2025, Vol. 46
表 1
(Table 1)
基于“供需平衡-敏感性-连通性”的赤峰生态安全格局构建与优化
引用本文
范强, 隋属棋, 张津宁. 基于“供需平衡-敏感性-连通性”的赤峰生态安全格局构建与优化[J]. 环境科学, 2025, 46(4): 2450-2462.
FAN Qiang, SUI Shu-qi, ZHANG Jin-ning. Construction and Optimization of Ecological Security Pattern in Chifeng Based on "Supply-Demand Balance-Sensitivity-Connectivity"[J]. Environmental Science, 2025, 46(4): 2450-2462.
基于“供需平衡-敏感性-连通性”的赤峰生态安全格局构建与优化
1. 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 阜新 123000;
2. 中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
2. 中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
摘要: 生态源地作为生态安全格局构建的基础, 其识别结果对生态廊道和生态节点具有重要作用. 当前研究在生态源地识别中忽略了社会与生态系统间的关联, 以及城市快速发展需要充足的生态源地. 因此, 以赤峰为研究区, 提出了基于“生态系统服务供需关系-生态敏感性-景观连通性”识别初始生态源地的方法, 并根据生态用地占比确定源地最佳扩散距离, 进而得到优化生态源地, 利用土地发展概率对阻力面进行修正, 并运用电路理论识别生态廊道和生态节点, 从而构建生态安全格局. 结果表明：①赤峰生态系统服务供需空间匹配度低, 呈现北部和西南部高供给-低需求, 中部和东南部低供给-高需求的空间格局；②优化后生态源地面积扩大到3 210.56 km2, 主要位于研究区西北和西南角的林地和水域, 由优化后源地得到84条生态廊道, 33个生态节点, 提高了生态网络的连通性；③结合研究区自然状况和生态要素分布特征, 提出“一屏、三区、多廊、多点”的生态安全格局, 针对不同区域状况因地制宜开展生态修复. 研究可为生态安全格局构建提出一种新的思路, 对生态可持续发展提供科学指导.
关键词:
生态安全格局
生态系统服务供需
生态源地优化
电路理论
赤峰
Construction and Optimization of Ecological Security Pattern in Chifeng Based on "Supply-Demand Balance-Sensitivity-Connectivity"
1. School of Geometrics and Geographical Sciences, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China;
2. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Minning and Technology (Beijing), Beijing 100083, China
2. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Minning and Technology (Beijing), Beijing 100083, China
Abstract: The construction of an ecological security pattern is crucial for promoting the sustainable development of regional ecosystems. Ecological sources form the basis of ecological security pattern construction, and their identification and extraction play an important role in the development of ecological corridors and nodes. The relationship between society and ecosystem has been ignored in the identification of ecological source areas, and the rapid development of cities requires sufficient ecological source areas. Therefore, taking Chifeng as the research area, the initial ecological source area was identified based on the "ecosystem service supply-demand relationship-ecological sensitivity-landscape connectivity" framework, and the optimal diffusion distance of the source area was determined according to the proportion of ecological land to optimize the ecological source area. Land development probability was used to modify the resistance surface, and circuit theory was employed to identify ecological corridors and nodes, thus constructing an ecological security pattern. The results showed that: ① The spatial matching degree of ecosystem service supply and demand in Chifeng was low, showing a spatial pattern of high supply-low demand in the north and southwest and low supply-high demand in the middle and southeast. ② After optimization, the ecological source area expanded to 3 210.56 km2, mainly located in the forest and water areas in the northwest and southwest corners of the study area. A total of 84 ecological corridors and 33 ecological nodes were obtained from the optimized source area, which improved the connectivity of the ecological network. ③ Combined with the distribution characteristics of natural conditions and ecological factors in the study area, the ecological security pattern of "one ecological barrier, three ecological areas, multiple corridors, multiple points" was proposed, and ecological restoration was carried out according to local conditions in different regions. This study provides a new approach for the construction of ecological security patterns and offers scientific guidance for ecological sustainable development.
Key words:
ecological security pattern
ecosystem service supply and demand
ecological source optimization
circuit theory
Chifeng
自20世纪中期以来, 社会经济的快速发展给生态系统服务和区域生态安全带来了巨大压力[1], 资源枯竭与环境恶化不断加剧, 引发了固碳能力下降、水土流失和土地沙化等生态环境问题[2, 3]. 为应对生态退化风险, 习近平总书记提出了“山、水、林、田、湖、草、沙生命共同体”的新思想[4]. 全面构建生态安全格局不仅是当前国土空间优化和生态保护修复研究的热点, 也是科学落实山水林田湖草沙一体化保护与修复的有效方法[5].
国外学者针对生态全格局的优化研究始于20世纪60年代[6], 在生物栖息地保护[7]和生态网络等方面进行了深入探索[8], 并形成了较为成熟的方法体系[9]. 国内最早由俞孔坚提出的景观生态安全格局概念[10], 历经多年发展, 已逐步形成“生态源地-阻力面-生态廊道”的基本模式[11]. 首先, 生态源地识别主要通过两种途径来实现. 第一种是直接判断法, 即将自然保护区、国家公园和面积较大的林地斑块等确定为源地[12], 但该方法具有一定的主观性, 第二种是综合评价法, 基于“重要性-敏感性-连通性”等方面对生态源地进行识别[13], 其重点在于自然评价因子的选择, 难以反映人类需求；其次, 在阻力面构建上, 大多以土地覆盖类型赋值, 并通过人类活动干扰对阻力面进行修正[14], 但考虑生态屏障区的特殊性, 应充分顾及多种因素共同作用下的用地空间格局变化的影响；最后, 生态廊道提取主要使用最小累计阻力模型[15]和电路理论模型[16], 相比之下, 电路理论模型可以很好地表现物种的随机游走特点, 并能识别出生态夹点和生态障碍点[17], 从而更好地对重点区域进行修复. 生态源地作为构建生态安全格局的基础, 在兼顾生态系统服务供给的基础上, 也应把生态系统服务需求纳入生态安全评估中, 才能识别出更有价值的源地. 此外, 现有的生态源地识别研究中大多只注重当前源地本身[18], 而随着人类日益增长的生态需求, 现有源地不能满足未来发展的需要, 需深入探讨生态源地优化与优化后对生态安全格局产生的影响.
赤峰是我国北方重要的生态屏障区, 其生态环境的状况直接影响到北方城市的生态安全.
然而, 受自然条件和人为不合理开发利用等多种因素的影响, 该区域生态问题频发, 严重威胁生态安全. 鉴于此, 本文提出一种基于“供需平衡-敏感性-连通性”方法识别初始生态源地, 并利用缓冲区分析法得到优化生态源地. 同时, 从土地发展概率的角度修正阻力面, 并结合生态廊道和生态节点构建赤峰生态安全格局, 以期为赤峰生态系统的可持续发展提供科学参考.
1 研究区概况与数据处理赤峰位于内蒙古自治区东南部, 占地面积约为9×104 km2（图 1）. 该区主要植被类型为森林和草原, 具有“山、水、林、田、湖、草、沙”的自然基础, 年均气温在0~7℃之间, 年均降水量381 mm. 全市地形和地貌情况错综复杂, 境内分布着两大沙地, 水土流失、石漠化等灾害频繁发生, 防风固沙任务面临着严峻挑战, 生态环境极其脆弱. 境内流域以西辽河为主, 降水量少, 人们对生产和生活用水的需求很大, 水资源匮乏. 赤峰是国家重要粮食生产基地, 粮食生产是当地居民生活的物质基础. 赤峰地处经济圈重要节点, 交通十分便利. 截至2020年底, 常住人口达403.59万人, 全市地区生产总值2 148.40亿元, 作为“一带一路”重要节点城市, 在经济稳定发展的同时, 城镇化水平也在持续提高, 区域二氧化碳排放量居高不下, 热岛效应日益严重. 因此, 加强环境保护与修复工作已成为当务之急.
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图 1 研究区位置和土地利用现状示意 Fig. 1 Study area location and land use status |
本文数据来源如下：2010年和2020年土地利用数据来源于武汉大学发布的中国土地覆盖数据集（http://doi.org/10.5281/zenodo.4417809）, 空间分辨率为30 m；高程数据来自地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/）, 空间分辨率30 m；土壤数据来源于世界土壤数据库（https://www.fao.org/soils-portal/data-hub/soil-maps-and-databases/harmonized-world-soil-database-v12/en/）, 该数据包含了土壤类型、根系深度和植物可用水含量等内容；归一化植被指数（NDVI）数据（250 m）由NASA网站（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/）MOD13Q1产品获取, 并通过像元二分法计算得到植被覆盖度（FVC）数据；2020年降水数据、蒸发量数据和气温数据由国家地球系统科学数据中心（http://www.geodata.cn/）获得；2020年道路交通数据和水体数据来自于Open Street MAP平台（http://www.openstreetmap.org/）；夜间灯光数据使用2020年的NPP-VIIRS数据, 来自美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心（http://ngdc.noaa.gov/eog/down-load.html.）, 详细处理过程可参考相关文献[19]；2020年1 km分辨率的人口密度数据来源于WorldPop（https://www.worldpop.org/）；其他统计数据均来自于2020年赤峰统计年鉴和2020年内蒙古统计年鉴；本研究数据转换为相同的坐标系和分辨率, 经裁剪得到研究区栅格数据.
2 研究方法 2.1 研究思路本研究构建生态安全格局框架如图 2所示：①基于生态系统供需平衡和生态敏感性评价确定初始生态源地, 并结合缓冲区分析从而获得优化生态源地；②根据PLUS模型得到土地发展概率, 并进一步构建综合阻力面；③利用电路理论提取生态廊道和生态节点, 构建赤峰生态安全格局, 提出了区域保护与修复方案.
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图 2 生态安全格局构建流程 Fig. 2 Ecological security pattern construction process |
2.2 生态源地识别
生态源地是指在保持景观连通性和高度生态敏感性的同时, 又具有较高生态系统服务供给/需求能力的斑块[20]. 本研究基于“山、水、林、田、湖、草、沙”要素所对应的指标特征, 从生态系统服务供给/需求能力和生态敏感性两个方面选择评价因子, 进而提取初始生态源地. 具体操作步骤如下.
2.2.1 生态系统服务供需量化本文结合研究区实际情况, 选择粮食生产、产水服务、碳固存、土壤保持和防风固沙等指标进行生态系统服务供需评价. 评估方法主要运用InVEST（integrated valuationof environmental services and tradeoffs）模型、修正通用土壤流失方程、修正风蚀方程以及基于统计数据和人口密度的公式.
（1）生态系统服务供给量评估 各项生态系统服务供给评估方法及计算步骤见表 1.
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表 1 生态系统服务供给评估方法 Table 1 Methods for evaluating supply of ecosystem services |
（2）生态系统服务需求量评估 各项生态系统服务需求评估方法及计算步骤见表 2.
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表 2 生态系统服务需求评估方法 Table 2 Methods for evaluating demand of ecosystem services |
2.2.2 生态系统服务供需比
生态系统服务供需比反映了生态系统服务的供需匹配关系（赤字或盈余）, 将生态供应与人类需求紧密联系起来. 计算公式如下：
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式中, ES和ED为生态系统服务供给和需求；ESmax和EDmax为生态系统服务供给和需求的最大值；CESDR为生态系统服务综合供需比；m为5种生态系统服务类型.
2.2.3 初始生态源地识别基于Jiang等[29]提出的综合生态系统服务高供给和综合生态系统服务高供需比斑块求交集来识别生态源地. 通过此方法获得的生态源地既能保障生态功能, 又能实现生态可持续发展. 具体步骤：首先, 将5种生态系统服务的供给图层分别进行标准化后叠加, 得到生态系统服务综合供给. 接着, 采用分位数法将综合供给图层和综合供需比图层划分成5个级别, 分别提取出最重要的斑块. 最后, 选择二者最重要区域的交集作为生态源地备选区1.
赤峰植被覆盖率高, 地形地貌复杂, 易造成地表植被破坏, 使基岩裸露, 产生石漠化和水土流失等危险. 因此, 本研究结合赤峰自然地理特征与人为因素选取石漠化、水土流失、高程、坡度、植被覆盖度、距水源距离、距国道、省道距离、土地利用和人口密度等9个因子进行生态敏感性评价, 采用组合赋权法[30]（遗传投影寻踪模型[31] -层次分析法[32]）确定各因子权重, 再进行叠加得到生态敏感性图层, 并使用自然断点法将结果划分成5个等级, 选择最重要区域作为生态源地备选区2. 将备选区1和备选区2求交集得到备选区3, 备选区3既反映生态系统持续提供生态系统服务的能力, 也体现源地本身对外界环境变化的响应. 为避免生态安全格局碎片化, 使用分段线性回归法剔除面积小于3 km2的斑块（图 3）, 并对剩余斑块进行景观连通性分析[33], 选取连通性高的作为初始生态源地.
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图 3 不同面积阈值下生态斑块数量和面积的影响 Fig. 3 Influence of ecological patch number and area under different area thresholds |
2.2.4 生态源地优化
鉴于现有生态源地不能满足未来城市发展的需求, 为保障区域的可持续发展, 需通过扩大生态源地面积来应对这一问题. 为确定初始生态源地的最佳扩散距离, 本文采用缓冲区分析法, 根据生态用地（林地、水域和草地）面积占比随缓冲区距离增加的变化关系, 对生态源地进行优化[34]. 其中本文将缓冲区半径设置为100~1 000 m（步长为100 m）.
本研究结果表明, 随着缓冲距离增大, 生态用地面积占比呈现：持续下降、先增后降、保持不变、先降后增和持续增长等5种变化趋势（图 4）. 设置最小生态用地面积来实现生态功能最大化是兼顾经济发展与环境保护的理想策略, 因此本文选择生态用地面积比例变化的突变点作为最优扩散距离. 并以最优扩散距离为半径, 通过ArcGIS缓冲区分析得到优化生态源地.
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1~46为源地数量；蓝色突变点表示最佳扩散距离 图 4 不同缓冲距离生态用地面积占比 Fig. 4 Ecological land area proportion of different buffer distances |
2.3 生态阻力面建立
阻力面是物种在不同景观间迁移需克服的阻力, 土地利用是人类对生态系统最直接的影响方式, 也是构建阻力面的基础[35]. 赤峰作为我国北方重要生态屏障, 以土地发展概率修正阻力面, 更能反映不同土地利用变化发展对阻力面的影响[36].
现有研究普遍认为土地利用变化是区域内自然因素、社会经济因素和可达性因素共同作用的结果[37]. 因此, 本文选取符合研究区特点的10个因素（高程、坡度、年均气温、年降水；GDP、人口密度、夜间灯光；距国道、省道距离、距水源距离、距城镇点距离）作为驱动因子, 使用PLUS模型中随机森林模块计算得到各用地类型未来发展概率[38], 并结合各用地类型相对阻力值, 得到土地发展概率的阻力因子. 赤峰多山多丘陵的地貌特征导致物种迁困难, 植被覆盖率高低也影响着生态阻力. 基于此, 综合考虑土地发展概率、高程、坡度和植被覆盖度的阻力面更具科学性.
宽度是影响廊道生态功能的重要因素, 在实际生态建设中, 需确保适当的廊道宽度, 以促进生物迁徙[39]. 本研究预设了现有生态廊道的缓冲区半径, 并分析不同廊道宽度下各土地利用类型面积占比, 如图 5所示, 相关研究表明[40], 生态廊道中建设用地占比小于10%, 建造难度低且有利于物种迁徙, 随着廊道宽度的增加, 建设用地占比始终小于10%, 生态用地占比呈现先增大后减小的趋势, 所以研究建议选择生态用地占比最大的550m为廊道宽度.
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图 5 不同宽度生态廊道用地构成 Fig. 5 Ecological corridor land composition of different widths |
2.4 生态安全格局构建
电路理论将物种在源地间流动视为电荷在电路中运动, 更能体现生物随机游走的特点[41]. 因此, 本研究使用电路理论识别生态廊道和生态节点, 进而构建生态安全格局. 利用Build Network and Map Linkages工具计算最小成本路径即为生态廊道[42]；Pinchpoint Mapper工具可生成电流密度等级, 将高电流值区域确定为生态夹点；生态障碍点由Barrier Mapper工具计算, 区域得分越高, 说明修复该区域能有效提高廊道连通性[43].
为验证生态源地优化的合理性, 利用网络结构分析法评估优化生态源地对生态网络的影响. 通常选取α[44]、β[45]和γ[46]指数对生态网络连接度进行分析. 公式如下：
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(3) |
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(4) |
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(5) |
式中, α为网络闭合度指数, 数值越大说明物质流动性越强；β为线点率指数, 反映网络复杂程度；γ为网络连接度指数, 值越大表示生态节点连接度越高；l为廊道数量, v为节点数量.
3 结果与分析 3.1 生态系统服务供需评价 3.1.1 生态系统服务供给格局赤峰各项生态系统服务供给在空间上存在差异（图 6）. 其中, 粮食供应高值区主要分布在研究区东部的耕地, 包括敖汉旗、翁牛特旗、宁城县和松山区等；研究区植被覆盖率较高, 林地和草地面积大, 碳固定服务能力强；产水服务受降水与蒸发量等因素影响, 高供给区主要分布在研究区东南部；土壤保持服务呈西高东低的格局, 主要是因为西部山区植被覆盖度良好, 而东部以耕地和建设用地为主, 土壤保持供给能力较弱；防风固沙服务供给高值区主要分布在西部和东南部, 该区域地势平坦, 植被覆盖度高, 土壤质地好, 而低供给区恰恰相反.
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图 6 生态系统服务供需空间格局 Fig. 6 Spatial pattern of supply and demand of ecosystem services |
赤峰生态系统服务综合供给呈现边缘高、中间低的分布格局（图 7）. 高供给区植被覆盖度高, 生态环境良好, 例如桦木沟森林公园、马鞍山森林公园和乌兰坝林场等；低供给区主要分布在沙漠和建设用地等生态环境脆弱地区, 例如翁牛特旗的布日敦沙漠, 红山区和松山区等.
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图 7 生态系统服务综合供给空间格局 Fig. 7 Spatial pattern of integrated supply of ecosystem services |
3.1.2 生态系统服务供需比格局
赤峰生态系统服务供需空间不匹配, 导致供需比格局也存在异质性. 其中粮食生产供需比体现四周低盈余、中间低赤字的分布格局；碳固定供需比在翁牛特旗、松山区以及克什克腾旗西部存在赤字, 其他部分均为盈余；产水服务供需比整体表现盈余的空间分布, 但在红山区和元宝山区等人口密集的地方为赤字, 该区域水资源需求量大；土壤保持供需比呈现南北盈余、东西赤字的分布特征；防风固沙供需比表现南北低盈余的分布特征, 在翁牛特旗和克什克腾旗赤字较高.
生态系统服务综合供需比表现出显著的空间差异（图 8）. 在研究区北部和西南部, 土地利用类型主要是森林, 植被覆盖率高, 人口密度小, 生态系统服务高供给和低需求导致较高的综合供需比, 而中部和东南部的一些区域, 由于建设用地和沙地的占比大、人口密集、供给少和需求大的因素导致生态综合供需比低.
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图 8 生态系统服务综合供需比空间格局 Fig. 8 Pattern of integrated supply-demand ratio of ecosystem services |
3.2 生态敏感性格局分析
赤峰生态敏感性单因子评价结果如图 9所示. 水土流失敏感性高值区主要分布在地势陡峭、植被覆盖度低、固土能力较弱的翁牛特镇、红山区和克什克腾旗等地区；石漠化易发生在喀斯特分布广泛, 基岩裸露, 大规模人为砍伐区域, 例如克什克腾石阵、喀喇沁镇月牙山溶洞以及翁牛特旗东部地区；高程和坡度呈现西高东低的空间格局；植被覆盖度敏感性高值区主要分布在西北和西南部, 林地和草地资源丰富, 生态环境良好；土地利用敏感性以高度敏感为主, 占全市面积的60.62%；境内有西拉沐伦河、老哈河、乌力吉沐沦河和查干沐沦河等, 距河流敏感性高的地区均靠近上述河流；赤峰交通便利, 有9条省道和6条国道, 离国道和省道距离越近, 敏感性越低；人口密度敏感性整体呈极敏感的分布格局, 其中, 敏感性低值区主要分布在松山区、红山区和元宝山区等经济发达且人口密集的地方.
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图 9 生态敏感性空间格局 Fig. 9 Spatial pattern of ecological sensitivity |
通过对生态敏感性单因子叠加得到生态敏感性综合评价结果（图 10）. 结果表明, 生态敏感性表现西北和西南高敏感, 东北和中部低敏感的空间格局. 高敏感区为桦木沟森林公园、乌兰布统草原和黑里河自然保护区等生态状况良好的地区；低敏感区主要分布在经济发达, 人口密集, 自然环境恶劣的区域, 例如元宝山区、红山区和翁牛特旗的玉龙沙湖附近.
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图 10 生态敏感性综合评价空间格局 Fig. 10 Comprehensive evaluation of spatial pattern of ecological sensitivity |
3.3 生态源地的空间分布
将综合供给、综合供需比和生态敏感性的最重要区域进行叠加得到生态源地备选区, 当最小面积阈值设置为3 km2时, 斑块数量下降至79个并保持相对稳定, 累积面积占比达到78.55%（图 3）. 接着使用Conefor2.6软件对斑块的连通性进行分析, 选择46个dPC > 0.5的斑块作为初始生态源地[图 11（a）], 初始生态源地大致分布在林地、草地、水域和自然保护区附近. 此外, 通过缓冲区分析使相邻生态源地聚集为一个整体. 优化后共形成36个生态源地[图 11（b）], 面积扩大到3 210.56 km2, 优化生态源地主要位于研究区西北和西南角.
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图 11 生态源地空间分布 Fig. 11 Spatial distribution of ecological source area |
3.4 阻力面、廊道和节点识别
基于土地发展概率修正阻力面结果（图 12）, 赤峰综合阻力面均值为3.14, 阻力值高的区域分布在研究区的南部和东部, 多为建设用地、人口密集区、耕地及沙漠地带, 不利于物种迁移.
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图 12 阻力面空间分布 Fig. 12 Spatial distribution of resistance surface |
在初始生态源地的基础上, 共识别出110条生态廊道和49个生态节点, 总长度为4 465.98 km[图 13（a）]. 经优化后, 减少至84条生态廊道和33个生态节点[图 13（b）], 去除了大量冗杂的廊道, 两种方案生成的生态廊道在空间分布上大致相同, 均分布在林地、自然保护区和生境质量高的地区附近, 生态阻力小, 促进生物迁移和能量流动. 此外, 生态节点包括生态夹点和生态障碍点两部分, 生态夹点主要分布在低阻力区域, 多是水域、林地和草地, 要重点保护夹点区域, 增强整体连通性；生态障碍点主要由建设用地和耕地构成, 不利于物种流动, 需采取相应措施进行修复.
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图 13 两种生态廊道方案 Fig. 13 Two ecological corridor schemes |
基于优化前后的网络结构对比分析, 发现优化后的α、β和γ等指数均有所提高（表 3）, 这表明优化后生态网络具有良好的连通性和物质循环能力.
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表 3 网络结构分析结果 Table 3 Results of network structure analysis |
3.5 生态安全格局构建
根据上述实验结果, 结合研究区实际情况, 以生态源地为划分依据, 以生态廊道为连接纽带, 以生态夹点和障碍点为修复重点, 本文提出了“一屏、三区、多廊、多点”的生态安全格局（图 14）.
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图 14 赤峰生态安全格局 Fig. 14 Ecological security pattern of Chifeng City |
“一屏”指大兴安岭-燕山余脉生态屏障, 该区域由林地和草地组成, 生态本底优越, 是生态源地集中分布区, 能有效保护屏障两侧的生态环境.
“三区”指生态保护区、生态恢复区和生态建设区, 其中保护区主要分布在研究区西部, 区域内生态源地和生态夹点较多, 森林覆盖率高, 因此针对此区域应以自然保护为主, 在林木主要生长季节进行全面封禁, 降低人为干扰, 促进林地自然更替；修复区主要集中在研究区中部, 包含较多生态夹点和障碍点, 区域内人类活动频繁, 草地退化和土地沙化严重, 可增加人工草地的面积, 引进抗风固沙植物, 降低沙化土地上人口密度, 避免因过度放牧引起水土流失；建设区主要位于敖汉旗、阿鲁科尔沁旗以及克什克腾旗南部, 生态源地较少, 过度开垦和耕种导致区域环境恶化, 防沙治沙工作仍需加大力度, 可通过提高人造林面积和发展生态经济林等方式, 在增加绿色资源的同时, 带动当地居民收入增长.
“多廊”是指连接生态源地的物种扩散通道, 呈网状分布, 其中两条横跨西拉沐伦河和老哈河, 应限制廊道周边建设用地的开发, 以促进物种迁徙.
“多点”包括生态夹点和生态障碍点, 应保护现有的生态夹点, 严禁在夹点处发展经济建设, 对于生态障碍点要及时修复, 增强廊道对源地的连通性. 本研究结果与《赤峰市国土空间总体规划（2021-2035）》（下称《规划》）的生态保护格局较为匹配.
4 讨论本研究将生态系统服务供需关系和生态敏感性结合起来进行生态源地识别, 在保持高度生态敏感性的同时, 又使所识别的源地提供优质的生态系统服务, 满足人类生态需求. 此外, 为满足城市快速发展所导致生态用地紧缺, 采用缓冲区分析法, 根据生态用地面积占比最大化优化生态源地, 优化后的源地可有效改善生态网络的连通性.
尽管本研究取得初步成果, 但仍有一定不足. 由于不同物种迁徙习性等信息难以获取, 且廊道宽度会随着地形和当地政策等因素发生变化, 本研究所设置的廊道宽度只供参考, 后续研究需深入探索适合该地区物种的生态廊道构建等问题. 此外, 本文构建的生态安全格局与《规划》构建的生态保护格局较为匹配, 且本文的分区、廊道、夹点和障碍点更为详细, 但仍需实地调查验证做进一步细化, 以提高修复的科学性与精准性.
目前, 我国生态安全格局研究已逐步转向城市, 而对具有复杂生态结构的生态屏障地区研究较少, 本研究可为我国生态屏障地区的生态安全格局建立提供科学依据.
5 结论（1）研究区生态系统服务供需空间不匹配, 呈现北部和西南部高供给-低需求, 中部和东南部低供给-高需求的空间格局.
（2）赤峰优化后生态源地有36个, 总面积为3 210.56 km2, 主要位于研究区西北和西南角的林地和水域, 确定了84条生态廊道, 总长度为4 034.34 km, 呈网状分布在植被覆盖度较高的区域, 生态节点33个（26个夹点和7个障碍点）, 其分布受廊道长度以及土地利用类型的影响.
（3）结合研究区自然情况和生态要素分布特征, 提出“一屏、三区、多廊、多点”的生态安全格局, 并提出相应的保护修复策略.
参考文献
| [1] | Jia Q Q, Jiao L M, Lian X H, et al. Linking supply-demand balance of ecosystem services to identify ecological security patterns in urban agglomerations[J]. Sustainable Cities and Society, 2023, 92. DOI:10.1016/j.scs.2023.104497 |
| [2] | Gou M M, Li L, OuYang S, et al. Integrating ecosystem service trade-offs and rocky desertification into ecological security pattern construction in the Daning river basin of southwest China[J]. Ecological Indicators, 2022, 138. DOI:10.1016/j.ecolind.2022.108845 |
| [3] | Chen J, Wang S S, Zou Y T. Construction of an ecological security pattern based on ecosystem sensitivity and the importance of ecological services: a case study of the Guanzhong Plain urban agglomeration, China[J]. Ecological Indicators, 2022, 136. DOI:10.1016/j.ecolind.2022.108688 |
| [4] |
油畅, 渠鸿娇, 郭泺. 山水林田湖草沙生命共同体理念下社会-生态系统时空耦合及模拟预测[J]. 生态学报, 2024, 44(7): 2745-2760. You C, Qu H J, Guo L. Spatio-temporal coupling and prediction of social-ecological systems under the "concept of life community of mountains, water, forests, fields, lakes, grasses, and sands[J]. Acta Ecologica Sinica, 2024, 44(7): 2745-2760. |
| [5] | Gao M W, Hu Y C, Bai Y P. Construction of ecological security pattern in national land space from the perspective of the community of life in mountain, water, forest, field, lake and grass: a case study in Guangxi Hechi, China[J]. Ecological Indicators, 2022, 139. DOI:10.1016/j.ecolind.2022.108867 |
| [6] | Wang K Y, Wang Z T. Network models and optimization of ecologo-economic systems[J]. IFAC Proceedings Volumes, 1987, 20(9): 627-631. |
| [7] | Zhou G J, Huan Y Z, Wang L Q, et al. Linking ecosystem services and circuit theory to identify priority conservation and restoration areas from an ecological network perspective[J]. Science of the Total Environment, 2023, 873. DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.162261 |
| [8] | Chen X Q, Kang B Y, Li M Y, et al. Identification of priority areas for territorial ecological conservation and restoration based on ecological networks: a case study of Tianjin City, China[J]. Ecological Indicators, 2023, 146. DOI:10.1016/j.ecolind.2022.109809 |
| [9] | Li L, Huang X J, Wu D F, et al. Construction of ecological security pattern adapting to future land use change in Pearl River Delta, China[J]. Applied Geography, 2023, 154. DOI:10.1016/j.apgeog.2023.102946 |
| [10] |
俞孔坚. 生物保护的景观生态安全格局[J]. 生态学报, 1999, 19(1): 8-15. Yu K J. Landscape ecological security patterns in biological conservation[J]. Acta Ecologica Sinica, 1999, 19(1): 8-15. |
| [11] |
王晓峰, 朱梦娜, 张欣蓉, 等. 基于"源地-阻力-廊道"的三江源区生态安全格局构建[J]. 生态学报, 2024, 44(11): 4609-4623. Wang X F, Zhu M N, Zhang X R, et al. Ecological security pattern construction of the Three-river Source Region based on source-resistance-corridor[J]. Acta Ecologica Sinica, 2024, 44(11): 4609-4623. |
| [12] |
邹珮雯, 徐昉. 生态安全格局构建及景观生态风险预测——以赛罕乌拉国家级自然保护区为例[J]. 生态学报, 2023, 43(23): 9981-9993. Zou P W, Xu F. Ecological security pattern construction and landscape ecological risk prediction: a case study of Saihanwula National Nature Reserve[J]. Acta Ecologica Sinica, 2023, 43(23): 9981-9993. |
| [13] |
孙丽慧, 刘浩, 汪丁, 等. 基于生态系统服务与生态环境敏感性评价的生态安全格局构建研究[J]. 环境科学研究, 2022, 35(11): 2508-2517. Sun L H, Liu H, Wang D, et al. Research on ecological security pattern construction based on the evaluation of ecosystem services and eco-environmental sensitivity[J]. Research of Environmental Sciences, 2022, 35(11): 2508-2517. |
| [14] |
赵诚诚, 潘竟虎. 基于供需视角的黄河流域甘肃段生态安全格局识别与优化[J]. 生态学报, 2022, 42(17): 6973-6984. Zhao C C, Pan J H. Ecological safety pattern identification and optimization based on the ecological supply and demand in Gansu section of the Yellow River Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(17): 6973-6984. |
| [15] |
崔嵩, 杜显磊, 贾朝阳, 等. 黑龙江省生态系统服务价值估算及其生态安全格局构建[J]. 环境科学, 2024, 45(11): 6489-6500. Cui S, Du X L, Jia Z Y, et al. Ecosystem service value estimation and ecological security pattern in Heilongjiang Province[J]. Environmental Science, 2024, 45(11): 6489-6500. |
| [16] |
覃彬桂, 林伊琳, 赵俊三, 等. 基于InVEST模型和电路理论的昆明市国土空间生态修复关键区域识别[J]. 中国环境科学, 2023, 43(2): 809-820. Qin B G, Lin Y L, Zhao J S, et al. Identification of key areas for the ecological restoration of territorial space in Kunming based on the InVEST model and circuit theory[J]. China Environmental Science, 2023, 43(2): 809-820. DOI:10.3969/j.issn.1000-6923.2023.02.034 |
| [17] |
冯琰玮, 甄江红, 田桐羽. 基于生态安全格局的国土空间保护修复优化——以内蒙古呼包鄂地区为例[J]. 自然资源学报, 2022, 37(11): 2915-2929. Feng Y W, Zhen J H, Tian T Y. Optimization of land protection and restoration based on ecological security pattern: a case study of Hohhot-Baotou-Ordos Region in Inner Mongolia[J]. Journal of Natural Resources, 2022, 37(11): 2915-2929. |
| [18] | Ding M M, Liu W, Xiao L, et al. Construction and optimization strategy of ecological security pattern in a rapidly urbanizing region: a case study in central-south China[J]. Ecological Indicators, 2022, 136. DOI:10.1016/j.ecolind.2022.108604 |
| [19] |
郝瑞军, 魏伟, 刘春芳, 等. 中国能源消费碳排放的空间化与时空动态[J]. 环境科学, 2022, 43(11): 5305-5314. Hao R J, Wei W, Liu C F, et al. Spatialization and spatio-temporal dynamics of energy consumption carbon emissions in China[J]. Environmental Science, 2022, 43(11): 5305-5314. |
| [20] |
杨亮洁, 王晶, 魏伟, 等. 干旱内陆河流域生态安全格局的构建及优化——以石羊河流域为例[J]. 生态学报, 2020, 40(17): 5915-5927. Yang L J, Wang J, Wei W, et al. Ecological security pattern construction and optimization in Arid Inland River Basin: a case study of Shiyang River Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2020, 40(17): 5915-5927. |
| [21] |
余昊轩, 汤江龙, 陈荣清. 湖北省生态系统服务供需时空演变特征及其多尺度的空间平衡与匹配分析[J]. 环境科学, 2024, 45(11): 6477-6488. Yu H X, Tang J L, Chen R Q. Spatiotemporal evolution characteristics and multi-scale spatial balance and matching analysis of ecosystem service supply and demand in Hubei Province[J]. Environmental Science, 2024, 45(11): 6477-6488. |
| [22] |
徐文彬, 饶良懿. 土地利用和气候变化对农牧交错带生态系统服务的影响[J]. 环境科学, 2023, 44(9): 5114-5124. Xu W B, Rao L Y. Impacts of land use and climate change on ecosystem services in agro-pastoral ecotone[J]. Environmental Science, 2023, 44(9): 5114-5124. |
| [23] |
闫豫疆, 李建贵, 李均力, 等. 面向生态系统服务供需的开都-孔雀河流域生态安全格局研究[J]. 干旱区研究, 2023, 40(5): 829-839. Yan Y J, Li J G, Li J L, et al. Construction of ecological security patterns in the Kaidu-Kongque River Basin based on the supply and demand of ecosystem services[J]. Arid Zone Research, 2023, 40(5): 829-839. |
| [24] | Zhang X R, Wang Y S, Yuan X F, et al. Identifying ecosystem service supply-demand imbalance for sustainable land management in China's Loess Plateau[J]. Land Use Policy, 2022, 123. DOI:10.1016/j.landusepol.2022.106423 |
| [25] |
石晶, 石培基, 李雪红, 等. 石羊河流域生态系统服务时空变化及其多尺度影响因素研究[J]. 地理科学进展, 2024, 43(2): 276-289. Shi J, Shi P J, Li X H, et al. Spatial and temporal variability of ecosystem services in the Shiyang River Basin and its multiscale influencing factors[J]. Progress in Geography, 2024, 43(2): 276-289. |
| [26] |
张中浩, 张永瑶, 胡熠娜, 等. 基于"水-能源-粮食"纽带的生态系统服务供需关系时空分布研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例[J]. 生态学报, 2023, 43(22): 9430-9445. Zhang Z H, Zhang Y Y, Hu Y N, et al. Spatial and temporal distribution of supply-demand of ecosystem services in the demonstration zone of green and integrated ecological development of the Yangtze River Delta from the perspective of water-energy-food nexus[J]. Acta Ecologica Sinica, 2023, 43(22): 9430-9445. |
| [27] | Wu S Y, Zhao C, Yang L, et al. Spatial and temporal evolution analysis of ecological security pattern in Hubei Province based on ecosystem service supply and demand analysis[J]. Ecological Indicators, 2024, 162. DOI:10.1016/j.ecolind.2024.112051 |
| [28] | Wang Y W, Hong S, Wang J Z, et al. Complex regional telecoupling between people and nature revealed via quantification of trans‐boundary ecosystem service flows[J]. People and Nature, 2022, 4(1): 274-292. DOI:10.1002/pan3.10298 |
| [29] | Jiang H, Peng J, Dong J Q, et al. Linking ecological background and demand to identify ecological security patterns across the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in China[J]. Landscape Ecology, 2021, 36(7): 2135-2150. DOI:10.1007/s10980-021-01234-6 |
| [30] |
何苏玲, 邹凤琼, 王金亮. 基于AHP和MSE赋权法的龙南县生态敏感性评价[J]. 生态学杂志, 2021, 40(9): 2927-2935. He S L, Zou F Q, Wang J L. Ecological sensitivity evaluation of Longnan County based on AHP and MSE weighting method[J]. Chinese Journal of Ecology, 2021, 40(9): 2927-2935. |
| [31] | Tang Q, Wang J m, Jing Z R. Tempo-spatial changes of ecological vulnerability in resource-based urban based on genetic projection pursuit model[J]. Ecological Indicators, 2021, 121. DOI:10.1016/j.ecolind.2020.107059 |
| [32] | Zheng Y W, Gao L, Li S, et al. A comprehensive evaluation model for full-chain CCUS performance based on the analytic hierarchy process method[J]. Energy, 2022, 239. DOI:10.1016/j.energy.2021.122033 |
| [33] |
胡西武, 贾天朝. 基于生态敏感性与景观连通性的三江源国家公园生态安全格局构建与优化[J]. 长江流域资源与环境, 2023, 32(8): 1724-1735. Hu X W, Jia T C. Construction and optimization of ecological security pattern in Three-River-Source National Park based on ecological sensitivity and landscape connectivity[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2023, 32(8): 1724-1735. |
| [34] | Fu Y J, Shi X Y, He J, et al. Identification and optimization strategy of county ecological security pattern: a case study in the Loess Plateau, China[J]. Ecological Indicators, 2020, 112. DOI:10.1016/j.ecolind.2019.106030 |
| [35] |
曹秀凤, 刘兆顺, 李淑杰, 等. 基于生态安全格局的国土空间生态修复关键区域识别——以吉林省松原市为例[J]. 中国环境科学, 2022, 42(6): 2779-2787. Cao X F, Liu Z S, Li S J, et al. Identification of key areas of ecological protection and restoration based on the pattern of ecological security: a case of Songyuan City, Jilin province[J]. China Environmental Science, 2022, 42(6): 2779-2787. DOI:10.3969/j.issn.1000-6923.2022.06.033 |
| [36] |
吴映梅, 李琛, 高彬嫔, 等. 高原湖泊城市生态安全格局构建——以大理市为例[J]. 生态学报, 2023, 43(19): 8153-8166. Wu Y M, Li C, Gao B P, et al. Construction of urban ecological security pattern in highland lakes cites: the case of Dali City[J]. Acta Ecologica Sinica, 2023, 43(19): 8153-8166. |
| [37] |
向籽佺, 刘峰, 唐雨婷, 等. 差异化乡村振兴路径下村域土地利用变化特征及其驱动归因——以重庆市江津区两个村为例[J]. 长江流域资源与环境, 2023, 32(5): 973-984. Xiang Z Q, Liu F, Tang Y T, et al. Changing characteristics of land use and their driving attribution in village areas under different rural revitalization paths: a case of two villages in Jiangjin District, Chongqing[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2023, 32(5): 973-984. |
| [38] | Li C, Wu Y M, Gao B P, et al. Construction of ecological security pattern of national ecological barriers for ecosystem health maintenance[J]. Ecological Indicators, 2023, 146. DOI:10.1016/j.ecolind.2022.109801 |
| [39] |
孙枫, 章锦河, 王培家, 等. 城市生态安全格局构建与评价研究: 以苏州市区为例[J]. 地理研究, 2021, 40(9): 2476-2493. Sun F, Zhang J H, Wang P J, et al. Construction and evaluation of urban ecological security pattern: a case study of Suzhou city[J]. Geographical Research, 2021, 40(9): 2476-2493. |
| [40] |
董毓伊, 冯秀丽, 黄俊杰, 等. 国土空间生态保护修复重点区域识别研究——以宁波市为例[J]. 中国土地科学, 2023, 37(6): 96-105. Dong Y Y, Feng X L, Huang J J, et al. Research on the identification of key areas for ecological protection and restoration: a case study on Ningbo City[J]. China Land Science, 2023, 37(6): 96-105. |
| [41] |
周璟, 王宏卫, 谈波, 等. 开都河流域生态安全格局构建与生态修复分区识别[J]. 生态学报, 2022, 42(24): 10127-10137. Zhou J, Wang H W, Tan B, et al. Construction of ecological security pattern and identification of ecological rehabilitation zones in Kaidu River Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(24): 10127-10137. |
| [42] |
韩王亚, 夏双双, 周维, 等. 基于生态廊道识别的拉萨河流域生态安全格局构建[J]. 生态学报, 2023, 43(21): 8948-8957. Han W Y, Xia S S, Zhou W, et al. Constructing ecological security pattern based on ecological corridor identification in Lhasa River Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2023, 43(21): 8948-8957. |
| [43] |
韦宝婧, 苏杰, 胡希军, 等. 基于"HY-LM"的生态廊道与生态节点综合识别研究[J]. 生态学报, 2022, 42(7): 2995-3009. Wei B J, Su J, Hu X J, et al. Comprehensive identification of eco-corridors and eco-nodes based on principle of hydrological analysis and Linkage Mapper[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(7): 2995-3009. |
| [44] | Dai L, Wang Z J. Construction and optimization strategy of ecological security pattern based on ecosystem services and landscape connectivity: a case study of Guizhou Province, China[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2023, 30(15): 45123-45139. |
| [45] | Huang X X, Wang H J, Shan L Y, et al. Constructing and optimizing urban ecological network in the context of rapid urbanization for improving landscape connectivity[J]. Ecological Indicators, 2021, 132. DOI:10.1016/j.ecolind.2021.108319 |
| [46] | Zhao Y, Qian W Q, Liu X Y, et al. Assessing and optimizing the effectiveness of protected areas along China's coastal region: a social-ecological protected area network study[J]. Journal of Environmental Management, 2024, 349. DOI:10.1016/j.jenvman.2023.119338 |