第1章生态安全格局及其研究范式
　　生态安全格局是为了解决城市化进程所导致的经济发展与生态保护之间的冲突，以及人类活动引发的一系列生态问题，为维护区域和国家生态安全而提出的，基于对生态过程及生态系统功能的解析，通过识别对于维持区域生态系统存续与发展具有关键意义的点、线、面空间要素，确定一系列指标阈值和安全层次，进而对区域生态系统的数量结构与空间格局进行优化，提出维护生态过程、提升生态功能的空间格局。生态安全格局作为一种可持续景观格局，在“生态源地—生态廊道—战略点”的构建范式下，关注景观要素的组成与配置模式，通过使特定区域的生态过程能够持续地提供稳定的生态系统服务，促进区域人类福祉的提升。
　　1.1生态安全格局概念内涵
　　全球气候变化和人类活动导致了严重的生态环境问题，威胁区域生态安全和可持续发展，损害了人类福祉。20世纪90年代以来，随着社会对生态环境问题的广泛关注，生态安全已成为国内外学者和组织共同关注的热点（傅伯杰，2010），同时也成为许多国家的重要战略。生态安全格局通过识别对于区域生态安全具有重要意义的生态源地和生态廊道来提升景观连通性， 促进生态过程，已成为国土空间生态保护与修复的重要手段。生态安全格局构建与优化对于识别生态底线、合理规划有限的土地资源、保障区域生态安全具有重要意义。
　　1.1.1生态安全格局提出背景
　　随着城市化进程的不断推进，经济发展与生态保护之间的冲突日益加剧。建设用地扩张、资源开采、过度放牧、坡地开荒、旅游开发、河道固化等一系列人类活动，以及全球气候变化导致生态环境面临不断增加的外部干扰，引发了生境破碎化、生态系统退化、生物多样性丧失、湿地萎缩、水土流失等生态问题，制约了区域可持续发展，威胁着区域和国家生态安全。随着人们对良好生态环境需求的不断提升，在生态文明建设这一国家重大战略背景下，生态安全格局已经成为协调区域生态保护和经济发展，实现可持续发展的重要战略之一（Peng et al.，2017）。
　　1.1.1.1城市化进程使得生态问题日益突出
　　（1）生境破碎化现象加剧
　　生境破碎化是人类活动或自然因素导致原本连续成片的生境被分割、破碎，形成分散、孤立的岛状生境，使得景观结构与功能联系断裂或减弱的现象。生境破碎化已成为景观生态学、保护生态学和保护生物学等领域中备受关注的热点问题之一。大型基础设施建设、农业生产、道路修建等人类活动和地质灾害、干旱等因素是生境破碎化的主要原因。由于景观结构和生态过程具有互馈关系，生境破碎化可能会产生如下负面影响：①斑块数量增多但面积缩减，压缩物种生存空间，造成生物多样性丧失（武晶和刘志民，2014）；②斑块形状发生变化，边缘效应增加，生境内部环境受暴露程度增加，加剧生态系统退化和外来物种入侵；③种群间基因交流受到阻碍，引起近交衰退，从而影响物种繁殖；④生态系统物质循环、能量流动、信息传递等生态流动过程被阻碍，形成生态孤岛，迁徙廊道断裂，增大物种迁徙难度；⑤系统稳定性降低，景观抗干扰能力和恢复能力受到影响（关文彬等，2003）。因此，生境破碎化的相关研究对于解决生物多样性丧失和生态系统退化等问题至关重要（梁加乐等，2022）。
　　(2)生态系统服务供需失衡
　　根据千年生态系统评估（Millennium Ecosystem Assessment，MA）报告显示，24项生态系统服务中的15项（约60%）呈现退化趋势或处于不可持续利用的状态，包括水资源供给、渔业捕捞、空气质量调节、区域性气候调节、水质净化、自然灾害防护、病虫害控制、精神满足和美学享受等（MA，2005）。同时，人口增长和生活水平的提高增加了对食物、风景等的需求，导致生态系统服务无法满足人类需求而产生供需失衡问题。生态系统服务供需失衡发生在越来越多的地区，可能造成资源枯竭、生态系统功能退化、物种灭绝和生计威胁等问题。大量研究探讨了人类活动对生态系统服务的影响（Vitousek et al.，1997）。例如，Li和Zhou（2016）的研究表明除人口和住宅用地与农业生产成正相关外，人类活动大多与生态系统服务成负相关、Li等（2016）发现在城市发展过程中，不同城市化类别地区（发达城市、欠发达城市和农村）的生态系统服务变化存在差异；Peng等（2017）发现生态系统服务对人口城市化和经济城市化的响应存在阈值，超过该阈值以后，生态系统服务随着城市化水平的提升而迅速下降，土地城市化与生态系统服务之间则成负线性关系，说明土地城市化对生态系统服务的影响比人口和经济城市化更直接。因此，需要采取措施平衡生态系统服务的供需关系，确保持续地满足人类需求并维持生态系统稳定性。
　　（3）生物多样性丧失
　　城市发展对生物多样性具有直接和间接的影响。直接影响包括土地利用类型由生态用地转为非生态用地导致的生境丧失和破碎化，间接影响包括城市内资源（如能源和食物）的消耗和固、液、气态废弃物的排放，对生物多样性造成严重威胁（McDonald et al.，2020）。生物多样性在空间分布方式上由农村向城市呈明显的递减趋势（Mckinney，2002），城市（尤其是城市中心）的生物多样性明显偏低。此外，大多数研究表明物种丰富度随着城市化的进程而下降。与城市化率低的地区相比，高度城市化地区的生物多样性丧失问题更为突出，而中等城市化水平的影响在不同物种间存在显著差异（McKinney，2008）。也有研究发现，城市化加速了物种灭绝（Dri et al.，2021）。在所有已知的爬行动物物种中，约有20%面临着灭绝的风险（Cox et al.，2022）。人类对景观的改造（特别是城市扩张），是生物多样性丧失*主要的驱动因素之一（Knapp et al.，2021；MA，2005）。迄今为止，生境破碎化已被确定为全球生物多样性丧失的*主要原因，生境破碎程度越高，陆生哺乳动物物种面临的灭绝风险也越高（Crooks et al.，2017；Haddad et al.，2015）。生境破碎化造成了13%～75%的生物多样性丧失，降低了生物量，改变了原有的营养循环，进而损害了重要生态系统功能（Haddad et al.，2015）。较少受到干扰的地区易受破碎化影响的物种比例往往更高，而频繁受干扰地区的剩余物种恢复力则更强。从纬度差异来看，高纬度地区经历了更多的干扰，拥有更多的适应性物种，而无法适应的物种可能已经灭绝。因此，尚未受到大规模景观破碎化影响的热带地区尤其需要采取保护措施限制景观破碎化（Betts et al.，2019）。
　　（4）自然保护地内的人类活动增强
　　截至2023年8月，全球已经建立了超过28万个自然保护地，约占地球陆地面积的16.02%和海洋面积的8.17%（UNEP-WCMC and IUCN，2023）。自然保护地通过管理措施维持了其内部的自然条件，防止和缓解了人类活动对生物和环境造成的干扰（Green et al.，2019），对于植被、生物多样性、生态系统完整性等的保护具有重要价值（Cazalis et al.，2020；Gonalves-Souza et al.，2021）。然而，自然保护地仍遭受着人类活动的影响。据统计，全球范围内有超过600万km2的自然保护地暴露在剧烈的人类压力之下，超过50%的自然保护地正面临不断增加的人类压力（Jones et al.，2018）。城市化发展使得人工照明的范围和强度持续增加，使自然保护地遭受不同程度的光污染。一方面，夜间光照导致光明和黑暗的自然循环受到影响，使光敏物种的丰度和分布发生改变，加速该类物种灭绝；另一方面，夜间光照是人类活动增强的标志，对生态平衡构成直接威胁（Xiang and Tan，2017）。在非洲，过去二十多年中，只有0.87%的自然保护地光污染得到了缓解，然而18.06%的自然保护地的光污染没有发生变化，81.07%的自然保护地的光污染压力持续增加（Zheng et al.，2021）。同时，全球自然保护地内农田面积占比约6%，农田影响约占自然保护地所受人类活动影响的18%，因此需要关注生态保护与粮食生产的权衡问题（Vijay and Armsworth，2021）。此外，资源开采、可再生能源开发等活动和自然保护地也存在一定的土地利用冲突，威胁着自然保护地的可持续性（Rehbein et al.，2020）。
　　1.1.1.2气候变化影响物种再分布
　　联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估报告指出，一个多世纪以来，化石燃料燃烧和土地利用等人类活动导致了全球变暖，使得当前的全球平均温度比工业化前高出1.1℃，极端天气事件也因此变得更加频繁和强烈（IPCC，2023）。气温升高、降水模式改变等气候变化现象显著影响了生态系统的结构与功能，导致许多物种面临原有栖息地不再适宜生存的情况（Opdam and Wascher，2004），对生物多样性产生威胁，尤其是濒危物种、气候适应范围狭窄的高山物种、已适应青藏高原高寒气候条件的物种和迁徙能力弱的物种，加速了物种灭绝（IPCC，2018）。世界自然保护联盟（International Union for Conservation of Nature，IUCN）认为，19%的物种受威胁或接近受威胁状况是气候变化所致（Maxwell et al.，2016）。如果气候变化速度持续不减，每六个物种中就有一个会灭绝（Urban，2015）；同时，发现物种处于热暴露风险的地理范围将突然扩大，平均而言，暴露量将在10年内增加50%以上（Pigot et al.，2023）。
　　物种为适应气候变化，通过表型可塑性改变生理过程或者通过迁徙到更适合生存的地区改变其栖息地（Parmesan，2006）。因此，气候变化是物种迁徙的驱动力之一，影响物种再分布（Su et al.，2021）。适宜性迁徙是物种适应气候变化的一种重要策略，可以帮助物种在气候变化下寻找到温度、湿度和降水等条件更适合的地区，以保持种群的生存和繁衍。在高山地区，气温升高可能导致一些物种向更高海拔迁徙，以寻找更凉爽的环境，而原本居住在较高海拔的物种可能面临生存挑战。此外，适应气候变暖的物种北移现象在全球范围内发生。尽管如此，气候变化的速度依然超出部分物种的适应速度，亟需开展减缓气候变化的行动以实现稳定气候目标和生物多样性保护目标（Loarie et al.，2009；Radchuk et al.，2019）。
　　1.1.1.3可持续发展需要生态安全
　　2015年，联合国可持续发展峰会发布的《改变我们的世界：2030年可持续发展议程》提出了17项可持续发展目标和169项具体指标，从社会、经济和环境三个维度指引全球可持续发展方向（United Nations，2015）。可持续发展目标之间存在着复杂的相互作用，通常可以归类为协同和权衡（Nilsson et al.，2016；Wu et al.，2022；Zhang et al.，2022a）。对不同目标开展同步优化可以*大程度实现可持续发展目标的共同利益，助力实现尽可能多的可持续发展目标。景观可持续性是特定景观提供长期稳定的景观服务以维持和增进人类福祉的综合能力（Wu，2013；Wu，2014）。而生态保护与管理是修复退化生境、实现景观可持续性和区域可持续发展的关键（Liu and Chang，2015）。
　　可持续发展需要生态安全的支持和保障。生态安全指在一定的时空范围内，生态系统能够保持其结构与功能不变或不受威胁的健康、完整和持续状态，并能为社会经济的可持续发展提供服务，从而维持自然—社会—经济复合系统可持续发展的能力（肖笃宁等，2002；陈星和周成虎，2005；李晶等，2013）。