孙欣欣 董丽娜 刘 畅
(1 南京大学金陵学院 南京 210089；
2 南京市中山陵园管理局 南京 210014；
3 中国林业科学研究院林业科技信息研究所 北京 100091)
随着经济社会的快速发展和城市化进程的加快，人类活动对生态系统产生了强烈干扰，生态安全问题引起越来越多学者的重视。生态安全概念最早提出是在1940年土地健康的概念形成之后，1989年国际应用系统分析研究所首次定义了生态安全的概念[1]。生态安全是指在具体的时空范围内，生态系统在社会经济和社会发展压力下，其结构和功能能够为社会可持续发展提供生态服务，并且保障人的生产和生活不受威胁的一种状态[2]。
生态安全格局(Ecological Security Pattern，ESP)是指对于维护、控制特定地段的生态安全有着重要意义的关键生态要素，如廊道、节点、斑块，以及生态网络等生态空间的布局[3]。国外的生态安全格局研究主要是围绕土地优化配置[4]、绿色基础设施[5]、生态网络[6]、景观生态学[7]等方面，已经形成较为完善的保护体系和网络。早期的研究注重生物多样性的保护，随着社会的发展，生态安全格局的研究逐步开始转向生态安全保护体系的建设，提出了自然保护地[8]、生态保护地[9]、国家公园体系[10]等概念。国内的生态安全格局研究最早是从20世纪90年代景观生态格局[11]研究开始的，研究领域包括林业生态安全[8]、土地生态安全[5]、水生态安全[7]等，技术方法有最小阻力模型(MCR)[9，12]、电路理论研究[13]等。
目前，我国已经进入到国土空间规划引领“多规合一”的空间治理新时代[4]。国土空间规划中生态安全评价、生态红线划定、生态修复专项规划等内容都与生态安全格局的构建息息相关。在全国范围内进行生态安全格局的构建，可以为城市开发边界控制和生态保护红线的划定提供重要的参考和依据。本文将对生态安全格局的构建依据、评价方法和构建方法进行综述，以期为国土空间规划中生态安全格局的构建提供参考，为生态文明体系建设和生态安全保障提供理论依据。
构建生态安全格局，首先要对研究区域的本底进行评价。国际上对于生态安全格局的评价还没有一个统一、标准的评价指标体系，较为常用的评价方法包括生态系统服务功能评价、生态敏感性评价，以及将两者结合的生态保护重要性评价法[14]等。通过本底评价识别当前研究区中生态保护相对比较重要的区域，可作为后续生态安全格局构建的基础。此外，生态安全格局构建后，对区域生态安全产生的影响也需再进行评价，通常采用生态安全评价法[15]，以此反映区域生态安全情况。对研究区域准确、合理的生态安全评价结果能够反映生态环境所存在的安全问题及隐患，是生态安全格局构建的重要组成部分。
1.1 生态保护重要性评价
生态保护重要性评价包括生态系统服务功能评价、生态敏感性评价2个部分。其中，生态系统服务功能评价是指评价生态系统对于保障区域生态安全、防止生态环境恶化或者退化的程度，生态敏感性评价是评价生态系统应对外界干扰的时候发生生态环境问题的可能性大小[16-17]。国内最早是徐卫华等[16]在汶川地震重灾区的生态保护研究中提出。国家对国土范围内的生态保护重要性评价非常重视，先后出台了一系列相应的行业规范，如《生态功能分区技术规范》《生态保护红线划定指南》《森林生态系统服务功能评估规范》《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南(试行)》《全国生态状况调查评估技术规范—生态系统服务功能评估》(2021)等，对生态系统服务功能评价、生态敏感性评价的方法和内容做出了规定。
1.2 生态系统服务功能评价
目前，生态系统服务功能评价的指标体系主要包括水源涵养、生物多样性、水土保持、防风固沙、固碳释氧、海岸防护、养分固持、产品供给、净化环境等因子，针对不同的研究区域选择合适的因子。刘永杰等[18]在神农架森林生态系统研究中选取的是涵养水源、保持水土、净化环境、养分固持等因子；
毛诚瑞等[19]在辽河流域的研究中选取的是固碳释氧、水土保持、产品供给、水源涵养因子；
周浪、方一舒、王浩等[13，20-21]分别在针对重庆、昆明、广东的研究中，选取了水源涵养、水土保持、生物多样性、固碳释氧等因子。由此可以看出，在自然生态系统较好的区域选取的评价因子一般更注重生态系统对环境的供给功能，而对行政辖区则更注重生态系统在环境保护功能方面的评价因子。
生态系统服务功能评价的方法主要有2类。第1类是模型法，如Invest模型、Aries模型、Sol VES模型等。Invest模型允许用户输入研究区的相关数据，目前在全球范围内得到广泛的应用，其局限是由于一些算法的简化，使得计算的精度降低。例如，王晓玉、郑群明等[22-23]采用Invest模型研究了江苏省、普达措国家公园的生态系统服务功能。Aries模型精度较高，但目前仅适用于美国的部分区域，其全球化的模型还未开发，目前在国内应用较少。
Sol VES模型注重生态系统服务功能的社会价值转化，用于评估生态系统服务功能的社会价值与自然资源之间的关系。第2类是NPP定量指标评估法。例如，郭天威等[24]采用NPP法研究了扬州市的固碳释氧因子，林雪儿等[25]采用NPP法对武夷山的生物多样性进行了研究，李辉等[26]采用NPP法对重庆市的生态系统服务功能进行了研究。研究发现，NPP法多用于研究固碳释氧因子[24]，其评价结果受海拔和坡度影响较大，对于海拔较高、坡度较大的地方评价较为准确，而对于平原地区评价不准确。
1.3 生态敏感性评价
生态敏感性的评价因子主要包括水土流失敏感性、土地沙化敏感性、石漠化敏感性、盐渍化敏感性、地质灾害敏感性等。评价的方法有替代法[27]、模型法[20,28]、因子叠加法[21-22,29]等。替代法一般是针对特定的某种敏感性和单一敏感性，使用范围较小。模型法是较为常用的方法，针对单一敏感因子，选取评估模型进行计算，最终采用自然分界法与专家知识确定分级赋值的标准，从而划分出单一敏感因子的等级，再对几种敏感因子分级赋值，从而获得综合敏感性评价的等级。这种评价方法存在一定的局限性，数据的精度以及2次分级的赋值大大降低了评价结果的准确性。近年来，因子叠加法成为主流的评价方法，其不对单一敏感因子进行评价，而是对研究区域内的高程、坡度、坡向、NDVI、土地利用类型等敏感度因子分别赋予权重进行综合评价，从而获得区域的生态敏感性分级。
1.4 生态安全评价
当前，国际上较为常用的生态安全评价方法是压力—状态—响应评价法(Press-State-Response, PSR)，是由联合国经济合作开发署(OECD)和联合国环境规划署于1993年提出的一种生态评价模型[30]，广泛应用于环境、生态安全等领域[31]。这种评价方法强调人类与环境之间的作用关系，多用于评价人类活动对生态环境造成一定影响区域的生态安全。例如，周介元等[33]对浙江省生态安全时空演变特征、呙亚玲等[15]对洞庭湖区的生态安全、李冲等[32]对京津冀生态屏障区均进行了研究。这类评价方法多用于受到人类干扰产生一定影响的区域，如经济较发达区域，或者生态环境较敏感区域。
PSR模型较为简单，也存在一些局限性。因此，出现了基于PSR模型的改进方法，包括DPSIR[6,33](Driving Force-Press-State-Impact-Response)、DPSER(Driving-forces-Pressure-State-Exposure-Response),SDR(State-Danger-Response)等。DPSIR方法在PSR方法的基础上增加了驱动力因子，在评价经济社会活动与环境之间的因果关系方面具有一定优势。DPSER模型更注重影响后的结果，包括正面、负面的结果，协调人类需求与生态环境接触影响的关系。SDR模型在PSR模型的基础上增加了自然灾害的因素，更加强调生态安全动态演变过程[34]。例如，秦趣、朱莲莲等[6，33]采用DPSIR法对高原湿地生态安全及湖南省生态安全进行了研究，将社会经济GDP增长、城镇化发展等作为驱动力，研究其对生态安全的影响；
叶善椿等[35]采用DPSER模型从人类活动对生态环境的积极和消极影响2个方面对珠三角的生态港口进行了研究。这些方法在PSR评价法的基础上增加了其他因子，能够更全面地反应生态安全情况以推进深入研究。
生态安全格局的构建方法当前已经比较成熟，形成了“源地识别—阻力面构建—廊道提取”的基本研究框架。
2.1 生态源识别
生态源地是物种生存和扩散的起点[9]，是区域中生态敏感性较高或提供生态系统服务、保障区域生态安全的重要斑块[36]。当前，源地的识别方法主要有2种方法：一种是直接识别，即将自然保护区、风景名胜区、生态保护红线、大面积林地等区域直接作为生态源地，但这种方法缺乏对区域生态环境状况的评估，且容易忽视相同地类内部的差异；
另一种方法则是通过生态系统服务功能评价、生态敏感性评价或生态保护重要性评价等评价方法，获取到区域中生态系统服务功能较好或生态敏感性较高的区域，以此作为生态源地。这类方法当前应用较多，但会出现多次数据加权叠加，容易忽略对某一种生态服务功能有突出贡献的区域[37]。
2.2 阻力面构建
生态阻力面是对区域环境中物种迁移难易程度进行模拟的模拟面，主要受到土地利用覆被和人为干扰的影响[37]。在大多数研究中，阻力面的构建是依据土地利用直接赋值[37]。这种方法数据获取相对容易，且方法简单，但忽略了土地利用类型内部的阻力差异，不能有效反应实际的阻力情况。例如，赵伟等[11]在成渝地区的生态安全格局研究中，引入了地形地貌因子作为阻力；
于成龙[38]在研究中加入了植被覆盖度、交通数据、夜间灯光等指标来修正阻力面；
还有学者运用不透水表面指数[39]、连通度指数[40]、地表湿润度指数等来修正阻力面。这些修正方法有效提升了阻力面的实际性和准确性，使得修正后的阻力面更加科学合理。总之，阻力面的构建应建立在多种数据叠加的基础上，对自然要素和人为干扰要素进行评估，从而获得更接近于实际情况的阻力面。
2.3 提取生态廊道
生态廊道是区域内能量和物质流动的载体，是区域内物种迁移的重要通道，通常是联系不同生态源之间的生态通道。生态廊道提取的方法主要有最小阻力模型[9]、斑块重力模型[21]、电路模型[13]等，各个模型都各有优缺点。最小阻力模型被广泛应用在生态安全格局构建中，充分考虑了各个景观单元之间的相互联系，是物种迁徙和能量流动的最优路径，适用于现实的物种迁徙的选择。相比于传统概念模型和数学模型，其能够很好表达景观格局与生态过程的相互关系[3]，且能够兼容多种阻力面对基本阻力面的修正，可根据获取数据的情况取舍，灵活性较好，但在识别生态廊道的宽度和生态节点方面不具备优势。斑块重力模型可计算斑块之间的作用强度，但不能识别廊道，只能用来判断廊道的重要性。电路模型是基于电流的密度来计算物种多路径扩散的可能性，优势是可识别生态廊道的宽度和生态的节点，但电路理论是基于电流值的频率分布，而长期的物种迁徙具有趋利避害的天性，因此电路理论应与实际的生态过程相结合，以更准确地反应实际情况。
区域生态安全格局构建是国土空间规划背景下，解决当前我国经济发展与环境保护矛盾的重要途径。为进一步确保空间规划中生态保护工作的实施，完善生态安全评价体系，优化生态安全格局，为各地生态保护工作提供技术基础，生态安全格局的构建应着重从3个方面开展研究。
3.1 生态源地识别方法改进与优化
当前关于生态源地识别的评估方法较多，且没有固定的标准方法，各类评估方法选取的参数和指标、权重等方面也不尽相同，且不同地理环境所选取的评估方法也有一定差异。当前的生态源地识别方法多是静态和单一的方法，缺乏对过去生态环境变化的综合考虑。未来生态源地的识别应注重所选取指标的准确性和方法的改进。
3.2 生态安全格局研究与生态政策相结合
当前生态安全格局的研究多停留在理论阶段，研究成果形成一种虚拟的空间形态，与实际落地政策相结合的研究较少。生态安全格局的构建面临着较多的现实问题与难题。已有生态安全格局多为指导生态保护红线划定以及生态修复区的识别等方面的研究。未来应注重生态安全格局与更多当前落地的生态政策相结合，如与国土空间规划中生态管控区的政策相结合，力求使生态安全格局的研究成果应用到生态管理实践中。
3.3 注重生态安全格局有效性评价
关于生态安全格局的研究多为基于当前的生态安全现状，形成当前静态的生态安全格局，而对于区域未来生态环境保护的有效性研究较少。应进一步对生态安全格局保护下区域生态环境提升方面进行深入研究，综合研究区域生态安全、生态廊道连通性、区域景观破碎化等方面，形成对区域未来的国土空间规划具有指导意义的研究成果。
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