基于生態(tài)服務(wù)功能的南京市生態(tài)安全格局研究.pdf

1、隨著我國城鎮(zhèn)化進程加速，城市大規(guī)模擴張引起了景觀結(jié)構(gòu)的劇烈變化。大量的林地、草地、濕地、農(nóng)田等自然半自然景觀被改造為工礦、住宅和道路等建設(shè)用地構(gòu)成的人工景觀，不合理土地開發(fā)加速了對自然生態(tài)系統(tǒng)的干擾和侵占，引發(fā)了城市熱島、環(huán)境污染、致使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能迅速下降。近幾年我國的京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域霧霾頻繁發(fā)生，影響著人民的生活質(zhì)量，威脅著區(qū)域的生態(tài)安全。如何從景觀生態(tài)學(xué)角度在景觀尺度上，研究理解景觀結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程與景觀功能的交互作用

2、，從而制定科學(xué)的應(yīng)對減緩措施保障城市生態(tài)安全，是當前學(xué)術(shù)界和政府決策部門面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。
　　在快速城鎮(zhèn)化引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化及水、大氣等環(huán)境污染加劇的背景下，本文綜合考慮氣象學(xué)、生態(tài)學(xué)、城市形態(tài)學(xué)在通風廊道、生物多樣性、水生態(tài)安全格局研究的發(fā)展趨勢，進行了跨學(xué)科跨領(lǐng)域的生態(tài)安全格局研究。本文從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化入手，分別研究了生物多樣性保護服務(wù)功能、水源涵養(yǎng)功能、洪水調(diào)蓄功能、水質(zhì)凈化功能、通風驅(qū)熱功能的評估與構(gòu)建方法。在此基

3、礎(chǔ)上，研究了南京市生物多樣性保護服務(wù)功能、水源涵養(yǎng)功能、洪水調(diào)蓄功能、水質(zhì)凈化功能、通風驅(qū)熱功能的時空分異特征;構(gòu)建了南京市生物多樣性安全格局、水安全格局和大氣安全格局，進而構(gòu)建了南京市綜合生態(tài)安全格局，并提出生態(tài)管控措施。對最大程度發(fā)揮城市的生態(tài)服務(wù)功能，減緩城市諸多環(huán)境問題有著重要的指導(dǎo)意義。
　　主要研究內(nèi)容與成果如下:
　　(1)生物多樣性安全格局評估與構(gòu)建研究。借鑒InVEST(Integrated Valuati

4、on ofEcosystem Services and Trade-offs)以及LCP(Least Cost Path)最小累積阻力模型，建立了生物多樣性安全格局評估方法。在此基礎(chǔ)上，選擇InVEST模型評估的生境質(zhì)量高值區(qū)作為生物多樣性安全格局的“源”，以生境質(zhì)量和植被蓋度建立阻力面，基于最小阻力面模型建立生態(tài)廊道和節(jié)點，構(gòu)建生物多樣性安全格局。結(jié)果表明:南京市近25年來生境質(zhì)量下降，生境劇烈退化的區(qū)域從城市中心不斷外擴，形成了以城

5、市為中心、道路為輻射的生境退化圈。重度退化和劇烈退化的比例迅速上升，1990-2015年間從2.53％和0.65％分別上升至8.3％和3.83％。南京市的阻力面高值區(qū)的范圍也不斷擴大，中心城區(qū)的紫金山、江寧區(qū)的方山與周圍主要生態(tài)源的廊道完全阻隔，安基山-湯山、大連山、老山、牛首山等生態(tài)源與其他生態(tài)源之間的生態(tài)廊道也受到嚴重威脅。南京市低、中、高水平的生物多樣性安全格局分別占國土面積23.63％、41.59％和57.53％。
　　(

6、2)水生態(tài)安全格局評估與構(gòu)建研究。綜合考慮土地覆被類型、植被覆蓋度、坡度因子，建立了水源涵養(yǎng)功能評估模型;采用“無源淹沒”理論，識別不同風險頻率的雨洪災(zāi)害敏感區(qū)，建立了不同安全水平下的洪水調(diào)蓄安全格局;依據(jù)InVEST模型-水質(zhì)凈化模塊研究不同河流緩沖區(qū)的水質(zhì)凈化功能的適宜寬度。將水源涵養(yǎng)功能區(qū)的高值區(qū)作為水安全格局的“源”，根據(jù)識別雨洪災(zāi)害敏感區(qū)域，不同河流水質(zhì)凈化功能的適宜寬度，構(gòu)建水安全格局。研究表明盡管南京市林地和濕地面積變化不

7、大，由于林地得到保護，生物量增加，水源涵養(yǎng)功能高值區(qū)面積有所增加，同時，由于城鎮(zhèn)建設(shè)用地大量侵占耕地，造成水源涵養(yǎng)中值區(qū)面積顯著下降，低值區(qū)面積顯著增加。從全市域來看，南京市的水源涵養(yǎng)功能破壞不大。研究時段內(nèi)十年一遇、二十年一遇和五十年一遇的雨洪災(zāi)害敏感區(qū)的建設(shè)用地面積比例顯著增加，2015年三區(qū)的建設(shè)用地面積分別比1990年增加1.7倍、1.37倍和1.28倍。雨洪災(zāi)害敏感區(qū)的建設(shè)用地增長主要在長江沿線的板橋新城、濱江新城、江北副城外

8、、龍?zhí)陡蹍^(qū)，秦淮河沿岸的江寧東山副城、祿口及滁河沿岸部分區(qū)域增長較快，在洪水調(diào)蓄敏感區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地，會嚴重影響城市行洪能力，威脅城市的安全。研究表明南京市低水平、中水平、高水平的水生態(tài)安全格局分別占國土面積23.54％、40.75％和51.94％。
　　(3)大氣安全格局評估與構(gòu)建研究。將氣象學(xué)理論、城市形態(tài)學(xué)理論與遙感技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，研究基于通風廊道的大氣安全格局評估與構(gòu)建方法。通過遙感技術(shù)研究城市熱環(huán)境的空間分異，根據(jù)氣象學(xué)城

9、市局地環(huán)流理論和城市形態(tài)學(xué)理論，依據(jù)迎風面積指數(shù)和地表溫度共同構(gòu)建城市通風的阻力面，采用LCP(least cost path)技術(shù)構(gòu)建了城市通風廊道，并根據(jù)WRF(weather research and forecasting model)、CFD（computational fluid dynamics）模型、氣象觀測數(shù)據(jù)和野外觀測數(shù)據(jù)，驗證了采用遙感技術(shù)和GIS技術(shù)方法研究通風廊道的可行性。研究表明，在市域尺度上通風廊道主要分布

10、在寬闊的河流、湖泊和山谷地。說明河流、湖泊不僅具有生物多樣性保護、洪水調(diào)蓄、水質(zhì)凈化等功能，同時具有良好的通風驅(qū)熱功能。在街區(qū)尺度上，除了寬闊的河流和湖泊為主要通風廊道外，順應(yīng)風向的寬闊街道也是主要的通風廊道。
　　(4)綜合生態(tài)安全格局構(gòu)建與對策。在生物多樣性安全格局、水安全格局、大氣安全格局的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于生態(tài)服務(wù)的多要素的城市生態(tài)安全格局。研究表明，南京市高水平生態(tài)安全格局的總面積占全市土地面積的65.67％，表明南京市

11、大部分土地具有顯著的生態(tài)功能;低水平生態(tài)安全格局占全市土地面積的30.03％，表明三成的土地提供了重要的、不可代替的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，提出面向生態(tài)安全的生態(tài)保護策略，可以更好地指導(dǎo)城市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃與管理，促進城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升和環(huán)境質(zhì)量的改善。
　　創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在:
　　(1)將氣象學(xué)理論與城市形態(tài)學(xué)理論相結(jié)合，在傳統(tǒng)建筑形態(tài)的迎風面指數(shù)構(gòu)建阻力面的基礎(chǔ)上，充分考慮到將溫壓差對風的阻力，結(jié)合地表溫度，構(gòu)建了城