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2021 , Vol. 36 >Issue 9: 2294 - 2307

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20210909

国土空间安全规划体系构建

基于生态网络—人类干扰的国土空间生态修复优先区诊断——以长株潭城市群为例

  • 焦胜 , 1 ,
  • 刘奕村 1 ,
  • 韩宗伟 1, 2 ,
  • 周可婧 1 ,
  • 胡亮 3 ,
  • 刘铁雄 4
展开
  • 1.湖南大学建筑学院,长沙 410082
  • 2.铜仁学院旅游与地理系,铜仁 554300
  • 3.长沙市规划勘测设计研究院,长沙 410007
  • 4.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,杭州 412300

焦胜（1973- ）,男,湖南长沙人,博士,教授,博士生导师,研究方向为生态城市规划、城乡人居环境可持续发展及绿色建筑。E-mail:

收稿日期: 2020-10-08

  要求修回日期: 2021-03-29

  网络出版日期: 2021-11-28

基金资助

国家重点研发计划项目(2019YFD1101300)

湖南省重点研发计划项目(2019SK2101)

湖南省重点研发计划项目(2020SK2095)

贵州省教育厅青年科技人才成长项目(黔教合KY字[2017]313)

版权

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Determining priority areas for land ecological restoration based on ecological network-human disturbance: A case study of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration

  • JIAO Sheng , 1 ,
  • LIU Yi-cun 1 ,
  • HAN Zong-wei 1, 2 ,
  • ZHOU Ke-jing 1 ,
  • HU Liang 3 ,
  • LIU Tie-xiong 4
Expand
  • 1. School of Architecture, Hunan University, Changsha 410082, China
  • 2. Department of Tourism and Geography, Tongren University, Tongren 554300, Guizhou, China
  • 3. Changsha Planning & Design Survey Research Institute, Changsha 410007, China
  • 4. Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 412300, China

Received date: 2020-10-08

  Request revised date: 2021-03-29

  Online published: 2021-11-28

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Copyright reserved © 2021.
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摘要

基于整体保护与系统治理思维诊断生态修复优先区,是科学有序推进国土空间生态修复的重要抓手。以长株潭城市群为例,利用人类足迹定量评估人类活动对生态系统的干扰强度,在此基础上通过最小累积阻力模型、电路理论、移动窗口搜索法等,识别生态网络并诊断人类干扰致其结构与功能受损的关键区域为生态修复优先区。研究表明：（1）城市群人类干扰整体呈核心—边缘递减的圈层式分布,且西高东低,北高南低;（2）识别区域生态网络,其中包含140个生态源地斑块以及307条源间潜在生态廊道;（3）诊断得到生态源地修复优先区共计867.17 km2,生态廊道修复优先区共计97.83 km,生态夹点修复优先区共计40处,从面线点相结合角度提出消除或弱化人类干扰的修复策略。研究能为新时代区域国土空间生态修复的规划编制与实施工作提供空间指引。

关键词： 国土空间生态修复; 优先区诊断; 生态网络; 人类干扰; 长株潭城市群

本文引用格式

焦胜 , 刘奕村 , 韩宗伟 , 周可婧 , 胡亮 , 刘铁雄 . 基于生态网络—人类干扰的国土空间生态修复优先区诊断——以长株潭城市群为例[J]. 自然资源学报, 2021 , 36(9) : 2294 -2307 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20210909

Abstract

In the process of rapid industrialization and urbanization, the interference effect of human activities on the structure and function of ecosystem has been increasingly intensified. Land ecological restoration has become an essential topic of ecological civilization construction and land spatial planning. Determining priority areas for ecological restoration based on holistic protection and systematic governance, is a critical method for the scientific and orderly promotion of land ecological restoration. Taking Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration as an example, we used human footprint to evaluate the intensity of human disturbance to the ecosystem quantitatively. On this basis, through the minimum cumulative resistance model, circuit theory, and cyclic window search method, the ecological network was identified, and the key areas where human disturbance caused damage to its structure and function were determined as priority areas for ecological restoration. The research showed that: (1) The human disturbance in the urban agglomeration presented a core-edge decreasing circle distribution, and the west was higher than the east while the north was higher than the south. In the study area, low disturbance area, medium-low disturbance area, medium-high disturbance area, and high disturbance area accounted for 12.66%, 32.31%, 37.70%, and 17.33% of the urban agglomeration land, respectively. (2) The ecological network was identified, which contained 140 ecological source patches and 307 potential ecological corridors between them. The corridors were 3986.02 km long, primarily distributed along with the Xiangjiang River system or located in the low hilly area with good vegetation coverage. (3) The priority areas for ecological restoration were determined, including a total of 867.17 km2 for source restoration, 97.83 km for corridor restoration, and 40 points for pinch point restoration. From the perspective of Point-Line-Polygon, restoration strategies were proposed to eliminate or weaken human disturbance, which would help to provide spatial guidance for formulating and implementing of land ecological restoration in the New Era.

Key words： land ecological restoration; determination of priority areas; ecological network; human disturbance; Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration

在快速工业化、城镇化进程中,人类活动已成为改变和重塑国土空间的主要驱动力[1],对生态系统结构与功能的干扰效应日益加剧[2,3],引发生物多样性丧失、农业污染、水土流失等诸多区域性生态环境问题[4,5],严重威胁国家安全与可持续发展,亟待通过国土空间生态修复对退化、受损的生态系统进行恢复,提升生态系统的质量和稳定性。十八大以来生态文明建设上升至国家战略高度,十九大报告强调统筹推进山水林田湖草系统治理,2019年5月中共中央国务院发布的《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》中明确要求推进生态保护和修复。由此,编制实施国土空间生态修复规划这一创新举措成为新时期生态文明建设和国土空间规划的重要议题。国土空间由生态系统与人类社会各组分之间相互联系、相互作用形成[6],如何落实山水林田湖草生命共同体理念,以结构紊乱、功能受损的区域性生态系统为修复对象,以消除或弱化人类活动对生态系统的负面干扰为目标,实现整体保护、系统修复、综合治理,是目前国土空间生态修复工作面临的关键问题。
中国生态修复工作起源于20世纪80年代,先后部署了三北防护林体系建设工程、长江上中游水土保持重点防治工程等一系列大规模、长时段的生态修复建设工程[7],在河流湖泊生态修复[8]、森林植被生态修复[9]、土壤污染治理[10]、水土流失治理[11]、废弃工矿地修复[12]等领域取得丰富的实践与理论成果。但传统生态修复研究多以单一生境或单一要素修复为目标,基于站点观测或野外调查实测数据诊断待修复区域从而开展工程设计与实施。由于缺乏区域尺度对生态修复系统性、生态要素关联性的考虑,存在局部效果良好而整体收益偏低甚至生态系统服务功能下降的现象[13,14]。近期,通过景观生态学的格局—过程互馈机理构建生态网络,并在此基础上划定生态保护修复分区[15],诊断生态断裂点、障碍区等修复关键区域[16,17,18],成为重要发展趋势。生态网络利用生态源地与生态廊道实现破碎化生境斑块间的连接,是维持和恢复生态系统结构连通性与功能完整性的重要空间途径[19],将其纳入研究提升了生态修复的整体性、系统性、协同性和生态学价值。总体而言,新时代国土空间生态修复面向的空间尺度更为宏观,从侧重单一生境/要素的工程设计转向全要素的统筹治理,如何进一步从国土空间系统思维、整体视角耦合自然生态和人类社会系统,解析两大系统间的博弈关系,精准诊断待修复的生态结构和功能受损区域,有待深入研究。
长株潭城市群是我国新型城镇化的重点培育对象和长江中游城市群的重要组成部分,正处于快速城镇化、工业化发展阶段,与其他城市群一样,其内部高度集聚的人类活动对生态空间和资源环境的侵占加剧。已有研究表明,近年来长株潭城市群空间冲突总体呈上升趋势[20],区域生态系统服务和健康价值减少,生态风险增加[21],亟待科学有序地开展国土空间生态修复工作来有效限制、引导和管理人类干扰活动,保障城市群的生态安全,促进人类社会与生态环境的可持续发展。基于此,研究面向区域普遍存在的发展与保护矛盾,选择长株潭城市群这一矛盾突出的典型区域为研究区,从国土空间系统思维、整体视角出发,在定量评估人类干扰与识别生态网络的基础上,诊断人类干扰导致生态系统结构与功能受损的关键区域作为修复优先区,并针对性施策,以期为区域国土空间生态保护修复工作提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

长株潭城市群地处湖南省中东部,湘江中下游地区,地理位置为26°18'~28°41'N,111°58'~114°13'E,其范围包括长沙、株洲、湘潭三市行政辖区的23个县区,总面积28091 km2（图1）,是我国长江中游城市群的重要组成部分,同时是湖南省的政治、经济、交通、物资的集聚与扩散中心。截至2018年末,常住人口数为1504万人,城镇化率达72.83%,地区生产总值为15796亿元。区域属亚热季风湿润气候区与亚热带常绿阔叶林区域,地貌以低山、丘陵为主,地势边缘高、中部低,东部为湘赣交界的幕阜—罗霄山脉,西部为雪峰山脉,现有生态保护红线区面积为2983 km2,占城市群国土空间面积的10.62%。长株潭城市群定位为现代化生态型城市群,是全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区,并位于我国25个山水林田湖草生态修复试点工程之一的“湖南湘江流域和洞庭湖区”内,其区域生态保护修复备受关注。
图1 研究区域

Fig. 1 The study area

1.2 数据来源及处理

主要基础数据包括：（1）2018年人口密度数据,空间分辨率为1 km,源自全球高分辨率人口计划项目（ www.worldpop.org）;（2）2018年长株潭城市群土地利用数据,空间分辨率为100 m,源自地理空间数据云平台,基于美国地质勘测局（USGS）的遥感影像解译生成;（3）采矿权数据,源自国家科技基础条件平台——国家地球系统科学数据中心（ http://www.geodata.cn）;（4）2018年12月的VIIRS/DNB夜间灯光数据,空间分辨率约500 m,源自美国国家地球物理数据中心的地球观测小组（ https://ngdc.noaa.gov/eog/viirs/）,已剔除云层反光和暂时性光源（火灾、闪电等）的干扰;（5）交通数据为长株潭城市群的航道、铁路、高速公路、国道、省道、县道及其他道路分布数据,源自全国地理信息资源目录服务系统（ http://www.webmap.cn）的1∶25万全国基础地理数据库,并对照湖南省自然资源厅发布的标准地图（2018年版）进行补充;（6）DEM数据源自地理空间数据云平台GDEMV2数据集,空间分辨率为30 m,由此生成坡度数据;（7）2018年植被指数数据NDVI,空间分辨率为1 km,源自中国科学院资源环境科学数据中心;（8）长株潭城市群生态保护红线区矢量数据（2018年版）,源自湖南省自然资源厅;所有数据均转换为统一的坐标系与投影进行处理计算。

1.3 研究方法

研究方法由三部分组成,即基于人类足迹的人类干扰评估、区域生态网络识别、国土空间生态修复优先区诊断,技术路线如图2所示。
图2 技术路线

Fig. 2 Technical workflow

1.3.1 基于人类足迹的人类干扰评估
人类足迹（Human Footprint,HF）作为从生态效应角度评估人类干扰对陆地生态系统影响的常用指标[22],在自然保护区[23]和生态连通性[24]研究中得到广泛应用。研究基于Sanderson等[25]提出的人类足迹体系架构,借鉴区域尺度的已有研究[26],考虑研究区的区域特征与数据的可用性,选取人口密度、土地利用、夜间灯光及交通四类典型人类活动影响,以100 m的空间分辨率绘制人类足迹,从而量化人类对陆地生态系统的干扰,计算公式如下：
HF = HII - HI I min HI I max - HI I min
式中： HF为人类足迹; HII为人类影响指数,由于研究区均处于亚热带常绿阔叶林区域,为单一植被类型分区; HI I max与 HI I min分别取研究区内人类影响指数的最大值、最小值,计算方法如下：
HII = pop + landuse + nig h tlig h t + access
式中：（1） pop为人口密度影响指数。参考Venter等[27]的研究,人口密度影响指数随人口密度上升呈对数增长,当人口密度达到1000人/km2这一阈值时,其造成的干扰影响趋于饱和,计算公式如下：
pop = 3.333 × lg ( pd + 1 ) , pd < 1000 10 , pd ≥ 1000
式中： pd为人口密度（人/km2）,由于人口密度数据的空间分辨率为1 km,将其重采样为100 m像元大小以匹配其他数据的赋值单元。
（2） landuse为土地利用影响指数。参考Li等[23]的研究以及建设用地当量折算系数[28],给各类土地覆被/利用类型分配分数,其中未利用土地为0分,湖泊、滩涂、滩地、草地为1分,河渠、有林地、灌木林、疏林地为2分,其他林地为4分,耕地、水库坑塘为 6分,农村居民点为8分,城镇用地、其他建设用地（采矿用地以采矿权分布为准）为 10分,赋值单元大小为100 m。
（3） nig h tlig h t为夜间灯光指数。NPP-VIIRS夜间灯光数据凭借高灵敏度探测大量流动甚至小规模低强度的人类活动,成为人类活动监测研究的良好数据源。通过双线性插值法将夜间灯光数据重采样为100 m的空间分辨率,参考Shen等[29]的研究,依据辐射强度使用分位数法将数据重新缩放至0~10分。
（4） access为交通影响指数。一个景观单元受到的交通影响需同时考虑交通类型和单元距交通的距离。参考Su等[30]的研究,设置高速公路、铁路的影响距离为2 km,国道为1.6 km,省道为1.2 km,其他道路为1 km,交通影响指数随单元与道路的距离增加,从10分递减到0分;设置航道的影响距离为2 km,交通影响指数随单元与航道的距离增加,从6分递减到0分。赋值单元大小为100 m,在不同类型交通影响重叠区,取最大值。
1.3.2 区域生态网络识别
（1）生态源地选取。源地是对区域生态安全具有重要意义或者担负重要辐射功能的生境斑块[31]。考虑到目前湖南省生态保护红线区的划定已涉及生态系统服务重要性和生态环境敏感性评估,研究利用Aggregate Polygon工具,在保留自然保护地核心区的前提下将生态保护红线区聚合,得到生态源地斑块。
（2）生态阻力面设置。阻力值反映各类景观要素流、生态流从源地向外延伸扩张的难易程度[32]。城市群内自然生态系统转变为以人主导或人与自然相耦合的生态系统,高度密集的人类活动成为国土空间演变主要驱动力,生态结构和过程受其影响极大。根据高人类干扰区域对景观生态流的渗透性较小这一负相关关系[33],基于人类足迹指数构建生态阻力面,公式[34]如下：
R = H F ( 1 - Slope + NDVI ) × 10 3
式中： R为生态扩张阻力系数值; Slope为坡度; NDVI为植被覆盖率;HF、 Slope和 NDVI均为归一化处理结果,取值范围为0~1。
（3）廊道提取。最小累积阻力模型（Minimum Cumulative Resistance Model,MCR）可计算生态源中景观要素流、生态流向外扩张过程中穿越不同景观基面所耗费的成本,反映潜在的生态过程及其趋势[35],并提取累计阻力最低的最小成本路径,公式[36]如下：
MCR = f min ∑ j = n i = m D ij × R i
式中： MCR表示从生态源地扩散至某空间景观单元的最小累积阻力值; f反映了 MCR与景观生态过程的正相关关系; min表示取累积阻力的最小值; D ij表示生态源地斑块 j至景观单元 i的空间距离; R i表示景观单元 i的生态扩张阻力系数值。研究利用Circuitscape插件中的Linkage Mapper模块进行最小累积阻力模型运算,通过计算阻力面上每个景观单元到最近源地的成本加权距离（Cost Weighted Distance,CWD）,创建成本加权距离面,计算源间最小累积成本距离,即最小累积阻力,模拟源间最小成本路径（Least-cost Path,LCP）作为源间潜在廊道。
1.3.3 国土空间生态修复优先区诊断
完整稳定的生态网络对维护生态系统及其过程完整、保障区域生态安全的意义重大。生态网络中受到高程度负向干扰的区域,其结构与功能受损风险极大,将导致生态系统的整体功能显著降低,因此将此类关键区域诊断为国土空间生态修复优先区。
（1）生态源地修复优先区诊断。将研究区生态源地斑块与人类干扰进行多要素空间叠置分析,生态斑块内受到人类干扰较高的区域,易出现生境退化现象导致生态功能下降,应诊断为生态源地修复优先区。
（2）生态廊道修复优先区诊断。源间潜在生态廊道中存在阻碍生态过程的区域,移除此类障碍区域会增加生态重要区间联通的可能性。研究在以人类干扰为基础设置的生态阻力面上,采用移动窗口搜索法检测,以单位距离恢复的连通性值大小[15]（即像元阻力值改变前后最小成本路径之差与搜索半径的比值）,表征障碍去除后连通性的改善状况,其数值越大,修复后对提升源地间连通性的作用越强,因此将位于单位恢复连通性高值区的廊道诊断为廊道修复优先区。由于100 m为保护生物多样性较为合适的廊道宽度[37],且为生态阻力面的空间分辨率,将其作为移动窗口搜索半径,利用Circuitscape插件的Barrier Mapper模块,选择“Maximum”模式进行迭代运算。参考王回茴等[38]进行调整搜索半径实验验证搜索半径合理性,结果表明,单位恢复连通性高值区的面积虽随着半径增大有所增长,但核心位置不变,半径为100 m时所得到的廊道修复区与半径梯度增长后无明显区别。
（3）生态夹点修复优先区诊断。生态夹点（Pinch Point）是由McRae等[39]基于电路理论提出的概念,表示生态廊道上的“瓶颈点”[40]。电路理论借鉴物理学电路原理,将研究区视作电阻/电导值空间分异的导电表面,生物在研究区内的流动视作电荷在导电表面的随机游走,其定向游走产生电流,而生态夹点就是廊道中电流高度密集的区域[41]。研究利用Circuitscape插件的Pinchpoint Mapper模块,选择“all to one”模式迭代运算,得到廊道电流强度并提取研究区生态夹点。景观生态流通过生态夹点的机率高,高度人类干扰导致生态夹点受损的区域将极大可能切断生态网络组分间的连通,因此将该区域诊断为生态夹点修复优先区。

2 结果分析

2.1 人类干扰评估

研究区人口密度、土地利用、夜间灯光和交通四类人类活动影响指数评估结果见 图3。研究区绝大部分区域处于人口密度较高影响下,少量人口密度影响低值区分布在东部幕阜—罗霄山脉的周边区域（图3a）;土地利用影响高值区主要位于研究区中部,沿湘江集中连片分布,中高值区带状分布在低山丘陵区,其中城镇用地与耕地是研究区内土地利用干扰效应的主要来源（图3b）;夜间灯光高值区团块状分布于三市市区与浏阳、宁乡、湘乡、醴陵的中心城区,另有零星中高值区散布（图3c）;交通影响以研究区中部的三市市区为核心向外网状辐射（图3d）。
图3 四类人类活动影响指数的空间分布

Fig. 3 Spatial distribution of four types of human activity impact index

评估得到研究区人类足迹,取值范围在0~1之间,其中0表示完全原始,1表示最大的人类活动干扰。参照相关研究[42],将研究区根据人类足迹梯度划分低干扰区（0~0.2）、中低干扰区（0.2~0.4）、中高干扰区（0.4~0.6）和高干扰区（0.6~1）,面积分别为 3555.54 km2、9077.50 km2、10590.25 km2、4867.22 km2,分别占国土空间总面积的12.66%、32.31%、37.70%、17.33%,进一步表明研究区人类活动对生态环境的干扰强度大、范围广。高干扰区集中分布在城市群中部的都市区和各县中心城区,少量沿交通要道带状分布;中高干扰区在中部分布最广,西部次之,东部相对较少,呈向周边辐射的网络状分布;相比中低干扰区多分布在坡度缓和的低丘区,低干扰区则主要集中于城市群边缘的高丘山地区如浏阳市东北部、炎陵县、茶陵县、攸县东部（图4）。整体而言,人类干扰呈现从研究区中部核心向边缘圈层递减的趋势,同时东部的人类干扰相对西部低、南部的人类干扰相对北部低。
图4 人类干扰空间格局

Fig. 4 Spatial pattern of human disturbance

2.2 区域生态网络识别

识别研究区生态网络如图5所示,生态源地斑块共计140个,集中分布于研究区边缘的罗霄山脉（攸县、茶陵县、炎陵县）、幕阜山脉（浏阳市东北部）、雪峰山脉（宁乡市西北部、湘潭县南部、湘乡市南部）周边区域,研究区中部的生态源地较少,以湘江水系沿岸的自然保护地核心区的形式零散分布。识别生态源地间的最小成本路径,并提取源间潜在廊道307条,共计3986.02 km,多沿湘江水系分布或位于植被覆盖较好的低山丘陵区。生态廊道的空间分布与属性存在显著的核心—边缘差异,城市群中部廊道分布相对稀疏,长度长,路径平均耗费成本值高;城市群边缘的攸县、茶陵县、浏阳县东部、宁乡县西北部、株洲县西南部及湘潭县的南部,潜在廊道分布密集,长度较短,路径平均耗费成本值低,这是自然资源和城市群城镇化水平空间分异等因素共同作用的结果。研究区中部为人类活动高度密集的城市群都市区,生境破碎化程度高、连通性差,而边缘存在集中连片大面积的陆地生态源地以及浏阳河、洣水河等连接性水系生态源地,提供实现近距离源地间迁移扩散的途径。
图5 研究区生态网络

Fig. 5 Ecological network of research area

2.3 国土空间生态修复优先区诊断

生态源地斑块为具有重要生态功能或生态敏感脆弱的自然区域,发挥城市群水源涵养、生物多样性维护、水土保持等生态服务功能,已划定为生态保护红线区。研究区生态源地内处于人类低干扰、中低干扰、中高干扰和高干扰下的区域面积分别为1484.87 km2、1296.47 km2、 818.28 km2和48.89 km2（图6）。诊断高干扰区为一级修复优先区,占源地总面积的1.34%,主要位于各源地斑块边缘;诊断中高干扰区为二级修复优先区,占源地总面积的22.40%,较为分散地镶嵌于生态斑块中,加剧生境斑块的破碎化。整体而言,生态源地斑块受人类活动干扰相对较低,体现了当前生态保护红线划定的合理性和保护的有效性,但仍需增大强制性严格保护的力度。
图6 源地内人类干扰及修复优先区空间分布

Fig. 6 Spatial distribution of human disturbance and priority areas for restoration in ecological sources

潜在生态廊道是区域内能发挥生态功能、提供生态系统服务的潜在区域,对生物流、能量流、信息流的扩散过程具有重要作用,移除廊道障碍区能提高生态廊道的连接质量,以增强整体生态系统连通性。如图7所示,检测廊道的单位距离恢复连通性值,分类并提取高值区为廊道障碍区,位于此区域内的廊道为廊道修复优先区,长97.83 km,占总廊道长度的2.45%。整体来看,廊道修复优先区多位于研究区中部,依据空间分布特征可大致分为两类：一类处于城镇集中建设区的边界处,另一类分布在湘江水系或水系与城区的交汇处。这一方面是由于研究区中部的人类干扰程度高,对生态过程造成极大的阻力,另一方面中部生态源地斑块是区域生态过程的中转与集散区,此处的源间潜在廊道对维护生态系统整体结构连通与功能完整的意义重大。
图7 生态廊道修复优先区空间分布

Fig. 7 Spatial distribution of priority areas for ecological corridor restoration

生态夹点区域是对水平生态过程起关键作用的景观组分,其替代路径极少或不存在,退化或受损将极大可能削弱生态网络连通性,需优先考虑生境保护修复。如图8所示,红色区域为研究区电流强度高（即景观生态流强度高）的生态夹点。在此基础上诊断生态夹点修复优先区,如图9所示,共计40处生态夹点位于人类足迹高干扰区,均分布于铁路、高速、国道、省道等交通廊道上,其中沪昆铁路（5处）、京广铁路（4处）、国道G240（4处）、许广高速（3处）的干扰作用最为显著,亟待优先推进修复工作。生态夹点修复优先区的空间分布特征体现了研究区交通与生态系统的剧烈冲突。人类交通一方面作为人工廊道增强了人类干扰的广度和深度,另一方面作为隔断阻碍了景观生态流的水平生态过程,因此需要重点关注交通道路与生态空间交汇处的节点建设及其生态功能的提升。
图8 廊道电流强度及生态夹点空间分布

Fig. 8 Spatial distribution of current intensity of corridor and ecological pinch points

图9 生态夹点修复优先区空间分布

Fig. 9 Spatial distribution of priority areas for ecological restoration of pinch points

依据行政单元分区统计生态修复优先区见表1,从生态源地修复优先区的规模来看,株洲市的茶陵县、炎陵县、攸县及长沙市的浏阳市中生态修复优先区面积远大于其他行政单元,占总面积的75%以上,这是由于此四个县（市）生态源地斑块面积本身基数较大,在修复工作中具有重要地位。从源地一级修复优先区的规模来看,茶陵县、湘潭市区、攸县、湘潭县占总面积比例较高,其中湘潭市区过半生态源地斑块处于高度人类干扰下;从生态廊道修复优先区来看,75%以上的待修复廊道位于三市市区,说明市区内部廊道受损严重,连通质量较差;从生态夹点修复优先区来看,其集中分布在城市群中部的醴陵市、长沙市区、株洲县、湘潭县。
表1 各行政单元内生态修复优先区统计

Table 1 Statistics of priority areas for ecological restoration within each administrative unit

行政区 生态源地斑块修复优先区 生态廊道修复优先区 生态夹点修复优先区
面积/km2 (占比/%) 一级优先区面积
/km2 (占比/%)		 二级优先区面积
/km2(占比/%)		 长度/km (占比/%) 数量/个 (占比/%)
长沙市区 10.19 (1.18) 3.56 (7.28) 6.63 (0.81) 37.34 (38.17) 7 (17.5)
长沙县 7.07 (0.82) 0.31 (0.63) 6.76 (0.83) 3.22 (3.29) 1 (2.5)
宁乡市 42.33 (4.88) 3.08 (6.3) 39.25 (4.80) 0.94 (0.96) 2 (5.0)
浏阳市 116.45 (13.43) 3.58 (7.32) 112.87 (13.79) 0.5 (0.51) 2 (5.0)
株洲市区 13.06 (1.51) 1.46 (2.99) 11.6 (1.42) 30.56 (31.24) 0 (0)
株洲县 16.38 (1.89) 1.79 (3.66) 14.59 (1.78) 1.3 (1.33) 7 (17.5)
醴陵市 29.7 (3.42) 1.83 (3.74) 27.87 (3.41) 4.05 (4.14) 9 (22.5)
攸县 155.22 (17.9) 5.71 (11.68) 149.51 (18.27) 0.32 (0.33) 0 (0)
茶陵县 217.01 (25.03) 10.14 (20.74) 206.87 (25.28) 1 (1.02) 0 (0)
炎陵县 166.19 (19.16) 3.23 (6.61) 162.96 (19.91) 0.84 (0.86) 0 (0)
湘潭市区 12.96 (1.49) 8.31 (17.0) 4.65 (0.57) 16.24 (16.6) 2 (5.0)
湘潭县 50.71 (5.85) 4.54 (9.29) 46.17 (5.64) 1.52 (1.55) 6 (15.0)
湘乡市 21.3 (2.46) 0.69 (1.41) 20.61 (2.52) 0 (0) 4 (10.0)
韶山市 8.6 (0.99) 0.66 (1.35) 7.94 (0.97) 0 (0) 0 (0)
研究区 867.17 (100) 48.89 (100) 818.28 (100) 97.83 (100) 40 (100)

2.4 国土空间生态修复优先区的生态修复策略

以保障生态系统的结构完整、高效提升生态系统功能为目标,针对源地斑块、源间潜在生态廊道、生态夹点的修复优先区,提出面线点结合、生态功能互为支撑的生态修复策略如下：
（1）生态源地修复优先区的“面”层面策略。生态源地斑块内部应严格控制不符合主体功能定位的开发建设活动,加大封育力度,维护原有地形和生物多样性,采用自然恢复为主、人工修复为辅的措施,开展退耕退建还林还草还湿等生态修复工程,以及地质灾害防治、防洪、防护等安全工程,以提升自然生态系统功能。鉴于一级修复优先区多分布在斑块边缘的空间特征,需加强生态源地斑块边缘区管控,注重建设生态缓冲带,避免出现溢出效应。此外,城市群东部的茶陵县、炎陵县、攸县及浏阳市应作为城市群生态源地斑块修复工作的重点,进一步加大保护修复力度。
（2）生态廊道修复优先区的“线”层面策略。在研究区中部尤其是三市市区,需要更多对源间潜在生态廊道的关注,依托山体、水系、农田防护林网和道路廊道体系等,建设维护绕城生态带、绿楔等连通性生态空间,防止土地空间过度开发、城镇空间过度连绵,塑造良好的城镇发展形态。其中,修复长株潭生态绿心、湘江水系等结构性天然廊道集中区迫在眉睫。绿心区域作为长株潭三市的融城区,需严格限制违法违规建设项目,逐步退出与生态功能不相符的用地、产业,打造城市群生态客厅;湘江干流及浏阳河、捞刀河、沩水、渌江、涓水等主要支流,需继续实施湘江保护和治理“一号重点工程”,治理湘江流域整体的污染,加强岸线管控以及洲岛和沿岸湿地保护,城镇集中建设区段更应强化河流保护修复监督工作,条件成熟时进行河道的恢复。
（3）生态夹点修复优先区的“点”层面策略。基于生态夹点修复优先区均位于铁路、高速、国道、省道上的特点,应因地制宜增设综合交通廊道防护设施,拓宽道路两侧绿化带,竖立警示牌以降低车辆行驶速度,削弱噪声、扬尘、尾气等对生境的影响。针对绝大部分夹点及其修复优先区位于醴陵市、株洲县、长沙市区、湘潭县这一特征,此四个行政单元内的交通规划与建设过程需加强生态环境影响评估与生态空间的保留塑造,有条件处建立相关改良设施,如野生动物迁徙专用通道、天桥或隧道等,并定期监测此处野生动物的流动情况。

3 结论

研究以长株潭城市群为例,利用人类足迹定量评估研究区国土空间中的人类活动干扰,在此基础上设置生态阻力面,应用最小累积阻力模型识别区域生态网络,基于电路理论、多要素空间叠置、移动窗口搜索法等方法,诊断人类干扰导致生态网络结构与功能受损的关键空间,得到生态源地修复优先区、生态廊道修复优先区和生态夹点修复优先区,从而针对性施策消除或弱化人类活动对生态系统的负面干扰。研究结论如下：
（1）长株潭城市群人类干扰整体呈核心—边缘递减的圈层式分布,且西高东低,北高南低。其中的低干扰区、中低干扰区、中高干扰区和高干扰区分别占城市群国土空间面积的12.66%、32.31%、37.70%、17.33%。在人类干扰基础上识别生态网络,包含 140个生态源地斑块与307条源间潜在生态廊道,其中廊道长3986.02 km,多沿湘江水系分布或位于植被覆盖较好的低山丘陵区。
（2）诊断得到国土空间生态修复优先区,包括：生态源地斑块修复优先区 867.17 km2,其中48.89 km2的一级修复优先区多位于斑块边缘,818.28 km2的二级修复优先区较为分散地镶嵌于生态斑块中;生态廊道修复优先区长97.83 km,多位于城镇集中建设区的边界处、湘江水系或水系与城区的交汇处;生态夹点修复优先区40处,均分布于铁路、高速、国道、省道等人工交通廊道上。结合三类修复优先区域的空间分布特征,提出面线点相结合的针对性修复策略。
研究将“整体保护、系统修复、综合治理”理念贯彻落实,充分考虑国土空间中人类—生态两大系统间博弈关系与系统内各组分的关联性,将人类干扰导致生态网络受损的关键空间诊断为修复优先区,通过针对性施策高效消除或弱化人类干扰对生态网络的负面效应,从而整体提升生态系统结构连通性与功能完整性,对协调人地关系、保障国土空间生态安全与可持续发展具有重要意义。但研究仍存在一些不足：选取了人口密度、土地利用、夜间灯光及交通等四类典型人类活动,但干扰活动持续时长以及污染、外来物种入侵等人类活动产生的干扰效应未能纳入考虑,有待进一步完善;此外,生态保护修复与社会经济发展具有耦合关联的系统性、协同性,关注不同尺度人类社会系统对生态系统服务的需求差异,在权衡生态保护价值和发展效益的基础上确定生态修复目标与途径,从而实现生态系统服务和人类福祉的有效恢复与提升,值得日后深入研究。

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