随着人类对自然资源的开采不断扩大，生态环境逐渐恶化，收入不足以满足支出，导致生态失衡，难以健康稳定发展。区域生态系统建设在管理和控制生态过程、协调自然资源开发与基础设施建设、缓解经济与生态发展冲突、为广域生态管理奠定基础方面发挥了有效作用。宏观上，ESP识别出生态优先区域，从而优先采取相应措施，快速有效地挽救恶化的生态环境；微观上，ESP为区域定向修复决策提供理论支持。通过区域ESP的建设，掌握区域自然生态资源的空间分布，为生态修复提供科学有效的理论依据和决策依据。
ESP是生态学、景观规划等学科的研究热点，现有研究在认识绿色基础设施概念方面已经成熟，生态网络，生态系统服务（ESs），生态控制线，城市增长边界等已经成熟，全面准确地总结了ESP的相关内涵。“提取和识别生态源-确定生态阻力面-构建生态廊道”是构建ESP的常用研究范式。大多数研究方法使用斑块重力模型、蚁群模型、最小累积阻力模型和电路理论。这些方法各有优缺点，蚁群模型和斑块重力模型不足以有效识别物种运动路径，最小累积阻力模型弥补了这一不足，但难以显示保护区在源区之间的廊道区域的重点。电路理论通过模拟区域物种在复杂景观中的运动模式，确定影响物种流动的关键节点，并抽象电子在电路和导电表面中的各种漫游行为来实现这一点。
研究表明，生态安全的增长可以有效地通过ESP的构建来促进，然而，这些研究大多只考察了土地利用/土地覆盖变化的现状。由于许多复杂和未知的因素影响着未来的发展，因此很难预见建立ESP的策略将如何影响它。因此，需要预测和分析该地区在各种政策影响下可能呈现的土地分布格局，以确定建立ESP可能带来的生态效应。为了模拟不同地理尺度下未来土地利用变化的预测，可以使用一系列模型，如CA-Markov 、CLUE-S模型、clondo模型和一系列复合模型。PLUS模型具有完善的空间转换规则，同时分析影响土地扩张的多个驱动因素，并预测其演变结果，从而更准确地模拟土地覆盖变化的进程。
人类环境与自然生态系统之间复杂多变的相互作用影响着区域的土地利用变化，并可能进一步加剧人与自然的冲突。要全面考察ESP建设对人类社会和环境的各种生态效应，必须建立综合评价体系。本研究选择Conefor Sensinode 2.6软件、压力-状态-响应模型和InVEST模型3种评价方法，对区域景观连通性、生态安全指数（ESI）和生境质量（HQ）评价3个指标进行了系统综合评价。
目前，ESP构建方法的研究已经趋于成熟，但如何利用构建成果对研究区进行有针对性的修复和保护还需要进一步深入研究。首先，城市群的规模是大多数研究的主题，流域尺度，县，地级市，而在省级尺度上的研究有待加强。二是生态源选址仍有一定的主观性，多以区域原有生态健全范围为界定标准，判断标准不明确。三是缺乏基于未来土地利用变化潜在分布结构的预测分析；相反，ESP的建立主要基于对实际土地利用/土地覆盖变化的审查。
1.2 生态阻力面
阻力面反映了物种流动受到阻碍的程度，对确定生态廊道具有重要意义。阻力面空间分布以阻力值较低的区域（如水体、林地等）划分，阻力值较高的区域多呈集群分布，与人类聚居的城市分布特征一致，且主要集中在地形平缓的地区。恶劣的自然环境影响了物种的流动，因此高阻值的山沟也有少量分布。阻力面受人类发展和建筑活动的影响大于自然因素。山区和丘陵地区往往具有低阻抗值，该地区自然资源丰富，开发程度低，阻碍物种迁徙的能力并不突出。然而，在电阻值较高的地区，这种差异是显而易见的。武汉、荆州、襄阳、宜昌等人口密集、城市化程度高的大中型城市，抵抗力值极高，与周边小城镇和郊区相比，生态问题突出（图6）。
1.3 生态廊道与节点
生态廊道是保障物种交流的重要支撑，是实现区域生态系统完整和健康稳定发展的重要保障。共有73条生态廊道连接已确定的33个生态源。这些廊道总长3171.06公里，单个长度从1公里到274.74公里不等。临界生态廊道是指生态源间物种流动阻力最小的通道，是最小耗竭廊道;次级生态廊道是次最小耗竭廊道。本次研究共确定了30个关键廊道和43个次要廊道。生态廊道作为生态源区之间的沟通通道，促进区域生态安全的稳定发展。通过分析生态廊道的空间分布，可以在宏观尺度上评价该区域的经济发展水平和生态保护水平，从而制定相应的生态保护政策。
本次研究共确定了239.80平方公里的夹点，分布在176个地点，面积从0.64~5平方公里不等，平均面积为1.36平方公里。选取面积在3平方公里以上的14个点位为重点点位，其中大部分位于湖北省东部地区。确定了1433.49平方公里的生态障碍点，分布在19个地方（图7）。生态节点的确定可以帮助政府根据其所在位置的地理条件和社会经济发展情况提出相应的政策，促进社会、经济和生态安全的共同发展。最大的障碍位于黄石市阳新县牧福山以北，面积为212.23平方公里，以低山丘陵景观为主要特征，是与小生态源斑块相通的廊道交汇处，但受到特殊地形和长江干流的双重影响，物种流动受到较大阻碍。
2 情景模拟结果
2035年湖北省土地利用变化的程度和结构随情景的不同而不同，土地利用转换也相应不同（图8）。
在S1下，建设用地增加42920.19平方公里的主要原因是缺乏对耕地的限制，林地和草地也有贡献。在此情景下，与2020年相比，耕地面积减少4492平方公里，水体面积减少11861平方公里，林地面积减少47153平方公里，草地面积增加。
在S2下，不限制耕地扩展为其他土地用途，到2020年保留原有耕地，增加287253平方公里。该情景没有限制农业活动对生态土地利用的扩大，导致林地的砍伐和草地的退化，覆盖面积减少。
在两种生态保护情景下（S3和S4），建设用地扩张和耕地缩减受到限制，S3情景下耕地面积增加13247平方公里, S4情景下耕地面积增加975平方公里。在S4情景下，2035年湖北省林地面积为40530平方公里，草地面积为23685平方公里，流域面积减少9190平方公里。S3情景下，林地面积增加33652平方公里，草地面积增加23685平方公里，流域面积减少14584平方公里。三种土地利用类型—耕地、林地和流域—反映了两种情景之间土地利用的主要差异。S3流域面积低于2020年，耕地面积高于2020年；S4流域面积下降，林地面积增加幅度小于2020年。
3 生态安全评价
3.1 景观连通性
湖北ESP与湖北生态保护区生态有效性评价的重叠面积高达84,242.3平方公里。基于ArcGIS和Conefor Sensinode 2.6软件，对两者的差异进行了定量分析（表5）。对比发现，两者斑块数量相同，但ESP覆盖面积比生态保护区增加了3756.4平方公里，各斑块的PC指数和dI指数均值略低于生态保护区，景观连通性显著提高。
3.2 生态安全指数
利用模拟结果对PSR模型进行分析，建立ESI，并对2035年不同情景下的生态安全进行评估（表6）。S2区景观破碎化威胁显著增加；将现有农田用作保护区，导致生态斑块面积没有扩大；限制性建设用地的增加缓解了城市化压力。本文将林地、草地和流域定义为生态用地，并选择景观聚集指数代表其平均值。这些结果表明，所有情景下的生态保护效果都有所提高，总体而言，S4的ESI值更高。
3.3 生境质量
本文使用InVEST模型来测算生境质量，生成了显示2020年和2035年各种情景下生境质量分布的地图，利用ArcGIS将结果分为五类。从HQ的分布特征来看，湖北省HQ的空间分布差异较大，高生境分布广泛（图9），各等级分布特征明显；中、高级生境一般分布在生物多样性高、森林覆盖率广的鄂西南、鄂西北山区和丘陵地带，以及水资源、湿地资源和物种资源丰富，HQ等级较高的湖泊和河流中。低品位生境主要分布在江汉平原地区的农业生产区，该地区耕地分布广泛，人类耕作活动普遍。该地区相对较低的城市化水平为植物和动物提供了足够的生存空间，但更同质的生态系统复杂性使生态环境更加脆弱。最糟糕的总部主要位于高度城市化的地区及其附近，城市环境和日益碎片化的影响导致动植物的生活条件较差。这会减少生物多样性，并对物种运动和物质循环产生负面影响。
在S1条件下，HQ由高水平向中低水平转变，最低水平增加了42975.54平方公里，中等水平增加了14678.28平方公里。这一设想的重点是满足未来经济发展的需要;然而，HQ水平的下降表明，忽视生态保护将导致自然环境的破坏，而自然环境的破坏将反馈给人类环境的恶化。
在S2下，HQ同样由高到低的降解。该场景侧重于对耕地的保护，耕地能够在一定程度上为动植物生命活动提供必要的物质条件，能够提供比建设用地更强的ESs。但与林地相比，其生态系统相对脆弱，不能满足人类生态发展的需要。
研究区生态水平在S3和S4下平均。两种情况下，生态建设面积均有所增加。对比两种情景，S3情景下最大坡度面积比2020年减少11729.52平方公里, S4情景下最大坡度面积仅减少8334.81平方公里。S3区中、高档区面积占总面积的58.78%；S4为58.85%。因此，建立特殊用途农业将更有利于湖北省的生态增长。
受各种因素的影响，本研究还存在一些需要完善的地方。
首先，本研究的目标区域为湖北省，但省界存在行政间山脉或水系，需要对生态因子的地形分布进行研究。然而，本研究仅限于湖北省境内的山脉和水系，缺乏邻省之间的生态联系以及非行政、非相邻、生态良好区域之间的生态联系研究。
其次，在评价指标的选择上，本研究缺乏对人类生态需求影响的分析，未能将ESP与日益增长的人类发展需求联系起来。未来可以研究如何将生态景观内部的改善与人类对生态的需求结合起来。
第三，在PLUS模型模拟阶段，邻域范围和随机森林参数等参数容易出现主观性。受主观性和数据获取受限的影响，即使选取经济、人文、自然等多种因素，也难以全面分析土地利用/土地覆盖变化的成因。因此，仿真结果的不确定性较大。
第四，ESP已在部分地区的城市规划中应用于生态用地规划，但如何将ESP与原生态规划相结合仍是一个问题，也是未来研究的重点。
初审：严 露
审核：徐彩瑶
排版编辑：段淑慧
文献推荐人：段淑慧
参考文献：Chong Zhao, Shiyu Wu, Lin Yang, et al. Evaluating ecological conservation effectiveness of security patterns under multiple scenarios: A case study of Hubei Province. Ecological Indicators, 2024, 166: 112528.
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