《Journal of Environmental Management》：Integrating structural and functional connectivity to optimize ecological security patterns at multiple levels in the Yellow River Delta, China
编辑推荐：
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通过集成连接性，开发了一种新的ESP优化框架。
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在多个层面上评估了ESP的结构和功能连接性。
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在三种恢复场景中优化了ESP的优化结果。
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结构和功能连接性的优化之间存在权衡。
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提出了“三个核心、两个区域、两条带、多个点”
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通过集成连接性，开发了一种新的ESP优化框架。
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在多个层面上评估了ESP的结构和功能连接性。
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在三种恢复场景中优化了ESP的优化结果。
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结构和功能连接性的优化之间存在权衡。
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提出了“三个核心、两个区域、两条带、多个点”的策略。
引言
沿海地区是陆地和海洋之间的关键生态过渡区，以其极高的生物多样性为特征（Patel和Argueta Platero, 2025）。它们在调节陆地-海洋物质循环、能量流动和信息交换方面发挥着不可或缺的作用，同时作为生态走廊、过滤器和缓冲带，提供多样且不可替代的生态系统服务（Ramesh等人，2015；Ward等人，2020）。然而，沿海地区的快速城市化和持续人口增长导致了大规模的土地转变为农田、水产养殖池塘和建筑区域（Jackson等人，2020；Kadhim和Salih，2025）。这些变化导致了大量的栖息地丧失和日益破碎的景观，不仅减少了生态连通性，阻碍了物种迁移和能量传递，而且还成为生物多样性下降的主要驱动因素（Murray等人，2019）。因此，生态系统结构和功能正在逐渐退化，对沿海地区的生态安全构成了严重威胁（Ke等人，2024）。
为应对这些挑战，基于生态网络理论提出了生态安全格局（ESPs）的概念，作为一种有效途径来缓解生态连通性的丧失并保护生态系统的完整性和健康（Dong等人，2024）。ESPs强调了空间格局与生态过程之间的反馈（Peng等人，2025）。通过识别生态源头、构建抵抗面和划定生态走廊来建立ESPs，可以有助于恢复受损的景观联系、调节生态过程并保障生态系统服务，从而促进自然资源和绿色基础设施的合理分配，以确保生态安全（Liu等人，2024；Xu等人，2024）。因此，ESP的构建和优化已成为协调生态保护与经济发展之间矛盾的强大方法（Dong等人，2024）。尽管在ESPs的理论和方法框架方面取得了显著进展，但现有研究主要集中在生态网络的构建和时空模式分析上（Sun等人，2025）。然而，ESP连通性的优化仍不足以得到充分探索，特别是在沿海地区（Ke等人，2024；Men和Pan，2024）。
ESP优化可以从结构和功能连通性两个方面进行（Tong等人，2024）。结构连通性关注栖息地斑块和走廊的空间分布模式及其几何特性，通常表现为生态网络中节点和边的拓扑特征（Liccari等人，2022）。虽然复杂网络分析的引入为量化网络拓扑、评估节点相互作用和支持恢复规划提供了强大的工具（Huang等人，2023），但仅依赖结构指标存在局限性。它可能改善理论网络指标，但往往无法解释潜在的生态过程和景观背景，从而限制了其实际应用性（Chen等人，2024）。相比之下，功能连通性强调物种或生态流在迁移、扩散和信息交换过程中感知和利用景观的能力，突出了物种行为与景观结构之间的动态相互作用（Diniz等人，2020）。尽管以功能为导向的优化通常旨在修复生态瓶颈和障碍，但它往往忽视了网络的整体空间配置（Tong等人，2024）。因此，迫切需要开发一个整合结构和功能视角的协同框架（Shen等人，2023）。然而，以往的研究主要关注单一目标的优化，对优化结果的定量评估不足（Quévreux等人，2024；Tong等人，2024）。这一知识缺口对实际实施ESP优化构成了重大挑战。
此外，ESP优化不仅需要关注多个层次间的差异，还需要关注干扰情景下的动态变化。由于区域生态网络由源头和走廊组成，局部变化可以通过网络传播并影响整体连通性（Jiang等人，2024）。根据景观生态学的层次理论，生态过程是规模依赖的，并受到相应空间层次的系统属性的约束（Opdam等人，2006；Shen等人，2022）。因此，在多个层次（节点、边和网络）上评估ESP优化结果非常重要，同时还需要针对不同组成部分设计有针对性的措施。此外，ESP极易受到人类干扰和极端气候事件的影响，这些因素可能导致生态连通性的显著波动（Zhang等人，2023）。不同的干扰模式对ESP连通性有不同的影响（Li等人，2024）。因此，在多种攻击情景下进行鲁棒性分析对于揭示ESP连通性的动态响应和增强生态网络的适应能力至关重要（Li等人，2024）。
黄河三角洲（YRD）作为中国第二大河口三角洲，是中国北方重要的生态安全屏障，以其独特的新形成的湿地和高生物多样性为特征（Guan等人，2025）。然而，它正受到石油开发、水产养殖扩张和基础设施发展的严重威胁，这些活动导致了严重的栖息地退化、景观破碎化和生态系统服务功能受损（Zhang等人，2024）。这些压力突显了恢复生态连通性和加强区域生态安全的迫切需求。因此，以YRD为案例研究，我们提出了一个整合结构和功能连通性的协同ESP优化框架。本研究的具体目标包括：（1）描述1990年至2020年间YRD中ESP的时空动态；（2）使用复杂网络理论评估节点、边和网络层面的结构连通性；（3）通过识别生态瓶颈和障碍来增强潜在的功能连通性；（4）评估不同优化措施对ESP连通性的影响，并提出协调恢复的最佳策略。
章节片段
研究区域
YRD位于中国山东省东部，是渤海和莱州湾的交汇处（图1）。在本研究中，研究区域定义为距当前海岸线20公里的缓冲带，地理范围介于东经117°31′–120°25′和北纬36°55′–38°16′之间，总面积约为8736.60平方公里。2020年，YRD的土地利用构成包括农田（41.21%）、林地（0.42%）、草地（0.72%）和水域（1.22%）等。
生态源头、抵抗面和走廊
图3显示，1990年YRD中的生态源头数量为91个，对应面积为2113.52平方公里；2000年为94个，面积为1957.23平方公里；2010年为24个，面积为1407.55平方公里；2020年为23个，面积为1088.55平方公里。生态源头的数量和面积均迅速减少，尤其是在2000年至2010年间下降明显。湿地是生态源头中最主要的土地利用类型，主要分布在渤海和莱州湾沿岸。
土地利用变化对ESP连通性的影响
随着YRD社会经济的加速发展，土地利用变化显著影响了ESP连通性（Men和Pan，2023）。1990年至2000年间，景观变化相对有限，生态源头和走廊的空间分布相对稳定（图S1和S2）。相比之下，2000年至2010年间网络退化最为明显，这与水产养殖、农业和建筑用地的迅速扩张同时发生。
结论
本研究通过分析1990年至2020年间YRD中ESP的时空演变，评估了节点、边和网络层面的连通性和鲁棒性，识别了生态瓶颈和障碍，并设计了三种连通性优化方案来评估不同策略的影响，从而推进了沿海地区的连通性优化。在过去三十年中，生态源头和走廊的数量显著减少。
CRediT作者贡献声明
李翔（Lixiang Wen）：写作 – 审稿与编辑，写作 – 原稿撰写，软件，方法论，概念化。白俊宏（Junhong Bai）：写作 – 审稿与编辑，监督，资源获取，概念化。任伟翔（Weixiang Ren）：验证，方法论，调查，数据管理。邱志辰（Jichen Qiu）：验证，调查，形式分析。徐宇浩（Yuhao Xu）：软件，调查，数据管理。张光亮（Guangliang Zhang）：资源，形式分析，概念化。关亚楠（Yanan Guan）：写作 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报道工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（U2344229）的财政支持。
李翔 | 白俊宏 | 任伟翔 | 邱志辰 | 徐宇浩 | 张光亮 | 关亚楠
