谢 婷，杨晓容，彭发明

(1.湖南省第二测绘院，湖南 长沙 410004；2.湖南师范大学，湖南 长沙 410004)

1 引言

生态安全被认为是国家稳定、社会安定、经济繁荣、民生改善最为基础和最为牢固的构成要素[1]。在美丽中国、新型城镇化战略、乡村振兴战略、生态文明建设的宏观背景下，人们对美好生活环境的需求日益增加，把握好区域生态质量并构建出底线式的生态系统宏观管理机制，对构建国土空间规划体系和优化国土空间布局具有重要的意义[2]。长久以来，由于经济发展的需要，不合理的土地利用方式损害了区域的生态健康，生态退化风险不断增加，生态保护与经济发展矛盾日益突出，为转变生态弱化的趋势，党的“十八大”提出将生态安全纳入到国家总体安全政策层面，并规划实施了生态系统保护和修复重大工程，以建立生态安全屏障区的方式，明确国家宏观空间保护格局。在此背景下，建立合理的评价指标识别区域生态安全状况，有利于细化生态保护修复宏观格局，并制定相应的管控措施，以促进人类活动与自然环境的互馈共生[3]。

生态安全作为一种自然与半自然的复合概念，往往是从人类生产生活与健康方面不受生态破坏与损失的角度进行界定的。目前，国内外相关学者已经开展了多层次生态安全评价及格局构建、评价指标体系的完善以及评价方法的创新等不同方面研究[4～6]，在生态安全评价理论基础上，生态系统服务、生态健康与生态风险评价使生态格局在空间尺度得到了有效衔接[7]。从实证研究采用的方法上看，综合评价法、生态系统服务价值法和物元分析法得到了广泛应用[8～11]；从评价模型的选取上，由DPSIR理论衍生出PSR模型规整化了指标的建立，并对指标安全阈值的划分展开了讨论。生态安全评价研究作为生态学学科图谱的重要支系，多学科融合、多层次汇聚，多体系延展是该领域研究的新方向[12]，而在内容外延的转化上，学者也做出了不同尝试，部分学者将生态安全评价与分区相结合，但研究机理较为粗糙，对生态保护修复指导意义不强，缺乏一定的过渡和衔接[13]，概念模型的建立也较多的局限于DPSIR理论，缺乏生态学核心思想的支撑。为扩展现有生态安全评价的指标分析体系，强化生态修复分区内容的延展性，本文选取“山水林田湖草”要素齐全、生态问题较为典型的岳阳市为案例区，结合生态学观点建立生态安全评价指标体系，为科学确定生态保护修复的空间范围，制定生态空间管控措施并构建国土空间规划体系提供决策参考。

2 研究区概况

岳阳市位于湖南省东北部，素称“湘北门户”。地处28°25′31.65″～29°51′6.23″N， 112°18′33.13″～114°09′11.64E, 岳阳市下辖3个区(岳阳楼区、云溪区、君山区)、4个县(岳阳县、华容县、湘阴县、平江县)、代管2个县级市(汨罗市、临湘市), 土地总面积15087 km2,2019年末，全市常住人口577.13万人, 地区生产总值4001.55亿元，总量居全省第2，比2018年增长4.2%。随着城市化的快速发展，岳阳市生态环境压力不断增大，养殖企业分布集中，污染较大，废弃矿山整治任务艰巨，风险犹存，东洞庭湖生态修复效果有待评估，部分地区出现湿地减少、林草地退化等问题。因此，面对区域凸显的生态质量问题，亟待开展生态修复分区管控研究。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源及预处理

基础数据的处理包括以下几个方面：①以2019年土地利用数据为基础，划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地等土地利用类型；②选取2020年5～9月份18副MODIS13遥感数据，经镶嵌、裁剪、MRT批处理与栅格计算，取18期影像的平均值得到区域NDVI及NPP数据。③将所有数据通过重采样等操作转换为1000 m×1000 m，并将水系、道路等矢量数据进行提取和融合等操作，所有数据来源见表1。

表1 数据来源及说明

3.2 指标体系构建及评估模型

评价指标的选取遵循科学性、综合性、代表性等原则，通过参考生态学中的“活力-组织力-恢复力-生态服务能力”逻辑框架，建立研究区生态安全评价指标体系。依据确定的评价指标体系，构建岳阳市生态安全评价的突变模型。本文求解模型包括3级，第一级为目标层A1-A3 的值，构造为1个燕尾模型; 第二级为求解准则层 B1-B6 的值，构造为尖定突变模型; 第三级为求解指标层C1-C14的值构成的14个尖点、燕尾、蝴蝶模型，依次由下往上分层计算，最终得到总目标层的运算结果(表2)。

表2 生态安全评价指标体系

3.3 数据标准化处理

采用无量纲标准化法对数据进行处理，首先构建原始评价矩阵Rt=(Xij)mn, (Xij)mn由m个样本和n个评价指标构成，代表第i年第j个指标数据，Max(Xij)和Min(Xij)分别表示为第i年(i= 1，2，…，n) 第j项指标(j= 1，2，…，m) 的最大值和最小值; 式(1)、式(2)分别代表正向、负向指标标准化公式,利用Arcgis中phython模块对各指标进行编码及归一化处理，yij为标准化后的结果。

(1)

(2)

4 结果分析

4.1 岳阳市生态质量与空间分布特征

通过评价分析，岳阳市生态服务能力指数介于0.29～0.96之间(图1)，区域生态服务能力总体良好，空间分布基本呈中部和西南部低、东北和南高的的分布趋势。生态服务能力较高的区域主要集中在平江县、临湘市、岳阳县等，林地面积约占区域总面积30.7%；生态服务能力较差的区域集中于市区、华容县、湘阴县等，其中林地面积占比约为4.4%。因生态本底、城市化水平、生态管理措施的不同，岳阳市生态服务能力具有一定的差异性，空间分异规律主要与森林覆盖率的高低相关。而生态敏感层则呈现出相反的趋势(图2)，平江县、岳阳县西南部、湘阴县东北部生态敏感指数较高，市区及县域范围内交通较为发达、城市建设密集度较高的区域生态敏感指数较低，这主要是由于平江县、岳阳县生态环境质量较佳，森林覆盖率较高，且海拔较高，降雨侵蚀明显；而城市空间范围内，由于建设用地以及路网的分割，生态破碎化比较严重，生态敏感程度较低。作为生态稳定性的反映因素，生态组织结构能较好的体现斑块的现状格局，岳阳市生态组织结构指数介于0.58～1之间(图3)，表现为中间低、四周高的分布趋势，按不同行政区进行分区统计，其中云溪区生态组织结构指数平均值最低，为0.924，指数平均值较高的区域包括平江县、岳阳县、岳阳楼区、君山区、华容县等，主要介于0.95～0.97之间，说明这几个地区生态环境比较优良、空间配置较为合理。

图1 生态服务能力评价

图2 生态敏感性评价

4.2 岳阳市生态安全评价及修复分区

岳阳市生态安全指数在0.76～0.98之间，区域生态安全水平数值较高(图4)。生态系统安全空间分布呈东高西低的空间分布趋势(图4)，其中，生态安全水平较高的区域主要集中于平江县，岳阳县及临湘市东部。生态安全水平较差的区域集中于云溪区、岳阳楼区、汨罗市、湘阴县中心城区附近。为进一步反映区域生态安全的总体特征，确定区域综合管控措施，本研究根据生态安全综合指数对整个区域进行类型划分。按照地理学第一定律所揭示的空间相似性原理，采用自然断点法将岳阳市的生态安全状态分为4种不同类型，分别命名为敏感级(Ⅰ)、临界级(Ⅱ)、良好级(Ⅲ)和安全级(Ⅳ)，并根据不同的分级标准界定为不同的保护修复区域，具体分级标准见表3。

图3 生态组织结构评价

图4 生态安全评价

表3 生态安全综合指数分级标准

结果如下：①土地生态安全Ⅰ级，即敏感级,定义为生态修复区，总面积303 km2，占全市土地面积的3.2%，该区呈零星点状分布，主要位于各县市中心城区附近，在空间上表现出明显的边缘特性，该区人类生产活动频繁，植被覆盖度较低，工农业面源污染广，生态压力较大，生态退化、破碎化较为严重，因此，要结合区域及周边环境，通过寻找影响生态安全的敏感因子，适度调整土地利用方式，有序开展生态保护修复工程，提升该区域生态安全水平。②生态安全Ⅱ级，即临界级，即生态管控区，总面积1800 km2，占全市土地面积的19.2%，该区分布较为零散，主要位于岳阳楼区、岳阳县、汨罗市中部等城镇化边缘地区，该区土地生态系统结构发生了较大程度的变化，城镇化建设对城郊边缘呈现一定的干扰态势，较多的低山丘岗被道路、居民点隔绝，景观破碎化程度高，产业布局粗放，集约化程度较低，因此，应合理控制3条红线之间的边界关系，防止优质耕地随着城镇化扩张被占用，避免城镇化建设与生态保护冲突，全面提升土地生态价值。③生态安全Ⅲ级，即良好级，定义为生态保育区，总面积2722 km2，占全市土地面积的28.9%，该区主要位于华容县南部、湘阴县中西部以及汨罗市北部地区，土地生态系统结构稳定，生态系统主要服务功能良好，各类生态压力未超出生态系统自身的承载能力，该区内应积极利用现有自然条件与区位优势，加强政策与财政支持力度，通过有步骤地推进废弃矿山修复、退出零散养殖企业等模式，尽可能减少人类活动对生态环境的影响。④土地生态安全Ⅳ级，即安全级(生态涵养区)总面积4584km2，占全市土地面积的48.7%，该区集中分布于临湘市、岳阳县、平江县东部地区，呈片块状分布，该区生态系统结构稳定，自然生态价值完整，该区内应给予重点保护，注重生态功能的涵养，维持当前状态。

表4 生态修复区面积统计 km2

图5 生态修复分区

5 结论

城镇化快速发展伴随着环境污染和生态风险程度的增加，而农业畜牧业的污染又进一步加剧了土地的生态压力，影响自然资源以及社会经济运行状态，然而，采用合理的政策与技术手段能够改善土地生态安全环境。本文基于活力-恢复力-生态服务能力框架建立评价指标体系，对岳阳市生态系统安全进行了评价，研究结果表明，市域范围内生态安全存在着结构失衡与空间异质的双重特征。本文的主要研究成果包括以下2个方面：

(1)全市生态服务能力与林地数量关联紧密，其中平江县、岳阳县及临湘市东部地区生态服务能力指数较高，相反中西部地区城区范围指数较低，主要由于中西部地区地势比较平坦，草地、水域面积较为宽阔，生态服务能力次于东部。而生态敏感性则呈现出边缘高，中间低的空间分布趋势，其中云溪区、岳阳楼区、岳阳县、汨罗市、湘阴县中心城区出现生态敏感性低值区。而生态组织结构表现为中间低、四周高的分布趋势，其值介于0.58～1之间，其中云溪区生态组织结构指数平均值最低，为0.924，指数平均值较高的区域包括平江县、岳阳县、岳阳楼区、君山区、华容县等，主要介于0.95～0.97之间。

(2)岳阳市生态安全整体水平较高，生态环境较好，低值区主要以城区为中心，呈放射状向四周辐射，出现层次分明的圈层状态。以建城区为中心向四周逐渐扩散，反映城镇化对环境产生较大的影响。从生态安全分布指数分析，岳阳市中部地区低值分布呈现条状结构，南北联系较为密切，应加强对南北干线“生态屏障”的切实保护，发挥“生态缓冲区”的调节作用。通过对生态安全评价结果进行分级，确定不同的生态修复分区结构，城区建设开发活动较为强烈，生态破碎化较为严重，因此需开展城市生态景观与人居环境修复，修复面积约为303 km2，而位于城市边郊的区域则确定为生态管控区，面积约为1800 km2，主要警惕城市建设所带来的扩张性风险，生态保育区及生态涵养区面积较大，占据研究区总面积的77%，主要采取生态保护、减少人为干预的修复政策。

本文通过突变模型构建生态安全评价指标体系，评价结果基本与岳阳市实际情况相吻合，基于GIS与RS数据基础的研究则进一步揭示了生态安全的内部空间与结构特点。还需进一步深入探讨的问题包括：①生态安全评价指标体系中指标因子的选择问题，本研究采用突变模型结合区域特色进行因子确认，如何提升指标选择的科学性对研究的意义重大；②本研究时期较为单一，若能增加时间序列分析内容，则能揭示区域生态安全及生态修复效果的时空动态变化规律；③如何使生态修复区的识别更加精准，问题导向更加强烈，将是未来研究需要继续加深的部分。