国土尺度生态安全格局

进入工业时代以来，随着人口的激增和工程技术的不断进步，人类以前所未有的规模和速度改变着自然环境，导致许多生态环境问题的出现[1]。尤其在我国，快速的人口增长和大规模的快速城市化进程对资源环境带来巨大压力[2]。同时受全球气候变暖和不合理土地利用活动共同影响，我国出现冰川后移、冻土退化、湿地萎缩、水土流失[3]、沙漠化[4]、洪涝灾害加剧[5]、生物多样性下降[6]和水源涵养能力降低等诸多生态环境问题[7,8]，生态安全已成为科学研究和可持续发展战略的重点关注领域。

我国学者针对生态安全议题开展了大量的研究，尤其在生态安全评价理论与方法方面进行了卓有成效的研究[9-14]，但区域景观格局优化与调控方面的研究仍处于探索阶段。近年来提出的景观安全格局[14,15]、区域生态安全格局[16]理论与实践为抽象的生态系统服务概念和可实施的空间规划之间建立了沟通的平台，并开展了部分探索性的研究[17-22]。在国家政策制定层面，我国在自然区划、农业区划基础上相继开展的生态区划[23]、生态功能区划[24]和主体功能区划[25]等工作都对国土与区域尺度空间格局调控有积极的推动作用。新出台的《城乡规划法》[26]和新修订的《全国土地利用总体规划纲要》[27]也将生态保护作为重要内容。在当前生态要素分部门进行管理的行政体制下，如何构建一个在操作层面上能与生态区划、主体功能区划、土地利用规划、城市规划相衔接的综合性概念、框架和工具成为科研和实践领域亟待解决的问题。

国际上国土尺度的保护规划研究起步较早。美国早在1915-1916年由景观规划师曼宁(Manning W.H.)开展的国土规划（National Plan）旨在制定资源综合保护与利用战略，并提出以自然资源和自然系统为基础的土地分类思想[28]。从1950年代逐渐兴起的以绿色廊道（Greenway）运动为代表的生态网络规划建设逐渐成为自然资源保护规划的新热点[29]，如美国绿色廊道体系全面实施后将会提供220,000 km 的绿色廊道和大约5亿hm2受保护的绿色空间[30]。欧洲也出现绿色廊道、生态网络、生境网络、洪水缓冲区等概念[31,32]。亚洲的新加坡等国也陆续开展绿色廊道规划研究[33]。我国的防护林体系建设也可看作为国土尺度的绿色廊道网络[34]。1990年代以来在国内外逐渐兴起的生态(绿色)基础设施概念[35-37]正日益成为自然资源保护和空间规划领域广泛认可的新

工具，并在美国马里兰、明尼苏达、伊利诺斯、佛罗里达、佐治亚、阿拉巴马、密西西比、南卡罗莱纳、田纳西、肯塔基等州相继开展相关规划研究[36]。我国也在浙江台州[38]、山东威海[39]、菏泽[40]等地进行了生态基础设施规划的探索研究。这些研究为各种尺度上开展生态安全格局规划提供了很好的借鉴案例。

本文从我国面临的主要生态问题出发，旨在初步探讨国土尺度生态安全格局的基本构架，从水源涵养、洪水调蓄、沙漠化防治、水土保持、生物多样性保护5个主导生态系统服务功能出发，在对单一生态过程的分析与评价基础上进行叠加与综合，初步构建保障生命支持系统健康与安全的国土尺度生态安全格局框架。

1. 研究方法

国土尺度生态安全格局(Security Pattern, SP. 下同)是国家与区域的自然生命支持系统，它是由河流、湿地、林地、草原、野生动物栖息地和其他自然区域共同构成的相互连接的生态网络，用以支持生物物种、维护自然生态过程、提供空气和水资源，提高居民健康和生活质量。本文的研究范围仅限我国陆地生态系统，未包含海洋和大陆架范围。

本研究在广泛借鉴各科学的理论与方法基础上，运用景观安全格局研究框架[18,37]，重点对水源涵养、洪水调蓄、沙漠化防治、水土保持和生物多样性保护5种生态过程进行分析、评价与模拟，判别对维护该生态过程安全与健康具有关键意义的景观要素、空间位置和空间联系，建立各自生态过程的安全格局。单一生态过程的生态安全格局结果按保护级别分为低、中、高3种安全水平，其中低水平安全格局为保护的最低限度，保护级别最高；中水平安全格局保护范围较前者大，保护级别次之；高水平安全格局保护范围最大，安全程度最高。

国土尺度综合生态安全格局由单一生态过程的安全格局综合叠加生成。研究框架见图1。

图1：国土尺度生态安全格研究框架

Fig. 1. The framework for national ecological security patterns

2. 单要素生态安全格局

2.1 水源涵养安全格局

水源涵养能力与植被类型、盖度、枯落物组成、土层厚度及土壤物理性质等因素密切相关。本文首先通过分析江河发源点的空间分布密度来定量化指示重要水源涵养区域的空间范围；然后以植被覆盖度来综合指示该地区的水源涵养能力，并叠加具有重要水源涵养功能的冰川、湿地，最终确定江河源区水源涵养的安全格局。

2.1.1 水源涵养安全格局构建

（1）首先提取全国1:400万GIS数据库中1-5级河流发源点，利用GIS对所有河流发源点进行基于核函数的密度分析（Kernel Density），生成江河发源点密度分级图（见图2）；然后参考1:400万地貌类型图进行人机交互提取江河发源地水源涵养重要区域的范围。

图2 5级河流发源点密度图

Fig.2 5 calss headstream density map

（2）利用2006年逐旬1km2分辨率SPOT Vegetation遥感影像，采用最大值处理

MVC(Maximum Value Composites)方法[41]，计算得到2006年全年最大植被盖度图，并利用上述水源涵养重要区域范围进行切割，生成水源涵养区植被覆盖度（见图3）。

图3水源涵养区植被覆盖度

Fig.3 Vegetation coverage of headwater conservation region

（3）利用地表植被覆盖度、冰川和湿地分布3个要素，按照表1的划分标准确定水源涵养安全格局（见图4）。由于我国横跨多个气候带，对湿润区、半湿润区和干旱与半干旱区三种气候带的植被覆盖度采取不同的分级标准。