大都市群沿海地区的生态网络构建与韧性优化：以粤港澳大湾区为例

《Ecological Engineering》：Ecological network construction and resilience optimization of coastal zones in megacity clusters: A case study of the Guangdong–Hong Kong–Macao Greater Bay Area

本研究针对粤港澳大湾区海岸带提出动态韧性优化框架，整合多情景气候模拟与复杂网络分析，显著提升生态连通性和冗余性，增强抗灾韧性。

　　

黄一琳|李慧|何云|徐青|廖丽霞|韩胜|杜家恒

中国华南农业大学林业与景观建筑学院，广州510642

摘要

在快速城市化的地区，沿海地区正日益受到气候变化和人类活动的威胁，然而传统的静态生态网络规划无法充分应对未来的动态风险。以粤港澳大湾区（GBA）为例，我们提出了一个以韧性为导向的优化框架，该框架将动态生态系统服务预测与多情景气候压力因素（海平面上升、风暴潮和雨洪）相结合。该框架整合了风险预测、空间优化和基于复杂网络指标及模拟攻击模型的双重韧性评估。结果表明，优化后的网络在结构连通性和功能冗余性方面均有显著提升：关键和重要走廊的数量分别增加了133.3%和348.7%；系统的鲁棒性和冗余性分别提高了11%和30%。在模拟的动态攻击下，优化后的网络在功能崩溃前能够容忍更高比例的关键节点故障。我们的方法表明，将动态风险预测纳入生态网络规划能够显著增强系统的韧性，并为人口密集的沿海地区提供可转移的空间解决方案，以实现保护和气候适应的平衡。

引言

沿海地区是高度动态且本质上脆弱的社会生态系统，密集的人类活动与复杂的陆海过程相互作用。快速的城市化、加速的海平面上升、增强的风暴潮强度以及广泛的海岸线改造共同破坏了沿海生态系统的结构，削弱了它们提供基本生态系统服务的能力（Lu等人，2018年）。尽管生态网络已成为提高连通性和生态韧性的重要空间策略，但大多数现有方法仍然遵循以陆地为中心的静态范式，即“来源识别–抗性表面构建–走廊提取”（Xie等人，2015a；Xie等人，2015b）。这种静态框架对于沿海系统来说是不够的，因为未来的干扰本质上是动态的，并且受到极端气候事件的强烈影响（Wang等人，2023年）。先前的研究还强调，过渡性的陆海界面涉及独特的生态过程，这些过程无法通过以内陆为中心的视角完全捕捉到，从而导致对沿海连通性的描述不完整（Zhang和Hou，2020年）。

作为世界领先的湾区之一，粤港澳大湾区（GBA）正经历着快速的城市化、严重的栖息地破碎化以及日益增加的沿海风险。土地复垦、海岸线硬化和极端气候的综合作用凸显了迫切需要开发既能维持连通性又能适应未来气候压力的生态网络。然而，当前的沿海生态网络仍受到静态评估的局限，未能充分整合陆海相互作用，且缺乏多情景气候模拟（Chen等人，2024年）。

为了解决这些问题，本研究提出了一种“动态评估–多情景模拟–以韧性为导向的优化”框架，用于在快速城市化的沿海地区构建生态网络。该框架包含三项主要创新：

(1)

通过将生态系统服务预测与多种气候压力因素（包括海平面上升、风暴潮和雨洪）相结合，克服静态评估的局限性，从而基于未来的暴露风险和生态重要性双重识别生态斑块（Lin等人，2025年）；

(2)

通过将6米等深线内的浅海区域纳入源-走廊系统，从而恢复跨界面连通性（Palafox-Juárez等人，2017年）；

(3)

利用土地利用模拟、动态压力因素建模和复杂网络理论，引入以韧性为导向的优化方法，以量化鲁棒性和冗余性的提升（Bhatia等人，2025年）。

我们使用InVEST、MESC指数、Linkage Mapper和Circuitscape工具，为粤港澳大湾区构建了一个具有气候适应性的生态网络，并定量评估了其在静态和动态韧性方面的改进。这项研究通过将沿海生态网络研究从静态描述转向动态预测和适应性优化，推动了方法论的发展，同时为全球人口密集的沿海地区的生态保护和气候适应提供了可转移的空间策略。

区域概况

粤港澳大湾区（GBA）的沿海区域位于东经111°21′–114°53′、北纬21°27′–23°09′之间，包括陆地和海洋两部分。陆地部分包含20个区/县级行政单位（如珠海、中山、东莞、深圳）。海洋部分指根据GB/T 24708–2009湿地分类标准和国家沿海区划标准定义的6米等深线内的水域。

方法论

整个研究框架如图2所示。

沿海生态网络的构建结果

基于MESC指数的综合评估显示，生态系统服务的重要性存在显著的空间异质性。平均MESC指数为0.84 ± 0.21。指数值较高的区域主要集中在东部林地和沿海湿地，占总面积的34.7%，而指数值较低的区域则集中在中心城区（图3）。此次分析共识别出187个候选生态源，总面积为12,456平方公里。

沿海地区的脆弱性

沿海生态网络优化的多维效益

• (1)
  数量维度：本研究创新地将6米等深线内的浅海区域纳入生态网络，并使用多情景动态模拟进行优化。结果显示，关键生态斑块和走廊的数量和面积显著增加，分布更加均衡。例如，关键斑块的面积增加了约4683平方公里；关键和重要走廊的数量也大幅增加，尤其是沿海和跨海走廊。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢国家自然科学基金（52478053）、国家自然科学基金（52078222）、2020年广东省教育厅高校重点科研项目（2020ZDZX1033）、广东省自然科学基金（2024A1515010783）的支持。同时，我们也感谢匿名审稿人提出的宝贵意见和建议，这些意见有助于提高研究质量。