海岸带区域陆海统筹生态安全“一张图”研究_范冰雄.pdf

第 卷第 期 年 月生态学报 .:/.基金项目:国家自然科学基金项目()国家重点研发计划()收稿日期:通讯作者 .:.:./范冰雄李杨帆张雪婷李艺.海岸带区域陆海统筹生态安全“一张图”研究.生态学报().“”.()海岸带区域陆海统筹生态安全“一张图”研究范冰雄李杨帆张雪婷李 艺滨海湿地生态系统教育部重点实验室厦门大学环境与生态学院 厦门 摘要:海岸带既是区域经济发展的黄金地带亦是陆海系统交互胁迫的敏感区域快速城镇化与工业化导致海岸带关键生态系统服务受损、生态网络格局紊乱、珍稀物种安全保障空间萎缩等重大生态安全问题 本研究以闽三角海岸带珍稀物种栖息地系统为研究对象从“多物种多生境多尺度”视角出发基于陆海统筹理念系统评估了闽三角海岸带珍稀物种栖息地系统的脆弱性建立了基于物种水平的海岸带生态保护与修复网络构建了海岸带陆海统筹生态安全“一张图”研究结果表明:()高强度围填海驱动下闽三角红树林与水鸟栖息地脆弱性显著增加高脆弱区域主要集中于九龙江河口、厦门同安湾和泉州湾()闽三角生态安全网络由 条水鸟迁徙廊道和 个生态节点组成其中影响陆海统筹生态安全的生态节点 个预警生态节点 个()闽三角海岸带未来安全韧性生境(水鸟栖息地与文昌鱼、中国鲎低脆弱生境较密集的区域)分布于云霄红树林保护区、东山岛近岸、九龙江河口、厦门大嶝海域、围头湾、深沪湾 本研究能够为设计规划未来韧性海岸带“受损海水滨海湿地珍稀物种”一体化修复与保护的生态安全格局保障陆海统筹生态安全提供理论支撑和一体化解决方案关键词:生态安全格局脆弱性生态网络陆海统筹海岸带“”():.:()()()().网络首发时间：2022-10-10 09:00:30网络首发地址：https:/ 目前全球经济发展重心主要集中在海岸带地区随着科技水平的不断提高陆地与海洋开发活动已经向复杂化与多元化演变陆海资源和空间的压力与日俱增陆海空间生态安全问题也逐渐凸显 因此海岸带地区社会经济的健康可持续发展需要处理好人类福祉与陆海资源保护的相互关系在摸清陆地与海洋的生态联接的前提下统筹权衡不同发展目标情景着力解决陆海空间生态安全问题实现陆海协调、安全发展 陆海统筹生态安全成为海岸带可持续发展中重点关注和着力解决的重大科技难题和迫切管理需求对海岸带区域人类活动强度和产生的生态后果进行科学评估进而构建安全的生态空间格局是保障陆海统筹生态安全的重要途径和手段 针对陆域生态安全评估国内外学者已在多种尺度上开展了大量的实证研究包括区域尺度的生态安全综合评估候鸟、狼群、熊猫等物种及其栖息地尺度的安全研究 就海岸带地区而言围填海作为该区域强度最大且最典型的人类活动其对水鸟、鱼类、滨海植物等物种及其栖息地的影响受到了广泛关注目前已有研究针对水鸟栖息地构建生态保护网络开展生态影响评估 然而受制于海岸带地区多界面和多维度交互的特征大多数研究侧重于单一物种与栖息地保护研究缺乏多物种多生境多尺度的综合考量尚缺乏基于物种栖息地的陆海统筹生态保护网络研究无法实现对海岸带珍稀物种复杂栖息地系统的有效保护与管理 如何建立“多物种多生境多尺度”的陆海统筹生态安全评估体系?探索海岸带陆海统筹生态安全“一张图”实现陆海统筹生态系统的综合管理成为亟待深入研究的科学问题本研究以福建省闽三角城市群海岸带珍稀物种复杂栖息地系统为对象提出陆海统筹生态空间脆弱性评估方法并构建陆海统筹生态保护与修复网络建立海岸带陆海统筹生态安全“一张图”以期为我国陆海统筹生态系统的综合管理提供理论指导和方法支撑 材料与方法.研究区与数据.研究区域概况闽三角城市群位于福建省东南沿海地处海上丝绸之路起点、国家生态文明先行示范区和海峡西岸经济区包括厦门、漳州、泉州三市陆域面积约为.万 海域面积约.万 与台湾隔海相望 闽三角城市群境内有泉州湾、厦门湾、东山湾等海湾具有滨海红树林湿地、滩涂、沙滩等众多典型海岸带生态系统(图)共设有国家级自然保护区 个省级自然保护区 个市县级保护区 个 随着闽三角城市群的城镇化与社会经济快速发展海岸带生态问题愈发突出如关键生态系统服务受损、生态网络格局紊乱、珍稀物种安全保障空间萎缩等闽三角城市群的海岸带生态安全受到了一定程度的威胁.数据来源与预处理本研究所用数据包括闽三角地区围填海区域与类型数据、红树林湿地和滨海沙滩空间分布数据、土地利用类型数据、建筑物高度、人口密度数据、水鸟栖息地数据、数据、文昌鱼和中国鲎分布与相关气候环境数据所有数据类型和来源详见表 本研究通过人机交互解译 系列卫星影像获取闽三角地区围填海区域、红树林湿地、滨海沙滩的空间地理信息数据 在了解文昌鱼和中国鲎行为、习性和适宜栖息地环境的基础上利用年均海表温度、海水深度和叶绿素 浓度数据以及闽三角文昌鱼与中国鲎点位数据基于 模型模拟出文昌鱼和中国鲎的最大适宜生境生 态 学 报 卷:/.图 研究区位图.表 本研究相关数据简介与来源 数据名称数据类型空间分辨率 来源围填海范围与类型 矢量由人机交互解译获得红树林、沙滩分布 矢量由人机交互解译获得土地利用类型 栅格清华大学地球系统科学研究中心(:/./)建筑物高度 栅格文献人口密度 栅格中国 科 学 院 资 源 环 境 科 学 与 数 据 中 心(:/./)年闽三角越冬水鸟调查数据 矢量厦门大学环境与生态学院陈小麟课题组野外调查水鸟观测数据 报告中 国 观 鸟 记 录 中 心(:/./)数字高程 栅格地理空间数据云(:/./)文昌鱼、中国鲎分布 矢量文献海表温度 栅格亚马逊云平台开放数据集(:/./)海水深度 栅格英国 海 洋 数 据 中 心(:/./)叶绿素 浓度 栅格美国国家 航空 航天局(:/./)期 范冰雄 等:海岸带区域陆海统筹生态安全“一张图”研究:/.研究方法生态安全的科学内涵包括生态风险和生态脆弱性其科学本质是通过脆弱性分析与评价运用各种手段和方法不断改善生态脆弱性降低生态风险 陆海统筹生态安全的科学本质即是基于陆海统筹生态过程进行生态空间脆弱性分析与评价运用各种手段(如构建生态廊道、设立自然保护区、生态修复规划等)改善陆海生态空间脆弱性进而降低陆海生态风险 因此本研究通过收集野外调查与文献数据利用遥感与 手段提取海岸带重要生境和生境胁迫因子构建海岸带陆海统筹生态空间脆弱性评估体系识别海岸带关键脆弱区选取水鸟作为陆海统筹生态安全的关键物种将海岸带关键脆弱区作为重要生态源地通过最小累积阻力模型构建水鸟迁徙的生态网络进而构建闽三角海岸带陆海统筹生态安全格局通过集成陆海统筹生态空间脆弱性与生态安全格局建立闽三角海岸带陆海统筹生态安全“一张图”(图)图 海岸带陆海统筹生态安全“一张图”技术路线.“”.海岸带陆海统筹生态脆弱性系统评估 等()指出脆弱性不仅仅体现在对危险(扰动和压力)的暴露上还体现在系统遇到这种危险时的敏感性和恢复力上进而提出至今最为完善且适用于多学科的脆弱性评价框架与方法 该方法将脆弱性定义为系统在某种风险胁迫下可能受到伤害的程度包括系统所承受的压力(暴露度)、系统对压力的敏感度(敏感性)、系统面对压力的调节能力(恢复力)三个维度 该框架与方法也被应用于空间脆弱性评价研究中指导区域空间规划 因此基于脆弱性理论与空间脆弱性评价方法(模型)进行闽三角海陆联接带生态空间系统评估能够有效识别出海陆联接带哪些生态空间以及哪些物种最容易受到人类活动与环境变化的损害进而有针对性地指导海陆联接带生态空间修复工作本研究综合考虑海岸带高强度人类活动特别是围填海干扰下物种生境尺度的复合效应提出基于多物种(红树林、水鸟、文昌鱼、中国鲎)多生境(红树林湿地、水鸟栖息地、沙滩)的生态脆弱性系统评估方法 具体方法包括:提取 年闽三角海岸带重要生境(水鸟栖息地、红树林、沙滩、文昌鱼和中国鲎潜在生境)和生境胁迫因子(围填海、海洋功能区划、海水养殖和潮汐)从暴露度、敏感性和恢复力三个维度分别构建海岸带重要生态空间脆弱性评估指标体系运用 模型的生境风险评估模块根据各生境在压力因子胁迫下的暴露、敏感和恢复程度将各指标由大到小依次赋值为、并通过欧几里得距离法得到陆海统筹生态生 态 学 报 卷:/.空间脆弱性评估结果(图)图 海岸带陆海统筹生态空间脆弱性系统评估.基于水鸟(鹭类)迁徙生态网络的海岸带生态安全格局构建生态网络是生态系统中生物相互作用的一种表现其中物种(节点)通过两两相互作用(链接)连接起来 生态网络理论的提出与应用对景观生态学在生物多样性保护与生物资源管理方面的应用有重要意义 生态安全格局是指针对区域生态环境问题在排除干扰的基础上能够保护和恢复生物多样性、维持生态系统结构和过程的完整性实现对区域生态环境问题有效控制和持续改善的区域性空间格局建立生态网络的目的就是增强各景观要素之间的相互连接度保护和恢复生物多样性、维持生态系统结构和过程的完整性在不同生境之间建立合理的廊道设计与规划合理的景观生态安全优化格局()生态源地识别 本研究基于“源地廊道节点”构建水鸟迁徙的生态网络 基于闽三角海岸带生态空间脆弱性系统评估结果分别提取出红树林、沙地和水鸟栖息地脆弱性较高的区域(中、高脆弱性)虽然一些水鸟栖息地属于低脆弱性但这些区域可能与红树林、沙滩的高脆弱区存在重叠与交叉这些区域同样存在较高的脆弱性也应纳入水鸟生态保护网络中进行重点保护与修复 因此在 中利用空间分析工具对三者进行叠置分析分别取水鸟栖息地低脆弱性与红树林、沙滩中、高脆弱性的交集区域并与水鸟栖息地中、高脆弱区进行合并构成生态源地()生态廊道模拟 生态廊道是连接不同生境、物种迁移扩散的潜在路径是生态网络中的重要组成部分最小费用路径法()是生态廊道构建的常用方法可以确定源和目标之间的最小消耗路径及物种迁移扩散的最佳路径 基于最小费用路径法构建生态廊道的原理是最小累积阻力模型俞孔坚等将常用于地理信息系统中的费用距离融入该模型修改后的公式如下:()()式中 为最小累积阻力值 是正函数代表地理空间中任一点的最小阻力与其到所有源的距离和不同景观类型间的正相关关系 为物种从源到某景观单元 的空间距离为某景观单元 阻碍某物种运动的 期 范冰雄 等:海岸带区域陆海统筹生态安全“一张图”研究:/.阻力系数通过了解水鸟习性、栖息地环境和干扰特征选取人口密度、建筑物高度和土地利用/覆盖作为水鸟飞行的主要阻力因子借鉴已有研究的阻力赋值对每个阻力因子进行赋值(表)由于水鸟飞行能力较强且水鸟具有亲水习性常栖息和活动于平原和低山丘陵地区的溪流、水塘、江河、沼泽和水田地上因此在一般物种的阻力赋值基础上对不同阻力因子赋值进行修正:)对于人口密度、建筑物高度和建成区用地将所有阻力因子赋值等比例调低至)对于有利于水鸟迁徙的河渠、滩涂、滩地阻力值调整至最小(即赋值为)将水鸟可能栖息的水田、湖泊、水库坑塘阻力赋值调整为(表)针对土地覆盖中的城乡、工矿、居民用地本研究综合考虑其三维属性将其与建筑物高度进行等权叠加得到城乡、工矿、居民用地的三维阻力赋值 然后通过将每个阻力因子进行标准化叠置分析构建闽三角海岸带水鸟迁徙的阻力面基于 软件空间分析耗费距离、耗费路径工具将构建的阻力面作为阻力图层根据最小累积阻力模型原理模拟海岸带生态源地间的最小累积阻力路径并将该路径作为生态网络的潜在廊道(图)表 不同阻力因子及其赋值 阻力因子 修正前阻力值修正后阻力值阻力因子 修正前阻力值修正后阻力值人口密度其他林地建筑物高度低覆盖度草地未利用地 裸地耕地水田裸岩石砾地旱地城乡、工矿、居民用地农村居民点水域滩涂 城镇用地滩地 其他建设用地湖泊 河渠水库坑塘图 最小累积阻力算法.()生态节点识别 生态廊道的主要相交点和重要转折点作为生态节点其中人类影响指数随着时间逐渐升高且变化速率为正的生态节点为预警生态节点位于河口且生态脆弱性高的生态节点为陆海统筹生生 态 学 报 卷:/.态节点 年闽三角越冬水鸟调查数据源自泉州洛阳桥、泉州围头湾、厦门东坑湾、厦门五缘湾、漳州九龙江口、漳州漳江口等 个鸟区开展的野外观测 基于专家经验和文献依据对水鸟样点进行分类识别闽三角海陆联结带主要的水鸟夜栖、觅食和繁殖点位 研究结果.闽三角海岸带陆海统筹生态脆弱性系统评估结果根据闽三角海