基于图论的哈尼梯田区河渠网络关键节点和廊道评价

景观连接度作为测度生境景观生态过程和生态功能的重要指标,对区域内的生物迁移扩散、干扰扩散、基因流动等生态过程具有重要作用。本文利用2010年云南省元阳县的Quick Bird影像,以元阳县全福庄河小流域内的河流与沟渠廊道为研究对象,借助图论的方法,分别利用节点与廊道2种不同的计算单元,计算了500、1000、2000、4000和6000 m五个距离阈值下的景观连接度与重要性指数。通过直观展示哈尼梯田景观廊道的结构,分析其连接度与廊道的重要性指数,从而进行景观格局分析与规划。结果表明:连接度能在很大程度上指示区域内廊道的重要性,反映区域内廊道的连接情况;此外,随着阈值的增大,连接度逐渐增大。对重要性指数分析表明,在河网密集的地方,连接不同区块的廊道重要性指数较高,而在河网稀疏的地方,则较长的廊道发挥着更重要的作用。研究结果为哈尼梯田生态保护与规划提供思路,并为景观连接度的研究提供新的角度。     

封面说明

<正>照片由云南师范大学自然文化景观与遗产研究中心成员章侃丰在2016年8月拍摄于红河哈尼梯田世界文化遗产核心区(云南省红河州元阳县).哈尼梯田文化景观具有森林在上、村寨居中、梯田在下、河渠贯穿其中的垂直格局特点.森林和梯田是景观中的优势生态系统,森林为梯田涵养水源,两者间的生态过程是以水及其携带的物质(种)和能量流为主的水生态过程.哈尼梯田区具有     

整合电路理论的生态廊道及其重要性识别

景观连接度被认为是影响诸多生态过程的一个重要因素.基于最小累积阻力模型的最小成本路径识别方法可以有效识别异质性景观中的功能连接,已被广泛应用到景观的功能连接评价与生态廊道模拟的研究中.基于电路理论的连接度模型用电阻代替了图论中的边、用电阻距离代替成本距离,来衡量异质性景观的功能连接.本文以SIMMAP 2.0软件生成的模拟景观为对象,借助于Linkage Mapper工具和Circuitscape软件,探讨如何将最小累积阻力模型与基于电路理论的连接度模型相结合来识别生态廊道及其景观要素的相对重要性.结果表明: 两种模型在应用中各有优势,互为补充.最小成本路径方法可以有效识别栖息地之间的最小成本廊道,基于电路理论的连接度模型通过电流密度的计算可以有效识别对景观连接性有重要影响的景观要素和“夹点”地区,并且“夹点”的位置不受廊道宽度的影响,在廊道重要性识别研究中具有明显优势.该方法可为区域生态保护规划和生态廊道设计提供科学依据.     

基于景观遗传学的滇金丝猴栖息地连接度分析

结合景观遗传学,应用最小费用距离模型对物种栖息地进行连接度分析,能够为生物多样性保护和自然保护区管理提供更加真实准确及可实践操作的指导。选取滇金丝猴这一珍稀濒危物种,结合景观遗传学,应用最小费用距离模型对其栖息地进行了连接度和潜在扩散廊道分析。并且通过连接度的分析和制图绘制出了更为准确的种群间潜在扩散廊道,确定了受人工障碍影响的廊道及敏感区域。结果表明,研究区内的5个亚群中,仅S3亚群内的5个猴群保持着较好的连接度,总体来说,各亚群内的连接度相对于各亚群间连接度保持的较好。除S3亚群中猴群间的潜在扩散廊道较为理想外,其余种群间的潜在扩散廊道均受人工斑块的影响,多数廊道被人工障碍阻断,或面临即将被阻断的情况,对于滇金丝猴的扩散交流影响较大。敏感区域多集中在中南部的3个亚群间,这些敏感区域应作为景观恢复及保护区规划的重要优先区域。     

哈尼梯田区优势景观类型对泉水氢氧同位素效应的影响

氢氧稳定同位素是示踪流域水循环过程的有效手段,流域景观类型及其格局对泉水同位素效应的影响是景观生态学与同位素水文学的全新交叉领域.本文以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为研究对象,在2015年3月—2016年3月间,逐月在海拔1500 m的梯田、1700 m的梯田和1900 m的森林景观类型下分别采集78个泉水样和39个大气降水样进行氢氧稳定同位素分析.结果表明:小流域的优势景观类型是森林和梯田,两者面积分别占总面积的66.6％和22.1％,并具有森林在上、梯田在下的垂直格局.相关分析表明,泉水除受降水补给外,还受到景观内其他同位素值偏正的水源补给,景观位置较高的森林区泉水主要由降水补给,位于森林之下的梯田泉水受大气降水、河水、梯田水、地下水等多种水源补给,其同位素混合作用强烈;泉水δ¹⁸O和δD值整体海拔效应明显,其海拔梯度分别为-0.125‰·(100 m)^-1和-0.688‰·(100 m)^-1;研究区氘盈余值随海拔升高而增大与景观格局和同位素循环过程有关.总之,优势景观类型对泉水氢氧同位素效应具有显著影响,泉水氢氧同位素可作为景观水文过程对景观格局的响应指标.     

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....     

基于空间主成分和最小累积阻力模型的内陆河景观生态安全评价与格局优化——以张掖市甘州区为例

以干旱内陆河主要生态环境问题为出发点,利用景观生态学方法、空间主成分分析和GIS技术,获取甘州区生态安全格局的分布状况.选取海拔、坡度、自然和文化景观保护区、土壤类型、土壤侵蚀量、植被覆盖度、距道路距离、距工业用地距离、距居民点距离以及距水体距离等10个要素作为约束条件,并采用景观最小累积阻力模型构建生态廊道和生态节点来优化生态功能网络的结构及功能.结果表明： 甘州区生态安全综合状况一般,以中等安全水平为主,面积为1318.7 km²,占研究区总面积的36.7%.低度安全水平的区域主要位于研究区北部,占研究区总面积的19.9%.构建了由6条生态廊道、14个生态节点、1个较大的生态源区和若干个小面积源区组成的点、线、面交织的区域生态网络格局,将有效改善研究区的生态安全水平.
     

基于CVOR和电路理论的讨赖河流域生态安全评价及生态格局优化

生态安全格局优化是实现区域生态安全、维持区域可持续发展的重要途径。以生态系统服务与健康共同构建"贡献力-活力-组织力-恢复力"（CVOR）的生态安全评价体系,对2000和2015年讨赖河流域生态安全进行评估,识别生态源地,提取最小成本路径。基于电路理论连通度模型构建次优生态廊道,识别障碍点,基于生态源地、最小成本廊道、次优廊道、障碍点识别结果,构建并优化生态安全格局。结果表明：2000和2015年讨赖河流域低度安全等级区分别占流域总面积的63.68%、61.25%,高安全区和较高安全区仅占总面积的13.93%、15.80%。从空间分布来看,生态安全状况差异显著,呈现南高北低的分布格局。生态源地面积3165.41 km²,破碎度高,主要分布于流域南部山区及中部绿洲农业区。最小成本路径共1122条,共长3468.15 km,较大阻力廊道有242条。将流域生态格局优化分区划分为生态稳定区、生态发展区和重点保护区。提出流域生态安全格局的优化策略,为干旱区内陆河流域开发建设和生态保护提供参考。     

评估不同尺度下农牧地对滇金丝猴景观连接度的影响

基于图论法原理,综合最小费用距离和猴群的最小家域,建立了滇金丝猴栖息地的潜在扩散廊道及廊道缓冲区。在此区域内,根据遗传距离与栖息地连接最小费用距离的相关性,确定了5个不同管理单元间猴群可能扩散的阈值,并根据此阈值计算获得可能连通性指数(PC)去评估不同尺度下农牧地对滇金丝猴栖息地景观连接度的影响。结果表明:在距离为2.15km的廊道缓冲区范围内,5个不同管理单元间猴群可能扩散的最小费用距离阈值为1600,在两个斑块之间的费用距离小于或等于1600时,两个斑块能够连接,猴群可能在这两个斑块进行扩散,超过费用距离1600时,两个斑块不再连接,即猴群在这两个斑块间不会扩散。景观尺度下,PC指数逐渐增加,意味着未来4种不同的农牧地改善情景(C1,C2,C3,C4)都将促进景观连接度的增加;在斑块尺度下,通过确定出的最佳距离阈值,将整个研究区域分成不同的组分,小于或等于阈值的相邻斑块被划分在同一个组分中,大于阈值则不在一个组分中,研究区域中的5个不同管理单元间的猴群被划分在3个不同的组分中,情景C1,C2中组分数量没有变化,意味着连接度没有发生改变,但在情景C3,C4中,组分数量减少,并与相邻的组分融为一个组分,意味着连接度发生改变,滇金丝猴的活动范围扩大,更有利于猴群的基因交流。研究结果将为滇金丝猴栖息地的保护、未来廊道的恢复建设提供科学依据,同时也能为类似的研究提供方法上的参考。     

红河哈尼梯田遗产区生态系统服务价值外溢研究

传统农业生态系统服务的价值外溢效应评估有助于提高对该农业生态系统服务价值的正确认知,为合理规划区域社会经济产业结构以及生态安全布局提供科学依据。以云南省红河哈尼梯田遗产区为例,采用基于单位面积当量因子方法估算哈尼梯田遗产区农业生态系统服务价值,并采用市场价值法和旅行费用区间法估算梯田景观的生产服务价值和休闲旅游服务价值,厘清哈尼梯田遗产区农业生态系统服务价值特征,探究传统农业生产景观的服务价值外溢情况。结果表明：(1)1995—2018年,研究区土地利用总体变化不显著,而建设用地面积相对增加较多,变化率为59.3%;(2)哈尼梯田遗产区农业生态系统服务价值总量减少了811万元,变化率为0.6%;农业生态系统服务结构保持稳定,一级服务类型中,调节服务价值量最大,二级服务类型中,气候调节服务价值量最大,食物和原材料生产价值贡献率仅为6%,水资源供给服务价值为负值;(3)2018年元阳哈尼梯田景观的粮食生产服务价值为0.8×10⁸元,休闲旅游服务功能价值为1.3×10⁸元。元阳哈尼梯田生态旅游促进区域可持续发展,梯田农业生产景观具有明显的价值外溢效...     

基于MSPA分析的福建省生态网络构建

快速城镇化进程导致森林景观破碎化、连通性下降,严重威胁区域可持续发展、生物多样性保护和生态服务能力的维持。生态网络构建是提高景观连接度,维持物种扩散过程,保护生物多样性的有效手段。以福建省为例,借助形态学空间格局分析(MSPA)探讨2000、2010和2020年的森林景观结构动态变化,并在利用组分数(NC)与整体连通性指数(IIC)确定适宜距离阈值的基础上,根据可能连通性指数(PC)筛选生态源地;从人-地关系角度选择路网分布、建设用地分布、土地覆盖类型、坡度四种评价因子构建阻力面,采用最小阻力模型(MCR)提取生态廊道形成初步生态网络,进一步计算PC指数对生态廊道进行重要性分级;最后基于图论法,利用闭合度α、线点率β、网络连接度γ对所构建的生态网络进行定量评价。结果表明：(1)近20年来福建省森林景观结构较为稳定,其中核心区占比高达76.27%,但仍存在一定程度的破碎化趋势;(2)根据NC与IIC的计算结果,以500m为合适的距离阈值计算了PC,据此识别出15处生态源地,多位于闽西及闽北地区;(3)采用MCR模型提取了105条生态廊道,其中重要生态廊道27条,分布均匀且连通四方;(4)...     

基于景观生态风险评价的涪江流域景观格局优化

以流域为尺度进行景观生态风险评价以及景观格局优化,有利于为流域生态系统服务的提高和人类活动管控提供科学依据。以涪江流域为研究区域,从"自然-社会-景观格局"3个维度选取10个评价因子建立评价指标体系,采取空间主成分分析法（SPCA）对流域景观生态风险进行综合评价,再基于生态风险评价的结果和生态源地利用最小累积阻力模型（MCR）和网络分析等方法实现流域景观格局优化。研究结果表明：①涪江流域景观生态风险等级在空间分布上呈西北部高于东南部地区,主要是受自然和景观格局因子影响较大。②涪江流域所面临的生态风险问题较为严重,生态风险等级为中度及以上的区域面积总和为25596.51 km²,占研究区总面积比例的65.35%。③生态源地以林地和水域为主,面积为11194.28 km²,占流域总面积比例为25.58%。④构建生态廊道共41条,总长度为5229.04 km,其中原有廊道29条,新添廊道12条,提取生态节点53个;利用网络分析形成了以主廊道为"中轴",构建的生态廊道为"辅助",提取的生态节点为"枢纽"的较为完整的网络生态结构。对研究区景观格局优化前后的连通度进行对比,优化后的整体景观格局连通度得到较大幅度提升。     

疏勒河流域景观生态风险评价与生态安全格局优化构建

以疏勒河流域为研究区域,利用RS和GIS技术,建立基于景观格局的景观生态风险指数,分析研究区域内景观生态风险的时空变化特征和聚集模式。利用最小累积阻力模型,以自然保护区、水域、林地等作为生态"源地",以生态安全水平、海拔和坡度作为阻力因子生成阻力面,构建流域生态安全格局,识别潜在廊道和节点,建立优化后的生态安全网络。结果表明:疏勒河流域北部的生态风险高于南部,生态风险水平在30年间有所改善,1980—1995年生态风险等级退化的区域主要位于流域西南部和东部;1995—2010年等级退化的区域面积小于1980—1995年。景观生态风险指数在空间上呈正的自相关性,30年间空间自相关程度有所减弱,空间趋同性逐渐降低。优化后的生态网络将生态源地、潜在廊道和节点等景观组分结合,充分利用已有的河流水系,打通廊道,避开城镇工矿用地和交通干线,并在生态脆弱区设置关键点作为物种扩散的"踏板"。     

海河流域面源污染风险格局识别与模拟优化

面源污染是海河流域面临的主要水生态环境问题,如何通过流域景观格局优化实现对面源污染的控制一直是研究的热点问题。通过最小累积阻力模型,以海河流域为研究对象,将流域景观要素及影响流域景观过程的外部因子相结合,对海河流域面源污染风险格局进行了识别,并将阻力格局与海河流域实测水环境指标进行相关性分析及验证,在此基础上对流域污染风险进行识别与优化模拟。结果表明海河流域有40%以上(130380 km2)区域面临高污染风险,集中分布在中南部平原地区以及山区河谷地带;对此设置河流植被缓冲带进行格局优化模拟分析,通过比较不同措施格局优化阻力值变化趋势表明,对于二级河流水系,加强河流两岸600—1600 m范围的人类活动管控,可以有效降低污染物输出,显著降低流域面源污染发生的风险。在面源污染风险等级较高的平原地区,设置300—400 m植被缓冲带,可将风险等级降低50%,设置700—800 m岸边植被缓冲带即可达到最佳效果;而在山区地区因风险较低,设置400—500 m的植被缓冲带即可达到最佳效果,能够将污染风险在现有基础上降低30%—40%。这一研究结果对海河流域景观格局优化和面源污染风险控制提供科学参考。     

基于景观安全格局的嘉绒藏族传统村落形态研究——以马尔康市直波村为例

以优化土地利用、实现村落形态可持续发展为导向,以景观安全格局的理论为基础对高原传统村落形态进行定量化研究。运用最小累积阻力模型和信息量评价模型相结合的方法,选取坡度、坡向、高程差、距水体距离、距道路距离、土地资源和文化景观7个阻力评价因子,构建研究区景观格局体系并分析其村落形态与土地利用的适宜关系。以直波村为例,将之分为4种等级的景观安全水平,共104个"源"地,其由低到高的景观格局及"源"地分为乡土建筑遗产保护源、民俗风情影响源、自然景观影响源、开放空间影响源,占研究区面积的比例分别为29.44%、25.35%、32.41%、12.8%;通过各阻力评价因子的最小累计阻力值和信息量值的大小影响村落形态"源"地的分布概率,计算出研究区村落形态"源"地未来适宜用地范围在高程为2501-2522 m、坡度为9°-15°、坡向为南坡、西坡、西北坡;结合景观安全水平提出土地利用可考虑两种情景：一是根据村落形态重新赋予新的功能,二是采用渐进式更新。研究结果表明通过探究土地利用与村落形态的关系,既能够较好解决人地空间关系,推进川西北高原乡村振兴建设,同时实现嘉绒藏族传统村落形态的存续。     

基于生态廊道识别的拉萨河流域生态安全格局构建

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义。以拉萨河流域为研究区,基于“生态源地-阻力面-生态廊道”的区域生态安全格局构建范式,评估流域土壤保持、水源涵养、固碳、生境质量四项生态系统服务,基于生态系统服务重要性分级识别生态源地;选择土地覆被类型、归一化植被指数、地形起伏度、坡度、距道路距离、距水体距离作为主要阻力因子,利用熵权法形成综合阻力面;利用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道并判定生态节点,构建流域生态安全格局。结果表明：提取生态源地20个,总面积2531.42 km²,占研究区总面积的7.77%;生态廊道36条,总长度916.87 km,与拉萨河干流平行呈“二”字型分布;生态节点13个,集中分布在裸地、裸岩、低覆盖度草地等地类,构建以生态源地-生态廊道-生态节点组成的“面-线-点”结构生态网络。研究结果为拉萨河流域生态安全和生态经济协调提供数据支持,为区域生态保护与可持续发展提供科学参考。     

三峡库区县域景观生态安全格局识别与功能分区——以奉节县为例

景观格局优化是景观生态学中的热点和难点问题,三峡库区作为长江中上游地区生态纽带,其生态安全问题更是成为重中之重。本文选择奉节县为研究区域,在GIS技术支持下对2012年景观类型图进行处理,选取土地利用、地形位指数及土壤侵蚀等阻力因子构建最小耗费距离模型,对研究区内景观生态安全格局进行识别并进行功能分区。本文依据最小耗费阻力面,构建生态"源"地、生态廊道和战略点等景观格局组分,加强和完善生态网络的空间连通性,以提高景观生态格局稳定性及完善生态功能分区。根据耗费阻力突变点,将研究区划分成水源涵养区、生态缓冲区、生态敏感区、生产生活区4个功能区,各区占地百分比分别为36.74%、24.16%、15.48%和23.62%,同时综合考虑自然因素和社会经济因素,模拟建设用地的扩张,为城市扩张规划提供合理依据。     

太湖流域生态安全格局构建与调控——基于空间形态学-最小累积阻力模型

构建生态安全网络是在快速城镇化和生态环境恶化的背景下保护生物多样性的重要举措。以典型跨界的太湖流域为地理研究单元,使用多源空间数据,采用空间形态学方法(Morphological spatial pattern analysis, MSPA)和最小累积阻力模型(Minimal cumulative resistance, MCR)以及地理学统计方法建立“生态源地-活动廊道-保护网络-阻力特征-分区调控”的生态安全模式。研究结果显示：(1)太湖流域20个具有保护生物多样性功能的生态源地主要分布在浙西区和湖西区,包括大型湖体和丘陵森林等;(2)流域内重要性廊道贯穿太湖连接大型湖体和森林,一般性廊道集中分布在浙西-湖西区,将生态源地两两相连;(3)根据节点-廊道-源地网络分布,参考生态阻力和生境质量的空间性特征,构建流域“四区一带”生态安全格局并提出分区管控措施,为经济发展快速但生境脆弱的太湖流域生态体系建设与生物多样性保护提供参考。     

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。     

山水资源型城市景观生态风险评价及生态安全格局构建——以张家界市为例

区域生态安全是现代城市健康发展的重要内容,科学认识与评价区域生态风险与构建生态安全格局,有利于综合提升区域生态安全水平。以张家界市2019年高分二号遥感解译数据为基础,使用GIS空间分析与Fragstats软件构建景观生态风险指数,对景观生态风险空间分布特征进行分析;利用最小累积阻力模型(MCR),以9个自然保护地为生态源地,以景观生态风险指数、植被覆盖度、高程、坡度、与道路距离、与水域距离构建阻力面,识别生态廊道与生态节点,构建生态安全格局并提出生态安全保护策略。结果表明：(1)研究区景观生态风险空间差异明显,生态风险呈现“中部、四周低,高值区总体沿澧水水系呈条带状延伸”的空间分布规律;(2)低、较低、中、较高、高生态风险分别占比21.59%、41.79%、22.57%、12.08%、1.98%,其中较低生态风险占比最高,高生态风险占比最低,各区县高生态风险压力排序为：永定区>慈利县>桑植县>武陵源区;(3)研究共识别出生态廊道24条,生态节点47个,生态廊道累积长达872.35km,生态廊道与生态节点分别呈现“三横四纵”、“中多西少,南多北少”的空间分布特征;(4...