國(guó)土尺度生態(tài)安全格局

摘要：巨大的人口壓力和相對(duì)有限的資源，脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，加上史無前例的城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度與規(guī)模，對(duì)中華民族的可持續(xù)發(fā)展和生存問題提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，必須明智地進(jìn)行土地的規(guī)劃和利用，通過國(guó)土尺度生態(tài)安全格局的構(gòu)建為明智的保護(hù)和發(fā)展提供科學(xué)的空間區(qū)劃依據(jù)。國(guó)土尺度生態(tài)安全格局通過對(duì)江河源區(qū)水源涵養(yǎng)、洪水調(diào)蓄、沙漠化防治、水土保持和生物多樣性保護(hù)5個(gè)維護(hù)生態(tài)安全最關(guān)鍵的自然過程進(jìn)行系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)而劃定。首先對(duì)單一生態(tài)過程進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，得出各自相應(yīng)的生態(tài)安全格局；在此基礎(chǔ)上通過疊加、綜合，初步構(gòu)建基于5種生態(tài)過程的國(guó)土尺度生態(tài)安全格局。結(jié)果表明，最低標(biāo)準(zhǔn)安全水平的生態(tài)安全格局總面積占我國(guó)陸地總面積的35.7%，中等安全水平的生態(tài)安全格局總面積占我國(guó)陸地面積的65.1%，高安全水平生態(tài)安全格局占我國(guó)陸地總面積的84.9%。將為國(guó)土與區(qū)域尺度土地利用規(guī)劃、生態(tài)安全格局規(guī)劃和主體功能區(qū)劃工作提供初步借鑒。

關(guān)鍵詞：生態(tài)規(guī)劃；國(guó)土規(guī)劃；生態(tài)安全格局；生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施；水源涵養(yǎng)；沙漠化防治；水土保持；生物多樣性保護(hù)
文章編號(hào)：1000-0933（2009）10-5163-12   中圖分類號(hào)：Q14,Q16,TU98,X32      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Primary Study of National Scale Ecological Security Pattern 

YU Kong-Jian， LI Hai-Long，LI Di-Hua，QIAO Qing， XI Xue-Song， 
The Graduate School of Landscape Architecture, Peking  University. Beijing 100871, China

Abstract: China，with its huge population and relative meager natural resources, fragile ecosystems, plus the unprecedented urbanization and economic growth in terms of speed and scale, is facing sever challenges of sustainability and survival. Addressing these challenges requires that the national land should be planned and used wisely. This research is a pilot project aiming at establishing ecological security patterns at the national scale that will protect the most sensitive ecological landscapes and critical pattern as a strategy for wise conservation and wise development. Critical natural processes are analyzed systematically at the national scale, including headwater conservation, soil erosion prevention, storm water management and flood control, desertification combating and biodiversity conservation. Individual security patterns for safeguarding each of these natural processes are identified and then integrated into an overall ecological security pattern. Three levels of National Ecological Security Pattern are defined, the lower  security level, the moderate security level and the higher security level, which account for 35.7%, 65.1% and 84.9% of the national land respectively.  This study is expected to provide a scientific basis for the under-going national function zoning and land use planning at the national scale.
Key words: Ecological planning, National Planning, Ecological Security Pattern; Ecological infrastructure; Headwater Conservation; Desertification combating; Soil and water conservation；Biodiversity conservation.
　　進(jìn)入工業(yè)時(shí)代以來，隨著人口的激增和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類以前所未有的規(guī)模和速度改變著自然環(huán)境，導(dǎo)致許多生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)[1]。尤其在我國(guó)，快速的人口增長(zhǎng)和大規(guī)模的快速城市化進(jìn)程對(duì)資源環(huán)境帶來巨大壓力[2]。同時(shí)受全球氣候變暖和不合理土地利用活動(dòng)共同影響，我國(guó)出現(xiàn)冰川后移、凍土退化、濕地萎縮、水土流失[3]、沙漠化[4]、洪澇災(zāi)害加劇[5]、生物多樣性下降[6]和水源涵養(yǎng)能力降低等諸多生態(tài)環(huán)境問題[7,8]，生態(tài)安全已成為科學(xué)研究和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。
　　我國(guó)學(xué)者針對(duì)生態(tài)安全議題開展了大量的研究，尤其在生態(tài)安全評(píng)價(jià)理論與方法方面進(jìn)行了卓有成效的研究[9-14]，但區(qū)域景觀格局優(yōu)化與調(diào)控方面的研究仍處于探索階段。近年來提出的景觀安全格局[14,15]、區(qū)域生態(tài)安全格局[16]理論與實(shí)踐為抽象的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念和可實(shí)施的空間規(guī)劃之間建立了溝通的平臺(tái)，并開展了部分探索性的研究[17-22]。在國(guó)家政策制定層面，我國(guó)在自然區(qū)劃、農(nóng)業(yè)區(qū)劃基礎(chǔ)上相繼開展的生態(tài)區(qū)劃[23]、生態(tài)功能區(qū)劃[24]和主體功能區(qū)劃[25]等工作都對(duì)國(guó)土與區(qū)域尺度空間格局調(diào)控有積極的推動(dòng)作用。新出臺(tái)的《城鄉(xiāng)規(guī)劃法》[26]和新修訂的《全國(guó)土地利用總體規(guī)劃綱要》[27]也將生態(tài)保護(hù)作為重要內(nèi)容。在當(dāng)前生態(tài)要素分部門進(jìn)行管理的行政體制下，如何構(gòu)建一個(gè)在操作層面上能與生態(tài)區(qū)劃、主體功能區(qū)劃、土地利用規(guī)劃、城市規(guī)劃相銜接的綜合性概念、框架和工具成為科研和實(shí)踐領(lǐng)域亟待解決的問題。
　　國(guó)際上國(guó)土尺度的保護(hù)規(guī)劃研究起步較早。美國(guó)早在1915-1916年由景觀規(guī)劃師曼寧(Manning W.H.)開展的國(guó)土規(guī)劃（National Plan）旨在制定資源綜合保護(hù)與利用戰(zhàn)略，并提出以自然資源和自然系統(tǒng)為基礎(chǔ)的土地分類思想[28]。從1950年代逐漸興起的以綠色廊道（Greenway）運(yùn)動(dòng)為代表的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)逐漸成為自然資源保護(hù)規(guī)劃的新熱點(diǎn)[29]，如美國(guó)綠色廊道體系全面實(shí)施后將會(huì)提供220,000 km 的綠色廊道和大約5億hm2受保護(hù)的綠色空間[30]。歐洲也出現(xiàn)綠色廊道、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、生境網(wǎng)絡(luò)、洪水緩沖區(qū)等概念[31,32]。亞洲的新加坡等國(guó)也陸續(xù)開展綠色廊道規(guī)劃研究[33]。我國(guó)的防護(hù)林體系建設(shè)也可看作為國(guó)土尺度的綠色廊道網(wǎng)絡(luò)[34]。1990年代以來在國(guó)內(nèi)外逐漸興起的生態(tài)(綠色)基礎(chǔ)設(shè)施概念[35-37]正日益成為自然資源保護(hù)和空間規(guī)劃領(lǐng)域廣泛認(rèn)可的新工具，并在美國(guó)馬里蘭、明尼蘇達(dá)、伊利諾斯、佛羅里達(dá)、佐治亞、阿拉巴馬、密西西比、南卡羅萊納、田納西、肯塔基等州相繼開展相關(guān)規(guī)劃研究[36]。我國(guó)也在浙江臺(tái)州[38]、山東威海[39]、菏澤[40]等地進(jìn)行了生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的探索研究。這些研究為各種尺度上開展生態(tài)安全格局規(guī)劃提供了很好的借鑒案例。
　　本文從我國(guó)面臨的主要生態(tài)問題出發(fā)，旨在初步探討國(guó)土尺度生態(tài)安全格局的基本構(gòu)架，從水源涵養(yǎng)、洪水調(diào)蓄、沙漠化防治、水土保持、生物多樣性保護(hù)5個(gè)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能出發(fā)，在對(duì)單一生態(tài)過程的分析與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行疊加與綜合，初步構(gòu)建保障生命支持系統(tǒng)健康與安全的國(guó)土尺度生態(tài)安全格局框架。
1.  研究方法
　　國(guó)土尺度生態(tài)安全格局(Security Pattern, SP. 下同)是國(guó)家與區(qū)域的自然生命支持系統(tǒng)，它是由河流、濕地、林地、草原、野生動(dòng)物棲息地和其他自然區(qū)域共同構(gòu)成的相互連接的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，用以支持生物物種、維護(hù)自然生態(tài)過程、提供空氣和水資源，提高居民健康和生活質(zhì)量。本文的研究范圍僅限我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)，未包含海洋和大陸架范圍。
　　本研究在廣泛借鑒各科學(xué)的理論與方法基礎(chǔ)上，運(yùn)用景觀安全格局研究框架[18,37]，重點(diǎn)對(duì)水源涵養(yǎng)、洪水調(diào)蓄、沙漠化防治、水土保持和生物多樣性保護(hù)5種生態(tài)過程進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)與模擬，判別對(duì)維護(hù)該生態(tài)過程安全與健康具有關(guān)鍵意義的景觀要素、空間位置和空間聯(lián)系，建立各自生態(tài)過程的安全格局。單一生態(tài)過程的生態(tài)安全格局結(jié)果按保護(hù)級(jí)別分為低、中、高3種安全水平，其中低水平安全格局為保護(hù)的最低限度，保護(hù)級(jí)別最高；中水平安全格局保護(hù)范圍較前者大，保護(hù)級(jí)別次之；高水平安全格局保護(hù)范圍最大，安全程度最高。
　　國(guó)土尺度綜合生態(tài)安全格局由單一生態(tài)過程的安全格局綜合疊加生成。研究框架見圖1。

圖1：國(guó)土尺度生態(tài)安全格研究框架
 Fig. 1. The framework for  national ecological security patterns 

2.  單要素生態(tài)安全格局
2.1 水源涵養(yǎng)安全格局
　　水源涵養(yǎng)能力與植被類型、蓋度、枯落物組成、土層厚度及土壤物理性質(zhì)等因素密切相關(guān)。本文首先通過分析江河發(fā)源點(diǎn)的空間分布密度來定量化指示重要水源涵養(yǎng)區(qū)域的空間范圍；然后以植被覆蓋度來綜合指示該地區(qū)的水源涵養(yǎng)能力，并疊加具有重要水源涵養(yǎng)功能的冰川、濕地，最終確定江河源區(qū)水源涵養(yǎng)的安全格局。
2.1.1 水源涵養(yǎng)安全格局構(gòu)建
　?。?）首先提取全國(guó)1:400萬GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中1-5級(jí)河流發(fā)源點(diǎn)，利用GIS對(duì)所有河流發(fā)源點(diǎn)進(jìn)行基于核函數(shù)的密度分析（Kernel Density），生成江河發(fā)源點(diǎn)密度分級(jí)圖（見圖2）；然后參考1:400萬地貌類型圖進(jìn)行人機(jī)交互提取江河發(fā)源地水源涵養(yǎng)重要區(qū)域的范圍。

圖2  5級(jí)河流發(fā)源點(diǎn)密度圖
Fig.2  5 calss headstream density map

 　?。?）利用2006年逐旬1km2分辨率SPOT Vegetation遙感影像，采用最大值處理MVC(Maximum Value Composites)方法[41]，計(jì)算得到2006年全年最大植被蓋度圖，并利用上述水源涵養(yǎng)重要區(qū)域范圍進(jìn)行切割，生成水源涵養(yǎng)區(qū)植被覆蓋度（見圖3）。

圖3水源涵養(yǎng)區(qū)植被覆蓋度
Fig.3 Vegetation coverage of headwater conservation region

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 　?。?）利用地表植被覆蓋度、冰川和濕地分布3個(gè)要素，按照表1的劃分標(biāo)準(zhǔn)確定水源涵養(yǎng)安全格局（見圖4）。由于我國(guó)橫跨多個(gè)氣候帶，對(duì)濕潤(rùn)區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)和干旱與半干旱區(qū)三種氣候帶的植被覆蓋度采取不同的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 水源涵養(yǎng)安全格局
Fig.4 Ecological security pattern for headwater conservation

表1.  江河源區(qū)水源涵養(yǎng)安全格局劃分標(biāo)準(zhǔn)   
Table 1. The sort criteria of headwater conservation SP

2.1.2 研究結(jié)果
　　根據(jù)江河源區(qū)水源涵養(yǎng)安全格局劃分結(jié)果，低安全水平水源涵養(yǎng)安全格局面積233.2萬km²，占國(guó)土面積的24.3%，主要分布在以三江源為核心的青藏高原東部地區(qū)和位于我國(guó)地形階梯交錯(cuò)帶的山脈體系。其中三江源地區(qū)是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江等我國(guó)最大河流的發(fā)源地；阿爾泰山、天山是保障新疆沙漠綠洲生態(tài)系統(tǒng)最重要的水源涵養(yǎng)區(qū)域；祁連山是河西走廊和柴達(dá)木盆地北部水源供給地；大興安嶺、小興安嶺、長(zhǎng)白山是嫩江、松花江、鴨綠江和圖們江等水系的水源區(qū)；燕山、呂梁山、太行山是海河流域水源地；秦嶺是淮河流域的重要水源涵養(yǎng)區(qū)；南嶺及武夷山脈是我國(guó)東南地區(qū)重要水源涵養(yǎng)區(qū)域；橫斷山脈是云南地區(qū)重要水源涵養(yǎng)區(qū)。中等安全水平水源涵養(yǎng)安全格局面積418.2萬km²，占國(guó)土面積的43.6%，空間范圍為除低安全水源涵養(yǎng)安全格局外還包括太行山、呂梁山脈、陜北高原和云貴高原部分地區(qū)。高安全水平水源涵養(yǎng)格局面積594.9萬km²，占國(guó)土面積的61.9%，空間范圍包括青藏高原全部和我國(guó)所有山脈體系。
2.2 洪水調(diào)蓄格局
　　洪水調(diào)蓄安全格旨在構(gòu)建一個(gè)自然連續(xù)的洪水調(diào)蓄系統(tǒng)，為洪水留出基本的宣泄空間，實(shí)現(xiàn)工程治洪和自然調(diào)蓄結(jié)合的防洪減災(zāi)空間策略。該系統(tǒng)應(yīng)該包括現(xiàn)狀滯洪區(qū)、重要湖泊、濕地和發(fā)生流域性洪水災(zāi)害的主要淹沒區(qū)域。本文通過對(duì)流域性洪水進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，結(jié)合現(xiàn)有的湖泊、濕地和國(guó)家劃定的蓄滯洪區(qū)共同構(gòu)建洪水調(diào)蓄安全格局。
2.2.1 流域性洪水淹沒分析
　　本文采用堤防漫頂式洪水淹沒分析方法[42]對(duì)長(zhǎng)江、珠江、黃河、淮河、嫩江、松花江、遼河7大流域下游干流進(jìn)行洪水淹沒分析。首先利用7大江河沿線水文站點(diǎn)的歷史最高洪水水位和警戒水位數(shù)據(jù)為依據(jù)，在GIS軟件下利用線性插值方法，分別生成最高水位洪水水面和警戒水位洪水水面；其次，利用全流域90m分辨率DEM數(shù)據(jù)分別和最高水位洪水水面和警戒水位洪水水面進(jìn)行相減運(yùn)算，得到各自水位高度下的洪水淹沒范圍和淹沒水深分布柵格數(shù)據(jù)。最后根據(jù)洪水的連通性原理，提取與河流直接連通的洪水淹沒區(qū)域，得到洪水淹沒的空間范圍。（見圖5） 

圖5  洪水淹沒分析結(jié)果
Fig.5 Flood simulation result 

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2.2.2 洪水安全格局構(gòu)建
　　利用洪水淹沒分析結(jié)果、國(guó)家重要蓄洪區(qū) 和湖泊濕地?cái)?shù)據(jù)，參考《重點(diǎn)公益林區(qū)劃界定辦法》 中關(guān)于河流濕地劃分標(biāo)準(zhǔn)，按照表2的劃分標(biāo)準(zhǔn)確定洪水調(diào)蓄安全格局。（見圖6） 

圖6  洪水調(diào)蓄安全格局
Fig.6 Ecological security pattern for flood control 

表2.  洪水調(diào)蓄安全格局劃分標(biāo)準(zhǔn)    Table 2  The sort criteria for flood control SP

2.3 沙漠化防治安全格局
　　沙漠化防治安全格局旨在判定控制沙漠化土地?cái)U(kuò)張的關(guān)鍵區(qū)域，從而進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)與恢復(fù)。土地沙化過程可認(rèn)為是沙漠化土地克服空間阻力向外擴(kuò)張的過程，首先確定沙漠化土地?cái)U(kuò)張的“源”，然后建立沙漠化擴(kuò)張的阻力模型，利用最小累計(jì)阻力模型對(duì)沙漠化擴(kuò)張的過程進(jìn)行模擬，最后根據(jù)模擬結(jié)果確定沙漠化防治安全格局，。
2.3.1沙漠化土地?cái)U(kuò)散過程模擬
　?。?）“源”的確定。本文將我國(guó)的1:10萬沙漠?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中沙地類型為“戈壁”和“流動(dòng)沙地”的土地作為沙漠化土地的擴(kuò)張的“源”，主要包括我國(guó)塔克拉瑪干、古爾班通古特、庫(kù)姆塔格、柴達(dá)木盆地、巴丹吉林、烏蘭布和與庫(kù)布齊等原生沙漠和呼倫貝爾沙地、科爾沁沙地、渾善達(dá)克沙地、毛烏素沙地、松嫩沙地、張北壩上等區(qū)域，總面積103萬km2。（見圖7）
　?。?）阻力模型構(gòu)建。沙漠化危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法作為對(duì)土地發(fā)生沙漠化難易程度的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)構(gòu)建沙漠化土地?cái)U(kuò)張的阻力模型具有很好的參考意義。本文參考聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)[43]、聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)[44]和我國(guó)學(xué)者[45,46]關(guān)于沙漠化危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，考慮數(shù)據(jù)的可獲取性，結(jié)合專家咨詢和AHP分析方法，最終選取土地利用類型、植被覆蓋度和土壤類型作為表征地表下墊面抗蝕性的指標(biāo)，根據(jù)表3的阻力因子與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建沙漠化土地?cái)U(kuò)散的阻力模型。阻力模型的空間范圍限定在500mm降水線以下地區(qū)。
　?。?）擴(kuò)散模擬。在Arc GIS 9.2軟件平臺(tái)上將上述各單因子進(jìn)行加權(quán)疊加，得到沙漠化擴(kuò)散阻力模型。利用上述步驟確定的沙漠化土地的“源”和擴(kuò)張阻力模型，在Arc GIS軟件中利用費(fèi)用距離模型（Cost distance）進(jìn)行運(yùn)算模擬，生成沙漠化土地?cái)U(kuò)張模型。 

圖7  沙漠化土地?cái)U(kuò)張“源”
Fig.7  The source of desertification 

表3  沙漠化擴(kuò)張阻力因子與分級(jí)表   
Table 3  Sandy desertification expansion resistance factor and rating system 

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2.3.2 沙漠化防治安全格局構(gòu)建
　　根據(jù)沙漠化定義和實(shí)際治理的可行性，原生沙漠、戈壁不納入沙漠化防治安全格局的范圍。在“以防為主，防治結(jié)合”和“先易后難”的沙漠化防治原則指導(dǎo)下，根據(jù)沙漠化土地?cái)U(kuò)張的累計(jì)阻力值從高到低劃分低、中、高安全水平。（見圖8） 

圖8   沙漠化防治安全格局 
Fig.8 Ecological security pattern for desertification combating  

2.3.3 研究結(jié)果
　　根據(jù)最小累積阻力模型計(jì)算結(jié)果，利用Natural Break分級(jí)方法，將阻力值為240000-450000之間的區(qū)域作為低安全水平沙漠化防治安全格局，面積為37.1萬km2，占我國(guó)陸地總面積的3.8%，主要分布在沙漠綠洲和各大沙地植被條件較好區(qū)域，應(yīng)該采取嚴(yán)格的保護(hù)措施，使其成為控制沙漠化擴(kuò)張的生態(tài)屏障。中安全水平沙漠化防治安全格局為除“源”外阻力值在120000-450000之內(nèi)的區(qū)域，面積為74.1萬km2，占我國(guó)陸地總面積的7.7%，主要分布在呼倫貝爾沙地、松嫩沙地、科爾沁沙地、毛烏素沙地、渾善達(dá)克沙地等區(qū)域，是我國(guó)進(jìn)行沙漠化治理的主要區(qū)域。高水平安全格局范圍為除“源”外阻力值小于450000的全部區(qū)域，面積為151.9萬km2，占我國(guó)陸地總面積的15.8%，空間范圍為500mm降水線以下全部固定、半固定沙地區(qū)域（見圖8）。
2.4 水土保持安全格局
　　水土流失導(dǎo)致土壤退化、土地生產(chǎn)能力降低、生物多樣性減少、自然災(zāi)害加劇，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食物安全，并與全球資源要素循環(huán)乃至全球氣候變化有著緊密聯(lián)系[3]。水土保持安全格局旨在判別水土流失潛在危險(xiǎn)性較高的區(qū)域，將其作為維持國(guó)土尺度生態(tài)安全的重要組成部分。
2.4.1 水土保持安全格局構(gòu)建
　　本文參考國(guó)家《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[47]中“土壤侵蝕潛在危險(xiǎn)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”，根據(jù)專家咨詢和數(shù)據(jù)可獲取性，選取年降雨量、植被覆蓋度、土層厚度、坡度、土壤類型、坡耕地分布5個(gè)因子，按照表4的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在GIS中進(jìn)行加權(quán)疊加運(yùn)算，生成水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖（見圖9）。根據(jù)土壤侵蝕潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，按照自然分界法（Natural break）將水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果從小到大分為微度危險(xiǎn)區(qū)、輕度危險(xiǎn)區(qū)、中度危險(xiǎn)區(qū)、重度危險(xiǎn)區(qū)、強(qiáng)度危險(xiǎn)區(qū)和極度危險(xiǎn)區(qū)6個(gè)等級(jí)。
　　水土保持安全格局基于水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)劃分，將土壤侵蝕極度危險(xiǎn)區(qū)作為低安全水平水土保持安全格局，將極度危險(xiǎn)區(qū)和強(qiáng)度危險(xiǎn)區(qū)作為中安全水平水土保持安全格局，將重度危險(xiǎn)區(qū)、強(qiáng)度危險(xiǎn)區(qū)和極度危險(xiǎn)區(qū)作為高安全水平水土保持安全格局。

圖9 水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果
Fig.9 Potential soil erosion risk assessment result

表4水土流失潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
Table 4 Potential soil erosion risk assessment index and rating system 

2.4.2 研究結(jié)果
　　根據(jù)水土保持安全格局劃分結(jié)果（見圖10），低安全水平水土保持安全格局面積為41.6萬km²，占我國(guó)陸地總面積的4.3%，主要分布在長(zhǎng)江中上游的四川丘陵盆地、秦嶺大巴山高中山地，黃河中上游的晉陜蒙接壤區(qū)、陜北晉西黃土高原區(qū)，珠江南北盤江上游的鄂黔滇中山地區(qū)等區(qū)域；中等安全水平水土保持安全格局面積為114.2萬km²，占我國(guó)陸地總面積的11.9%，主要分布在滇中中高山盆地、滇西南高中山地地區(qū)、橫斷山脈等區(qū)域；高水平安全格局面積為282.1萬km²，占我國(guó)陸地總面積的29.3%，主要分布在南嶺武夷山脈、粵閩中小起伏低山、臺(tái)灣中部山區(qū)、秦嶺山地、陜北高原和青藏高原北緣等區(qū)域。 

圖10  水土保持防治安全格局
Fig.10  Ecological security pattern for soil and water conservation

2.5 生物多樣性保護(hù)安全格局
　　生物多樣性保護(hù)安全格局旨在通過判定生物多樣性最豐富的熱點(diǎn)地區(qū)，提出國(guó)家生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵空間格局。本文選取我國(guó)1301種植物物種和633種動(dòng)物物種作為指示物種，分析各物種的棲息地分布范圍，通過將所有物種的棲息地進(jìn)行疊加分析統(tǒng)計(jì)，以棲息地承載的物種豐富度來確定我國(guó)生物多樣性保護(hù)熱點(diǎn)區(qū)域。
2.5.1 指示性物種選取
　　植物指示物種選取標(biāo)準(zhǔn)為同時(shí)被國(guó)家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)植物名錄[48]和IUCN物種紅色名錄[49]認(rèn)定的植物物種，共確定1301種植物指示物種，其中中國(guó)瀕危且特有的植物601種，中國(guó)瀕危非特有的植物577種，中國(guó)特有非瀕危的植物123種。動(dòng)物指示物種的選取標(biāo)準(zhǔn)為同時(shí)被國(guó)家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)動(dòng)物名錄[50]和IUCN物種紅色名錄[49]認(rèn)定為稀有和瀕危的動(dòng)物為指示物種。最終確定633種，其中包括140種哺乳動(dòng)物，32種兩棲動(dòng)物，284種鳥類，81種爬行動(dòng)物和96種魚類。
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2.5.2  物種熱點(diǎn)區(qū)域格局分析
　　首先根據(jù)中國(guó)物種信息服務(wù) (CSIS) [51]數(shù)據(jù)庫(kù)查詢得到該物種在全國(guó)分布的縣市，并在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中選取得到該物種分布的縣市范圍；然后在各物種分布的縣市范圍內(nèi)，根據(jù)該物種的生態(tài)習(xí)性，利用1:100萬植被類型圖、2000年1:10萬土地利用、數(shù)字高程等數(shù)據(jù)分析判別該物種的潛在棲息地分布范圍。按此方法分別對(duì)所選取的1301種植物指示物種和633種動(dòng)物指示物種進(jìn)行棲息地分布范圍分析；最后通過疊加分析，得到我國(guó)植物保護(hù)熱點(diǎn)區(qū)域（見圖11）和動(dòng)物保護(hù)熱點(diǎn)區(qū)域（見圖12）。

圖11   植物保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域
Fig.11 Key region for flora protection

圖12   動(dòng)物保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域
Fig.12  Key region for fauna protection

2.5.3 生物多樣性保護(hù)安全格局
　　按照動(dòng)植物物種分布的種數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分，根據(jù)物種數(shù)量與國(guó)土面積的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分別選取15種、50種作為高、中、低3個(gè)保護(hù)級(jí)別安全格局的劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定生物多樣性保護(hù)安全格局(見圖13)。其中，低水平生物多樣性保護(hù)安全格局面積為100.9萬km²，占我國(guó)陸地總面積的10.5%，主要分布在大興安嶺北部、小興安嶺、長(zhǎng)白山、三江平原濕地、燕山、川西高原、橫斷山脈、喜馬拉雅山、神龍架、武夷山脈、海南、臺(tái)灣等區(qū)域；中水平生物多樣性保護(hù)安全格局面積為312.3萬km²，占我國(guó)陸地總面積的32.5%，主要分布在呼倫貝爾草原、錫林郭勒草原、三江源地區(qū)、天山、阿爾泰山、祁連山和福建山地等地區(qū)；高水平生物多樣性保護(hù)安全格局面積為544.2萬km²，占我國(guó)陸地總面積的56.7%，主要分布在小興安嶺、太行山和青藏高原。

圖13   生物多樣性保護(hù)安全格局
Fig.13 Ecological security pattern for biodiversity protection

3.  國(guó)土尺度生態(tài)安全格局構(gòu)建
3.1 構(gòu)建方法
　　國(guó)土尺度生態(tài)安全格局通過對(duì)各單一生態(tài)過程安全格局進(jìn)行綜合疊加確定。按照保護(hù)的重要性把國(guó)土尺度生態(tài)安全格局分為低、中、高3種保護(hù)水平。考慮到各種生態(tài)服務(wù)功能間的不可替代性，國(guó)土尺度生態(tài)安全格局疊加方法采用柵格單元最小值統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算，即只要任一生態(tài)過程在某區(qū)域?yàn)榈退桨踩窬郑ūＷo(hù)的底線范圍，保護(hù)級(jí)別最高），則最終的國(guó)土尺度生態(tài)安全格局結(jié)果在該區(qū)域是低水平安全格局，需要進(jìn)行高級(jí)別的保護(hù)。具體方法為在GIS軟件支持下對(duì)各單一過程生態(tài)安全格局結(jié)果圖層進(jìn)行逐個(gè)柵格統(tǒng)計(jì)，按每個(gè)柵格單元的最小值輸出最終的計(jì)算結(jié)果。公式如下
　　ISP=Min（SPi）， i=1，2，3，4 ，5
　　ISP (Integrated  security pattern)為綜合安全格局結(jié)果；
　　SPi為5種生態(tài)過程的生態(tài)安全格局，分低、中、高三級(jí)，分別賦值1，2，3。
3.2 構(gòu)建結(jié)果
　　根據(jù)國(guó)土尺度生態(tài)安全格局疊加成果，低安全水平國(guó)土尺度生態(tài)安全格局面積為342.9萬km2，占我國(guó)陸地總面積的35.7%，是保障國(guó)土生態(tài)安全的最小范圍，應(yīng)該成為發(fā)展建設(shè)中不可逾越的生態(tài)底線，需要重點(diǎn)保護(hù)和嚴(yán)格限制開發(fā)。中等安全水平國(guó)土尺度生態(tài)安全格局面積為624.7萬km2，占我國(guó)陸地總面積的65.1%，空間范圍為在低安全水平基礎(chǔ)上更大范圍的保護(hù)，是生態(tài)保護(hù)的滿意格局。高安全水平國(guó)土尺度生態(tài)安全格局是生態(tài)保護(hù)的理想格局，其面積為815.5萬km2，占我國(guó)陸地總面積的84.9%，是國(guó)土生態(tài)保護(hù)的理想格局。（見圖14）

圖14  綜合生態(tài)安全格局  
Fig.14 Integrated national ecological security pattern

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　　按照地理空間的分異劃分，可將中國(guó)國(guó)土尺度生態(tài)安全格局分為3類區(qū)域（見圖15）。第一類為青藏高原和主要山脈體系區(qū)域，該區(qū)是國(guó)土尺度生態(tài)安全格局的主體框架。該類型中低、中、高安全水平生態(tài)安全格局面積所占百分比分別為50.5%，84.1%和100%。其中低水平生態(tài)安全格局范圍包括大興安嶺、小興安嶺、長(zhǎng)白山、燕山、阿爾泰山、天山、祁連山、青藏高原東部、川西高原和橫斷山脈等地區(qū)，是我國(guó)發(fā)揮重要的水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)和土壤保持等多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的區(qū)域；中等安全水平生態(tài)安全格局為除上述區(qū)域外還包括黃土高原、西南喀斯特巖溶山地、青藏高原中部和南方紅壤丘陵山地等生態(tài)脆弱區(qū)，該區(qū)域土壤侵蝕劇烈，需要重點(diǎn)恢復(fù)與治理；高安全水平生態(tài)安全格局是生態(tài)生態(tài)保護(hù)的理想狀態(tài)，對(duì)所有山脈體系進(jìn)行生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)。

圖15  綜合生態(tài)安全格局類型 
 Fig.15 Integrated national ecological security pattern type

　　第二類為西北干旱區(qū)，空間范圍涉及新疆天山南北區(qū)域、大興安嶺-賀蘭山一線以西區(qū)域的準(zhǔn)格爾盆地、塔里木盆地、河套平原、阿拉善高原、內(nèi)蒙古高原和呼倫貝爾高原等地區(qū)，行政區(qū)域涉及新疆、甘肅、青海、內(nèi)蒙古等省區(qū)。該區(qū)是我國(guó)生態(tài)環(huán)境較為脆弱和敏感的區(qū)域，氣候干旱，水資源短缺，土壤結(jié)構(gòu)疏松，植被覆蓋度低，容易受風(fēng)蝕、水蝕和人為活動(dòng)的強(qiáng)烈影響。該區(qū)低、中、高安全水平的國(guó)土尺度生態(tài)安全格局面積所占比例分別為10.6%，34.9%和58.8%。其中低水平安全格局為生態(tài)條件較好仍未沙化的區(qū)域，需要加強(qiáng)保護(hù)，嚴(yán)格執(zhí)行草場(chǎng)保護(hù)政策，禁止過度墾殖、樵采和超載放牧；中水平安全格局為沙漠化發(fā)生區(qū)域，在執(zhí)行嚴(yán)格草場(chǎng)保護(hù)政策同時(shí)應(yīng)實(shí)行禁牧休牧政策，推廣舍飼圈養(yǎng)，防止草地進(jìn)一步沙化。高水平安全格局區(qū)域應(yīng)該在實(shí)行保護(hù)政策同時(shí)開展草原生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)建設(shè)工程，全面圍封禁牧，開展恢復(fù)植被工程，防止活化沙丘和沙漠化擴(kuò)張。
　　第三類為東部平原和盆地區(qū)域，空間范圍包括東北平原、華北平原、長(zhǎng)江中下游平原和四川盆地等區(qū)域，是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和人居保障區(qū)。該區(qū)低、中、高安全水平的國(guó)土尺度生態(tài)安全格局所占面積比例分別為13.9%，35.8%和71%。其中低水平生態(tài)安全格局主要包括松嫩平原濕地、淮河中下游湖泊濕地、江漢平原湖泊濕地、洞庭湖、鄱陽湖、京杭大運(yùn)河沿線湖泊濕地等洪水調(diào)蓄重要區(qū)域。這些區(qū)域?qū)?guó)家防洪減災(zāi)戰(zhàn)略具有關(guān)鍵作用，需要嚴(yán)格保護(hù)湖泊、濕地生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)行退田還湖，平垸行洪等措施來增加調(diào)蓄能力，禁止在行滯洪區(qū)建立永久性設(shè)施和居民點(diǎn)；中等安全水平生態(tài)安全格局范圍是七大江河最重要的洪水宣泄場(chǎng)所，其范圍包括七大水系在警戒水位下的洪水淹沒范圍，應(yīng)建立洪水調(diào)蓄生態(tài)功能保護(hù)區(qū)，嚴(yán)禁圍墾湖泊濕地，發(fā)展避洪經(jīng)濟(jì)，處理好蓄洪與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾；高水平安全格局內(nèi)存在一定洪水威脅，同時(shí)也是重要的人居保障和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要區(qū)域，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)同時(shí)保護(hù)自然完整的水系網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源保護(hù)與利用的協(xié)調(diào)發(fā)展。
4. 討論
　?。?）本文作為國(guó)土尺度生態(tài)安全格局構(gòu)建的嘗試性研究，在理論方法和技術(shù)手段上借鑒生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、水土保持與荒漠化防治、生物多樣性保護(hù)等學(xué)科較為成熟和常用的方法，以可獲得的資源與環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在GIS和遙感技術(shù)支持下，對(duì)國(guó)土尺度生態(tài)安全格局構(gòu)建進(jìn)行了初步的探討。生態(tài)安全格局作為一種概念框架的工具，通過對(duì)單一生態(tài)過程的分析，判定針對(duì)該過程具有關(guān)鍵作用的空間格局，并在此基礎(chǔ)上將不同的生態(tài)過程綜合疊加，最終劃定多功能的綜合生態(tài)安全格局。
　?。?）國(guó)土尺度生態(tài)安全格局的實(shí)施需要將其納入法定規(guī)劃體系，將規(guī)劃成果廣泛征求各部門和利益相關(guān)者的意見，通過多方博弈最終確定其空間邊界。生態(tài)安全格局的最終成果應(yīng)該通過立法和相關(guān)政策實(shí)現(xiàn)永久性的保護(hù)，使之成為保障國(guó)土、區(qū)域和城市生態(tài)安全的永久性格局，并引導(dǎo)和限制無序的城市擴(kuò)張和人類活動(dòng)。該方法對(duì)我國(guó)劃定生態(tài)用地、完善和落實(shí)生態(tài)功能區(qū)劃、主體功能區(qū)劃等區(qū)域調(diào)控政策具有借鑒意義。
　?。?）國(guó)土尺度的生態(tài)過程是個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，需要在獲取大量詳實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用更加科學(xué)的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合評(píng)定。同時(shí)更加精確的生態(tài)安全格局劃定需要在省級(jí)或市縣級(jí)更小尺度上進(jìn)行，在以人為本和可持續(xù)發(fā)展要求下逐步深化和細(xì)化。
　?。?）由于各種生態(tài)過程自身的復(fù)雜性和目前理論方法的限制，各種單一生態(tài)安全格局的構(gòu)建方法和低、中、高安全水平范圍的劃定標(biāo)準(zhǔn)確定仍需繼續(xù)深入探討和完善。

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