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自然资源学报 >

2022 , Vol. 37 >Issue 11: 2915 - 2929

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20221111

空间协调

基于生态安全格局的国土空间保护修复优化——以内蒙古呼包鄂地区为例

  • 冯琰玮 ,
  • 甄江红 ,
  • 田桐羽
展开
  • 内蒙古师范大学地理科学学院，呼和浩特 010022
甄江红（1970- ），女，内蒙古包头人，博士，教授，博士生导师，研究方向为城市地理与区域发展。E-mail:

冯琰玮（1994- ），男，山西大同人，博士研究生，研究方向为城市地理与区域发展。E-mail:

收稿日期: 2021-11-22

  修回日期: 2022-05-23

  网络出版日期: 2023-01-28

基金资助

国家自然科学基金项目(41761032)

国家自然科学基金项目(41261109)

内蒙古自然科学基金项目(2016MS0410)

内蒙古自然科学基金项目(2020MS04003)

收起

Optimization of land protection and restoration based on ecological security pattern： A case study of Hohhot-Baotou-Ordos Region in Inner Mongolia

  • FENG Yan-wei ,
  • ZHEN Jiang-hong ,
  • TIAN Tong-yu
Expand
  • College of Geographical Science, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China

Received date: 2021-11-22

  Revised date: 2022-05-23

  Online published: 2023-01-28

Fold

摘要

构建生态安全格局可为国土空间保护修复提供对策，以补充现有研究对国土空间优化实践指导的不足。以内蒙古呼包鄂地区为案例，识别城镇、生态源地，构建源地扩展阻力评价体系，通过最小累积阻力模型划分安全格局小区；基于电路理论识别国土空间保护修复重点区域（生态廊道、生态“夹点”、生态障碍点），优化生态安全格局，提出国土空间保护修复建议，得到的主要结论有：研究区城镇源地适宜扩展区远小于生态源地，国土空间保护修复有较大潜力；安全格局小区中生态保育区生态空间面积最大，其次是优化缓冲区生态空间，生态防护区生活空间最小；识别135条生态廊道，12个生态“夹点”，6个生态障碍点，164个生态战略点，架构生态安全网络，形成“多核四区三带一屏一流域”的国土空间保护修复格局，以达到提升生态景观完整度与连通性、维护区域生态安全的目标。

关键词： 生态安全格局; 国土空间; 保护修复; 电路理论; 呼包鄂地区

本文引用格式

冯琰玮 , 甄江红 , 田桐羽 . 基于生态安全格局的国土空间保护修复优化——以内蒙古呼包鄂地区为例[J]. 自然资源学报, 2022 , 37(11) : 2915 -2929 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20221111

Abstract

The optimization of ecological security pattern can provide countermeasures and suggestions for land space protection and restoration, so as to supplement the actual lack of practical guidance of existing research on it. The construction of ecological security pattern is of great significance to optimize the protection and restoration of land space. Starting from the identification of urban and ecological source in the Hohhot-Baotou-Ordos Region, this paper constructs an evaluation index system of urban and ecological source expansion resistance, and uses the minimum cumulative resistance model to construct the ecological security pattern. Then we identify key areas of ecological protection and restoration (ecological corridors, ecological pinch points and ecological barrier points), build an ecological security network, optimize the pattern of land space protection and restoration, and put forward relevant countermeasures and suggestions. The main conclusions are as follows, at first, the area suitable for expansion of urban sources is far smaller than that of ecological sources, which is better than the expansion of ecological sources as a whole, so the regional ecological construction, protection and restoration have great potential. Secondly, the ecological space in the ecological conservation area accounts for the largest proportion of the community area of the ecological security pattern, followed by the ecological space in the optimized buffer area, and the living space in the ecological protection area accounts for the lowest. Last but not the least, 135 ecological corridors were extracted, 12 ecological pinch points and 6 ecological barrier points were identified, rivers and traffic corridors were supplemented, 164 ecological strategic points were extracted, and an ecological security network was constructed. Ultimately, it integrated natural elements such as mountains, rivers, forests, fields, lakes, grass and sand to form a land space protection and restoration pattern of "multi-core, four areas, three belts, one screen and one basin", so as to improve the integrity and connectivity of regional ecological landscape and maintain regional ecological security.

Key words： ecological security pattern; land space; ecological restoration; Circuit Theory; Hohhot-Baotou-Ordos Region

国土空间保护修复是协助生态系统尽可能恢复到原有结构和功能的过程[1]。自生态文明建设上升为中国国家战略以来，“坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，还自然以宁静、和谐、美丽”成为国土空间格局优化的必然要求。生态安全格局是识别、优化国土空间保护修复区域的主要手段，是各类生态景观要素、空间位置及其相互联系构成的空间格局，也是维护生态系统稳定和持续推进国土空间修复目标的基础[2,3]，可为国土空间系统性和针对性修复提供参考[4]。生态安全格局研究集中在架构绿色基础设施网络[5]、划定城镇增长边界[6]、规划城乡布局[7]等角度进行，现已形成“源地识别—阻力构建—廊道提取”的研究范式[8,9]。科学识别生态源地、精细源地扩展阻力、强化生态廊道以及提升保护修复区域的完整度与连通性成为生态安全格局的研究重点。
作为区域生态治理的主要内容[10,11]，生态安全格局强调生态要素整体性与协调性[12]。“山水林田湖草沙”共同体理念下的国土空间保护修复格局强调全域、全要素、全过程的统筹管理与系统治理，提出了整体保护、系统修复与综合治理的总体要求，可见生态安全格局与国土空间保护修复格局的整体性视角与系统性理念是一致的。生态安全格局研究采用景观生态学方法，“生态网络模式”[13]、“集中与分散相结合”的景观模式[14]及“绿色廊道”[15]理论把自然资源作为关键格局进行规划，常见对生境质量评估[16]、生态过程模拟[17]、生态系统保护与修复[18]的方法创新；在识别生态源地过程中，多数研究忽视生态源地对生态系统稳定性、可持续性的支持，识别方法有待提升[19]；生态廊道识别常见最小累积阻力模型[20]、重力模型[21]、电路理论[22]等景观、数学模型的综合应用。生态安全格局的研究范式可协助识别国土空间保护修复的关键区域，以实现对国土空间格局的调整优化。
呼包鄂地区具有多元的区位特征（生态脆弱、能源资源富集、快速城镇化），对于探讨人地矛盾突出区域的国土空间保护修复具有一定的代表性与典型性。因此，本文以呼包鄂地区为案例，从经济发展与生态环境保护的角度出发，科学识别城镇、生态源地；从区域的地形格局、土地格局、生物格局及区位交通构建城镇、生态源地扩展阻力评价体系，采用最小累积阻力模型得到安全格局小区；识别国土空间保护修复重点区域（生态廊道、生态“夹点”、生态障碍点），架构生态安全网络，优化生态安全格局，提出国土空间保护修复对策及建议，以期为呼包鄂地区国土空间规划与管理建言献策。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

呼包鄂地区（呼和浩特市、包头市及鄂尔多斯市）位于内蒙古自治区中西部，地处37°37′~42°44′N和106°31′~112°17′E之间，面积13.18万km2（图1）。其地形以高原、中低山地为主，海拔介于816~2338 m之间，气候属半干旱大陆性季风气候，人均水资源占有量为全国平均水平的1/6。截至2018年，呼包鄂地区年末常住人口809.35万人，常住人口城镇化率为75.93%，地区生产总值8512.68亿元，三次产业占比分别为3.72%、43.75%、52.53%。该地区能源资源种类多样，煤炭资源储量突出，2000—2018年工矿用地面积扩张近17倍，国土空间保护修复任务尤为紧迫。
图1 研究区位置

注：本图来自内蒙古自治区自然资源厅各盟市标准地图制作，底图无修改，下同。

Fig. 1 Location of the study area

1.2 数据来源

研究区2018年二级土地利用矢量、土地侵蚀数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心，将土地利用数据合并得到国土空间结构，包括生产空间（农业生产空间、工矿生产空间）、生活空间（城镇生活空间、农村生活空间）及生态空间（林地生态空间、草地生态空间、水域生态空间、其他生态空间）；DEM数字高程数据来源于地理空间数据云，DEM选择ASTER GDEM 30 m分辨率数字高程数据；NPP数据来源于18°N以北中国陆地生态系统逐月净初级生产力数据集[23]；交通数据来源于中国地理信息资源目录服务系统1∶25万基础地理库。上述数据经过正轴等积双标准纬线割圆锥投影，栅格空间分辨率为250 m。

1.3 研究方法

1.3.1 源地识别方法

“源”是事物向外扩散的起点，有向四周扩散或吸引的能力[24]，源地识别是构建生态安全格局的基础。源地景观类型包括城镇及生态源地。城镇源地是具有扩展潜力的城镇建设用地，生态源地是生态功能优势突出的区域。源地识别常见综合评价法和直接识别法。综合评价法通过评价区域生态敏感性或生态服务功能重要性甄别生态斑块[25]，直接识别法将具有一定规模的生态/建设用地斑块直接作为生态/城镇源地[26]。可结合研究实际选择方法。
研究区城镇建设用地斑块数量少且扩展范围有限，可将城镇建设用地斑块直接作为城镇源地。相较之下，生态斑块数量众多且在城镇/工矿周边区域破碎分布，故需对生态源地初始斑块面积进行设定。根据图2，随着生态斑块面积增加，斑块数量呈下降趋势。在生态斑块面积增加至10 km2后，斑块数量变化趋于平缓，且占区域总面积的比例维持在46.05%~56.38%之间，说明<10 km2的剔除斑块数量虽多，但面积较小、分布相对离散，对生态源地整体影响不显著，且在10 km2处开始缓和下降，故设定初始生态源地阈值为10 km2。为强化生态斑块景观完整度与连通性，需采用最佳的景观粒度对初始生态源地进行调整。
图2 生态初始源地面积阈值设定的影响

Fig. 2 Impact of the area threshold of ecological source patches

在生态安全格局相关研究中，多数未考虑生态系统的整体效应，即应作为生态源地的斑块漏选以及不应作为生态源地的斑块误选[27]。粒度反推法是识别生态源地的客观方法，通过对不同粒度数据和同一粒度水平下高精度数据的连通性做出综合分析，以确定生态源地的数量和布局[28]。粒度反推法先假设存在多种生态源地，经过计算不同粒度下的生态源地景观格局指数确定最佳景观粒度[29]。随着栅格粒度增加，面积较小且零星分布的斑块得以剔除，空间距离较近的斑块合并形成新的生态景观组分；再通过景观指数分析选取最佳栅格粒度，与初始源地斑块进行相交反选生态源地。景观完整度与连通性选择斑块密度（PD）、蔓延度指数（AI）、内聚力指数（COHESION）及连通性指数（CONNECT）表征，计算公式详见参考文献 [30]。

1.3.2 源地扩展阻力评价指标体系的构建

在识别城镇、生态源地基础上，需对源地扩展过程中所克服的阻力进行评价。鉴于区域环境的自然特征与人工特性，选取与生态和城镇扩张相关性高的因子，包括地形格局、土地格局、生物格局及区域交通四类准则层，二级阻力因子共12个。将阻力因子分为五级进行赋值从大到小依次为9、7、5、3、1，具体评价指标、获取方式及选取依据见表1。
表1 呼包鄂地区源地扩展阻力评价指标体系

Table 1 Evaluation index of expansion resistance of source areas in the Hohhot-Baotou-Ordos Region

准则层 指标层 获取或计算公式 指标选取依据 参考文献
地形
格局		 a. 高程/m DEM数据拼接、投影、裁剪 根据《城乡建设用地竖向规划规范》及生态用地的分布状况，地形格局反映高程、坡度及地形起伏度对源地扩展的影响 [31,32]
b. 坡度/(°) 对处理后的DEM进行栅格表面坡度计算
c. 地形起伏度 RDLS=ALT/1000+{[max(H)-min(H)]×[1-P(A)/A]}/500，其中：RDLS为地形起伏度；ALT为研究区平均高程（m）；max(H)、min(H)分别为区域单位面积的最大、最小高程（m）；A为区域总面积（hm2）；P(A)为相对高度<30 m的平地区域面积（hm2）
土地
格局		 d. 国土空间结构 生产、生活及生态八类二级空间用地 根据城镇、生态源地扩展的土地利用条件，土地格局反映土地本身对源地扩展的影响 [21,33]
e. 土壤侵蚀 数据产品（含风蚀、水蚀等级）
f. 土壤稳定性 土壤稳定性综合评估
生物
格局		 g. NPP/(g C/m2·a) NPP数据产品投影、裁剪 基于《生态环境状况评价技术规范》，生物格局一方面有利于生态源地扩展，另一方面对城镇源地扩展形成约束 [34,35]
h. 生境质量 其中：EI为生态环境质量指数；BI为生物丰度指数；NDVI为植被覆盖指数；WI为水网密度指数；LDI为土地胁迫指数；NEPI为污染负荷指数
区位
交通		 i. 距水域距离/m 对水域进行欧氏距离运算 考虑人类干扰对城镇、生态源地扩展的影响，距城镇中心、禁止开发区的距离以及交通成本可表征人类干扰对土地利用的指向性 [36,37]
j. 距城镇中心距离/m 对城镇中心进行欧氏距离运算
k. 距禁止开发区距离/m 对禁止开发区进行欧氏距离运算
l. 交通成本 NCOST=[max(COST)-COST]/[max(COST)-min(COST)]，其中：NCOST为归一化成本距离；max(COST)和min(COST)分别为时间成本距离的最大值及最小值
地形、土地及生物格局表征了自然因素对国土空间格局的影响，区位交通体现了人类活动干扰对国土空间格局的影响[38]。对指标分级的说明：（1）地形格局。地形格局包括高程、坡度及地形起伏度，高程、坡度，地形起伏度越大，越不利于城镇源地扩展。采用等间距法或经验法对地形格局进行分级，高程以1000 m、1200 m、1400 m、1600 m为界分五级，坡度以3°、8°、15°、25°为界分五级，地形起伏度以1.2、1.4、1.6、1.8为界分五级，地形格局的生态源地与城镇源地扩展阻力因子赋值相反。（2）土地格局。源地类型与国土空间结构越接近，越利于源地扩展；土壤侵蚀越严重、土壤稳定性越差，越不利于源地扩展。土壤稳定性采用等间距法以20、40、60、80为界分五级。除国土空间结构外，生态源地与城镇源地扩展阻力因子赋值相同。（3）生物格局。NPP、生境质量越高，距水源地越近，越利于生态源地扩展。NPP采用等间距法以60、120、180、240为界分五级，生境质量采用自然断裂法以0.31、0.41、0.48、0.54为界分五级，距水域距离采用经验法以500 m设定缓冲区分五级。生物格局的生态源地与城镇源地扩展阻力因子赋值不同，NPP与生境质量过高或过低均不适宜城镇源地扩展，最低及最高区间赋值为9。（4）区位交通。距禁止开发区越远、距城镇中心越近、交通成本越低越适宜城镇源地扩展。其中，距城镇中心及禁止开发区距离采用经验法以1000 m设定缓冲区分五级；交通成本采用自然断裂法以0.1、0.2、0.3、0.6为界分五级，区位交通的生态源地与城镇源地扩展阻力因子赋值相反。

1.3.3 生态安全格局构建及分区方法

最小累积阻力模型（Minimal Cumulative Resistance，MCR）由荷兰学者Knappen[39]提出，最初始于对物种扩散的研究。近年来，国内学者将其广泛应用于地理学、景观生态学等学科领域，此类研究通常将源地扩展视为该类景观对其他景观的控制、竞争过程，其实质是源地经过不同阻力景观所消耗的费用或克服阻力所做的功。采用修正最小累积阻力模型[40]得到生态、城镇源地的最小累积阻力值，具体计算公式如下：
M C R = f m i n ∑ j = n i = m D i j × R i
式中：MCR表示源地扩展到某景观处的最小累积阻力值；f是个未知的负函数；Dij表示源地i到景观j的欧式距离；Ri表示源地i在扩展过程中所受到的阻力值。生态安全格局计算公式为：MCR=MCRer-MCRur，MCRer、MCRur分别是生态、城镇源地扩展的最小累积阻力。MCR分为 [min, 0)、[max] 两个区间，将各区间阻力值的突变点视为间断点，设负值突变点为λ，正值突变点为φ。基于国土空间保护修复视角将研究区分为四类区域，包括生态保育区 [min, λ)、优化缓冲区 [λ, 0)、生态过渡区 [0, φ) 及生态防护区 [φ, max]。其中，生态保育区适宜生态源地扩展；优化缓冲区生态源地扩展适宜程度仅次于生态保育区；生态过渡区适宜城镇源地扩展；生态防护区相较生态过渡区更适宜城镇源地扩展。

1.3.4 生态安全网络架构方法

（1）生态廊道识别方法
生态廊道是区域生态安全格局的重要组成部分，作为生态系统能量流动与物质循环的重要载体，对于改善区域生境质量、完善生态系统功能、加强生物多样性具有重要意义。电路理论用电子在电路中随机游走的特性来模拟物种个体或基因在景观中的迁移扩散过程，使用源地间的电流强度反映生态源地与廊道间的相对重要性，从而识别移动路径[41]。某条路径的电阻过大，物种迁移、生态斑块间的连接就会选择其他更优路径，即电阻较小的路径。将生态源地最小累积阻力作为电阻，运用Linkage Pathways Tool模块识别生态廊道，该模块可根据核心斑块与阻力栅格绘制核心斑块间的最低成本联系。
（2）生态“夹点”识别方法
生态“夹点”是由McRae等[41]基于电路理论提出用以表征景观连通性的关键点，对其识别是为防止生态源地退化或改变。将栅格数据视为有数值的电阻值，而“夹点”是生态廊道中电流密度较高的区域[42]。生态源地最小累积阻力的电流越密集，说明区域缺少或不存在替代路径[43]。根据Pinchpoint Mapper模块识别电流高度密集区域，若电流密度在某地区异常增加，说明该地区是国土空间保护修复的重点区域。
（3）生态障碍点识别方法
生态障碍点是生物在生态源地间运动受到阻碍的区域，移除该类区域会增加生态源地间的流通性。根据Barrier Mapper模块识别生态障碍点，该工具通过计算清除生态障碍点后的累积电流恢复值识别对景观连通性影响较大的区域。某地区的累积电流恢复值越大，对景观连通性的阻碍就越大，表明该地区是国土空间保护修复的重点区域[9]。
（4）生态战略点识别方法
生态战略点是生态廊道上极易发生中断的区域，可通过修建生态驿站提升局地生境质量。引入河流、交通廊道作为补充廊道，将其与生态廊道的交点作为生态战略点。生态节点、生态廊道、生态源地将架构起“点、线、面”的生态安全网络，从而为国土空间保护修复格局优化提供依据。

2 结果分析

2.1 生态源地识别结果

不同粒度的生态源地景观指数如图3所示，斑块密度和蔓延度指数随栅格粒度增加呈下降态势，在400 m处趋于稳定。内聚力、连通性指数随栅格粒度增加有所波动，在400 m处连通性指数达到最大；内聚力指数对应的栅格粒度>400 m时，其趋势快速下降，可判定400 m粒度是生态源地选择的最佳参照。将400 m栅格粒度转矢量后与初始生态源地进行相交，统计生态源地斑块43个，面积为5.14万km2；城镇源地斑块主要由各中心城区及城关镇组成，面积为0.23万km2。
图3 不同粒度的生态源地景观格局指数

Fig. 3 Landscape pattern index of ecological source in different granularity

2.2 生态安全格局构建及生态防护建议

阻力大小反映了阻力因子叠加过程对生态、城镇源地扩展的综合影响，但该过程未考虑源地分布及距离因素。根据式（1），采用成本距离分别获取生态、城镇源地扩展的最小累积阻力，相减后得到综合最小累积阻力，根据突变值进行分级再与国土空间结构相交构建生态安全格局，分布统计结果如表2所示。
表2 呼包鄂地区安全格局小区分布及生态防护建议

Table 2 Spatial distribution of ecological security zones and suggestions on ecological protection in the Hohhot-Baotou-Ordos Region

格局小区 面积比例/% 主要空间分布 生态防护建议
生态保育区生产空间 2.26 阴山北麓、黄土高原丘陵沟壑、鄂尔多斯高原农牧生产零星地带 退耕还林还草还湖还湿、严禁开发破坏性生产建设活动
优化缓冲区生产空间 6.61 阴山北麓、土默特平原农牧生产区 引导退耕还林还草还湖还湿、可适度发展休闲农业及相关配套设施建设
生态过渡区生产空间 3.01 阴山北麓、土默特平原农牧生产区 保护永久基本农田、修复工矿废弃地生态环境、防治生产空间破碎化
生态防护区生产空间 0.86 阴山北麓、土默特平原城镇周边农牧生产区 保护永久基本农田、修复工矿废弃地生态环境、严防耕地撂荒与面源污染
生态保育区生活空间 0.34 阴山北麓、黄土高原丘陵沟壑、
鄂尔多斯高原农村生活空间		 生态移民易地搬迁
优化缓冲区生活空间 0.91 阴山北麓、土默特平原农村生活空间 严控农村生活空间数量规模、引导人口外迁、鼓励零散农村生活空间撤并
生态过渡区生活空间 0.98 城镇生活空间边缘区 加强生态环境建设、提高人居环境质量、严防生活空间破碎化
生态防护区生活空间 0.31 城镇生活空间核心区 加强生态环境建设、提高人居环境质量、严防城镇无序蔓延
生态保育区生态空间 42.64 阴山中山、阴山北麓、鄂尔多斯西部荒漠、荒漠草原、黄土高原丘陵沟壑 强化生态保育、维护水源涵养、水土保持、防风固沙等生态功能正常运转
优化缓冲区生态空间 37.39 阴山中山、阴山北麓、鄂尔多斯高原中东部、黄土高原丘陵沟壑 参照生态保育区生态空间工作、加强生态廊道建设及林草、湿地生态修复
生态过渡区生态空间 3.42 城镇生活空间边缘的生态用地 加强植树造林种草、以“绣花功夫”提升城镇边缘生境品质
生态防护区生态空间 1.27 生产空间边缘的裸地 宜林则林、宜草则草
以MCR零值为界，根据自然断裂法对MCR进行分级。整体来看，生态源地适宜扩展区占比为89.1%，城镇源地适宜扩展区占比为10.9%。具体来看：MCR分区占比最高的是生态保育区，达到45.28%，该区生态系统服务功能良好，主要由生态源地及其缓冲带组成，是维护区域生态安全的核心区；优化缓冲区占比仅次于生态保育区，达到43.82%，该区主要分布在生态源地边缘，是生态源地对外连接的通道，对保障生态系统功能稳定作用突出，但抗干扰能力较差，适宜作为生态用地发展；生态过渡区占比较低，为8.44%，作为自然、人文环境的过渡区，该区景观趋于多样化，可适度开展经济开发活动，但应减少对自然环境的干扰；生态防护区占比最低，仅占2.46%，该区国土空间多用于城镇建设，其生境质量易受工业化、城镇化的负面影响，应鼓励探索绿色发展模式。研究区生产、生活、生态空间用地占比分别为12.78%、2.52%、84.7%。生产空间分布在农业生产适宜区及矿产资源禀赋优势区，是生产要素高度集中的区域；生活空间占比偏低，城镇生活空间是人类对自然环境的选择、适应及改造的优势区；农村生活空间较为零散，如与生态空间发生冲突可采取生态移民、产业清退等措施；生态空间以草地、荒漠为主，分布范围较广。将MCR分区与国土空间结构相交，得到12类安全格局小区，提出生态防护建议（表2）。

2.3 生态廊道的识别结果

生态廊道识别结果见图4。生态源点间的邻接网络线路共903条（图4a）。从各源地边界出发遭遇非均质扩展阻力影响，使得源地间的最短路径并非直线，廊道网络邻接方式选择成本加权和欧氏距离连接生态源地，得到潜在生态廊道（图4b），但未考虑生态源地间最小成本路径对潜在生态廊道的选择（图4c），提取成本最低的生态廊道（图4d），删除共线廊道后，提取生态廊道135条，总长度近2975.83 km。其中，生态廊道最短为 1.2 km，连接线路为准格尔旗草地生态廊道；生态廊道最长为331.6 km，连接线路为横贯研究区中部东西走向的库布齐沙漠边缘草地与黄土高原丘陵沟壑林草地的生态廊道。由于廊道易受人类活动干扰而发生中断，需识别生态廊道途经的重点区域加以保护。
图4 呼包鄂地区生态廊道的空间识别

Fig. 4 Spatial identification process of ecological corridors in the Hohhot-Baotou-Ordos Region

2.4 国土空间保护修复重要区域识别

2.4.1 生态“夹点”识别

基于生态廊道提取结果，采用成对模式识别生态“夹点”，结果如图5a所示。输入1A电流，生态廊道电流强度值域为 [186.3]，最终识别12个生态“夹点”区域，提出保护修复措施（表3），具体措施包括：（1）若生态“夹点”集中在农业生产空间，可适度退耕还林还草，根据植被适宜程度推广农田防护林建设。（2）若生态“夹点”位于林草生态空间，应根据水资源储量科学提高植被盖度，宜林则林、宜草则草；草原地区应坚持以草定畜、草畜平衡制度，推行生态保护补偿。（3）若生态“夹点”分布在水域生态空间，应加强清淤、污染治理，并制定黄河流域综合治理方案，加强府际合作，推动黄河流域高质量发展。
图5 呼包鄂地区生态“夹点”及生态障碍点分布

注：a位于固阳县西斗铺镇西部；b位于达尔罕茂明安联合旗乌克忽洞镇南部及武川县二份子乡北部；c位于土默特左旗毕克齐镇及北什轴乡；d位于和林格尔县新店子镇西部；e位于准格尔旗大路镇东北部；f位于乌审旗乌审召镇及图克镇；g位于达拉特旗恩格贝镇北部及东胜区泊尔江海子镇西部；h位于达拉特旗昭君镇及展旦召苏木；i位于东河区沙尔沁镇；j位于达拉特旗恩格贝镇北部及九原区哈业胡同镇；k位于达拉特旗中和西镇北部及杭锦旗独贵塔拉镇东北部；l位于杭锦旗呼和木独镇；m位于固阳县西斗铺镇、兴顺西镇及金山镇北部；n位于准格尔旗沙圪堵镇、大路镇及薛家湾镇；o位于东胜区东部辖街道；p位于乌审旗乌审召镇、嘎鲁图镇、乌兰陶勒盖镇及图克镇； q位于达拉特旗北部；r位于杭锦旗吉日嘎朗图镇及独贵塔拉镇。

Fig. 5 Spatial distribution of ecological pinch points and barrier points in the Hohhot-Baotou-Ordos Region

表3 呼包鄂地区国土空间保护修复关键区域

Table 3 Key areas of land space protection and restoration

修复类型 国土空间结构类型 典型区域及其具体空间分布 国土空间保护修复建议
生态
“夹点”		 农业生产空间
林地、草地生态空间		 a. 固阳县 西斗铺镇西部 适度退耕还林还草、建设生态防护林、林草修复
农业生产空间
草地生态空间		 b. 达尔罕茂明安联合旗、武川县 乌克忽洞镇南部
二份子乡北部
农业生产空间 c. 土默特左旗 毕克齐镇、北什轴乡 建设生态防护林
农业生产空间
草地、水域生态空间		 d. 和林格尔县 新店子镇西部 建设生态防护林、草地
修复、河流污染治理清淤
草地、水域生态空间 e. 准格尔旗 大路镇东北部 草地修复、流域综合治理
草地生态空间 f. 乌审旗 乌审召镇、图克镇 草地修复
草地生态空间 g. 达拉特旗、东胜区 恩格贝镇南部
泊尔江海子镇西部
草地、水域生态空间 h. 达拉特旗 昭君镇、展旦召苏木 草地修复、流域综合治理
农业生产空间
水域生态空间		 i. 东河区 沙尔沁镇 发展节水农业、区域盐渍化治理、流域综合治理
农业生产空间
水域生态空间		 j. 达拉特旗、九原区 恩格贝镇北部
哈业胡同镇
农业生产空间
草地、水域生态空间		 k. 达拉特旗、杭锦旗 中和西镇北部
独贵塔拉镇东北部		 发展节水农业、草地
修复、流域综合治理
草地生态空间 l. 杭锦旗 呼和木独镇 草地修复
生态
障碍点		 农业生产空间
农村生活空间		 m. 固阳县 西斗铺镇、兴顺西镇、金山镇北部 适度退耕还林还草、农村人居环境整治、生态建设
工矿生产空间
城镇、农村生活空间		 n. 准格尔旗 沙圪堵镇、大路镇、
薛家湾镇		 工矿排土场废弃地修复、城镇农村绿地建设
城镇生活空间 o. 东胜区 东胜区东部辖街道 城镇绿地建设
其他生态空间 p. 乌审旗 乌审召镇、嘎鲁图镇、乌兰陶勒盖镇、图克镇 沙地生态治理
农业生产空间
城镇、农村生活空间
其他生态空间		 q. 达拉特旗 达拉特旗北部 适度退耕还林还草、
城镇农村绿地建设
沙漠锁边、沙地生态治理
其他生态空间 r. 杭锦旗 吉日嘎朗图镇
独贵塔拉镇		 沙漠锁边、沙地生态治理

2.4.2 生态障碍点识别

以200 m为最小搜索半径、2000 m为最大搜索半径识别生态障碍点，结果如图5b所示。区域累积电流恢复均值为70.86，有54.13%的区域累积电流恢复值大于均值，最终识别6个高值区生态障碍点，提出保护修复措施（表3）。具体措施包括：（1）若生态障碍点集中在农业生产空间，可适度退耕还林还草，生态保护红线区内的耕地应有序退出。（2）研究区对矿产资源依赖程度较高，生态修复重点应为恢复和重建植被。（3）若生态障碍点位于生活空间，严控城镇发展规模、推广农村牧区聚落改造应为生态修复重点。（4）若生态障碍点分布在其他生态空间，虽其处于累积电流恢复高值区，但整体修复难度较大，应减少对沙漠、沙地的人为扰动，适度提高其外围植被覆盖，防止草地沙化。

2.5 国土空间保护修复格局优化

交通、河流廊道可作为补充廊道（图6a），具体包括：（1）交通廊道。由铁路、公路组成，可适度加宽交通廊道两侧绿化带稳固路基，调节局地气候。（2）河流廊道。主要由黄河干支流、河漫滩及河岸组成。（3）生态廊道。生态廊道主要为林草廊道，其功能兼具景观连通和组团隔离优势。生态廊道以多路组合的方式加快源地间的生态要素流动，充分发挥景观连通功能；其组团隔离优势表现在控制城镇空间无序蔓延。对生态廊道与补充廊道进行相交得到164个生态战略点，主要分布在生态源地周边或较长的生态廊道中央地带。生态战略点分布密集区可通过修建生态驿站强化局地生态环境建设，以提高生态廊道的稳定性。
图6 呼包鄂地区补充廊道及生态安全网络

Fig. 6 Spatial distribution of supplementary corridors and ecological security network

生态安全网络为自然要素与生态源地间生态过程的有效调控提供了平台，从而与区域生态安全格局构成国土空间保护修复格局。叠加各类景观要素，架构生态安全网络（图6b）。结合生态安全格局分区，明晰山（阴山中山）、水（黄河干支流及其他河流水系）、林（阴山中山林地）、田（阴山沿麓农牧区、沿黄平原农牧区）、湖（湖泊湿地）、草（阴山北麓荒漠草原、鄂尔多斯荒漠草原）、沙（库布齐沙漠、毛乌素沙地）的空间分布，最终提出“多核四区三带一屏一流域”的国土空间保护修复格局，结果如图7所示。其中，“多核”指多个生态核心，包括阴山主核心及阴山北麓、鄂尔多斯、黄土高原等次要核心，旨在发挥核心的生态涵养功能；“四区”指阴山北麓及鄂尔多斯荒漠草原防风固沙区、库布齐沙漠防治区、毛乌素沙地防护区及黄土高原丘陵沟壑水土保持区，旨在发挥生态空间的集聚优势；“三带”指横贯阴山中山东西方向的生态涵养带及连接阴山北麓荒漠草原区—阴山中山—鄂尔多斯荒漠草原区/黄土高原丘陵沟壑区的两条生态涵养带，旨在串联自然资源要素一体化；“一屏”指阴山生态屏障，旨在发挥山地生态优势；“一流域”指黄河流域，旨在对黄河流域进行综合治理。
图7 呼包鄂地区国土空间保护修复格局

Fig. 7 Optimization of land space protection and restoration pattern

3 结论

以呼包鄂地区为研究区，识别城镇、生态源地，构建城镇、生态源地扩展阻力评价体系，采用最小累积阻力模型构建区域生态安全格局；识别国土空间保护修复重点区域（生态廊道、生态“夹点”、生态障碍点），架构生态安全网络，优化生态安全格局，提出国土空间保护修复对策建议，得到的主要结论有：
（1）研究区识别生态源地面积5.14万km2，城镇源地面积0.23万km2。最小累积阻力结果显示城镇源地适宜扩展区面积远小于生态源地，研究区整体更利于生态源地扩展，区域生态建设及保护修复拥有较大潜力。
（2）将最小累积阻力与国土空间结构叠加共得到12类安全格局小区，面积占比最多的是生态保育区生态空间，其次是优化缓冲区生态空间，生态防护区生活空间占比最低。
（3）提取生态廊道135条，识别12个生态“夹点”区域，6个生态障碍点，164个生态战略点，架构生态安全网络，形成“多核四区三带一屏一流域”的国土空间保护修复格局。
呼包鄂地区是内蒙古经济发展的增长极，能源资源禀赋使得区域综合发展实力迅速提高，但该地区生态脆弱的背景不容忽视。本文从优化生态安全格局的角度识别国土空间保护修复关键区域，考虑了生态系统的整体性和连通性。在源地选取上，基于国土空间保护开发格局分析结果，采用粒度反推法识别生态源地，所识别的生态廊道、生态“夹点”、生态障碍点及生态断裂点均为景观格局中的关键区域，对山水林田湖草沙一体化综合治理具有重要意义。通过整合区域地理要素，发挥自然生态系统优势，提出“多核四区三带一屏一流域”的国土空间保护修复格局优化建议。该建议强调生态优先发展，并对国土空间进行区域化管理，但对修复区域景观连通性的提升有待深化，应明确关键区域保护修复的先后顺序，以达到国土空间整体保护、系统修复与综合治理的效果。作为国土空间保护修复优化的实证研究，本文可为区域国土空间规划及区域发展战略制定提供参考，亦可为发展背景相似区域的国土空间优化提升提供借鉴。

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