2025, Vol. 46
人类生存发展与自然生态系统密切关联, 良好的生态环境已经成为影响区域稳定发展的必要条件和前提[1]. 随着城镇化进程加快, 土地利用方式发生了巨大的变化, 生态系统服务功能退化, 给社会经济发展增加了自然环境与生态的刚性约束[2], 所以如何确保生态系统结构与功能的稳定, 如何实现可持续发展成为这个时代的主题[3]. 国土空间生态修复是缓解人地矛盾和保障人类福祉的重要途径[4]. 而构建生态安全格局是识别和优化国土空间修复关键区域的重要方法, 是推进国土空间修复目标和保障生态系统稳定的基础, 对国土空间系统性修复具有参考意义[5, 6].
20世纪90年代末, 俞孔坚教授在国际上提出了建立生态安全格局的理论和方法[7, 8]. 联接生态系统的完整性和稳定性的生态安全格局框架在这一过程中逐渐获得关注, 被视为保障和监管生态安全的直接桥梁[9, 10], 形成构建生态安全格局基本范式：“生态源地识别→生态阻力面设置→生态廊道提取”[11, 12]. 生态源地是生物栖息地、生态系统提供产品和服务以及生态要素流动的斑块[13], 当前源地的识别方法主要包括：直接根据自然保护区识别生态源地, 通过生态敏感性、脆弱性、生境质量和生态系统服务功能等评估方法, 但以上方法会导致源地破碎模式的形成, 基于网格值分布的高低分级缺乏对网格空间聚类关系的考虑, 容易出现空心斑块等破碎化现象[14, 15]. 因此, 独立评估生态源地的方法, 不考虑斑块之间的关系, 会导致生态源地提取更加碎片化, 从而降低景观连通性[16]. 有学者基于MSPA（形态学空间格局分析）识别生态源地, MSPA方法是一种对二值栅格土地利用数据进行形态图像处理的技术, 近年来在生态安全格局构建中得到了广泛应用. 然而, MSPA方法忽略了生态系统的可持续性和敏感性. 生态阻力面是模拟现实环境中物种迁移难易程度的模拟面, 用来表示景观要素的可达度, 是生态源地扩散时的阻力障碍分布, 基于动物的迁移特性、土地利用类型、人类活动和需求等因素构建[17]. 生态廊道当前主要运用最小阻力模型（MCR）和电路理论模型识别[18]. 电路理论模型借助电流在电阻面内的随机游走特性模拟物种迁徙, 电流强弱直观反馈廊道及节点的重要程度, 具有准确识别节点位置的优势, 弥补了其他模型难以反映信息交流的缺陷, 为国土空间生态修复关键区域识别提供科学依据[19, 20]. 以“源地-阻力面-廊道”构建的阻力面能直观地反映生态源地和廊道的空间格局, 但却无法分析生态安全格局的整体结构特征, 因此有学者通过景观格局指数法、网络结构-重力模型法和图论法评价生态安全格局. 图论理论作为数学学科中的一个分支, 可以从数字角度揭示生态安全格局的空间分布, 生态安全格局在景观生态学的图论研究中被简化为点、线结构的图形, 主要作用是表示栖息地斑块之间景观连通的状况, 如魏雯等[21]基于图论模型评价了西双版纳州亚洲象生境网络, 王子林等[22]引入图论法定量化评估武汉市生态安全格局优化.
鉴于此本文以甘肃沿黄地区为例, 耦合Zontion-MSPA模型科学识别生态源地. Zonation（空间优先保护模型）是基于特定的算法, 生成高精度的细胞尺度嵌套空间保护优先映射, 能解决生态源地识别中忽略生态系统和减少破碎化的瓶颈问题[23]. MSPA模型可与景观连通性相结合, 对空间格局中的土地利用数据进行识别和处理, 得到对景观连通性保持重要作用的斑块类型. 因此耦合Zontion-MSPA模型可以从连通性、可持续性以及稳定性出发, 多角度地识别生态源地. 本文采用最小阻力模型（MCR）提取最小累计阻力面, 提取生态廊道, 构建黄河流域甘肃段生态安全格局, 并运用图论法评价生态安全格局. 采用电路理论模型识别生态夹点和障碍点, 识别出生态修复关键区域. 最后, 提出生态修复策略与实施方案, 优化生态安全格局, 以期推进黄河流域国土空间系统修复和综合治理.
1 研究区概况甘肃沿黄地区（100°~108.5°E, 33°~37.5°N, 图 1）位于黄河上游, 总面积14.3×104 km2, 占黄河流域总面积的17.65%. 包括陇东黄土高原区、陇中黄土高原丘陵沟壑区和甘南高原区三大地貌单元, 属温带大陆性气候, 区域年均降水量400 mm, 年平均气温7℃, 是黄河上游重要的生态涵养区. 黄河流经兰州、白银、天水、武威、定西、平凉、庆阳、甘南和临夏等9市（州）；该地区干旱少雨, 水资源分布不均, 风蚀现象严重, 生态环境敏感脆弱, 水土流失等生态环境问题突出. 甘肃沿黄地区是黄河流域重要的水源涵养区和生态补给区, 直接关系到黄河流域的生态安全. 近年来, 随着社会经济快速增长, 加剧了黄河流域生态系统功能退化、水资源不足、生态环境恶化等问题[24]. 《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》中提出加强上游水源涵养能力, 聚焦重点区域, 加快遏制生态退化趋势, 通过自然恢复和实施重大生态保护修复项目, 恢复重要生态系统. 所以构建和评估生态安全格局并提出针对性修复策略尤为重要.
|
图 1 研究区位置示意 Fig. 1 Study area location |
本研究采用数据包括土地利用/覆被数据、DEM数据、土壤数据、气象数据、降水数据、植被覆盖数据、区位数据和自然保护区数据. 数据统一处理为1 km×1 km栅格数据. 数据来源见表 1.
|
表 1 数据来源及说明 Table 1 Description and data source |
2.2 研究方法 2.2.1 生态安全格局构建 2.2.1.1 生态源地识别
从生态系统可持续性、稳定性以及整体性等多角度出发[25], 本文采用“生态源地选取-生态源地修正-生态源地检验”的分析框架选取生态源地（如图 2）. 生态系统服务重要性评价主要是从生态系统的可持续性出发, 通过分析地域之间在水源涵养、土壤保持、碳固持和生境质量这4个方面的分异规律, 结合Zonation筛选出具有重要生态价值的关键区域. 生态敏感性主要从生态稳定性的角度出发, 分析生态过程对环境变化的响应, 采用Zonation判别出高敏感区域. 其次考虑到景观连通性, 本文采用形态学空间分析（MSPA）修正生态源地, 最后采用研究区内国家和省级自然保护区检验选取的生态源地.
|
图 2 生态源地选取框架 Fig. 2 Framework of ecological source selection |
（1）生态系统服务功能重要性评估 生态系统服务指生态系统为人类生产生活所提供的环境条件和物质产品的统称[26], 生态系统服务功能重要性评估结果可作为生态系统管理、保护和修复的依据. 因此, 本研究将从水源涵养、土壤保持、碳固持和生境质量这4个方面出发评估甘肃沿黄地区生态系统服务功能的重要性. 详细的指标测算及方法如表 2.
|
|
表 2 生态系统服务功能重要性评估指标 Table 2 Assessment indicators of functional importance of ecosystem services |
（2）生态敏感性评价 人类活动与自然环境变化是影响生态敏感性的重要因素, 敏感性因子参考胡西武等[17]的研究确定, 选取DEM、坡向、坡度、土地利用类型和植被覆盖度这5个因子作为生态敏感性评价指标. 采用Zonation空间保护优先排序识别出生态极敏感区.
（3）Zonation模型 Zonation以迭代的方式产生互补性驱动的景观保护等级, 此模型初步假设整体景观受到保护, 然后确定边际损失最小的单元并逐步去除, 最终留下最高保护价值的区域, 得到空间优先保护格局[37]. Zonation可以考虑不同物种潜在的核心区域, 同时识别出保持景观连通性的关键区域, 为确定保护区的优先次序提供一种方法[38, 39]. 本研究选择加性效益函数（AKF）作为单元去除规则.
（4）形态学空间格局分析（MSPA）与景观连通性分析 形态学空间格局分析是一种图像处理方法, 利用腐蚀、膨胀以及开闭运算, 通过识别、分割和调整整体空间格局, 从而有效确定景观类型和结构[40]. 本文将林地、高覆盖度草地和水域作为前景, 其余地类作为背景, 然后将前景按形态分为核心区、岛状板块、孔隙、边缘区、桥接区、环岛区和支线这7类, 进而识别出对景观连通度具有重要作用的类型[41].
2.2.1.2 生态阻力面构建最小累积阻力模型是构建生态安全格局的经典模型, 该模型用来计算物种在通过不同生态源地时所耗费的代价, 生态系统功能越强, 所耗费的代价就越小. 该模型能较好模拟不同基底对物质流和生态流的阻力大小[42], 基本公式如下：
|
(1) |
式中, MCR为最小累积阻力值；Dij为从景观单元j到i的空间距离；Ri为景观单元i对生态过程的阻力系数；f为MCR与生态过程的正相关关系.
在综合考虑自然条件和人类活动的基础上, 参考前人关于生态阻力面构建以及关于生态阻力系数的研究[43]. 本文选取土地覆盖类型、植被覆盖度、高程、坡度和地形起伏度共5个指标作为阻力因子构建综合生态阻力面（表 3）. 采用层次分析法确定各阻力因子指标权重, 使用SPSSRO软件判别矩阵的检验系数, 得到各阻力因子的权重.
|
|
表 3 生态源地扩张阻力因子与等级划分 Table 3 Resistance factors and grades of ecological source expansion |
2.2.1.3 生态廊道构建
生态廊道是信息传递、物种迁徙和能量流动的载体, 具有隔离保护的生态作用[44]. 本文采用Linkage Pathway工具提取源地间最小累积阻力路径确定为生态廊道. 用Centrality Mapper工具计算累计电流, 将廊道分为关键生态廊道与重要生态廊道.
2.2.1.4 生态夹点及障碍点识别生态夹点是廊道中电流密度最大的区域, 是物种迁移交流的途径中无其他可替代的区域, 若夹点的生态环境被破坏或发生退化, 极大可能降低生态网络的连通性和完整性. 形成夹点的原因往往是由于周围地区阻力值高, 夹点处廊道被挤压到相对狭窄的区域[45, 46]. 本文利用Linkage Mapper工具箱中的Pinchpoint Mapper模块来识别生态廊道中的夹点, 利用Barrier Mapper模块来识别障碍点.
2.2.2 生态安全格局评价本文将采用图论法参考文献[47~49]选用环度（α指数）、平均连通数（β指数）和可能连通率（γ指数）这3个指数评价生态安全格局. 公式如下：
|
(2) |
|
(3) |
|
(4) |
式中, KL为节点之间的连接数, KV为生态节点个数. α在0~1之间, 0为生态网络中没有形成环路, 1为生态网络中可能形成最大环路. β指数介于0~3, 当β=0时, 表明生态网络中有源地未连通, 当β=1时, 表面生态网络中生态节点、生态廊道形成的是单一回路, 当β=2时, 表明生态网络呈现方格状结构, 网络结构复杂；当β=3时, 则表明生态网络在空间分布呈现的结构非常完善. γ指数介于0~1, 当γ=0, 表示节点之间均不相连, 当γ=1时, 表示网络中任意两个节点间都会发生连接.
3 结果与分析 3.1 生态源地识别 3.1.1 生态系统重要性评价 3.1.1.1 生态系统服务功能重要性评价分析根据生态系统服务功能重要性评价体系, 分别对水源涵养、土壤保持、碳储量和生境质量用Zonation模型进行空间优先保护排序, 极重要区是维护生态系统稳定安全的重要区域, 是不可替代和重点保护的关键区域. 如图 3（a）和表 4所示水源涵养的极重要区占比为12.7%, 主要分布在甘南的玛曲县、碌曲县、卓尼县、迭部县和合作市, 多由草地和林地组成. 土壤保持极重要区占0.25%, 占比较少, 且分布细碎化[图 3（b）]. 陇中和陇东地区水土流失严重, 土壤保持能力相对较低, 土地沙化严重, 土层薄弱且土壤质量普遍不高, 大量贫瘠的盐碱地连片分布, 面临着土壤流失风险. 碳固持的极重要区占比为12.3%, 主要集中在甘南的高覆盖度植被带玛曲县、碌曲县、卓尼县、迭部县和合作市[图 3（c）]. 生境质量极重要区占比10.3%, 主要分布在研究区内自然保护区所在地[图 3（d）]. 而生境质量较低地区主要分布在兰州、白银等建设用地多和人类活动密集的地方. 整体来看, 甘肃沿黄地区生态系统服务存在较大的空间异质性, 生态系统服务功能重要性呈现出“西南高-东北低”的空间格局[图 4（a）].
|
图 3 4种生态系统服务功能重要性空间分布 Fig. 3 Importance of the four ecosystem services in terms of spatial distribution |
|
|
表 4 生态系统服务极重要区分类统计 Table 4 Classification statistics of ecosystem services |
|
（a）生态系统服务重要性；（b）生态敏感性；（c）生态系统重要性 图 4 Zonation模型结果叠加空间分布 Fig. 4 Spatial distribution of the results of the overlaid Zonation model |
选取DEM、坡向、坡度、土地利用类型和植被覆盖率这5个因子作为生态敏感性评价指标. 采用Zonation空间保护优先排序识别出生态极敏感区, 得到黄河流域甘肃段的生态敏感性空间分布[图 4（b）], 从空间布局来看, 研究区内极敏感区分布较多, 主要分布在生态系统服务功能重要区域, 占研究区总面积的20.7%.
采用Zonation模型将生态系统服务重要性空间分布[图 4（a）]与生态敏感性空间分布[图 4（b）]进行重要性排序, 得到生态系统重要性空间分布[图 4（c）]. 选择前10%作为生态系统重要区域. 甘南是生态系统重要区域分布最多的地方, 一方面, 甘南是黄河流域甘肃段各项生态系统服务功能极重要区域, 另一方面, 由于近年来甘南高原湿地萎缩、草场超载导致各项生态系统功能弱化, 属于生态极脆弱区. 因此, 甘南作为黄河流域水源涵养的重点区域, 需要优先保护.
3.1.2 MSPA（形态学空间格局）分析结果由图 5可见, 核心区总面积约28.47万hm2, 占研究区总面积的19.91%, 主要分布在甘南、天水东南部、庆阳东部和天祝藏族自治县. 岛状斑块彼此不相连的孤立和破碎的小斑块, 可以作为生物的踏脚石, 总面积为14 hm2. 边缘区是核心斑块的外部边缘, 总面积为3.7万hm2, 孔隙是斑块的内部边缘, 都为产生边缘效应的区域, 总面积0.7万hm2, 分别占总面积的0.2%和0.48%. 桥接区面积为0.05万hm2, 是景观中的结构性廊道, 对物种的迁移与扩散具有重要的生态学意义. 支线分别连接核心区和其他景观类型, 具有一定的连通作用, 面积为0.02万hm2.
|
图 5 MSPA识别结果 Fig. 5 Results of MSPA identification |
本研究共提取了排名前60的生态源地, 总面积共21.50万hm2, 根据斑块重要性指数（DPC）的大小, 将生态源地划分为核心区生态源地（95.7≥DPC > 9.7）、重要生态源地（9.7≥DPC > 3.6）和一般生态源地（3.6≥DPC > 0）（图 6）. 其中50号斑块的DPC值最大, 为95.7, 面积为12.26万hm2, 主要分布在合作市、夏河县、碌曲县和卓尼等县. 该区域以大面积覆盖的林地和草地为主, 生态环境良好. 通过与自然保护区位置图叠加, 甘肃尕海-则岔、洮河、甘肃莲花山、太子山、兴隆山、子午岭以及祁连山等多数自然保护区都在识别的生态源地内.
|
1~60为源地斑块编号 图 6 生态源地与自然保护区叠加 Fig. 6 Ecological source areas overlaid with nature reserves |
根据表 3计算阻力因子指标得到综合阻力面[图 7（f）]. 整体来看, 阻力值高的地区主要分布在陇中地区, 具体来看, 阻力值分布较高的地方主要分布在兰州和白银. 这主要与人口和产业聚集相关, 阻碍了生态过程的正常流通.
|
图 7 甘肃沿黄地区各因子阻力面和综合阻力面 Fig. 7 Resistance surfaces of factors and integrated resistance surfaces along the Yellow River in Gansu Province |
生态廊道识别结果如图 8, 共提取生态廊道112条, 总长度为4 159.96 km, 平均长度为37.14 km, 其中最短的生态廊道长度为0.3 km, 最长的廊道长度为429.19 km, 位于连接白银市平川区的8号斑块和平凉市合水县的14号生态源地斑块. 通过采用Centrality Mapper模块进行中心度识别, 根据电流累计值筛选出关键生态廊道（405≥Centrality值> 100）和重要生态廊道（100 > Centrality值> 10.7）, 其中关键生态廊道共43条. 生态廊道极易受到人类活动的影响, 应识别其途径的重点部位, 并对其进行保护与修复.
|
图 8 生态廊道空间分布 Fig. 8 Spatial distribution of the ecological corridor |
整体来看, 甘肃沿黄地区生态安全格局表现为“三纵-四横-三区”的网状空间结构特征（图 9）. 其中“三纵”包括：祁连山-白银黄河带-六盘山-崆峒山-子午岭生态廊道、吐鲁沟国家森林-白银黄河带-六盘山-子午岭生态廊道和吐鲁沟-刘家峡-兴隆山-野河-秦岭生态廊道；“四横”包括：甘南-太子山-吐鲁沟-祁连山、黄河首曲湿地-尕海-洮河-太子山-兴隆山-白银、洮河-漳县-白银和洮河-漳县-天水-平凉；“三区”包括：甘南生态保育区、陇中生态治理区（重点区域为兰州-白银沿黄地带）以及陇东生态防护区+生态廊道建设区.
|
图 9 甘肃沿黄地区生态安全空间分布特征 Fig. 9 Spatial distribution characteristics of ecological security along the Yellow River of Gansu Province |
另外, 本文采用图论法评价黄河流域生态安全格局整体连通状况. 通过选择环度（α指数）、线点率（β指数）和连通度（γ指数）从生态网络形成回路、复杂性和连通性3个方面展开评价. 研究区生态安全格局包含生态源地（KV）60个和生态廊道（KL）112条, 根据生态安全评价公式, 计算得到研究区生态安全格局空间分布结构特征指数. 黄河流域甘肃段生态安全格局环度α=0.47, 表明研究区有环路, 但环路一般, 表明物种的移动和生态流动过程中有阻碍, 因此, 亟需加强生态网络建设, 修复该生态网络薄弱环节, 从而提高源地间的连通度. 线点率β=1.87, β > 1, 表明研究区是一种复杂的连接结构, 但各斑块的连接水平一般. 连通度γ=0.64, 处于中等水平, 表明生态网络连接在空间上分布不均, 并且有部分地区网络连接冗余, 及时修复受损区域, 可提高整体连通度.
3.4 国土空间生态修复区域识别 3.4.1 生态夹点识别生态夹点易受到外部环境因素的影响, 从而阻碍物种的移动和生态流的流动. 基于提取的生态廊道, 采用Pinchpoint Mapper模块识别生态夹点, 共识别到生态夹点126个（图 10）, 面积约1 093.6万hm2. 从空间上来看, 生态节点主要集中分布在陇中地区, 甘南地区略有分布. 其中11号生态源地斑块周围生态夹点分布最多, 这主要是因为11号生态源地斑块位于河流附近, 河流廊道本身就有较强的生态流动性, 形成夹点的可能性高, 而源地间廊道连接时, 交界处为物质能量流动的关键区域, 也易形成夹点[50]. 与生态阻力面叠加之后, 发现生态夹点均位于阻力值较小的地方, 且周边的区域均为高阻力. 与土地利用现状图叠加后发现, 生态夹点的现状用地主要为耕地和草地, 生态夹点周边区域的现状用地大多为建设用地, 由此可见, 生态夹点在承担重要连通功能的同时, 往往也面临着较强的人类活动干扰, 在保护生态网络完整性及生态修复过程中需优先对这些节点进行维护与管理.
|
图 10 甘肃沿黄地区待修复区域空间分布 Fig. 10 Spatial distribution of areas to be restored along the Yellow River in Gansu Province |
用Barrier Mapper模块来识别障碍点, 以300 m为最小搜索半径, 500 m为最大搜索半径, 共识别到障碍点475个（如图 10）, 将障碍点改善得分分为2级, 得到一级障碍点106个, 二级障碍点369个, 与现状用地叠加后发现主要用地是耕地、草地及河道. 从空间分布来看, 一级障碍点主要集中分布在兰州-白银地区, 定西市和天水市略有分布. 与生态阻力面叠加后, 发现生态障碍点主要分布在阻力值较高地区, 这主要是因为兰州和白银人口、产业相对聚集, 景观生态系统受人类活动干扰较大, 生态阻力较大, 对其进行优先修复能够极大地提升区域的连通性.
3.5 国土空间生态修复关键区域识别与优化基于对黄河流域甘肃段生态安全格局空间形态特征与整体连通度分析, 以及生态夹点和障碍点的识别（图 10）, 可以看出, 虽然黄河流域甘肃段“三纵-四横-三区”的生态安全格局形成的网络回路、连通度都处于中等水平, 但陇东地区整体廊道辐射单薄, 生态功能较弱, 生态安全稳定性有待提高；陇中北部地区生态夹点集中分布, 同时生态障碍点也出现集中分布, 严重影响生物流动性, 亟需生态修复；“三纵”中从祁连山到子午岭的生态廊道较长, 但生态源地斑块稀疏, 影响生物流动性.
因此, 本文根据识别的待修复区域及问题针对性地提出以下策略.
（1）以自然恢复为主的生态治理方式能保障生态源区的完整性和稳定性, 甘南地区作为重要的生态保育区应以防止草地退化和提高水源涵养功能为主. 进行生态系统管理, 减少人为活动影响, 草地宜禁牧退耕还草, 耕地宜保障其稳定性, 适度退耕还林还草、建设生态防护林、林草修复, 同时加强监管, 对区域内的生态环境进行动态监测, 关注该区域的生态环境的动态变化, 限制生态源地外围建设用地扩张活动, 修复破碎生态景观, 保障景观完整性.
（2）陇中北部地区夹点和障碍点集中分布地区, 是生态修复的重点区域, 需要借助人为辅助手段进一步施加措施. 陇中生态治理区主要以水土保持和修复生态夹点及障碍点为主, 防止生态环境恶化；具体来看, 针对耕地的生态治理首先要提高耕地产能, 防止土地退化, 另一方面要建设生态沟渠、生物通道等生态化的设计, 提升耕地与生态用地的连通, 增强景观单元的可达度；草地的生态治理主要是促进该区域绿色植被的建设和维护, 修复受损生态用地；针对河流生态治理, 因其靠近城镇居民点, 受污染程度较为严重, 在进行修复时应加强污水排放管控与污染源面治理工作, 扩展防护绿地, 疏浚运河河道, 加强水域沿岸生境建设, 提高水资源质量.
（3）陇东地区一方面水土流失严重、荒漠化风险高, 另一方面主要以子午岭为主要的生态源地, 生态廊道稀疏, 廊道辐射单薄, 因此, 陇东地区主要以生态防护和生态廊道建设为主, 提高生态安全的稳定性. 具体来看, 应划定廊道建设与保护范围, 加强廊道生态设施建设并在其周边培育高质量的绿色资源, 提高生态功能, 使生态与经济效益有机结合并最大化发挥.
（4）在祁连山到子午岭的长廊道的中点和无生态源地的廊道分支处增加生态垫脚石以促进生态源地间的联系, 并作为生物栖息地和物质能量流的中转休息站.
4 讨论基于生态安全格局, 在生态要素结构优化调整的基础上, 识别国土空间生态保护修复关键区域, 同时实施生态修复工程等系统性措施, 可提高生态系统功能, 最终实现生态系统健康和区域生态安全[51]. 黄河流域甘肃段作为重要的水源涵养补给区, 承担着保障黄河水资源安全的重要职责, 开展生态系统服务价值及生态安全研究具有重要意义[51]. 本文以生态安全格局理论为基础, 全面考虑了生态系统的整体性和连通度, 从景观格局优化理念的角度出发, 确定了生态保护修复的关键区域并针对性地提出修复策略.
与以往在本区域生态安全格局构建研究相比, 在生态源地选取上, 本文耦合Zonation-MSPA模型, 根据“生态源地选取-生态源地修正-生态源地检验”的分析框架选取生态源地, 解决了生态源地识别中破碎化和增加景观连通性的瓶颈问题. 通过综合考虑生态的稳定性和连通性, 本文引入图论法定量评估生态安全格局. 识别出待修复的关键区域, 提出相应的修复建议, 对黄河流域高质量发展和综合治理具有一定的参考性. 但本文仍存在一些不足, 一是修复生态夹点和障碍点区域后生态安全格局的优化效果仍有待进一步研究；二是由于数据获取的局限性, 本文没有对生态系统在多个时段和长时间序列演变进行深入研究. 另外, 完整的生态过程通常在一个流域边界内发生, 而出于管理便利的需要, 生态保护修复工作往往基于行政区划开展[5], 未来应考虑流域自然边界. 此外, 为实现更有效的生态系统保护和恢复, 应考虑到生态社会的综合需求, 明确关键地区生态系统保护和恢复的顺序.
5 结论（1）黄河流域甘肃段生态源地60个, 总面积共21.50万hm2. 生态阻力值高的地区主要分布在兰州、白银. 生态廊道共112条, 总长度为4 159.96 km, 其中关键生态廊道43条. 最长的廊道长度为429.19 km, 位于连接白银市平川区的8号斑块和平凉市合水县的14号生态源地斑块. 2020年黄河流域生态安全格局大体表现为“三纵-四横-三区”的特征. 形成的网络回路、连通度都处于中等水平.
（2）研究识别出黄河流域甘肃段生态保护修复关键区域包括：生态夹点126个, 面积约1 093.6万hm2, 主要集中分布在陇中地区, 甘南地区略有分布, 生态夹点均位于阻力值较小的地方, 且周边的区域均为高阻力, 现状用地主要为耕地和草地, 生态夹点周边区域的现状用地大多为建设用地. 生态障碍点共475个, 其中一级障碍点106个, 二级障碍点369个, 现状用地主要为耕地、草地及河道.
（3）结合研究区生态保护修复关键区域的空间分布特征, 分别提出各类生态保护修复关键区域的修复措施, 为区域生态安全格局优化及生态修复提供借鉴.
| [1] |
杜佳衡, 王影雪, 潘悦, 等. 高原河谷县域景观生态风险评价与生态安全格局构建: 以云南省大理州永平县为例[J]. 生态学杂志, 2024, 43(5): 1509-1520. Du J H, Wang Y X, Pan Y, et al. Ecological risk assessment and ecological security pattern construction of county-level landscape in plateau valley: a case study in Yongping County, Dali Prefecture, Yunnan Province[J]. Chinese Journal of Ecology, 2024, 43(5): 1509-1520. |
| [2] |
马超, 陈英, 张金龙, 等. 河西走廊生态安全格局构建与优化研究[J]. 生态科学, 2023, 42(1): 206-214. Ma C, Chen Y, Zhang J L, et al. Construction and optimization of ecological security pattern in Hexi Corridor[J]. Ecological Science, 2023, 42(1): 206-214. |
| [3] | Qian W Q, Zhao Y, Li X Y. Construction of ecological security pattern in coastal urban areas: a case study in Qingdao, China[J]. Ecological Indicators, 2023, 154. DOI:10.1016/j.ecolind.2023.110754 |
| [4] |
包玉斌, 王耀宗, 路锋, 等. 六盘山区国土空间生态安全格局构建与分区优化[J]. 干旱区研究, 2023, 40(7): 1172-1183. Bao Y B, Wang Y Z, Lu F, et al. Construction of an ecological security pattern and zoning optimization for territorial space in the Liupan Mountain Area[J]. Arid Zone Research, 2023, 40(7): 1172-1183. |
| [5] |
顾恬玮, 彭建, 姜虹, 等. 流域国土空间生态修复: 理论认知与规划要点[J]. 自然资源学报, 2023, 38(10): 2464-2474. Gu T W, Peng J, Jiang H, et al. Watershed-based territorial ecological restoration: theoretical cognition and key planning issues[J]. Journal of Natural Resources, 2023, 38(10): 2464-2474. |
| [6] |
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. |
| [7] |
俞孔坚. 生物保护的景观生态安全格局[J]. 生态学报, 1999, 19(1): 8-5. Yu K J. Landscape ecological security patterns in biological conservation[J]. Acta Ecologica Sinica, 1999, 19(1): 8-5. |
| [8] |
关文彬, 谢春华, 马克明, 等. 景观生态恢复与重建是区域生态安全格局构建的关键途径[J]. 生态学报, 2003, 23(1): 64-73. Guan W B, Xie C H, Ma K M, et al. A vital method for constructing regional ecological security pattern: landscape ecological restoration and rehabilitation[J]. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(1): 64-73. |
| [9] |
向爱盟, 岳启发, 赵筱青, 等. 国土空间生态修复关键区识别及修复分区——以西南喀斯特山区开远市为例[J]. 中国环境科学, 2023, 43(12): 6571-6582. Xiang A M, Yue Q F, Zhao X Q, et al. Identification and restoration zoning of key areas for ecological restoration of territorial space in southwestern karst mountainous areas: a case study of Kaiyuan City in karst mountainous area of Southwest China[J]. China Environmental Science, 2023, 43(12): 6571-6582. |
| [10] |
李彤, 贾宝全, 刘文瑞, 等. 宜昌市生态安全网络要素时空动态及其影响因素[J]. 生态学报, 2023, 43(15): 6154-6169. Li T, Jia B Q, Liu W R, et al. Spatio-temporal dynamics and influencing factors of ecological security network elements in Yichang Hubei Province[J]. Acta Ecologica Sinica, 2023, 43(15): 6154-6169. |
| [11] |
蒙吉军, 王雅, 王晓东, 等. 基于最小累积阻力模型的贵阳市景观生态安全格局构建[J]. 长江流域资源与环境, 2016, 25(7): 1052-1061. Meng J J, Wang Y, Wang X D, et al. Construction of landscape ecological security pattern in GuiYang based on MCR model[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2016, 25(7): 1052-1061. |
| [12] |
廖顺宽, 吴学群, 黄琨, 等. 基于生态安全格局的生物多样性生态修复研究——以云南省为例[J]. 测绘与空间地理信息, 2023, 46(7): 121-124. Liao S K, Wu X Q, Huang K, et al. Research on biodiversity ecological restoration based on ecological security pattern: taking Yunnan Province as an example[J]. Geomatics & Spatial Information Technology, 2023, 46(7): 121-124. |
| [13] |
刘永林, 高益忠, 陈明辉, 等. 广东省东莞市国土空间生态安全格局构建与分析[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(2): 126-134. Liu Y L, Gao Y Z, Chen M H, et al. Construction and analysis of the ecological security pattern in territorial space for Dongguan City, Guangdong province[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2024, 36(2): 126-134. |
| [14] | Cimon-Morin J, Poulin M. Setting conservation priorities in cities: approaches, targets and planning units adapted to wetland biodiversity and ecosystem services[J]. Landscape Ecology, 2018, 33(11): 1975-1995. DOI:10.1007/s10980-018-0707-z |
| [15] | Armsworth P R, Jackson H B, Cho S H, et al. Is conservation right to go big? protected area size and conservation return-on-investment[J]. Biological Conservation, 2018, 225: 229-236. DOI:10.1016/j.biocon.2018.07.005 |
| [16] | Tang H, Peng J, Jiang H, et al. Spatial analysis enables priority selection in conservation practices for landscapes that need ecological security[J]. Journal of Environmental Management, 2023, 345. DOI:10.1016/j.jenvman.2023.118888 |
| [17] |
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. |
| [18] |
叶鑫, 邹长新, 刘国华, 等. 生态安全格局研究的主要内容与进展[J]. 生态学报, 2018, 38(10): 3382-3392. Ye X, Zou C X, Liu G H, et al. Main research contents and advances in the ecological security pattern[J]. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(10): 3382-3392. |
| [19] |
金银丽, 周冬梅, 周凡, 等. 疏勒河流域生态安全网络构建及优化[J]. 应用生态学报, 2023, 34(4): 1063-1072. Jin Y L, Zhou D M, Zhou F, et al. Construction and optimization of ecological security network in the Shule River Basin, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2023, 34(4): 1063-1072. |
| [20] |
杨帅琦, 何文, 王金叶, 等. 基于MCR模型的漓江流域生态安全格局构建[J]. 中国环境科学, 2023, 43(4): 1824-1833. Yang S Q, He W, Wang J Y, et al. Ecological security pattern construction in Lijiang River basin based on MCR model[J]. China Environmental Science, 2023, 43(4): 1824-1833. |
| [21] |
魏雯, 唐安琪. 基于InVEST-图论模型的西双版纳州亚洲象生境网络评价[J]. 生态学报, 2024, 44(12): 5206-5218. Wei W, Tang A Q. Evaluation of Asian elephant habitat network in Xishuangbanna based on InVEST-Graph theory model[J]. Acta Ecologica Sinica, 2024, 44(12): 5206-5218. |
| [22] |
王子琳, 李志刚, 方世明. 基于遗传算法和图论法的生态安全格局构建与优化——以武汉市为例[J]. 地理科学, 2022, 42(10): 1685-1694. Wang Z L, Li Z G, Fang S M. Construction and optimization of ecological security pattern based on genetic algorithm and graph theory: A case study of Wuhan City[J]. Scientia Geographica Sinica, 2022, 42(10): 1685-1694. |
| [23] |
肖静, 崔莉, 李俊清. 基于ZONATION的岷山山系多物种保护规划[J]. 生态学报, 2016, 36(2): 420-429. Xiao J, Cui L, Li J Q. Zonation-based conservation planning for multiple species in Minshan, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(2): 420-429. |
| [24] |
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. |
| [25] |
刘学, 杨春艳, 高艳妮, 等. 厦门市生态安全格局识别与生态管控区分级管控[J]. 生态学报, 2023, 43(13): 5357-5369. Liu X, Yang C Y, Gao Y N, et al. Identification of ecological security pattern and hierarchical management of ecological control area in Xiamen[J]. Acta Ecologica Sinica, 2023, 43(13): 5357-5369. |
| [26] |
王耕, 冯妍. 辽宁太子河流域生态系统服务权衡/协同关系时空变化与情景预测[J]. 生态学报, 2024, 44(1): 96-106. Wang G, Feng Y. Spatio-temporal variation and scenario prediction of ecosystem service tradeoffs/synergies in the Taizi River Basin, Liaoning Province[J]. Acta Ecologica Sinica, 2024, 44(1): 96-106. |
| [27] |
周雪彤, 孙文义, 穆兴民, 等. 1990-2020年三江源水源涵养能力时空变化及影响因素[J]. 生态学报, 2023, 43(23): 9844-9855. Zhou X T, Sun W Y, Mu X M, et al. Spatiotemporal variation and influencing factors of water conservation capacity in Three-River Headwaters region from 1990 to 2020[J]. Acta Ecologica Sinica, 2023, 43(23): 9844-9855. |
| [28] |
张豆, 渠丽萍, 张桀滈. 基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例[J]. 生态学报, 2019, 39(20): 7525-7537. Zhang D, Qu L P, Zhang J H. Ecological security pattern construction method based on the perspective of ecological supply and demand: a case study of Yangtze River Delta[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(20): 7525-7537. |
| [29] |
冉璇, 李渊, 郭宇龙, 等. 基于InVEST模型的钱江源国家公园生态系统服务评估及权衡协同关系研究[J]. 长江流域资源与环境, 2023, 32(9): 1932-1948. Ran X, Li Y, Guo Y L, et al. Ecosystem services assessment and trade-off synergy relationships in Qianjiangyuan National Park based on InVEST model[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2023, 32(9): 1932-1948. |
| [30] |
吴健生, 毛家颖, 林倩, 等. 基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例[J]. 地理科学, 2017, 37(1): 28-36. Wu J S, Mao J Y, Lin Q, et al. Urban growth boundary based on the evaluation of habitat quality: taking the Yangtze River Delta as an example[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(1): 28-36. |
| [31] |
杨永, 李瑞红, 刘航, 等. 东北农林交错区生境质量时空演变及归因分析[J]. 生态学杂志, 2024, 43(5): 1399-1407. Yang Y, Li R H, Liu H, et al. Spatiotemporal evolution and driving forces of habitat quality in agroforestry ecotone of Northeast China[J]. Chinese Journal of Ecology, 2024, 43(5): 1399-1407. |
| [32] |
柯钦华, 周俏薇, 庄宝怡, 等. 基于生态系统服务供需平衡的粤港澳大湾区生态安全格局构建[J]. 生态学报, 2024, 44(5): 1765-1779. Ke Q H, Zhou Q W, Zhuang B Y, et al. Construction of ecological security pattern in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area based on the balance of ecosystem services supply and demand[J]. Acta Ecologica Sinica, 2024, 44(5): 1765-1779. |
| [33] |
陈相标, 丁文荣. 基于生态安全格局的国土空间生态修复关键区域识别——以滇中五大高原湖泊流域为例[J]. 环境工程技术学报, 2023, 13(6): 2248-2260. Chen X B, Ding W R. Identification of key areas for ecological restoration of territorial space based on ecological security pattern: a case of five plateau lake basins in central Yunnan[J]. Journal of Environmental Engineering Technology, 2023, 13(6): 2248-2260. |
| [34] |
安文举, 鱼亦凡, 郝姗姗, 等. 基于土地利用变化的陕北多沙粗沙区生境质量演变及响应分析[J]. 干旱区地理, 2024, 47(3): 474-484. An W J, Yu Y F, Hao S S, et al. Evolution and response analysis of habitat quality in more sediments and coarse sediments region of northern Shaanxi based on land use change[J]. Arid Land Geography, 2024, 47(3): 474-484. |
| [35] |
张俊华, 李国栋, 南忠仁, 等. 黑河中游不同土地利用类型下土壤碳储量及其空间变化[J]. 地理科学, 2011, 31(8): 982-988. Zhang J H, Li G D, Nan Z R, et al. The Spatial distribution of soil organic carbon storage and change under different land uses in the middle of Heihe River[J]. Scientia Geographica Sinica, 2011, 31(8): 982-988. |
| [36] | 方精云, 郭兆迪, 朴世龙, 等. 1981~2000年中国陆地植被碳汇的估算[J]. 中国科学(D辑: 地球科学), 2007, 37(6): 804-812. |
| [37] | Di Minin E, Soutullo A, Bartesaghi L, et al. Integrating biodiversity, ecosystem services and socio-economic data to identify priority areas and landowners for conservation actions at the national scale[J]. Biological Conservation, 2017, 206: 56-64. |
| [38] |
李丽鹤, 刘会玉, 林振山, 等. 基于MAXENT和ZONATION的加拿大一枝黄花入侵重点监控区确定[J]. 生态学报, 2017, 37(9): 3124-3132. Li L H, Liu H Y, Lin Z S, et al. Identifying priority areas for monitoring the invasion of Solidago canadensis based on MAXENT and ZONATION[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(9): 3124-3132. |
| [39] |
钱灵颖, 黄智洵, 杨盛昌, 等. 厦门市重点保护植物空间优先保护格局研究[J]. 生态学报, 2021, 41(11): 4367-4378. Qian L Y, Huang Z X, Yang S C, et al. Study on spatial conservation priority pattern of key protected plants in Xiamen[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(11): 4367-4378. |
| [40] |
姚采云, 安睿, 窦超, 等. 基于MSPA与MCR模型的三峡库区林地生态网络构建与评价研究[J]. 长江流域资源与环境, 2022, 31(9): 1953-1962. Yao C Y, An R, Dou C, et al. Research on construction and evaluation of forest land ecological network in three gorges reservoir area based on MSPA and MCR model[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2022, 31(9): 1953-1962. |
| [41] |
许峰, 尹海伟, 孔繁花, 等. 基于MSPA与最小路径方法的巴中西部新城生态网络构建[J]. 生态学报, 2015, 35(19): 6425-6434. Xu F, Yin H W, Kong F H, et al. Developing ecological networks based on mspa and the least-cost path method: a case study in Bazhong western new district[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(19): 6425-6434. |
| [42] |
吴健生, 张理卿, 彭建, 等. 深圳市景观生态安全格局源地综合识别[J]. 生态学报, 2013, 33(13): 4125-4133. Wu J S, Zhang L Q, Peng J, et al. The integrated recognition of the source area of the urban ecological security pattern in Shenzhen[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(13): 4125-4133. |
| [43] |
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. |
| [44] |
许静, 廖星凯, 甘崎旭, 等. 基于MSPA与电路理论的黄河流域甘肃段生态安全格局构建[J]. 生态环境学报, 2023, 32(4): 805-813. Xu J, Liao X K, Gan Q X, et al. Construction of ecological security pattern based on MSPA and circuit theory in Gansu Section of the Yellow River Basin[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2023, 32(4): 805-813. |
| [45] |
祁强强, 徐占军. 生态安全格局时空演变分析——以太原城市群为例[J]. 中国环境科学, 2023, 43(11): 5987-5997. Qi Q Q, Xu Z J. Analysis on the spatio-temporal evolution of ecological security patterns: a case study over Taiyuan Urban Agglomeration[J]. China Environmental Science, 2023, 43(11): 5987-5997. |
| [46] |
王秀明, 赵鹏, 龙颖贤, 等. 基于生态安全格局的粤港澳地区陆域空间生态保护修复重点区域识别[J]. 生态学报, 2022, 42(2): 450-461. Wang X M, Zhao P, Long Y X, et al. Identification of key areas of land space ecological protection and restoration based on the pattern of ecological security in Guangdong, Hong Kong and Macau[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(2): 450-461. |
| [47] |
倪庆琳. 基于生态网络的县域国土空间生态修复区识别——以贾汪区为例[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2021. Ni Q L. Key area identification of county ecological restoration based on ecological network -- a case study of Jiawang district[D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology, 2021. |
| [48] |
傅春, 邓俊鹏, 欧阳欢蕤, 等. 基于图论法对城市水系连通性表征及优化[J]. 地理科学, 2022, 42(11): 2028-2038. Fu C, Deng J P, Ouyang H R, et al. Layout and optimization of urban water system connectivity based on the Graph Theory[J]. Scientia Geographica Sinica, 2022, 42(11): 2028-2038. |
| [49] |
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. |
| [50] |
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. |
| [51] |
许晓彤. 黄河流域生态系统服务价值评估与生态安全格局构建研究[D]. 济南: 山东师范大学, 2023. Xu X T. Assessment of ecosystem service value and construction of ecological security pattern in Yellow River Basin[D]. Ji'nan: Shandong Normal University, 2023. |