最南方(图1)，介于106°34′～112°22′N，18°44′～24°2′E。作为全国生态功能区划中的南岭山地森林及生物多样性生态功能区，北部湾城市群具有相对独立完整的山、水、林、田、湖、海生态系统，使它在国家生态格局中具有独特的地位。然而，与其他发达湾区相比，北部湾为半封闭海湾，开发与保护的矛盾日益突出，具体体现在：环境约束紧，海流较弱，近岸海域与湾区内部污染风险大。

图1 北部湾城市群区位及高程图

1.2 数据来源

研究主要选取2018年9月29日晴空Landsat8 OLI遥感影像作为图层核心(来源于地理空间数据云)。其余相关基础与加工数据以2018年为数据基年，采用可获取的最临近年份：土地利用遥感监测数据、自然保护区边界数据来自于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)；夜间遥感灯光数据和NDVI数据来自美国国防气象卫星计划网站(http://www.ngdc.noaa.gov)；不透水面数据来自于清华大学地球系统科学系数据库(http://data.ess.tsinghua.edu.cn)；植被净初级生产力NPP数据来自国家综合地球观测数据共享平台(http://www.chinageoss.cn/)；降雨侵蚀力、土壤可蚀性、矿产资源重点勘查区和开采区数据来自国家地球系统科学数据中心(http://www.geodata.cn)。

2 研究思路与方法

本研究采用的研究框架有3个部分。一是构建生态安全格局，它由面、线、点3项矢量或栅格图层共同构成：统筹生态系统服务价值、生境敏感等级和生态阻力3类要素组建面状生态基底；根据连通性指数和重力模型组建生态安全网络；利用Linkage Mapper工具和遥感影像提取生态夹点。二是探索生态修复的理想格局，依据拥有面状基底、网状廊道、夹点3项图层的生态安全格局，叠置北部湾城市群特有的海湾结构，从不同国土空间层次组合优化，绘制“斑、廊、网一体化”的生态修复理想格局。三是进行生态修复功能区划。以生态修复理想格局为指导，以生态安全格局为具体落地方案，对北部湾城市群进行生态修复的大区和小区划定。

2.1 生态安全格局识别方法

2.1.1 构建面状生态基底

面状生态基底是识别生态安全格局的基础，为区域生态安全提供了可量化的生境受损程度与安全等级测度[17]。研究测算生态系统服务价值、生境敏感等级与生态阻力面3项图层，综合叠加成为面状生态基底(表1)。其中，生态系统服务价值采用千年生态系统评估方法[18]。生境敏感等级的判定结合地物生境信息，在ArcGis10.6中将地形坡度、植被与保护区、土地利用类型与水土保持能力4类生境敏感图层按照“取大”原则进行栅格镶嵌。生态阻力面叠置土地覆被、地形地况和人为干扰强度3类阻力因子，按照对物种随机游走的阻碍程度赋予对应阻力值[19]，并参考彭建等[20]的阻力面修正方法总结与陈德权等[14]在广东省生态阻力面的修正实践，使用夜间灯光数据、不透水表面指数与NPP修正自然生态流在阻力面中的可流通性能。

表1 面状生态基底构建方法

2.1.2 构建生态安全网络

生态安全网络在国土开敞空间中运用源地、廊道的有机连接，组成国土空间生态安全格局中生物流、能量流有序流通的网状承载图层[21]。研究采取生态源地遴选和生态廊道构建两项步骤共同生成生态安全网络并进行重要性分级(表2)。其中，引入整体连通性指数dIIC表征源地连通重要性[22]，对候选源地排序后挑选足量斑块作为最终生态源地。生态廊道以生态源地与2.2.1中制备完成的生态阻力面为基础，使用最小累积阻力模型生成综合表征区域中物质和能量流动情况的潜在生态廊道[23]。在剔除经过同一生境斑块而造成冗余的廊道后，使用重力模型[24]计算生态源地(源与目标)间的相互作用对生态廊道进行重要性分级[25]，并依据北部湾生物种类与迁徙规律设置相应的廊道宽度[26]。

表2 生态安全网络重要性分级方法

2.1.3 识别生态夹点

生态夹点是需重点维育、整治提升或对整体生境连通具有独一作用的土地斑块[27]。研究使用LinkageMapper工具，基于生态安全格局中构建的生态安全网络并根据北部湾国土空间生态修复需求划分踏脚石、障碍点、脆弱点3类关键节点，以对生物迁徙暂栖踏脚地、国土建设冲突障碍用地和破碎国土生境脆弱斑块进行修复整理与分类。首先，对重要生态廊道之间以及廊道与水系的交汇点、2个源地之间廊道穿越的重要生境斑块、长距离生态廊道重要转折点进行筛选，最终确定需要重点维育的踏脚石(主要为具有相当面积的生态要素或实体斑块，是生物迁徙过程中短暂的栖息场所)；其次，基于移动窗口搜索方法对生态安全网络中的自然障碍点进行挑选，同时目视识别不同重要等级的廊道与阻碍物种迁徙的人工要素(道路、防护栏、沟壑等)交点作为人工障碍点，与遥感影像进行比对后对障碍程度进行分级；最后，利用GIS空间叠置方法，将构建完成的生态安全网络与修正后的阻力面图层、水土涵养图层等进行交汇点提取，确定脆弱点(生境质量较差的区域或者斑块，导致生态廊道过窄，造成廊道的断裂与破碎)。

2.2 生态修复功能区划的方法与原则

生态修复功能区划的基本标准设定是：一是将生态安全格局作为要素的落地基础；二是统筹兼顾生态环境保护、经济布局、人口分布、国土利用等因素；三是坚持陆海统筹、城乡统筹、地上地下空间统筹；四是以国土空间的保护与保留、开发与利用两大功能属性作为区划的取向。另外，生态修复功能区划的原则如下：一是全面列出修复主体，在生态系统、土地整治等分区基础上，补充矿产资源保护和利用、流域管制等修复主体；二是以主体功能定位为基础，体现规划意图与管制规则；三是出现多重使用功能时，突出主导功能，选择更有利于实现规划意图的修复分区类型。

具体的区划方法与命名方式设定如下：一是根据国土空间生态修复的需求，区分生态系统、流域水环境、生物多样性、土地整治、矿山修复等作为生态修复的大区；二是依据国土生境差异与修复强度、时序等确定修复亚区，最终形成“具体修复主体+主导修复方向”的区划方案。其中，生态系统的分区以面状生态基底为依据，区分生态核心与建设核心；流域水环境分区以现状水系、水库与海岸地物为依据；生物多样性分区以生态安全网络为依据，区分维育核心、廊道、缓冲区等；土地整治分区以面状生态基底和建设用地为依据，区分整治类型；矿山修复以矿山勘测与建设现状为主要依据，突出时序与差异化修复。

3 结果分析

3.1 生态安全格局分析

3.1.1 面状生态基底

面状生态基底以生境服务质量与敏感性为组成要素，并进行安全等级判定。选取生态系统服务价值格局中的高服务价值斑块与生态敏感性格局中的高敏感性斑块，叠置组合作为高安全基底，共计631.10万hm2；选取修正后的生态阻力面中阻力值大于1 000的阻力斑块作为低安全基底，共计142.75万hm2；将剩余斑块(除去海域)组合形成中安全基底，共计595.02万hm2。综合组成的北部湾面状生态基底显示(图2)，高安全基底以广西的十万大山国家自然保护区、广东的三山(天露山、云雾山、云开山)水土保持区与海南的双岭(霸王岭、尖峰岭)生物多样性维育区为高生态安全核心进行辐射发散，奠定北部湾城市群生态空间“三核联动”的安全基底格局。中安全基底生境土地呈环状围绕式，多处于大片的高安全斑块与低安全斑块交接处，发挥生境过渡作用，在中南部的基本农田与重要商品林等农林空间居多，是进行格局调控与储备自然资源的重要地段。低安全基底以生态阻力格局为最主要依据，体现极高的夜间灯光水平与不透水面指数，建设强度高且人类活动频繁，是北部湾城市群最核心的发展区域与低等生态安全地带。

图2 北部湾城市群面状生态基底

3.1.2 生态安全网络分析

生态安全网络在充分考虑北部湾城市群区域内特有的白叶猴、黑叶猴等国家级旗舰物种，兼顾水鸟和雀形目鸟类物种具有的空间水平的梯度变化后(沿海区域和内陆区域分布差异格局)，从内陆延伸到海洋，依次挑选国家级自然保护区(十万大山自然保护区、大明山自然保护区为典型代表)、省、自治区级自然保护区(那林、弄岗、下雷自然保护区为代表)、红树林自然保护区(山口、湛江红树林为代表)、特殊物种自然保护区(崇左白叶猴、合浦儒艮、永兴鸟类自然保护区)等39个生境土地作为生态安全网络中的生态源地。生态安全网络构建结果(图3)表明，北部湾城市群区域内的39个生态源地总计共可产生493条关键廊道，共计占地63.34万hm2。其中，以王岗山自然保护区、十万大山自然保护区、防城港金花茶自然保护区、北仑河口海洋自然保护区、合浦儒艮自然保护区、天堂山自然保护区、阳春百涌自然保护区、湛江红树林为起始点或目标点的生态廊道重要性最高。在廊道的空间分布上，极重要廊道围绕上述生态源地呈圈层链接状态，重要廊道分别牵系于该圈层的西侧和东侧，一般廊道分布于上两级廊道中间和北部湾城市群海南区域，起补充生物迁徙路径和增强生境连接作用。在廊道的分布密度上，由于中西部存在生境质量与生物种类俱佳的十万大山、西大明山与崇左白叶猴等自然保护区，因此生态安全网络呈现中西部高、东部稀疏、海南区域密度大但等级低的总体样式。

3.1.3 修复夹点识别与分析

踏脚石、障碍点和脆弱点3类土地斑块共同组成北部湾城市群国土空间生态修复关键夹点(图4)。踏脚石共计179个，按重要等级可划分出18个一级点、20个二级点和141个三级点，多为重要廊道之间的交汇点，土地利用偏向林地与高质量草地，主要分布在区域中部，多位于高生态安全格局范围内，部分斑块受强烈人类活动干扰的影响；障碍点共计225个，与高速路相交的一级点为89个，与国道相交的二级点54个，与铁路、其他重要主干道相交的三级点53个，与大块水域相交的四级点29个。典型障碍点多位于郊区、城乡交接处或者穿越城郊林地间的已建(在建)道路用地交叉口，这些封闭性强、车速较快的道路对大片林地生境的分割程度较高，生物难以穿越，形成的障碍点斑块对生物迁移干扰作用强，夹杂在林地中的交通干道也导致生境单元的完整性被破坏，使生境斑块的稳定性下降；脆弱点共计253个，按脆弱等级划分出27个一级点、178个二级点、48个三级点。脆弱点分布特征与障碍点较类似，但数量更多，是需要进行土地利用方式变更的重点斑块，多具生态安全隐患。

图4 生态修复关键夹点分类及典型节点概况

3.2 生态修复分区理想模式

研究严格遵循北部湾城市群内部的空间特征与湾区结构，将从“陆域生态格局、城镇阻力格局、生态网络骨架、海湾结构体系”4个层次进行国土空间的组合优化，绘制“斑块廊带网络一体化”的北部湾城市群生态修复理想模式(图5)。首先，陆域生态格局分为高安全格局、中安全格局、低安全格局3类，碳汇量较高的大型森林、自然保护区占主体地位，需要在外围适当添置生态安全缓冲保护带，用来保护敏感性较高的生境土地。中安全格局多是生态服务供给水平居中且敏感性不强的草地、林地与部分农田。低安全格局的建设强度较高，生态阻力大，是生态功能置换的重点地区。其次，城市群城镇阻力格局体系可以用来协调生态用地与建设用地的空间对应关系。需要在外围添置阻力扩张限制带，控制无序外扩。再次，生态网络根据生态阻力面和物种迁徙规律计算而成，包括人工生态廊道，半自然生态廊道，纯自然生境廊道。最后，理想模式应该结合湾区结构体系，在近海地区进行用地的空间优化，并要逐步修复海岸带生态用地，通过增植沿海基干林，起到增汇、固土、修复的多重生态作用。

图5 生态修复理想模式

3.3 生态修复分区结果

依据“具体修复主体+主导修复方向”的分区原则，共划分生态系统整体修复与综合提升区、流域水环境保护与综合治理区、生物多样性保护与生态维育区、土地综合整治与功能提升区和矿山环境治理与生态修复区5类修复大区(图6、表3)。其中，生态系统整体修复与综合提升区属于生态修复中的重点修复与维育地带，总占比40.84%，主导修复方向是通过有机的整合修复实现经济发展与生态保护的耦合，合理安排城镇空间布局，实现生态结构与布局的不断优化。按修复主体分为核心生态供给与功能维育区、生态提升与城镇发展耦合区2类亚区；流域水环境保护与综合治理区属于生态修复中的具体自然系统修复地带，总占比4.30%，主导修复方向是重点流域单元河流水系生态空间、沿海生态带的保护与修复。按修复主体的形态与功能分为河网水系综合保护与维育区、水源水库重点保护与红线区、向海提升与海岸带综合整治区3类亚区；生物多样性保护与生态维育区属于生态修复中的生物栖息维育与修复地带，总占比19.73%，主导修复方向是维护重要生境斑块的生态效益，着眼乡土物种、层次丰富的群落结构的维育。按栖息范围分为核心生境斑块保护与维育区、重要生态廊道保护与维育区、外围生态缓冲带保护与维育区3类亚区；土地综合整治与功能提升区属于生态修复中的土地综合整治地带，总占比29.95%，主导修复方向是土地功能置换能力的加强与土地利用效率提升。按修复强度分为冲突土地功能置换与改造区、低效土地功能提升与储备区2类亚区；矿山环境治理与生态修复区属于生态修复中的特殊地类保护与修复地带，总占比5.18%，主导修复方向是矿山地质环境治理、矿山复绿和矿山生态系统稳定性和景观性全面提升。按修复时序分为工矿资源勘测与灾害防治区、工矿资源开采治理与修复区2类亚区。

图6 北部湾城市群生态修复分区结果

表3 分区面积与占比

4 结论与讨论

北部湾内部多个城市先后开展了国土空间规划的试点先行工作，因此，为北部湾城市群的整个国土空间构建生态安全格局和生态修复区划，是有效保护生态系统完整性，为下级城市提供指导的一项重要任务。本研究在传统生态安全格局构建的基础上，利用MCR模型、生态系统服务评价、生态敏感性评价、电路理论等方法，构建出能够代表全域国土要素的面状生态基底，线状生态网络和点状生态夹点。在结合北部湾城市群这一特殊海湾结构后，具有实地指导意义和系统性操作范式的生态修复理想模式与分区结果就成功得出。结果表明，北部湾城市群的安全等级从广西十万大山、广东三山水土保持区与海南双岭生物维育区这3个核心向中南部基本农田与重要商品林等农林空间递减。安全网络由39块源地斑块与493条廊道组成，呈中西部密度高、东部稀疏的特征，一共识别出179个踏脚石、225个障碍点和253个脆弱点，它们多嵌置于网络上并呈现迥异的空间分布。生态系统修复区、流域治理区、生物多样性维育区、土地整治区、矿山治理区是我们最终得出的生态修复分区结果。在生态安全格局提供了要素安全等级评价后，成功地按照地物特性与生态要素的受损等级划分出12个生态修复的亚区，并在生态修复理想模式的指引下，提出修复的策略。研究结果可以为北部湾城市群下级城市进行生态修复工程提供上位指引，同时也可为类似区域的生态安全格局构建或修复模式提供借鉴。