快速城市化对中国新广州知识城（SSGKC）的区域生态安全（ESP）格局产生了全面影响。本研究旨在通过对区域生态安全的时空动态评估，提出保障区域生态安全的建议。研究结果表明，SSGKC在过去十年中经历了快速的城市化进程，建设用地增加了一倍多。结果表明，最大的10个生态源（ES）斑块面积减少了 13.5%。西南部两个最大的ES斑块面积变小，且在2020年退出了前10。建设用地的扩大侵占了主要的生态廊道（EC）。连接东部和中部地区的两条生态廊道已经南移。景观格局指数表明，ES的面积不仅减少了，而且变得更加支离破碎。本研究还利用城市发展边界（UDB）和 FLUS 模型模拟和预测了未来土地利用变化对 ESP 的潜在影响。建议决策者优化城市发展边界，剔除与ES和主要EC重叠的区域，以尽量减少ES和EC未来可能被占用的情况。应优先规划和保护连接东部和中部地区的环形生态保护区。
城市化进程中土地利用格局的快速变化直接影响区域生态安全。20世纪80年代初，生态安全成为国际生态系统研究的热门话题。近年来，区域生态安全格局研究得到了快速发展。ESP研究区域可以根据其空间范围进行划分，包括景观和区域。此外，它还包括具有鲜明社会生态系统特征的各个区域，如城市化地区，农牧交错带，干旱半干旱区等。其中，人类活动和地表变化程度最高的城市化地区面临的生态安全问题尤为突出。
“生态源-生态阻力面-生态廊道”（ES-ERS-EC）组合法已被越来越多的研究者采用。ERS的构建通常由专家评分决定，专家评分是根据土地覆盖类型分配的。然而，仅使用土地利用类型不足以衡量ERS。近年来的研究主要集中在改善ERS的构建上。例如，自2015年以来，夜间灯光（NTL）数据被广泛用于根据土地覆盖类型调整分配的ERS 。NTL数据提供了受人为干扰影响的地表空间分布特征的连续表示。它是人类活动强度的综合指标，包括城市化水平、经济状况和人口密度。此外，它反映了同一土地类型内人类影响的变化。因此，纳入夜灯数据可以有效地增强传统的基于土地覆盖类型的ERS。生态廊道是指在生态网络系统中起着连接物质、能量和信息流动的关键作用的带状区域。
各种定量识别方法，如最小累积阻力模型（MCR），已被开发用于识别不同生态源斑块之间的生态廊道。生态来源识别通常基于生物多样性和生态系统服务。然而，对生态安全内涵的认识并不一致，区域生态安全问题的具体差异较大，导致不同研究者选择的指标存在显著差异。以往的研究主要集中在使用生态系统服务、生态敏感性和栖息地重要性确定生态资源的面积和空间分布。相比之下，对生态资源斑块大小、斑块密度和破碎化程度的研究较少。重要的是要考虑到小斑块或过度破碎的斑块可能不能有效地发挥生态资源的作用。因此，有必要确定有效的生态资源。
土地利用变化被广泛认为是影响ESP的重要因素。在城市化进程中，生物栖息地和生态廊道转化为建设用地直接影响生态安全。许多研究分析了城市化对ESP的影响，特别是在城市地区和城市群。城市新区的建立，如著名的上海浦东新区，是中国城市化的重要模式。城市新区通常在原农村地区发展，导致生态安全格局发生重大变化。然而，对于城市新区建设对ESP的影响，目前还缺乏全面的研究。未来土地利用模拟（FLUS）模型可以利用自适应惯性和竞争机制分析不同土地类型之间相互作用和竞争的复杂性和不确定性，为模拟未来土地利用变化提供更多支持。通过对未来土地利用变化的模拟，可以分析未来城市化对ESP的潜在影响。值得注意的是，中国的土地利用变化在很大程度上受到土地利用政策和规划的影响，这对土地利用模拟软件纳入政策因素提出了挑战。
因此，以往的研究主要集中在利用生态系统服务功能、生态敏感性和生境重要性等指标来确定生态资源的面积和空间分布。相比之下，对生态资源的斑块特征和破碎化研究较少。重要的是要考虑到小斑块或过度破碎的斑块可能不能有效地发挥生态资源的作用。因此，有必要确定有效的生态资源。研究发现，景观格局变化会严重威胁区域生态安全。为此，本研究将景观格局分析纳入生态安全格局评价。具体而言，本研究首先利用景观格局分析来确定最大的生态源斑块。然后，利用MCR模型识别这些最大斑块之间的关键生态廊道。最后，利用景观格局指数评价生态资源的斑块特征和破碎化程度。UDB是一种公共政策工具，它设定了城市建设用地扩张的最大面积。由于中国土地利用变化在很大程度上受土地利用政策和规划的影响，这对土地利用模拟软件纳入政策因素提出了挑战。为了解决这个问题，本研究分别基于UDB和FLUS模型调查了未来土地利用变化对ESP的潜在影响。
本研究以中新广州知识城为研究区域，旨在为确保广州知识城生态安全的城市规划和土地利用政策提供建议。本研究的目标包括：（1）构建生态安全格局综合评价指标体系，评价生态安全格局的时空动态；（2）探索生态源的斑块特征和破碎化特征；（3）模拟未来土地利用变化对生态安全格局的潜在影响；（4）提出生态安全格局的保护策略。
1 生态源
结果表明：2010-2020年，不同生态系统服务功能呈现出不同的变化趋势。生境质量下降13.3%，2010年平均值为0.76，2020年平均值为0.66。植被固碳功能下降11.6%，2010年平均值为1.84t/ha, 2020年平均值为1.62t/ha。另一方面，土壤保持功能保持相对稳定，2010年平均值为732t/ha。水分保持功能下降了9.6%，2010年平均值为1063mm, 2020年平均值为961mm（图3）。总体而言，除土壤保持功能外，其他3个指标下降明显。
以各生态系统服务功能累积价值的80%和50%为阈值，将研究区划分为极重要区、重要区和一般区。结果表明：2010-2020年，生境质量被划分为极重要区域的比例从51.9%下降到48.6%；同样，植被固碳极其重要的区域比例从60.8%下降到36.3%。然而，土壤保持极端重要区域的比例保持相对稳定，在14.6%左右。最后，被划分为节水极为重要区域的比例从43.9%下降到38.4%。
将研究区划分为生态源地、普通生态地和非生态地三类。结果显示，从2010年的27.4%下降到2020年的23.6%，减少了3.8%。高压主要分布在西南地区。普通生态用地占比从2010年的35.3%下降到2020年的25.1%，下降10.2%。另一方面，非生态用地比例从2010年的37.3%增加到2020年的51.3%，增加了14.0%（图4）。总体而言，SSGKC的ESs明显下降，但普通生态用地减少更为显著，而非生态用地则有显著增加。
2 生态阻力面
结果表明，2010年至2020年，耕地比例从27.4%下降到21.9%，林地比例从62.9%下降到59.6%。相反，建设用地的比例从7.0%增加到15.7%。研究结果表明，近10年来，南昌市经历了快速城市化进程，建设用地面积增加了一倍以上。尽管如此，在SSGKC，林地仍然是主要的土地利用类型，而建设用地的扩张已经侵占了大量的农业用地（图5）。此外，利用土地利用数据和夜间照明数据进行了ERS分析。结果表明，SSGKC的平均ERS从2010年的22.81显著增加到2020年的27.60。从空间分布上看，东北地区的生态抗性明显高于西南地区（图6）。
3 生态廊道与生态安全格局
根据面积对ESs斑块进行排名，并确定了面积最大的前10个斑块（表2）。分析表明，2010-2020年，中国生态系统生态斑块呈减少趋势。最大的10个斑块总面积从53.06平方公里减少到45.91平方公里，减少了13.5%。2010年，西南的两个大斑块变小，到2020年不再排在前10位。此外，中部和南部地区的两个大斑块分别分裂成两个独立的斑块。因此，前10个斑块的空间分布发生了显著变化，导致总面积明显减少。
然后，本文计算出前10个斑块的几何中心，并将其视为生态节点。本文评估了每个生态节点与其他9个生态节点之间的最低成本距离。研究结果如图7所示。从2010年到2020年，经济共同体发生了显著变化。主要有两个变化：第一，西南地区两个大斑块的消失导致该地区多个节点的减少（从C到C#）；其次，连接东部边界和中部地区的两个节点向南移动（从A到A#，从B到B#）（图7）。这些变化可归因于两个原因。首先，由于前10个斑块的变化，部分生态节点消失。其次，由于建设用地的扩大和夜间光照强度的变化，ERS的空间格局发生了变化。
总体而言，2010年和2020年的股票价值指数有几个显著差异。首先，在过去十年中，ESs的面积显著下降。其次，前10个ESs斑块中的一些面积显著减少。最后，重点生态廊道的路径发生了明显变化（图7）。
4 景观格局指数
分析表明，2020年生态系统斑块数量（NP）和斑块密度（PD）较2010年显著下降。同样，总边缘长度（TE）和边缘密度（ED）也有实质性的减少。此外，最大斑块占生态系统总面积的比例下降（表3）。在过去十年中，生态系统中斑块的面积和数量都大幅减少。与2010年相比，2020年非生态用地面积和最大斑块比例均显著增加。斑块数量和边缘密度呈显著下降趋势。这表明，随着非生态用地面积的增加，小斑块与大斑块相互融合，空间分布更加集中。生态资源不仅面积减少，而且更加破碎化。
5 探讨未来土地用途变化对生态安全格局的潜在影响
城市发展边界（UDB）于2020年覆盖在ESP上。图8显示，未来的建设用地扩张不仅会占用部分生态系统（约占生态系统的10.5%），而且还会侵占某些生态系统，特别是在A*、B*和C*地区。这可能导致一些关键生态廊道路径的改变。建设用地的扩张被认为是影响区域生态廊道的一个重要因素。从2010年到2020年，连接东部边界和中部地区的两个经济共同体（A#和B#）向南移动。未来，土地利用变化将继续影响这些经济共同体。本研究还利用FLUS模型模拟了2030年的土地利用格局，并评估了未来土地利用变化对经济共同体的影响。结果相似。本研究的结论是，有必要更多地考虑未来土地利用变化对生态廊道的潜在影响。因此，建议对城市发展边界进行优化，以尽量减少未来对生态资源和生态廊道的潜在占用。具体而言，建议积极规划和保护连接东部边境和中部地区的环形生态廊道。
本研究也有一定的局限性。首先，使用不同分辨率（30米、250米、500米或1公里）的输入数据可能会给ESP的评估带来不确定性。研究强调了土地利用变化对生态廊道的影响，但没有提供这些廊道的宽度和数量的具体信息。尽管存在这些局限性，但本研究在适用性方面仍有价值。研究表明，城市化对区域生态廊道具有综合影响，减少了生态廊道的面积，改变了重要生态廊道的路径。该研究强调需要更多地关注未来土地利用变化对这些生态廊道的影响。并将景观格局指数纳入生态安全格局评价，识别生态资源斑块密度和破碎化程度。使用UDB来预测未来的土地利用模式也有助于避免土地利用模拟模型中的不确定性。因此，研究建议优化城市发展边界，排除与生态资源和关键生态廊道重叠的部分。此外，研究建议，城市规划不仅应关注最大限度地减少城市中心的占用，还应积极规划和保护重要的城市中心。
初审：梁笑嫣
审核：徐彩瑶
排版编辑：段淑慧
文献推荐人：段淑慧
参考文献：Yichao Wang, Xiao Yang, Xiaojun Zhang, et al. Spatiotemporal dynamic characteristics and conservation strategy of ecological security pattern in a rapidly urbanizing zone[J]. Ecological Indicators, 2024, 166: 112457.
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