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。     

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。     

河流城市土地利用景观格局变化及其生态风险分析——以江西省德兴市为例

利用德兴市2000年、2005年、2010年和2014年4期的TM遥感解译数据,在GIS和景观格局分析软件支持下,对该区域2000年—2014年的土地利用景观格局变化及其生态风险进行了分析。结果表明:2000—2014年间,林地是区域主导的景观类型,占总面积达80%以上,且德兴市土地利用景观格局发生了较大的变化,其中建设用地景观面积大幅增加(增加了1725.9 hm~2),而耕地、林地、水域和其他用地景观面积减少。2000—2014年德兴市土地利用景观的斑块数、多样性指数和均匀度指数处于降低趋势,斑块结合度指数处于增加趋势;斑块数、斑块密度、边界密度表现为先减后增再减的过程,分离度、分维数、蔓延度指数变化表现为先增后减再增的过程。德兴市的土地生态风险处于低生态风险,但风险指数呈上升趋势。     

基于生境组团化分析与景观廊道模拟的南京市白鹭生境网络构建与优化

保持生境连通性是全球生物多样性保护面临的主要挑战之一。生境网络构建与优化是一种积极主动的景观策略,但其成效取决于异质性景观背景下生境分布格局与物种响应。以南京市为例、白鹭为目标物种,开展了基于生境组团化分析与景观廊道(LSCorridors)模拟的生境网络构建与优化研究。通过整合生境适宜性评价、干扰度评价、最大熵(MaxEnt)模型模拟,实现了物种生境源地综合识别;利用景观连通性指标与核密度分析,识别了物种生境分布的组团化格局;在最小成本路径(LCPs)的基础上,定义了优化新增型与提升型两类廊道,并从物种感知与适应性变化出发,应用LSCorridors软件模拟了这两类目标优化廊道的多重随机路径及其空间范围。结果表明,南京市白鹭生境斑块共计428个,总面积达31525.75 hm²,主要是林地与水域,具有较为明显的破碎化和局部集聚特征,九大生境组团以南京长江段水域斑块为轴,沿两侧分布,彼此联系比较薄弱;最佳距离阈值4.5 km内,识别LCPs共907条,总长度1548.59 km,平均较短、分布紧凑,主要位于各生境组团内部,但仅少数连接着不同生境组团;确定的8条优化新增型廊道和10条优化提升型廊道,其LSCorridors模拟结果与LCPs存在空间偏差,前者更符合现实进而有益于避免保护低效和促进多类型、差异化的优化措施制定。研究成果能为面向生物多样性保护的南京市生境网络保护以及重点生态廊道的规划实践提供决策参考。     

基于MSPA和MCR模型的江苏省生态网络构建与优化

快速城市化背景下, 经济发达区生境斑块日益破碎化, 生物多样性受到严重威胁, 构建生态网络是有效连接生境斑块和保护物种栖息地的重要手段。以江苏省为例, 采用形态学空间格局分析(MSPA)方法识别重要生态源地, 基于最小累积阻力模型构建生态网络连接生态源地, 并选取整体连通性指数(IIC)量化生态源地斑块和生态廊道的重要性, 最后提出江苏省生态网络优化建议, 为江苏省生态安全格局构建提供参考和借鉴。主要研究结果如下: (1)核心区斑块主要用地类型为大型水体、湿地和林地, 主要包括太湖、洪泽湖、高邮湖、骆马湖等大型湖泊、东部沿海地区的湿地以及江苏西南部的林地斑块; (2)由于江苏省耕地面积广阔, 因此耕地在生态网络中有较大比例; (3)水域、林地、湿地也是生态廊道的主要组成部分, 为减小水体对动物迁徙的阻碍作用, 可以在水域周边人工造林, 为动物迁徙提供暂栖地; (4)生态廊道构成中, 建设用地占比15.44%, 这是近年来江苏省快速城镇化和建设用地的过度扩张的结果。     

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。     

基于形态学空间格局分析法的城市绿色基础设施网络格局优化——以合肥市为例

绿色基础设施格局对于城市环境的改善、经济社会的发展、城市形象的提升等有着重要的作用。以合肥市域为研究范围,基于形态学空间格局分析法(MSPA)提取UGI要素与生态源地,使用夜间灯光数据与坡度数据校正InVEST模型中生境质量模块生成的阻力面,进而结合电路理论运用Circuitscape软件与Linkage Mapper工具模拟构建UGI网络并识别生态走廊中的关键节点,最后基于斑块、廊道、障碍点的空间特征,提出合肥市城市绿色基础设施网络格局的优化策略。结果表明：(1)合肥市UGI网络由120个生态源地斑块、4442.4km~2的廊道、62处障碍点构成,生态斑块大部分面积较小且分散,生态斑块集中度南部优于北部。生态走廊在主城区以外环状蔓延分布,分别集中在市域东部、北部与南部,网络整体连接性较低。障碍点多数分布在生态源地边缘或生态走廊内,主要为建设用地与道路用地,低于平均阻力值的障碍点面积占障碍点总面积的71.1%,相对容易修复;(2)合肥市现有重要生态走廊集中分布于巢湖东北、巢湖西北、市域南部,各区域内的廊道连接自成体系,未形成整体的网络连接。依据廊道分析提出保护72条重要生态走廊,恢复1...     

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。     

沈抚新城生态安全格局的构建

以沈抚新城为研究对象, 利用GIS空间分析功能, 分析得到基于水源涵养、生物多样性保护、土壤侵蚀敏感性、地质灾害敏感性四种单一生态过程评价的生态用地, 将评价结果叠加重分类为一般重要生态用地、重要生态用地、极重要生态用地, 并以面积＞1 km2的极重要生态用地为生态源, 现状土地类型为阻力因子, 基于MCR模型构建了沈抚新城综合安全格局体系。结果表明: 研究区内高水平安全格局缓冲区面积112.96 km2, 占研究区土地总面积的18.66%; 中水平安全格局缓冲区面积94.43 km2, 占研究区土地面积的15.60%; 低水平安全格局缓冲区面积176.23 km2, 占研究区土地面积的29.11%; 生态廊道60条, 总长275.77 km; 生态战略点49个。本研究可以摸清研究区的生态安全状况, 同时可以为城镇建设用地的扩张以及生态用地空间的保护提供定量指引。     

佛山市生态网络构建及优化

在快速城市化背景下,经济发达地区生境斑块破碎化问题尤为突出,生物多样性受到严重威胁,构建生态网络是连接生境斑块和保护生物栖息地的重要手段。本研究以发展较快的广东省佛山市为研究区域,利用连接度指数和形态学空间格局分析方法提取出生态源地,基于InVEST模型和最小累积阻力模型识别出潜在生态廊道,结合水文分析所提取出的辐射道,共同构建佛山市生态网络。通过增加生态源地和踏脚石、识别生态断裂点对生态网络进行优化,最后基于网络分析法和电路理论,从结构和功能两方面对优化前后的网络进行评价。结果表明: 佛山市生态网络由10个生态源地、8条重要廊道、37条一般廊道和11条辐射道构成。优化后新增生态源地7个、规划廊道17条、踏脚石13个、生态断裂点80个;优化后的生态网络闭合度指数、线点率指数、连接度指数分别为0.59、1.94、0.73,优化后的电流密度最大值由1.39升高至9.66,说明优化后的生态网络结构更加完善、连通性显著提升。     

福建省自然保护区生态网络的构建与优化

自然保护区对维护物种多样性具有重要意义,但城市化的快速发展造成自然保护区不断被蚕食和破坏,保护区日益破碎,生物多样性不断减少.构建生态网络能够有效连接破碎生境,为物种保护提供空间保障.本文基于ArcGIS软件平台,在确定源地斑块和景观阻力面的基础上,采用最小耗费距离模型构建福建省自然保护区潜在生态网络,并基于连通性指数和重力模型对构建网络前后的连通性和廊道重要性进行定量分析和评价,最后提出生态网络优化的措施和对策.结果表明: 林地、草地、湿地是研究区潜在廊道的重要景观构成类型;面积大的生境斑块在网络中的重要性较高;构建网络后,景观整体连通性指数和可能连通性指数显著提高;不同斑块间的相互作用强度差异很大,但相互作用力大的斑块间的廊道在生态网络中的重要性程度较高.本研究结果可为福建省自然保护和规划提供科学参考和依据.     

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。     

钱江源国家公园体制试点区功能分区对黑麂保护的有效性评估

功能分区是统一协调国家公园不同保护管理目标的主要措施, 对于国家公园的有效管理有重要意义。钱江源国家公园是我国首批国家公园体制试点区之一, 被分为核心保护区、生态保育区、游憩展示区和传统利用区4个部分, 对应不同的保护管理措施。本研究分析了钱江源国家公园体制试点区现有功能分区与其首要保护对象黑麂(Muntiacus crinifrons)的适宜栖息地之间的空间关系。在红外相机调查获取的94个黑麂分布点的基础上, 结合海拔、地形、植被特征、人为活动干扰等15个环境特征变量, 采用MaxEnt模型预测国家公园内黑麂适宜栖息地的空间分布。结果表明, 黑麂倾向于出现在森林较为原始和道路密度较低的区域, 其适宜栖息地面积42.5 km ², 占国家公园总面积的16.9%。其中, 69.3%的黑麂适宜栖息地位于核心保护区, 30.4%位于生态保育区, 表明国家公园现有功能分区能很好地满足黑麂栖息地保护的需求。此结果也证明黑麂可以作为其分布范围内保存较好的亚热带森林生态系统的指示性物种。通过生境恢复、廊道建设和跨省共建促进黑麂栖息地的完整性保护, 是加强该区域黑麂栖息地保护的关键措施。     

基于土地利用格局变化的北京市生境质量时空演变研究

城市生境质量对生物多样性保护有至关重要的作用,以北京市为例分析2000—2015年北京市不同土地利用类型的空间分布特征和不同区域之间的差异,并借助In VEST-Habitat Quality模型评估了北京市4个时期(2000年、2005年、2010年和2015年)、4个区域(首都功能核心区、城市发展新区、城市功能拓展区、生态涵养发展区)的生境退化程度和生境质量变化情况。结果表明:(1)从2000年到2015年,建设用地增加了近40%,耕地、湿地是其快速扩张的主要来源,城市发展新区的建设用地增加了60%;(2)主要的生态用地(林地、草地、湿地)所占比例总体增加了5.71%,但是总体景观结构异质性减弱,斑块破碎化程度加大;(3)生境质量总体下降了2%,表现出明显的区域差异,首都功能核心区和生态涵养发展区的生境质量总值逐渐升高;生境退化度逐渐增加,最严重的区域在城市功能拓展区以及平原-山区交界地带。对区域生态服务价值评估的有益探索,为今后进一步城市景观格局的构建和优化提供依据和参考。     

基于多尺度协同的长沙市生态网络构建与层级优化

城市化背景下人类与自然环境的矛盾呈现出多尺度、层级化特征,而传统生态网络的构建方式较少考虑不同尺度下生态要素的关系,无法从区域落实到中心城区,难以形成系统性的解决方案。研究在综合梳理各尺度生态网络构建方法的基础上,以长沙市为例,基于形态学空间格局分析（Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA）、景观连通性原理和生态斑块重要性评价识别生态源地,并通过多层级生态阻力面的确定,综合运用最小费用路径（Least-cost path method,LCP）、电路理论、层级传导理论、尺度嵌套等方法对市域、都市区、中心城区的生态网络进行了协同构建和层级优化,最后基于不同尺度生态网络的特点应用并落实到多层级的国土空间规划体系中。研究结果表明：（1）长沙市域生态网络和都市区生态网络具有较好的层级嵌套特征;共识别两尺度生态叠合源地14个、生态叠合廊道15条,主要通过中心城区内的湘江、浏阳河和捞刀河部分河段与外围生态绿圈相衔接,形成"外环内楔"的空间格局。（2）确定市域重要廊道、市域潜在廊道、生态叠合廊道、都市区重要廊道、都市区潜在廊道的核心保护面积共501.14 km²,并提取位于生态廊道核心保护区范围内的生态夹点和生态障碍点,以进一步落实生态保护修复策略。（3）得到具有重要生态连通功能的中心城区生态绿道长度441.2 km,生态修复单元56个,并结合生态阻力值划分为5级进行针对性修复。（4）基于不同尺度生态网络的衔接、嵌套,最终构建"市域总体生态安全格局-都市区城市生态空间发展格局-以城市绿道为基础的中心城区生态修复单元",并与不同层级的国土空间规划体系相对应。研究结果将为以大城市为中心的跨尺度生态系统修复和生态安全格局构建提供科学参考。     

江苏省自然遗产地生态网络的构建与优化

自然遗产地是生物的重要栖息场所,而生态网络是连接自然遗产地的有效途径,如何有效和合理地构建自然遗产地之间的生态廊道,连接破碎生境,对保护自然遗产地生物多样性和区域生态安全具有重要意义。在Arc GIS 9.3的技术支持下,通过合理估算阻力阈值,采用最小耗费距离模型分析方法,构建江苏省省域范围内的自然遗产地生态网络保护体系,并在网络连通性指数分析方法的基础上对生态网络的连通性和有效性进行评价,针对性地提出自然遗产地生态网络的优化措施。研究结果表明:78.28%的林地、88.70%的滩涂滩地、94.37%的草地是自然遗产地生态网络的主要景观组成结构;自然遗产斑块本身对生态网络的构建有较大影响,其中面积较大、长条型的斑块对维持景观连通性的重要性程度贡献较大;研究区现状整体生态连通性指数仅0.001—0.003,连通性水平较差,通过构建生态网络,整体连通性水平可提高到0.044—0.046,可能连通性水平可达到0.074,表明自然遗产廊道的构建可提高景观的连通性水平;在现有生态网络结构的基础上,增加破碎斑块间的生态连接是优化生态网络体系的可行性策略。     

基于土地利用变化的福建省生境质量时空变化研究

地利用变化引起的生态效应已经成为生态学研究的核心问题,分析土地利用变化引起生境质量时空变化可以为生态保护和土地规划提供科学依据。以福建省为例,利用In VEST模型对福建省生境质量进行评估,根据生境质量指数将其生境划分为低、中、良好、优等。同时分析了福建省土地利用变化对其生境质量时空格局的影响。研究结果表明:2000—2010年,福建省景观破碎度指数逐渐降低,斑块之间连通性好,生境破碎化程度降低,整体生境得分值在0.9以上。林地是福建省的优势景观,其覆盖面积达到了福建省的86%以上,并且林地的破碎化程度低,人类活动对它的干扰较小,所以福建省大部分地区生境质量处于良好、优质等级。但是福建省东南沿海地区生境值低于0.6,处于中、低等级之间,主要因为建设用地的急剧扩张增加了对生境质量的破坏强度。东南沿海地区的GDP占到福建省的65%以上,形成了以二、三产业为主导的产业格局,对基础设施建设、工业、居住用地等的需求急剧增加。所以,福建省的57%以上的建设用地主要集中于东南沿海地区。东南沿海地区高度聚集的建设用地,侵占了大量的裸地和耕地,严重干扰了该地区整体生态格局,破坏了生境质量,导致其生境质量低于福建省其他地区。