文献|将生态系统服务和景观连通性纳入生态安全格局优化：以中国珠江三角洲为例（含PDF原文）
论文简介：本文发表于国际期刊Environmental Science and Pollution Research，2022年第29卷上，通讯作者为中山大学的夏北成教授。
一、研究背景
快速城市化的背景下，城市化所需的城市土地和生物多样性保护所需的生态土地之间找到平衡是全球关注的问题。本文以位于中国南方的珠江三角洲（PRD）城市群为研究区域。自改革开放以来，该地区经历了快速的经济发展和城市化，现在是世界上最发达的城市群之一。随着中国政府提出粤港澳大湾区发展规划，对珠三角城市群的关注进一步增加。进一步和巨大的发展将不可避免地增加生态保护的压力，探索城市化对区域生态系统的影响变得紧迫。在城市群规模上，快速发展会给景观格局带来什么影响？如何从城市群中提取完整的景观格局，作为生态安全研究的基础？为了探讨这些问题，分析了1995年至2015年珠三角的景观变化，构建并评估了1995年和2015年的生态安全格局（ESP），并优化了2015年ESP。
二、研究方法
选择珠三角城市群作为研究区域，该区域位于中国南方的广东省。它是中国最大的城市群之一，也是世界上最密集的发达地区。珠三角地区属于亚热带气候，地区拥有丰富的水资源，其河网密布。研究区包含九个市：广州（GZ）、深圳（SZ）、佛山（FS）、东莞（DG）、惠州（HZ）、中山（ZS）、珠海（ZH）、江门（JM）和肇庆（ZQ）。随着开放政策的实施，珠三角地区的经济发展步伐加快，人口最集中的地区是珠三角的中部。快速的城市化和不断增长的人口导致了景观的剧烈变化，对生态安全产生了广泛影响。因此，研究珠江三角洲景观格局与景观转换的关系已成为当务之急。
本文的方法框架为：
1、首先根据土地利用数据对景观类型进行了分类（森林、草地、水域、农田、城市土地和裸地），分析景观转换的数量特征和空间特征。根据1995年至2015年景观转移矩阵的结果，分析景观转换的类别和数量。
利用ArcGIS 10.5中的核密度分析来说明景观转换的密度，Fragstats4.2用于计算1995年至2015年生态景观的景观格局指标（平均斑块面积AREA_MN，平均形状指数SHAPE_MN，平均蔓延度指数CONTIG_MN，斑块数NP，分离度指数SPLIT，景观分割度DIVISION），说明景观格局的空间特征。
2、基于InVEST模型计算的栖息地质量的倒数作为阻力面，将森林、水域和草地视为生态景观，基于Guidos Toolbox 2.8的形态空间格局分析（MSPA）选择核心斑块，作为生态源候选，Conefor2.6计算了面积大于1 平方千米的核心斑块的斑块重要性指数（dPC），并将dPC>0.1的斑块作为生态源。
最小累积阻力（MCR）模型和ArcGIS 10.5的成本连通性模块用于基于阻力面提取生态廊道，廊道宽度设置为1000米，通过交叉生态廊道和从生态阻力面提取的“山脊线”，确定生态节点。
3、ESP的评估。利用整体连通性指数（the integral index of connectivity，IIC）和可能连通性指数（the probability of connectivity，PC）用于评估生态源的连通性，α和γ指数评估生态网络的连通性。
选择长度和累积阻力值作为评估生态廊道风险的指标，将长度和累积阻力值分为五个等级，并形成风险矩阵，在此基础上对生态廊道的风险进行分类，根据风险等级将生态廊道分为五个等级。
4、ESP的优化。将水域的阻力修改为0，基于修改后的阻力面，可以提取新的生态廊道，将增加的廊道命名为“蓝色廊道”，蓝色廊道和从修改后的阻力表面提取的山脊线的交点被命名为“蓝色节点”。利用热点分析将位于4级廊道、5级廊道和蓝色廊道2000米缓冲区内的热点被确定为垫脚石。
5、本研究构建的ESP基于城市群规模，利用层次聚类分析来分析九个市生态要素的统计数据。
三、研究结果
主要研究结果表明：
1、景观转换主要发生在森林、城市土地和农田之间，1995年至2005年，景观转换总面积为3119平方千米，农田转城市土地、森林转城市土地和城市土地转森林，分别占总转变面积的46.93%、17.86%和15.40%，2005年至2015年的景观转换总面积为2865平方千米，转换类型与1995年至2005年相似。
2、景观转换强烈的区域主要分布在研究区域的中部，这与城市土地的空间分布特征一致。从1995年到2015年，生态景观面积减少了1125平方千米（3.38%）。
根据景观指数的结果，AREA_MN、SHAPE_MN和CONTIG_MN减少，NP、SPLIT和DIVISION增加，表明生态景观的碎片化趋势。
3、生态源主要分布在研究区外围区域，从1995年到2015年，生态源减少了5.12%，一些生态源减少，一些消失，但由于景观碎片化，生态源数量增加。
1995年到2015年平均生态阻力值从0.3增加到0.33，阻力值高值区位于研究区中部。1995年到2015年生态廊道从3366km增加到3617km，总累积阻力与廊道长度的比率增加了14.82%。生态廊道1000m缓冲区内的景观，城市土地、农田、草地和水域增加，而森林减少。1995年到2015年生态节点从77到99个。
4、1级廊道（风险最低）至5级廊道（风险最高）占廊道总长度的百分比分别为11.83%、24.49%、49.25%、7.35%和7.09%，这些结果表明分布不均。
基于修改后的阻力面，共确定了1348.55km的蓝色廊道，并确定了蓝色廊道上的61个蓝色节点。蓝色廊道和蓝色节点主要分布在研究区域的中部，填补了研究区域中心生态元素的空白。根据缓冲区分析，9个热点位于4级生态廊道、5级生态廊道和蓝色廊道的2000m缓冲区内，这9个热点被确定为垫脚石。
5、PC和IIC增加，表明在规划垫脚石后，生态源的连通性有所改善，α和γ指数的增加揭示了优化ESP的电路和连接性的改善。
6、ZQ属于第1组，它具有最多的生态元素，生态源面积占生态源总面积的50.93%，生态廊道长度占生态廊道总长度的47.64%，生态节点数占生态节点总数的31.33%；GZ、DG、FS、SZ、ZH和ZS属于第3组，这6个城市的生态源面积占生态源总面积的7.71%，生态廊道长度占生态廊道总长度的15.83%，生态节点数占生态节点总数的21.22%。
四、文章讨论
本文在分析景观转换特征的基础上，构建并优化了1995年至2015年研究区域的ESP。实施了ESP建设的完整框架：通过MSPA和景观指标识别生态源，基于生态系统服务构建生态阻力面，并通过MCR模型识别生态廊道。
本文所建立的ESP建设和优化的完整框架可在其他地区应用。讨论部分指出，本研究中构建的ESP忽略了较小规模的生态过程，在景观管理中，关于如何在不同尺度上组合ESP的研究仍然不足。
在本研究中，研究区域仍然以行政区域为界，而生态过程不受行政区域的限制。在未来的研究中，多尺度ESP的构建以及如何在实际景观管理中结合ESP将值得研究。
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原文请见：Wang S, Wu M, Hu M, et al. Integrating ecosystem services and landscape connectivity into the optimization of ecological security pattern: a case study of the Pearl River Delta, China. Environmental Science and Pollution Research, 2022, 29: 76051-76065.
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