进入工业时代以来，随着人口的激增和工程技术的不断进步，人类以前所未有的规模和速度改变着自然环境，导致许多生态环境问题的出现[1]。

尤其在我国，快速的人口增长和大规模的快速城市化进程对资源环境带来巨大压力[2]。

同时受全球气候变暖和不合理土地利用活动共同影响，我国出现冰川后移、冻土退化、湿地萎缩、水土流失[3]、沙漠化[4]、洪涝灾害加剧[5]、生物多样性下降[6]和水源涵养能力降低等诸多生态环境问题[7,8]，生态安全已成为科学研究和可持续发展战略的重点关注领域。

我国学者针对生态安全议题开展了大量的研究，尤其在生态安全评价理论与方法方面进行了卓有成效的研究[9-14]，但区域景观格局优化与调控方面的研究仍处于探索阶段。

近年来提出的景观安全格局[14,15]、区域生态安全格局[16]理论与实践为抽象的生态系统服务概念和可实施的空间规划之间建立了沟通的平台，并开展了部分探索性的研究[17-22]。

在国家政策制定层面，我国在自然区划、农业区划基础上相继开展的生态区划[23]、生态功能区划[24]和主体功能区划[25]等工作都对国土与区域尺度空间格局调控有积极的推动作用。

新出台的《城乡规划法》[26]和新修订的《全国土地利用总体规划纲要》[27]也将生态保护作为重要内容。

在当前生态要素分部门进行管理的行政体制下，如何构建一个在操作层面上能与生态区划、主体功能区划、土地利用规划、城市规划相衔接的综合性概念、框架和工具成为科研和实践领域亟待解决的问题。

国际上国土尺度的保护规划研究起步较早。

美国早在1915-1916年由景观规划师曼宁(Manning W.H.)开展的国土规划（National Plan）旨在制定资源综合保护与利用战略，并提出以自然资源和自然系统为基础的土地分类思想[28]。

从1950年代逐渐兴起的以绿色廊道（Greenway）运动为代表的生态网络规划建设逐渐成为自然资源保护规划的新热点[29]，如美国绿色廊道体系全面实施后将会提供220,000 km 的绿色廊道和大约5亿hm2受保护的绿色空间[30]。

欧洲也出现绿色廊道、生态网络、生境网络、洪水缓冲区等概念[31,32]。

亚洲的新加坡等国也陆续开展绿色廊道规划研究[33]。

我国的防护林体系建设也可看作为国土尺度的绿色廊道网络[34]。

1990年代以来在国内外逐渐兴起的生态(绿色)基础设施概念[35-37]正日益成为自然资源保护和空间规划领域广泛认可的新工具，并在美国马里兰、明尼苏达、伊利诺斯、佛罗里达、佐治亚、阿拉巴马、密西西比、南卡罗莱纳、田纳西、肯塔基等州相继开展相关规划研究[36]。

我国也在浙江台州[38]、山东威海[39]、菏泽[40]等地进行了生态基础设施规划的探索研究。

这些研究为各种尺度上开展生态安全格局规划提供了很好的借鉴案例。

本文从我国面临的主要生态问题出发，旨在初步探讨国土尺度生态安全格局的基本构架，从水源涵养、洪水调蓄、沙漠化防治、水土保持、生物多样性保护5个主导生态系统服务功能出发，在对单一生态过程的分析与评价基础上进行叠加与综合，初步构建保障生命支持系统健康与安全的国土尺度生态安全格局框架。

1. 研究方法国土尺度生态安全格局(Security Pattern, SP. 下同)是国家与区域的自然生命支持系统，它是由河流、湿地、林地、草原、野生动物栖息地和其他自然区域共同构成的相互连接的生态网络，用以支持生物物种、维护自然生态过程、提供空气和水资源，提高居民健康和生活质量。

本文的研究范围仅限我国陆地生态系统，未包含海洋和大陆架范围。

本研究在广泛借鉴各科学的理论与方法基础上，运用景观安全格局研究框架[18,37]，重点对水源涵养、洪水调蓄、沙漠化防治、水土保持和生物多样性保护5种生态过程进行分析、评价与模拟，判别对维护该生态过程安全与健康具有关键意义的景观要素、空间位置和空间联系，建立各自生态过程的安全格局。

单一生态过程的生态安全格局结果按保护级别分为低、中、高3种安全水平，其中低水平安全格局为保护的最低限度，保护级别最高；中水平安全格局保护范围较前者大，保护级别次之；高水平安全格局保护范围最大，安全程度最高。

国土尺度综合生态安全格局由单一生态过程的安全格局综合叠加生成。

研究框架见图1。

图1：国土尺度生态安全格研究框架Fig. 1. The framework for national ecological security patterns2. 单要素生态安全格局2.1 水源涵养安全格局水源涵养能力与植被类型、盖度、枯落物组成、土层厚度及土壤物理性质等因素密切相关。

本文首先通过分析江河发源点的空间分布密度来定量化指示重要水源涵养区域的空间范围；然后以植被覆盖度来综合指示该地区的水源涵养能力，并叠加具有重要水源涵养功能的冰川、湿地，最终确定江河源区水源涵养的安全格局。

2.1.1 水源涵养安全格局构建（1）首先提取全国1:400万GIS数据库中1-5级河流发源点，利用GIS对所有河流发源点进行基于核函数的密度分析（Kernel Density），生成江河发源点密度分级图（见图2）；然后参考1:400万地貌类型图进行人机交互提取江河发源地水源涵养重要区域的范围。

图2 5级河流发源点密度图Fig.2 5 calss headstream density map（2）利用2006年逐旬1km2分辨率SPOT Vegetation遥感影像，采用最大值处理MVC(Maximum Value Composites)方法[41]，计算得到2006年全年最大植被盖度图，并利用上述水源涵养重要区域范围进行切割，生成水源涵养区植被覆盖度（见图3）。

图3水源涵养区植被覆盖度Fig.3 Vegetation coverage of headwater conservation region（3）利用地表植被覆盖度、冰川和湿地分布3个要素，按照表1的划分标准确定水源涵养安全格局（见图4）。

由于我国横跨多个气候带，对湿润区、半湿润区和干旱与半干旱区三种气候带的植被覆盖度采取不同的分级标准。

图4 水源涵养安全格局Fig.4 Ecological security pattern for headwater conservation表1. 江河源区水源涵养安全格局划分标准Table 1. The sort criteria of headwater conservation SP 2.1.2 研究结果根据江河源区水源涵养安全格局划分结果，低安全水平水源涵养安全格局面积233.2万km2，占国土面积的24.3%，主要分布在以三江源为核心的青藏高原东部地区和位于我国地形阶梯交错带的山脉体系。

其中三江源地区是长江、黄河、澜沧江等我国最大河流的发源地；阿尔泰山、天山是保障新疆沙漠绿洲生态系统最重要的水源涵养区域；祁连山是河西走廊和柴达木盆地北部水源供给地；大兴安岭、小兴安岭、长白山是嫩江、松花江、鸭绿江和图们江等水系的水源区；燕山、吕梁山、太行山是海河流域水源地；秦岭是淮河流域的重要水源涵养区；南岭及武夷山脉是我国东南地区重要水源涵养区域；横断山脉是云南地区重要水源涵养区。

中等安全水平水源涵养安全格局面积418.2万km2，占国土面积的43.6%，空间范围为除低安全水源涵养安全格局外还包括太行山、吕梁山脉、陕北高原和云贵高原部分地区。

高安全水平水源涵养格局面积594.9万平方公里，占国土面积的61.9%，空间范围包括青藏高原全部和我国所有山脉体系。

2.2 洪水调蓄格局洪水调蓄安全格旨在构建一个自然连续的洪水调蓄系统，为洪水留出基本的宣泄空间，实现工程治洪和自然调蓄结合的防洪减灾空间策略。

该系统应该包括现状滞洪区、重要湖泊、湿地和发生流域性洪水灾害的主要淹没区域。

本文通过对流域性洪水进行计算机模拟，结合现有的湖泊、湿地和国家划定的蓄滞洪区共同构建洪水调蓄安全格局。

2.2.1 流域性洪水淹没分析本文采用堤防漫顶式洪水淹没分析方法[42]对长江、珠江、黄河、淮河、嫩江、松花江、辽河7大流域下游干流进行洪水淹没分析。

首先利用7大江河沿线水文站点的历史最高洪水水位和警戒水位数据为依据，在GIS软件下利用线性插值方法，分别生成最高水位洪水水面和警戒水位洪水水面；其次，利用全流域90m分辨率DEM数据分别和最高水位洪水水面和警戒水位洪水水面进行相减运算，得到各自水位高度下的洪水淹没范围和淹没水深分布栅格数据。

最后根据洪水的连通性原理，提取与河流直接连通的洪水淹没区域，得到洪水淹没的空间范围。

（见图5）图5 洪水淹没分析结果Fig.5 Flood simulation result2.2.2 洪水安全格局构建利用洪水淹没分析结果、国家重要蓄洪区和湖泊湿地数据，参考《重点公益林区划界定办法》中关于河流湿地划分标准，按照表2的划分标准确定洪水调蓄安全格局。

（见图6）图6 洪水调蓄安全格局Fig.6 Ecological security pattern for flood control表2. 洪水调蓄安全格局划分标准Table 2 The sort criteria for flood control SP2.2.3 研究结果低安全水平洪水调蓄格局是洪水调蓄保障的最低限度，主要包括目前国家规定的洪泛区、重要的滞洪湿地以及河道两侧的缓冲地带，面积为7.5万km2，占国土总面积的0.8%；中安全水平洪水调蓄安全格局是七大江河最重要的洪水宣泄场所，其范围包括七大水系在警戒水位下的洪水淹没范围，面积为20.7万km2，占国土总面积的2.2%；高水平洪水调蓄安全格局包括七大水系的全部洪泛区，其面积为59.9万km2，占国土总面积的6.2%。

2.3 沙漠化防治安全格局沙漠化防治安全格局旨在判定控制沙漠化土地扩张的关键区域，从而进行重点保护与恢复。

土地沙化过程可认为是沙漠化土地克服空间阻力向外扩张的过程，首先确定沙漠化土地扩张的“源”，然后建立沙漠化扩张的阻力模型，利用最小累计阻力模型对沙漠化扩张的过程进行模拟，最后根据模拟结果确定沙漠化防治安全格局。

2.3.1 沙漠化土地扩散过程模拟（1）“源”的确定。

本文将我国的1:10万沙漠数据库中沙地类型为“戈壁”和“流动沙地”的土地作为沙漠化土地的扩张的“源”，主要包括我国塔克拉玛干、古尔班通古特、库姆塔格、柴达木盆地、巴丹吉林、乌兰布和与库布齐等原生沙漠和呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙地、松嫩沙地、张北坝上等区域，总面积103万km2。

（见图7）图7 沙漠化土地扩张“源”Fig.7 The source of desertification（2）阻力模型构建。

沙漠化危险度评价方法作为对土地发生沙漠化难易程度的综合评价，对构建沙漠化土地扩张的阻力模型具有很好的参考意义。