基于生态网络的江苏省生态空间连通性变化研究

经济社会高速发展背景下,人类土地利用强度加大,部分地区生境斑块趋于破碎,生物交流通道趋于阻断,研究生态空间连通性变化,有针对性的进行保护和修复,对区域可持续发展意义重大。研究以江苏省为例,采用形态学空间格局分析（Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA）方法分析景观格局变化并识别重要生态源地破碎与新增情况,利用最小累积阻力（Minimum Cumulative Resistance,MCR）模型构建生态网络并分析生态空间连通性。研究选取整体连通性指数量化斑块/廊道的相对重要性;结合生态网络结构,具体分析廊道连通性的变化、原因及其影响;并运用电路理论、障碍改善方法识别廊道维护与疏通关键点,提出生态网络保护和修复建议。研究结果表明：（1）2000-2015年,江苏省生态网络呈现西密东疏的格局,局部地区生态节点破碎12处,新增5处,源地斑块整体趋于破碎;（2）新沂市马陵山风景区等6处节点的破碎使北部生态网络多条廊道结构功能下降,亟须修复;（3）因沿河防护林及道路林网建设,中部网络与北部网络间廊道连通性有所改善,但缺乏中间节点;（4）丹阳市打雁山丘陵节点的破碎使南部网络与长江湿地间联系削弱,宁镇山脉的结构重要性相对凸显;（5）东部沿海滩涂节点与其他节点间的联系尚处于薄弱状态,有待改善;（6）建议修复生态节点7处,新增生态节点7处,建设踏脚石44处,维护廊道关键点18处,疏通其中5处。     

长江中下游平原区生态保护红线的划定——以江苏省为例

科学划定生态保护红线（Ecological Protection Red Line,EPRL）并严格保护是中国政府建设生态文明的重要战略举措,对国土空间可持续发展具有重要意义。通过解析生态保护红线制度的内涵、目标与划定标准提出生态保护红线的4项基础性问题。针对长江中下游平原面临的生物多样性减少、生境斑块破碎化以及农业与生态空间冲突等问题,考虑生态保护红线的区域差异性,以江苏省为研究区,结合区域特征利用生境维持、气候调节、水源涵养、粮食供给、土壤保持5项生态系统服务功能,基于生态安全格局研究框架探讨了相应的生态保护红线划定方法。研究结果表明：①江苏省生态源地主要由区域内河流、湖泊、滩涂与林地构成,各项生态系统服务功能空间格局差异化显著,限于农田覆盖范围广泛与水系网络结构发达,源地斑块破碎化现象严重。②江苏生态保护红线主要由湿地、林草地、农用地等地类构成,红线核心区以湿地为主,廊道与节点则以农用地为主。生态保护红线可根据源地景观规模分为3级,其中I级EPRL占比达72.87%,可基本代表核心红线图斑。③生态廊道与生态节点的设置有助于提高生境图斑的连通性,江苏省生态廊道共47条,包括33条关键生态廊道与14条潜在生态廊道,总长度分别为1296.27km、1726.33km。研究结果可为长江中下游平原的生态保护红线划定创新思路,并希冀对生态保护红线制度约束下的国土空间管控与管制制度改革具有借鉴价值。     

基于MSPA与最小路径方法的巴中西部新城生态网络构建

目前快速城市化导致了生境斑块的日益破碎化,景观之间的连通性不断降低。构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,增加绿地景观的连通性,对生物多样性保护具有重要意义。以高度景观破碎化的四川省巴中西部新城为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,提取出对研究区生态网络构建具有重要生态意义的核心区和桥接区两类景观要素,并选用整体连通性(IIC)、可能连通性(PC)和斑块重要性(d I)等景观指数,分别对核心区和桥接区进行景观连接度评价,遴选出对维持景观连通性贡献最大的10个核心区生境斑块作为生态网络的源地,并根据斑块对维持景观连通的重要性程度将其他核心区和桥接区进行类型划分,以此作为景观阻力的赋值依据,融入消费面模型中,最后采用最小路径方法构建了研究区潜在的生态网络,并基于重力模型对重要生态廊道进行了识别与提取,在此基础上有针对性地提出了生态网络优化的对策。研究结果表明,MSPA方法能够科学的辨识出研究区内对生态保护具有重要意义的结构性要素,例如作为物种栖息地的核心区和物种迁移通道的桥接区,这些要素是生态网络的重要组成部分;景观连通性的计算,明确了研究区景观要素的保护重点,为最小路径方法中的景观阻力赋值提供了重要的参考信息;基于MSPA与最小路径方法的生态网络分析框架综合了现有景观结构性要素识别、连通性分析以及物种潜在迁移路径分析等方法,将景观中潜在的生态源地和结构性廊道的连通性作为构建生态网络的重要基础和主要依据,从而使得生态网络的构建更科学。研究结果可为高度破碎化地区生态网络的构建提供重要的参考与依据,对其他地区生态网络的构建也具有一定的借鉴意义。     

基于MSPA和MCR模型的秦岭(陕西段)山地生态网络构建

快速的城市化发展破坏了生境斑块的连通性,而在应对此环境变化中,从斑块层构建区域生态网络的研究不足。本研究以秦岭(陕西段)为对象,采用形态学空间格局分析(MSPA)辨别生态源地,利用最小阻力模型(MCR)提取潜在生态廊道,构建秦岭生态网络;基于重力模型对生态网络内部斑块的重要性进行分级,并分析了网络的结构特征及景观构成。结果表明: 秦岭(陕西段)生态网络由10个生态源地、45条潜在生态廊道和38个脚踏石构成,生态源地总面积29686.15 km²;网络闭合度(0.11)、线点率(1.18)、网络连接度(0.42)、成本比(0.99)综合表明,网络结构中潜在生态廊道和生态节点的连通性较好,而源地间的连通程度低,构建网络的成本较高;重要生态廊道主要由林地、草地、耕地等景观类型构成,其中,林地面积最大,为571.00 km²,约占廊道总面积的89.2%,景观结构良好;在生态网络中应加强保护生态源地,优先建立并保护重要生态廊道和生态节点。研究结果可为秦岭生态环境保护与高质量发展提供科学的参考和依据。     

耦合风险与服务的市域生态安全格局构建——以陕西省咸阳市为例

生态安全格局如何结合地域生态风险和地方生态需求进行构建,是该领域服务于国土空间治理并且能否有效应用的主要议题之一。本研究以咸阳市为对象,结合市域地貌形态、地域生态安全影响因素和景观特征,基于“源地”空间可达性和空间质量,融合形态学空间格局分析和生态抗性、生态连通性、生态系统服务价值综合评价结果,叠加生态梯度分析,以源地-廊道-节点的方式构建生态安全格局。结果表明: 咸阳市生态源地66个,总面积2506.65 km²,约占全市总面积的24.6%,主要分布于东北、西侧、中部山区;生态廊道106条,总长823.5 km,包括潜在廊道、水系、灌渠遗址、秦直道等自然与人文系统,沿生态源地向西北、南部渭河延伸;提升生态连通性的生态节点20处,主要分布于二道塬与旱腰带之间。     

城市生态网络空间评价及其格局优化

合理的城市生态网络空间格局对于保障城市生态环境可持续发展具有重要意义。以哈尔滨中心城区为研究区,基于景观生态学"斑块-廊道-基质"理论,识别研究区生态源、生态廊道、生态节点和生态基质,分析生态网络连接度强弱的空间分布情况,运用GIS技术和CA-Marcov模型对生态网络格局进行模拟优化。研究结果表明:(1)研究区内部生态源较外部生态源与外界联系较密切;周边地区生态源或生态节点与生态廊道连接数目较少;中北部与西南部生态廊道连接度较差,东部生态廊道连接度处于中等水平,中部个别生态廊道连接度较好;转入的大型生态用地大片集中,转入的小型生态用地零星分布。(2)优化后的生态源地在东西方向与南北方向形成集中连片态势,大型生态源地间彼此连接程度较高;大型生态源之间,以及大型生态源与小型生态源之间构成大型生态廊道,是研究区内主要生态廊道网络;研究区小型生态源之间构成小型生态廊道,是研究区内次要生态廊道网络;研究区周边及研究区中心处60%的区域为生态节点盲区,应加强生态节点盲区生态建设;新增加的大部分生态用地,主要集中分布在水域生态源地周边,还有部分分布在绿地生态源地和风景区生态源地周边,其余少量新增加的生态用地零星分布在林地生态源地周边。研究成果为中心城区尺度的生态环境保护和城市规划提供科学的依据。     

不同等级道路对生态网络的影响——以福州市为例

道路的扩张导致生态网络破碎化加剧及其景观连接度受阻,科学分析不同等级道路对景观连接度及生态网络的影响对指导道路规划和生态保护具有重要意义。本研究以福州市为研究区域,基于2020年道路网络、土地覆盖类型、数字高程模型等数据,运用形态学空间格局分析和电路理论在不同物种扩散距离(1、3、5、10 km)范围内进行生态网络构建,并在景观-斑块-廊道尺度分析不同等级道路(高速公路、城市快速路、一级公路、二级公路)对景观连接度的影响。结果表明：在景观尺度,整体景观连接度与物种扩散距离呈显著正相关,其中,高速公路、城市快速路、一级公路、二级公路均在10 km物种扩散距离范围内导致整体景观连接度的下降率最低,分别为15.6%、5.3%、1.5%、5.2%;在斑块尺度,在不同等级道路的比较中,高速公路在1、5 km物种扩散距离范围内导致斑块连接度的下降率最大,一级公路在3、10 km物种扩散距离范围内导致斑块连接度的下降率最大;在廊道尺度,城市快速路在5 km物种扩散距离范围导致整体最低成本路径的成本加权距离、整体最低成本路径的成本加权距离与其长度之比、整体有效阻力和廊道总长度的上升率最高,分别为43....     

基于生态敏感性和生态系统服务价值的昌黎县生态廊道构建

生态廊道的作用在于提供生物迁徙的路径、促进不同栖息地之间的物种交流.廊道的构建能够减轻因城市化速度加快导致景观破碎化带来的危害,对生物多样性的保护具有十分重要的意义.本文以昌黎县为研究区,以2015年土地利用现状为基础,采用生态敏感性评价和生态系统服务价值分析的综合结果确定生态源地,然后基于最小累积阻力模型(MCR)和最小成本路径方法生成潜在廊道,根据重力模型对关键廊道进行识别,最终得到研究区包括4条重要廊道和2条一般廊道在内的生态廊道体系,旨在促进昌黎县生态廊道建设工程的科学实施和保护生物多样性.结果表明:研究区生态敏感性总体一般,生态系统服务价值总体较差,两者均呈现出四周高于中间的特点.生态源地主要分布在北部碣石山风景区、东部滨海国有林场和西部水源保护地这3个区域,与研究区生态环境建设与保护规划(2011-2030年)确定的自然保护区高度吻合.研究区生态廊道总长112.66 km,其中,重要廊道47.61 km,一般廊道65.05 km,廊道的最佳宽度范围为30～60 m,生态廊道与生态源地大致构成了一个环形闭合区域,能够有效促进生物物种的迁徙和物质能量的交流.     

郑州大都市区生态网络构建及格局优化

快速城市化进程致使生态环境的保护和优化问题日益突出,构建生态网络体系、规划引导生态价值和高效利用景观效应,对区域调节生态空间、促进当地可持续发展具有重要意义。以郑州大都市区为例,基于1980—2020年8个时间节点土地利用数据,运用ArcGIS、Guidos Toolbox和Conefor等工具,通过未来土地利用变化情景模拟预测未来土地格局、形态学空间格局分析识别景观要素、最小累积阻力构建综合阻力面、引力模型计算生态引力、水文分析创建阻力路径和网络结构评价等,判别研究区生态源地、生态廊道和生态节点,构建具有较高结构完整度的生态网络。结果表明：在研究区的9个源地中,黄河流域生态源地连接网络东西部大型集中源地,其余源地坐落于研究区东北、东南及西南部,整体半环绕郑州主城区分布;最小成本路径共163条,生态廊道共58条,其中,一、二、三级廊道分别为10、19和29条,以沿黄河流域、“三横三纵”和“点-轴”形式分布为主;研究区内共判定生态节点70个,并划分为战略点、自然生态点及人工环境点,分别为10、27和33个,其分布于各个源地核心和廊道交叉等关键性节点位置。生态网络包含研究区所有景观要素,并...     

武汉城市圈生态网络时空演变及管控分析

武汉城市圈正历经城乡发展转型升级和空间格局调整，生态用地受到一定挤压和切割占用，生态系统功能和景观生态格局受到一定程度的扰动，为贯彻生态文明建设和绿色低碳环保发展的要求，构建以生态廊道、生态节点所组成的整体城市圈的生态网络空间体系。基于形态学空间格局方法和最小累积阻力模型构建4个时期（1990、2000、2010和2018年）的生态网络，利用景观连通性指数和重力模型对源地和廊道进行重要性评价，并提出武汉城市圈生态网络管控的建议。结果表明：（1）1990-2018年，武汉城市圈生态源地总体上表现为逐渐减少的趋势，从16个减少为10个；从空间上看，大型源地斑块并未发生变化，主要分布在研究区南部和北部，林地和水域是生态源地的主要组成景观，但细碎斑块大量减少对区域生态网络具有较大影响。（2）4个时期研究区的生态廊道分别为66条、120条、99条和45条，廊道数量呈现减少的趋势；重要廊道主要分布在研究区北部和东南部，对南北之间的物质和能量交换具有重要作用。（3）景观连通性南北高东西低，中部地区受人类活动干扰综合阻力大，东西部生态节点较少，物种迁移阻碍较大。（4）通过建设踏脚石、修复生态断裂点和廊道差异化保护策略以增强区域景观连通性，促进生物多样性保护，提升生态网络的稳定性。"两型社会"试验区设置后武汉城市圈生态网络水平呈现优化态势，但生态源地之间的相互作用关系还有待增强。研究结果为城市圈未来的国土空间规划和重要生态系统保护和修复工程提供科学参考。     

基于生态重要性和敏感性的西南山地生态安全格局构建——以云南省大理白族自治州为例

生态安全格局构建是快速城市扩张背景下缓解生态保护和土地开发矛盾、保证区域生态安全的有效途径。源地和阻力面是生态安全格局构建的重要基础,当前阻力面构建多关注生态要素而忽视与区域典型生态问题相对应的生态过程表征。以西南山地地区--云南省大理白族自治州为研究区,选取生物资源保护、水资源安全和营养物质保持等生态系统服务评估生态重要性从而识别源地,基于地质灾害、土壤侵蚀、石漠化等生态敏感性构建生态阻力面,并运用最小累积阻力模型识别组团廊道和景观廊道,从而构建山地生态安全格局。研究表明,大理州生态安全源地总面积14416.64 km~2,占全州土地总面积的50.93%;关键生态廊道分为组团廊道和景观廊道两类,分别长404.7 km和208.4 km,以"一轴三带"形式呈树状辐射分布。生态安全格局中的生态源地和廊道应成为低丘缓坡土地资源开发中的禁止开发区。生态重要性源地识别和生态敏感性阻力面分析方法可为生态安全格局构建提供新思路,研究结果对于大理州山地城镇建设的用地选择和空间扩张提供定量指引。     

基于生态网络的山水林田湖草生物多样性保护研究——以广西左右江为例

“山水林田湖草是生命共同体”的理念强调生态系统的整体性,反映了自然界各生态系统之间的联系,表明对生态环境的治理要建立在系统论的思想方法上,怎样将“山水林田湖草”的理论思想落实到具体的地区已成为生态保护与修复的关注热点。生态网络的构建不仅可以连接破碎生境,而且能够综合考虑生态系统的各个要素,因此,以广西左右江流域为例,选取保护区作为生态源地,结合最小累积阻力模型（MCR,minimum cumulative resistance）和整体连通性指数（IIC,integral index of connectivity）,分析潜在生态廊道的结构组成以及源地重要性,探讨研究区潜在生态网络“山水林田湖草”空间分布。研究结果表明：通过构建生态网络识别出69条潜在生态廊道,但在研究区中部没有可利用的廊道,导致明显的南北阻隔;在51个源地斑块中,仅有3个斑块的重要性指数大于0.2,景观整体连通性较低;通过廊道景观构成的分析发现,耕地占廊道面积比例达20.28%,仅次于自然林地（74.16%）,说明耕地对生态网络的构建有重要影响。最后通过廊道与道路的叠加选取9个关键生态节点和23个断裂点,并提出相应的修复和优化对策。研究结果可为广西左右江流域生物多样性保护提供方法和建议,同时作为对“山水林田湖草”生态保护与修复的探索,能够为今后类似研究提供参考。     

基于二维与三维信息的南京市主城区生态网络格局对比分析

生境破碎化导致生物多样性锐减,影响生境的生态系统服务,合理而有效的生态网络建设可以恢复城市内破碎生境斑块之间的连接。现有城市生态网络的构建与模拟多基于二维数据信息,未能很好地考虑植被三维结构信息所表征的多元生态位对生境质量的影响,致使生态网络的功能有效性有待验证。选取南京市主城区为研究区,基于高分辨率遥感影像与机载激光雷达数据,对研究区三维绿地植被结构进行了量化,在二维、三维两种情景下分别进行生态源地的提取与景观阻力面的设定,基于最小费用路径识别出两种情景下的生态廊道,并依据电路理论方法识别出廊道中需要重点保护的生态关键节点,进而分析使用二维、三维生态空间信息对生态网络构建结果产生的影响。研究结果表明:1)研究区不同情景下提取的生态源地共有11处不同,与传统二维情景下仅使用绿地面积指标作为斑块属性相比,使用三维植被参数可以更准确地识别具有丰富植被结构的生态源地;2)二维与三维情景下构建的生态廊道分别有137条与129条,平均每条廊道的单位距离阻力值分别为18.2与24.0,运用传统二维信息的模拟结果会在一定程度上高估研究区的景观连通性;3)不同情境下生态关键节点的空间分布基本一致,主要集中于研究区的西北侧、中部以及东南侧,并较多出现在距离较近的源地斑块之间。基于以上分析结果,有针对性地提出了南京市主城区生态网络格局优化的相关策略。     

厦门湾中华白海豚潜在生态廊道识别及人类活动干扰评估

生态廊道具有维持或恢复生态连通性的功能，对于连接生物栖息地、保护物种多样性具有重要意义。现有的生态廊道研究主要集中于陆地，而海洋生态系统具有水体广泛连通、缺乏直观的景观斑块等特点，导致海洋生态廊道的研究成为长期以来的科学难题。以栖息地位于厦门湾的国家一级保护动物中华白海豚（Sousa chinensis）为对象，尝试基于物种分布模型和最小成本路径分析法建立海洋生态廊道的识别方法。研究采用物种分布模型识别厦门湾内中华白海豚的适宜生境分布区和节点，并利用模型产出的生境适宜性结果生成海洋中的阻力表面，模拟计算节点与节点间在阻力表面上的最小成本路径，从而生成物种扩散网络。研究结果显示，厦门湾中华白海豚的分布主要受到航道距离、到岸线距离和叶绿素浓度三项因素的影响，主要适宜生境位于西海域至九龙江口和大嶝海域。潜在的核心生态廊道面积93.19km²，次级生态廊道面积170.41km²，九龙江口-鼓浪屿南侧-黄厝-大小嶝岛沿线可能是厦门湾中华白海豚的主要迁移路线。在此基础上，从用海空间重叠和桥梁影响两方面开展了人类活动对廊道的干扰评估。评估结果显示旅游活动和航运活动可能是中华白海豚生态廊道的主要影响来源，其中核心廊道受旅游活动影响更大，次级廊道受航运活动的影响更大。此外，厦门岛北部的桥梁亦可能会影响中华白海豚生态廊道的连通性。研究创新性地提出了海洋生态廊道的空间定量化识别方法并成功应用于厦门湾中华白海豚研究，研究结果可为我国海洋生物多样性保护、海洋保护区的空间规划等领域提供新的科学工具。     

基于物种分布的北京平原生态网络构建

高强度的城市化活动导致了生物栖息地破碎化、退化和消失,是生物多样性减少的主要原因。建立城市地区生态网络是保护生物多样性的重要途径。因其他物种数据可获得性差,以观测的典型鸟类群落为指示物种,探讨构建生态网络,可为城市生物多样性保护提供新思路。以北京市平原区为研究范围,重点基于86种鸟类分布大数据,通过Maxent模型掩膜生成栖息地源地并进行分级,在GIS技术的支撑下,以土地利用数据建立鸟类活动阻力面,采用最小累积阻力模型算法,模拟并形成了平原地区分级的生物多样性保护网络。研究结果表明,河湖湿地和城市公园组成了北京平原地区生态网络的优势景观类型,占平原区生态空间的81%。基于景观类型大小与物种数量的线性关系筛选出分级生物栖息地,其中一级生物栖息地58个,二级生物栖息地146个,通过模型模拟形成了平原地区生物多样性保护的一二级生态网络,共948条网络,长3760km。筛选出重要生态节点12处,关键生态廊道6条,是保护平原地区生物多样性的重要生态设施。该生态网络的实施对于提升首都平原区的生物多样性具有重要价值,研究结果可为国土生态空间优化提供重要科学依据和参考。     

基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例

生态安全格局构建是保障区域生态安全与提升人类福祉的基本途径之一。以长三角地区为案例区,通过生境质量评估、生态系统服务重要性评价和景观连通性分析识别区域生态源地,在利用生态系统服务价值化方法辨别高生态需求区的基础上,运用最小累积阻力模型提取源地与高需求地之间的生态廊道,以构建并优化区域生态安全格局。研究结果表明:长三角地区生态源地总面积64911km~2,占全区的32.51%,主要分布于皖南和浙中;区域中高与较高生态需求斑块总面积占全区46.60%,主要位于上海市和江苏省;区域生态廊道总长度11188.85km,源间廊道主要分布于长江沿岸和区域南部,需求廊道主要位于区域东中北部。研究首次将生态需求评价纳入生态廊道建设框架,为生态安全格局构建提供新思路,结果可为生态空间保护规划提供参考。