基于MSPA-连接度-空间句法的生态保护空间及优先级识别——以苏锡常地区为例

随着城市化进程的加快,对生态保护空间(Ecological Protect Area,EPA)进行优先级识别已经成为保护生物多样性,缓解城市生态压力,提高土地利用效率的重要方法之一。以苏锡常地区为例,通过形态空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)确定EPA,进而采用景观连接度方法对其优先级进行识别,以优先级较高的林地和水域为"源地",构建EPA网络;同时由于景观连接度方法在识别优先级时,未能体现EPA对物种决策的非等权重影响,因此本研究引入空间句法进一步对EPA进行优先级识别。结果显示:1)苏锡常地区EPA中编号1、2的林地以及太湖的优先级最高,是区域网络的3个中心,需要优先保护;2)引入空间句法的优先级识别结果与基于景观连接度的优先级识别结果存在明显差异,后者优先级较高的8个EPA,在引入空间句法后优先级降低1—2个等级;后者优先级较低的4个EPA的优先级则上升了2个等级。同时也表明:基于连接度-空间句法的EPA优先级识别方法能够反映不同景观要素对物种决策行为的非等权重影响,强化了生态要素的空间配置的生态效应,为明确关键性生态空间,提供了有效的方法补充,对保护生物多样性和维系区域生态安全具有重要意义。     

建设用地减量化的苏锡常地区土地利用格局优化——基于白鹭生境网络优化视角

建设用地减量化管理国家战略的本质就是土地利用格局优化,具有重要理论价值和实践意义。以建设用地减量化为背景、快速城市化苏锡常地区为研究区,采用目标物种白鹭生境网络优化为减量化依据的方法,旨在回答"建设用地怎么减?减哪里?减多少?依据是什么?"的土地利用格局优化问题。结果表明:1)白鹭核心生境斑块距离人为干扰源较远,需减量化的建设用地数量较少,但多数核心生境斑块面积小于平均值,破碎化现象较严重;白鹭迁移廊道受人为干扰严重,需减量化的建设用地数量为6542.1 hm~2,占减量化总面积的99%以上;生态核心区经过耕地占补平衡后,城乡建设用地二次减量213.7 hm~2、新增水田208.7 hm~2;研究区建设用地减量化总面积6755.8 hm~2。2)通过增加核心生境斑块面积、提高迁移廊道通达安全性,白鹭生境网络优化了。同时完成了建设用地总量减量化,实现了区域土地利用格局优化的目的。     

不同鸟类生境网络复合与优化——以苏锡常地区白鹭、鸳鸯、雉鸡为例

通过复合优化不同焦点物种的生境网络表征多数物种生境网络实现物种多样性保护,具有重要理论价值和实践意义。以苏锡常地区为研究区域,以白鹭、鸳鸯和雉鸡3种鸟类为焦点物种,通过采用生境斑块约束条件模型与最小成本路径法相结合的方法识别出生境网络;从满足集合覆盖问题视角出发,通过采用网络构成要素复合的方法进行网络复合,其中廊道与廊道的复合通过采用评价生态系统服务价值的方法实现;通过采用观测数据为生境斑块和迁移廊道增补依据的方法进行复合生境网络优化。结果表明:生境网络经过复合,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值在分别减少了16%、68%和10%的情况下,保持了斑块间的连接度、兼顾到经济效益和生态效益最大化、覆盖了占总数86%以上的75处观测点;复合生境网络经过优化,覆盖了2010年及以后所有84处观测点,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值分别增加了19%、21%和27%;说明生境网络复合优化定量分析方法和思路具有可行性,为网络复合研究提供了借鉴。     

基于不同网络构建方法的生境网络优化研究——以苏锡常地区白鹭为例

生境网络在支持物种长期存活中具有重要意义,由于受人类社会经济频繁活动的影响,迫切需要优化。选取城市化快速发展的苏锡常地区为研究区域,以湿地代表性鸟类白鹭为目标物种,利用2000、2010年土地利用/覆被数据,采用两种不同的网络构建方法,识别出恢复或新建生境节点或斑块,以及基于网络连接度并兼顾了集合覆盖问题遴选出重要新增生境节点,得到生境网络优化方案。结果表明:(1)恢复型生境节点对应的生境斑块面积在10—50 hm~2之间,以乔木林地为主;新建型生境节点对应的生境斑块是乔木林地和湖泊水库与河流兼而有之,均满足白鹭生境地类要求;优化的生境网络连接度较高、整体结构状况最好,兼顾了资源有限性下经济效益和生态效益最大化,与历史观测点实际情况较为吻合,可作为优化方案。(2)相同的生境斑块格局受生境格局时空变化、生态过程模拟方法及网络优化评判标准的影响,在采用不同网络构建方法时,会得到不同的网络结构及网络优化结果。采用时空格局变化与不同生态过程模拟相结合的网络优化方法,有助于分析格局-生态过程及网络结构变化情况,其思路为网络优化方法进一步深入研究提供了借鉴。     

跨区域视角下苏锡常地区白鹭生境网络优化

打破行政界线,跨区域协同治理生态问题,是生态文明建设的必然要求。选取快速城镇化地区苏锡常为研究区域,地区优势物种白鹭为研究对象,在等量保护成本限定下,基于跨区域和分区视角,将保护成本用于生境斑块优化,通过设定不同的优化情景,确定新增生境斑块的优化顺序,计算出各情景下生态保护成本与生态收益提升值,对比不同优化方案下网络结构指数变化情况,进而探讨跨区域生境网络优化是否能够更好地实现物种保护的"最大覆盖问题"。结果表明:(1)新增生境斑块的总量和空间布局都呈现为不均匀分布,以苏州最多,无锡次之,常州最少;具有"网络连通性较高但保护成本较低"的斑块分布特征与之相同;(2)根据单位效益成本值大小对生境斑块优化排序,将保护成本优先用于"网络连通性指数较高而保护成本较低"的生境斑块。在等量保护成本限定下,跨区域生境网络优化比分区优化的网络连通性指数α、β、γ分别提升了13.17%、12.97%、13.76%,实现保护成本的生态效益提升最大化,更好地解决了物种保护的"最大覆盖问题"。     

基于“源地-廊道”生态安全格局构建逻辑范式的建设用地减量化研究

建设用地急剧扩张导致土地利用覆被发生剧烈变化，物种栖息地丧失、破碎化及分离，严重威胁到社会经济及生态可持续发展。以快速城市化地区苏锡常为研究区域、地区优势物种白鹭生境为源地、"源地-廊道"生态安全格局构建逻辑范式为重要性评价依据，识别并筛选出对维护、控制目标物种生态过程具有重要意义的、可增强地区生境整体性及连通性的网络构成要素及其缓冲区，对缓冲区内建设用地进行减量化，提出一套建设用地减量化系统性方法。结果表明：（1）研究区内重要生态"源地"及"对应廊道"内建设用地需减量化10170.44 hm²，其中城镇用地5408.38 hm²，农村居民点4107.96 hm²，交通用地654.10 hm²。（2）依据生态安全格局构建逻辑范式，增补保护不同类型"源地"及"对应廊道"，可在提升区域生态安全水平的同时，识别出新的需要减量化的建设用地。该方法也可作为区域内存量及增量建设用地空间布局调整优化的依据，具有较好的普适性。     

基于成本收益分析的生境网络优化——以苏锡常地区白鹭为例

引入经济学成本收益分析方法对于生境网络优化保护具有重要现实意义。以苏锡常地区白鹭生境网络优化为例,通过分别构建研究区生境网络保护成本与提升收益测算体系、模拟多种情景和优化方案、成本收益分析的方法,实现了满足不同约束条件的优化方案。结果表明:(1)最大收益累积情景下的方案在总收益最高的基础上,实现了保护总成本较低的目的;最佳效益累积情景下的方案在研究区土地资源有限和保护总成本最低的基础上,实现了优化成效最佳的目的;(2)最佳效益累积情景下的方案在实现成本最低的基础上,兼顾到了优化成效的最大化,适宜于土地资源稀缺且城市化快速发展地区;(3)有限效益累积情景作为最佳效益累积情景的基本模式,其优化方案在一定范围内可以兼顾到成本较低和成效较高。将经济学与生态学相结合的网络优化方法,综合考虑了研究区的生态、经济和社会等现实因素,极大的提高了网络优化方案操作的可行性,其思路和方法拓展了网络优化研究视角。但诸多实现因素也决定了成本与收益体系的构建还处于不断完善之中。     

不同斑块类型的景观指数粒度效应响应——以无锡市为例

斑块类型与景观格局粒度效应响应关系密切。以无锡市为研究区域,针对地区社会经济活动频繁、人为干扰强烈和生态脆弱等特性,以土地利用类型、热力等级和生态贡献为斑块类型划分依据,构建出对应的3种不同景观格局。在相同粒度变化情况下,选用了19个景观水平指数和Moran's I指数,分析了不同景观格局粒度效应的响应情况。结果表明,随粒度变粗:1)土地利用类型、热力等级和生态贡献斑块的部分景观指数响应曲线变化剧烈程度依次减弱;2)3类斑块的Moran's I指数均存在尺度效应。其中,土地利用类型和生态贡献斑块的Moran's I指数存在负相关,热力等级斑块没有。生态贡献斑块响应曲线在正相关区域内变化相对平缓,土地利用类型与热力等级斑块响应曲线变化趋势相反;3)指数反映的第一临界粒度基本一致,但景观指数响应曲线的临界现象更为明显。总体上,不同类型斑块在同一研究区构成的景观格局、指数响应曲线变化趋势和第一临界粒度都较为相似;斑块类型对景观指数粒度效应响应存在影响,但还有待深入探讨。     

基于网络效能分析的生境网络构建与优化——以苏锡常地区白鹭为例

从网络效能分析出发研究生境网络优化具有重要意义。以快速城市化苏锡常地区为小尺度研究区、苏锡常及周边15个城市为大尺度泛研究区、白鹭为焦点物种,通过采用引入并构建网络效能概念框架、识别和构建不同尺度生境网络、调整网络结构和转换网络结构特性相结合的方法,实现了跨尺度下白鹭生境网络优化。结果表明:1)依据大尺度迁移网络完善小尺度生境网络得到的方案一和改变方案一网络特性得到的方案二均是现状生境网络的优化方案;2)方案二与方案一相比,在平均路径长度值增加、聚类系数值减少、节点度概率分布幂次关系拟合度提高,即小世界特性减弱、无标度特性增强的基础上,测度网络连接度的α、β、γ指数值得到增加,同时新增生境节点和迁移廊道数量更少,具有更好的优化成效;3)从网络效能分析出发,有益于提高生境网络跨尺度下优化方案的可行性,其分析思路既丰富了网络优化的方法论研究,也为提高上位与下位规划空间契合度的实践提供了理论支持。但从网络效能概念框架看,如网络层级分析、其他尺度情景研究、网络质量测度指标等方面还亟待丰富与完善。     

基于景观功能性连接度的生境网络优化研究——以苏锡常地区白鹭为例

景观功能性连接在生境网络优化方面具有重要意义。以快速城市化苏锡常地区为研究区、白鹭为目标物种,采用2种景观功能性连接度测度方法相结合的方法,通过构建遴选阈值和恢复阈值、筛选功能性显著迁移廊道,识别新增生境节点及对应迁移廊道,构建出优化生境网络和优化生境干网。结果表明:1)优化生境网络的片区聚集程度及觅食地对筑巢地的依附性得到增强,优化生境干网与白鹭长距离迁移生境网络具有较高拟合度;2)优化生境网络和优化生境干网的α、β、γ3个网络结构指数值都有较大幅度增加。优化生境干网与优化生境网络相比,在生境节点和迁移廊道总数较少的情况下,具有网络结构指数值变化不明显的特性,为推荐方案。优化生境干网的提出,尤其为快速城市化地区物种多样性保护提供了一种新思路,即优化生境网络的保护底线方案,同时拓展了网络优化研究方法、强化了物种多样性保护在土地资源管理工作中的可操作性。