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

市域绿色空间是市域尺度内连接城市生态系统与自然生态系统的纽带,是维护市域整体生态系统稳定的基本保障。现阶段以中心城区为核心的城市绿地系统空间规划忽视了城市化过程中自然与城市之间发生的动态变化,忽视了市域绿色空间对城乡人居环境质量的决定作用。构建良好的市域尺度绿色空间体系,能够实现市域层面的生态环境稳定,协调城市化发展与自然资源保护之间的矛盾,对城市可持续发展有着积极意义。以招远市域绿色空间为研究对象,借助形态学空间格局分析(MSPA)方法,利用其研究尺度兼容性强、景观要素生态内涵明确、所得成果便于量化评估等优势特性,首先对招远市域绿色空间中的重要景观要素核心区、桥接区进行识别,并提取具有生态拓补潜力的景观要素孤岛作为未来绿色空间优化潜力节点的空间落点;其次选用可能联通性(PC)、斑块重要度等指数量化景观要素对绿色空间的重要度并进行评价分级;然后将核心区和潜力节点作为生态源,通过不同景观要素对物种流通的阻力构建消费阻力面,以最小路径方法得出场地内的潜力生态廊道;再次,通过通量分析定性不同生态斑块在生态过程中的功能角色,并借助核密度分析对潜力生态网络的发展趋势进行测度;最终以发展趋势较弱区域中对整体生态网络联通具有较高贡献度,并在生态过程中扮演踏脚石的一二级潜力节点斑块作为未来生态发展中的重要关键点进行生态质量提升,得出招远市域绿色空间发展结构,并提出科学的空间优化指引和发展建议。本研究可以为高度破碎化地区的绿色空间构建提供一定的理论依据,对我国城市化发展中其他地区的市域绿色空间构建也具有一定的参考和示范意义。     

基于空间优先级的快速城市化地区绿色基础设施网络构建——以南京市浦口区为例

绿色基础设施是一个由自然区域和其他开放空间相互联系的网络。在城市空间极为有限的情况下,如何有效构建城市绿色基础设施网络并识别那些具关键性景观生态功能的网络要素显得极为重要。为了给城市绿色基础设施网络的建设和管理提供新的建模与分析理念,以快速城市化的南京市浦口区为例,采用MSPA方法并结合景观连通性指数,遴选出了对维持景观连通性贡献最大的生境斑块作为绿色基础设施网络的网络中心,进而采用最小路径方法构建了研究区潜在的绿色基础设施网络,并尝试利用空间句法分析,基于结构优化视角对绿色基础设施网络进行优先级的识别,从而使绿色基础设施网络的构建更科学。研究结果可为快速城市化地区绿色基础设施网络的构建提供一种研究思路与方法,对绿色基础设施网络要素的优先级评价也具有一定的借鉴意义。     

基于图论的景观图表达、分析及应用

景观结构和空间格局一直是景观生态学的核心问题,图论的应用为景观格局的分析提供了一种研究框架,基于图论的景观图逐渐被应用于生物多样性保护的连通性建模和景观规划的决策支持研究,景观图的表达、分析和应用已成为保护生物学和景观生态学研究的热点。本文首先介绍了景观图的图论基础,在Scopus数据库的基础上,检索了1993—2019年在标题、摘要和关键词中出现 “landscape graph”、“connectivity”和“network”词汇的257篇已发表的期刊论文。从年发文量、来源期刊、研究区域、研究机构、景观类型等方面分析了该领域的研究进展和发展趋势。分析发现,2017年之前,发表的期刊论文数量整体呈上升趋势,2017年之后年发文量逐年下降;主要研究力量集中在美国、西班牙、法国、加拿大和中国,发文量占到86.8%。大部分研究成果发表在“Landscape Ecology”、“Landscape and Urban Planning”和“Biological Conservation”期刊上。在研究内容上,景观图表达主要包括点的定义、边的度量和景观的模拟3方面,景观图分析研究包括分析指数、景观图划分两方面。我们重点关注了景观图在生物多样性保护、景观(生态网络)规划和管理、景观影响评价等科学与实践中的应用。基于图论的景观图通过帮助理解景观连通性变化、动物行为和栖息地保护,影响着保护科学和规划实践者。图论对保护科学和规划的影响来自于丰富的理论基础和成熟的研究方法,基于图论的景观图为景观结构和格局的生态学理解提供了跳板,并将继续成为全球研究人员和实践者的重要工具。     

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。     

城市绿色空间格局的定量化方法研究进展

城市绿色空间格局的变化是影响城市生态系统社会、经济与生态功能的重要因素.在分析城市绿地数量和结构时空动态变化的基础上,重点综述了城市绿地斑块和廊道连接的景观格局指数法和网络分析方法,探讨了城市绿地与居住用地的空间交互作用以及可达性分析方法,比较了城市绿地沿城乡分布的梯度分析方法.并总结了城市绿色空间格局研究的热点领域,包括城市绿色空间格局的空间显式表征和多尺度分析,以及格局的定量研究与规划的结合,并应用于生态系统服务的评价.     

基于GISP模型的城市绿色基础设施多功能性评估

绿色基础设施建设是加强城市生态弹性力的重要手段之一。绿色基础设施多功能性是实现城市生态系统服务功能综合效益最大化的前提,这一点已被众多学者认可。构建绿色基础设施规划(GISP,Green Infrastructure Spatial Planning)模型,基于绿色基础设施的雨洪管理、绿色空间可达性、净化空气、缓解热岛效应、景观连通性五大功能指标,开展城市绿色基础设施多功能性评估,明确合肥市绿色基础设施的高需求地区,探讨绿色基础设施不同功能之间的权衡和协同关系。结果表明:合肥市东北部对于绿色基础设施缓解城市热岛效应、净化空气的需求最强烈,城市一环区域对于绿色基础设施的雨洪管理需求最为强烈,城市东部、南部对于绿色基础设施的绿色空间可达性需求显著;总体而言,绿色基础设施选址的热点区域为城市一环内及东北区域;绿色基础设施的雨洪管理、缓解城市热岛和净化空气间存在着协同关系,与景观连通性之间存在着权衡关系;运用GISP模型评估合肥生态空间体系控制规划以及合肥市域空间绿道网络系统建设总体规划,规划中绿地选址不在绿色基础设施的高需求区域,也没有在战略上整合绿地多功能的生态系统服务、获得更大的生态弹性力。     

基于遥感和图论的绿地空间演变和连通性研究——以郑州为例

绿地空间是人类和自然生态环境的重要组成部分,其连通性是绿地有效发挥生态和社会服务功能的重点,对促进生物多样性保护、人类户外空间游憩和城乡空间的健康可持续发展具有重要意义。以郑州为例,基于图论的原理和算法,以4个时期30m分辨率的Landsat 5和Landsat 8影像为基本数据源,在Arc GIS 10.2、ENVI 5.0和Graphab 1.2.1软件中,提取郑州市域范围内的绿地空间信息,分析了绿地斑块规模、数量和空间分布特征的动态变化过程,揭示了绿地空间连通性动态变化的规律和原因,探讨了图论指数在诊断和优化绿地空间连通性上的应用。结果表明:2000年到2013年间,随郑州市域绿地空间总量和斑块规模的增加,绿地空间整体连通性指数增加了4.7倍,且在2009年到2013年间增加幅度最大;绿地斑块规模与绿地空间整体连通性指数、最大连通单元体规模和绿地斑块节点度指数呈显著正相关关系;绿地空间连通性的区域差异特征与绿地空间分布特征一致,均呈现西高东低的分布规律,且随时间变化呈现出由西向东扩展的趋势;图论指数可以用来反映各种尺度上绿地空间的连通性,其中绿地斑块的节点度指数和中间度核心性指数可以用来诊断和筛选对整体绿地空间连通性起关键性和脚踏石作用的绿地斑块,在今后城乡绿地系统规划和绿地生态网络优化上具有重要的应用前景。     

基于LSMM与MSPA的深圳市绿色景观连通性研究

基于线性光谱混合模型(LSMM,Linear Spectral Mixture Model),引入形态学空间格局分析(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)进行城市地域绿色景观连通性评价。根据城市绿色景观特点和MSPA方法中的7种连通性类型的涵义,定义了城市绿色景观连通性功能类型。以深圳市1986年、1995年、2000年、2005年及2010年五期Landsat TM影像为数据源,应用线性光谱混合模型提取植被覆盖率,得到深圳市植被覆盖图。在此基础上,提取出高、全植被覆盖作为目标像元进行MSPA处理,分析植被覆盖状况与绿色景观功能类型的时序总体特征及空间梯度动态。结果表明:深圳市绿色景观破碎程度较高,表现为对结构连通性贡献最小的斑块类型总数最大。城市内部东西部连通性呈现出不同变化的趋势;右侧外圈层的大鹏半岛结构连通性最佳;在同一城市化发展梯度上,东部的样带连通性水平比西部要好。在城市化过程中,深圳市高、全覆被植被像元连通性大小受以下因素的影响:城市化程度,地形因素及区域定位。在同一城市化程度上,地形因素对景观连通性的影响较大。从整体的时间变化和空间梯度动态分析可知,在快速城市化过程中植被覆盖率和连通性功能均下降,而到稳定城市化阶段植被覆盖率和连通性均得到改善。研究表明线性光谱混合模型与形态学空间格局分析相结合可以较好的表征城市绿色景观连通性类型时空分布特征,进而明晰城市化过程与区域内绿色景观数量及连通性动态变化关系。     

基于图论的两栖类生物栖息地网络规划——以黑斑侧褶蛙为例

生物多样性保护和生物栖息地网络建设是目前我国国土空间规划的重要内容,提升生物栖息地网络的景观功能连接度对生物多样性保护具有重要作用。目前,已有研究对生物栖息地网络规划进行了探索,但在实际规划层面仍缺乏可操作性强的技术方法支撑。本研究采用图论方法,聚焦国土空间规划中生物多样性保护和生态网络建设涉及的进行生物栖息地斑块重要性评价,以确定斑块优先保护次序;寻找最优新增斑块位置,以改善生物栖息地网络景观功能连接度;依据景观功能连接度的降低程度,判断建设项目的影响或评价规划新增建设项目的潜在影响3方面内容,在雄安新区两栖类生物黑斑侧褶蛙(Pelophylax nigromaculata)栖息地网络规划中进行应用研究。结果表明: 图论方法可以有效解决上述3方面的问题;本研究识别的5个最优新增黑斑侧褶蛙栖息地位置使栖息地网络整体景观功能连接度提升19%;通过评价G45高速公路对两栖类生物栖息地网络功能连接度的影响,找出了4个穿越通道设置以减弱G45高速公路的影响。     

Importance assessment and conservation strategy for rural landscape patches in Huang-Huai plain based on network robustness analysis

With increasing landscape fragmentation, forest-dominated landscape patches between villages play a highly important role in connecting important urban habitats. Unlike urban environments, these rural landscape patches lack targeted protection strategies and face a significant risk of destruction. This study investigates the philosophy of green infrastructure while considering the rural ecological landscape. Specifically, the connectivity of the rural landscape patches was chosen as the research focus. Taking Xuzhou as a case study, potential ecological corridors and stepping stones were identified through the circuit theoretical model and a multi-level green infrastructure network was constructed. Two important stepping-stone networks were selected from the multi-level green infrastructure network and robustness analysis was performed under three scenarios (centrality destruction, risk destruction, random destruction). By comparing the changes in network indices (connectivity robustness, global efficiency, articulation vertices, assortativity), the more important landscape patches in villages were screened out and corresponding protection strategies were developed. The results revealed that forest landscape patches near rivers had high centrality and were at risk of destruction; accordingly, in the process of village construction and development, the protection of these patches should be prioritised. The results also reflect the importance of forest patches in some villages. This result provides support for rural planning and site selection in concentrated residential areas.