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        基于MSPA模型的登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化

        2022-06-11 09:45:04姚新治王立濤何鵬飛田國(guó)行
        河南科學(xué) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:登封市源地連通性

        姚新治, 楊 航, 王立濤, 許 磊, 何鵬飛, 田國(guó)行

        (1.中國(guó)建筑第七工程局有限公司,鄭州 450000; 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院,鄭州 450000;3.洛陽(yáng)市綠化管理中心,河南洛陽(yáng) 471000)

        近年來(lái),城市化進(jìn)程不斷加快,人口與產(chǎn)業(yè)迅速向城鎮(zhèn)區(qū)域轉(zhuǎn)移,龐大的規(guī)模和驚人的速度成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的推動(dòng)力,導(dǎo)致中小型城市區(qū)域性生境遭到破壞. 伴隨著各類生境的破碎化以及生態(tài)斑塊的分割、穿孔的過(guò)程[1],會(huì)對(duì)物質(zhì)、能量流動(dòng)造成影響,極大程度上阻礙了生態(tài)流的自由擴(kuò)散,最終致使區(qū)域性生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低以及生物多樣性功能喪失,嚴(yán)重威脅著區(qū)域景觀生態(tài)安全[2-3]. 目前,世界普遍采取生態(tài)學(xué)原理對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析與優(yōu)化[4-5]. 構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、加強(qiáng)生態(tài)斑塊間的連通性和穩(wěn)定性是應(yīng)對(duì)城市化進(jìn)程中生境斑塊孤島化的有效手段[6],通過(guò)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建不僅能實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定,還能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán),對(duì)城市發(fā)展有積極意義[7-8].

        生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是基于地理分析理論的探索生態(tài)空間結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的方法[9-10],是由態(tài)源斑塊出發(fā),穿越破碎化的生態(tài)系統(tǒng)的路線所形成的保護(hù)系統(tǒng). 近年來(lái),基于生態(tài)安全格局構(gòu)建的生態(tài)學(xué)規(guī)劃方式已得到學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可和關(guān)注. 歐洲學(xué)者對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究主要集中在土地高度集約化利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[11];美洲學(xué)者則更大程度關(guān)注國(guó)家公園和自然保護(hù)地等區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[12];而國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)得研究集中在區(qū)域空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生態(tài)廊道建設(shè)以及城市生態(tài)保護(hù)策略的研究[13].

        登封市作為省會(huì)鄭州國(guó)家中心城市重要的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、鄭州西南山林生態(tài)區(qū)、鄭州國(guó)家中心城市后花園,如何把保護(hù)與經(jīng)營(yíng)從對(duì)立轉(zhuǎn)為互利是當(dāng)前面臨的重要問(wèn)題. 按照《鄭州市森林生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃(2018—2025)》的建設(shè)目標(biāo),登封市將建成具有生態(tài)景觀林帶、生態(tài)廊道等生態(tài)空間連接的衛(wèi)星森林城市.因此,本文以登封市全域?yàn)檠芯繉?duì)象,從景觀連通性角度入手,采用MSPA法和最小耗費(fèi)路徑法提取登封市生態(tài)要素的空間分布,以此提出生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略,為登封市生態(tài)建設(shè)提供參考.

        1 研究區(qū)概況

        登封市位于河南省中部,處于34°15′~34°35′N,112°49′~113°19′E之間,與新密、伊川、汝州、鞏義等地毗鄰相接,距離省會(huì)鄭州76 km. 登封市總面積1219 km2,地形復(fù)雜,海拔在160~1459 m 之間,呈現(xiàn)出北高南低、西高東低的總體趨勢(shì),屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,晝夜溫差大,年平均氣溫14.2 ℃,多旱少雨,水資源短缺. 登封市正處于對(duì)外大開(kāi)放、大發(fā)展的重要時(shí)期,隨著城市化發(fā)展和礦產(chǎn)資源的無(wú)序開(kāi)采,導(dǎo)致登封市林地、濕地景觀遭到破壞,景觀連通性、完整性受到極大影響,如何維持景觀生態(tài)安全穩(wěn)定是當(dāng)前亟須解決的關(guān)鍵問(wèn)題.

        2 材料與方法

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

        基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于清華大學(xué)全球10 m 土地利用數(shù)據(jù)(2017)結(jié)合2020 年谷歌影像進(jìn)行土地利用人工修正,最終得到登封市耕地、林地、草地、灌木、水體、建設(shè)用地、未利用地7 類生態(tài)景觀類型,并對(duì)主要數(shù)據(jù)(表1)進(jìn)行處理.

        表1 主要數(shù)據(jù)來(lái)源Tab.1 Main date sources

        2.2 基于MSPA法的空間形態(tài)格局分析

        MSPA分析法可以通過(guò)土地類型特征之間的關(guān)系創(chuàng)造結(jié)構(gòu),運(yùn)用形態(tài)學(xué)的序列運(yùn)算的方法將圖像分成互斥的類別[14]. 對(duì)研究區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類,提取林地景觀斑塊為前景數(shù)據(jù)并賦值為2,其他地類設(shè)為背景數(shù)據(jù)并賦值為1,Nodata缺失數(shù)據(jù)賦值為0. 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入GuidosToolbox 軟件轉(zhuǎn)換為二值柵格數(shù)據(jù),通過(guò)八鄰域法進(jìn)行分析,得到具有核心區(qū)、橋接區(qū)、孔隙、邊緣區(qū)、孤島斑塊、支線、環(huán)道區(qū)7大類景觀類別的柵格數(shù)據(jù),通過(guò)ArcGIS10.2對(duì)生成的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理.

        2.3 景觀連通性分析

        景觀連通性是測(cè)定生態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程并反應(yīng)景觀功能的定量指標(biāo)[15]. 本文將斑塊面積大于20 000 m2定義為景觀性較好的生態(tài)斑塊,選取整體連通性指數(shù)IIC、可能連通性指數(shù)PC和斑塊維持連通性重要值dX(X代表PC或IIC)3 個(gè)指標(biāo)基于圖論對(duì)景觀連通性進(jìn)行分析評(píng)價(jià). 利用軟件Conefor2.6,設(shè)定800、1000、1500、3000、5000、8000 m六個(gè)不同的距離閾值,同時(shí)將連通概率設(shè)置為0.5. 根據(jù)2018年《鄭州市野生動(dòng)物調(diào)查報(bào)告》顯示登封市多分布為小型哺乳動(dòng)物和小型鳥(niǎo)類,以動(dòng)物分布種類的活動(dòng)范圍和不同距離閾值下的計(jì)算結(jié)果比較,最終選取5000 m為連通距離閾值. 其公式如下:

        其中:i、j為兩個(gè)不同的斑塊;n為景觀中斑塊的總數(shù);ai、aj分別表示兩個(gè)斑塊的面積;nlij表示斑塊i與斑塊j之間的連通數(shù),即斑塊內(nèi)部和斑塊間的連通數(shù)總和;AL表示林地景觀柵格的總面積;IIC表示整體連通性指數(shù)的值,介于0和1之間,當(dāng)數(shù)值為1時(shí)表示整個(gè)范圍內(nèi)為整體生境斑塊,當(dāng)數(shù)值為0時(shí)則表示研究區(qū)內(nèi)生境斑塊互相不連通.

        其中:Xinitial表示初始景觀連通性;Xremove表示去除特定斑塊后剩余斑塊的景觀連通性.

        為了減小對(duì)斑塊重要性評(píng)價(jià)的誤差,本文將計(jì)算得到的斑塊dIIC和dPC指標(biāo)指數(shù)進(jìn)行平均綜合評(píng)價(jià)得到各個(gè)斑塊重要值dI,將dI指數(shù)分為極重要、非常重要、重要、一般重要和不重要五個(gè)等級(jí)對(duì)斑塊進(jìn)行連通性評(píng)價(jià).

        2.4 基于最小耗費(fèi)路徑的生態(tài)安全格局構(gòu)建

        2.4.1 生態(tài)源地的識(shí)別

        生態(tài)源地是保證生態(tài)安全的重要組成部分,是生態(tài)流向外擴(kuò)散和維持的源區(qū)[17]. 為保證生態(tài)源地的選取具有生態(tài)服務(wù)的可持續(xù)性[18-19]、維護(hù)景觀連續(xù)性和完整性的功能[20],本文選取由面積因子提取的林地斑塊重要性dPC值大于0.1 的斑塊,即面積大于20 000 m2且連接度大于0.1 的核心區(qū)斑塊,最終識(shí)別出138塊核心斑塊作為生態(tài)源地(圖1).

        圖1 生態(tài)源地分布Fig.1 Distribution of ecological source areas

        2.4.2 阻力面構(gòu)建

        生態(tài)流在遷移的過(guò)程中會(huì)受到不同大小阻力的影響,阻礙了能量的自由流動(dòng)與擴(kuò)散,阻力的大小不僅與自然生態(tài)類型有關(guān),還受人類活動(dòng)和地形要素的影響[21]. 本文根據(jù)潘競(jìng)虎[22]等的研究以及研究區(qū)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的可獲得程度,從地形、生態(tài)和干擾三個(gè)方面選取了高程、坡度、起伏度、土地類型、NVDI、距離道路距離、距離鐵路距離、距離水體距離共計(jì)8 項(xiàng)阻力影響因子,并參考《生態(tài)紅線劃定指南》根據(jù)不同層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各項(xiàng)因子進(jìn)行阻力等級(jí)分類(表2). 通過(guò)咨詢專家和相關(guān)研究[23-24]對(duì)各影響因子采取層次分析法(AHP)確定各個(gè)因子權(quán)重,通過(guò)ArcGIS10.2對(duì)各個(gè)權(quán)重因子進(jìn)行疊加計(jì)算,從而構(gòu)建阻力體系獲得研究區(qū)綜合阻力面,采用Cost Distance工具生成累積耗費(fèi)距離表面,即最小阻力累計(jì)耗費(fèi)面.

        表2 阻力因子與等級(jí)劃分Tab.2 Resistance factors and their classifications

        2.4.3 潛在廊道模擬

        生態(tài)廊道是生態(tài)流向外擴(kuò)散的重要通道,在生態(tài)源地之間起到紐帶連接的作用. 生態(tài)廊道是維持生態(tài)安全格局穩(wěn)定性的重要組成部分,同時(shí)對(duì)水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性維持等生態(tài)服務(wù)功能具有促進(jìn)作用[25]. 識(shí)別并提取生態(tài)廊道是加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要手段,對(duì)增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)完整性具有重要意義[26]. 結(jié)合ArcGIS10.2水文分析,對(duì)累積耗費(fèi)距離表面進(jìn)行填洼、流向分析、累計(jì)匯流量計(jì)算,并以2000為閾值,通過(guò)柵格計(jì)算器提取大于2000匯流量的值且賦值為1,采用柵格河網(wǎng)矢量化工具對(duì)其進(jìn)行矢量化,并對(duì)矢量化后的河網(wǎng)進(jìn)行平滑河網(wǎng)處理,從而獲得登封市潛在生態(tài)廊道的空間分布位置.

        2.4.4 生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別

        生態(tài)節(jié)點(diǎn)是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接的關(guān)鍵區(qū)域,同時(shí)也是生態(tài)相對(duì)脆弱的薄弱點(diǎn),在生態(tài)遷徙的過(guò)程中充當(dāng)生物流動(dòng)的棲息場(chǎng)所,因此應(yīng)多加保護(hù)生態(tài)節(jié)點(diǎn). 生態(tài)節(jié)點(diǎn)位于生態(tài)廊道的匯集處,本文采用相交工具提取最小耗費(fèi)路徑的交點(diǎn)為生態(tài)節(jié)點(diǎn).

        2.5 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)

        采用網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)提取的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度進(jìn)行評(píng)價(jià),可以定量分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性以及有效性. 其過(guò)程是將生態(tài)源地斑塊抽象為連接點(diǎn),將生態(tài)廊道抽象視為連接線,以圖論的方法系統(tǒng)分析點(diǎn)與線的拓?fù)潢P(guān)系,并探究生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[27]. 本文選取閉合度指數(shù)(α)、點(diǎn)線率指數(shù)(β)、連接度指數(shù)(γ)和成本比指數(shù)(Cr)為網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)指標(biāo),以此選區(qū)最佳廊道長(zhǎng)度閾值.

        閉合度指數(shù)(α)表示網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的回路程度,其表達(dá)式為:

        其中:L為生態(tài)廊道,即抽象連接線的數(shù)目;V為抽象連接點(diǎn)的數(shù)目.α的取值為0~1,當(dāng)α=0時(shí),不存在回路程度;當(dāng)α=1時(shí),回路程度達(dá)到最大.

        網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)線率指數(shù)(β)表示生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中連接點(diǎn)平均連接線的數(shù)目,反映了其復(fù)雜程度,其表達(dá)式:

        其中:β的取值為0~3,當(dāng)β=0時(shí),不存在網(wǎng)絡(luò),連接復(fù)雜度隨著β值的變大而增加.

        連接度指數(shù)(γ)表示連接點(diǎn)被連接的程度,反映了所有連接點(diǎn)實(shí)際的連接線數(shù)目與最大可能連接線的數(shù)目比,其表達(dá)式為:其中:γ的取值為0~1,取值越大,表示生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連接程度越高.

        α、β、γ共同反映了網(wǎng)絡(luò)中抽象點(diǎn)與線的結(jié)構(gòu)關(guān)系,而成本比(Cr)能反映出不同廊道建設(shè)的花費(fèi)情況,其表達(dá)式為:

        Cr=1-(廊道長(zhǎng)度/廊道數(shù)量).

        基于α、β、γ三個(gè)指數(shù)和成本比對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接度進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià),并能探索出連接度和成本花費(fèi)最優(yōu)的廊道長(zhǎng)度閾值,為廊道建設(shè)提供最佳方案.

        3 結(jié)果與分析

        3.1 基于MSPA景觀格局分析

        根據(jù)MSPA 分析法的登封市前景景觀類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知(圖2、表3),核心區(qū)面積18 294.77 hm2,占林地總面積的68.33%,是所有景觀類型中占比最大的景觀類型,占土地總面積的15.03%,表明登封市生態(tài)環(huán)境良好. 但從分布來(lái)看,核心區(qū)分布不均勻,多集中分布在南部具茨山和北部嵩山,中部多為建成區(qū)和農(nóng)田,核心區(qū)占比極少,且不成規(guī)模,斑塊分離度大,不利于南北核心景觀空間的連通. 邊緣區(qū)是分布在核心區(qū)外圍邊緣具有緩沖功能的過(guò)渡空間,同時(shí)具有連接核心區(qū)與背景區(qū)并保護(hù)核心區(qū)不受外界干擾的作用,邊緣區(qū)面積4 521.43 hm2,占林地總面積的16.89%,占比較大,表明核心區(qū)具有一定的抗干擾能力. 橋接區(qū)是連接不同核心區(qū)的狹長(zhǎng)斑塊[21],在運(yùn)輸能量流的同時(shí)維持核心區(qū)斑塊的穩(wěn)定性. 橋接區(qū)面積713.97 hm2,占林地總面積的2.67%. 環(huán)道區(qū)、孔隙區(qū)同樣具有連通性和邊緣效應(yīng),與橋接區(qū)共同維護(hù)景觀穩(wěn)定性,兩者面積分別為481.29 hm2、678.96 hm2,分別占林地總面積的1.80%、2.54%,其中環(huán)道區(qū)是面積最小的景觀類型. 支線區(qū)是與其他區(qū)域只有一端相接的線型斑塊,面積為1 175.6 hm2,占林地總面積的4.39%. 孤島斑塊面積907.12 hm2,占林地面積的3.39%,占土地總面積的0.75%,在景觀中表現(xiàn)為互相孤立、破碎程度較高的林地斑塊,連通性較低,主要分布在登封市建成區(qū),呈分散狀態(tài)且單個(gè)面積較小,可作為生態(tài)流動(dòng)的跳板區(qū).

        圖2 MSPA景觀格局分布Fig.2 Distribution of MSPA landscape pattern

        表3 景觀類型統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of landscape types

        3.2 連通性分析

        結(jié)合圖表可知(圖3、表4),登封市景觀斑塊連通性較高區(qū)域主要集中在北部嵩山和南部具茨山地區(qū),表明南北生境質(zhì)量高;北部嵩山景觀斑塊的完整性高于南部具茨山,表明南部景觀斑塊連通性低于北部地區(qū).從斑塊重要值(dI)前十位斑塊的分布情況來(lái)看,北部極重要斑塊占比(60%)大于南部地區(qū),且重要值前三的斑塊均為北部地區(qū),其dI值分別為49.81、49.61、15.25;而南部斑塊重要值最大的僅為6.69,表明北部核心區(qū)重要性遠(yuǎn)高于南部地區(qū). 研究區(qū)中部和東部地區(qū)連通性較低,是物種遷移和能量流動(dòng)的高阻區(qū),不利于物質(zhì)循環(huán). 因此,需要提高中部和東部地區(qū)生態(tài)建設(shè).

        圖3 景觀連通重要性分布Fig.3 Distribution of importance of landscape connectivity

        表4 前十位景觀連通重要斑塊統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistical table of the top ten important patches of landscape connectivity

        3.3 生態(tài)安全格局的識(shí)別分析

        在各阻力因子(圖4)權(quán)重疊加的基礎(chǔ)上獲得綜合阻力面,結(jié)合成本距離分析、水文分析提取潛在生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn),并對(duì)各要素進(jìn)行疊置組合,構(gòu)建了登封市生態(tài)安全格局(圖5). 基于最小耗費(fèi)距離模型共得到347條可能連接的路徑,可作為生態(tài)廊道建設(shè)的重點(diǎn)空間,共提取到生態(tài)節(jié)點(diǎn)149個(gè).

        圖4 阻力因子等級(jí)分布Fig.4 Distribution of resistance factor grade

        圖5 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)布局Fig.5 Layout of ecological network

        整體來(lái)看,登封市潛在生態(tài)廊道數(shù)量較多,但不連貫.主要集中在君召鄉(xiāng)北部、三黃寨景區(qū)、嵩北森林公園、石道鄉(xiāng)龍?zhí)稖?、東華鎮(zhèn)土門口村、大冶鎮(zhèn)申家溝以及石道鄉(xiāng)部分農(nóng)田區(qū)域. 中部多為建設(shè)用地,林地資源較少且受人為干擾程度高,因此成為自然生態(tài)廊道的阻斷區(qū). 從潛在生態(tài)廊道的分布來(lái)看,既有與現(xiàn)狀廊道重疊的部分,也有現(xiàn)實(shí)中不存在但適宜生態(tài)廊道建設(shè)的路徑. 因此,可以根據(jù)潛在廊道的布局修正現(xiàn)狀生態(tài)廊道的建設(shè). 生態(tài)節(jié)點(diǎn)多分布在生態(tài)源地與其他景觀介質(zhì)的交接處,部分農(nóng)田也有分布,屬于生態(tài)薄弱的區(qū),易受外界干擾的影響.

        3.4 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分析

        本文根據(jù)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)不同長(zhǎng)度區(qū)間生態(tài)廊道的連接度和花費(fèi)成本比進(jìn)行評(píng)價(jià). 登封市潛在生態(tài)廊道的長(zhǎng)度為0~7691 m,研究設(shè)定0~8000為長(zhǎng)度區(qū)間,選取14個(gè)長(zhǎng)度閾值為研究對(duì)象,通過(guò)α(閉合度指數(shù))、β(點(diǎn)線率指數(shù))、γ(連接度指數(shù))變化,結(jié)合花費(fèi)成本比指數(shù)Cr,確定登封市潛在生態(tài)廊道最佳閾值. 基于不同閾值的分析(圖6)可以看出,隨著廊道長(zhǎng)度的增加,4個(gè)指數(shù)呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì),長(zhǎng)度閾值在4500 m時(shí)α、β、γ指數(shù)出現(xiàn)增長(zhǎng)率拐點(diǎn),長(zhǎng)度在4500~8000 m范圍內(nèi),增長(zhǎng)速率明顯下降. 根據(jù)閉合度指數(shù)、點(diǎn)線率指數(shù)、連接度指數(shù)的變化速率結(jié)合成本比指數(shù)可知,在5000 m長(zhǎng)度閾值時(shí)是登封市潛在生態(tài)廊道生態(tài)連接度最優(yōu)長(zhǎng)度,此時(shí)生態(tài)廊道為340條,α指數(shù)為0.663,β指數(shù)值為2.297,γ指數(shù)值為0.776,成本比指數(shù)Cr為0.999.

        圖6 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度指標(biāo)Fig.6 Indexes of ecological network connectivity

        4 登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議

        4.1 保護(hù)生態(tài)源斑塊和生態(tài)節(jié)點(diǎn)

        核心生態(tài)斑塊具有較高的生態(tài)服務(wù)價(jià)值,通常作為生態(tài)源地和重要的生物棲息地,對(duì)能量流、信息流的擴(kuò)散和傳遞具有重要作用,同時(shí)也是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的核心部分. 登封市南部具茨山和北部嵩山地區(qū)擁有大量的大面積林地斑塊,是生態(tài)系統(tǒng)良好的本底區(qū)域,對(duì)維持區(qū)域生境質(zhì)量具有重要作用,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)核心林地斑塊的保護(hù),盡量避免高強(qiáng)度人為干擾,優(yōu)化其他林地斑塊,保持其他斑塊與核心斑塊的連通. 同時(shí),生態(tài)節(jié)點(diǎn)處于生態(tài)廊道的高級(jí)別匯集處,屬于生態(tài)薄弱區(qū),往往不具備穩(wěn)定性,易受外界干擾的影響,因此也要加強(qiáng)對(duì)生態(tài)節(jié)點(diǎn)的保護(hù),以此增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)景觀的完整性.

        4.2 修復(fù)生態(tài)斷裂點(diǎn)

        交通路網(wǎng)與生態(tài)廊道的交叉點(diǎn)是生態(tài)流動(dòng)容易斷裂的脆弱點(diǎn),在此區(qū)域交通路網(wǎng)會(huì)阻礙生態(tài)流,造成生態(tài)功能受損,使景觀斷裂,因此被認(rèn)作生態(tài)斷裂點(diǎn)[28]. 通過(guò)對(duì)研究區(qū)交通路網(wǎng)和生態(tài)廊道的空間疊加,共識(shí)別73 個(gè)生態(tài)斷裂點(diǎn)(圖7),主要分布在省道S85、潁河路、省道S323等與生態(tài)廊道的相交區(qū)域. 建議對(duì)改造成本較低的斷裂點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)改建工程,營(yíng)造“踏腳石”斑塊,形成生態(tài)預(yù)留空間;對(duì)鐵路、國(guó)道等高強(qiáng)度基礎(chǔ)設(shè)施建議通過(guò)生態(tài)工程措施進(jìn)行修復(fù),可增加生態(tài)棧道、涵洞等多層次通道為物種遷移提供便利,同時(shí)減少人為活動(dòng),保證生態(tài)過(guò)程正常運(yùn)行.

        圖7 生態(tài)斷裂點(diǎn)分布Fig.7 Distribution of ecological fracture sites

        4.3 增加生態(tài)源地,完善生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)

        研究區(qū)生態(tài)源地分布主要集中在南北部,中部地區(qū)多為建設(shè)用地和農(nóng)田,缺乏大型綠色斑塊作為生態(tài)源地,導(dǎo)致景觀連通性較差. 為增強(qiáng)區(qū)域間物種信息交流,需要在中部地區(qū)增加新的生態(tài)源地斑塊,實(shí)施水土保持、生態(tài)治理恢復(fù)等工程,以增建綠色基礎(chǔ)設(shè)施、植樹(shù)造林等手段擴(kuò)大生態(tài)斑塊面積. 通過(guò)補(bǔ)充新的生態(tài)源斑塊,連接中斷廊道,實(shí)現(xiàn)南北廊道的貫通,有助于登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化.

        5 討論與結(jié)論

        5.1 討論

        經(jīng)營(yíng)與保護(hù)并不是對(duì)立的,如何協(xié)調(diào)城市發(fā)展與生態(tài)保護(hù)是當(dāng)今社會(huì)面臨的重大問(wèn)題[29]. 基于MSPA和最小路徑法構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),但也僅停留在理論發(fā)展階段[30]. 在本文的分析中對(duì)部分研究過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化,但并未得到規(guī)劃實(shí)踐的反饋和驗(yàn)證,仍有諸多因素值得探討.

        1)生態(tài)源地的選擇是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的重要部分,研究者通常直接選取面積較大的林地斑塊作為生態(tài)源地. 一方面,在不同研究過(guò)程中選取的林地斑塊大小也各不相同,孔陽(yáng)和王思元[4]選取面積大于2 hm2的林地斑塊作為生態(tài)源地,而祁巍鋒和董劍利[31]選取了面積大于6 hm2的林地斑塊作為生態(tài)源地. 另一方面,將大面積選定為生態(tài)源地斑塊僅考慮到斑塊內(nèi)部的生態(tài)服務(wù)價(jià)值,并未對(duì)斑塊向外部擴(kuò)散的區(qū)域條件做出評(píng)價(jià).本文根據(jù)研究區(qū)林地斑塊大小及分布提取了面積大于2 hm2的林地斑塊,結(jié)合斑塊間的連通性,選取斑塊重要性dPC值大于0.1的斑塊作為生態(tài)源地. 在今后的研究中還要對(duì)生態(tài)源地斑塊尺度大小進(jìn)一步探討.

        2)在景觀連接度的評(píng)價(jià)中,連通距離閾值對(duì)連通性的結(jié)果存在影響. 本文以小型哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類的活動(dòng)范圍為參照指標(biāo),選取5000 m為連通距離,側(cè)重于生物多樣性保護(hù). 在以后的研究中還需根據(jù)研究區(qū)及服務(wù)對(duì)象的不同,進(jìn)一步定論.

        3)本研究中生態(tài)廊道的最佳閾值長(zhǎng)度為5000 m,是由于研究區(qū)內(nèi)林地分布不均以及中部生態(tài)阻力過(guò)高,生態(tài)流動(dòng)受阻導(dǎo)致生態(tài)廊道容易中斷. 因此,在規(guī)劃過(guò)程中應(yīng)通過(guò)踏腳石斑塊連通中斷廊道,以優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò). 此外,在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過(guò)程中只針對(duì)研究區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,缺乏對(duì)未來(lái)用地規(guī)劃的考慮,可能會(huì)與城市建設(shè)以及基本農(nóng)田發(fā)生沖突,因此在生態(tài)廊道的規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中可結(jié)合城市用地?cái)U(kuò)張等因素進(jìn)一步做出調(diào)整,使生態(tài)廊道建設(shè)更具有實(shí)際意義.

        5.2 結(jié)論

        本文借助MSPA和最小阻力模型的空間分析方法,結(jié)合水文分析識(shí)別生態(tài)空間并為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供措施,對(duì)構(gòu)建登封市生態(tài)安全格局具有指導(dǎo)意義,其主要結(jié)論包括:

        1)登封市景觀核心區(qū)面積18 294.77 hm2,占林地總面積68.33%,重要值前十位斑塊均分布在南北地區(qū),表明登封市生態(tài)質(zhì)量總體良好,但分布不均,南北連通性較高,中部地區(qū)阻力大,不利于生態(tài)流動(dòng),連通性較低.

        2)通過(guò)對(duì)登封市生態(tài)現(xiàn)狀分析,建立生態(tài)阻力體系提取生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)等要素,構(gòu)建登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò). 共識(shí)別生態(tài)源地138個(gè),生態(tài)廊道347條,生態(tài)節(jié)點(diǎn)149個(gè),生態(tài)斷裂點(diǎn)73個(gè). 生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)、生態(tài)斷裂點(diǎn)數(shù)量較多,表明登封市生態(tài)廊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,生態(tài)斷裂點(diǎn)較多是生態(tài)廊道數(shù)量多但單體長(zhǎng)度較小的主要原因. 同時(shí)生態(tài)廊道分布主要受景觀類型和人類干擾的影響.

        3)因受阻力因素和其他干擾因子的不同程度影響,登封市潛在生態(tài)廊道的長(zhǎng)度在0~7691 m 的不等范圍,長(zhǎng)度跨度較小,建設(shè)花費(fèi)成本較高. 通過(guò)α、β、γ三個(gè)指數(shù)的計(jì)算可知,隨著廊道條數(shù)的增加,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)可供流動(dòng)的回路也越多,越利于物質(zhì)、能量、信息的交換.

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