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152 生 态 区域治理 ECOLOGY 基于供需关系和生态连通性的 广州市生态修复策略 王莹莹*1,2,3，张郁1,2,3，刘洋1,2,3，吴辉1,2,3 1.广州市城市规划勘测设计研究院；2.广州市资源规划和海洋科技协同创新中心；3.广东省城市感知与监测预警企业重点实验室 摘要：国土空间生态修复作为当前国家发展的重大战略举措之一，不仅仅关系到生态环境的优化，还关系到土地的再利用、经济的可持续发展以及社会的和谐发展等多个方面。本研究基于生态系统服务供需关系及生态连通性，以广州市为研究区，共识别生态源地 58 个、供需源地 113 个，构建生态廊道 113 条、供需廊道 40 条，筛选生态夹点 21 处、供需夹点 13 处，针对夹点区域提出关键区域生态修复策略。本研究可为广州市国土空间生态修复提供一定参考。关键词：生态修复；供需关系；生态连通性；生态系统服务功能；生态廊道 中图分类号：X171.4 文献标识码：A 文章编号：2096-4595(2023)30-0152-04 作者简介：王莹莹，生于 1998 年，女，汉族，湖北襄阳人，硕士，助理工程师，研究方向为国土空间生态修复。一、引言 2017 年，习近平总书记在党的十九大报告中指出，坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。实行严格的生态保护制度，坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。国土空间生态修复解决了社会发展与生态保护的冲突和矛盾，实现生态、经济、社会系统的和谐统一，有利于生态系统服务与人类福祉的共同提升。现阶段，诸多学者基于生境质量、生态敏感性、景观生态风险等视角探讨了如何科学合理地构建生态安全格局，相关研究成果可为国土空间生态修复提供战略决策支撑。但当前研究侧重于构建自然生态空间的廊道网络，考虑物种迁移的自发性，默认物种会在生态系统服务综合功能较高的区域之间进行扩散和流动，在耦合自然生态空间和城镇发展空间上略显不足，不可避免地造成自然生态系统与社会经济系统之间的脱节。对此，本研究提出了供需源地的概念，聚焦生态系统服务供需关系，针对生态源地和供需源地构建耦合自然生态空间和城镇发展空间的生态廊道和供需廊道，在此基础上识别生态夹点和供需夹点，提出关键区域生态修复策略。二、研究区概况及数据来源（一）研究区概况 广 州 市 地 处 东 经 112 571143，北纬 22262356，位于珠江三角洲北缘，地势由东北向西南降低，整体土地类型较为多样，具有丰富的过境水资源，境内生物种类繁多，生长快速。在具备较好生态基础的同时，其城镇化特征也十分显著。根据广州统计年鉴（2022）数据显示，2021 年末，广州市全市常住人口约 1881.06万人，城镇化率高达 86.46%，近十年来逐年增长。（二）数据来源 本研究采用的数据主要来源于 8 个方面：（1）土地利用数据。来源于广州市 2021 年国土变更调查数据；（2）人口数据。通过Landscan 网站（https:/landscan.ornl.gov）获取 2021 年人口栅格数据，空间分辨率为 1 km；（3）NDVI 数据。通过 NASA 网站（https:/modis.gsfc.nasa.gov）获取 2021 年逐月 NDVI 数据，利用最大值合成法获取 2021 年度 NDVI 数据，空间分辨率为 1 km；（4）DEM 数据。来源于地理空间数据云平台（http:/），空间分辨率为 30 m；（5）土壤数据。来源于世界土壤数据库（http:/ 1 km；（6）降雨数据。通过国家青藏高原科学数据中心平台(http:/)获取多年逐月降水量数据，计算年均降水量；（7）碳排放数据。来源于BP世界能源统计年鉴（2022|第 71版）；（8）粮食产量、用水量数据。来源于 广州统计年鉴（2022）。为保持统一的评价单元，本文均采用国家 2000 坐标系，并重采样为 30 m 分辨率的栅格数据。三、研究方法 153 生 态 区域治理 ECOLOGY（一）生态系统服务功能 除粮食生产功能外，本文主要利用 InVEST 模型中的产水模块、碳固持模块、生境质量模块以及土壤侵蚀模块进行研究区生态系统服务功能测算，具体计算公式见表 1。（二）生态系统服务供需比 根据已有研究1，生态系统服务综合供需比（CESDi）可用来表征研究区生态系统服务综合供需水平。当CESDi0 时供给大于需求，区域生态系统综合服务水平达到盈余状态；当CESDi=0 时供给等于需求，区域生态系统综合服务水平处于供需平衡状态；当CESDi0 时供给小于需求，区域生态系统综合服务水平处于赤字状态。具体计算公式如下：31niiii31DSDSCESDi 式中，CESDi为栅格i上的生态系统服务综合供需比；Si为栅格i上的生态系统服务供给量；Di为栅格i上的生态系统服务需求量。另外，n=1 时为粮食生产服务。根据学者唐华俊2等人的研究，中国人均粮食安全的需求量为 322.07 kg/a，通过将人均粮食需求量乘以栅格人口数量，即可得到全域粮食生产服务需求量（D1）；n=2 时为产水服务。根据年度用水总量，按栅格人口密度进行分配，即可得到全域产水服务需求量（D2）；n=3 时为碳固持服务。将全国 2021 年二氧化碳排放量，按栅格人口密度进行分配，即可得到全域碳固持服务需求量（D3）。（三）源地识别 生态源地具有较高生态服务价值，能够为物种提供栖息环境，是生态功能发挥的核心3。本文基于生态系统综合服务功能进行生态源地识别，将研究区生态系统粮食生产功能、产水功能、碳固持功能、生境支持功能、土壤保持功能进行归一化后求和，并将其和值按自然断点法分 4 级，筛选最高级且面积大于 80 ha 的斑块作为广州市生态源地。目前，生态网络的构建大多建立在生态源地斑块之间，本研究通过考虑增加生态修复措施，扩大物种在供需关系失衡区域进行扩散和流动的可能性，提出了供需源地的概念，将研究区生态系统服务综合供需比计算结果分为 6 个等级（表 2）1，选取供需水平处于严重赤字且面积大于100 ha 的斑块作为严重赤字源地，供需水平处于高度盈余状态且面积大于100 ha的斑块作为高度盈余源地，严重赤字源地与高度盈余源地共同组成广州市供需源地。（四）阻力面构建和廊道提取 构建阻力面是计算物种在不同景观单元之间迁移难易程度的基础4。本研究以年度国土变更调查数据为基础，划分 9 种地类（表 3），参考相关研究5并结合研究区实际情况进行调整，针对不同地类设定不同的阻力系数，进而构建生态阻力面。廊道是区域内能量和物质流动的载体，是保持生态流、生态过程、生态功能在区域内连通的关键生态组分6。本研究利用最小累积阻力模型模拟物种穿越不同景观基面的过程，在识别源地、构建阻力面的基础上，进一步提取生态源地之间的关键生态廊道，以及供需源地之间的关键供需廊道。（五）关键区域识别 电路理论通过利用电子在电路中随机游走的特性来模拟物种在不同景观面之间迁移和扩散过程7，多应用于生态修复关键区表 1 生态系统服务功能测算方法 生态系统功能 计算公式 指标含义 粮食生产功能 sum*GNDVINDVIGsumii Gi为第i个耕地栅格所分配的粮食产量；Gsum为粮食总产量；NDVIi 表示第i个耕地栅格的 NDVI 值；NDVIsum为研究区耕地 NDVI 总和。产水功能 表示栅格的产水量（mm）；为实际蒸散量（mm）；为年降水量（mm）。碳固持功能 为区域总碳量，为地上生物碳储量，为地下生物碳储量，为土壤碳储量，为死亡有机碳储量。生境支持功能 Hj为生境类型j的生境适宜度，取值范围介于 0-1 之间；Dxj为生境类型j中位置x上的生境退化度；k为半饱和常数；z为归一化常量。土壤保持功能 为潜在土壤流失量；为现实土壤流失量；为土壤保持量；表示降水侵蚀性因子；表示土壤可侵蚀性因子；表示坡度坡长因子；表示植被覆盖因子；表示水土保持措施因子。表 3 不同地类型阻力系数 地类 湿地、林地 水域 耕地、草地 园地 村庄用地、农村道路 干线公路 水利设施用地 城镇建设用地 工矿用地 其他用地 阻力系数 1 10 100 300 600 700 800 900 1000 500 表 2 生态系统服务综合供需水平分级标准 供需水平 严重赤字 中度赤字 轻度赤字 轻度盈余 中度盈余 高度盈余 综合供需比 106 0603 030 003 0306 061 154 生 态 区域治理 ECOLOGY 域识别。生态夹点是指生态廊道中电流密度较大的区域，该区域的退化或损失极有可能切断生态源地之间的连通，应优先考虑栖息地保护8。本文在电路理论基础上，利用 Circuitscape 插件中的 Pinchpoint Mapper 模块进行生态夹点和供需夹点的识别。四、结果分析（一）源地识别分析 根据生态系统综合服务功能测算结果，共识别出广州市生态源地 58 个（图 1-b），总面积为993.15 km2，占研究区总面积的13.36%。所识别的生态源地中，林地面积占比 92.39%，主要分布在从化区东北角和增城区北部，部分位于花都区北部和南沙区，零星分布在白云区、黄埔区和番禺区，越秀区、海珠区、荔湾区和天河区无生态源地分布。通过计算生态系统服务供需比，识别出广州市严重赤字源地 73 个，高度盈余源地 40 个，供需源地共 113 个（图 1-c）。其中，严重赤字源地面积为1066.83km2，占研究区总面积的 14.35%，其中住宅用地占比最大，为 21.83%；高度盈余源地面积为 135.23km2，91.78%均为林地。从空间来看，严重赤字源地主要集中分布在广州市中心六区（越秀区、海珠区、荔湾区、天河区、白云区、黄埔区）及其外围区（花都区、番禺区），高 度 盈 余 源地数量较少，零星分布在从化区、增城区和花都区。（二）生态阻力面及廊道分析 通过表 3设置的系数，构建出广州市生态阻力面，如图 1-a 所示。广州市中心城区的生态阻力值相对较高，这主要是由于中心城区受人类活动干扰较大，开发建设较为密集导致。在生态阻力面的基础上，本研究共构建了生态源地间的生态廊道共 113 条（图 1-b），供需源地间的供需廊道共 40 条（图 1-c）。其中，生态廊道总长度为 2040.17 km，平均长度为 18.05 km，在全域呈现明显的网状结构；供需廊道总长度为 704.83 km，平均长度为17.62 km，贯穿研究区北部和中部地区。（三）关键修复区域分析及优化 1.夹点识别分析 本 研 究 将Pinchpoint Mapper 模块生成的电流密度值按自然断裂法分为 5 级，筛选出最高级区域作为夹点。本研究共识别出广州市生态夹点 21 处，供需夹点 13 处。从空间上看（图 2），生态夹点分布较为均匀，白云区、黄埔区、花都区、番禺区、南沙区、从化区和增城区均有所涉及，其中白云区、番禺区和增城区分布稍多；供需夹点主要集中分布在研究区东部，只涉及从化区和增城区，从化区相对较多。从土地利用现状来看，广州市生态夹点及供需夹点区域主要以林地为主，具体涉及乔木林地、红树林地、竹林地、其他草地、河流水面、沟渠及内陆滩涂 7 种地类，景观类型多样。2.夹点修复策略 通过结合基础地形图数据，图 1 研究区生态阻力面、源地及廊道空间分布（图 1-a 为生态阻力面，图 1-b 为生态源地及生态廊道，图 1-c 为供需源地及供需廊道）图 2 研究区夹点分布（图 2-a 为生态夹点，图 2-b 为供需夹点）155 生 态 区域治理 ECOLOGY 本文识别出了广州市生态夹点和供需夹点的具体位置（表 4），并针对不同地类因地制宜地提出生态修复策略。（1）林地及草地区域。针对道路两侧林地，建议对其品质进行提升，营建具备多层次、多树种、多功能、多效益的森林群落；针对河流两岸林地，建议种植树冠较大的树木并逐渐形成林带，并配合草坪建设，减少水土流失；针对村庄附近林地，建议加强对林区违法监督，严禁乱砍滥伐；针对草地区域，可运用深松补播技术播撒优良草种，对草地进行改良。（2）河流、沟渠及内陆滩涂区域。一方面，建议针对水体污染区域进行治理，定期清淤，绿化河道，改善水质；另一方面，加强河道两岸护坡保护，避免人为破坏其原生植被。此外，如需建设河道护岸，建议将水生动物的生存和繁衍因素纳入考虑。针对内陆滩涂及坑塘水面区域，建议通过翻耕改善底质通气性，配合化学改良剂改善养殖生物生活环境，必要时可引进动植物进行生物修复。五、结论 针对试验结果以及广州市区域特征，本文主要形成以下结论。广州市生态源地共 58 个，主要由林地构成，大多分布在从化区东北角和增城区北部，供需源地共 113 个，严重赤字源地中住宅用地占比最大，主要分布在中心六区及其外围区，高度盈余源地主要为林地，零星分布在从化区、增城区和花都区；广州市生态廊道共 113 条，总长 2040.17 km，呈明显网状结构，供需廊道共 40 条，总长704.83 km，贯穿研究区北部和中部地区。广州市生态夹点共 21 处，分布较为均匀，供需夹点共 13 处，主要集中分布在研究区东部。生态夹点及供需夹点区域景观类型较为多样，本文通过结合地类及地形条件，因地制宜地提出了关键区域生态修复策略，有助于提升区域生态连通性，缓解自然生态与经济社会的冲突，保障区域生态安全。参考文献 1 张蓬涛,刘双嘉,周智等.京津冀地区生态系统服务供需测度及时空演变J.生态学报,2021,41(09):3354-3367.2 唐华俊,李哲敏.基于中国居民平衡膳食模式的人均粮食需求量研究J.中国农业科学,2012,45(11):2315-2327.3 吴茂全,胡蒙蒙,汪涛等.基于生态安全格局与多尺度景观连通性的城市生态源地识别J.生态学报,2019,39(13):4720-4731.4 尹海伟,孔繁花,祈毅等.湖南省城市群生态网络构建与优化J.生态学报,2011,31(10):2863-2874.5 方莹,王静,黄隆杨等.基于生态安全格局的国土空间生态保护修复关键区域诊断与识别以烟台市为例J.自然资源学报,2020,35(01):190-203.6 彭建,赵会娟,刘焱序等.区域生态安全格局构建研究进展与展望J.地理研究,2017,36(03):407-419.7 刘佳,尹海伟,孔繁花等.基于电路理论的南京城市绿色基础设施格局优化J.生态学报,2018,38(12):4363-4372.8 付凤杰,刘珍环,刘海.基于生态安全格局的国土空间生态修复关键区域识别以贺州市为例J.生态学报,2021,41(09):3406-3414.表 4 研究区关键修复区域位置 行政区 生态夹点具体位置 供需夹点具体位置 白云区白云区 凤凰河（五指村以北段）以北竹林地；广州白云学院（北校区）以东其他草地；马洞广新路以北乔木林地；北二环高速公路与白山村三队间乔木林地；西华海（海口基街段）/黄埔区黄埔区 裕丰石场以北竹林地/花都区花都区 三坑水库花赤引渠（石坑二号桥以东段）；藏书院村以西，炭范公路以北乔木林地/番禺区番禺区 官洲河与江乐海交汇处乔木林地；珠江（沙基大路以东段）红树林地；莲花山水道（联围村以东段）红树林地；莲花山水道与沙北涌交汇处红树林地；市桥水道（大刀沙村以北段）红树林地/南沙区南沙区 小虎沥（小虎一桥以东段）边内陆滩涂；下横沥与北围涌交汇段/从化区从化区 潖江河（鳌头中学以东段）以南竹林地；Y658（郭庄段以南段）以南竹林地 流溪河（城郊花卉大桥以南段）边内陆滩涂；X301 以西，S355 以北乔木林地；X285 以南，汾水村东南方向坑塘水面；龙源河与黎塘海交汇段；京港澳高速与银林村路交界处乔木林地；流溪河（西环路以北中段）；流溪河与花都区交界处乔木林地；Y658（郭庄段）以南竹林地；中花路以南，分水村利坑社以北乔木林地 增城区增城区 广河高速以北，乌石田村以西竹林地；西福河最西侧拐点段；周吓迳村以北坑塘水面；荔新公路与增塘村民委员会间沟渠 车下村以北乔木林地；广河高速以北，乌石田村以西竹林地；增江街东部，防火带以西乔木林地；合罗岭山塘以东其他林地