雅鲁藏布江山南宽谷流域生态安全格局构建

李洪庆， 杨 瑀， 张俊红

（河海大学公共管理学院，江苏 南京 210098）

生态系统为人类生存提供了丰富的资源禀赋和活动空间，但快速的经济发展和剧烈的人类活动会对生态环境产生一定的负面影响，尤其是生态脆弱区，生态系统自身的稳定性与抵抗力较弱，在推进城镇化建设的过程中极易导致土壤侵蚀、草地退化、土地沙化等生态问题，加剧人地矛盾的同时制约了社会经济的可持续发展。因此，如何实现生态脆弱区人地协调、经济与生态耦合成为研究的热点问题。生态安全格局作为以保持区域内生物流正常运动、维持生物多样性水平、生态系统健康和经济社会可持续发展为目的构建的生态保护区域［1］，可以通过“点-线-面”提升不同生境之间的连接度，有效抵抗生境破碎化带来的影响，为维持生态系统结构和过程的完整性、稳定性提供了有效方案［2］，也可为经济高质量发展和国土空间生态安全规划提供指导，对提升生态环境功能、保障区域可持续发展具有重要意义。

我国对生态安全格局研究开始于20世纪80年代末，起初以生物多样性保护为主要目标，随着经济发展和生态保护矛盾的日益尖锐，自然生态系统和社会经济系统耦合协同成为研究重点［3］。针对中国严峻的人地关系矛盾，学术界对生态安全格局的概念、理论和方法进行了深入探讨，俞孔坚教授及其研究团队首次提出了生态安全格局的理论和方法，并持续在多个尺度多领域进行国土“生态安全格局”研究［4］；傅伯杰团队提出了区域生态安全格局概念，并指出构建区域生态安全格局是保障区域生态系统健康稳定的最佳解决方法［5］，为后续生态安全格局构建及优化提供了理论基础。国家也极其重视生态安全格局构建，2012 年环保部开展了“我国国土生态安全格局构建关键技术与保护战略研究”重大专项，极大地推动了生态安全格局研究的发展，同年十八大将生态安全格局列为三大战略格局目标之一［6］；十九大强调“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”，明确了规划要以国家生态安全战略格局为基础；2022年二十大进一步强调基于生态文明理念，优化国土空间，牢筑生态安全格局，凸显了国家生态安全格局构建的重要性。

国家层面的重视极大地推动了该领域的发展，学者对省域［7］、城市［8］、县区［9］、乡镇［10］等不同尺度，山区［11］、流域［12］、林区［13］、耕地［14］等典型客体的生态安全格局构建、演变特征和驱动机制开展了广泛的研究，为我国生态安全格局构建和生态环境质量提升做出了重要贡献。近十年来，生态安全格局领域的研究内容逐步由“生态安全评价、格局的演变、相关要素与格局的耦合协调关系及其驱动机制”转向“生态安全格局的识别与构建，以及格局优化”的应用研究，形成了较为成熟、系统的研究体系［15］；研究方法也从最初的定性分析、静态评估、单一寻优等发展为定量评价、动态模拟、综合研究［16］，建立了基于单因素生态过程叠加形成综合生态安全格局［17］和基于最小累积阻力（MCR）模型建立生态安全格局［18］的2种常用的方法体系。随着研究技术和方法的进步，研究区域逐渐扩展到北部农牧、西北荒漠绿洲、西南石漠岩溶等生态脆弱区，深入探究了干旱区［19］、半干旱区［20］、喀斯特地区［21］、关键流域［22］等重要屏障的生态安全格局和维持机制问题，为优化区域生态安全屏障体系、提升生态系统质量和稳定性提供了有效指导。流域作为典型的复合生态系统，兼具自然、经济、社会多种特征，对人类社会的发展至关重要［23］。学者对太湖流域［12］、黄河流域［24］、黑河流域［25］等生态安全格局构建、调控与优化进行研究，为缓解经济发展和生态保护之间的矛盾、实现高质量发展提供参考。但现阶段对流域的相关研究仍多关注长时间序列自然因素的影响变化，提出的优化意见也局限于生态方面，与经济和空间规划融合度较低。

西藏高原是国家重要的生态安全屏障，山南宽谷流域位于西藏高原的雅鲁藏布江中游，除了具有高原复合侵蚀生态脆弱区地势高寒、气候恶劣、土壤贫瘠、植物生长缓慢、植被覆盖率低、风蚀水蚀冻蚀现象严重等共性生态问题外，强烈的风积、风蚀、干旱等气候原因形成了大面积流动沙丘和季节性沙尘暴，对自然生态系统的稳定和重要的生产生活密集区的人类活动产生了一定的制约［26-28］。近年来，山南宽谷流域人类活动剧烈，贡嘎机场改扩建、拉萨-山南经济一体化、泽（当）贡（嘎）高速、拉（萨）林（芝）铁路等促进山南宽谷流域经济快速发展，随着重大工程和基础设施的完善，生态保护问题逐渐成为宽谷流域经济发展的最大阻碍之一。今后经济发展将更加深入，土地利用活动也愈加频繁，亟需对山南宽谷流域生态系统现状进行评估并构建生态安全格局，指引宽谷流域经济发展格局。因此，本文以雅鲁藏布江中游山南宽谷流域为研究对象，在综合借鉴相关研究方法［29］基础上，基于生态系统服务价值和生态系统敏感性评价识别生态源地，利用MCR模型构建阻力面，构建山南宽谷流域生态安全格局，并结合实际情况提出经济发展格局优化建议。

1 研究区概况

山南宽谷流域（27°08′～29°50′N，90°14′～92°36′E）位于雅鲁藏布江中游，包括山南市乃东区、琼结县、桑日县、扎囊县、贡嘎县5 个区县，总面积为10250.47 km2（图1）。该流域属于典型的温带半干旱性高原季风气候，冬长夏短，年平均气温8 ℃左右，年降水量少，且蒸发强烈，沙尘暴、冰雹等灾害性天气较为频繁。地类主要以草地和林地为主，且存在相当数量沙地、裸地等未利用地。雅鲁藏布江及其支流沿岸水热条件相对较好，适宜居住和耕种，是山南市重要的生产生活密集区和“西藏粮仓”，但宽谷流域河谷、河心滩、河漫滩裸露，强烈的风积和风蚀等自然因素造成两侧山体产生大面积流动沙丘，土地沙化、退化现象明显，严重影响了居民的生产和生活，也限制了经济社会的进一步发展。

图1 2020年山南宽谷流域土地利用现状Fig.1 Land use status of Shannan Wide Valley Basin in 2020

2 数据与方法

2.1 数据来源

研究数据包括山南宽谷流域2020 年土地利用数据、数字高程数据、植被覆盖数据和社会经济数据等。土地利用数据来源于中科院资源环境科学与数据中心，空间分辨率为30 m，包括耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地6种一级类和25种二级类；数字高程模型（DEM）数据来源于地理空间数据云平台（www.gscloud.cn/），空间分辨率为30 m；植被覆盖数据来源于地理空间数据云（www.gscloud.cn/）下载的Landsat 遥感影像，空间分辨率为30 m，并利用ENVI 经过图像裁剪、大气校正和辐射定标等处理环节提取本流域植被覆盖值；生态服务价值计算中粮食作物播种面积及产量来源于《山南市统计年鉴》和《全国农产品成本收益资料汇编》。

2.2 研究方法

2.2.1 生态源地的识别生态源地是生态系统稳定性和服务性的关键，对维护区域生态安全和可持续发展意义重大，是区域范围内需要重点保护的斑块［30］，主要有定性和定量2 种识别方法。定性方法通常直接将林地、草地、水域等生态用地作为生态源地或者选取自然保护区、风景名胜区等生态环境较好的区域作为生态源地［31］，但该方法具有较强的主观性，忽略了源地自身的生态环境状况。定量方法主要是基于生态安全评价、生态适宜性评价等，借助GIS技术对评价结果进行空间叠加获得生态源地［32］，该方法获得的生态源地更为科学合理。因此，本文在对山南宽谷流域进行生态服务价值评价和生态敏感性评价的基础上，将生态系统服务价值较高的高值区和极值区，生态敏感性较高的高度敏感区和极度敏感区进行空间叠加，选取面积大于2 km2的斑块作为生态源地。

（1）生态服务价值评价

生态系统服务价值评估是生态环境保护、生态功能区划、生态补偿决策的重要依据和基础［33］。本文采用谢高地提出的当量因子法评估山南宽谷流域2020年生态系统服务价值，计算公式［33］如下：

式中：ESV 为生态服务价值（元）；VCi为生态服务价值系数（元·hm-2）；Ai为第i类土地利用类型面积（hm2）。

将土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6类，借鉴相关研究［34-35］，将建设用地生态服务价值系数设定为0，并对相关数据进行系数修正，得到山南宽谷流域单位面积生态系统服务价值系数（表1）。

表1 山南宽谷流域单位面积生态系统服务价值系数Tab.1 Coefficient of ecosystem service value per unit area in Shannan Wide Valley Basin

（2）生态敏感性评价

生态敏感性指生态系统对人类活动干扰和自然环境变化的反应程度，表明区域生态环境问题发生的难易程度和可能性［36］。案例区地处高原，环境较为恶劣、沙化问题严重、土壤贫瘠，同时人类活动剧烈，综合考虑自然地理与社会经济因素，选取高程、坡度、土地沙化类型、植被覆盖度、土地利用类型、距水域距离和距道路距离7个指标，评价生态敏感性进行。通过SPSSPRO 软件中的层次分析法确定指标权重，利用自然间断法将生态敏感性划分为不敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感和极度敏感5 个等级，并分别赋值为1、3、5、7、9（表2）。计算公式［1］如下：

表2 山南宽谷流域生态敏感性评价指标体系Tab.2 Evaluation index system of ecological sensitivity in Shannan Wide Valley Basin

式中：S为生态敏感性评价综合值；n为评价因子总数；Wi为第i个评价因子的权重；Ci为第i个评价因子的敏感性评价标准化值。

2.2.2 阻力面构建结合实际情况和数据可获得性，参考相关研究成果［37］，选择土地利用类型、植被覆盖度、坡度作为阻力因子，使用层次分析法确定各指标权重，叠加生成阻力面。阻力面影响因子详见表3。

表3 阻力面因子及阻力值Tab.3 Values and influence factors of resistance surface

2.2.3 生态廊道的提取基于Knaapen 等［38］提出的最小累积阻力（Minimum Cumulative Resistance，MCR）模型识别生态源点之间的最小耗费距离。其计算公式［23］如下：

式中：MCR 为最小累积阻力值；fmin为最小累积阻力与生态过程的正相关关系；Dij为物种从源j到景观单元i的空间距离；Ri为景观单元i的阻力值。

3 结果与分析

3.1 生态源地识别

3.1.1 生态系统服务价值评价分析山南宽谷流域生态系统服务价值总体较高，具有明显的空间差异性（图2a）。极值区面积最大，为4160.97 km2，占研究区总面积的41.01%；中值区面积最小，为549.72 km2，占研究区总面积的5.42%；高值区和极值区面积超过区域总面积的一半，占区域总面积的53.95%。极值区主要分布于雅鲁藏布江南岸的草地，土地较为平坦，生态系统服务价值较高；高值区和中值区以雅鲁藏布江及其北岸林地为主；一般值区和低值区则分散分布于山南宽谷流域内，由部分退化耕地、建设用地和高山、沙地等未利用地构成，土壤条件较差。

图2 生态系统服务价值和生态敏感性空间分布Fig.2 Spatial distribution of ecosystem service value and ecological sensitivity

3.1.2 生态敏感性评价分析山南宽谷流域生态敏感性整体较高（图2b），处于中度及以上敏感的区域占半数以上，其中中度敏感区最多，面积为2895.95 km2，占总面积的28.54%；高度敏感区和极度敏感区面积也相对较大，为3551.45 km2，占总面积的35.00%。空间分布方面，不敏感区和轻度敏感区集中在雅鲁藏布江及其沿线的耕地、建设用地；中度敏感区、高度敏感区和极度敏感区分散于流域内，由林地、草地等生态用地构成。

3.1.3 生态源地识别通过ArcGIS中的空间分析功能将生态系统服务价值中的高值区和极值区以及生态敏感性中的高度敏感区和极度敏感区叠加，筛选面积大于2 km2的斑块作为山南宽谷流域生态源地（图3）。研究结果表明，生态源地总面积为1089.68 km2，占总面积的10.74%；空间分布较为零散，主要分布于贡嘎县、扎囊县和乃东区内的草场和林区，紧邻河谷农业带和高山。这些区域人类活动较少，生态系统服务价值较高，是流域内生态环境质量较好的林地、草地所在区域。

图3 生态源地空间分布Fig.3 Spatial distribution of ecological sources

3.2 阻力面构建

根据表3 的阻力因子，计算得到山南宽谷流域最小累积阻力面（图4）。研究结果表明：山南宽谷流域生态源地扩张最小累积阻力值介于0～86.6 之间，整体呈现南北高中间低、东高西低的趋势。高阻力斑块分布较为分散，以河谷农业带、高山及未利用地为主，相较而言集中在研究区范围的东部，尤其是桑日县、乃东区、琼结县。

图4 生态阻力面空间分布Fig.4 Spatial distribution of ecological resistance surface

3.3 生态安全格局构建

选取生态源地中心点作为生源点，借助MCR模型识别生态廊道。以阻力面为基础，利用自然间断法进行分级，得到生态安全类型区，将识别的生态节点、生态廊道、重要廊道进行叠加显示，得到山南宽谷流域生态安全格局分布图（图5）。

图5 生态安全格局分布Fig.5 Distribution of ecological security pattern

由图5 可知，高水平生态安全区面积为2510.52 km2，占研究区总面积的24.74%，主要集聚北部，南部分布分散。较高水平生态安全区面积为5200.35 km2，占研究区总面积的51.24%，是面积最大的区域，环绕高水平生态安全区分布，雅鲁藏布江以南区域（简称南岸）水热条件较好，土地沙化影响相对雅鲁藏布江以北区域（简称北岸）轻微，故较高水平生态安全区在南部大面积显现。中等水平生态安全区面积为1046.39 km2，面积占比为10.31%，主要呈带状分布在河流及其周边沿线。较低水平生态安全区面积仅为551.56 km2，低水平生态安全区面积为840.26 km2，面积占比分别为5.43%、8.28%，以高山、河谷农业带及其周围退化土地为主。

高水平生态安全区具有土地开发利用程度较小、生态环境质量好、生态安全水平高的特点，该区域要遵循“两山理论”，积极采取措施继续保护天然草地和林地资源，以高水平生态安全区为据点，不断向外扩张，增加安全水平。较高水平生态安全区分布在水域、河谷农业带和高山周围，建议植树种草、涵养水土，防止退化土地的进一步扩张；引进优良草种的同时推行轮牧、休牧政策，最大程度保护草地。中等水平生态安全区以水域为主，做好水源涵养和保护工作，在河谷种植防风林，阻止流动沙地外扩，并通过草地网格法等措施治理已有沙地。较低水平生态安全区涉及较多耕地和退化土地，需要优化耕地布局，提高耕地的利用效率，将部分肥力较低的土地退耕还林、还草，发展节水农业。低水平生态安全区围绕较低水平生态安全区分布，以退化土地和难利用的山地、裸岩石砾地为主，应推进环境综合整治系统工程，保持水土，采取严格的控制措施，禁止土地开发，并针对沙地、裸地、水土流失地等不同退化土地采取相应措施进行整治，提高生态系统的稳定性。

生态廊道是连接生态源地的桥梁，共识别出生态廊道105条，总长4720.08 km。从空间分布分析，生态廊道密集分布于乃东区、扎囊县、琼结县3个区县，桑日县和贡嘎县生态廊道较少，不利于物质和能量的交换和流通，尤其是桑日县内难以利用的土地较多，需要加强生态环境整治，扩大草地和林地的面积，涵养水土以提高生态环境质量。

3.4 经济发展格局优化

通过生态安全评价可知，山南宽谷流域内以雅鲁藏布江为界，雅鲁藏布江北岸海拔较高，自然本底条件较差，裸地等难利用和不可利用地较多，经济开发难度较大；雅鲁藏布江南岸气候条件相对较好，自然本底条件较优，生态安全等级较高，适宜人类居住和经济开发。因此，山南宽谷流域北岸的经济发展应更大程度顺应当地的自然地理条件，尽可能减少人类干扰，让土地自然修复的同时避免其他土地的退化；南岸资源条件相对较好，环境稳定性较高，可在环境保护的基础上进行适度开发。将山南宽谷流域2020年土地利用现状（图1）与生态安全格局分布（图5）叠加，获得生态安全区的土地利用类型（图6）。结合山南宽谷流域现有产业和资源条件，在图6 的基础上提出构建“一地一场两区四园”的经济发展格局（图7）。

图6 生态安全区土地利用类型Fig.6 Land use types in ecological safety zone

图7 土地利用优化分区Fig.7 Land use optimization zoning

（1）“一地”指生态观光农业基地。贡嘎县至乃东区河谷地带是西藏历史上最早的农业区之一，土壤肥沃、水源丰富、日照充足且昼夜温差大，适宜种植鲜花和苗圃，但随着耕地的过度使用，部分耕地肥力不断下降，甚至退化为难以利用地，严重影响了相关区域的生态安全。因此，建议将较低安全耕地、中等安全耕地及附近的低安全未利用地、较低安全未利用地划为生态观光农业基地，加强耕作技术和制度的优化，强化耕地基础设施建设，通过生物措施和工程措施相结合，在保证退化土地不增加的同时将未利用地转化为草地等生态用地，增强相关区域生态稳定性，并提高生态安全等级。

（2）“一场”指生态牧场。山南宽谷具有充足的优质草地资源，传统的畜牧业经济效益较低，牧民容易在利益的驱动下过度放牧导致草地退化，威胁草地生态系统的稳定，形成高安全草地、较高安全草地和中等安全草地混杂的情况。因此，将扎囊县、琼结县、乃东区3个区县的高安全草地和较高安全草地统筹为一个牧场，成立经营合作社，对牧场进行统一管理，分区放牧，并将传统放牧业与观光旅游业相结合，开发放牧体验、喂养体验等牧场游玩体验项目，在增加牧民收益的同时保证草地的适度利用。

（3）“两区”指贡嘎县的羊湖综合旅游观光区和琼结县的吐蕃文旅体验区。贡嘎县西南部的羊卓雍措是我国著名景点，但羊湖周围的基础设施建设尚不充足，且附近耕地经过过度开垦已经出现退化现象，未来极易对羊湖产生不良影响。因此，拟打造以羊湖为核心覆盖贡嘎县绝大部分区域的综合旅游观光区，限制包括垦殖、放牧等一切土地开发利用活动，保障羊湖水域生态安全的同时拉动贡嘎县经济的增长。琼结县历史丰富，景点分布较为集中，且域内有较多的影响生态安全的未利用地，不适宜进行大规模的土地开发活动，因此建议以吐蕃文化为卖点、藏王墓、松赞干布墓等景点为核心，打造吐蕃文旅体验区，发展旅游经济。

（4）“四园”指沙漠公园、特色森林公园、光伏发电产业源和矿产公园。雅鲁藏布江沿岸由于气候和人为原因，部分土地退化为沙地，治理难度较大、效益较低。因此，建议在部分顽固性沙地上建立沙漠公园，开发滑沙场等游乐设施，挖掘沙地经济价值的同时控制沙地面积的进一步扩张，并以经济反哺生态。乃东区、扎囊县北部海拔较高，以高山、林地为主，气候条件较差，建议加快完成高海拔地区生态移民搬迁项目，在现有地类地貌基础上，以高原物种群落和原生态森林为特色建立森林公园，并对部分退化地区采取严格的限制性措施，以自然恢复为主，辅之以生态整治。桑日县是我国太阳日照时数最多的地区之一，太阳能资源极为丰富，可建立绿色光伏发电产业园，进行环境整治的同时将太阳能资源转化为经济利益。乃东区南部是山南市政府所在地，建设用地密集，与此同时矿产资源丰富，矿业开发活动较多，导致乃东区土地退化严重，因此要严格控制建设用地的审批，并在矿产开发的废弃土地上建立矿产公园，增植树木、绿草，修复受损土地，增加绿地面积。

通过羊湖综合旅游观光区、生态农业观光基地、生态牧场、吐蕃文旅体验区、沙漠公园、矿产公园、光伏发电产业园和森林公园将贡嘎县、扎囊县、乃东区等5 个区县相连接，打造集观光、休闲、体验为一体的山南宽谷流域特色高原生态旅游业，将传统的一二产业与第三产业相结合，在提高经济收益的同时保护、修复生态环境，实现山南宽谷流域经济和生态的协调发展。

4 讨论

良好的生态环境是高质量发展的基础，构建流域生态安全格局是实现区域稳定协调发展的重要手段［23］。雅鲁藏布江流域作为我国重要的生态屏障和典型的生态脆弱区之一，对其进行生态安全评价和格局构建有利于实现经济的绿色发展。但现阶段，对于流域生态安全的研究多集中于太湖、黄河等流域，进行生态安全评价时也更关注长时间序列自然因素的影响变化，导致生态安全格局与经济和空间规划融合度较低［12,24,25］。因此，本文以雅鲁藏布江中游流域山南宽谷段为研究对象，通过对其进行生态安全评价和生态安全格局构建，提出具有针对性的优化和发展建议，为山南宽谷流域未来经济布局提供了一定的指导，以期实现经济绿色协调高效发展。

但在对山南宽谷流域进行生态安全评价和生态安全格局构建的过程中，仍存在一些不足。未对山南宽谷流域的生态状况进行多年分析，只对其进行了2020年生态安全现状进行了评价，在此基础上构建了生态安全格局；选取高程、坡度、沙化类型、距道路距离等因子来反映山南宽谷流域海拔较高、沙化现象严重和经济快速发展等特点，但由于数据可得性等问题，山南宽谷流域经济快速发展区的特征并未充分体现；在识别生态源地时，将面积小于2 km2的源地剔除，忽略了面积小但生态价值较高的区域，这一举措对后续的生态安全格局构建也有一定的影响。今后将持续收集山南宽谷流域的相关资料，补充完善指标体系，更好地反映山南宽谷流域经济快速的区域特征，并对其展开多年分析，构建出更加科学合理的生态安全格局，为山南宽谷流域经济高质量发展提供借鉴。

5 结论

通过对山南宽谷流域生态服务价值和生态敏感性进行评价，分析山南宽谷流域生态安全现状并构建生态安全格局，结合当地实际提出优化和发展建议，结论如下：

（1）山南宽谷流域生态系统服务价值较高，生态敏感性也处于相对较高的水平，其中生态系统服务价值评价高值区和极值区占县域面积的53.95%；生态敏感性评价中高度敏感区和极度敏感区占县域面积的35.00%。基于此，在山南宽谷识别出生态源地1089.68 km2，占研究区总面积的10.74%，主要分布在贡嘎县、扎囊县和乃东区，紧邻高山和河谷农业带。

（2）基于MCR 模型构建生态安全最小累积阻力面，并得到山南宽谷流域生态安全格局缓冲区，其中高水平生态安全区面积为2510.52 km2，占研究区总面积的24.74%；较高水平生态安全区面积为5200.35 km2，占研究区总面积的51.24%；中等水平生态安全区面积为1046.39 km2，占研究区总面积的10.31%；较低水平生态安全区面积为551.56 km2，占研究区总面积的5.43%；低水平生态安全区面积为840.26 km2，占研究区总面积的8.28%。针对不同水平生态安全区应采取不同的措施以保障宽谷生态安全。

（3）识别出生态廊道105 条，总长4720.08 km，集中分布于乃东区、琼结县和扎囊县，桑日县内几乎没有廊道，亟需采取相应措施改善生态环境质量，增设廊道。

（4）结合山南宽谷土地利用现状和生态安全格局，提出“一地一场两区四园”的经济发展格局。山南宽谷流域北岸应限制开发，根据土地利用现状开发为各类公园，稳定生态系统；南岸可适度开发，根据各区县不同资源禀赋，开发藏族文化旅游、高原农牧业等特色产业。