基于生态安全格局理论的国土空间生态修复分区模拟——以粤港澳大湾区为例

国土空间生态修复分区有助于推动生态修复工作的整体性和系统性。利用国土空间生态安全格局理论进行生态修复分区是一种较为经典的模式,但现有分区技术方案对高强度人类活动导致的土地利用景观变化考虑不足,不能很好的适应城市群尺度国土空间生态安全格局的塑造需求。设计了一种基于情景模拟的国土空间生态修复分区方案,该框架首先通过耦合空间马尔科夫链与元胞自动机模型模拟城镇化发展末期的土地利用景观格局;然后利用"生态源地-生态廊道-生态网络"理论构建国土空间生态安全格局基本骨架;最后根据最小累积阻力模型划分出生态修复关键区、调节区和双修区等类型。粤港澳大湾区案例研究表明：（1）土地利用景观变化对生态修复分区方案影响较大,不同景观格局导致的分区规模差异可达国土空间的10%左右;（2）国土空间生态修复分区需要充分考虑高强度人类活动对景观格局变化的潜在影响,进而使得生态修复分区政策更有利于国土空间生态安全格局塑造目标的实现。研究构建的国土空间生态修复分区技术方案可进一步深化生态安全格局理论在国土空间规划应用上的认知。     

基于最小累积阻力模型的城镇土地空间重构——以广州市新塘镇为例

根据源-汇景观理论与生态系统服务理论,以城镇中心建设用地为扩展源,生态用地的生态系统服务价值贡献率为扩展阻力系数,对最小累积阻力模型(MCR)进行修正.基于此,模拟广州市新塘镇空间拓展过程,在保障生态安全格局的基础上,提出了重构城镇土地空间的优化路径.结果表明： 1988-2008年,模拟的城镇空间发展方向与新塘镇实际发展进程及发展强度吻合性良好;模拟结果将新塘镇空间划分为高阻力、较高阻力、中阻力和低阻力4个片区,各区面积分别为80.84、78.90、24.26、61.88 km²,城镇空间发展路径依次沿着低-中-较高-高阻力区进行;新塘镇生态适宜用地面积为159.74 km²,建设适宜用地面积为86.14 km²,生态冲突区面积为17.37 km²,生态冲突区主要分布在较高阻力区(10.38 km²)和高阻力区(6.99 km²).修正后的MCR可有效揭示新塘镇土地空间分配与空间冲突的关系,并能科学有效地判定城镇空间拓展最优路径.     

平顶山新区生态用地的识别与安全格局构建

生态用地对城市生态安全具有重要意义,关键性生态用地的识别与安全格局的构建是实现城市精明增长和生态保护的重要途径。以河南省平顶山新区为例,结合GIS(Geographic Information System)空间技术,分析得到基于水资源安全、地质灾害规避、生物多样性保护三种单一过程的生态用地,进而综合叠加并重分类为理想型、缓冲型和底线型三类生态用地,并以底线型生态用地为源,现状土地覆被为阻力因子,应用最小累积阻力模型构建了平顶山新区生态用地的安全格局。结果表明:新区内最小生态用地,即底线型生态用地的面积为88.44 km2,占研究区总面积的29.35%;缓冲型和理想型生态用地的面积分别为22.28 km2和43.87 km2。确定了三种安全水平的生态用地范围、"源"与外部联系的辐射道、"源"间连接的生态廊道、关键的生态节点等。关键性生态用地综合安全格局的构建,旨在为研究区城市生态规划和城镇空间布局规划等提供科学参考。     

基于潜力-约束模型的冀中南区域建设用地适宜性评价

区域建设用地适宜性评价是区域规划空间布局的重要前提和基础,是区域土地资源合理利用的重要依据.基于GIS软件平台,采用区域综合实力与空间可达性分析方法对冀中南区域发展潜力进行了空间定量分析,采用生态环境敏感性方法对研究区发展的生态约束进行定量评价,进而借鉴损益分析法,构建了由发展潜力和生态约束构成的潜力-约束模型,并通过相互作用判别矩阵,得到不同发展理念下的建设用地适宜性情景方案.结果表明： 研究区综合实力与空间发展潜力均呈首位分布,且点轴发展模式明显;生态环境敏感性总体上呈西高东低的分布格局;区域经济发展理念对区域生态安全格局和城市建设用地增长空间规模具有重要影响.潜力-约束模型重新构建了区域用地发展适宜性的评判原则与方法,能够较为科学地实现区域综合发展潜力的空间栅格化,获取研究区未来用地的发展趋势和空间布局,可以为城市与区域规划提供科学依据,是实现区域“精明增长”与“精明保护”的有效途径.     

融入生态安全的兰西城市群土地利用功能布局优化

区域生态安全对协调土地利用和生态环境的关系、促进资源的合理配置以及实现区域协调发展具有重要的意义。以兰西城市群作为典型地区,将形态空间格局分析(MPSA)应用到土地利用功能优化配置研究中,通过构建MSPA-GMOP-PLUS耦合模型,将生态安全纳入城市群土地利用功能和空间结构优化中,为区域布局优化提供了新思路。结果表明：(1)生态源地对区域生态安全具有重要意义,2020年兰西城市群共有20个生态源地,生态核心总面积为43355.5 km²。此外,在土地利用功能分区中,生态保护区面积占比仍为最大(30.7%),生态边缘区面积也占19.2%,为生态保护提供了缓冲地带。(2)基于MSPA的仿真模拟可以限制城市群不平衡的发展趋势,优于传统土地利用规划模式。新模式下的生产、生活、生态用地占比分别由传统模式的30.17%、11.25%、55.58%优化至31.92%、10.70%和57.38%。优化结果不仅保证了优质生产空间的稳定性,而且有效确保了生态空间的可持续性。此外,不同开发情景的下土地利用布局结果,可以作为提高土地资源利用率和制定土地利用空间规划的参考。     

基于景观安全格局分析的生态用地研究——以北京市东三乡为例

借助较为成熟的景观安全格局理论和方法,根据自然、生物和人文过程的分析,可判断和规划对某种生态过程具有战略意义的景观安全格局,即维护某种生态过程的最小生态用地（包括格局和面积）.本研究从土地的地表属性和空间属性2个方面界定了生态用地的概念,将其定义为：在不同空间尺度上,对维护关键生态过程和提供生态系统服务具有重要意义的生态系统（土地单元）及其空间部位.以北京东三乡为例,分析了基于雨洪管理和生物保护需求的生态用地,得出该区低、中、高3种安全水平下的生态用地分别占研究区总面积的20.4%、31.1%和48.6%.结果表明,基于关键生态过程的景观安全格局分析是生态用地定量研究的有效方法,该方法对城市规划和土地规划等具有重要参考价值.     

闽三角城市群生态安全格局构建及城镇扩展模拟

在快速城镇化背景下,构建生态安全格局并探讨城镇用地扩展格局已成为保障区域生态安全和缓解生态保护与土地开发矛盾的重要手段。以闽三角城市群为例,基于景观安全格局原理和ArcGIS空间分析法,从综合水安全、生物保护安全、地质灾害安全以及游憩安全四个方面叠加构建"底线安全格局-缓冲安全格局-最优安全格局"三种不同安全水平的综合生态安全格局;然后结合SLEUTH模型,将不同生态安全格局情景作为约束条件融入其排除图层,对研究区2015-2030年的城镇用地空间扩展进行多情景模拟。研究表明：①底线安全格局、缓冲安全格局以及最优安全格局的面积为9305.51、7576.28、3482.73 km²,分别占闽三角城市群总面积的36.89%、30.03%、13.81%;②三种生态安全格局情景模拟下城镇用地均呈增长趋势,但增长速度均小于历史用地的增长速度,高安全格局约束下的新增城镇用地面积和增长速度均最小,表明将生态安全格局作为城镇发展的约束条件,在城镇土地开发中能够增强对生态空间的保护力度,维护区域生态安全,控制城镇蔓延。相关研究成果可为城镇开发边界管控与国土空间规划的编制提供技术支撑与决策辅助。     

基于“质量-风险-需求”框架的武汉市生态安全格局构建

生态安全格局旨在维护景观格局的整体性与生态过程的连续性,以保障城市生态安全.当前的生态源地识别方法缺乏对生态用地退化风险以及人类生态需求的考虑.本研究以武汉市为例,从生态用地质量、生态退化风险以及生态需求3方面计算生态用地的综合价值以识别生态源地,根据土地利用类型和夜间灯光数据构建基本生态阻力面,基于最小累积阻力模型识别潜在生态廊道,基于电路理论识别生态“夹点”,在此基础上构建了“四横三纵十组团”的武汉市生态安全格局.结果表明: 武汉市生态源地面积为2138.2 km²,占市域面积的24.9%,以水域和林地为主,呈组团形态集中分布在市域南北.生态廊道总长度为1222.42 km,其中,水生廊道566.75 km,陆生廊道为655.67 km,水生廊道贯穿市域呈十字型构架,陆生廊道呈环状分布在市域四周,整体上呈现出“四横三纵”的空间格局,生态廊道上共有生态“夹点”44处,以中心城区为核呈环状分布格局.现有保护空间基本落入生态源地范围,证明了识别框架的生态意义,能够为都市区域生态安全格局的构建提供一个量化框架,以指导相关的城市空间规划.     

东部发达区生态安全格局构建——以苏南地区为例

随着城市化进程的加快,东部发达区面临水土流失、生态廊道阻断、栖息地破碎化等生态问题。识别重要生态用地,构建生态安全格局,对区域生态保护和可持续发展具有重要意义。选取苏南地区为研究区,分别基于生物多样性保护价值、水资源安全和土壤保持3项指标进行生态用地识别,结合GIS技术进行生态用地评价,以高等级生态用地作为源地;利用最小累积阻力模型,识别缓冲区和生态廊道,构建区域生态安全格局。取得以下研究结果:(1)生态安全格局由源地、廊道和缓冲区共同构成。研究区内高等级(非常重要)生态用地面积比例为22.97%;将面积大于10 km~2的高等级生态用地提取为源地,生态源地的面积比例为19.17%。(2)基于最小累积阻力模型,确定了生态缓冲区和生态廊道,其中生态缓冲区占研究区总面积的30.52%,潜在生态廊道的主要景观构成为耕地、林地和水域,分别占廊道总面积的31.82%、19.06%和17.27%。(3)通过叠加城市建设用地与生态源地、生态缓冲区图层,识别城市建设用地与生态用地的冲突区域,总面积为603.84 km~2,占源地与缓冲区面积总和的4.38%,空间上主要集中在长江沿线和太湖周边。     

基于水-陆耦合生态系统服务的生态安全格局构建研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

快速城市化和国土空间规划大背景下,评估区域生态系统服务、构建生态安全格局是实现城市精细化发展的有效手段。本研究立足生态系统服务供给效能,以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,从陆域、水域两个层面进行量化计算,构建水-陆耦合生态系统服务综合评价体系,将高供给区域识别为生态源地,并基于MCR模型和电路理论分别提取廊道和节点,构建区域生态安全格局。研究结果表明：1）分别识别陆域和水域生境斑块面积34.31km²、272.50km²,为江南水乡空间存续和城市绿地空间选址提供了理论依据;2）水-陆耦合度评价得到源地41个,总面积206.79km²,占研究区总面积8.57%,呈现"西北多东南少"的格局;3）提取89条生态廊道和91个生态节点,生态廊道总长度586.35km,呈均匀网状分布,节点包括44个夹点及47个障碍点,主要位于吴江区。通过区域生态安全格局的构建与优先级评价,分级提出国土空间生态保护与修复建议,为我国其他快速城市化地区及都市圈周边区域的国土空间合理布局、土地利用的转化与管理提供参考。     

基于生态系统服务供需平衡的粤港澳大湾区生态安全格局构建

构建生态安全格局是控制城市蔓延、实现区域生态安全和促进社会可持续发展的重要途经。维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。现有相关研究在生态源地的识别过程中缺乏对生态系统服务供需平衡,以及生态系统服务的人类活动效应的考量。因此,如何顾及生态系统服务供需平衡和人类活动识别生态源地,是构建区域生态安全格局需要解决的重要问题。以粤港澳大湾区为研究对象,基于生态系统服务供需平衡识别初始生态源地,并根据生态系统服务随土地开发程度的梯度效应进一步确定最终生态源地,而后结合生态廊道、生态战略点的识别,最终确定粤港澳大湾区生态安全格局。结果表明：(1)研究区生态系统服务供需空间匹配程度较弱,表现为四周高供给-低需求,中部高需求-低供给的空间分布特征;(2)研究区生态系统服务综合供给具有随土地开发程度增加而呈显著下降的特征,且存在显著的突变点(阈值)。即在土地开发程度超过28.27%时的生态系统服务综合供给迅速下降;(3)研究区共有100块生态源地,总面积为7344.24km²,整体呈“东西部多-中部空”的外围环绕式分布结构;(4)研究区共有175条生态廊道,总长度为...     

粤港澳大湾区城市群生态保护优先区识别研究

生态保护优先区识别对于城市群的整体性生态保护和区域生态安全具有重要意义。基于生态保护重要性评价识别城市群生态保护优先区,有助于保障生态系统服务的供给水平和维持生态系统的稳定性。以粤港澳大湾区(以下简称“大湾区”)为研究对象,首先通过增加粮食供给等生态系统服务指标和土地利用强度等生态脆弱性指标构建新的生态保护重要性评价指标体系,以弥补原指标体系忽略部分生态系统服务价值或者关乎生态脆弱性的重要因素所导致的评价结果片面性问题;然后运用结合空间主成分分析法和有序加权平均算子(Ordered Weighted Averaged, OWA)的主客观结合赋权法进行生态保护重要性评价的多情景模拟,并基于保护效率和权衡度进行多情景择优,由此所得最优情景的生态保护优先区的整体生态保护价值相对最高,且一定程度上减小了指标间权衡问题可能导致的评价误差;最终大湾区生态保护优先区面积为26406.04 km²,占大湾区陆域国土总面积的47.69%,主要分布在大湾区中部以外的肇庆、惠州、香港、广州北部、江门外环以及深圳东部沿海,同时优先区识别结果基本覆盖现有生态保护红线和周边大部分一般生态空间...     

顾及城郊农田生态服务价值的中心城区生态安全网络重构

针对中心城区日益凸显的农业、生态、城镇三类空间冲突问题,借鉴田园城市理论,创新性地提出一种利用城郊高生态价值农田细化城市生态安全网络,构建"三生"空间协调有序的国土空间格局的方法。利用防城港市遥感影像、国土调查和社会经济数据,在城郊耕地综合评价的基础上,采用评价结果修正的当量因子法评估其农田生态价值。进一步利用InVEST、MSPA及MCR模型初步构建市域生态安全网络,再将高生态价值农田作为临时生态节点完成网络重构,并进行对比分析。以重构的新网络指导中心城区的规划分区优化,并对市域和中心城区两级生态网络要素的空间管控规则及联合管理机制进行了探索。结果表明:(1)防城港市区单位面积农田生态价值为35540元/hm²,高生态价值农田较均匀的环城分部。(2)重构后的网络新增34个临时节点和51条绿带,延长48.425 km,增加808.89 hm²生态源。(3)新网络能有效引导中心城区形成圈层发展结构,较原网络在连通性、有效性、稳定性上均有所提升。研究结果为注重协调发展的国土空间规划背景下区域空间格局优化提供了新的思路。     

定量评价人类活动对净初级生产力的影响

以人类活动为主导的城市扩张和土地覆被变化对城市生态环境产生了重要影响,并与气候变化共同影响植被净初级生产力(NPP),但目前从时空尺度上脱离气候干扰仅以人类活动为主导因素来定量分析其对植被NPP影响的研究尚不充分.本研究以广州市为研究区,利用CASA模型估算2001—2013年实际净初级生产力(NPP_act),结合CHIKUGO模型估算得到的潜在净初级生产力(NPP_p)计算因土地覆被变化导致的NPP损失(NPP_lulc),并建立相对贡献指数(RCI)定量分析和评价在城市扩张过程中人类活动对NPP的影响.结果表明:2001—2013年间,广州总体及其5片区NPP_act和NPP_lulc分别呈减少和增加趋势,并存在明显的空间差异性;RCI呈明显增加趋势,东北片区RCI值最低,为0.31,表明气候变化是其NPP变化的主要原因,其他4个片区的RCI值均高于0.5,说明4个片区人为干扰严重,人类活动是其NPP减少的主导因素;广州市及其5片区的RCI变化斜率均大于0,人类活动对植被的干扰逐年增强,北部片区RCI变化斜率值最大(0.693),人为干扰增加趋势最明显.     

Spatial evaluation of the ecological importance based on GIS for environmental management: A case study in Xingguo county of China

How to assort with the relationship between the urban construction and the maintenance of ecological security is a hot issue during the process of urbanization. The purpose of this study is to identify the key ecological land maintaining ecological security and to put forward some measures for environmental management. Based on the GIS technology, from the view of water security, biodiversity conservation, disaster protection, natural recreation security, and human disturbance, an integrated index is put forward to evaluate the ecological importance of regional space. Then, a GIS-based approach for evaluating ecological importance was created, with Xingguo county of China as a case study. The results show that the area of core eco-space in the study area accounts for 30% of the total area. These areas mainly consist of the core areas of regional river systems, wetlands, nature reserves, forest parks, and scenic spots and the endangered and protected zone of geological hazards. According to the spatial characteristics of ecological importance for different regions, this study proposes some zoning regulations and measures for environmental management.     

南方丘陵区耕地景观生态安全影响因素及其空间差异

构建耕地景观生态安全格局是抵御区域耕地生态风险,保障耕地生态质量的重要举措。研究以南方丘陵区典型县-奉新县为研究区,选取部分景观格局指数构建南方丘陵区耕地景观生态安全评价模型,分析了县域尺度耕地景观生态安全状况及其空间聚集特征,并尝试应用地理加权回归模型探究自然和社会经济因素对区域耕地景观生态安全影响作用的空间地域差异。结果表明：耕地景观生态安全处于"危险"状态的行政村占研究区总数的12.92%,区域耕地景观生态安全问题存在明显的空间聚集性;地理加权回归模型较传统全局回归模型有较好的拟合优度,可以较好地揭示影响因素作用的地域差异;自然,社会经济因素对耕地景观生态安全的影响具有显著的空间非平稳性,依据影响因素作用强度的地域差异可以将研究区划分为距居民点的距离、地形位指数、年平均降雨量负向影响区和人口密度正向影响区。研究为确定耕地景观生态安全干扰来源及探究耕地保护对策如何落实到空间地域上提供了参考依据。     

基于景观安全格局的香格里拉县生态用地规划

通过构建不同水平的景观安全格局,可以为区域的生态用地规划提供相应对策。香格里拉县近年来随着经济的发展生态安全问题已经提到日程。选择研究区内的5个自然保护区和风景名胜区为"源",以生物多样性保护为目标,选择地表景观类型、坡度两个因子及相应的阻力因子系数进行分析。采用GIS中的空间分析工具,计算建立了地表景观类型、坡度两个单因子的最小累积阻力面,在此基础上,利用加权叠加方法构建了两个因子的最小累积阻力面。根据最小累积阻力阈值,建立了"源"间生态廊道及"源"与外部联系的辐射道,确定了关键的战略点,最终完成景观安全格局的构建。基于生物多样性目标得到了低、中、高3个不同安全水平的生态用地分别占研究区总面积的12.81%、44.1%和80.3%。为制定研究区生态安全策略提供了重要参考。     

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。     

佛山市高明区生态安全格局和建设用地扩展预案

城市生态环境问题已上升到生态安全的层面.以人类生存安全和理想人居环境为目标,基于空间数据和统计资料,利用景观安全格局原理和地理信息系统空间分析方法,构建了包含基本保障格局-缓冲格局-最优格局3个级别的水安全格局、地质灾害安全格局、大气安全格局、生物保护安全格局和农田安全格局,叠加得到高明区综合生态安全格局,在此基础上提出了高明区建设用地扩展最优方案和生态功能分区.结果显示,并非生态安全格局水平越高,城乡发展模式越优,缓冲生态安全格局下的高明区建设用地扩展模式,最可能实现生态安全保护与城镇扩展的和谐发展.综合生态安全格局明确了区域的生态环境敏感区和生态服务功能重要区,为区域生态功能分区提供了新的思路.     

三峡库区生态敏感区土地生态安全预警测度与时空演变——以重庆市万州区为例

以三峡库区生态敏感区典型区万州区为研究对象,基于压力-状态-响应(P-S-R)框架构建土地生态安全预警指标体系,运用熵值法进行土地生态安全预警分析,并通过空间统计学方法对研究区土地生态安全警度的空间分布特征、变异规律及空间关联格局进行研究分析,旨在为区域土地资源利用的规划、管理及其生态保护提供决策参考。结果表明:(1)研究区2000-2014年土地生态安全警度呈连续上升趋势,土地生态安全警度较高区域由万州区中心城区不断向四周扩散,但2000-2009年期间研究区土地生态安全警度提升幅度比2009-2014年期间更为明显,2000-2009年期间是区域土地生态安全警度变化的关键时段。(2)研究区2000-2014年C_0/(C_0+C)呈不断上升趋势,表明非结构性因素对区域土地生态安全警度的影响程度在不断加大,这与研究区14年来经济高速发展、人类对土地资源利用强度加剧以及区域自然灾害频发的实际情况相符。(3)研究区2000年、2009年、2014年全局Moran's I值分别为0.7823、0.7772、0.775,表明土地生态安全预警指数在空间上存在较强的正相关关系,区域土地生态安全警度在空间上具有较强聚集性。(4)研究区"高-高"、"低-低"值区均呈现出2000-2009年范围逐渐增加,而2009-2014年范围逐渐缩小的趋势;且"高-高"值区主要集中分布在中心城区及其邻近区域,"低-低"值区则主要集中分布在研究区西北部和东南部等土地利用程度相对较弱、植被覆盖相对较好地区;中心城区周边的"低-高"值区将是城市发展中优先被占用的区域,在未来的土地利用中,尤其需加强对区域"低-高"值区的重点保护。