-
城市化进程的加快导致城市生境斑块不断被侵蚀,景观破碎化加剧,生态系统的稳定性受到威胁。许多学者提出通过构建生态网络的方式来保护生物多样性,维持生态系统稳定。生态网络是由“生态源地−廊道−节点”构成的网络结构系统,起源于欧美的绿色廊道体系,立足于景观生态学理论,其稳定、高效的网络结构模式可促进内部物质能量流动,是生态系统修复与保护的重要手段。生态网络的构建也可为生态安全格局优化[1-2],生态红线划定[3-4]等提供一定参考;与生态系统服务[5]、国土空间规划[6]等理念的结合也赋予研究新的意义。总而言之,生态网络是国内生态与人居环境领域的研究热点之一,有着重要的研究价值。
“源地识别−廊道构建−节点识别”是生态网络构建的常见步骤。以往直接通过面积、类型等识别生态源地的方法通常忽略了斑块的连通性等特征;而基于景观连通性的形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,简称MSPA)可以弥补其缺陷。MSPA是Vogt结合Soille的数学形态学算法提出的图像处理方法[7]。该方法仅依据土地利用二值图,即可得到景观结构清晰的七种景观类型,是生态源地识别的重要手段。生态廊道是生态网络构建的核心,基于MCR(Minimal Cumulative Resistance,简称MCR)模型与重力模型的结合,可以构建生态阻力面,提取重要生态廊道,是目前应用最为广泛的方法。诸多学者结合MSPA与MCR方法,针对省域[8]、市域[9]、湿地[10]和矿区[11]等区域进行了生态网络的构建与优化,但是在中小型城区尺度上的相关研究较少;而中小型城区作为居民生活集散的中心,生态系统受到的冲击较大,因此,在中小型城区构建生态网络,维护生态系统稳定的相关研究显得尤为重要。
吉安市吉州区近几年正进行着高速的经济发展,矿业与工业带来的经济收益与日俱增,与此同时,生态系统遭受的冲击也在不断增加。依据《吉州区土地利用总体规划 (2006−2020年)修改方案》[12]《吉安市矿山地质环境恢复和综合治理规划(2019−2025年)》[13]中所公示的情况,吉州区山体、水体受到矿业影响较大,耕地、林地面积不断减少,生态问题不容乐观。因此,本研究将基于“生态源地−廊道−节点”的基本框架,构建吉州区生态网络,并整合区内自然生态资源,优化绿地空间布局,研究结果试图为吉州区生态系统保护提供一定的参考意见。
基于MSPA与MCR的生态网络构建与优化
——以吉安市吉州区为例Construction and optimization of ecological network based on MSPA and MCR —— Taking Jizhou District of Ji'an City as an example
-
摘要: 由“生态源地−廊道−节点”构成的生态网络是改善景观破碎化、维持生态系统稳定性的有效策略。在景观连通性的基础上,综合运用形态学空间格局分析(MSPA)与最小累积阻力模型(MCR)方法进行生态网络的构建。以吉安市吉州区作为研究区域,构建生态网络,并结合生态资源现状优化绿地空间布局。研究提取出核心区面积127.24 km2,占自然景观总面积的46.15%;桥接区面积48.49 km2,占自然景观面积的17.59%;提取出38条一级生态廊道,23条二级生态廊道,主要分布在北部和西北部。研究还提出“一城、一心、两带、三段、多廊道、多节点”的结构优化体系,以保护西北和北部生态资源,控制重点区域的发展。研究结果试图为吉州区的生态系统保护提供一定参考。Abstract: The ecological network composed of "ecological source - ecological corridor – stepping stone" is an effective strategy to improve the landscape fragmentation and maintain the ecosystem stability. Based on the landscape connectivity, the Morphological Spatial Pattern Analysis (MSPA) and Minimal Cumulative Resistance model (MCR) are used to construct the ecological network in this study. Taking Jizhou District of Ji'an City as the research area, the ecological network is constructed and the layout of green space is optimized according to the current situation of ecological resources. The extracted core area is 127.24 km2, accounting for 46.15% of the total natural landscape area. The bridging area is 48.49 km2, accounting for 17.59% of the natural landscape area. 38 primary ecological corridors and 23 secondary ecological corridors are extracted, mainly distributed in the north and northwest. In addition, a structural optimization system of "one city, one heart, two belts, three sections, multiple corridors and stepping stones" is also proposed to protect the ecological resources in the northwest and north, and control the development of key areas. The study aims to provide some references for the ecosystem protection in Jizhou district.
-
Key words:
- ecological network /
- ecological corridor /
- MSPA /
- MCR
-
表 1 7种景观类型面积及占比
类型 面积/km2 占自然景观
百分比/%占研究区面积
百分比/%核心区 Core 127.24 46.15 30.16 桥接区 Bridge 48.49 17.59 11.49 岛状斑块 Islet 4.53 1.64 1.07 边缘区 Edge 55.24 20.04 13.09 孔隙 Perforation 9.21 3.34 2.18 环道区 Loop 12.50 4.53 2.96 支线 Branch 18.48 6.70 4.38 背景 Background 146.25 − 34.66 总计 421.94 100.00 100.00 表 2 核心区景观连通性评价
编号 PC IIC 1 6.119613 6.306773 2 22.34012 24.81434 3 17.81287 20.39786 4 33.45877 28.05205 5 33.17506 25.54565 6 7.03855 2.383746 7 21.37988 24.53392 8 13.99569 16.54152 9 17.61596 17.60981 10 16.67695 17.33932 11 24.80347 13.57563 12 17.28018 17.36197 13 16.11138 16.63465 14 22.81788 22.09464 15 15.11418 16.93667 16 7.816495 6.560798 17 15.0388 16.47921 18 14.35312 10.87637 19 7.907067 6.541132 20 21.4574 18.79703 21 6.648376 5.620386 注:PC,连通性指数;IIC,整体连通性指数。 表 3 阻力因子体系
景观类型 分级指标 阻力系数 权重 景观类型 分级指标 阻力系数 权重 土地利用类型 草地 1 0.11 与高速距离 >2 000 1 0.11 林地 20 1500~2000 20 耕地 60 1000~1500 60 水体 80 500~1000 80 建筑用地 100 <500 100 坡度 0~14.95 1 0.21 与公路距离 >2000 1 0.09 14.95~28.16 20 1500~2000 20 28.16~41.26 60 1000~1500 60 41.26~54.90 80 500~1000 80 54.90~78.12 100 <500 100 高程 −13~49 1 0.25 与水体距离 >1500 1 0.06 49~62 20 1000~1500 20 62~75 60 500~1000 60 75~90 80 100~500 80 90~157 100 <100 100 与铁路距离 >2 000 1 0.11 植被覆盖率 0.32~0.51 1 0.06 1500~2000 20 0.24~0.32 20 1000~1500 60 0.16~0.24 60 500~1000 80 0.05~0.16 80 <500 100 −0.18−(−0.05) 100 -
[1] 冯琰玮, 甄江红, 马晨阳. 干旱区城市生态安全格局优化研究—以内蒙古呼和浩特市为例[J]. 水土保持研究, 2020, 27(4): 336 − 341. [2] 黄木易, 岳文泽, 冯少茹, 等. 基于MCR模型的大别山核心区生态安全格局异质性及优化[J]. 自然资源学报, 2019, 34(4): 771 − 784. [3] 张如意, 张晓瑞, 王元栋. 基于生态网络视角下的绩溪县基本生态控制线划定研究[J]. 安徽农业大学学报(社会科学版), 2019, 28(3): 54 − 60. [4] 鄢吴景, 任绍斌, 单卓然. 城市生态保护红线效应评价与优化策略[J]. 规划师, 2019, 35(19): 32 − 38. doi: 10.3969/j.issn.1006-0022.2019.19.005 [5] 荣月静, 严岩, 王辰星, 等. 基于生态系统服务供需的雄安新区生态网络构建与优化[J]. 生态学报, 2020, 40(20): 99 − 108. [6] 秦钦兰, 尹海伟, 朱梓铭, 等. 柳州市国土空间生态修复区划策略研究[J]. 规划师, 2020, 36(14): 56 − 62. doi: 10.3969/j.issn.1006-0022.2020.14.009 [7] VOGT P, RIITTERS K H, IWANOWSKI M, et al. Mapping landscape corridors[J]. Ecological Indicators, 2007, 7(2): 481 − 488. doi: 10.1016/j.ecolind.2006.11.001 [8] 王玉莹, 沈春竹, 金晓斌, 等. 基于MSPA和MCR模型的江苏省生态网络构建与优化[J]. 生态科学, 2019, 38(2): 138 − 145. [9] 高宇, 木皓可, 张云路, 等. 基于MSPA分析方法的市域尺度绿色网络体系构建路径优化研究——以招远市为例[J]. 生态学报, 2019, 39(20): 7547 − 7556. [10] 何建华, 潘越, 刘殿锋. 生态网络视角下武汉市湿地生态格局分析[J]. 生态学报, 2020, 40(11): 3590 − 3601. [11] 张鹏, 李世峰, 刘瑶瑶. 基于生态适宜性分析的平原煤矿县生态空间优化[J]. 农业工程学报, 2019, 35(19): 274 − 282. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.19.034 [12] 吉州区人民政府. 吉州区土地利用总体规划(2006-2020年)修改方案[EB/OL]. (2020-03-06)[2020-11-10]. http://jzxxgk.jian.gov.cn/xxgk-show-10192550.html. [13] 吉安市人民政府. 吉安市矿山地质环境恢复和综合治理规划(2019-2025年)[EB/OL]. (2019-11-10)[2020-11-10]. http://www.jian.gov.cn/news-show-51738.html. [14] 于亚平, 尹海伟, 孔繁花, 等. 南京市绿色基础设施网络格局与连通性分析的尺度效应[J]. 应用生态学报, 2016, 27(7): 2119 − 2127. [15] 刘常富, 周彬, 何兴元, 等. 沈阳城市森林景观连接度距离阈值选择[J]. 应用生态学报, 2010, 21(10): 2508 − 2516. [16] KNAAPEN J P, SCHEFFER M, HARMS B. Estimating habitat isolation in landscape planning[J]. Landscape and Urban Planning, 1992, 23(1): 1 − 16. doi: 10.1016/0169-2046(92)90060-D [17] 张晓琳, 金晓斌, 赵庆利, 等. 基于多目标遗传算法的层级生态节点识别与优化——以常州市金坛区为例[J]. 自然资源学报, 2020, 35(1): 174 − 189. [18] 朱捷, 苏杰, 尹海伟, 等. 基于源地综合识别与多尺度嵌套的徐州生态网络构建[J]. 自然资源学报, 2020, 35(08): 1986 − 2001. [19] 牛腾, 岳德鹏, 张启斌, 等. 潜在生态网络空间结构与特性研究[J]. 农业机械学报, 2019, 50(8): 166 − 175. doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.08.019 [20] 陈小平, 陈文波. 鄱阳湖生态经济区生态网络构建与评价[J]. 应用生态学报, 2016, 27(5): 1611 − 1618. [21] HARVEY J, GOOSEFF M. River corridor science: Hydrologic exchange and ecological consequences from bedforms to basins[J]. Water Resources Research, 2015, 51(9): 6893 − 6922. doi: 10.1002/2015WR017617 [22] HOCTOR T S. Regional landscape analysis and reserve design to conserve Florida's biodiversity[D]. University of Florida. , 2003. [23] 吉安市住房和城乡建设局. 吉泰城镇群规划(2016-2030)[EB/OL]. (2016-05-18)[2020-11-10]. http://zjj.jian.gov.cn/news-show-192.html. [24] 吉安市人民政府. 吉安市吉泰走廊区域生态保护实施细则[EB/OL]. (2014-05-05)[2020-11-10]. http://www.jian.gov.cn/xxgk-show-9392868.html.