王 媛，周长威

(1.四川大学建筑与环境学院，四川 成都 610065；2.贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳 550025)

生态文明发展状况是体现城市群发展水平的一个重要方面，城市群渐渐成为推进城镇化和区域联动发展的重要形式[1]。如今，城市化进程的加快使生态环境遭受很大程度破坏，然而生态安全对维持生态系统稳定和功能具有重要意义。构建景观生态安全格局可以保障人们在合理利用自然资源的同时，避免生态环境受到破坏[2]。因此，通过研究生态安全格局改变生态环境现状，从而实现生态环境保护，成为学术界讨论热点[3]。黔中城市群是目前贵州省经济实力最强、地理条件最好、发展空间最大的城市群，其对促进贵州经济更好更快增长和整个区域进步具有极其重要的意义[4]。故通过构建黔中城市群景观生态安全格局，为正确处理城市发展与生态保护之间的矛盾，保障黔中城市群可持续发展提供借鉴。

景观生态安全格局是维护城市景观生态安全的关键性格局，其对维护城市生态系统结构、功能以及生态系统服务具有重要意义，是实现区域或城市生态安全的基本保障和重要途径[5-6]。城市生态安全格局构建在一定程度上表现为对生态源地、生态廊道等生态功能区的空间组合优化[7]。俞孔坚[8]将景观生态安全格局的方法和理论应用到广东丹霞山风景区的生物保护规划中。之后，俞孔坚等[9-10]以北京香山滑雪场的规划为例，系统探讨了景观生态安全格局、景观视觉安全格局和景观安全格局判别方法；并以广东马岗村为例，建立新农村建设规划及城市扩张背景下的景观安全格局。该方法已得到很多学者不断完善，应用也更加广泛。杨天荣等[11]识别出关中城市群景观生态安全格局要素，从而构建出关中城市群景观生态安全格局。吴健生等[12]以深圳市为研究区，基于GIS识别出深圳市生态用地，并在此基础上构建了深圳市景观生态安全格局。

目前，对生态安全格局的研究范围比较广泛，研究所用尺度也各不相同。此外，研究者在对景观进行评价时往往更加注重景观的经济价值，而在一定程度上忽视景观的生态价值，这与构建景观生态安全格局的初衷背道而驰。目前对黔中城市群生态环境的研究较少，对黔中城市群生态安全格局的研究鲜见报道。

通过黔中城市群生态系统服务重要性与生态环境敏感性的评价结果识别生态源地，并基于石漠化程度和土地利用类型构建黔中城市群阻力面，进而确定缓冲区，再根据成本距离分析和路径分析生成生态廊道，然后识别生态节点。生态源地、缓冲区、生态廊道和生态节点等要素构成黔中城市群景观生态安全格局。黔中城市群景观生态安全格局的构建对地区生态建设、规划和保护具有重要意义。

1 研究区概况

黔中城市群位于贵州省中部地区，包括贵阳、遵义、安顺、毕节、黔东南和黔南6个市(州)，涉及贵安新区在内的33个县(市、区)，总面积为53 800 km2，是国家重点培育的区域性城市群。黔中城市群地理位置重要，经济状况良好，交通条件也较为便捷。研究区矿产分布比较集中，工业企业基础较好，在贵州省产业布局中占据着极其重要的地位。2013年末研究区户籍总人口为1 780.92万人，地区生产总值(GDP)为4 938.44亿元，人均GDP为2.77万元，城镇化率达到48.52%，其中云岩区和南明区城镇化率接近100%。黔中城市群面积90%以上为喀斯特地貌，洪涝、干旱、雪灾、滑坡和泥石流等灾害较多，且易受全球气候变化影响，导致本来己经很脆弱的生态环境不断恶化。

2 材料与方法

2.1 数据来源

研究区2017年遥感数据采用Landsat 8影像(地理空间数据云)，云量低于5%，将3、4和5波段组合，分辨率为30 m。高程数据采用STRM DEM数据产品(地理空间数据云)，分辨率为30 m，坡度数据采用ArcGIS 10.2软件进行表面分析得到。研究区归一化植被指数(NDVI)数据来源于贵州省公里格网归一化植被指数(地球系统科学数据共享平台)，分辨率为1 km。

2.2 研究方法

2.2.1图像解译

采用ENVI 5.3软件无缝拼接区域遥感数据，再提取出黔中城市群遥感图像；将黔中城市群遥感图像进行波段组合，再进行图像增强，得到比较清晰的图像；最后采用ENVI 5.3软件进行监督分类，结合目视修正将黔中城市群土地利用类型分为水体、城镇、草地、农田和林地5类，得到黔中城市群土地利用分布(图1)。采用混淆矩阵评价土地利用分布图，发现Kappa系数为0.914，大于0.8，说明分类结果可信度高。采用ArcGIS 10.2软件计算得到各土地利用类型面积。

2.2.2生态源地的识别

生态源地是景观中需要重点保护且对保护和促进生态系统稳定极其重要的区域，一般由生态系统服务重要性较高且较敏感的生态斑块组成[13-14]。选择生态系统服务重要性和生态环境敏感性评价值均较高的区域作为研究区生态源地。

生态系统服务重要性评价可针对不同生态系统，分析其区域分异规律，明确生态系统服务重要区域，为科学管理生态系统、确定生态保护关键区和制定生态保护政策提供依据。因此，在识别生态源地时，采用生态系统服务重要性这一因素可以更合理地识别生态源地。生态环境敏感性反映了生态系统对外界事物或过程发生变化的敏感程度，也是生态系统维持自身稳定能力的评价标准[15]。生态环境敏感性用于评价在自然状态下生态过程产生潜在生态环境问题的可能性。区域敏感性越高，表明在人类不合理活动影响下越容易产生各种生态环境问题，因此高生态环境敏感性区域是生态环境重点保护地区。

图1 2017年黔中城市群土地利用类型分布

参照文献[11]，结合黔中城市群自身状况，选取高程、坡度、植被覆盖度、土地利用类型和石漠化程度5类指标作为评价因子。按照表1，分别将各个因子栅格图进行加权叠加运算，使用自然断点法将计算后的值分为不敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感和极度敏感5个等级，分别赋值1～5，从而得到研究区生态环境敏感性等级。

2.2.3阻力面的构建

景观生态中物质和能量的流动需要克服一定阻力，生态保护“源”向外扩散中所遇到的阻力共同构成了生态阻力面。研究区石漠化较为严重。通常情况下，岩溶地区生态环境被认为同沙漠边缘地区一样脆弱，有些学者甚至认为石漠化地区是“不具备生存条件的区域”[16]。石漠化地区成土缓慢，山体陡峭，植被覆盖率低，地表径流强烈，土壤难于存留，导致其生态系统脆弱。再加上岩溶地区容易发生旱灾、洪涝、滑坡、泥石流等自然灾害。因此，石漠化在一定程度上能影响物种在研究区不同源地之间的扩散。基于此，选择土地利用类型和石漠化程度2个阻力面评价因子，评价因子相对阻力值越大，物种从生态源地向外扩张的阻力就越大；反之则越小。分别设置相对阻力值，并等权叠加计算生态源地向外扩张的累积耗费阻力(表2)。将研究区石漠化图和土地利用类型图按不同相对阻力值进行赋值，然后将这两项等权叠加，生成黔中城市群阻力面。基于GIS最小路径方法能够较好地反映景观格局的生态过程，该方法通过对不同土地利用类型和其他根据实际情况确定的阻力值构建阻力面，再利用成本距离和成本路径分析构建生态廊道，从而可以较为科学地构建生态廊道。

表1 生态环境敏感性评价因子分级

Table 1 Classification of eco-environmental sensitivity assessment factors

敏感性赋值植被覆盖度高程/m坡度/(°)土地利用类型石漠化程度1>0.75≤500≤5林地、水体微度强烈3(0.65,0.75](500,1 000](5,10]草地轻度强烈7(0.35,0.50](1 500,2 000](15,25]农田强烈9≤0.35>2 000>25城镇极强烈权重0.150.200.250.100.30

表2 阻力面评价因子分级

Table 2 Resistance factor classification

相对阻力值土地利用类型石漠化程度9城镇极强烈7农田强烈5草地中度强烈3水体轻度强烈1林地微度强烈权重0.500.50

2.2.4生态廊道的构建

源间廊道与辐射廊道分别由生态源地之间、以生态源地为中心向外辐射的低累积阻力谷线得到。将识别出来的生态源地，分别根据所构建的阻力面，对每个源到其他源的成本距离和成本路径进行分析，从而得出每个生态源地到其他生态源地的最小成本路径，然后将这些路径进行合并，构建出黔中城市群生态廊道，这些生态廊道为各生态源地间阻力值最小的通道。

2.2.5生态战略节点的识别

阻力面上相邻两个生态源地间等阻力线的切点以及源间廊道与等阻力线的交点即为生态战略节点，源间廊道与廊道相交处为生态节点。

3 结果与分析

3.1 黔中城市群土地利用分析

黔中城市群水体面积较小，仅为349.343 km2，占黔中城市群总面积的0.64%。城镇面积为9 012.257 km2，占总面积的16.75%，集中分布在贵阳、遵义和清镇市。草地面积为12 190.490 km2，占总面积的22.66%。农田面积为9 232.928 km2，占总面积的17.16%。林地面积最大，分布也较为均匀，为23 008.042 km2，占总面积的42.77%。

黔中城市群林地和草地面积较大，这可能与退耕还林、还草等政策以及地方政府重视护林工作有关。城镇面积占比也较大，并且随着城市经济发展和人口增长，城镇面积还将进一步增大。水体面积很小，这可能与湿地演化为陆地、城镇建设占用湿地等有关，建议应加大水资源保护力度。

3.2 黔中城市群景观生态安全格局要素识别

城市生态安全格局强调自然保护与人类建设开发之间的协调和互利，以较为主动的方式去建设、管理、维护、恢复，甚至重建生态环境[17]，是以一种与自然环境相协调的方式寻求土地发展与保护并重的精明增长方式[18]。景观生态安全格局由所有景观成分中对生态过程有关键性影响的景观单元构成，能直接或间接影响生态过程的发生和发展，实现物种保护的目的。景观生态安全格局把景观发生的一系列过程作为对空间阻力的克服，从而实现其覆盖和控制。

3.2.1生态源地的识别

自然生态空间是景观的基质，具有生物生产和提供生态系统服务的功能。在经济快速发展的同时，需保护好生态系统服务重要性高的景观，才能满足生物生存和发展的物质需求。而生态环境敏感性是城市群发展的限制性因素，生态越敏感的地区越容易产生环境问题。区域生态安全格局调控是通过生态敏感性评价和生态系统服务功能重要性评价结果，确定以生态保护为主的生态空间范围，加强区域内生态功能维护，强化区域生态系统多样性和稳定性。该区域在以后的规划中应限制一切开发与建设，避免对该区域生态系统和生物造成干扰与破坏。

根据研究区单位面积生态系统服务价值表[19-20]，各土地利用类型单位面积生态系统服务价值由大到小依次为水体、林地、草地、农田和城镇。分别将水体、林地、草地、农田和城镇赋值为5、4、3、2和1，得到研究区生态系统服务重要性分布图(图2)。

图2 黔中城市群生态系统服务重要性等级分布

由图2可知，由于黔中城市群水体面积和分布范围较小，而水体生态系统服务价值最高，所以黔中城市群高服务价值区域较少。研究区林地和草地分布广，面积大，所以黔中城市群中等服务价值的区域最多。

图3 黔中城市群生态环境敏感性等级分布

由图3可知，黔中城市群生态环境敏感性等级较低的区域分布较广，极度敏感区域主要分布在西北部，大部分位于毕节市。不敏感或轻度敏感区域主要集中在黔中城市群中部，这些区域生态服务重要性往往较强。将生态系统服务重要性分布图与生态环境敏感性分布图进行叠加，得到研究区生态系统服务重要性与生态环境敏感性综合分布(图4)，为研究区生态源地的选取提供依据。

图4 黔中城市群生态服务重要性与生态敏感性等级分布

选择生态系统服务重要性和敏感性等级为高度敏感和极度敏感的斑块作为黔中城市群生态源地，共选择9个生态源地(图5)。这些生态源地主要位于黔中城市群西部，在毕节和安顺分布面积较大，而在黔东南分布面积较小。

图5 黔中城市群景观生态安全格局

3.2.2阻力面的判别

物种在不同景观或不同源地间扩散时会遇到阻力，且在不同环境所遇到的阻力大小不同，扩散消耗的成本也不同。由图6可知，黔中城市群东南部大部分及西北部少部分区域土地利用阻力较小，东北和西北区域阻力较大。阻力值较大的区域主要分布在遵义、毕节和安顺等石漠化较严重的区域。

图6 黔中城市群阻力面分布

3.2.3缓冲区的确定

缓冲区可以保护生态源地中物种和生态环境不受人为破坏。参照文献[21-22]和黔中城市群实际情况，在生态源地外围建立A、B和C 3层缓冲区，从生态源地到其外圈距离分别为2 000、4 000和6 000 m。

3.2.4生态廊道的构建

生态廊道主要由植被、水体等生态性结构要素构成，具有保护生物多样性、防止水土流失和调控洪水等生态系统服务功能。生态廊道为生物迁徙提供的必要通道，对自然界物质和能量流动具有重大意义。

生态廊道宽度因生物种类、周围环境和地区面积等不同而存在差异，具体宽度通常视研究区实际情况而定。鸟类及兽纲动物为黔中城市群重点保护野生动物，为确保黔中城市群不同物种可以在各生态源地间自由迁移，综合研究区主要保护物种猕猴、黑鹳、灰鹤、红腹角雉和红腹锦鸡特性，将黔中城市群生态廊道宽度设定为100 m。该宽度能够基本满足动植物迁移、传播和生物多样性保护功能，并形成较稳定生态群落[23]。

3.2.5生态节点的构建

生态节点对生态源地之间的生态联系具有关键作用，一般分布在生态廊道的最脆弱地区。生态节点通常是廊道的交点，在维护局部地区生态平衡中，生态节点发挥了小斑块作用。结合研究区景观组分实际分布状况，在黔中城市群生态廊道相交处提取28个生态节点(图6)。可以通过在生态节点建设公园、绿地和人工林，为迁移的生物提供休憩场所。此外，还可以引入一些小型生物，维持地区生态平衡。

3.3 黔中城市群景观生态安全格局构建

将识别出的黔中城市群各景观生态安全格局要素进行组合，即得到黔中城市群景观生态安全格局(图5)。A层内为黔中城市群低水平安全格局，B层内为黔中城市群中水平安全格局，C层内为黔中城市群高水平安全格局。低水平安全格局为黔中城市群需要重点保护区域，该区域应该受到主管部门高度重视，禁止一切开发和建设，尽可能限制人类活动对该区域的影响，从而保障该区域生态系统功能不受到破坏，保证其中的生物不受人类伤害。中水平安全格局内应减少人为活动，限制开发，尤其是对敏感性高、脆弱性强的区域更应加强保护力度，对受到生态环境破坏的区域进行生态修复，从而提高生态系统稳定性及功能完整性。高水平安全格局内可以进行合理开发和建设，但必须控制其对生态环境的影响，保证区域基本生态结构和功能不受破坏。

所构建的黔中城市群景观生态安全格局低水平安全格局面积为30 354.95 km2，占黔中城市群总面积的56.42%；中水平安全格局面积为35 132.14 km2，占比为65.30%；高水平安全格局面积为39 780.76 km2，占比为73.94%。

4 结论与建议

(1)选取9个生态系统服务重要性高且生态环境敏感性高的区域作为生态源地，其分布较为均匀。

(2)黔中城市群阻力面分析结果表明阻力水平中等的区域面积最大。

(3)黔中城市群生态源地缓冲区分为A、B和C 3层，分别为源地向外2 000、4 000和6 000 m的区域，各层次缓冲区应区分进行保护。

(4)应进一步加强生态廊道保护，生态廊道为物种在栖息地之间迁移提供场所。

(5)共选取28个生态节点，可通过在生态节点上建设绿地等增加生态流的循环。

长期以来，黔中城市群对生态用地的开发和利用并不合理，加之贵州省属于喀斯特地貌，石漠化严重。因此，建议地方政府应充分认识生态用地功能和价值，加强生态用地保护力度，严惩违法占用生态用地行为，保障黔中城市群生态安全。同时要大力提高群众保护生态用地的意识、积极性和主动性，构建由政府主导、全民积极参与的生态用地保护模式。