过度与不当的城市建设引发系列生态环境问题^[1]，在海岸带这一具有陆海双重空间的区域，开发利用与生态保护的冲突愈发明显。海岸带是海陆交界的特殊地理单元，也是陆海统筹综合管理实施的关键地带^[2]。在“加快建设海洋强国”的时代背景下，海岸带的开发利用对实现陆海统筹有重要现实意义^[3]。海岸带城市是处于海岸带地区的沿海城市，包括海洋、海岸线及陆域3类空间^[4]，地理区位独特，拥有着“蓝绿”两种空间，资源优势显著。在海岸带城市语境下，“蓝绿空间”可定义为城市中各类水域、绿地、湿地等开敞空间所构成的空间系统^[5]，以及滨海海岸带与浅海水域，包括国土空间中所有植被覆盖的人工及自然开放的“绿色空间”和所有自然及人工水体构成的“蓝色空间”^[6,7]。尤其在“碳达峰与碳中和”(简称“双碳”)背景下，蓝绿空间的碳储量核算与碳汇潜力研究被提上日程，隋玉正等^[8]运用InVEST模型研究了胶州湾海岸带蓝碳储量时空变化特征，于洋等^[9]分析了城市绿地不同碳汇量估算系统的技术方法及应用。随着人们对城市良好生态环境诉求的不断提高，蓝绿空间中的基础设施服务与保障功能日益凸显，然而蓝绿基础设施(Blue-Green Infrastructure，BGI)建设未能及时与城市发展需求相匹配^[10]，导致其生态服务功能大打折扣。目前相关研究多集中于蓝绿基础设施网络与格局变化分析，融合增汇视角对其关注较为缺乏，如何在碳中和愿景下科学构建稳定的蓝绿基础设施碳汇网络是本研究尝试解决的问题。

蓝绿空间的有序规划与“双碳”建设目标的相互融合，形成了碳汇基础设施这一新兴研究方向。覃盟琳等^[11]提出了碳汇用地的概念，土地利用方式的差异会对生态系统碳汇量产生重要影响，这为碳汇基础设施的选择提供了理论基础。碳汇基础设施可以定义为多重空间尺度下具有碳汇能力的BGI。宏观层面上碳汇基础设施是指相互联系的可持续产生碳汇效益的生态网络系统，涵盖了国土空间下各种自然和半自然的蓝绿空间；微观层面上包括绿道、生态用地、城市水体等蓝绿空间和相关构筑系统(绿色屋顶、绿墙、生物滞留池、滨海植被等)组成的自然或半自然基础设施^[12]，它们通过提供碳汇生态系统服务来提升生态系统的碳汇潜能和人类福祉，能填补传统绿色基础设施在碳汇服务功能上的空白。BGI具有多功能性^[13]，在海岸带城市发掘BGI碳汇效益，有助于优化BGI布局，提升城市气候韧性。张炜等^[14]利用多种类型生态系统服务评估方法研究了武汉市BGI调节和支持服务价值；殷炳超等^[15]利用最小费用路径法结合网络闭合度评价构建了闽三角地区陆海一体化的生态网络；何侃等^[16]利用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis，MSPA)法、景观连通性评价和重力模型构建了基于空间优先级的福州市中心城区绿色基础设施网络，为碳汇生态网络架构提供了很好的思路。

2022年3月国务院关于《北部湾城市群建设“十四五”实施方案》的批复表明了国家对发展北部湾的决心。广西北部湾海岸带作为连接北部湾城市群三大主体城市都市圈的过渡带，对北部湾城市群发展有着极其重要的意义。本研究拟以广西北部湾海岸带城市为研究区，利用MSPA法、连通性分析法和电路理论，核算蓝绿空间碳汇量，提取源地，构建网络，最终得出蓝绿空间碳汇基础设施网络图，探讨“双碳”背景下蓝绿网络构建流程与蓝绿空间增汇策略，为国土空间海岸带规划提供思路。

1 研究区域与方法 1.1 研究区概况

广西北部湾海岸带城市包含北海、钦州、防城港^[17]3个城市，是面向东盟开放的重要窗口以及西部陆海新通道的门户枢纽。地处北纬20°53′-22°42′，东经107°28′-109°52′，总面积20 990.6 km²，是中国红树林的重要分布区，具有很高的碳储量^[18]和不可忽视的碳汇潜力^[19]。南亚热带海洋性季风气候明显，地势大体北高南低(图 1)，雨水充沛，日照充足。地形以山地、丘陵和台地为主，植被类型丰富，具有良好的自然本底条件。

1.2 数据来源

本研究涉及的广西北部湾海岸带城市2020年土地利用数据来源于全球地理信息公共产品平台(http://www.globallandcover.com/)，空间分辨率为30 m，数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)数据来源于地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)，具体的城镇用地、农村居民点数据来源于资源环境科学与数据中心(http://www.resdc.cn/)。根据中国海岸带土地利用遥感分类系统^[20]和研究需求，结合研究区实际情况，将数据导入ArcGIS 10.8软件进行覆被类型重分类, 得到栅格大小为30 m×30 m的土地利用类型图，并分为耕地、林地、草地、湿地、陆地水域、建设用地、裸地、浅海水域8类(图 2)。

1.3 方法 1.3.1 海岸带城市蓝绿空间碳汇核算

碳汇空间是具有碳汇能力的生态空间，陆海碳汇空间主要包括森林碳汇空间、草地碳汇空间、湿地碳汇空间和海洋碳汇空间等。耕地空间无明显碳汇作用^[21]，在本研究中不进行核算。广西北部湾海岸带城市的碳汇空间为陆域的林地和草地等“绿色空间”，以及湿地、红树林、陆地水域和浅海水域等“蓝色空间”，其中红树林属于湿地碳汇空间，故本文不作单独研究。关于林地、草地、水域等常见碳汇类型的研究较多，对于碳汇的测算通常采用碳汇系数法^[22]，碳汇系数的计算公式如下：

$ a_i=c_i \times d, $

(1)

式中，a_i为第i种用地类型的碳汇系数(tC·km^-2·a^-1)，c_i为第i种用地类型的碳吸收系数/固碳系数(tCO₂·km^-2·a^-1)，d为碳和二氧化碳的转换系数，其值为二氧化碳分子量与碳分子量的比值(44/12)。结合前人研究与广西北部湾海岸带城市群实际情况对碳汇系数进行调整。

根据表 1对蓝绿碳汇空间的分类，将草地、林地、湿地、陆地水域、浅海水域作为陆海碳汇的主要来源，计算公式为

$ C_S=\sum S_i=\sum_{i=1}^n D_i \times a_i, $

(2)

式中，C_S表示总碳汇量(tC·a^-1)，S_i为第i种用地类型具有的碳汇量，D_i为第i种用地类型的面积(km²)。

1.3.2 蓝绿碳汇源地提取与评价方法 1.3.2.1 基于MSPA法的蓝绿空间格局分类

MSPA法基于数学形态学原理将二值栅格图像识别并分割为7个互斥景观类型，即核心、孤岛、穿孔、桥接、环道、边缘和支线^[16]。该方法可利用少量数据精准分辨出景观类型与结构，从像元层面识别景观生态斑块，被广泛应用于生态网络研究^[26,27]。首先，基于研究区的土地利用现状图，以提取“蓝色”的陆地水域、湿地、浅海水域及“绿色”的林地、草地等碳汇能力较强的自然要素“重分类”为前景，耕地、建设用地、裸地“重分类”为背景，并保存为TIFF格式，分别作出“绿色”和“蓝色”空间格局分类图。然后，利用Guidos Toolbox 3.0软件，采用八邻域规则，边缘宽度设置为2，对数据进行MSPA，得到上述7个景观类型并对结果进行统计。

1.3.2.2 景观连通性评价与核心区选取

景观连通性是指景观促进或阻碍生态流的程度^[28]，斑块面积是维持生态多功能的重要载体。BGI核心区的选择考虑斑块面积和连通性两方面，结合研究区的BGI规模，对面积较大的核心区斑块运用Conefor 2.6软件进行整体连通性指数[IIC，公式(1)]、可能连通性指数[PC，公式(2)]、斑块重要性指数[dI，公式(3)]的定量评价，数值越大表示景观连通性越高，从而选取研究区内的碳汇源地。碳汇源地是生态功能较好的核心区斑块，是BGI网络的能量来源以及能量流动与物种扩散的节点。根据研究区尺度大小和斑块分布情况，将连通距离阈值设置为2 500 m，连通概率为0.5，并根据评价结果对核心区进行分级处理。

$ d_{I I C}=\frac{\sum_{i=1}^n \sum_{j=1}^n \frac{b_i \cdot b_j}{1+n l_{i j}}}{A_L^2}, $

(3)

$ d_{P C}=\frac{\sum_{i=1}^n \sum_{j=1}^n b_i \cdot b_j \cdot p_{i j}^*}{A_L^2}, $

(4)

$ d I(\%)=\frac{I-I_r}{I} \times 100, $

(5)

式中：n表示景观斑块总数；b_i和b_j分别代表斑块i和j的面积；nl_ij是斑块i和j之间的连接数量；A_L是景观总面积；p^*_ij是斑块i和j之间扩散的最大概率；I为某个景观连接度指数值(如IIC、PC等)；I_r是移除该景观要素后的指数值。

1.3.3 碳汇基础设施网络构建方法

蓝绿空间碳汇基础设施网络构建包括景观阻力面的建立和生态廊道的提取(图 3)。景观阻力面的构建，反映了物种从源到目标运动过程中受到不同景观特征阻力的程度，即阻力越小，生态流越易进行；阻力越大，生态流越不易进行^[29]。本研究参考前人研究成果^[30,31]，选用MSPA景观类型、土地利用类型、高程和坡度作为阻力面，结合相关研究^[16,31]和专家意见确定各阻力面值，并根据不同碳汇空间碳元素流通的差异，采用层次分析法计算各阻力面权重系数(表 2)。利用ArcGIS 10.8软件对各阻力因子加权求和，基于最小累计阻力模型构建研究区生态综合阻力面。

生态廊道的构建对景观格局连通性具有重要作用，它是生态源地间最容易联系的低阻力生态通道^[32]。电路理论利用电子在电路中随机游走的特性来模拟物种个体或种群在景观中的迁移扩散过程^[33]，其中，视物种个体为电子，将景观阻力面看作电阻面，将生境质量较好的生态斑块作为节点。在栅格数据中，电流密度被定义为通过单个像元的电流大小^[34]，源地间的电流强度可以反映生态斑块和廊道的相对重要性，电流密度较高的区域是廊道中的“夹点”地区，景观“夹点”对维持整个网络的连接性极其重要，需要重点保护。本研究基于电路理论，通过Circuitscape 4.0软件及Linkage Mapper 3.0工具提取研究区蓝绿空间核心源地之间的生态廊道，并识别碳汇基础设施网络中的“夹点”地带。具体步骤如下：

① 在ArcGIS 10.8软件平台上，利用Linkage Mapper 3.0工具结合研究区生态源地及阻力面进行最小成本路径(Least-Cost Paths，LCP)模拟，从而提取生态廊道。LCP是物种迁移的最优路径^[35]，其成本加权距离与路径长度的比值可以反映生态源地之间的连通性^[36]，比值越大表明该路径移动的相对阻力越大，连通性越低。

② 在此基础上，基于Circuitscape 4.0软件，利用Pinchpoint Mapper工具多对一模式对“夹点”区域进行识别，所有电流(物种)必须通过的节点即为“夹点”。

2 结果与分析 2.1 蓝绿空间碳汇量

由图 4与表 3可知，2020年研究区蓝绿空间碳汇总量为735 524.09 tC·a^-1，其中，“绿色空间”碳汇总量为588 680.06 tC·a^-1，林地碳汇能力远远高于草地；“蓝色空间”碳汇总量为146 844.03 tC·a^-1，浅海水域碳汇量最高。“蓝色空间”的单位面积碳汇值比“绿色空间”的值要高，单位面积碳汇高值区域主要集中在沿海地带，说明“蓝碳”碳汇潜力巨大。在长时间尺度内，海岸带蓝碳的固碳潜力和碳汇规模具有无限性^[37]。“绿色空间”内单位面积高值区分布于各大山区，低值区分布于城镇建设用地、农村居民点用地及其边缘地带，该区域人类活动剧烈、频繁，具有高碳汇效应的植被等易受干扰，难以维持。从空间布局上来看，均匀、较大的碳汇斑块分布于东西两侧，多集中在防城港与钦州，而北海由于“绿色空间”面积较小且破碎度高，碳汇效益主要依靠沿海带状碳汇斑块。

2.2 蓝绿空间碳汇源地提取与分析 2.2.1 基于MSPA法的蓝绿基础设施格局分析

如图 5与表 4所示，研究区域内蓝绿空间核心区总面积为10 776.71 km²，占前景总面积的78.31%，景观类型主要以林地和水域为主。从空间分布上来看，完整的斑块主要聚集于西侧，包括十万大山国家森林公园和八寨沟旅游风景区，自然资源丰富，是海岸带城市群内的重要生态保护区；其余较大核心区斑块分布于东部、北部以及沿海地段，能够作为有效储存能源和生物所必需营养物质的碳汇生境，而北海中部缺乏较大的生境斑块，空间连通性较差，不利于生境中物种迁移与扩散；边缘区的面积仅次于核心区，占前景总面积比例为9.87%，可较大程度降低外界因素对核心区的干扰，有助于维持区域内物种丰富度，并产生良好的边缘效应；桥接区、环道和支线作为具有连接作用的景观类型，占前景总面积比例分别为3.91%、1.53%、2.87%，说明研究区内存在较多的潜在结构性廊道，有利于核心斑块之间的物质与能量交流；穿孔占前景总面积比例为2.92%，表明核心区内部受人为或自然侵害较严重，具有一定的空间破碎度；孤岛作为彼此孤立且连通性较低的小型自然斑块占比最小，空间分布分散但大多处于桥接区的包围中，可发挥核心之间的小型生态踏脚石作用。

整体而言，研究区内BGI斑块主要集中于东西两侧，总体空间分布失衡，南北向分布零散，使得南北连通性较东西差。防城港BGI质量明显最佳，钦州次之，北海现状BGI斑块最为缺乏。

2.2.2 景观连通性评价与核心区提取结果分析

BGI碳汇源地是碳汇基础设施网络构建的核心部分，在景观水平上，生境斑块面积越大，区域物种多样性越丰富，生态系统越稳定。绿色空间选取面积大于15 km²的核心区共计36个，蓝色空间选取面积大于1 km²的核心区共计27个，根据评价结果使用手动分级法，将d_PC值排序前10的斑块作为BGI的重要核心源地，即一级网络中心(表 5)。以此为基准生态框架，进而建立各源地之间的必要空间联系，提取潜在BGI网络。将其余斑块作为二级网络中心，建立维持区域整体生态格局的支撑体系，以此保障碳汇基础设施的覆盖度和完整性。

由景观连通性指数法遴选出斑块连接度最高的蓝绿空间核心源地主要分布在研究区东西两侧。绿色空间核心源地总面积为6 814.31 km²，最大斑块面积为3 669.91 km²，最小斑块面积为61.69 km²；蓝色空间核心源地总面积为899.05 km²，最大斑块面积为460.12 km²，最小斑块面积为1.43 km²。由图 6可看出，研究区西部的大面积网络中心、东部点状斑块组团以及南部狭长沿海地段斑块的重要值远高于其他区域，为物种提供了良好的栖息源地，但它们的边缘和穿孔区域易受人类活动影响，需要生态资源整合发展。由于研究区内生态源地分布不均，不同源地之间的d_PC值差异较大，因此，需要增加生态廊道连接，加强生态源地间的相互联系，降低景观破碎化和增加景观连通性。

2.3 碳汇基础设施网络构建结果

由图 7(a)可知，蓝绿空间核心源地之间共生成24条最小成本路径，其中，绿色空间与蓝色空间各识别出12条。绿色空间最小成本路径共长122.21 km，平均长度为10.18 km，最长路径长度为86.17 km，最短为0.3 km，长度小于10 km的路径占总路径的75%；蓝色空间最小成本路径共长52.75 km，平均长度为4.4 km，最长路径长度为12.89 km，最短为0.3 km，长度小于4 km的路径占总路径的66.67%，由此可见，研究区内蓝绿空间最小成本路径整体破碎度较高。由图 7(b)可知，研究区最优廊道的空间分布差异明显：中南部斑块间廊道分布较为集中，网络联系强；北海由于生态源地缺乏，廊道连接盲区范围过大；廊道的走势为环状分布，将核心源地连接成不同组团。

根据前人研究，将各廊道成本加权距离与路径长度的比值按自然断点法分为阻力较小、阻力中等、阻力较大3个等级^[38]。绿色空间内最大比值是19.36，最小比值是2.04，其中较大阻力廊道有2条，分布于距离相对较远且阻力值高的源地间；中等阻力廊道3条，分布于钦州界内距离近且密集的耕地斑块间；较小阻力廊道7条，分布于距离城市建设用地不远且斑块破碎度较高的生态源地间。蓝色空间内最大比值是4.29，最小比值是1.49，其中较大阻力廊道有3条，分布于受人类活动影响较大的斑块间；中等阻力廊道5条，主要分布于林地与耕地交错的地势平坦地带；较小阻力廊道4条，分布于距离较近且与陆地水域联系紧密的临海地带。

在多对一模式中，每次仅选择1个节点接地，其他节点输入1 A电流，然后进行迭代运算，生成电流累积图。如图 8(a)所示，绿色空间最高电流累积值为0.25 A，蓝色空间则为0.21 A。根据自然断点法将电流累积值分类，绿色空间取电流值0.05-0.25 A的区域为夹点，蓝色空间则取电流值0.09-0.21 A的区域为夹点，可以看出研究区核心源地间普遍存在夹点，发挥着维持整体连通性的重要作用。蓝绿空间内的夹点主要分布在防城港南部港湾地带、钦州西部和南部以及北海西北部，现状用地以林地和水域为主。夹点区域对应的MSPA要素类型大多为核心，其次为桥接和分支等。

结合以上分析，研究区蓝绿空间碳汇基础设施网络包括碳汇源地与生态廊道两个部分。根据MSPA法识别出蓝绿空间碳汇源地，通过景观连通性评价将碳汇源地分为两个等级，再基于电路理论提取生态廊道，将较小阻力廊道作为重要廊道，其余廊道为一般廊道，从而实现蓝绿空间“一张图”，构建出广西北部湾海岸带城市群蓝绿空间碳汇基础设施网络[图 8(b)]。

3 讨论

广西北部湾海岸带城市有较坚实的生境质量基础，其蓝绿空间碳汇潜力巨大。本研究旨在构建稳定的BGI碳汇空间结构，整合现有蓝绿资源，让自然做功，保持生态底色，引导城市低碳良性发展，助力“双碳”目标实现。碳汇基础设施网络是防止生境破碎化以及提升BGI碳汇服务价值的蓝绿网络系统，对增加城市生态韧性、实现“蓝”“绿”生态效应耦合有着重要意义。广西北部湾海岸带城市碳汇基础设施要重视碳汇源地和生态廊道的建设。

① 蓝绿空间分区保护，碳汇源地分级管控。广西北部湾海岸带3个城市蓝绿空间分布不均衡，应采取差异化管理策略^[39]，结合碳汇潜力以及区域生态环境结构特征对蓝绿空间格局进行分区保护与优化。一级碳汇核心源地包括各类自然保护区、沿海生态防护区、重要河湖湿地、风景名胜区等，应依托城市群重要山体构筑生态屏障，将其打造为生态绿心进行重点保护^[40]，近海地区可采取净化红树林、修正防护林、人工修复近海水质等措施，保证浅海水域以及所影响的近海生态系统的足量碳汇功能；二级源地因地制宜进行弹性维护，可以通过增植林带和置换农林用地，以此提升碳汇量与维护碳汇空间稳定。

② 蓝绿廊道形成“天然绿环”，实行分级建设与保护。重要绿色廊道应着重考虑修复植被群落、强化绿道建设，加强生态系统稳定性；而蓝色廊道应加强对水域水质的净化与监管，通过人类正向活动调节蓝色空间碳汇效益。其余廊道先修复再建设，以此增加局部破碎景观连通性，促进蓝绿融合。

③ 根据不同策略保护“夹点”，建设“节点”。“夹点”作为重要碳汇生境节点，需要针对不同类型重点保护。绿色“夹点”可通过退耕还林、建设碳汇示范林等措施进行生态保护与维育，蓝色“夹点”应基于流域尺度进行养护，建立河流缓冲带与流域资源监测工作站等科学引导水域“近自然化”。部分区域存在基质阻力过大、连接廊道过长等问题，可建设踏脚石节点增强碳汇网络稳定性。

本研究选用的MSPA法对景观研究尺度以及边缘宽度设置较为敏感^[31]。边缘宽度的变化对分析结果的影响更大^[41]，但不会改变网络格局。经过不同边缘宽度下的MSPA识别结果对比分析发现，边缘宽度设置为2，景观类型识别更为合理。在廊道提取过程中，电路理论将物种扩散运动看作电子随机游走，通过累积电流值进行量化反映，能有效识别最优路径与对景观连接性有重要影响的“夹点”地区，且“夹点”的位置不受廊道宽度影响^[34]。由于不同物种对廊道宽度敏感度不同^[42]，本研究未指定廊道宽度，后续研究应考虑物种扩散行为、植被构成情况等多方面因素，从而对廊道宽度提出划定方法和依据。

4 结论

本研究以广西北部湾海岸带城市为研究区，通过核算其蓝绿空间碳汇量，提取碳汇基础设施要素，再运用MSPA法、连通性分析法以及电路理论，构建碳汇基础设施网络。研究结论如下：

① 2020年研究区蓝绿空间碳汇总量为735 524.09 tC·a^-1，其中，“绿色空间”为588 680.06 tC·a^-1，林地碳汇能力远高于草地；“蓝色空间”为146 844.03 tC·a^-1，浅海水域碳汇量最高。单位面积碳汇量“蓝”高于“绿”。

② 共提取63个碳汇源地斑块，20个核心源地斑块，绿色空间核心源地总面积为6 814.31 km²，蓝色空间则为899.05 km²，核心源地主要分布在东西两侧及南部沿海地带。总体空间分布失衡，南北向连通性较差。

③ 共提取出24条生态廊道，绿廊共长122.21 km，蓝廊则为52.75 km，呈环状分布，将核心源地连接成不同组团，中南部地区分布较密，连通性强。夹点主要分布在防城港南部港湾地带、钦州西部和南部以及北海西北部，现状用地以林地和水域为主，需要重点保护。